改性微纳米包覆复合颜填料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及固废利用，更涉及粉煤灰高附加值综合利用，具体涉及一种改性微纳米包覆复合颜填料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、粉煤灰是电厂锅炉燃烧后从烟气中收集的细灰，颜色为灰色或灰黑色，主要成分是sio2、残炭、al2o3以及少量的fe2o3、cao、mgo、so3和k2o等。随着电力消耗的增加，粉煤灰的排放量也逐年增长。

2、目前粉煤灰主要被大规模应用于在水泥、混凝土、砌块、制砖、陶粒、土壤改良等低附加值领域，在有价元素提取、多孔材料、微晶玻璃、陶瓷材料制备等高附加值领域的应用鲜有成功案例。因此，如何寻找粉煤灰高附加值应用的途径，扩大粉煤灰运输半径，打破粉煤灰地域分布的不平衡，提高粉煤灰综合利用率，成为粉煤灰产业面临的巨大难题。

3、随着经济的发展，自然资源和环境保护逐渐引起大家的关注。如何节约和高附加值利用不可再生天然矿产资源和寻找替代品，已经成为摆在矿产加工企业面前的大难题。

4、但是粉煤灰中的含有氨，在使用过程中碱性环境或者高温都容易造成氨的大量挥发，造成环境污染危害人的身体健康，但是目前粉煤灰脱氨或固氨技术并不成熟，因此，限制了粉煤灰高附加值综合利用。

5、在橡胶、塑料以及涂料领域内，纳米级粉体颜填料如钛白粉、白炭黑、纳米碳酸钙、石墨烯等，在树脂基体中容易大量团聚，传统加工手段很难使其分散均匀。导致纳米材料性能的难以充分发挥，也容易引起制品的着色、耐老化、机械性能差等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的粉煤灰在使用过程中容易释放氨气，限制了其高附加值综合利用的问题，提供了一种改性微纳米包覆复合颜填料及其制备方法与应用，本发明以粉煤灰为原料通过微纳米包覆、固氨和化学改性手段，不仅解决了粉煤灰基填料使用过程中氨气释放引起的诸多难题，实现了粉煤灰的高附加值利用，而且解决了纳米填料在高分子材料基体内难以分散的问题，提高了纳米材料利用率，节约了生产成本。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种制备改性微纳米包覆复合颜填料的方法，所述方法包括以下步骤：

3、(1)对粉煤灰进行预处理，得到超细粉煤灰；

4、(2)在粘合助剂和机械力的作用下，采用微纳米功能粉体对超细粉煤灰进行包覆处理，得到微纳米包覆复合颜填料；

5、(3)依次采用固氨剂和表面改性剂对微纳米包覆复合颜填料进行固氨处理和表面改性，得到改性微纳米包覆复合颜填料；

6、所述超细粉煤灰的粒度为所述微纳米功能粉体的粒度的8-12倍；

7、步骤(3)中，所述固氨剂含有异氰酸酯类化合物和有机锡化合物。

8、优选地，在步骤(1)中，所述超细粉煤灰的粒径d97为800-12500目，优选为1250-2500目。

9、优选地，所述微纳米功能粉体的粒径d97为700-10000目。

10、优选地，在步骤(2)中，所述微纳米功能粉体为颜填料。

11、优选地，在步骤(2)中，所述微纳米功能粉体选自红丹、锶铬黄、锌铬黄、钡铬黄、钙铬黄、磷酸盐、磷钼酸盐、三聚磷酸二氢铝、钼酸锌、硼酸锌、云母氧化铁、钛白粉、氧化锌、石墨烯、碳酸钙、群青、酞菁蓝、硫酸钡、铁红、白炭黑和铁黑中的一种或两种以上。

12、优选地，在步骤(2)中，所述粘合助剂选自硅酸钠、硅酸钾、磷酸硅和三聚磷酸硅中的一种或两种以上。

13、优选地，在步骤(2)中，所述微纳米功能粉体的用量为所述超细粉煤灰的0.1-60重量％，优选为0.5-30重量％，更优选为5-20重量％。

14、优选地，在步骤(2)中，所述粘合助剂的用量为所述超细粉煤灰的0.1-10重量％，优选为0.5-8重量％，更优选为1-5重量％。

15、优选地，在步骤(2)中，所述包覆处理的条件包括：温度为70-120℃，时间为5-45分钟。

16、优选地，在步骤(3)中，所述异氰酸酯类化合物选自异氰酸酯、双异氰酸酯和多异氰酸酯中的一种或两种以上。

17、优选地，所述有机锡化合物选自二月桂酸二丁基锡、辛酸铅和辛酸亚锡中的一种。

18、优选地，在步骤(3)中，所述表面改性剂选自硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、稀土偶联剂、脂肪酸及其盐、聚醇类物质、高级醇类、聚丙烯酸铵、聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠和三聚磷酸钠中的一种或两种以上。

19、优选地，所述硅烷偶联剂选自双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物和/或(3-巯丙基)三甲氧基硅烷。

20、优选地，所述聚醇类物质选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚醚多元醇、聚丙二醇。

21、优选地，在步骤(3)中，所述固氨剂的用量为所述超细粉煤灰的0.01-3重量％。

22、优选地，在步骤(3)中，所述表面改性剂的用量为所述超细粉煤灰的0.1-10重量％。

23、优选地，在步骤(3)中，所述固氨处理的条件包括：温度为120-210℃，时间为15-50分钟。

24、优选地，在步骤(3)中，所述表面改性的条件包括：温度为90-250℃，时间为10-30分钟。

25、本发明第二方面提供了一种由前文所述的方法制备得到的改性微纳米包覆复合颜填料。

26、本发明第三方面提供了一种前文所述的方法制备得到的改性微纳米包覆复合颜填料或前文的改性微纳米包覆复合颜填料在橡胶、塑料和涂料中的应用。

27、本发明的发明人通过研究发现：利用微纳米包覆手段，将纳米颗粒包覆在微米颗粒表面，形成微纳米包覆颗粒，不仅能起到微米颗粒分散好的特性，也充分发挥纳米材料的特性，本发明不仅能实现微纳米材料的包覆，还适用于较细微米级颗粒对较粗微米级颗粒的包覆；然后采用特定的固氨剂和表面改性剂对包覆材料进行处理，不仅能够得到脱除粉煤灰中的氨，而且得到的复合颜填料，分散均匀、与树脂亲和性好、着色效果优异，能够替代部分钛白、白炭黑等高价值材料，可广泛应用于涂料、橡胶和塑料领域。本发明的技术方案在解决了复合材料行业难题的同时，真正实现对粉煤灰的绿色高附加值利用。

28、本发明所述的方法能够针对粉煤灰的矿物特性，通过合适的生产工艺制备出微纳米包覆复合颜填料(即通过本发明的方法制备出的颜填料同时具有颜料和填料的功能)，实现对粉煤灰的绿色高值化利用，该方法技术普适性好，对不同类型的粉煤灰都能进行综合利用。

29、本发明所述的方法所涉及的生产流程都为纯物理过程，不涉及强酸强碱、高压等过程，生产工艺安全、绿色、环保，无三废排放，对不同类型的粉煤灰适应性较高。

技术特征：

1.一种制备改性微纳米包覆复合颜填料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述超细粉煤灰的粒径d97为800-12500目，优选为1000-2500目；

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述微纳米功能粉体为颜填料；

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述粘合助剂选自硅酸钠、硅酸钾、磷酸硅和三聚磷酸硅中的一种或两种以上。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述微纳米功能粉体的用量为所述超细粉煤灰的0.1-60重量％，优选为0.5-30重量％，更优选为5-20重量％；

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述包覆处理的条件包括：温度为70-120℃，时间为5-45分钟。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述异氰酸酯类化合物选自异氰酸酯、双异氰酸酯和多异氰酸酯中的一种或两种以上；

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述表面改性剂选自硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、脂肪酸及其盐、聚醇类物质、高级醇类、聚丙烯酸铵、聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠和三聚磷酸钠中的一种或两种以上；

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述固氨剂的用量为所述超细粉煤灰的0.01-3重量％；

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述固氨处理的条件包括：温度为120-210℃，时间为15-50分钟；

11.由权利要求1-10中任意一项所述的方法制备得到的改性微纳米包覆复合颜填料。

12.权利要求1-10中任意一项所述的方法制备得到的改性微纳米包覆复合颜填料或权利要求11所述的改性微纳米包覆复合颜填料在橡胶、塑料和涂料中的应用。

技术总结本发明涉及固废利用技术领域，公开了一种改性微纳米包覆复合颜填料及其制备方法与应用。该方法包括：(1)对粉煤灰进行预处理，得到超细粉煤灰；(2)采用微纳米功能粉体对超细粉煤灰进行包覆处理，得到微纳米包覆复合颜填料；(3)采用固氨剂和表面改性剂对微纳米包覆复合颜填料进行固氨处理和表面改性，得到改性微纳米包覆复合颜填料；所述超细粉煤灰的粒度为所述微纳米功能粉体的粒度的8‑12倍；所述固氨剂含有异氰酸酯类化合物和有机锡化合物。本发明以粉煤灰为原料通过微纳米包覆、固氨和化学改性，解决了粉煤灰基填料使用过程中氨气释放引起的难题，实现了粉煤灰的高附加值利用，解决了纳米填料在高分子材料基体内难以分散的问题。技术研发人员：陈磊,时永刚,兰建民,赵爱国,郭峰受保护的技术使用者：神华科技发展有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5