一种改性煤灰塑料发泡复合板及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及复合板领域，尤其是一种改性煤灰塑料发泡复合板及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 煤灰是热电厂、锅炉房产生的固体废弃排放物。2012年全国煤灰的产生量达到5 亿吨，数量巨大的煤灰若处理不当将产生严重的污染，加重环境日益恶化。煤灰的主要成份 是二氧化硅、三氧化二铝，并吸附有部分游离水或化学结合水，能够进行资源化利用。现在 煤灰主要用于建筑材料制备，如加气砖、轻质墙体材料、煤灰砖、水泥等附加价值低，技术水 平含量低的领域。煤灰也逐渐用于高分子材料填充领域，但由于煤灰密度大，表面羟基多亲 水性强，造成在材料中易沉降、分层，相容性差等缺点，用量很少。我国有丰富的煤炭资源， 在较长时间内利用煤炭发电仍然是一种主要获取能源的一种方式。因此，大力开发煤灰的 高质、高附加值利用，替代高耗能的白炭黑、碳酸钙、陶土、滑石粉等填充剂是我国经济持续 发展的必然要求。
[0003] 高分子材料现已广泛用于经济生活中的各个领域。通用塑料包括聚乙烯、聚丙烯、 聚氯乙烯、聚苯乙烯等，其中聚氯乙烯用量占据了通用塑料中的70%。通过发泡处理可使塑 料材料密度减轻，具有减震、隔热、隔音、比强度高的优点。塑料发泡须保证一定的熔体流动 性和熔体强度，同时调整好发泡剂、增塑剂、促进剂等用量。若在塑料中加入煤灰共混制备 发泡复合材料，这种情况将更加复杂，发泡技术更具难度。
[0004] 为了提高煤灰在塑料中填充量，提高复合材料综合性能，必须对煤灰进行改性。采 用偶联剂处理填料是活化惰性填料、提高塑料和填料相容性的主要方法。中国专利文献"用 工业固废制备高填充聚氯乙烯或聚烯烃复合材料的方法(授权号CN103319762B)"和"一 种添加大宗工业固废制备轻质通用塑料复合材料的方法(公开号CN104356505A)"公开了处 理粉煤灰的方法：采用200-800°C烘培0. 5-5小时，用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶 联剂预处理，然后与增塑剂、树脂、发泡剂等经螺杆造粒或注塑。"一种资源节约型灰塑发泡 高分子复合材料及其制备方法(公开号CN102617950)"在高速混合机中用偶联剂处理煤灰， 再加入发泡剂等助剂高速共混，直接放料。"一种利用复配偶联剂对粉煤灰漂珠进行表面改 性的方法及应用（授权号CN102850825B)"采用多种偶联剂进行复配的处理方法：将粉煤灰 在350-450°C下烧结48h，再先后用稀酸、稀碱搅拌1. 5-2. 5h，用去离子水冲洗至中性，最后 用复配偶联剂处理。"改性粉煤灰微珠橡塑填料的制备方法(授权公开号CN101348578B)" 采用30-47%的氢氟酸腐蚀处理2天，用氢氧化钠、氢氧化|丐、水处理，再用二氧化碳调整PH 至中性，最后用偶联剂处理。以上方法存在如下缺陷：偶联剂成本高，预处理工艺复杂，时间 长、效率低；特别是采用高腐蚀性酸和碱对设备要求非常高，也对人身体健康产生极大的危 害；煤灰改性不均匀，影响复合材料加工和材料物理性能。
【发明内容】
[0005] 本发明针对上述问题提出了一种改性煤灰塑料发泡复合板及其制备方法，采用改 性煤灰有效提升塑料发泡复合板的性能。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种改性煤灰塑料发泡复合板包 括芯层与皮层，芯层原料按重量份计包括：PVC树脂粉100份，改性煤灰40~120份、皮层 原料按重量份计包括：PVC树脂粉100份，改性煤灰20~60份，所述改性煤灰以水溶性酚 醛树脂、树脂水乳液为复合改性剂对煤灰进行改性。
[0007]所述的复合改性剂组成按重量份计为酚醛树脂水溶液：树脂水乳液=25~100:100,重量份计，所述复合改性剂：煤灰为10~50 :100。
[0008]所述芯层原料按重量份计还包括：稳定剂1. 5~2. 5份，润滑剂0. 2~1. 2份，增 塑剂0. 5~1. 2份，增韧剂0. 5~2份，发泡剂0. 8~1. 5份，回料10~50份；所述皮层按 重量份计还包括：稳定剂2~3份，润滑剂0. 5~1. 5份，增塑剂0. 5~1. 2份，增韧剂3~ 6份。
[0009] -种制备改性煤灰塑料发泡复合板的方法，包括以下步骤： a改性煤灰制备：按重量份计煤灰：复合改性剂=100 :10~50选取煤灰及复合改性 剂，加入捏合装置，于常温下捏合混合5~15min;然后再在该捏合机中搅拌的同时，升温到 120~150°C干燥、反应；最后冷却到室温得到改性煤灰； b芯、皮层混合料制备：分别按芯层和皮层物料配比称好物料加入到高温混合机中，边 搅拌边加热至100~120°C，再控制温度在100~120°C下混合5~20min;将上述高温混 合物料通过密封管道排入到低温低速混合机中混合、搅拌、冷却，最后冷却到30~60°C停 止搅拌，得到皮层混合料和芯层混合料； c挤出熔融：将皮层混合料在第一挤压设备中经熔融、压缩、均化，通过模口挤出成熔 融状片材A，将芯层混合料在第二挤压设备中熔融、压缩、均化、发泡，通过模口挤出成熔融 状片材B; d成型：将熔融状片材A与熔融状片材B移入同一模具中，经连续加压、粘合、复合成芯 层发泡，皮层不发泡密实的复合板材半成品，再移入冷却装置，冷却、定型； e切割：根据需要长度进行切割，得到产品。
[0010] 所述的树脂水乳液为氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物水乳液，氯乙烯-丙烯酸酯共 聚物水乳液、氯乙烯-醋酸乙烯酯-马来酸酐共聚物水乳液、聚氨酯水性乳液中的一种或 两种；所述的酚醛树脂水溶液重量百分比为30%~60%、所述的树脂水乳液重量百分比为 10% ~50%。
[0011] 所述的PVC树脂粉选用通用的悬浮聚合8型（SG-8 )或7型（SG-7 )树脂中的一种 或两种。
[0012]稳定剂选用无铅的环保PVC钙锌复合稳定剂、稀土稳定剂中的一种或两种；润滑 剂选用聚乙烯蜡（PE-WAX)、硬脂酸钙、氯化聚乙烯蜡、石蜡、脂肪酸醇、脂肪酰胺中的一种或 两种；增塑剂选用环氧大豆油、花生油、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、低分子量 液体聚酯中的一种或两种，特别的低分子量液体聚酯来自于聚酯瓶如矿泉水瓶、饮料瓶、食 物油桶的裂解产物；发泡剂选用偶氮二甲酰胺(发泡剂AC)、偶氮二异丁腈、偶氮二甲酸异 丙酯、偶氮二甲酸二乙酯、碳酸氢钠中的一种或两种；增韧剂选用氯化聚乙烯、丁腈橡胶、羧 基丁腈橡胶、氯丁橡胶、氯化丁基橡、热塑性聚氨酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物，丙烯酸酯类橡 胶中的一种或两种。
[0013] 所述的芯层挤压设备的温度参数为：输送段140°c、压缩段180°C、熔融段220°C、 均化段210°C。
[0014] 皮层挤压设备的温度参数为：输送段160°c、压缩段20(TC、熔融段220°C、均化段 21(TC。
[0015] 所述的模具温度为180°C。
[0016]所述的模口为长矩形模口，模口间隙可调，可根据需要调节芯层与皮层厚度。
[0017]所述的酚醛树脂水溶液，采用苯酚、甲醛为原料，以氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化钡 等为催化剂合成得到。
[0018]所述的树脂水乳液为氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物水乳液，氯乙烯-丙烯酸酯共聚 物水乳液、氯乙烯-醋酸乙烯酯-马来酸酐共聚物水乳液、聚氨酯水性乳液中的一种或两 种。
[0019]所述的酚醛树脂水溶液重量百分比为30%~60% ;所述的树脂水乳液重量百分比 为10%~50%。
[0020] 树脂水乳液是以0P-10,十二烷基苯磺酸钠，十二烷基硫酸钠，聚氧乙烯醚为表面 活性剂形成的乳液，再加树脂单体和引发剂聚合得到。
[0021] 回料选用回收的PVC片材，或生产过程中产生的废料和下脚料，经过粗破碎，再磨 粉制得。
[0022] 本发明具有以下优点： 1. 所采用的煤灰采用水溶性酚醛树脂、水溶性共聚物作为改性处理剂，成本低，避免采 用昂贵的偶联剂；不含有毒有害的有机溶剂，以及腐蚀性极强的强酸强碱。原料间的输送采 用密封管道，改善工作环境，减少环境污染； 2. 采用较高浓度的树脂溶液和用量，以及采用捏合机进行捏合再干燥反应的方法， 使得混合更加均匀，表面涂覆更佳，树脂与煤灰的接触更牢固，同时改性流程缩短、效率提 尚； 3.增塑剂选用低分子量液体聚酯，低分子量液体聚酯来自于聚酯瓶如矿泉水瓶、饮料 瓶、食物油桶的裂解产物，产品原料价格低廉； 4.经过改性后的煤灰能提高在PVC树脂中的填充量，性能更优；采用来自废弃聚酯裂 解的低分子量聚酯以及PVC片材，或生产过程中产生的废料和下脚料作为回料，具有变废 为宝，实现资源的循环利用，并能有效降低成本； 5.由两台挤压设备组成复合机，将芯层和皮层的两种材料进行熔融复合，有效提升了 生产效率； 6. 模口为长矩形模口，模口间隙可调，可根据需要调节芯层与皮层厚度。
【具体实施方式】
[0023] 为进一步阐述本发明所达到的预定目的与技术手段及功效，以下结合实施例，对 本发明的具体实施方案进行详细说明。
[0024]实施例1 :一种改性煤灰塑料发泡复合板包括芯层、皮层，芯层原料按重量份计包 括：悬浮聚合8型PVC树脂粉100份，改性煤灰80份，稳定剂2份，发泡剂1份，润滑剂0. 7 份，增塑剂0. 8份，增韧剂1. 2份，回料30份；皮层原料按重量份包括：悬浮聚合8型PVC树 脂粉100份，改性煤灰40份，稳定剂2. 5份，润滑剂1份，增塑剂0. 9份，增韧剂4. 5份；改 性煤灰以水溶性酚醛树脂、树脂水乳液为复合改性剂对煤灰进行改性，按重量份计煤灰：复 合改性剂=100 :30,所述树脂水乳液为氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物水乳液，其重量百分比为 30%，酚醛树脂水溶液重量百分比为45%，按重量份计，氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物水乳液： 酚醛树脂水溶液=1:1。
[0025]制备如上所述的改性煤灰塑料发泡复合板，包括以下步骤： a改性煤灰制备：按重量份计煤灰：复合改性剂=100 :30选取煤灰及复合改性剂，改性 复合剂重量百分比为30%氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物水乳液与重量百分比为45%的酚醛树 脂水溶液构成，按重量