粉煤灰细化与表面改性及其填充改性聚丙烯性能的研究
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摘 要：用燃煤电厂产生的废弃物粉煤灰作为填料，将粉煤灰进行物理球磨细化改性，再用硅烷偶联剂活化改性，然后 与聚丙烯（ＰＰ）通过熔融共混制备成复合材料。结果表明，球磨后的粉煤灰制成的复合材料相比于纯 ＰＰ弯曲强度提高 了１１．５ ％，而且这种复合材料的拉伸强度和冲击强度相比于填充未球磨粉煤灰的材料分别提高了１０．７ ％和３４．１ ％， 并且其熔体流动速率和热稳定性都有较大提升；经过硅烷偶联剂活化后的粉煤灰制成的复合材料，其力学性能，热稳定 性也都得到改善；实验证明粉煤灰的填充对 ＰＰ有很好的增强增韧效果，并且当改性之后的粉煤灰填充量为２０ ％（质 量分数，下同）时，综合性能最佳。 关 键 词：聚丙烯；粉煤灰；环境保护；球磨；力学性能 中图分类号：ＴＱ３２７．８ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１０Biblioteka Baidu１９２７８（２０１９）０６００１２０７ 犇犗犐：１０．１９４９１／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１９２７８．２０１９．０６．００３
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０ 前言
粉煤灰主要 产 生 于 燃 煤 电 厂，是 电 厂 煤 粉 炉 烟 道 气中收集的粉末。目前我国的人均消耗电量约为发达 国家人均消耗电量的１／６，增长空间巨大，所以随着中
收稿日期：２０１８１２０６ 联系人，ｙａｎｇｌｔ＠ｓｃｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
国经济的快 速 发 展，电 厂 工 业 必 将 持 续 扩 大。 燃 煤 电 厂产生的粉 煤 灰 数 量 必 将 持 续 增 加［１］。据 统 计 中 国 ２０１６年粉煤灰产量约为５．６５亿吨，主要应用在建筑和 道路工程等方面。虽然近年来粉煤灰的综合利用研究 逐渐深入，但是和其巨大的产量相比，我们还是要加大 对其的全面使用。
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ＷＡＮＧＺｅｎｇｐｅｎｇ１，ＹＡＮＧＬｉｔｉｎｇ１ ，ＬＩＹａｎｔａｏ２， ＺＥＮＧＣｏｎｇ２，ＬＹＵ Ｈｕｉ１，ＬＩＡＮ Ｇｕｉｙｉ１
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０００６，Ｃｈｉｎａ； ２．ＭＢＳＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１１４８３，Ｃｈｉｎａ）
由于粉煤灰是一种无机金属类的空心微珠颗粒， 其本身具有较强的刚性。所以粉煤灰可以作为填充物
２０１９年６月
中 国 塑 料
·１３·
添加到聚合 物 中，可 以 提 高 聚 合 物 的 力 学 性 能 以 及 热 稳定性等［２］。并 且 粉 煤 灰 的 比 表 面 积 较 大，可 以 使 复 合材料的比重降低。那么粉煤灰就有可能取代传统填 充物如碳酸钙、滑石粉等，对节省资源也 有 着 重 要 意 义。同时粉煤灰中也含有大量的羟基和 ＳｉＯ２，具有较 强的活性，通 过 简 单 的 表 面 改 性 后 作 为 填 充 物 会 对 复 合材料有更好的增强效果［３］。贺燕［４］研究了粉煤灰填 充量以及不同偶联剂处理的粉煤灰对 ＰＰ／粉煤灰复合 材料力学性能的影响。结果表明：经过改性的粉煤灰 复合材料力学性能明显提高。杨云飞［５］使用偶联剂改 性粉煤灰后填充 ＰＰ制备复合材料，使复合材料的弯曲 强度和冲击强度有所提高，但拉伸强度有所下降。
ｔｈｅｒｅｗａｓａｎｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｉｎｔｈｅｍｅｌｔｆｌｏｗｉｎｄｅｘａｎｄｔｈｅｒｍａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｗｈｅｎｔｈｅ ｆｌｙａｓｈ ｗａｓｔｒｅａｔｅｄ ｗｉｔｈａｓｉｌａｎｅｃｏｕｐｌｉｎｇａｇｅｎｔａｎｄｔｈｅｎｕｓｅｄｆｏｒＰＰ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｇｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
本文在前人 研 究 的 基 础 上，探 究 了 粉 煤 灰 的 粒 径 对复合材料 性 能 的 影 响，并 且 深 入 研 究 了 复 合 材 料 的 熔融、结晶温度，以及热稳定性等性能。基于粉煤灰的 结构形态与 组 成 成 分，将 其 作 为 填 充 物 添 加 到 聚 合 物 中具有很好的应用前景。尝试采用粉煤灰经过物理球 磨细化改性 和 偶 联 剂 活 化 改 性 处 理，然 后 经 过 熔 融 共 混填充到 ＰＰ中。通过调试不同偶联剂用量以及不同 粉煤灰的填 充 量，探 究 出 综 合 性 能 最 优 的 配 比。 以 制 备出一种高性能、低成本的新型环境友好型材料。
第３３卷 第６期 ２０１９年６月
中 国 塑 料
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Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．，２０１９
粉煤灰细化与表面改性及其填充改性聚丙烯性能的研究
王曾鹏１，杨丽庭１ ，李彦涛２，曾 聪２，吕 慧１，练贵宜１
（１．华南师范大学化学与环境学院，广州 ５１０００６；２．广州石头造环保科技股份有限公司，广州 ５１１４８３）
摘 要：用燃煤电厂产生的废弃物粉煤灰作为填料，将粉煤灰进行物理球磨细化改性，再用硅烷偶联剂活化改性，然后 与聚丙烯（ＰＰ）通过熔融共混制备成复合材料。结果表明，球磨后的粉煤灰制成的复合材料相比于纯 ＰＰ弯曲强度提高 了１１．５ ％，而且这种复合材料的拉伸强度和冲击强度相比于填充未球磨粉煤灰的材料分别提高了１０．７ ％和３４．１ ％， 并且其熔体流动速率和热稳定性都有较大提升；经过硅烷偶联剂活化后的粉煤灰制成的复合材料，其力学性能，热稳定 性也都得到改善；实验证明粉煤灰的填充对 ＰＰ有很好的增强增韧效果，并且当改性之后的粉煤灰填充量为２０ ％（质 量分数，下同）时，综合性能最佳。 关 键 词：聚丙烯；粉煤灰；环境保护；球磨；力学性能 中图分类号：ＴＱ３２７．８ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１０Biblioteka Baidu１９２７８（２０１９）０６００１２０７ 犇犗犐：１０．１９４９１／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１９２７８．２０１９．０６．００３
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅ ｗａｓｔｅｆｌｙａｓｈｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍ ｃｏａｌｆｉｒｅｄｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｓｗａｓｒｅｆｉｎｅｄｂｙｐｈｙｓｉｃａｌｂａｌｌ ｍｉｌｌｉｎｇ，ａｃｔｉｖａｔｅｄｗｉｔｈａｓｉｌａｎｅｃｏｕｐｌｉｎｇａｇｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｎｕｓｅｄａｓａｆｉｌｌｅｒｔｏｐｒｅｐａｒｅｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ （ＰＰ）ｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｂｙｍｅｌｔｂｌｅｎｄｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔ，ｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｐｕｒｅＰＰ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｅｘｈｉｂｉｔｅｄａｎｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｂｅｎｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｂｙ１１．５ ％，ｉｎｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｂｙ１０．７ ％， ａｎｄｉｎｉｍｐａｃｔｓｔｒｅｎｇｔｈｂｙ３４．１ ％ ｗｈｅｎｕｓｉｎｇｔｈｅｆｌｙａｓｈｏｎｌｙｔｒｅａｔｅｄｂｙｂａｌｌｍｉｌｌｉｎｇ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，
０ 前言
粉煤灰主要 产 生 于 燃 煤 电 厂，是 电 厂 煤 粉 炉 烟 道 气中收集的粉末。目前我国的人均消耗电量约为发达 国家人均消耗电量的１／６，增长空间巨大，所以随着中
收稿日期：２０１８１２０６ 联系人，ｙａｎｇｌｔ＠ｓｃｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
国经济的快 速 发 展，电 厂 工 业 必 将 持 续 扩 大。 燃 煤 电 厂产生的粉 煤 灰 数 量 必 将 持 续 增 加［１］。据 统 计 中 国 ２０１６年粉煤灰产量约为５．６５亿吨，主要应用在建筑和 道路工程等方面。虽然近年来粉煤灰的综合利用研究 逐渐深入，但是和其巨大的产量相比，我们还是要加大 对其的全面使用。
犛狋狌犱狔狅狀犘狉狅狆犲狉狋犻犲狊狅犳犘狅犾狔狆狉狅狆狔犾犲狀犲犉犻犾犾犲犱狑犻狋犺犚犲犳犻狀犲犱犕狅犱犻犳犻犲犱犉犾狔犃狊犺
ＷＡＮＧＺｅｎｇｐｅｎｇ１，ＹＡＮＧＬｉｔｉｎｇ１ ，ＬＩＹａｎｔａｏ２， ＺＥＮＧＣｏｎｇ２，ＬＹＵ Ｈｕｉ１，ＬＩＡＮ Ｇｕｉｙｉ１
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０００６，Ｃｈｉｎａ； ２．ＭＢＳＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１１４８３，Ｃｈｉｎａ）
由于粉煤灰是一种无机金属类的空心微珠颗粒， 其本身具有较强的刚性。所以粉煤灰可以作为填充物
２０１９年６月
中 国 塑 料
·１３·
添加到聚合 物 中，可 以 提 高 聚 合 物 的 力 学 性 能 以 及 热 稳定性等［２］。并 且 粉 煤 灰 的 比 表 面 积 较 大，可 以 使 复 合材料的比重降低。那么粉煤灰就有可能取代传统填 充物如碳酸钙、滑石粉等，对节省资源也 有 着 重 要 意 义。同时粉煤灰中也含有大量的羟基和 ＳｉＯ２，具有较 强的活性，通 过 简 单 的 表 面 改 性 后 作 为 填 充 物 会 对 复 合材料有更好的增强效果［３］。贺燕［４］研究了粉煤灰填 充量以及不同偶联剂处理的粉煤灰对 ＰＰ／粉煤灰复合 材料力学性能的影响。结果表明：经过改性的粉煤灰 复合材料力学性能明显提高。杨云飞［５］使用偶联剂改 性粉煤灰后填充 ＰＰ制备复合材料，使复合材料的弯曲 强度和冲击强度有所提高，但拉伸强度有所下降。
ｔｈｅｒｅｗａｓａｎｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｉｎｔｈｅｍｅｌｔｆｌｏｗｉｎｄｅｘａｎｄｔｈｅｒｍａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｗｈｅｎｔｈｅ ｆｌｙａｓｈ ｗａｓｔｒｅａｔｅｄ ｗｉｔｈａｓｉｌａｎｅｃｏｕｐｌｉｎｇａｇｅｎｔａｎｄｔｈｅｎｕｓｅｄｆｏｒＰＰ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｇｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
本文在前人 研 究 的 基 础 上，探 究 了 粉 煤 灰 的 粒 径 对复合材料 性 能 的 影 响，并 且 深 入 研 究 了 复 合 材 料 的 熔融、结晶温度，以及热稳定性等性能。基于粉煤灰的 结构形态与 组 成 成 分，将 其 作 为 填 充 物 添 加 到 聚 合 物 中具有很好的应用前景。尝试采用粉煤灰经过物理球 磨细化改性 和 偶 联 剂 活 化 改 性 处 理，然 后 经 过 熔 融 共 混填充到 ＰＰ中。通过调试不同偶联剂用量以及不同 粉煤灰的填 充 量，探 究 出 综 合 性 能 最 优 的 配 比。 以 制 备出一种高性能、低成本的新型环境友好型材料。
第３３卷 第６期 ２０１９年６月
中 国 塑 料
犆犎犐犖犃犘犔犃犛犜犐犆犛
Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．，２０１９
粉煤灰细化与表面改性及其填充改性聚丙烯性能的研究
王曾鹏１，杨丽庭１ ，李彦涛２，曾 聪２，吕 慧１，练贵宜１
（１．华南师范大学化学与环境学院，广州 ５１０００６；２．广州石头造环保科技股份有限公司，广州 ５１１４８３）