劉立柱 高遇事 王勇++閆亞楠++陳彥翠++賈韶輝

摘要：指出了現(xiàn)代塑料基復合板材以廢棄木屑和塑料復合而得的木塑制品為主。貴州省作為礦產(chǎn)資源開采大省，工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量大，種類多。粉煤灰、赤泥和螢石尾礦是貴州省三種主要排放的工業(yè)固體廢棄物，年排放量和歷史留存量很大，給環(huán)境帶來嚴重污染，而木屑等植物纖維類廢棄物相對較少，如利用粉煤灰、赤泥等作為填充材料，代替木屑與塑料復合生產(chǎn)復合板材制品，能為貴州省工業(yè)固體廢棄物綜合利用開辟其他應用途徑。

關(guān)鍵詞：復合板；固體廢棄物；粉煤灰；赤泥；資源綜合利用

中圖分類號：TB34

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）16019802

1引言

塑料基復合板材，是近年來新興的一種環(huán)保型建筑裝飾材料，是以聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等塑料原材料作為粘結(jié)劑，與木屑、鋸末、秸稈等植物纖維、加工助劑經(jīng)高溫高壓熔融擠出混合而成的新型材料，與其他材料相比，其具有良好的強度性能、耐腐蝕性能、耐水性能、可塑性強、可刨、可鋸，廣泛用于家具和建筑用品及室外、室內(nèi)板材等方面。木屑等木制纖維作為填充材料分散填充于塑料基體中，起到填充料和改性料的作用，調(diào)節(jié)制品的力學性能和綜合性能。

目前，碳酸鈣等無機礦物常作為無機填料用于高分子高聚合物復合材料領(lǐng)域，不但可以降低材料的生產(chǎn)成本，還能提高材料的硬度、剛性和尺寸穩(wěn)定性等效果。與碳酸鈣因此，貴州地區(qū)的粉煤灰更容易獲得，且具有密度低、熱穩(wěn)定性好，流動性好等特點。利用粉煤灰代替木質(zhì)纖維作為主要填充材料制備塑料復合板材從其他無機填料與塑料基體的混合應用情況來看，是有可行性的。

2原料

2.1粉煤灰的特性

粉煤灰以玻璃體為主，含有少量未燃碳和結(jié)晶體。屬于復合結(jié)構(gòu)混合體。其中玻璃體包括光滑的球體形玻璃體粒子、形狀不規(guī)則孔隙少的小顆粒、疏松多孔且形狀不規(guī)則的玻璃體球等；結(jié)晶體包括石英、莫來石、磁鐵礦等；未燃炭多呈疏松多孔形式。細度在300～400目間。

2.2赤泥的特性

赤泥是制鋁工業(yè)提取氧化鋁時排出的污染性廢渣，含氧化鐵量大，顏色以赤紅色為主，少量摻入，可起到調(diào)節(jié)制品顏色的作用，改善制品美觀性的作用。

2.3螢石尾礦的特性

螢石尾礦是螢石選礦工藝過程排出的尾礦廢渣，其特點為含有90%以上的石英顆粒。

2.4助劑

由于塑料基體為有機高聚合物，粉煤灰、赤泥、螢石尾礦等為無機材料，兩者之間不相融，如何使無機填料能有效分散在塑料基體中，并為制品性能帶來好處，可以通過添加助劑的方式來解決。主要的助劑包括偶聯(lián)劑、熱穩(wěn)定劑、潤滑劑、光穩(wěn)定劑等。

2.4.1偶聯(lián)劑

偶聯(lián)劑是一種具有兩性結(jié)構(gòu)的有機物，具有一個以上與無機粉體表面作用的基團和一個以上與有機聚合物親合的基團。其分子中的一部分基團可以與無機粉體表面發(fā)生官能團反應，另一基團可與塑料基體發(fā)生化學反應或物理纏繞，從而將兩種性質(zhì)差異很大的材料牢固結(jié)合，使無機粉體和有機高聚物分子之間建立起具有特殊功能的“分子橋”。通過偶聯(lián)劑的改性，可增強無機填料和塑料基體的親和性，增大無機填充料的填充量，并使之可以有效均勻分布于塑料基體中，改善制品的綜合性能，特別是各種力學性能。

粉煤灰含有大量的玻璃體和晶體、螢石尾礦則有高含量的石英顆粒。因此，較為適宜的偶聯(lián)劑為硅烷類偶聯(lián)劑，其次還有鋁酸酯等偶聯(lián)劑。硅烷偶聯(lián)劑是一類具有特殊結(jié)構(gòu)的低分子有機硅化合物，其化學通式為RSiX3，式中R代表與聚合物分子有親和力或反應能力的活性官能團，如氨基、環(huán)氧基、甲基丙烯、三甲基、甲基和乙烯基等，X代表能水解的烷氧基，如鹵素、酰氧基等。SiO2粉體在水和空氣的作用下，可能會出現(xiàn)Si-OH（硅醇基）、Si-O-Si（硅醚基）等官能團。因此，可以與硅烷的氨基、環(huán)氧基、甲基丙烯、三甲基、甲基和乙烯基等有機官能團結(jié)合。

2.4.2熱穩(wěn)定劑

如以PVC塑料為基體時，由于PVC塑料的熱穩(wěn)定性差，為防止PVC塑料熱分解給成型工藝帶來困難，需要加入熱穩(wěn)定劑輔助生產(chǎn)，主要包括鉛鹽類、金屬皂類、有機錫類、稀土四大類。

3生產(chǎn)工藝

3.1原材料處理

粉煤灰在用于塑料基體前，應先用偶聯(lián)劑進行改性，再與塑料基體和其他助劑混合。這種處理方式，相對直接將粉煤灰、塑料基體、助劑直接混合處理的方式，混合效果更佳，制品性能良好。改性預處理的方式可采用，將粉煤灰加入高速混合機，加熱至105℃，干燥30 min，然后將稀釋后的偶聯(lián)劑噴灑于粉煤灰上，高速混合3～5 min，進行改性。后加入塑料基體及其他助劑以600～1500 r/min的轉(zhuǎn)速混合30 min，當溫度達到115℃時，得到混合料。再將所得混合料放入冷混機中，以500 r/min轉(zhuǎn)速混合20 min，溫度達到60℃時放料得到冷混料。

3.2制備

木塑復合板材的性能不僅與原材料、助劑有關(guān)，還與成型加工工藝和設備有關(guān)，目前塑料復合板材的成型工藝主要有壓制成型、擠出成型、注塑成型三類。其中擠出成型是將處理的物料，通過高溫螺桿擠出機進行混料，并通過不同形狀的機頭將物料擠出，擠出后物料通過循環(huán)水進行冷卻處理，從而得到規(guī)格不同，尺寸不同的復合板材。是目前技術(shù)較為成熟的成型工藝；擠出成型分為一步法和兩步法，一步法采用將混合料直接加入到擠出機，直接在擠出機中進行混煉、塑化、擠出，工藝簡單，但對工藝控制要求較高。二步法是目前較為常見的生產(chǎn)工藝，其特點先混合造粒，然后再將混合好的顆粒進入擠出機擠出，生產(chǎn)工藝較為靈活，對工人操作要求較低，不宜出錯。但其生產(chǎn)工藝需要在造粒和擠出階段分別加熱，因此，能耗較大。

3.2.1造粒

造粒機料筒加熱到160℃，保溫30min，升溫至塑料基體軟化溫度，將冷混料加入雙螺桿造粒機進行擠出造粒，混合料擠出口通過機頭處切削裝置，將混合料切削成2～3mm厚度的薄片，隨后進入到風送管道制冷到40℃，稱量備用。endprint

3.2.2擠出成型

擠出成型可采用單螺桿木塑專用擠出機，將混合料顆粒加入擠出機，加熱到軟化溫度后，通過單螺桿擠出機擠出成型，隨后通過循環(huán)水冷卻帶冷卻降溫，冷卻后板材采用切割機切割成適宜長度即可。根據(jù)GB/T 17657-2013 《人造板及飾面人造板理化性能試驗方法》、GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》對產(chǎn)品斷裂荷載和放射性進行測試，復合板材斷裂荷載達到3560N，放射性內(nèi)照射指數(shù)0.3，外照射指數(shù)0.5。

工藝流程圖見圖1。

圖1工藝流程

3.3工藝特點

3.3.1原材料處理

粉煤灰、赤泥和螢石尾礦通過加熱烘干，并于偶聯(lián)劑混合改性的原料預處理工藝保證了制品的質(zhì)量，為后續(xù)工段的生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)。

3.3.2擠出成型效果好

采用單螺桿真空擠出成型機，擠出塑料制品表面光滑，手感好，擠出速度快，連續(xù)生產(chǎn)能力強。

3.3.3自動化程度高

整個生產(chǎn)工藝過程自動化程度高，大大降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。

2017年8月綠色科技第16期

劉立柱，等：利用粉煤灰等無機固體廢棄物制備塑料基復合板材工藝可行性探討

材料與工藝

4結(jié)語

隨著貴州省特色小城鎮(zhèn)建設工程的開發(fā)，木塑復合板材的需求量越來越大，如能利用粉煤灰、赤泥、螢石尾礦等當?shù)責o機工業(yè)固體廢棄物資源作為無機填充材料，制備塑料基復合板材代替木塑復合板材，則可以讓塑料復合板材制品廠在貴州落地，使原來需要外購的木塑制品轉(zhuǎn)為本土化生產(chǎn)，不但消納了本地的固體廢棄物，還能實現(xiàn)增加稅收、創(chuàng)造工作崗位、達到資源綜合利用的多重效果。

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