阅读说明：本技术 一种用于橡塑材料的纤维填料及其制备方法 (Fiber filler for rubber and plastic material and preparation method thereof ) 是由 郑小鹏 王秀光 于 2019-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于橡塑材料的纤维填料及其制备方法,所述用于橡塑材料的纤维填料由工业污泥回收制得；所述用于橡塑材料的纤维填料的细度为0.05μm～0.35μm；纤维填料中还包括质量分数为6.5％～10.5％的陶土和微硅粉,其中,陶土和微硅粉的质量比为1：1.0～1.5。本发明制备的用于橡塑材料的纤维填料,利用回收的工业污泥和陶土、微硅粉组合,制成的纤维填料充填在橡胶和塑料制品中,相容性好,填充稳定性高,对橡塑材料的性能改善明显。(the invention discloses a fiber filler for rubber and plastic materials and a preparation method thereof, wherein the fiber filler for the rubber and plastic materials is prepared by recycling industrial sludge; the fineness of the fiber filler for the rubber and plastic material is 0.05-0.35 mu m; the fiber filler also comprises argil and micro silicon powder with the mass fraction of 6.5-10.5%, wherein the mass ratio of the argil to the micro silicon powder is 1: 1.0 to 1.5. The fiber filler for rubber and plastic materials prepared by the invention is filled in rubber and plastic products by utilizing the combination of the recycled industrial sludge, the argil and the micro silicon powder, has good compatibility and high filling stability, and obviously improves the performance of the rubber and plastic materials.)

一种用于橡塑材料的纤维填料及其制备方法

技术领域

本发明涉及橡塑填料领域，具体涉及一种用于橡塑材料的纤维填料及其制备方法。

背景技术

由于橡胶、塑料等高分子材料的特殊性，在加工制品的过程中，必需填充一定含量的填料，用来增强制品的物理性能和可加工性能，比如，提高制品的光光泽度、色度、强度、热稳定性、抗紫外线能力等，也可以改善制品的吸水吸油能力，抗氧化老化能力，还可以有效降低制品的生产成本。

随着工业化的发展，目前国内外高分子材料的填料生产量剧增，用于橡塑材料的填料主要来自一些天然的矿石、岩石等，人工材料应用较少。

工业污泥是工业废水处理产生的污泥，多为无机污泥。污泥处理过程一般为脱水、选择处置方式、回收利用、隔离填埋、无害化焚烧。污泥处理过程中应当减少化学处理环节，减少再次污染，有害污泥应该进行无害化处理然后再次回收利用。

中国专利CN101348578B公开了一种以废弃的粉煤灰为原料，通过对其表面进行腐蚀和化学改性、处理，能够取代轻质碳酸钙充填在橡胶和塑料制品中的改性粉煤灰微珠橡塑填料的制备方法。其技术要点是：用氢氟酸作为腐蚀剂对粉煤灰表面进行腐蚀处理后，形成新的表面和活性点；再经活化剂活化，纳米改性，偶联剂接枝疏水性处理等，获得粉煤灰微珠橡塑填料。其各项指标均优于轻质碳酸钙：补强性能好，耐老化，耐腐蚀，与聚合物基体的相容性好。

中国专利CN106633191B公开了一种利用赤泥生产阻燃陶瓷化橡塑填料的方法，将赤泥与氢氧化钠混合后，置于坩埚内加热后，冷却至室温将坩埚取出，置于沸水中，搅拌后静置分层，上层悬浮物干燥，加入二氧化硅、氧化铝、氧化镁、碳酸钙、碳酸钡、磷酸二氢铵、氧化铋、硼砂和碳酸锂，加热融化后冷却，磨成细粉，即得。

中国专利CN107857900A公开了一种利用煤气化细渣制备橡塑填料的方法、制得的橡胶、填料及其用途，所述方法包括：取适量煤气化细渣，加水配制固含在10-30wt％的煤气化细渣浆料；对配置的浆料进行充分搅拌，之后通过重力旋流分离，收集重质分离产物得到富硅复合料浆，并且对所述富硅复合浆料进行固液分离及干燥处理，其中，在所述固液分离之前或干燥处理之后还包括筛分处理；还公开了提供使用上述填料制备得到的橡胶制品或塑料制品。

因此，针对上述问题，本发明提供一种用于橡塑材料的纤维填料，解决工业污泥资源闲置、浪费以及填埋和焚烧造成环境的问题，同时得到的纤维填料可以增强橡塑材料的力学强度和抗氧化、抗冲击以及耐磨等力学性能，实现资源利用最大化。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种用于橡塑材料的纤维填料及其制备方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：用于橡塑材料的纤维填料由工业污泥回收制得；所述用于橡塑材料的纤维填料的细度为0.05μm～0.35μm。

进一步的，纤维填料中还包括质量分数为6.5％～10.5％的陶土和微硅粉，其中，陶土和微硅粉的质量比为1：1.0～1.5。纤维填料中添加陶土和微硅粉，改善纤维填料的硬度和脆性，提高纤维填料的韧性和抗氧化、抗冲击性，同时改善纤维填料与橡塑材料的相容性，稳定性高。

进一步的，工业污泥经脱水干化，含水量为10％～16％。脱水干化的工业污泥方便加工，降低成本。

本发明的另一发明目的在于提供一种上述用于橡塑材料的纤维填料的制备方法，包括如下步骤：

S1，所述工业污泥升温至温度为860℃～960℃条件下煅烧2小时～3小时，随炉冷却至50℃～60℃之后，粉碎至30目～60目，得到粉末；

S2，S1中粉末中加入陶土和微硅粉，混合研磨3小时～6小时，然后在加热熔化并利用高速离心设备制成超细纤维，在超细纤维中加入松香树脂，之后在温度为100℃～105℃的捏合机中捏合25分钟～30分钟，得到纤维填料初品；

S3，S2中纤维填料初品在温度为105℃～115℃条件下干燥2小时～3小时，然后加入钛酸酯偶联剂溶液，磁力搅拌30分钟～60分钟，滤过，再次烘干，研磨得到所述用于橡塑材料的纤维填料。

进一步的，S1中，升温过程中，先以5℃/min～8℃/min的速率升温至500℃～650℃，然后以1.5℃/min～2.0℃/min的速率升温至860℃～960℃。

更进一步的，S2中，混合研磨速率为1600转/分钟～3200转/分钟。

进一步的，S2中，超细纤维与松香树脂的质量比为1：0.06～0.09。

进一步的，S3中，钛酸酯偶联剂为配位型钛酸酯偶联剂或者螯合型钛酸酯偶联剂。

更进一步的，S3中，纤维填料初品与钛酸酯偶联剂的质量比为1：0.08～0.22。

更进一步的，S3中，再次烘干具体为在温度为85℃～95℃条件下烘干2小时～2.5小时。

本发明的优点是：

1.本发明制备的用于橡塑材料的纤维填料，利用回收的工业污泥和陶土、微硅粉组合，制成的纤维填料充填在橡胶和塑料制品中，相容性好，填充稳定性高，对橡塑材料的性能改善明显；

2.本发明制备的用于橡塑材料的纤维填料，对回收的工业污泥再次利用，实现工业污泥的再利用价值，减少工业污泥废弃对环境的污染和压力，避免工业污泥资源浪费；

3.本发明制备的用于橡塑材料的纤维填料，制备方法简单可行，可操作性强，工艺中成本投入较少，设备简单可控，经济价值较高；

4.本发明制备的用于橡塑材料的纤维填料，可以很好的改善橡塑材料制品的强度、硬度、抗老化性抗冲击等力学性能，并且可以提高橡塑材料制品的高温、高温稳定性，延长使用寿命。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

一种用于橡塑材料的纤维填料

用于橡塑材料的纤维填料由工业污泥回收制得；所述用于橡塑材料的纤维填料的细度为0.05μm；纤维填料中还包括质量分数为6.5％的陶土和微硅粉，其中，陶土和微硅粉的质量比为1：1.0；工业污泥经脱水干化，含水量为10％。

用于橡塑材料的纤维填料的制备方法，包括如下步骤：

S1，所述工业污泥先以5℃/min的速率升温至500℃，然后以1.5℃/min的速率升温至860℃煅烧2小时，随炉冷却至50℃之后，粉碎至30目，得到粉末；

S2，S1中粉末中加入陶土和微硅粉，以1600转/分钟的速率混合研磨3小时，然后在加热熔化并利用高速离心设备制成超细纤维，在超细纤维中加入松香树脂，之后在温度为100℃的捏合机中捏合25分钟，得到纤维填料初品；

上述中，超细纤维与松香树脂的质量比为1：0.06。

S3，S2中纤维填料初品在温度为105℃条件下干燥2小时，然后加入钛酸酯偶联剂溶液，磁力搅拌30分钟，滤过，在温度为85℃条件下烘干2小时，研磨得到所述用于橡塑材料的纤维填料。

上述中，钛酸酯偶联剂为配位型钛酸酯偶联剂；纤维填料初品与钛酸酯偶联剂的质量比为1：0.08。

实施例2

一种用于橡塑材料的纤维填料

用于橡塑材料的纤维填料由工业污泥回收制得；所述用于橡塑材料的纤维填料的细度为0.35μm；纤维填料中还包括质量分数为10.5％的陶土和微硅粉，其中，陶土和微硅粉的质量比为1：1.5；工业污泥经脱水干化，含水量为16％。

用于橡塑材料的纤维填料的制备方法，包括如下步骤：

S1，所述工业污泥先以8℃/min的速率升温至650℃，然后以2.0℃/min的速率升温至960℃煅烧3小时，随炉冷却至60℃之后，粉碎至60目，得到粉末；

S2，S1中粉末中加入陶土和微硅粉，以3200转/分钟的速率混合研磨6小时，然后在加热熔化并利用高速离心设备制成超细纤维，在超细纤维中加入松香树脂，之后在温度为105℃的捏合机中捏合30分钟，得到纤维填料初品；

上述中，超细纤维与松香树脂的质量比为1：0.09。

S3，S2中纤维填料初品在温度为115℃条件下干燥3小时，然后加入钛酸酯偶联剂溶液，磁力搅拌60分钟，滤过，在温度为95℃条件下烘干2.5小时，研磨得到所述用于橡塑材料的纤维填料。

上述中，钛酸酯偶联剂为螯合型钛酸酯偶联剂；纤维填料初品与钛酸酯偶联剂的质量比为1：0.22。

实施例3

一种用于橡塑材料的纤维填料

用于橡塑材料的纤维填料由工业污泥回收制得；所述用于橡塑材料的纤维填料的细度为0.10μm；纤维填料中还包括质量分数为7.5％的陶土和微硅粉，其中，陶土和微硅粉的质量比为1：1.1；工业污泥经脱水干化，含水量为11％。

用于橡塑材料的纤维填料的制备方法，包括如下步骤：

S1，所述工业污泥先以6℃/min的速率升温至550℃，然后以1.6℃/min的速率升温至880℃煅烧2.2小时，随炉冷却至52℃之后，粉碎至40目，得到粉末；

S2，S1中粉末中加入陶土和微硅粉，以1800转/分钟的速率混合研磨4小时，然后在加热熔化并利用高速离心设备制成超细纤维，在超细纤维中加入松香树脂，之后在温度为101℃的捏合机中捏合26分钟，得到纤维填料初品；

上述中，超细纤维与松香树脂的质量比为1：0.07。

S3，S2中纤维填料初品在温度为108℃条件下干燥2.2小时，然后加入钛酸酯偶联剂溶液，磁力搅拌40分钟，滤过，在温度为88℃条件下烘干2.1小时，研磨得到所述用于橡塑材料的纤维填料。

上述中，钛酸酯偶联剂为配位型钛酸酯偶联剂；纤维填料初品与钛酸酯偶联剂的质量比为1：0.10。

实施例4

一种用于橡塑材料的纤维填料

用于橡塑材料的纤维填料由工业污泥回收制得；所述用于橡塑材料的纤维填料的细度为0.25μm；纤维填料中还包括质量分数为9.5％的陶土和微硅粉，其中，陶土和微硅粉的质量比为1：1.4；工业污泥经脱水干化，含水量为15％。

用于橡塑材料的纤维填料的制备方法，包括如下步骤：

S1，所述工业污泥先以7℃/min的速率升温至630℃，然后以1.9℃/min的速率升温至930℃煅烧2.8小时，随炉冷却至58℃之后，粉碎至50目，得到粉末；

S2，S1中粉末中加入陶土和微硅粉，以2800转/分钟的速率混合研磨5小时，然后在加热熔化并利用高速离心设备制成超细纤维，在超细纤维中加入松香树脂，之后在温度为104℃的捏合机中捏合29分钟，得到纤维填料初品；

上述中，超细纤维与松香树脂的质量比为1：0.08。

S3，S2中纤维填料初品在温度为112℃条件下干燥2.8小时，然后加入钛酸酯偶联剂溶液，磁力搅拌50分钟，滤过，在温度为93℃条件下烘干2.4小时，研磨得到所述用于橡塑材料的纤维填料。

上述中，钛酸酯偶联剂为螯合型钛酸酯偶联剂；纤维填料初品与钛酸酯偶联剂的质量比为1：0.20。

实施例5

一种用于橡塑材料的纤维填料

用于橡塑材料的纤维填料由工业污泥回收制得；所述用于橡塑材料的纤维填料的细度为0.20μm；纤维填料中还包括质量分数为8.5％的陶土和微硅粉，其中，陶土和微硅粉的质量比为1：1.3；工业污泥经脱水干化，含水量为13％。

用于橡塑材料的纤维填料的制备方法，包括如下步骤：

S1，所述工业污泥先以6℃/min的速率升温至580℃，然后以1.8℃/min的速率升温至910℃煅烧2.5小时，随炉冷却至55℃之后，粉碎至50目，得到粉末；

S2，S1中粉末中加入陶土和微硅粉，以2400转/分钟的速率混合研磨4小时，然后在加热熔化并利用高速离心设备制成超细纤维，在超细纤维中加入松香树脂，之后在温度为103℃的捏合机中捏合28分钟，得到纤维填料初品；

上述中，超细纤维与松香树脂的质量比为1：0.07。

S3，S2中纤维填料初品在温度为110℃条件下干燥2.5小时，然后加入钛酸酯偶联剂溶液，磁力搅拌45分钟，滤过，在温度为90℃条件下烘干2.3小时，研磨得到所述用于橡塑材料的纤维填料。

上述中，钛酸酯偶联剂为配位型钛酸酯偶联剂；纤维填料初品与钛酸酯偶联剂的质量比为1：0.16。

实验例

将本发明上述实施例1～5制备得到的纤维填料与常用重质碳酸钙粉体分别取30kg加入100kg聚丙烯树脂中，混合后挤出成型。对比采用本发明实施例1～5制备的纤维填料与采用常用重质碳酸钙粉体制得的制品，取样测试其物理性能。

检测结果如下表1：

表1.实施例1～5制备的纤维填料与常用重质碳酸钙粉体的测试结果

从上述表1结果可以看出，本发明实施例1～5制备的纤维填料用于聚丙烯树脂填充，常用重质碳酸钙粉体作为对比，本发明纤维填料对聚丙烯树脂的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、悬臂梁冲击强度等的改善明显优于常用重质碳酸钙粉体填充，而且得到的聚丙烯树脂制品耐磨、耐高温，经久耐用，具有一定的抗氧化性，适合推广。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。