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页岩提钒中和渣制备硫酸钙晶须填充聚丙烯复合材料的研究

向跟华  
【摘要】:页岩提钒中和渣是钒页岩酸浸提钒碱中和过程产生的固体废渣,其白度好、活性高、杂质含量少。与酸浸渣共混后堆积或填埋既污染环境又浪费资源。经过对其进行特性分析,开发了一条以页岩提钒中和渣为原料制备硫酸钙晶须并改性填充聚丙烯复合材料的利用工艺,既使中和渣得到无害化综合利用,又拓宽硫酸钙晶须制备的原料来源,降低复合材料生产成本。本研究首先考察了硫酸钙晶须制备和稳定-改性的适合工艺,得到适用于填充聚丙烯的硫酸钙晶须填料。然后对硫酸钙晶须和中和渣填充的聚丙烯复合材料性能及微观结构进行分析,探究中和渣晶须化和表面有机化对复合材料性能的影响机理,得到主要结论如下:(1)页岩提钒中和渣的主要成分为CaSO_4·0.5H_2O和少量CaSO_4,属典型的钙质固废。颗粒粒度细,加工性能好,是合适的制备硫酸钙晶须的原料。(2)利用中和渣水热法制备硫酸钙晶须的最佳工艺参数:反应温度130℃,反应时间6 h,料浆质量分数3%,助晶剂MgCl_2·6H_2O用量10 wt%。硬脂酸改性晶须的最佳工艺参数:硬脂酸用量4 wt%,初始料浆浓度8 wt%,改性温度90℃,改性时间20 min。硬脂酸通过与晶须表面发生化学链接封闭其亲水活性点而抑制晶须水化。(3)相同填充量下,复合材料的力学性能的高低顺序为:MCSW/PPMHCSWMNS/PPNS/PP。当填充量为10%时,MCSW/PP复合材料的拉伸强度、杨氏模量、弯曲强度、弯曲模量分别为37.3 MPa、570 MPa、42.8 MPa、1100 MPa,与纯PP相比分别提高了10.4%、21.3%、30.2%、49.9%。无机填料的填充能减缓PP的氧化和分解,抑制分子链的运动,从而提高复合材料的热稳定性和力学性能。(4)中和渣与基体发生界面脱粘以缓解应力集中而改善力学性能,同时中和渣的填充对聚丙烯具有异相成核作用。复合材料中硫酸钙晶须因比中和渣颗粒具有更强的界面脱粘和异相成核能力而表现出更好的性能。但其刚性效应大于增韧效应,复合材料的韧性会降低。


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