电石渣制备超细活性碳酸钙工艺研究及其塑料中的应用

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电石渣是电石制取聚氯乙烯(PVC)、乙炔气体时产生的工业废渣,若不采取合理的治理措施,不仅占用珍贵的土地资源,而且还会污染环境。至今为止,电石渣还没有很好的处理方式,所得到的产品附加值不高。碳酸钙作为一种成本低廉的填料和白色颜料,广泛地应用于塑料、橡胶、纸业和日用品等领域,尤其是超细活性碳酸钙,能很好的在聚合物中分散,提高聚合物的物理性能。因此以电石渣为原料生产高需求量的超细活性碳酸钙,无疑是处理电石渣最好的途径。本论文的主要研究内容如下:1.以电石渣为原料,丙酸为浸取剂提取电石渣内的Ca2+离子,研究了浸取剂的浸取机理及用量对Ca2+浸取率的影响,然后采用液-液连续反应方法制备了表面包覆丙酸的超细活性碳酸钙,通过单因素变量法和L16(44)正交实验法研究了Ca2+浓度、Na2C03用量、滴加速率以及搅拌速率对产品的纯度、粒径以及粒径分布的影响,并确定了最佳韵反应工艺条件。此外,采用FT-IR、XRD和SEM对产品的物性进行表征。结果表明,所得碳酸钙为球形粒子,粒径主要分布在2μm至4μm之间,包覆了一定量的有机物并具有方解石晶形。2.采用液相法制得的碳酸钙(Z-CaCO3)、浙江菱化工业活性沉淀碳酸钙(L-CaCO3)和浙江菱化纳米碳酸钙(N-CaCO3)分别按照10%、20%、30%和40%的填充量填充聚氯乙烯(PVC),通过双辊开炼和平板硫化仪,制成GB/T1040-2006标准的拉伸样条,余料切粒,测试力学和流变性能,结果表明,在10%填充量下,Z-CaCO3填充PVC,其拉伸强度能够达到20MPa,明显优于另外两种碳酸钙,而在断裂伸长率和流变性能上没有明显区别。3.以电石渣为原料,NH4C1为浸取剂提取电石渣内的Ca2+离子,研究NH4Cl用量对Ca2+浸取率的影响,并探讨了浸取机理,然后采用微乳液法制备出了表面包覆长链酸的超细活性碳酸钙,通过L16(45)正交实验法研究了W(油与表面活性剂的摩尔比)、Ca2+浓度、碳酸铵浓度、超声功率以及正丁醇的用量对产品的纯度、粒径、白度、吸油值、盐酸不溶物以及铁含量的影响,并确定了最佳的反应工艺条件。此外,采用FT-IR、XRD、SEM和TG对产品的物性进行了表征,结果表明,碳酸钙形貌为松果状具有球霰石晶形,粒径在800-1200nm之间,表面包覆了有机物,含量在3.5%,并阐述了微乳液法制备碳酸钙的反应机理。4.采用微乳液法制得的碳酸钙(Z-CaCO3)、浙江菱化工业活性沉淀碳酸钙(L-CaCO3)和浙江菱化纳米碳酸钙(N-CaCO3)分别按照10%、20%、30%和40%的填充量填充聚丙烯(PP),通过挤出机熔融共混,再利用注塑机注塑出标准的拉伸、弯曲和冲击样条,测试力学和流变性能。结果表明,不管是高填充量还是低填充量,Z-CaCO3填充的PP都具有最大的拉伸和弯曲强度,拉伸强度最大能达到34.5MPa,弯曲强度最大能够达到42.8MPa,远优于L-CaCO3和N-CaCO3的填充效果;流变性能上,Z-CaCO3和L-CaCO3因为表面有机物的修饰量比较大,导致PP/CaCO3复合材料的熔体粘度随着碳酸钙含量的增加而降低,N-CaCO3有机物修饰量小使得其出现相反的结果。通过SEM表征CaCO3与PP基体的相容性,发现在低填充下,三种碳酸钙与PP基体的相容性都比较好,但在30%和40%高填充量下,L-CaCO3和N-CaCO3在PP基体中出现了团聚,而Z-CaCO3在PP基体中依然分散良好。
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