CN102050984A - 利用废渣赤泥制备阻燃聚合物复合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用废渣赤泥制备阻燃聚合物复合材料的方法，属无机有机阻燃复合材料制备工艺技术领域。本发明的要点是：采用废渣赤泥和聚合物制成阻燃复合材料。其配方如下：聚合物30～40wt%，赤泥20～35wt%，纳米无机阻燃剂20～25wt%，红磷10～13wt%，润滑剂1～3wt%。制备步骤为：首先将赤泥在球磨机中研磨粉碎，干燥后与各原料组分共同在高速混合机中混合均匀，然后通过螺杆挤出机熔融混合、造粒，制得阻燃聚合物复合材料。本发明产物材料力学性能较好，阻燃效果优异，成本低廉，且实现了工业废渣赤泥的再利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用废渣赤泥制备阻燃聚合物复合材料的方法，属无机有机阻燃复合材料制备工艺技术领域。
背景技术
赤泥是氧化铝在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。赤泥的主要组分是SiO2,CaO,Fe2O3,Al2O3,Na2O,K2O,TiO2等，此外还含有灼碱成分和微量其它有色金属。因矿石品位、生产方法和技术水平的不同，赤泥中成分变化很大。
目前，人们日益关注赤泥堆放给环境带来的危害。大约每生产1吨氧化铝要排放1.0~1.8吨的赤泥。据估计，全世界氧化铝工业每年产生的赤泥超过6×107吨，2007年我国赤泥年排放量达到4000万吨，累计赤泥堆积量已达几亿吨，全部露天堆存。赤泥的堆放不仅占用大量土地，耗费较多的堆场建设和维护费用，而且存在于赤泥中的碱向地下渗透，造成地下水体和土壤污染。裸露赤泥形成的粉尘随风飞扬，污染大气，对人类和动植物的生存造成负面影响，恶化生态环境。随着赤泥产出量的日益增加和人们对环境保护意识的不断提高，最大限度地限制赤泥的危害，多渠道地利用和改善赤泥，已迫在眉睫。
在塑料工业中，赤泥主要用作塑料功能性填料。赤泥作塑料填料的研究已进行多年，近年来随着塑料加工及表面处理剂的不断改进，赤泥在塑料行业中的应用取得了新的进展。由于赤泥特有的化学组成，使其具有良好的抗老化性能、热稳定性能和阻燃性能。专利CN1461769A公开以一种彩色塑料型材的生产方法。利用赤泥及K2020N复合稳定剂与聚氯乙烯进行混练，生产出咖啡色PVC型材。其产品色度饱满，手感光滑，且成本是普通PVC型材的2倍。适用于生产PVC系列的给水管、排水管、塑料门窗、板材及异型材，具有较好的社会、经济效益。专利CN1068836A公开了一种废旧塑料再利用的组合物。该组合物在废旧塑料中加入大量的赤泥，并加入适量的热稳定剂和抗老化剂，成为一种制作建筑型材的新原料。所制产品具有不变形、耐磨、耐腐蚀、抗老化等性能。且废物利用，改善环境，成本低廉。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用废渣赤泥制备阻燃聚合物复合材料的方法。
本发明一种利用废渣赤泥制备阻燃聚合物复合材料的方法，其特征在于有以下的过程和步骤：
a、确定原料配方：废渣赤泥聚合物复合材料的原料组成及其重量百分比：
聚合物 30～40%，
赤泥 20～35%，
纳米无机阻燃剂 20～25%，
红磷 10～13%，
润滑剂 1～3%；
所述的聚合物为聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯中的任一种；
所述的赤泥为氧化铝厂拜耳法废渣赤泥；
所述的纳米无机阻燃剂为纳米氢氧化铝、氢氧化镁、层状双氢氧化物中的任一种；
所述的红磷为化学纯级的红磷；
所述的润滑剂为硬脂酸或石蜡中的任一种；
b、制备方法
首先将赤泥在球磨机中研磨至粒径为800～1500目，在80～100℃下干燥后，与上述其他一定配比的原料包括聚合物、无机阻燃剂、红磷和润滑剂加入到高速混合机中混合均匀，然后通过螺杆挤出机熔融混合、挤出造粒，得到粒状阻燃聚合物复合材料；挤出机设定温度为170～190℃。
本发明中所用赤泥根据氧化铝的生产工艺不同分为烧结法、拜耳法和联合法赤泥，我国部分厂家采用烧结法和联合法排放赤泥的主要成分大致相同，其中含有大量的2CaO·SiO2等活性矿物组分，可以直接应用于建筑材料生产。拜耳法赤泥中不存在2CaO·SiO2等活性成分，另外含铁高，能更好的起到协同阻燃的效果，且拜耳法赤泥初始分解温度为238℃，可满足阻燃聚合物的加工温度要求，受热过程中有结晶水释出，从而较之其他两种赤泥有更好的阻燃效果，于是本发明主要采用拜耳法赤泥。
目前纳米无机阻燃剂主要品种有氢氧化铝、氢氧化镁及层状双氢氧化物，这种纳米无机阻燃剂不仅能改善复合材料的阻燃性能，还对力学性能有些有利的改善。红磷可以作为阻燃剂单独使用，燃烧时先被氧化成非燃性的磷酸液态膜，进而脱水生成聚偏磷酸，在高温下使聚合物表面形成碳化层，起到阻燃作用。另外，红磷与无机阻燃剂的协效阻燃作用也十分明显，可以减低无机阻燃剂的添加量，从而改善复合材料的加工性能和力学性能。
本发明的创新点及优点：扩大了赤泥的应用范围，符合环保及低碳经济，制备了高附加值的赤泥/聚合物复合材料；通过研磨法细化赤泥，改善其填充改性的性能；与纳米无机阻燃剂、红磷复配，产生了协同阻燃的效果，不仅提高产品的阻燃性能，而且有利于产品的力学性能。采用本发明技术制备出阻燃效果良好、成本低廉、力学性能能满足相关产品的要求的基于环保的无卤多元复配协同阻燃聚合物复合材料，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。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1：本实施例中，利用废渣赤泥制备阻燃聚合物复合材料的方法的配方由以下重量百分比（wt%）的组分构成：
聚丙烯 30
赤泥 35
氢氧化镁 20
红磷 13
润滑剂 2
制备工艺：首先将赤泥在球磨机中研磨粉碎，粒径为1250目、100℃下干燥后。与各组分按配方比复配，高速混合机中混合均匀，再通过密炼-单螺杆挤出机挤出造粒制备得产品，其中密炼机温度为160℃，单螺杆挤出机设定温度为170～175℃。
所得产品的极限氧指数值为27.5，可以通过UL-94的垂直燃烧V0级试验。
实施例2：本实施例中，利用废渣赤泥制备阻燃聚合物复合材料的方法的配方由以下重量百分比（wt%）的组分构成：
聚丙烯 40
赤泥 28
层状双氢氧化物 20
红磷 10
润滑剂 2
制备工艺：首先将赤泥在球磨机中研磨粉碎，粒径为1250目、80℃下干燥后。与各组分按配方比复配，高速混合机中混合均匀，再通过双螺杆挤出机挤出造粒制备得产品，其中挤出机温度设定为170～175℃。
所得产品的极限氧指数值为24.5，可以通过UL-94的垂直燃烧V0级试验。
实施例3：本实施例中，废渣赤泥制备阻燃聚合物复合材料的方法的配方由以下重量百分比（wt%）的组分构成：
聚乙烯 35
赤泥 30
氢氧化铝 22
红磷 11
润滑剂 2
制备工艺：首先将赤泥在球磨机中研磨粉碎，粒径为800目、90℃下干燥后。与各组分按配方比复配，高速混合机中混合均匀，再通过双螺杆挤出机挤出造粒制备得产品，其中挤出机温度设定为140～150℃。
所得产品的极限氧指数值为28.5，可以通过UL-94的垂直燃烧V0级试验。
实施例4：本实施例中，利用废渣赤泥制备阻燃聚合物复合材料的方法的配方由以下重量百分比（wt%）的组分构成：
聚氯乙烯 30
赤泥 35
层状双氢氧化物 22
红磷 11
润滑剂 2
制备工艺：首先将赤泥在球磨机中研磨粉碎，粒径为1250目、90℃下干燥后。与各组分按配方比复配，高速混合机中混合均匀，再通过双螺杆挤出机挤出造粒制备得产品，其中挤出机温度设定为180～190℃。
Claims (1)
1.一种利用废渣赤泥制备阻燃聚合物复合材料的方法，其特征在于有以下的过程和步骤：
a、确定原料配方：废渣赤泥聚合物复合材料的原料组成及其重量百分比：
聚合物 30～40%，
赤泥 20～35%，
纳米无机阻燃剂 20～25%，
红磷 10～13%，
润滑剂 1～3%；
所述的聚合物为聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯中的任一种；
所述的赤泥为氧化铝厂拜耳法废渣赤泥；
所述的纳米无机阻燃剂为纳米氢氧化铝、氢氧化镁、层状双氢氧化物中的任一种；
所述的红磷为化学纯级的红磷；
所述的润滑剂为硬脂酸或石蜡中的任一种；
b、制备方法：首先将赤泥在球磨机中研磨至粒径为800～1500目，在80～100℃下干燥后，与上述其他一定配比的原料包括聚合物、无机阻燃剂、红磷和润滑剂加入到高速混合机中混合均匀，然后通过螺杆挤出机熔融混合、挤出造粒，得到粒状阻燃聚合物复合材料；挤出机设定温度为170～190℃。
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