CN102070815A

CN102070815A - 一种含有脱碱赤泥的阻燃聚乙烯塑料及其制备方法

Info

Publication number: CN102070815A
Application number: CN 201010606051
Authority: CN
Inventors: 杜建新; 郝建薇; 孟杰; 吴红应; 李晓勇
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2011-05-25

Abstract

本发明涉及一种含有脱碱赤泥的阻燃聚乙烯塑料及其制备方法，属于赤泥的脱碱、综合利用和阻燃塑料技术领域。以聚乙烯和原位脱碱剂作为树脂基，以赤泥作为阻燃剂。将赤泥粉碎、干燥、研磨过筛，然后与聚乙烯和原位脱碱剂加入到混炼机中熔融共混加工，然后用平板硫化机加工成型，得到阻燃聚乙烯塑料成品，该塑料外观光滑，其pH值为9～11，极限氧指数范围为23％～31％。本发明制备的聚乙烯塑料适用于电子电器、建筑材料、交通领域重要公共场所的火灾安全防护；原位脱碱简化了赤泥作为阻燃剂使用的脱碱处理工艺；原位脱碱剂可有效降低赤泥的碱性，提高阻燃效果，而且能够改善赤泥与聚乙烯基体间的相容性；成本低且赤泥对环境的危害小。

Description

一种含有脱碱赤泥的阻燃聚乙烯塑料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种含有脱碱赤泥的阻燃聚乙烯塑料及其制备方法，属于赤泥的脱碱、综合利用和阻燃塑料技术领域。

背景技术

赤泥是在氧化铝生产过程中产生的废渣，因含有大量氧化铁而呈红色，故被称为赤泥。我国氧化铝生产过程中每年产生的赤泥量超过600万吨，全部露天堆存，不仅占用大量土地，而且存在于赤泥中的碱向地下渗透，造成地下水体和土壤的污染，危害着生态环境。因此，研究赤泥的综合利用有重要意义。

赤泥中含有可再生利用的氧化物和多种有用金属元素，成为赤泥再生利用的基础。赤泥中含有SiO₂、CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO、Na₂O、K₂O等金属氧化物，其中Si、Al、Mg等元素的存在为赤泥作为复配阻燃剂加以利用提供了条件。目前在塑料工业中，赤泥主要用作塑料功能性填料。

赤泥中大量碱性成分，主要有Na₂O和K₂O等，这些碱性成分的存在，将中和与赤泥复配的含磷阻燃剂释放出的多磷酸，减弱其脱水成炭的凝聚相阻燃作用。因此要对赤泥进行脱碱处理。目前赤泥脱碱处理的方法很多，其目的是减弱赤泥对环境水体的污染。脱碱方法主要有：(1)石灰石水热法。在高压下加入石灰溶出赤泥中的碱；(2)石灰石烧结法赤泥脱碱。即在生料中加入一定量的石灰，在熟料中加入一定量的纯碱，在常压下脱出赤泥中的碱；(3)酸浸出法。这种方法是利用浓酸浸渍赤泥，脱出赤泥中的碱性成分；(4)盐浸出法。采用无机盐溶解赤泥中的Na₂O；(5)工业三废中和法。利用废水、废气、废渣中和赤泥碱度；(6)石灰纯碱烧结法。将石灰、纯碱、拜耳法赤泥混合，在一定温度下烧结，用弱碱性溶液溶出赤泥中的碱；(7)细菌浸出法。利用新陈代谢变质菌酶的直接或间接作用浸出赤泥中的碱；(8)膜脱钠技术。

发明内容

本发明的目的是为了降低已有技术中使用赤泥作为阻燃剂时对环境污染严重的问题，提出一种含有脱碱赤泥的阻燃聚乙烯塑料及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种含有脱碱赤泥的阻燃聚乙烯塑料，以聚乙烯和原位脱碱剂作为树脂基，以赤泥作为阻燃剂；并以聚乙烯塑料的总质量计，各部分质量百分含量为：

聚乙烯 20％～40％

赤泥 50％～70％

原位脱碱剂 4％～16％

所用赤泥根据氧化铝的生产工艺不同优选用拜耳法赤泥。

上述的原位脱碱剂为马来酸酐接枝聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或乙烯-丙烯酸共聚物中的一种；其中，马来酸酐接枝聚乙烯的接枝率为5％～10％；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中乙烯基质量百分含量为28％～45％；乙烯-丙烯酸共聚物中丙烯酸的质量百分含量为9.7％～12.5％；上述物质还可以作为增容剂，原位脱碱剂优选为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。

本发明的一种含有脱碱赤泥的阻燃聚乙烯塑料的制备方法，步骤为：

1)将赤泥粉碎、干燥、研磨过400～1000目筛；

2)将过筛后的赤泥、聚乙烯和原位脱碱剂加入到混炼机中熔融共混加工，然后用平板硫化机加工成型，得到阻燃聚乙烯塑料成品，该塑料外观光滑；

上述步骤2)中，混炼机加工温度为140～150℃；平板硫化机加工成型温度为120～130℃，加热时间4～8min，压力10～20MPa。

上述方法制备的阻燃聚乙烯塑料的pH值为9～11，其极限氧指数范围为23％～31％，其力学性能、加工性能和热稳定性能良好。

拜耳法赤泥热失重1％和5％对应的温度分别为240℃和330℃，拜耳法赤泥有良好的热稳定性，可以满足通用塑料的熔融共混加工需求；热失重曲线两段失重分别对应着赤泥吸附水及晶间水的释放，整个热分解过程中失水量为11.4％，有利于吸热阻燃；当温度上升到700℃时，残渣量为88.6％，含有阻燃元素氧化物的残渣有利于隔热阻燃。

有益效果

本发明制备的赤泥阻燃聚乙烯塑料适用于电子电器、建筑材料、交通领域重要公共场所的火灾安全防护；原位脱碱简化了赤泥作为阻燃剂使用的脱碱处理工艺；原位脱碱剂可有效降低赤泥的碱性，提高阻燃效果，而且能够改善赤泥与聚乙烯基体间的相容性；成本低且赤泥对环境的危害小。

具体实施方式

实施例1

1)将150g赤泥粉碎、干燥、研磨过550目筛；

2)将过筛后的赤泥、70g聚乙烯和30g马来酸酐接枝聚乙烯加入到混炼机中熔融共混加工，然后用平板硫化机加工成型，得到阻燃聚乙烯塑料成品，该塑料外观光滑；

上述步骤2)中聚乙烯的熔融指数为8g/10min；马来酸酐接枝聚乙烯的接枝率为7.5％；

上述步骤2)中，混炼机加工温度为150℃；平板硫化机加工成型温度为120℃，加热时间8min，压力20MPa；

上述方法制备的阻燃聚乙烯塑料的pH值为9.5，其极限氧指数为26.3％，其拉伸强度为10.5MPa，断裂伸长率为30％，加工性能和热稳定性能好。

实施例2

1)将150g赤泥粉碎、干燥、研磨过550目筛；

2)将过筛后的赤泥、70g聚乙烯和30g乙烯-醋酸乙烯酯共聚物加入到混炼机中熔融共混加工，然后用平板硫化机加工成型，得到阻燃聚乙烯塑料，该塑料外观光滑；

上述步骤2)中聚乙烯的熔融指数为8g/10min；乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中乙烯基质量百分含量为28％。

上述步骤2)中，混炼机加工温度为150℃；平板硫化机加工成型温度为120℃，加热时间8min，压力20MPa。

上述方法制备的阻燃聚乙烯塑料的pH值为10.0，其极限氧指数为25.8％，其拉伸强度为9.2MPa，断裂伸长率为27％，加工性能和热稳定性能好。

实施例3

1)将150g赤泥粉碎、干燥、研磨过550目筛；

2)将过筛后的赤泥、70g聚乙烯和30g乙烯-丙烯酸共聚物加入到混炼机中熔融共混加工，然后用平板硫化机加工成型，得到阻燃聚乙烯塑料，该塑料外观光滑；

上述步骤2)中聚乙烯的熔融指数为8g/10min；乙烯-丙烯酸共聚物中丙烯酸的质量百分含量为10.3％。

上述方法制备的阻燃聚乙烯塑料的pH值为9.8，其极限氧指数为25.6％，其拉伸强度为13.2MPa，断裂伸长率为38％，加工性能和热稳定性能好。

对比例

1)将150g赤泥粉碎、干燥、研磨过550目筛；

2)将过筛后的赤泥和100g聚乙烯加入到混炼机中熔融共混加工，然后用平板硫化机加工成型，得到阻燃聚乙烯塑料，该塑料外观光滑；

上述步骤2)中聚乙烯的熔融指数为8g/10min。

上述方法制备的阻燃聚乙烯塑料的pH值为12.8，其极限氧指数为21.7％，其拉伸强度为7.2MPa，断裂伸长率为22％，加工性能和热稳定性较差。

Claims

1.一种含有脱碱赤泥的阻燃聚乙烯塑料，其特征在于：以聚乙烯和原位脱碱剂作为树脂基，以赤泥作为阻燃剂；并以聚乙烯塑料的总质量计，各部分质量百分含量为：

聚乙烯 20％～40％

赤泥 50％～70％

原位脱碱剂 4％～16％

所用赤泥为拜耳法赤泥；原位脱碱剂为马来酸酐接枝聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或乙烯-丙烯酸共聚物中的一种。

2.根据权利要求1所述的一种含有脱碱赤泥的阻燃聚乙烯塑料，其特征在于：马来酸酐接枝聚乙烯的接枝率为5％～10％。

3.根据权利要求1所述的一种含有脱碱赤泥的阻燃聚乙烯塑料，其特征在于：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中乙烯基质量百分含量为28％～45％。

4.根据权利要求1所述的一种含有脱碱赤泥的阻燃聚乙烯塑料，其特征在于：乙烯-丙烯酸共聚物中丙烯酸的质量百分含量为9.7％～12.5％。

5.根据权利要求1所述的一种含有脱碱赤泥的阻燃聚乙烯塑料，其特征在于：原位脱碱剂优选为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。

6.一种含有脱碱赤泥的阻燃聚乙烯塑料的制备方法，其特征在于步骤为：

1)将赤泥粉碎、干燥、研磨过400～1000目筛；

7.根据权利要求6所述的一种含有脱碱赤泥的阻燃聚乙烯塑料的制备方法，其特征在于：混炼机加工温度为140～150℃。

8.根据权利要求6所述的一种含有脱碱赤泥的阻燃聚乙烯塑料的制备方法，其特征在于：平板硫化机加工成型温度为120～130℃，加热时间4～8min，压力10～20MPa。