工藝制備樹脂型人造石的應(yīng)用和影響

　　這篇工業(yè)期刊投稿發(fā)表了工藝制備樹脂型人造石的應(yīng)用和影響，通過一系列試驗得出結(jié)論，白泥能有效阻止人造石斷面裂紋的擴(kuò)展，對人造石彎曲強度、抗折強度和表面質(zhì)量顯著性影響較大。在不加以表面改性的條件下制備出符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的人造大理石，從而實現(xiàn)廢料資源化利用，并彌補天然人造石短缺的現(xiàn)狀。

　　關(guān)鍵詞：工業(yè)期刊投稿,不飽和聚酯,正交試驗設(shè)計,綜合性能

　　造紙白泥是造紙工業(yè)堿回收苛化工段產(chǎn)生的廢棄物，其主要成分為碳酸鈣，含少量硅酸鈣、石灰，鋁、鐵、鎂等化合物以及NaOH(殘堿)和有機(jī)雜質(zhì)等[1]。制漿造紙白泥排放量大，利用率低，給環(huán)境帶來嚴(yán)重污染。目前白泥可替代部分鈣質(zhì)原料，生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥[2-4]、陶瓷[5]等。由于造紙白泥呈堿性，含有部分有機(jī)雜質(zhì)，目前其應(yīng)用研究沒有系統(tǒng)性。樹脂型人造石是以不飽和聚酯樹脂(UPR)為膠結(jié)料，摻入無機(jī)填料及其他助劑經(jīng)一定工藝制備的一種復(fù)合材料。因其具有無毒、無放射性、耐磨耐沖擊、易保養(yǎng)等優(yōu)點廣泛用于建筑行業(yè)，如賓館、商店、辦公大樓等[7]。筆者通過對工業(yè)廢料白泥進(jìn)行物化性質(zhì)分析及簡單除雜。

　　1實驗部分

　　1.1原料

　　造紙白泥，貴州赤天化工集團(tuán);不飽和聚酯樹脂(UPR)，885#，貴陽金華恒化工有限公司;異辛酸鈷，T-8A，貴陽金華恒化工有限公司;過氧化甲乙酮，TY-D，貴陽金華恒化工有限公司;苯乙烯，TC-SM，貴陽金華恒化工有限公司。

　　1.2白泥的前處理

　　(1)pH測試取自工廠的白泥顯堿性，實驗前需將白泥處理為接近中性。將白泥與去離子水按質(zhì)量比1:20混合，攪拌靜置后過濾，所得濾液pH值接近7.0，說明經(jīng)洗滌過濾后的白泥接近中性。用少量硫酸對洗滌廢水進(jìn)行中和，循環(huán)使用。

　　(2)煅燒處理白泥廢料的主要成分為碳酸鈣，其中含有部分有機(jī)雜質(zhì)。圖1為白泥的TG-DSC曲線。從圖1可以看出，接近100℃時出現(xiàn)水蒸氣吸熱峰，760℃時為碳酸鈣的分解吸熱峰，因此，在除去其中有機(jī)雜質(zhì)的同時要保證碳酸鈣主成分不被分解，需在400℃煅燒溫度下對造紙白泥進(jìn)行處理。

　　(3)廢料級配確定為使人造石制品具有一定的尺寸穩(wěn)定性，需增加樹脂中白泥廢料的用量，通過粗、細(xì)復(fù)合廢料搭配降低填料體系的比表面積，進(jìn)而減少樹脂用量，提高制品的強度。考慮到填料堆砌的緊密程度，依據(jù)粉料“立方密堆積”原理，選取100目與200目的混合粉料作為合成填料。

　　1.3成型工藝

　　采用常溫成型工藝制備樹脂型人造石，其工藝流程如圖2所示。

　　2正交試驗設(shè)計

　　2.1因素水平及正交試驗表

　　正交試驗設(shè)計是利用正交表來安排與分析多因素試驗的一種設(shè)計方法[9-10]。以改性白泥用量(A)、潤濕劑苯乙烯用量(B)、促進(jìn)劑異辛酸鈷用量(C)、固化劑過氧化甲乙酮用量(D)為影響因素，大理石彎曲強度為試驗指標(biāo)進(jìn)行正交試驗設(shè)計。正交試驗初步選定改性白泥用量200~300份，苯乙烯用量0.25~0.75份，促進(jìn)劑用量0.5~1.5份，固化劑用量1~3份。得出的因素水平如表1所示。選取標(biāo)準(zhǔn)的L9(34)進(jìn)行正交試驗設(shè)計，并根據(jù)試驗結(jié)果進(jìn)行極差分析，得出各因素顯著性大小，正交試驗結(jié)果如表2所示。由表2得出各個因素對人造石彎曲強度的影響程度如圖3所示。

　　2.2正交試驗結(jié)果分析

　　從表2的顯著性分析結(jié)果可以看出，各因素對人造石彎曲強度的影響程度為A>C>B>D，即造紙白泥的顯著性最強，其次為促進(jìn)劑和苯乙烯，固化劑的影響最小。得出的最優(yōu)工藝參數(shù)組合為A1B1C2D3，即當(dāng)白泥用量為200份、苯乙烯用量為0.25份、促進(jìn)劑用量為1份、固化劑用量為3份時，人造石的彎曲強度最高(超過40MPa)，符合JC908—2002《實體面材》檢測要求。

　　3結(jié)果與討論

　　3.1白泥用量對人造石抗折性能的影響

　　由正交試驗顯著性分析可知，白泥廢料用量對人造石彎曲強度的影響較為顯著。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析白泥對人造石抗折強度的影響，結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出，隨著白泥廢料用量的增加，復(fù)合材料的抗折強度逐漸下降。當(dāng)白泥用量超過250份時，復(fù)合材料的抗折強度低于25.7MPa，不能滿足DB44/T768—2010檢驗標(biāo)準(zhǔn)。這是由于隨著白泥用量的增加，較多無機(jī)填料得不到充分潤濕，造成內(nèi)部缺陷和氣泡增多致使材料的性能下降。在考慮工業(yè)廢料資源化利用及人造石綜合性能的情況下，初步選擇白泥用量為200份進(jìn)行后續(xù)實驗分析。

　　3.2苯乙烯對人造石性能的影響

　　由圖3可知苯乙烯對人造石的彎曲強度具有較大影響。在白泥用量為200份的前提下，研究苯乙烯潤濕劑對人造石抗折強度和表面質(zhì)量的影響，結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，隨著苯乙烯用量的增加，人造石表面斑印先減少甚至消失，而后又出現(xiàn)，其抗折強度則先提高后降低。當(dāng)苯乙烯用量為0.25份時，人造石表面斑印消失，其抗折強度有所提高。這是由于少量苯乙烯可以降低UPR的黏度，使白泥廢料被充分潤濕;且苯乙烯作為交聯(lián)劑，少量摻入可提高樹脂的固化程度，使復(fù)合材料的強度提高。但苯乙烯用量過多時，樹脂反應(yīng)活性增強，固化交聯(lián)速率加快，復(fù)合材料的脆性增大。綜合考慮實驗經(jīng)濟(jì)性和產(chǎn)品性能，本實驗選取苯乙烯潤濕劑用量為0.25份進(jìn)行后續(xù)分析。

　　3.3人造石的微觀形貌

　　用掃描電子顯微鏡觀察人造石復(fù)合材料表面和沖擊斷面形貌，結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，白泥粉體在UPR中分散較為均勻，潤濕良好(圖5(a));而人造石斷面較粗糙，說明復(fù)合材料受到?jīng)_擊時，分散均勻的白泥廢料承受載荷，吸收了更多的沖擊能量(圖5(b))。由此可見，白泥廢料的摻入對人造石復(fù)合材料斷面裂紋的擴(kuò)展起到阻礙或終止作用。

　　4結(jié)論

　　(1)為去除白泥廢料中有機(jī)雜質(zhì)，需400℃煅燒溫度;粗細(xì)填料的搭配可有效提高無機(jī)填料在有機(jī)溶劑中的潤濕性。

　　(2)通過抗折強度和表面質(zhì)量分析試驗驗證，在用白泥廢料制備樹脂型人造石的工藝中，白泥極限用量為200份，苯乙烯潤濕劑用量為0.25份。制備出的UPR/造紙白泥復(fù)合材料的力學(xué)性能和表面質(zhì)量均滿足行業(yè)檢測標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　(3)通過對人造石進(jìn)行表面和斷面掃描電鏡分析，結(jié)果表明，白泥廢料能有效阻礙和終止復(fù)合材料斷面裂紋的擴(kuò)展。

　　作者：潘玲

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