CN105482502A - 一种磷石膏作为原料生产pvc用填料方法 - Google Patents

一种磷石膏作为原料生产pvc用填料方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种磷石膏作为原料生产PVC用填料方法，通过将磷石膏与水进行混合后，搅拌加入纳米二氧化硅，再控制加入量，并结合加热处理，使得硅元素与磷石膏中的氟等杂质以及其他有机杂质进行作用，降低磷石膏中的杂质含量；并结合搅拌下通入二氧化碳气体，使得游离在溶液中的钙离子得到部分碳化，并结合两次二氧化碳的通入和反应，使得在磷石膏颗粒表面形成两层结构的钙离子碳化物；再将其进行过滤干燥获得结构复杂的填料产品；并且结合干燥时候的温度控制，使得磷石膏的成分控制在半水硫酸钙、III型硬石膏、II型硬石膏，提高磷石膏作为填料的品质，改善了磷石膏作为填料的可塑性、流变性以及对PVC的增强增韧性能，改善了PVC的容重，降低生产成本。

Description

一种磷石膏作为原料生产PVC用填料方法
技术领域
本发明涉及PVC用填料技术领域，尤其是一种磷石膏作为原料生产PVC用填料方法。
背景技术
PVC是一种用途广泛的通用塑料，目前在PVC塑料中添加填充料主要是碳酸钙粉体。由于碳酸钙粉体的密度大，在PVC中随着填充量的增加，制成品的密度较大，容重较大。现有技术中，PVC生产厂商一方面要求降低PVC生产成本而增加填料的填充量，另外一方面又需要降低PVC的密度，减轻PVC材料的容重，为此，大量的研究者开始关注于PVC用填料的研究，但其均是将传统的碳酸钙粉体进行改性处理，使得碳酸钙粉体形成多孔碳酸钙，达到降低碳酸钙粉体单位体积的质量，降低碳酸钙的密度，降低PVC材料的密度；如专利号为ZL03101388.0公开了一种多孔性碳酸钙的制备方法；专利号为ZL200510031091.6公开了一种多孔性碳酸钙的制备方法；专利号为200810039815.5公开了一种蜂窝状碳酸钙的制备方法和应用。
可见上述的技术方案均是采用对碳酸钙的密度进行改性处理，使得碳酸钙粉体呈现出多孔性的材料，进而降低其填入PVC中后的密度，但是，上述技术方案中对碳酸钙粉体处理的成本较大，碳酸钙本身的密度较大，降低其密度的难度较大，能耗较高，使得PVC产品生产的成本较高。
基于此，有研究者开始研究替代碳酸钙成分作为填料的原料物质，如专利号为201310380778.5的《将磷石膏用作聚氯乙烯树脂填料的方法》该方法先对磷石膏进行改性处理，磨细时加入偶联剂，即得到可用于作聚氯乙烯树脂填料的产品。其目的是除去磷石膏中的结晶水和有机杂质，提高磷石膏的白度，粉磨至PVC填料颗粒要求，降低成本。
但是，磷石膏是磷化工产业中的固体废弃物，其含有大量的杂质，新鲜的磷石膏主要以二水硫酸钙的形式存在，由于二水磷石膏中的结晶水的含量较高，在对其进行结晶水除去以及有机杂质除去时的难度较大，能耗较高，进而导致采用磷石膏来替代碳酸钙粉体作为PVC填料时，需要克服磷石膏成分复杂、结晶水较高、可塑性和流变性较差、容易导致PVC加工过程中起泡的技术缺陷；并且，直接采用磷石膏加入作为填料还会使得制备的PVC的强度和韧性均较差，使得获得的PVC产品的品质较差。
为此，本研究者通过对PVC生产用填料的特性和需求进行分析和探索，采用磷石膏为原料，并对磷石膏进行一定程度的碳化改性处理，使得磷石膏中的成分复杂，形成与填料成分相密切的多成分的复合型填料，提高了填料的可塑性、流变性，降低了单位体积的磷石膏中杂质的含量，提高了磷石膏作为填料的白度，为磷石膏应用于PVC生产作填料提供了一种新思路。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种磷石膏作为原料生产PVC用填料方法。
具体是通过以下技术方案得以实现的：
一种磷石膏作为原料生产PVC用填料方法，将磷石膏与水按照质量比为1∶1～10混合后，搅拌处理20-30min，并向其中加入纳米二氧化硅，加入量为磷石膏质量的1-5％，将其搅拌均匀后，再将其温度升温至80-180℃，并采取边搅拌边加热，待处理时间达到1-3h后，并在搅拌下通入含有二氧化碳的气体碳化钙离子，待溶液中的钙离子被碳化率达到15-25％后，搅拌反应2-5h，再向反应液中继续通入含有二氧化碳的气体，通入量与第一次通入量等量，再将其静置、陈化处理0.5-1.5h后，再将其过滤，干燥，干燥温度为80-180℃，持续干燥0.3-1.5h后，获得磷石膏填料。所述的含有二氧化碳的气体，其中含有二氧化碳的体积浓度为25-33％，气体通入时的流速为0.5-3m3/min。
所述的干燥，其在干燥后还包括将干燥物置于研磨机中研磨过筛处理的步骤。
所述的干燥，其在干燥后还包括将干燥物置于炒锅中炒制处理的步骤。
所述的干燥，其在干燥后还包括将干燥物置于研磨机中进行一次研磨过筛、一次炒制、二次研磨过筛、二次炒制的步骤。
所述的研磨过筛，是将干燥物置于研磨机中研磨成粉末，并将粉末过200-400目的筛。
所述的一次研磨过筛，是将干燥物置于研磨机中研磨成粉末，并将粉末过200-400目的筛，控制筛底料过440目筛的筛余量为≤15％；所述的二次研磨过筛，是将干燥物置于研磨机中研磨成粉末，并将粉末过200-400目的筛，控制筛底料过440目筛的筛余量为≤5％。
所述的炒制，是将物料在温度为150-200℃炒制20-30min。
所述的一次炒制，其在炒制完成后，还包括加入石蜡的步骤。
所述的石蜡为液态石蜡，其加入量为物料质量的1-3％。
所述的石蜡，其加入量为物料质量的2％。
所述的纳米二氧化硅，其颗粒度为200-500nm。
与现有技术相比，本发明的技术效果体现在：
通过将磷石膏与水进行混合后，搅拌加入纳米二氧化硅，再控制加入量，并结合加热处理，使得硅元素与磷石膏中的氟等杂质以及其他有机杂质进行作用，降低磷石膏中的杂质含量；并结合搅拌下通入二氧化碳气体，使得游离在溶液中的钙离子得到部分碳化，并结合两次二氧化碳的通入和反应，使得在磷石膏颗粒表面形成两层结构的钙离子碳化物；再将其进行过滤干燥获得结构复杂的填料产品；并且结合干燥时候的温度控制，使得磷石膏的成分控制在半水硫酸钙、III型硬石膏、II型硬石膏，提高了磷石膏作为填料的品质，改善了磷石膏作为填料的可塑性、流变性以及对PVC的增强增韧性能，改善了PVC的容重，降低了生产成本。
本发明的研究者主要是通过对磷石膏进行加入二氧化硅加热处理，通入二氧化碳气体碳化溶液中的钙离子，降低游离钙离子的损失率，结合二氧化碳通入分为两次，使得在磷石膏颗粒表面交替包裹碳化钙离子成分，再结合过滤后的干燥处理，使得磷石膏在干燥过程中失水，提高孔隙率，改善了结构；同时也结合在溶液中碳化游离钙离子，使得在磷石膏颗粒表层形成碳化后的钙离子层，进而提高了干燥后的磷石膏颗粒的分散性，并结合二氧化硅、二氧化碳气体碳化游离钙离子的作用，提高了磷石膏的流变性和可塑性，同时，丰富了磷石膏颗粒的成分，提高了将磷石膏作为填料生产PVC的强度和韧性，改善了PVC产品的品质，降低了PVC产品生产的成本和难度。
据相关研究数据显示，磷石膏的可塑性和流变性随着其中的结晶水的减少首先得到提高，随后得到降低，可见在磷石膏的流变性和可塑性与磷石膏中的水分含量是具有一定的二次线性关系的；并且根据建筑领域的常识可以得知的是，在颗粒度越小的粉体，其可塑性会得到一定程度的改善和增强，但其流变性较差；颗粒度越高的粉体，其流变性相对也较差，可塑性较差；于是，本发明结合干燥过程中的温度限定，使得磷石膏中结晶水的稳定性遭受破坏，从磷石膏颗粒中散发出来，进而对磷石膏颗粒形成空隙，降低单位体积磷石膏颗粒的重量，降低了PVC产品的容重，改善了磷石膏作为PVC用填料的品质。除此之外，通过干燥温度的控制，使得磷石膏颗粒结晶水在失水过程中转变成多种类型的石膏产品，使得获得的磷石膏填料中不仅含有碳化的钙离子，还含有半水硫酸钙、III型硬石膏、II型硬石膏，使得作为填料的磷石膏颗粒为一种复合型结构产品，提高了磷石膏的可塑性和流变性，并且降低了其中的结晶水的含量，也确保了磷石膏在一定水分含量下具有的可塑性，使得可塑性和流变性得到了平衡，提高了对PVC材料的增强增韧作用。
除此之外，本研究者还对制备获得的磷石膏填料进行进一步的研究与分析，进而通过干燥后的研磨过筛，使得填料的目数得到限制，降低了磷石膏填料中的杂质含量，也提高了磷石膏的可塑性和流变性，避免了磷石膏颗粒度较细导致的流变性较差，颗粒度较高导致的可塑性较差的缺陷。为了防止研磨处理后，磷石膏颗粒内部的结晶水的稳定性遭受破坏裸露在颗粒表面形成自由水，本发明还将其进行了炒制处理，使得磷石膏颗粒在研磨过程中流露出来的结晶水倍去除，提高磷石膏颗粒内部的结晶水的稳定性，并且使得磷石膏向III型硬石膏、II型硬石膏转变，避免了加入PVC中后的起泡现象。
再进一步的为了防止处理完成的磷石膏颗粒在保存和制备过程中发生吸水导致磷石膏颗粒的自由水增多，影响结晶水结构，使得磷石膏在PVC产品生产中应用的质量，并向其中加入石蜡成分，使得石蜡成分的润滑效果等对磷石膏颗粒的可塑性和流变性进行了改善，提高了其加入PVC后的增强增韧效果，降低了PVC产品的容重，进而达到降低PVC生产成本的同时，降低了PVC产品的密度，减轻了容重。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1
一种磷石膏作为原料生产PVC用填料方法，将磷石膏与水按照质量比为1∶1混合后，搅拌处理20min，并向其中加入纳米二氧化硅，加入量为磷石膏质量的1％，将其搅拌均匀后，再将其温度升温至80℃，并采取边搅拌边加热，待处理时间达到1h后，并在搅拌下通入含有二氧化碳的气体碳化钙离子，待溶液中的钙离子被碳化率达到15％后，搅拌反应2h，再向反应液中继续通入含有二氧化碳的气体，通入量与第一次通入量等量，再将其静置、陈化处理0.5h后，再将其过滤，干燥，干燥温度为80℃，持续干燥0.3h后，获得磷石膏填料。所述的含有二氧化碳的气体，其中含有二氧化碳的体积浓度为25％，气体通入时的流速为0.5m3/min。所述的纳米二氧化硅，其颗粒度为200nm。
实施例2
一种磷石膏作为原料生产PVC用填料方法，将磷石膏与水按照质量比为1∶10混合后，搅拌处理30min，并向其中加入纳米二氧化硅，加入量为磷石膏质量的5％，将其搅拌均匀后，再将其温度升温至180℃，并采取边搅拌边加热，待处理时间达到3h后，并在搅拌下通入含有二氧化碳的气体碳化钙离子，待溶液中的钙离子被碳化率达到25％后，搅拌反应5h，再向反应液中继续通入含有二氧化碳的气体，通入量与第一次通入量等量，再将其静置、陈化处理1.5h后，再将其过滤，干燥，干燥温度为180℃，持续干燥1.5h后，获得磷石膏填料。所述的含有二氧化碳的气体，其中含有二氧化碳的体积浓度为33％，气体通入时的流速为3m3/min。所述的纳米二氧化硅，其颗粒度为500nm。
所述的干燥，其在干燥后还包括将干燥物置于研磨机中研磨过筛处理的步骤。所述的研磨过筛，是将干燥物置于研磨机中研磨成粉末，并将粉末过200目的筛。
实施例3
一种磷石膏作为原料生产PVC用填料方法，将磷石膏与水按照质量比为1∶5混合后，搅拌处理25min，并向其中加入纳米二氧化硅，加入量为磷石膏质量的3％，将其搅拌均匀后，再将其温度升温至120℃，并采取边搅拌边加热，待处理时间达到2h后，并在搅拌下通入含有二氧化碳的气体碳化钙离子，待溶液中的钙离子被碳化率达到20％后，搅拌反应4h，再向反应液中继续通入含有二氧化碳的气体，通入量与第一次通入量等量，再将其静置、陈化处理1h后，再将其过滤，干燥，干燥温度为130℃，持续干燥1h后，获得磷石膏填料。所述的含有二氧化碳的气体，其中含有二氧化碳的体积浓度为29％，气体通入时的流速为2m3/min。所述的纳米二氧化硅，其颗粒度为300nm。
所述的干燥，其在干燥后还包括将干燥物置于研磨机中进行一次研磨过筛、一次炒制、二次研磨过筛、二次炒制的步骤。所述的一次研磨过筛，是将干燥物置于研磨机中研磨成粉末，并将粉末过400目的筛，控制筛底料过440目筛的筛余量为≤15％；所述的二次研磨过筛，是将干燥物置于研磨机中研磨成粉末，并将粉末过300目的筛，控制筛底料过440目筛的筛余量为≤5％。
实施例4
在实施例1的基础上，其他均同实施例1，所述的干燥，其在干燥后还包括将干燥物置于炒锅中炒制处理的步骤。所述的炒制，是将物料在温度为150℃炒制20min。所述的纳米二氧化硅，其颗粒度为400nm。
实施例5
在实施例2的基础上，其他均同实施例2，所述的干燥，其在干燥后还包括将干燥物置于炒锅中炒制处理的步骤。所述的炒制，是将物料在温度为200℃炒制30min，并且该炒制步骤是在研磨过筛之后。
实施例6
在实施例3的基础上，其他均同实施例3，所述的一次研磨过筛，是将干燥物置于研磨机中研磨成粉末，并将粉末过300目的筛，控制筛底料过440目筛的筛余量为≤15％；所述的二次研磨过筛，是将干燥物置于研磨机中研磨成粉末，并将粉末过300目的筛，控制筛底料过440目筛的筛余量为≤5％。所述的炒制，是将物料在温度为180℃炒制25min。所述的一次炒制，其在炒制完成后，还包括加入石蜡的步骤。所述的石蜡为液态石蜡，其加入量为物料质量的1％。
实施例7
在实施例3的基础上，其他均同实施例3，所述的一次研磨过筛，是将干燥物置于研磨机中研磨成粉末，并将粉末过250目的筛，控制筛底料过440目筛的筛余量为≤15％；所述的二次研磨过筛，是将干燥物置于研磨机中研磨成粉末，并将粉末过400目的筛，控制筛底料过440目筛的筛余量为≤5％。所述的炒制，是将物料在温度为190℃炒制23min。所述的一次炒制，其在炒制完成后，还包括加入石蜡的步骤。所述的石蜡为液态石蜡，其加入量为物料质量的3％。
实施例8
在实施例3的基础上，其他均同实施例3，所述的一次研磨过筛，是将干燥物置于研磨机中研磨成粉末，并将粉末过200目的筛，控制筛底料过440目筛的筛余量为≤15％；所述的二次研磨过筛，是将干燥物置于研磨机中研磨成粉末，并将粉末过200目的筛，控制筛底料过440目筛的筛余量为≤5％。所述的炒制，是将物料在温度为150℃炒制30min。所述的一次炒制，其在炒制完成后，还包括加入石蜡的步骤。所述的石蜡为液态石蜡，其加入量为物料质量的2％。
实验例：
本研究者对实施例1-8获得的产品的成分进行检测，结果见表1所示：
从表1可以得出：本发明的制备方法能够使得磷石膏中的成分比较丰富，并且主要集中在半水硫酸钙、III型硬石膏、II型硬石膏、碳化的钙离子成分中，并且能够使得其杂质的相对含量降低至1％以下，有效了提高了磷石膏作为填料时的白度，改善了磷石膏作为填料的品质。

Claims (10)

1.一种磷石膏作为原料生产PVC用填料方法，其特征在于，将磷石膏与水按照质量比为1∶1～10混合后，搅拌处理20-30min，并向其中加入纳米二氧化硅，加入量为磷石膏质量的1-5％，将其搅拌均匀后，再将其温度升温至80-180℃，并采取边搅拌边加热，待处理时间达到1-3h后，并在搅拌下通入含有二氧化碳的气体碳化钙离子，待溶液中的钙离子被碳化率达到15-25％后，搅拌反应2-5h，再向反应液中继续通入含有二氧化碳的气体，通入量与第一次通入量等量，再将其静置、陈化处理0.5-1.5h后，再将其过滤，干燥，干燥温度为80-180℃，持续干燥0.3-1.5h后，获得磷石膏填料。
2.如权利要求1所述的磷石膏作为原料生产PVC用填料方法，其特征在于，所述的干燥，其在干燥后还包括将干燥物置于研磨机中研磨过筛处理的步骤。
3.如权利要求1所述的磷石膏作为原料生产PVC用填料方法，其特征在于，所述的干燥，其在干燥后还包括将干燥物置于炒锅中炒制处理的步骤。
4.如权利要求1所述的磷石膏作为原料生产PVC用填料方法，其特征在于，所述的干燥，其在干燥后还包括将干燥物置于研磨机中进行一次研磨过筛、一次炒制、二次研磨过筛、二次炒制的步骤。
5.如权利要求2或4所述的磷石膏作为原料生产PVC用填料方法，其特征在于，所述的研磨过筛，是将干燥物置于研磨机中研磨成粉末，并将粉末过200-400目的筛。
6.如权利要求4所述的磷石膏作为原料生产PVC用填料方法，其特征在于，所述的一次研磨过筛，是将干燥物置于研磨机中研磨成粉末，并将粉末过200-400目的筛，控制筛底料过440目筛的筛余量为≤15％；所述的二次研磨过筛，是将干燥物置于研磨机中研磨成粉末，并将粉末过200-400目的筛，控制筛底料过440目筛的筛余量为≤5％。
7.如权利要求3或4所述的磷石膏作为原料生产PVC用填料方法，其特征在于，所述的炒制，是将物料在温度为150-200℃炒制20-30min。
8.如权利要求4所述的磷石膏作为原料生产PVC用填料方法，其特征在于，所述的一次炒制，其在炒制完成后，还包括加入石蜡的步骤。
9.如权利要求8所述的磷石膏作为原料生产PVC用填料方法，其特征在于，所述的石蜡为液态石蜡，其加入量为物料质量的1-3％。
10.如权利要求9所述的磷石膏作为原料生产PVC用填料方法，其特征在于，所述的石蜡，其加入量为物料质量的2％。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101045544A (zh) * 2007-04-26 2007-10-03 安徽工业大学 一种以石膏为原料制备超细轻质碳酸钙的方法
CN103319762A (zh) * 2013-06-24 2013-09-25 清华大学 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

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Title
艾江鹏: "磷石膏用作PVC填料研究", 《万方数据知识服务平台》 *

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