粉煤灰在橡膠材料中的應(yīng)用進展

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1、2682006年橡膠新技術(shù)交流暨信息發(fā)布會粉煤灰在橡膠材料中的應(yīng)用進展楊海濤，魏伯榮，肖琰。閏剛(西北工業(yè)大學高分子研究所，西安710072)摘要：本交對粉煤灰的性質(zhì)，粉煤灰的活化以及在橡膠材料中的應(yīng)用作了概述。關(guān)鍵詞：粉煤灰．橡膠填料，活化在我國粉煤灰是一種數(shù)量巨大，增長速度極快的固體廢物，每年超過1億t[1]。粉煤灰對環(huán)境污染日益加劇，對粉煤灰的治理和綜合利用已引起人們高度關(guān)注。為提高粉煤灰的綜合利用率，必須從多方面開展綜合利用的研究。目前，我國粉煤灰主要用于建工、建材、筑路等方面。以粉煤灰

2、為主要原料研制補強材料替代橡膠中的炭黑補強劑，為粉煤灰綜合利用開辟了一條新的途徑，不但有很好的環(huán)境效益，還有可觀的經(jīng)濟效益。橡膠制品中所用的補強劑炭黑，一般由石油，天然氣和焦油經(jīng)不完全燃燒制成。由于石油資源短缺，能耗高，工藝復(fù)雜，導致炭黑價格偏高，影響到橡膠制品的成本。因此，研筋價廉的新型粉煤灰補強填充劑，部分或全部取代高價的炭黑己成為降低橡膠制品成本的重要途徑[2]。本文對粉煤灰的性質(zhì)，粉煤灰的活化及其在橡膠中的應(yīng)用進行介紹。1粉煤灰的性質(zhì)1．1粉煤灰的物理性質(zhì)粉煤灰是一種具有一定活性的火山灰

3、質(zhì)混合材料。其物理性質(zhì)隨火電廠用煤的品種、韌度與燃燒方式等因素差異而有所不同。粉煤灰的比重2．05～2．15，容重658～702kg／m3，比表面積為2．30～5．36m2／g，粒度8～18／zm，熔點1250～1450℃。經(jīng)過加工后的粉煤灰細度為0．1～8#m，比表面積達68～72m2／g。超細粉煤灰吸碘值隨粒度變小而逐漸增加；吸油值也一樣，但達到一定細度時趨于穩(wěn)定；細度對pH值沒有多大影響。在橡膠中填充粉煤灰，細度越細拉伸強度越高，補強性能越好[3]。1．2粉煤灰的化學性質(zhì)我國大多數(shù)粉煤灰的

4、化學成分見表1c43，其中SiO：與Al。o。是其主要活性成分。粉煤灰的A1。O。含量正常范圍在20％～30％，一般高于40％以后，粉煤灰形成較多的莫來石。高鋁粉煤灰常引起玻璃相的減少，使活性降低。SiO：的含量是玻璃體的主要成分，SiO。越多，活性越大。用SEM光學顯微鏡觀察表明，粉煤灰由多種粒子組成，其中球形顆粒占總量的60％以上，球形顆粒中空心微珠占38％～45％，不規(guī)則和多孔玻璃體占38％～40％，加上磁珠、漂珠總量可達90％以上。這些玻璃體經(jīng)過高溫煅燒儲藏了較高的化學內(nèi)能，是粉煤灰活性

5、的來源‘引。表1我國大多數(shù)粉煤灰的化學成分。％Si02A1203CaOFe203MgOS02K2+Na2040～655～402～】O3～】00．5～2．SO．2O．Z～3．52粉煤灰的活化活化粉煤灰在橡膠中起填充補強作用，可代替部分炭黑、白炭黑、碳酸鈣。通常，填料對橡膠性能的影響主要取決于粒徑、顆粒結(jié)構(gòu)及其表面性質(zhì)[5l。采用不同粒徑的粉煤灰補強填充于橡膠中，測定其補強性能可知，粉煤灰的粒徑對橡膠的補強性能影響很大，粒徑越小，其比表面積就越大，與橡膠分子接觸面積也越大，補強效果就越好。過0．04

6、3mm篩的填料粒徑在1．10／lm的占16．32％，5／Jm以下的占66．8％。粒徑在1～5肛m粒子對橡膠有一定的補強作用。因此，通過0．043mrn篩的填充劑對橡膠有明顯的補強效果[6]。填料表面改性對橡膠補強性能有影響，補強填充劑顆粒表面的性質(zhì)是決定橡膠與補強劑之間能否相濕潤、增大吸引力的主要因素。炭黑對橡膠的優(yōu)良補強作用是因為其表面有一OH、一楊海濤等粉煤灰在橡膠材料中的應(yīng)用進展269COOH等活性基團。而粉煤灰等無機礦物表面活性基團甚少，要想使其對橡膠產(chǎn)生較好的補強作用，必須對其進行增加

7、表面活性的改性處理[6]。付喜、張鴻波[6]通過實驗證明，在進行表面改性處理后，粉煤灰的吸碘量和膠料的拉伸強度都有很大提高，補強作用大大提高。由于粉煤灰等無機礦物表面固有的親水疏油性，礦物粉在橡膠等有機聚合物中的浸潤性差，不易分散，而大量填充易導致材料機械性能下降引。在無機填料填充橡膠中，表現(xiàn)出兩方面的現(xiàn)象：一是界面積小，無機填料粒子不容易被橡膠大分子潤濕，往往是填料粒子間的親和性大于粒子與橡膠之間的親和性，所以填料粒子容易團聚，分散在膠中的粒子往往凝聚。這樣就不能充分發(fā)揮填料粒子比表面積的作用

8、，與橡膠間形成相應(yīng)的界面積；二是界面結(jié)合不良，有時無機填料粒子與橡膠間存在縫隙，大大降低了粒子與橡膠的結(jié)合力。因此，要提高粉煤灰在橡膠中的填充性能和補強效果，必須對填料進行增加表面活性的表面改性處理，使其表面的親水性變?yōu)橛H油性。目前所用的主要改性方法有以下幾種：(1)親水基團調(diào)節(jié)：通過物理方法熱處理就可以把表面羥基脫掉，控制羥基數(shù)量。(2)偶聯(lián)劑或表面活性劑改性無機填料表面：這樣使填料表面成為疏水性，提高對橡膠的親和力、潤濕性和相容性。(3)粒子表面接枝：聚合物接枝，引發(fā)活性點吸附單體聚合接枝。