制浆造纸白泥与热塑性塑料PVC共混复合材料的研究

论文摘要

化学制浆碱回收工段会产生大量的白泥,目前,我国对制浆造纸白泥的处理方法主要为填埋法,但这种方法又会造成地下水污染,给制浆造纸厂带来沉重的固体废弃物处理负担。开发高效制浆造纸白泥应用新技术迫在眉睫。本文筛选出一种优良的白泥表面改性剂,在国内外率先开发出白泥/PVC共混复合材料,揭示了白泥/PVC共混复合材料增强机理,为制浆造纸白泥固体废弃物高效利用开辟一条途径,可大力促进白泥废弃资源向高附加值产品转化,从而加快我国造纸工业和材料工业的发展。论文研究了白泥的烘干和粉碎工艺。经过150℃、120min条件干燥后,去除了白泥中的游离水和结晶水,白泥基本达到了绝干。经过30min球磨,白泥的平均粒径从4.28μm降到2.00μm;球磨时间超过30min,白泥的粒径降低幅度不大。综合考虑粒径及成本,白泥的球磨时间以30min为宜。论文研究了白泥/PVC共混复合材料热压工艺条件,优化工艺条件为热压温度175℃、热压成型时间12min。论文对钛酸酯A、铝酸酯B与铝酸酯C进行筛选,铝酸酯改性剂B是白泥/PVC共混复合材料较佳的表面改性剂,铝酸酯改性剂B较佳的用量为0.5%。论文研究了白泥用量对白泥/PVC共混复合材料性能的影响。结果表明,当白泥用量为25份时,白泥/PVC共混复合材料具有较好的力学性能、热学性能和加工流变性能,复合材料冲击强度28.33KJ·m-2,拉伸强度41.51MPa,弯曲强度84.13MPa,弯曲模量4273.67MPa,洛氏硬度59.93HRR,维卡软化温度（VST）112.60℃。与纯PVC材料相比较,冲击强度、拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、维卡软化温度分别提高了87.99%、0.41%、9.74%、35.68%、10.22%、36.32%。论文对弹性体改性剂增韧白泥/PVC共混复合材料抗击性能进行了研究。结果表明,ACR是白泥/PVC共混复合材料较为合适的抗冲击改性剂,能有效提高白泥/PVC共混复合材料的冲击强度,对白泥/PVC共混复合材料加工流变性能影响不大,但会降低白泥/PVC共混复合材料拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、硬度和维卡软化温度（VST）。论文研究了改性剂对白泥接触角变化的影响,结果表明,钛酸酯A、铝酸酯C、铝酸酯B三种改性剂均可不同程度提高改性白泥的接触角。0.5%铝酸酯B处理后白泥的接触角与聚氯乙烯的接触角较接近,铝酸酯B处理后白泥热重曲线与未改性白泥的热重曲线也有较大区别,说明铝酸酯B改性效果最好,改性处理后的白泥/PVC共混复合材料性能较好。论文对改性白泥的红外光谱进行了研究,揭示了白泥表面改性的机理。结果表明,钛酸酯A改性处理且经过抽提的白泥与未改性白泥红外光谱图没有明显的区别,表明钛酸酯A与白泥的作用力弱,改性效果较差。铝酸酯B、C改性处理且经过抽提的白泥在2960～2850cm-1出现了一组C-H伸缩振动的吸收峰,是长链烷基所致,改性剂与白泥产生了较强的结合。论文对白泥/PVC共混复合材料的微观形态进行分析。纯PVC材料冲击断面凹凸不平且呈片状,未改性白泥/PVC共混复合材料的断面粗糙且多空穴,具有比较明显的脆性断裂特征;白泥用量为25份时,材料断面没有明显的空穴现象,有明显的“拉丝”现象,具有比较明显的韧性断裂特征;当白泥的用量超过40份时,材料断面凹凸不平,且出现了大量的空穴,材料的性能受到严重影响;ACR/白泥/PVC共混复合材料的断面具有大量的微孔,呈现“蜂窝状”,具有典型的韧性断裂特征。论文研究了白泥/PVC共混复合材料的热失重情况。白泥/PVC共混复合材料热失重可分为四个阶段。不同白泥用量的复合材料快速失重阶段失重率并无太大区别,均达到了70%左右。材料脱HCl降解和无规降解失重起始温度随白泥用量的增加而不断提高。纯PVC材料脱HCl降解和无规降解的失重起始温度分别为220.20℃和451.90℃。白泥用量25份时,白泥/PVC共混复合材料脱HCl降解和无规降解的失重起始温度分别提到246.10℃和462.90℃。论文对白泥/PVC共混复合材料的增强机理进行了分析。经过表面改性处理的白泥粒径越小、分散越好、用量越大,则白泥与基体的界面黏结力更强。当复合材料受到应力作用,白泥粒子在引发空穴、银纹和中止银纹时能够消耗大量的应力,使得基体不易受到破坏,性能提高。复合材料的性能和微观形态分析表明,复合材料白泥的用量存在一个较佳范围。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 制浆造纸白泥的来源及研究利用现状
• 1.2.1 制浆造纸白泥的来源及其主要成分
• 1.2.2 制浆造纸白泥利用现状及存在问题
• 1.3 与本项目相关的热塑性塑料复合材料的研究现状
• 1.3.1 无机物填充及增强增韧体系
• 1.3.2 有机粒子增强增韧体系
• 1.4 白泥作为塑料填料的可行性及其意义
• 1.5 本课题的来源及主要研究内容
• 第二章 制浆造纸白泥的烘干与粉碎处理
• 2.1 试验原料及试验方法
• 2.1.1 试验原料
• 2.1.2 试验方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 白泥烘干处理
• 2.2.2 白泥粉碎处理
• 2.3 本章小结
• 第三章 热压工艺对白泥/PVC共混复合材料的影响
• 3.1 试验原料及试验方法
• 3.1.1 试验原料
• 3.1.2 试验方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 热压时间对纯PVC材料性能的影响
• 3.2.2 热压温度对白泥/PVC共混复合材料性能的影响
• 3.2.3 热压时间对白泥/PVC共混复合材料性能的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 改性剂对白泥/PVC共混复合材料的影响
• 4.1 试验原料与试验方法
• 4.1.1 试验原料
• 4.1.2 试验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 改性剂钛酸酯A对白泥/PVC共混复合材料性能的影响
• 4.2.2 改性剂铝酸酯B对白泥/PVC共混复合材料性能的影响
• 4.2.3 改性剂铝酸酯C对白泥/PVC共混复合材料性能的影响
• 4.2.4 白泥/PVC共混复合材料改性剂种类的比较研究
• 4.3 本章小结
• 第五章 白泥用量对白泥/PVC共混复合材料的影响
• 5.1 试验原料及试验方法
• 5.1.1 试验原料
• 5.1.2 试验方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 白泥用量对白泥/PVC共混复合材料力学性能的影响
• 5.2.2 白泥用量对白泥/PVC共混复合材料热学性能的影响
• 5.2.3 白泥用量对白泥/PVC共混复合材料加工流变性能的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 弹性体对白泥/PVC共混复合材料的影响
• 6.1 试验原料与试验方法
• 6.1.1 试验原料
• 6.1.2 试验方法
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 弹性体改性剂对白泥/PVC共混复合材料力学性能的影响
• 6.2.2 弹性体改性剂对白泥/PVC共混复合材料维卡软化温度的影响
• 6.2.3 ACR用量对白泥/PVC共混复合材料加工流变性的影响
• 6.3 本章小结
• 第七章 白泥/PVC共混复合材料增强机理的研究
• 7.1 试验原料及试验方法
• 7.1.1 试验原料
• 7.1.2 试验方法
• 7.2 结果与讨论
• 7.2.1 白泥改性机理分析
• 7.2.2 白泥/PVC共混复合材料的微观形态分析
• 7.2.3 白泥/PVC共混复合材料热失重分析
• 7.2.4 白泥/PVC共混复合材料增强的机理分析
• 7.3 本章小结
• 结论和建议
• 参考文献
• 致谢