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粉煤灰在塑料中的高值化應用研究

    慧聰塑料網訊:徐同考 中國塑協改性塑料專委會

    粉煤灰作為煤炭燃燒后的固體殘渣廢棄物,人們在建材類方面應用研究較多。本文就粉煤灰在塑料中的高值化應用進行了初步研究,在輕量化、吸附塑料中的有害氣體等方面取得了明顯的效應。

    Fly ash, a coal combustion wasteoften usedin the construction sector, has proved useful also in the plastics industry,particularly for weight reduction and absorbing harmful gases.

    粉煤灰,大多呈圓形,外觀光滑,又稱玻璃微珠、硅酸鈣,主要由電廠或大型鍋爐的煤炭燃燒后留下的殘渣加工而成。

粉煤灰放大2000倍的照片

粉煤灰放大2000倍的照片

粉煤灰放大2000倍的照片

粉煤灰放大2000倍的照片

    粉煤灰當前主要用于建材行業的輕體高強保溫材料、高標號水泥、道路、建筑基礎夯實摻混料等。在高值化利用方面,主要用于建筑領域和對某些粉煤灰的氧化鋁、白炭黑等方面的提純研究開發,在塑料、橡膠及城市外墻涂覆等方面的研究有待進一步加強。

    粉煤灰早在二十多年前就在塑料制品中試用,近幾年又成為新的功能改性熱門材料。

    我們將粉煤灰研磨分級后,經過表面改性處理,在PP、PE、PVC、彈性體、橡膠等制品中添加一定比例,應用測試結果顯示,可吸附再生塑料或助劑產生的異味,比重減輕,生產成本明顯降低,具有明顯的生態效益和社會效益。

    粉煤灰的化學成分及特點

    由于煤炭的礦產資源和地域不同,化學成分及性能具有明顯差異,煤炭燒結后形成的粉煤灰主要化學成分差異也較大,主要指標參見表1。

表1 粉煤灰化學成分

表1 粉煤灰化學成分

    粉煤灰在塑料中的應用實驗

    我們將粉煤灰在PVC、PP、PE等制品中進行了常規應用對比試驗,取得了一定的效果,在不同領域尚需作進一步的應用研究。

    1.粉煤灰經過粉碎研磨、分級改性后,在PVC管材中直接試用,與加入同份數輕鈣相比,擠出電流下降5%~10%,擠出產量有所提高,管壁外觀光亮滑爽,沖擊強度改善,主要物理性能指標未見明顯變化,而原輔材料生產成本明顯降低。

    2.將粉煤灰(內蒙)提鋁后,經加工成具有蜂窩狀微孔結構并含有結晶水特征的粉煤灰,生產成硅酸鈣母料,與碳酸鈣母料添加在PP板材中進行性能對比,主要參數見表2。

表2 硅酸鈣(粉煤灰)與碳酸鈣母料添加在塑料板材中的性能對比

表2 硅酸鈣(粉煤灰)與碳酸鈣母料添加在塑料板材中的性能對比

    3.將粉煤灰與不同無機粉體在聚丙烯中添加20%進行了物理性能對比檢測,各項性能指標參見表3。

表3 不同無機粉體在PP中的應用(20%)注:粉煤灰為800目,其他粉體為1250目

表3 不同無機粉體在PP中的應用(20%)注:粉煤灰為800目,其他粉體為1250目

    在塑料中的應用特性

    蜂窩狀結構具有明顯的吸附性

    粉煤灰在電鏡下的照片顯示,外貌為有序的“蜂窩”,而且這些“蜂窩”狀結構相互交錯,大小連接相通,壁上都是空心結構。

    從以上試驗中看出,粉煤灰大部分呈空心球蜂窩狀,成為具有吸附性能的功能新材料,可有效地吸附有害物質、氣味和水分。

粉煤灰、碳酸鈣/填充母料的甲醛吸附性能比較

粉煤灰、碳酸鈣/填充母料的甲醛吸附性能比較

    粉煤灰的水分應高度重視

    因孔隙結構,粉煤灰水分及易揮發物含量較大,受煤炭資源、燃燒條件、儲運環境等多種因素影響,而水分含量的測定也會因不同條件和環境的制約,有一定的誤差。?用水分儀測試可檢測水分含量及在不同溫度、時間下的數值變化。

    粉煤灰在塑料中的高值化應用前景

    塑料、鋼鐵、水泥、木材成為四大工業材料,塑料的比重輕、加工工藝簡單、應用廣泛,已受到人們的青睞,塑料的增長速度超過其它工業材料。塑料的循環再利用是塑料的優勢和特點,由于塑料制品的應用領域、使用環境、儲運條件等復雜的因素影響,廢棄后的塑料再次循環加工應用,往往會產生人們難以接受的氣味和煙霧,給自然環境帶來負面影響,已成為國家、社會、行業、企業高度關注的難題。

    粉煤灰作為煤炭燃燒后的固體廢物,當它的功能和特性未被發現時,往往都以廢棄物看待,而它的比重小,強度大,特別是蜂窩狀球型空心結構,具有特殊的吸附功能等特點,添加在再生塑料中,可有效地降低塑料制品的比重,吸附有害的氣體,改善塑料制品隔熱保溫和耐候性、耐熱性等特點,具有廣闊的應用前景。

    結束語

    塑料再生循環利用粉煤灰>11=環保、輕量、吸附的多重疊加效應,而兩種材料的有機結合,不但可明顯改善塑料的加工應用環境,提升廢棄物的有效利用率,還可改善塑料、橡膠等材料的應用性能,將成為新的功能新材料。研究、試驗、利用固廢物的特點與優勢,加強不同學科、不同領域、不同材料的交叉協作,發揮多元復合材料的各自優勢與特性,擴大應用新領域,變廢為寶,在經濟效益、生態效益、社會效益等方面發揮正能量,為建設綠色、低碳、節能、環保和資源節約型、環境友好型社會做出新的更大的貢獻!

責任編輯:葉丹

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