[發明專利]一種改性粉煤灰、其制備方法及裝置

無效

• 申請號: 201210191344.6
• 申請日: 2012-06-12
• 公開（公告）號: CN102732063A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 謝美然;張以群;王國偉;鄭昌武
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: C09C1/00
• 分類號: C09C1/00;C09C3/04;C09C3/08;C09C3/12;C08L23/28;C08L7/00;C08K13/06;C08K9/04;C08K9/06
• 代理公司: 上海麥其知識產權代理事務所(普通合伙) 31257
• 代理人: 董紅曼

技術領域

本發明涉及橡膠制品填料加工技術領域，具體地涉及一種制備改性粉煤灰、其分級和表面處理方法及實現裝置。

背景技術

粉煤灰是燃煤火力發電廠排出的固體廢棄物，是由不同結構和形態的微粒組成的分散體系。粉煤灰的主要化學成分為硅、鋁、鐵氧化物，一定量的鈣、鎂、硫氧化物，痕量的銅、鉻、鉛等，以及未燃盡的炭粒。粉煤灰全國年排放總量已超過1億噸，而其中得到利用的還不到50%，大量粉煤灰堆積于灰場，不僅占用土地資源，而且對水質和環境造成污染。未經處理的粉煤灰，只能用作建材原料，如水泥填料或磚塊等，經濟價值不高。所以，加強粉煤灰的綜合開發利用，提高其經濟效益和附加值，無論從環保、節能或資源再利用的角度看，都是十分必要的。

由于粉煤灰中含有大量性能穩定的二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵等成分，無機親水性的顆粒表面，與橡膠等疏水性有機基體的相容性差，易使顆粒與基體的結合面成為復合材料的薄弱環節；另外，粉煤灰的表面能較高，粒度細，容易產生團聚，很難在橡膠基體中均勻分散，使其應用范圍受到限制，使用效果大打折扣。因此，必須改善其表面性狀。粉煤灰經偶聯劑表面改性后，疏水性增強，分散穩定性提高，在有機材料的填料等方面具有廣泛用途。迄今為止，已開發了硅烷、鋁酸酯、鈦酸酯、鋯酸酯等多種偶聯劑，用于粉煤灰的表面化學改性。例如，中國專利CN?101240095A、1047272、102070794A、102010535A等公開了利用偶聯劑對粉煤灰進行表面改性，所用的改性劑多以硅烷偶聯劑為主，以助改性劑為輔，或者選用粉煤灰專用改性劑。改性效果最好的是某些有機硅烷，其次是鋁、鈦、鈷等金屬有機酸酯類偶聯劑，對于使用兩種以上金屬有機酸酯類偶聯劑，經過適當復配，協同效果可達到甚至超過有機硅烷。專利CN?101348578利用氫氟酸作為腐蝕劑對粉煤灰表面進行腐蝕處理，再經活化劑活化、納米改性、偶聯劑接枝疏水性等處理后，獲得粉煤灰微珠橡塑填料。專利CN?1880385A對粉煤灰進行加熱除水、篩選、研磨等處理后，用于橡塑填充劑。現有技術的缺陷在于改性劑直接在橡塑制品生產中添加，用量大，在顆粒表面分布不均勻，研磨過程能耗高、顆粒不呈球形且有鋒利的刃口，氧化鐵殘留量大，以及生產工藝或加工設備密封不良引起細顆粒向大氣中飄揚等，從而影響其填充的效果以及制品的外觀和品質，如橡膠表面噴霜、力學強度下降等，并嚴重制約了改性粉煤灰的規模化生產和在橡塑工業中的推廣使用。如專利CN?1156334C所公開的粉煤灰微、納米級粒料分段提取的方法和設備，但仍沒有解決粉煤灰顆粒表面改性的問題，仍然影響其在橡塑中直接添加使用的效果。

發明內容

本發明的目的在于，克服現有技術以上缺陷，提供一種改性粉煤灰的制備方法，以粉煤灰為原料，通過風選分級和表面噴霧化學改性一體化工藝處理，制得改性粉煤灰。本發明方法制得的改性粉煤灰作為橡膠填料，可全部取代輕質碳酸鈣、滑石粉、納米鈣或部分取代碳黑充填在橡膠制品中。

本發明提供了一種改性粉煤灰的制備方法，在密閉負壓系統中，以粉煤灰為原料，在對所述粉煤灰顆粒進行風選分級處理的同時，對分選出的細顆粒和極細顆粒進行噴霧表面化學改性處理，經加熱、干燥后得到目的產物改性粉煤灰。

本發明中，所述細顆粒的粒徑為800目以上；所述超細顆粒的粒徑為1000目以上；所述極細顆粒的粒徑為3000目以上。

本發明中，所述風選分級是在密閉負壓的分選設備中進行；所述分選設備包括第一級分選機、第二級分選機、第三級分選機。

本發明中，所述風選分級是通過切換旋氣流并調節每級分選機的風力大小，在第一級分選機中分出粗顆粒，在第二級分選機中分出細顆粒，在第三級分選機中分出極細顆粒。

本發明中，所述噴霧表面化學改性處理是在第二級分選機和第三級分選機中進行，由設置在所述第二級分選機和第三級分選機中的至少一個噴頭向所述細顆粒和極細顆粒的表面直接噴灑改性劑。

本發明中，進一步地，將經所述噴霧表面化學改性處理之后的所述細顆粒和極細顆粒導入捏合機中進行攪拌、捏合和加熱處理，強化表面偶聯。

本發明中，進一步地在所述捏合機頂部設置至少一個噴頭。

本發明中，表面化學改性是指粉煤灰表面富含羥基基團，它們可以與偶聯劑如單烷氧基脂肪酸型鈦酸酯偶聯劑[i-C₃H₇OTi(OCOR)₃]?中的親無機相（短碳鏈烷基）發生化學鍵合作用，包附在粉煤灰顆粒表面，在無機填料和有機聚合物之間形成化學橋鍵，使偶聯劑具有表面改性效果。其偶聯機理如下所示：