將磷石膏用作聚氯乙烯樹脂填料的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了將磷石膏用作聚氯乙烯樹脂填料的方法，該方法先對磷石膏進行改性處理，磨細時加入偶聯(lián)劑，即得到可用于作聚氯乙烯樹脂填料的產(chǎn)品，具體做法：(1)篩分，(2)煅燒，(3)磨細并加入偶聯(lián)劑，(4)混合，得到鋁酸酯改性磷石膏填料。本方法優(yōu)點：①磷石膏經(jīng)篩分、煅燒，去除其中的有機雜質(zhì)和結(jié)晶水，提高白度，再經(jīng)粉磨控制顆粒粒徑，滿足PVC填料要求，成本低；②改性均勻、效果好；無外加水進入，避免了PVC加工過程中起泡；③工藝簡單、成本低，可加快磷石膏在PVC樹脂中的塑化，加工流變性能優(yōu)良，易于成型。適用于高分子材料增強增韌，不僅可用于PVC樹脂，還可用作PE、PP、PS等材料的填料。
【專利說明】將磷石膏用作聚氯乙烯樹脂填料的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及氯乙烯的共聚物，也涉及磷石膏，具體而言，涉及聚氯乙烯樹脂的填料。
【背景技術】
[0002]在塑料加工中，加入粉體填料，可達到增量及降低成本的作用，能改善或提高塑料制品的物理力學性能、耐磨性能、熱學性能、耐老化性能，并且克服塑料不耐低溫、低剛性、易膨脹性、易蠕變性等缺點。所以，填料既有增量作用，又有改性效果；有些填料具有活性，還能起到補強作用。
[0003]磷石膏是磷肥工業(yè)的固體廢渣，每生產(chǎn)It磷酸約產(chǎn)生4.5-5.0t磷石膏。我國每年磷石膏廢渣產(chǎn)量達25-30Mt。磷石膏中的磷、氟、有機物等諸多有害雜質(zhì)，致使再生利用的成本較高，目前磷石膏的利用主要有以下幾個方面:①作水泥緩凝劑；②制硫酸銨；③制硫酸鉀；④制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥；⑤作石膏建材；⑥作土壤改良劑等，利用率僅為2%-3%，資源化利用效率較低。磷石膏晶體形貌呈片狀，應用于塑料制品中能改善耐熱性、沖擊強度、空間穩(wěn)定性、剛性、硬度、熱導率和絕緣性等。
[0004]中國專利數(shù)據(jù)庫中涉及用磷石膏作填料的申請件有97118701.0號《磷石膏作水泥填料的改性方法》、200710056674.3號《磷石膏的改性方法及其應用》、201210190422.0號《一種以磷石膏為填料的自流平砂漿材料及其制備方法》等。但迄今為止，沒有將磷石膏用作聚氯乙烯樹脂填料的專利申請件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種將磷石膏用作聚氯乙烯樹脂填料的方法，使工業(yè)廢渣磷石膏能夠用于PVC塑料制品的生產(chǎn)。
[0006]發(fā)明人通過研究，考慮到磷石膏作為一種新型的填料在塑料中的應用特別是在PVC樹脂中的應用還有很多需要解決的問題:一是PVC樹脂的加工成型溫度一般在180°C左右。在此溫度附近磷石膏脫出的結(jié)晶水在PVC成型過程中蒸發(fā)，會使復合材料表面產(chǎn)生氣泡，影響材料的美觀和力學性能；二是磷石膏的顏色為灰白色，白度不高，直接用作塑料填料會影響制品的白度，限制了其在淺色制品中的應用；三是無機填料的極性與高聚物的極性相差很大，容易造成二者相容性不好，從而對填充塑料的加工性能和制品的使用性能帶來不良影響，并且磷石膏顆粒粒徑較大，直接用作填料，制品表面光潔度差。因此，必須對磷石骨改性。
[0007]在這一認識的基礎上，發(fā)明人提供的將磷石膏用作聚氯乙烯樹脂填料的方法是先對磷石膏進行改性處理，磨細時加入偶聯(lián)劑，即得到可用于作聚氯乙烯樹脂填料的產(chǎn)品。具體做法是:
(I)篩分:磷石膏中的雜質(zhì)分布并不均勻，不同粒度磷石膏中雜質(zhì)含量差異顯著:磷石膏粒度越大，可溶性磷、總磷、氟和有機物雜質(zhì)含量越多；因此，先對磷石膏進行篩分，去除一部分粒徑大于100目的顆粒，減少對PVC樹脂熱穩(wěn)定性有影響的雜質(zhì)含量；
(2)煅燒:將篩分后的磷石膏放入煅燒設備中于450°C環(huán)境下煅燒，使CaSO4.2H20失去全部結(jié)晶水成為硬石膏，以避免磷石膏用作PVC樹脂填料時水分蒸發(fā)引起起泡、麻點；同時磷石膏經(jīng)450°C以上溫度保溫90min，絕大部分有機雜質(zhì)分解，磷石膏白度提高，得到無水磷石膏；
(3)磨細并加入偶聯(lián)劑:將無水磷石膏置于球磨機中磨細，選用鋁酸酯偶聯(lián)劑，用液體石蠟做溶劑稀釋，得到的稀釋液分2-3次加入球磨機中的無水磷石膏細粉里，所用偶聯(lián)劑的質(zhì)量為無水磷石膏細粉質(zhì)量的2% ;磨成粒度為800目的細粉后出料；
(4)混合:將上一步的出料放入高速混合機中攪拌，利用物料自摩擦加熱，待溫度達到110°C出料，得到用作聚氯乙烯樹脂填料的鋁酸酯改性磷石膏填料。
[0008]上述篩分過程是用100目篩進行的。
[0009]上述煅燒過程是用電爐完成的。
[0010]上述偶聯(lián)劑中，用來稀釋的液體石蠟與鋁酸酯的質(zhì)量比為(I-2): I。
[0011]上述混合過程中攪拌時間為IOmin-15min。
[0012]發(fā)明人指出:鋁酸酯偶聯(lián)劑的親無機基團與磷石膏表面結(jié)合水、羥基、羧基或游離質(zhì)子發(fā)生反應并附著在磷石膏表面，而另一端親有機基團可通過范氏力、氫鍵和物理纏繞與有機樹脂相聯(lián)，從而改善磷石膏與PVC樹脂的親和性。在聚氯乙烯復合材料加工成型時，鋁酸酯改性磷石膏填料與聚氯乙烯樹脂的質(zhì)量比控制為3: 10，產(chǎn)品質(zhì)量達到GB/T8814-2004《門、窗用未增塑聚氯乙烯型材》標準要求。
[0013]本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點:①磷石膏經(jīng)篩分、煅燒預處理，去除磷石膏中的有機雜質(zhì)和結(jié)晶水，提高磷石膏的白度，其白度與傳統(tǒng)輕質(zhì)CaCO3相當，再經(jīng)粉磨控制顆粒粒徑，滿足PVC填料的基本要求，成本低；②采用粉磨和高速混合機等設備用鋁酸酯偶聯(lián)劑對磷石膏進行改性比普通干法改性均勻，改性效果好；改性后的磷石膏表面形成非極性表面層，減少自由水對磷石膏表面的潤濕，同時以石蠟液體作為稀釋劑，改性過程中無外加水進入，克服了磷石膏中CaSO4與水反應生成CaSO4CH2O或CaS04.1/2H20,避免了 PVC加工過程中起泡；③磷石膏預處理工藝簡單、成本低，作為片狀填料，在加工過程中片狀剪切力可加快磷石膏在PVC樹脂中的塑化，加工流變性能優(yōu)良，易于成型。適用于高分子材料增強增韌，不僅可用于PVC樹脂，還可用作PE、PP、PS等材料的填料。
【具體實施方式】
[0014]以下實施例可以更好地說明本發(fā)明。
實施例
[0015]先使用100目篩對磷石膏進行篩分，去除一部分粒徑大于100目的顆粒，減少對PVC樹脂熱穩(wěn)定性有影響的雜質(zhì)含量；篩分后的磷石膏放入高溫電爐(避免引入外界雜質(zhì))，在450°C下煅燒并保溫90min，使磷石膏中的結(jié)晶水去除，有效去除磷石膏中的有機雜質(zhì)、提高白度達到85以上，得到無水磷石膏；接著將無水磷石膏放入球磨機中粉磨，與此同時選用鋁酸酯偶聯(lián)劑，用液體石蠟做溶劑稀釋，得到的稀釋液分2-3次加入球磨機中的無水磷石膏細粉里，所用偶聯(lián)劑的質(zhì)量為無水磷石膏細粉的2% ;粉磨至粒徑小于800目出料。之后，將料放入高速混合機中攪拌15min左右，利用物料自摩擦加熱，待溫度達到110°C出料，得到用作聚氯乙烯樹脂填料的鋁酸酯改性磷石膏填料。對該磷石膏填料接觸角進行測定，接觸角(k表示)為6.67，活化指數(shù)為92。
[0016]使用時，按照基本配方:PVC 100份、復合熱穩(wěn)定劑5份、ACR 2份、CPE 4份、磷石膏填料30份，其它助劑2份進行混料，在塑料擠出機中擠出、定型等工序得到PVC型材，材料性能滿足GB/T 8814-2004《門、窗用未增塑聚氯乙烯型材》標準要求。與相同配方目數(shù)的CaCO3填料比較，磷石膏復合材料在轉(zhuǎn)矩流變儀中測得的最小扭矩和最大扭矩減小，塑化溫度降低，說明磷石膏為片狀形態(tài)，在一定方向上產(chǎn)生剪切力可加快磷石膏在PVC樹脂中的塑化，加工流變性能優(yōu) 良，易于成型。
【權(quán)利要求】
1.將磷石膏用作聚氯乙烯樹脂填料的方法，其特征在于:先對磷石膏進行改性處理，磨細時加入偶聯(lián)劑，即得到可用于作聚氯乙烯樹脂填料的產(chǎn)品，具體做法是: (1)篩分:先對磷石膏進行篩分，去除一部分粒徑大于100目的顆粒，減少對PVC樹脂熱穩(wěn)定性有影響的雜質(zhì)含量； (2)煅燒:將篩分后的磷石膏放入煅燒設備中于450°C環(huán)境下煅燒，使CaSO4.2H20失去全部結(jié)晶水成為硬石膏；同時磷石膏經(jīng)450°C溫度保溫90min，得到白度為85的無水磷石膏； (3)磨細并加入偶聯(lián)劑:將無水磷石膏置于球磨機中磨細，選用鋁酸酯偶聯(lián)劑，用液體石蠟做溶劑稀釋，得到的稀釋液分2?3次加入球磨機中的無水磷石膏細粉里，所用偶聯(lián)劑的質(zhì)量為無水磷石膏細粉的2% ;磨成粒度為800目的細粉后出料； (4)混合:將上一步的出料放入高速混合機中攪拌，利用物料自摩擦加熱，待溫度達到110°C出料，得到用作聚氯乙烯樹脂填料的鋁酸酯改性磷石膏填料。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述篩分過程用100目篩進行。
3.如權(quán)利要 求1的方法，其特征在于所述煅燒過程是電爐完成。
4.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述偶聯(lián)劑中，用來稀釋的液體石蠟與鋁酸酯的質(zhì)量比為(I?2): I。
5.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述混合過程中攪拌時間為IOmin?15min,溫度達到IlO0Co
【文檔編號】C08K3/30GK103435937SQ201310380778
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】王稚陽, 梅桂, 李靜, 呂丹, 唐興蘭, 趙倫東, 王璐, 雷云霄, 王紅民, 宋梓廉, 王云亮, 廖志林, 田勇 申請人:貴州開磷遵義堿廠