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基本信息

項(xiàng)目名稱：
以工業(yè)廢渣磷石膏為填料的PVC門窗型材
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本作品研究了工業(yè)廢渣磷石膏替代通用的碳酸鈣作為填料在PVC型材中的應(yīng)用。預(yù)處理磷石膏經(jīng)偶聯(lián)劑包覆改性后，通過FT-IR、BET等分析對(duì)改性效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)磷石膏/聚氯乙烯復(fù)合材料的加工性能、熱穩(wěn)定性及沖擊斷面形貌進(jìn)行分析，結(jié)果表明：經(jīng)篩分煅燒去除磷石膏中的部分雜質(zhì)，減小了雜質(zhì)對(duì)PVC樹脂熱穩(wěn)定性的影響。經(jīng)預(yù)處理的磷石膏，再由鋁酸酯偶聯(lián)劑表面改性后，制備的PVC門窗型材符合國(guó)標(biāo)要求。
詳細(xì)介紹：
本作品是以工業(yè)廢渣磷石膏為原料，經(jīng)預(yù)處理、改性后作為填料制作PVC門窗型材。作品通過分析檢測(cè)磷石膏的粒徑分布、雜質(zhì)含量及分布、pH值等理化性質(zhì)，采用觀察模擬擠出機(jī)溫度環(huán)境條件下磷石膏/聚氯乙烯樹脂混合料顏色變化的方法，考察磷石膏雜質(zhì)對(duì)PVC樹脂熱穩(wěn)定性的影響，確定了預(yù)處理工藝。以偶聯(lián)劑對(duì)磷石膏進(jìn)行表面改性，用不同的表征方法對(duì)改性效果作出評(píng)價(jià)，并討論磷石膏的改性機(jī)理；通過磷石膏/聚氯乙烯復(fù)合體系的流變性能測(cè)試，研究磷石膏填充后對(duì)PVC樹脂流變性能的影響；利用雙螺桿擠出機(jī)制備磷石膏/聚氯乙烯復(fù)合材料，并對(duì)復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)和物理性能進(jìn)行研究，制備出符合GB/T 8814-2004《門、窗用未增塑聚氯乙烯型材》標(biāo)準(zhǔn)的PVC型材。

作品圖片

  • 以工業(yè)廢渣磷石膏為填料的PVC門窗型材
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  • 以工業(yè)廢渣磷石膏為填料的PVC門窗型材
  • 以工業(yè)廢渣磷石膏為填料的PVC門窗型材

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

磷石膏是磷肥工業(yè)的固體廢渣，每生產(chǎn)1t磷酸約產(chǎn)生4.5-5.0t磷石膏。我國(guó)每年磷石膏廢渣產(chǎn)量達(dá)2500-3000萬噸(干基)，占地2000公頃，僅渣場(chǎng)投資估算需l0億元以上。目前，磷石膏主要用作水泥緩凝劑、石膏建材及化工產(chǎn)品等，利用率僅為2-3%，資源化利用效率較低。磷石膏晶體形貌呈片狀，應(yīng)用于塑料制品中能改善耐熱性、沖擊強(qiáng)度、空間穩(wěn)定性、剛性、硬度、熱導(dǎo)率和絕緣性等?；诖耍ㄟ^預(yù)處理方法減小磷石膏中雜質(zhì)和結(jié)晶水對(duì)PVC樹脂熱穩(wěn)定的影響，利用工業(yè)廢渣磷石膏代替通用的輕質(zhì)CaCO3作為PVC填料，既可實(shí)現(xiàn)磷石膏的高附加值利用，緩解磷石膏排放對(duì)環(huán)境影響，又可避免傳統(tǒng)的輕質(zhì)CaCO3填料制備過程中對(duì)環(huán)境造成的破壞。 創(chuàng)新與技術(shù)關(guān)鍵： （1）經(jīng)篩分、煅燒去除磷石膏中有機(jī)雜質(zhì)及結(jié)晶水，再經(jīng)粉磨控制顆粒粒徑，使得磷石膏滿足PVC門窗型材填料的基本要求。 （2）經(jīng)鋁酸酯偶聯(lián)劑改性，使磷石膏顆粒表面具有親油特性，可更好與PVC樹脂相容；改性過程中無外加水進(jìn)入，克服了磷石膏中CaSO4反向吸水；改性可在粉磨過程中進(jìn)行。 （3）將改性磷石膏、塑料助劑加入PVC樹脂中，選擇合適的擠出溫度、配方等參數(shù)是制備符合GB/T8814-2004《門、窗用未增塑聚氯乙烯型材》 PVC門窗型材的關(guān)鍵。

科學(xué)性、先進(jìn)性

科學(xué)性和先進(jìn)性： （1）磷石膏經(jīng)篩分、煅燒預(yù)處理，去除磷石膏中的有機(jī)雜質(zhì)和結(jié)晶水，提高磷石膏的白度，其白度與傳統(tǒng)輕質(zhì)CaCO3相當(dāng)，再經(jīng)粉磨控制顆粒粒徑，滿足PVC填料的基本要求。 （2）磷石膏作為填料替代傳統(tǒng)輕質(zhì)CaCO3填料，為工業(yè)廢渣磷石膏的資源化綜合利用提供了新途徑，使磷肥企業(yè)實(shí)現(xiàn)污染物少排放，減少其對(duì)環(huán)境的二次污染。 （3）采用鋁酸酯偶聯(lián)劑進(jìn)行改性，使磷石膏表面形成非極性表面層。以石蠟液體作為稀釋劑，改性過程中無外加水進(jìn)入，克服了磷石膏中CaSO4與水反應(yīng)生成CaSO4?2H2O或CaSO4?1/2H2O。 （4） 磷石膏預(yù)處理工藝簡(jiǎn)單、成本低，作為片狀填料，在加工過程中片狀剪切力可加快磷石膏在PVC樹脂中的塑化，加工流變性能優(yōu)良，易于成型。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

本作品獲2011年全省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。 通過對(duì)磷石膏/聚氯乙烯復(fù)合材料的檢測(cè)，其性能完全符合GB/T 8814-2004《門、窗用未增塑聚氯乙烯型材》要求，檢測(cè)報(bào)告見附件。

作品所處階段

已工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

企業(yè)合作

作品可展示的形式

實(shí)物展示

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市化建設(shè)的進(jìn)一步推進(jìn)，城市人口的增多，房地產(chǎn)開發(fā)業(yè)的迅速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)住房的需求量越來越大，尤其是農(nóng)村房屋建設(shè)已經(jīng)基本告別了自制的時(shí)代，這一現(xiàn)狀極大地刺激了我國(guó)門窗型材行業(yè)的發(fā)展。我國(guó)磷石膏累計(jì)排放量約1.5億噸，不僅占用大量的土地，而且對(duì)環(huán)境產(chǎn)生極大的二次污染。鑒于此，本項(xiàng)目提出利用工業(yè)廢渣—磷石膏為填料制作PVC門窗型材，不僅可以解決磷石膏廢渣排放的問題，使其變廢為寶，同時(shí)降低PVC門窗型材的生產(chǎn)成本。 作品經(jīng)濟(jì)分析預(yù)測(cè)： （1）技術(shù)優(yōu)勢(shì)：工藝技術(shù)完善，操作簡(jiǎn)單，作品相關(guān)性能均達(dá)到國(guó)標(biāo)的要求。 （2）質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)：本產(chǎn)品以工業(yè)廢棄物磷石膏為填料制備PVC門窗型材，既緩解環(huán)境壓力，又可達(dá)到門窗型材的質(zhì)量要求。 （3）價(jià)格優(yōu)勢(shì)：通用碳酸鈣市場(chǎng)售價(jià)為1200-1500元/t，磷石膏為填料預(yù)處理成本約為550元/t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于碳酸鈣市場(chǎng)售價(jià)。

同類課題研究水平概述

目前，磷石膏主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)和建筑業(yè)等領(lǐng)域。磷石膏在農(nóng)業(yè)上作土壤改良劑和硫鈣肥的應(yīng)用除受地域和運(yùn)輸成本的限制外，磷石膏中含有雜質(zhì)，經(jīng)常施用會(huì)在土壤中積累而使作物植株中有害雜質(zhì)含量提高。磷石膏在工業(yè)上的應(yīng)用存在著不足，如磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥雖然其工藝己較為成熟，但由于工程投資大，生產(chǎn)成本高使得推廣工作較難進(jìn)行；工業(yè)副產(chǎn)石膏制硫酸鉀工藝國(guó)內(nèi)尚未建成工業(yè)化裝置。磷石膏在建筑業(yè)上應(yīng)用也存在著缺陷，如石膏制品存在耐水性差的缺點(diǎn)，限制其應(yīng)用領(lǐng)域，從而導(dǎo)致磷石膏資源化利用率下降。基于以上考慮，本作品采用工業(yè)廢渣磷石膏作為填料制作PVC門窗型材，通過篩分、煅燒去除磷石膏中的雜質(zhì)、結(jié)晶水，粉磨控制顆粒粒徑，解決了制品的白度問題，達(dá)到了作為PVC填料的基本要求；再經(jīng)鋁酸酯偶聯(lián)劑改性，使其表面具有親油特性，解決了磷石膏反向吸水存在的問題，制備出的PVC門窗型材符合GB/T8814-2004《門、窗用未增塑聚氯乙烯型材》的要求。本作品研究方法在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中鮮見報(bào)道。 本研究突出的特點(diǎn)是：生產(chǎn)流程短，設(shè)備要求低，操作簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。緩解了磷石膏排放帶來的二次污染，避免了傳統(tǒng)CaCO3填料制備過程對(duì)環(huán)境的破壞，為工業(yè)廢渣磷石膏的資源化綜合利用提供了新途徑。
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