一種磷尾礦/聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磷尾礦/聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法。其原料按質(zhì)量百分數(shù)計如下：聚丙烯為60～95wt％，磷尾礦為5～40wt％；其中，磷尾礦的粒度在200目以下。所述聚丙烯熔融指數(shù)4g/10min。制備方法包括以下步驟：將干燥后的磷尾礦與聚丙烯粒料混合均勻得到預(yù)混料；預(yù)混料加入雙螺桿擠出機中熔融擠出，其中，所述的雙螺桿擠出機為同相平行雙螺桿，長徑比為32:1～48:1。減少了聚丙烯樹脂的使用量，降低了聚丙烯復(fù)合材料的成本，同時因磷尾礦表面附著有機性的浮選助劑，能提高磷尾礦無機粒子與聚丙烯基體樹脂間的界面粘接，同時提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，并改變其加工流變性能。
【專利說明】
一種磷尾礦/聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磷尾礦/聚丙烯復(fù)合材料及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 磷礦是一種重要的化工礦物原料，也是全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需磷肥的原料。我國雖然 是磷礦石儲量大國，但是我國90%以上的磷礦品位低于26%，平均品位只有17%。為了滿足 工業(yè)上制取磷酸的要求，磷礦需要通過選礦技術(shù)獲得達到生產(chǎn)要求的磷精礦，同時副產(chǎn)大 量的磷尾礦。目前，由于磷尾礦利用比較困難，難以回收其中有用成分，大量的磷尾礦堆積 如山，不僅是資源的浪費、土地的占用，更是給環(huán)境帶來了嚴重的污染。如何將磷尾礦回收 利用變廢為寶，成為了磷化工行業(yè)迫切需要解決的問題。因此如何合理有效地利用磷尾礦 是目前一個重要的研究課題。
[0003] 聚丙烯(PP)作為一種通用型熱塑性塑料，因其優(yōu)良的綜合性能使其廣泛應(yīng)用于汽 車、家電、裝修等領(lǐng)域。但PP同時因其耐熱性能不足、使用壽命短等缺點，限制其在某些領(lǐng)域 的應(yīng)用，因此聚丙烯填充無機粒子改性及應(yīng)用受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。
[0004] 關(guān)于聚丙烯無機粒子填充改性及應(yīng)用，實例如下：
[0005] 楊春榮等人，將經(jīng)過機械力處理的粒徑為ΙΟμπι的硅灰石加入到聚丙烯中，復(fù)合體 系的拉伸強度相對于聚丙烯基體提高了 8.1%，彎曲強度提高了 3.6%，缺口沖擊強度提高 了 86.4%〇
[0006] 喬輝等人，將經(jīng)過表面處理劑處理過的硅藻土填充聚丙烯得到硅藻土 /聚丙烯復(fù) 合材料，硅藻土填充量達到20 %時，復(fù)合材料的熱變形溫度提高了 25 %，彎曲強度達到 37.5MPa，彎曲模量達到1760MPa，彈性模量達到1550MPa。
[0007] 劉慶峰等采用碳酸鈣晶須對聚丙烯進行改性，其拉伸強度和沖擊強度均隨晶須填 充量的增加而增加，當(dāng)填充量大于30%時，材料的沖擊強度大幅度提高，劉慶峰等還發(fā)現(xiàn)碳 酸鈣晶須聚丙烯的拉伸強度為純聚丙烯的1.18倍。
[0008] 馬長寶將用偶聯(lián)劑改性過的滑石粉填充聚丙烯，隨著滑石粉含量的增加，經(jīng)偶聯(lián) 劑處理的PP/滑石粉復(fù)合材料的拉伸強度先升后降，在滑石粉含量為10%~20%時達到最 大，經(jīng)混合偶聯(lián)劑處理的復(fù)合體系，拉伸強度比未處理的提高2倍，沖擊強度比未處理的高 約2.15。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明目的在于提供一種聚丙烯復(fù)合材料，不僅提高聚丙烯材料的熱變形溫度和 拉伸強度，并降低其生產(chǎn)成本，同時拓展填充聚合物復(fù)合材料的應(yīng)用范圍，提高磷尾礦的附 加值，可望有效解決磷尾礦所帶來的環(huán)境問題。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
[0011] -種磷尾礦/聚丙烯復(fù)合材料，其原料按質(zhì)量百分數(shù)計如下：
[0012] 聚丙烯為60~95wt%，磷尾礦為5~40wt%;其中，磷尾礦的粒度在200目以下。 [0013]按上述方案，所述聚丙稀恪融指數(shù)4g/10min。
[0014] 所述磷尾礦/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0015] 1)將干燥后的磷尾礦與聚丙烯粒料混合均勻得到預(yù)混料；
[0016] 2)預(yù)混料加入雙螺桿擠出機中熔融擠出，其中，所述的雙螺桿擠出機為同相平行 雙螺桿，長徑比為32:1~48:1。
[0017]按上述方案，所述的雙螺桿擠出機的轉(zhuǎn)速為160~250r/min。
[0018] 按上述方案，所述的雙螺桿擠出機加工溫度為165~190°C。
[0019] 本發(fā)明以磷尾礦作為聚丙烯復(fù)合材料的無機填料，與現(xiàn)有的碳酸鈣、滑石粉、凹凸 棒土等無機填料相比，可以減少或不用添加表面改性劑、增容劑等，也可以達到相應(yīng)的力學(xué) 性能。因為，磷礦浮選劑中最重要成分是捕收劑，捕收劑通常為硫代化合物、胺類、烴油類等 有機物，其作用機理是提高被浮礦物的表面疏水性和親油性，比較有效的選擇性的對磷礦 中的白云石等無機物的表面產(chǎn)生吸附，并實現(xiàn)比較牢固的粘附。磷尾礦表面吸附的有機類 浮選助劑，使其表面性能有未水性轉(zhuǎn)變成疏水性，能提尚其與聚丙烯基體樹脂間的界面粘 接和復(fù)合材料的力學(xué)性能，并改善其加工流變性能。以磷化工廢棄物磷尾礦作為聚丙烯復(fù) 合材料的填料，同時可大幅度降低復(fù)合材料的生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的經(jīng)濟效益，并獲得良好 的環(huán)境效益。
[0020] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，技術(shù)效益是：
[0021] 1)本發(fā)明以磷尾礦與聚丙烯為原料，采用雙螺桿擠出機制備磷尾礦/聚丙烯復(fù)合 材料，制備方法簡單易操作，可控性強，易于規(guī)模化生產(chǎn)。
[0022] 2)本發(fā)明所用的無機填料為磷尾礦，易于得到，無二次污染，很大程度上解決了磷 尾礦堆積帶來的環(huán)境問題。
[0023] 3)本發(fā)明減少了聚丙烯樹脂的使用量，降低了聚丙烯復(fù)合材料的成本，同時因磷 尾礦表面附著有機性的浮選助劑，能提高磷尾礦無機粒子與聚丙烯基體樹脂間的界面粘 接，同時提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，并改變其加工流變性能。
【具體實施方式】
[0024]以下實施例進一步闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案，但不作為對本發(fā)明保護范圍的限制。 [0025]本發(fā)明的磷尾礦/聚丙烯復(fù)合材料，其組成按質(zhì)量百分數(shù)計聚丙烯為60~95wt% (恪融指數(shù)4g/10min);磷尾礦為5~40wt%，其粒度在200目以下。
[0026]聚丙烯為武漢石化公司生產(chǎn)，所述聚丙烯熔融指數(shù)4g/10min。所使用的磷尾礦來 自湖北省西部地區(qū)，其最大粒度為200目。
[0027]本發(fā)明復(fù)合材料的制備過程：
[0028]將磷尾礦在干燥箱中干燥；
[0029] 將干燥后的磷尾礦與聚丙烯按照配方比例預(yù)混，使得原料初步混合均勻，得到預(yù) 混料，其中所述的配方比例以重量百分比計數(shù)，聚丙烯為50%~90%，磷尾礦為10%~ 50% 〇
[0030] 將預(yù)混料加入雙螺桿擠出機中進行混煉，其中：所述的雙螺桿擠出機為同相平行 雙螺桿，長徑比為32:1~48:1;轉(zhuǎn)速為160~250r/min;加工溫度為165~190°C。
[0031] 對比例1:
[0032] 以百分之百的聚丙烯為原料。
[0033] 所用雙螺桿擠出機為直徑25cm，長徑比為32:1，轉(zhuǎn)速為210r/min，加工溫度為一區(qū) 165°C，二區(qū) 170°C，三區(qū) 175°C，四區(qū) 180°C，機頭 170°C。
[0034]遵從上述制備方法制備本實施例的磷尾礦/聚丙烯復(fù)合材料。
[0035] 實施例1
[0036] 原料組成:質(zhì)量百分比聚丙烯為95%，磷尾礦為5%。
[0037] 所用雙螺桿擠出機為直徑25cm，長徑比為32:1，轉(zhuǎn)速為210r/min，加工溫度為一區(qū) 165°C，二區(qū) 170°C，三區(qū) 175°C，四區(qū) 180°C，機頭 170°C。
[0038]遵從上述制備方法制備本實施例的磷尾礦/聚丙烯復(fù)合材料。
[0039] 實施例2
[0040] 原料組成:質(zhì)量百分比聚丙烯為90%，磷尾礦為10%。
[0041 ] 所用雙螺桿擠出機為直徑25cm，長徑比為32:1，轉(zhuǎn)速為210r/min，加工溫度為一區(qū) 170°C，二區(qū) 175°C，三區(qū) 180°C，四區(qū) 185°C，機頭 175°C。
[0042]遵從上述制備方法制備本實施例的磷尾礦/聚丙烯復(fù)合材料。
[0043] 實施例3
[0044] 料組成:質(zhì)量百分比聚丙烯為80%，磷尾礦為20 %。
[0045] 所用雙螺桿擠出機為直徑25cm，長徑比為32:1，轉(zhuǎn)速為210r/min，加工溫度為一區(qū) 170°C，二區(qū) 175°C，三區(qū) 180°C，四區(qū) 185°C，機頭 175°C。
[0046] 遵從上述制備方法制備本實施例的磷尾礦/聚丙烯復(fù)合材料。
[0047] 實施例4
[0048] 原料組成:質(zhì)量百分比聚丙烯為70%，磷尾礦為30%。
[0049] 所用雙螺桿擠出機為直徑25cm，長徑比為32:1，轉(zhuǎn)速為210r/min，加工溫度為一區(qū) 170°C，二區(qū) 175°C，三區(qū) 185°C，四區(qū) 190°C，機頭 180°C。
[0050] 實施例5
[0051 ] 原料組成:質(zhì)量百分比聚丙烯為60%，磷尾礦為40 %。
[0052] 所用雙螺桿擠出機為直徑25cm，長徑比為32:1，轉(zhuǎn)速為210r/min，加工溫度為一區(qū) 170°C，二區(qū) 175°C，三區(qū) 180°C，四區(qū) 185°C，機頭 175°C。
[0053]遵從上述制備方法制備本實施例的磷尾礦/聚丙烯復(fù)合材料。
[0054]以上實施例按照國標(biāo)要求制樣，性能測試結(jié)果見表1所示。
[0055]表 1
[0056]
【主權(quán)項】
1. 一種磷尾礦/聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于原料按質(zhì)量百分數(shù)計如下： 聚丙烯為60~95wt %，磷尾礦為5~40wt % ;其中，磷尾礦的粒度在200目以下。2. 如權(quán)利要求1所述磷尾礦/聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于所述聚丙烯熔融指數(shù)4g/ 10min〇3. 權(quán)利要求1所述磷尾礦/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 將干燥后的磷尾礦與聚丙烯粒料混合均勻得到預(yù)混料； 2) 預(yù)混料加入雙螺桿擠出機中熔融擠出，其中，所述的雙螺桿擠出機為同相平行雙螺 桿，長徑比為32:1~48:1。4. 如權(quán)利要求3所述磷尾礦/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的雙螺桿擠 出機的轉(zhuǎn)速為160~250r/min。5. 如權(quán)利要求3所述磷尾礦/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的雙螺桿擠 出機加工溫度為165~190°C。
【文檔編號】B29C47/92GK105906943SQ201610472866
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】劉生鵬, 殷祥, 丁剛, 丁一剛, 許莉莉, 龍秉文, 鄧伏禮, 樊慶春
【申請人】武漢工程大學(xué)