基本信息
- 项目名称：
- 以工业废渣磷石膏为填料的PVC门窗型材
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品研究了工业废渣磷石膏替代通用的碳酸钙作为填料在PVC型材中的应用。预处理磷石膏经偶联剂包覆改性后，通过FT-IR、BET等分析对改性效果进行评价，并对磷石膏/聚氯乙烯复合材料的加工性能、热稳定性及冲击断面形貌进行分析，结果表明：经筛分煅烧去除磷石膏中的部分杂质，减小了杂质对PVC树脂热稳定性的影响。经预处理的磷石膏，再由铝酸酯偶联剂表面改性后，制备的PVC门窗型材符合国标要求。
- 详细介绍：
- 本作品是以工业废渣磷石膏为原料，经预处理、改性后作为填料制作PVC门窗型材。作品通过分析检测磷石膏的粒径分布、杂质含量及分布、pH值等理化性质，采用观察模拟挤出机温度环境条件下磷石膏/聚氯乙烯树脂混合料颜色变化的方法，考察磷石膏杂质对PVC树脂热稳定性的影响，确定了预处理工艺。以偶联剂对磷石膏进行表面改性，用不同的表征方法对改性效果作出评价，并讨论磷石膏的改性机理；通过磷石膏/聚氯乙烯复合体系的流变性能测试，研究磷石膏填充后对PVC树脂流变性能的影响；利用双螺杆挤出机制备磷石膏/聚氯乙烯复合材料，并对复合材料的热稳定性、结构和物理性能进行研究，制备出符合GB/T 8814-2004《门、窗用未增塑聚氯乙烯型材》标准的PVC型材。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 磷石膏是磷肥工业的固体废渣，每生产1t磷酸约产生4.5-5.0t磷石膏。我国每年磷石膏废渣产量达2500-3000万吨(干基)，占地2000公顷，仅渣场投资估算需l0亿元以上。目前，磷石膏主要用作水泥缓凝剂、石膏建材及化工产品等，利用率仅为2-3%，资源化利用效率较低。磷石膏晶体形貌呈片状，应用于塑料制品中能改善耐热性、冲击强度、空间稳定性、刚性、硬度、热导率和绝缘性等。基于此，通过预处理方法减小磷石膏中杂质和结晶水对PVC树脂热稳定的影响，利用工业废渣磷石膏代替通用的轻质CaCO3作为PVC填料，既可实现磷石膏的高附加值利用，缓解磷石膏排放对环境影响，又可避免传统的轻质CaCO3填料制备过程中对环境造成的破坏。 创新与技术关键： （1）经筛分、煅烧去除磷石膏中有机杂质及结晶水，再经粉磨控制颗粒粒径，使得磷石膏满足PVC门窗型材填料的基本要求。 （2）经铝酸酯偶联剂改性，使磷石膏颗粒表面具有亲油特性，可更好与PVC树脂相容；改性过程中无外加水进入，克服了磷石膏中CaSO4反向吸水；改性可在粉磨过程中进行。 （3）将改性磷石膏、塑料助剂加入PVC树脂中，选择合适的挤出温度、配方等参数是制备符合GB/T8814-2004《门、窗用未增塑聚氯乙烯型材》 PVC门窗型材的关键。
科学性、先进性
- 科学性和先进性： （1）磷石膏经筛分、煅烧预处理，去除磷石膏中的有机杂质和结晶水，提高磷石膏的白度，其白度与传统轻质CaCO3相当，再经粉磨控制颗粒粒径，满足PVC填料的基本要求。 （2）磷石膏作为填料替代传统轻质CaCO3填料，为工业废渣磷石膏的资源化综合利用提供了新途径，使磷肥企业实现污染物少排放，减少其对环境的二次污染。 （3）采用铝酸酯偶联剂进行改性，使磷石膏表面形成非极性表面层。以石蜡液体作为稀释剂，改性过程中无外加水进入，克服了磷石膏中CaSO4与水反应生成CaSO4•2H2O或CaSO4•1/2H2O。 （4） 磷石膏预处理工艺简单、成本低，作为片状填料，在加工过程中片状剪切力可加快磷石膏在PVC树脂中的塑化，加工流变性能优良，易于成型。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品获2011年全省大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。 通过对磷石膏/聚氯乙烯复合材料的检测，其性能完全符合GB/T 8814-2004《门、窗用未增塑聚氯乙烯型材》要求，检测报告见附件。
作品所处阶段
- 已工业化生产。
技术转让方式
- 企业合作
作品可展示的形式
- 实物展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 随着我国经济的不断发展，城市化建设的进一步推进，城市人口的增多，房地产开发业的迅速发展，人民生活水平的不断提高，人们对住房的需求量越来越大，尤其是农村房屋建设已经基本告别了自制的时代，这一现状极大地刺激了我国门窗型材行业的发展。我国磷石膏累计排放量约1.5亿吨，不仅占用大量的土地，而且对环境产生极大的二次污染。鉴于此，本项目提出利用工业废渣—磷石膏为填料制作PVC门窗型材，不仅可以解决磷石膏废渣排放的问题，使其变废为宝，同时降低PVC门窗型材的生产成本。 作品经济分析预测： （1）技术优势：工艺技术完善，操作简单，作品相关性能均达到国标的要求。 （2）质量优势：本产品以工业废弃物磷石膏为填料制备PVC门窗型材，既缓解环境压力，又可达到门窗型材的质量要求。 （3）价格优势：通用碳酸钙市场售价为1200-1500元/t，磷石膏为填料预处理成本约为550元/t，远远低于碳酸钙市场售价。
同类课题研究水平概述
- 目前，磷石膏主要应用于农业、工业和建筑业等领域。磷石膏在农业上作土壤改良剂和硫钙肥的应用除受地域和运输成本的限制外，磷石膏中含有杂质，经常施用会在土壤中积累而使作物植株中有害杂质含量提高。磷石膏在工业上的应用存在着不足，如磷石膏制硫酸联产水泥虽然其工艺己较为成熟，但由于工程投资大，生产成本高使得推广工作较难进行；工业副产石膏制硫酸钾工艺国内尚未建成工业化装置。磷石膏在建筑业上应用也存在着缺陷，如石膏制品存在耐水性差的缺点，限制其应用领域，从而导致磷石膏资源化利用率下降。基于以上考虑，本作品采用工业废渣磷石膏作为填料制作PVC门窗型材，通过筛分、煅烧去除磷石膏中的杂质、结晶水，粉磨控制颗粒粒径，解决了制品的白度问题，达到了作为PVC填料的基本要求；再经铝酸酯偶联剂改性，使其表面具有亲油特性，解决了磷石膏反向吸水存在的问题，制备出的PVC门窗型材符合GB/T8814-2004《门、窗用未增塑聚氯乙烯型材》的要求。本作品研究方法在国内外文献中鲜见报道。 本研究突出的特点是：生产流程短，设备要求低，操作简单，便于实现大批量生产。缓解了磷石膏排放带来的二次污染，避免了传统CaCO3填料制备过程对环境的破坏，为工业废渣磷石膏的资源化综合利用提供了新途径。
