基本信息
- 项目名称：
- 煤系粉体/LLDPE复合材料热分析动力学的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 近年来，粉煤灰和煤矸石作为煤系矿物的废弃物造成环境的严重污染，对其应用被广泛研究。本课题旨在利用煤系粉体的耐高温隔热性能，通过共混技术，制备煤系粉体/LLDPE复合材料，并对其热分析动力学进行了理论研究。
- 详细介绍：
- 至今为止对煤系矿物粉体绝大部分的研究集中在建材等基体材料以及填充塑料力学方面。煤系矿物粉体（粉煤灰、煤矸石）填充塑料热分析动力学方面研究也有，但很少，尤其国内很少。并且，粉煤灰与煤矸石的耐高温隔热性能为改性塑料性能提供了可能。基于此，我们利用粉煤灰和煤矸石填充线性低密度聚乙烯，进行了热分析动力学的研究。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 该作品的研究是从环境保护和降低材料成本的目的出发，旨在利用煤系粉体的耐高温隔热性能，通过共混技术，制备煤系粉体/LLDPE复合材料，实现节约能源，减少环境污染，同时提高LLDPE的热性能，改善其加工性能，减少生产成本。
科学性、先进性及独特之处
- 1.目前，国内外很少有关于粉煤灰与煤矸石在热塑性塑料中的热分析动力学的研究； 2.在考虑经济效益时，煤系粉体即使经过分选之后，价格也很低，从而降低原料成本； 3.在能源、环境方面，可节约资源，减少污染，安全无毒，符合绿色材料要求。
应用价值和现实意义
- 该作品制备的复合材料成本低廉、制备工艺简单，研究结果表明复合材料的热稳定性有所提高，适量的粉体在复合材料中起到成核剂作用，加快结晶速率，对实际生产具有重要指导意义。此外，对煤系粉体应用的进一步研究提供了一定参考。
学术论文摘要
- 采用熔融共混方法制备了煤系粉体/LLDPE复合材料，并对该体系的熔融、结晶和热降解行为进行了研究。结果表明: 1）粉煤灰的加入使复合材料的熔融峰温提高4℃左右，显示出粉煤灰对体系有阻止传热作用。同时，加入粉煤灰后，复合材料的熔融焓降低，熔融峰变宽; 粉煤灰粉体的加入阻碍了LLDPE分子链的规则排列，影响了链段的结晶扩散迁移规整排列，使LLDPE的结晶速率变慢，对 LLDPE晶体生长起了抑制作用; 随粉煤灰含量的增加，低含量（20%以下）粉煤灰时复合材料反应的活化能逐渐降低，粉煤灰含量为20%及20%以上复合材料的活化能逐渐升高。2）煤矸石用量为30%时，LLDPE的熔融峰温和熔融峰宽均最低，较纯LLDPE分别降低了1.06%和11.76%。煤矸石的加入起到成核剂的作用；当煤矸石含量为10%左右时复合材料的降解活化能最大，煤矸石含量为20%左右时复合材料的降解活化能最低。在基体中加入适量的煤矸石能够增大纯LLDPE的降解活化能，提高其热稳定性。
获奖情况
- 河南理工大学第五届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖
鉴定结果
- 河南理工大学团委文件
参考文献
- [1] Dilip Chandra Deb Nath et al. Novel Observations on Kinetics of Nonisothermal Crystallization in Fly Ash Filled Isotactic-Polypropylene Composites[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2009, 115: 1510-1517. [2]YANG Fu-sheng et al. Thermal Decomposition Behavior and Kinetics of Composites from Coal and Polyethylene [J]. J China Univ Mining & Technol 2007, 17(1): 0025–0029. [3]Kuncoro Diharjo et al. Fire Resistance of Fly Ash Polyester Geopolymer Coposite[J]. Jurnal Teknik Gelagar, 2007, 18(2): 86-94. [4] Dilip Chandra Deb Nath et al. Isothermal crystallization kinetics of fly ash filled iso-polypropylene composite- and a new physical approach [J]. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry，2010，99(2)：423-429. [5]Gursewak Singh et al. Thermal properties and degradation characteristics of polylactide, linear low density polyethylene, and their blends [J]. Polymer Bulletin, 2011, 66: 939-953.
同类课题研究水平概述
- 我国现阶段塑料年产量为6000万吨左右，并保持着较快速度递增，有着多方面的原因，其中矿物粉体的贡献功不可没。这除了利用矿物粉体材料的低成本和环保性之外，还改善、提高了塑料材料的某些性能并赋予塑料材料新的功能。同时利用矿物粉体部分代替以石油为主要原料的合成树脂，可以节省石油资源和能源。矿物粉体在塑料中的应用有着很好的发展前景。 近年来，矿物粉体材料在塑料填充中常用的有碳酸钙（重钙、轻钙、纳米钙）、滑石、高岭土、硅灰石、水镁石粉、云母粉等诸多品种，在热分析动力学方面的研究已经取得了一定的进展。侯桂香等在对比PP/PS复合材料和PP/PS/煅烧高岭土复合材料的研究中发现加入少量煅烧高岭土后复合材料的热稳定性显著提高，初始降解温度及失重率50%时的温度分别提高83℃和37℃。苏峰华等在PP/POE/高岭土三元复合材料的性能研究中得出，高岭土的添加可以提高 PP 的结晶温度,加快 PP 的结晶速率,促进 PP 的异相成核。合适含量的高岭土可以提高 PP 的熔融温度,改善 PP 的耐热性能。Gardo linski研究了PEO/高岭土纳米复合材料的热性能。结果表明,纳米复合材料的热降解方式和纯聚合物的完全不同, 热氧稳定性和降解起始温度都明显提高。他们认为这主要是在纳米复合材料中,聚合物分子链的运动受到限制,而高岭土片层的存在阻止了氧和聚合物的碳链直接接触, 提高了聚合物的热氧稳定性。A. Ariffin1研究了PP/高岭土非等温结晶动力学的研究中发现高岭土的加入是复合材料的结晶活化能降低，高岭土起到轻微的异相成核作用。 此外，关于碳酸钙（重钙、轻钙、纳米钙）、蒙脱土、二氧化硅等填充塑料热分析动力学也有较多的研究，并得出了很好的结论。 目前，煤系矿物粉体（粉煤灰、煤矸石）填充塑料热分析动力学方面研究也有，但很少，尤其国内很少。基于此，我们利用粉煤灰和煤矸石填充线性低密度聚乙烯，进行了热分析动力学的研究。
