利用油田废渣制化学建材产品改性填料的应用研究

httpln.wanfangdata.com.cnqikanperiodical.articlesxxjzclxxjz20030304pdf030407.pdf利用油田废渣制化学建材产品改性填料的应用研究寿崇琦!，#，赵春宾#，张志良#，贾海波#，李关宾!，陈立仁!L!9中国科学院兰州化学物理研究所，甘肃兰州J)$$$$；#9济南大学化工学院，山东济南#*$$##M摘要：采用有机聚合物对油田工业废渣进行表面处理，使以无机碳酸钙为主要成分的该种废渣的表面得以活化，成为表面改性活性填料。用这种活性填料填充DE管材、DE塑料地板革，填充率加大，制品的性能有所提高，达到了废物利用和环境保护的双重目的。关键词：苯丙聚合物；表面改性；填料；环保中图分类号：HI(#)文献识别码：文章编号：!$$!%J$#KL#$$)M$&%$$!%$)·!新型建筑材料!#$%!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!·利用油田废渣制化学建材产品改性填料的应用研究收稿日期：#$$#%!#%#&作者简介：寿崇琦，男，!’()年出生，浙江绍兴人，副教授，硕士研究生导师，博士研究生。地址：山东省济南市济微路!$(号，电话：$*)!%((&!’’!，+%,-./012345671.8-953,。$前言针对国内部分油田产出的污水水质矿化度高、:;高、=#:高、?#高及@=值低的特点，为了从根本上控制污水水质与回注水系统的严重腐蚀性，从!’’(年开始，我国部分油田采用在污水处理中加入生石灰乳来中和酸性污水的方法，使水质得到大幅度的改善，管道设备腐蚀也得到控制。但同时带来另一个新问题：水质处理中产生大量的被原油污染了的以碳酸钙为主的固体废渣，每天多达)$A*$BC现在已经堆积如山，无法处理。不仅占用了大量土地，而且污染周围环境，企业为此每年需交纳一定金额的环保罚款。本研究针对某油田废渣的化学特性，采用有机聚合物进行表面处理，使表面接枝活性有机基团，从而制得表面经改性的碳酸钙无机填料C并用这种改性填料填充DE管材F!G、DE地板革F#G等化学建材制品。制品性能测试表明，用有机聚化学建材!#$%&’()*%(+%,-.’/#0%’(1摘要：采用有机聚合物对油田工业废渣进行表面处理，使以无机碳酸钙为主要成分的该种废渣的表面得以活化，成为表面改性活性填料。用这种活性填料填充DE管材、DE塑料地板革，填充率加大，制品的性能有所提高，达到了废物利用和环境保护的双重目的。关键词：苯丙聚合物；表面改性；填料；环保中图分类号：HI(#)文献识别码：文章编号：!$$!%J$#KL#$$)M$&%$$!%$)寿崇琦!，#，赵春宾#，张志良#，贾海波#，李关宾!，陈立仁!L!9中国科学院兰州化学物理研究所，甘肃兰州J)$$$$；#9济南大学化工学院，山东济南#*$$##M由表*可知，:D#对不同强度水泥的净浆流动度均具有良好的适应性。)结论（!）以丙烯酸类衍生物及聚乙二醇单醚为主要原料，筛选出适宜的催化剂及合成条件，制得了聚乙二醇单醚%丙烯酸酯类大分子单体，较佳的合成方法为直接酯化法。（#）由大分子单体与丙烯酸类单体共聚合制备的新型聚羧酸类高效减水剂（:D），对水泥具有高度的分散作用，且含长侧链的:D优于含短侧链的:D。当:D#的掺加量为$9#*N、水灰比为$9#’时，水泥净浆流动度可达)$#,,。（)）在水灰比为$9#’时，:D对水泥的最佳掺量为$9!*NA$9)$N；掺加:D的各类型号的水泥均具有较大的流动度。当:D#的掺量为$9!*NA$9#$N时，与瑞士某公司同类产品的流动度相当；当掺量为$9#*NA$9)*N时，超过EO:?产品的流动度。参考文献：F!G;.P3,;9+5383,.5-1@Q5B13R-S,.PB4TQ41Q9Q,Q8BU385TQBQ3,@31.BQ1C!’’C#$L#V)M0JA!$!9F#G邓正刚，齐刚9使用不同水泥和外加剂的技术经济比较9建筑技术开发C!’’C#*L*M0)J%)’9F)G田培9我国高效减水剂生产现状和发展方向9建筑技术开发C!’’’C#(L&M0!$%!#9F&G洪仲苓9化工有机原料深加工9北京0化学工业出版社，!’’J9表*:D对不同水泥的净浆流动度的影响水泥标号)#9*; *;生产厂家华润D·万鹰D·?华润D·?减水剂类型:D#EO:?:D#EO:?:D#EO:?流动度V,,水灰比W$9#*#J$#J$##*##&#J$#*$水灰比W$9#’#’J#’J##)##$)!$#)万方数据!#$%&’(&!)*+,-&+’.·!·合物改性油田废渣制造表面改性碳酸钙填料，处理工艺简便，节约能源，不对环境造成二次污染（如再产生废气、废渣等），制造出的化学建材制品性能符合国家有关标准。其用途广泛，市场潜力极大。用聚合物工艺处理工业固体废弃物，摈弃焚烧、掩埋等传统、落后的处置方法，是今后国内、国际处理工业废弃物的一个发展方向和趋势。!试验!#!原材料$!%油田工业废渣：河南中原油田提供，含水率&’(，黏稠膏状固体；$&%改性用苯丙乳液：山东青州万利化工有限公司提供，固含量)(，*+值,-./$0%123树脂：齐鲁石化塑料厂提供；$)%活性碳酸钙：市售。!#&主要实验仪器设备双螺杆微粉混合机，常州范群干燥设备厂制造；4567!&旋转闪蒸干燥器，常州范群干燥设备厂制造；123管材挤出机，济南方信集团制造；123塑料地板革生产线，济南方信集团制造；电子拉力机：美国阿姆斯创公司制造。!#0油田废渣的组成分析油田废渣的化学组成见表!。由表!可以看出，此种废渣以无机碳酸钙为主要成分，但是表面富含有机碳氢化合物（原油），是先天复合好的表面有机活性化的无机填料。只是由于这种碳氢化合物的活性和极性不够大，用于高分子制品时，其表面基团不能和高分子主链上的官能团发生化学键合或极性吸附，因此，其对高分子制品的性能提高贡献不大。但经过带有羧基的苯丙乳液表面改性后，由于羧基官能团极性较大，可以和高分子制品主链上的羟基或者酯基等发生官能团键合或者极性吸附，大大增强了无机填料在有机高分子制品中的稳定性，同时，也有力克服了传统的无机填料填充在有机高分子制品中时，易引起的无机—有机界面的缺陷，带给制品的机械物理、化学性能的降低。!#)油田废渣表面改性利用苯丙乳液对油田废渣进行表面改性。具体方法是：在油田废渣中加入其质量&’(的苯丙乳液，于混合机中充分搅拌0’89:后，进入压滤机压出水分，再进入旋转闪蒸干燥机内进行喷雾干燥，用布袋收集器收集达到粒度要求的干燥粉体，大颗粒粉体用粉碎机粉碎至粒度要求后装袋、备用。油田废渣改性前、后的;光谱图见图!、图&。油田废渣填料经改性后的基本性能见表&。图!油田废渣改性前的;光谱图图&油田废渣经苯丙乳液改性后的;光谱图由图!和图&对比可以看出，图&在!)0’=87!附近出现一强而宽的吸收峰，同时在!&’=87!附近也出现吸收峰，这是典型的羧基的特征吸收峰。由此可见，经苯丙乳液改性后，填料的表面极性基团$羧基%增加，使填料具备了表面活性和极性，成为可以用于高分子制品中的活性填料。试验发现，由于原废渣表面的原油（碳氢化合物）是在用石灰乳中和酸性污水的处理过程中吸附上去的，也就是在碳酸钙的形成过程中自动吸附上去的，因此这种碳氢化合物在碳酸钙无机物的表面分布非常均匀、密实，且吸附量较大。一般，用有机物对碳酸钙改性根本达不到如此高的改性程度。这层碳氢化合物虽然表面吸附较多，但是由于本身碳氢化合物的极性不够!#$%&’()*%(+%,-.’/#0%’(1化学建材表!油田废渣的化学组成(无机物有机物3?3@03?@59@&AB&@0CD&@05@0E?&@F&@3D碳氢氧化合物).#)’#.0!#,0G#0!!#,G&#.#,G’#0&’#&’!#注：（!）本废渣不含CH、1I、3J等有毒有害离子；（&）本废渣不含放射性元素，适合于制造建材产品。表&油田废渣填料经改性后的基本性能项目性能指标粒度K目&’’-0&G含水率K(!’#G有机物含量K(&’无机物含量K(.’外观淡黄色粉末固体万方数据·!·新型建筑材料!#$%塑料注射成型机节电降耗措施简述化学建材!#$%&’()*%(+%,-.’/#0%’(1!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!强，直接使用这种填料效果不好；而经过带羧基的苯丙乳液再次对表面的碳氢化合物进行改性，利用碳氢化合物和苯丙均是有机物，容易相互吸附反应的特点，使羧基顺利键合到或者吸附到碳氢化合物表面，最后形成以羧基为主要极性基团的改性碳酸钙活性填料#以下简称改性填料$。!改性填料的应用!%&用于’()管材’()制品中常使用无机碳酸钙填料以对其性能进行增强，同时起到降低制品成本的目的。一般普通碳酸钙在’()硬质制品中的填充率为&*+,!*+，不能加入过多，否则，无机碳酸钙隔断了有机高分子’()链的相互键合，在高分子主链之间引起较多的无机—有机界面缺陷，使’()制品脆裂，在冲击应力、液压和扁平实验中，均达不到国标要求。本实验中使用的改性填料，其表面的有机官能团可以和’()主链上的)-官能团接近，不存在界面缺陷，因此可大大提高’()制品的性能。我们按照’()质量的.+填充改性填料，并进行挤出试验。试验结果表明，当改性填料填充量达’()的.+时，’()管材的性能仍然较好#见表.$。!%!用于’()塑料地板革按表/的配方，进行改性填料填充地板革试验，并与市售的价格较贵的活性碳酸钙填料进行对比试验，对所试制的地板革的主要性能进行了测试，测试结果见表*。由表*可见，采用同样的填充率，改性填料在’()塑料地板革中的填充效果非常接近市售活性碳酸钙0两者性能接近。据初步估算，用苯丙乳液处理油田工业废渣制造的改性碳酸钙填料，工业成本仅为&/元120而市售活性碳酸钙的价格为&元12。显然，改性油田废渣碳酸钙的价格要比市售活性碳酸钙便宜得多，这为大力推广这种价廉物美的改性填料奠定了较好的基础。.结语采用苯丙乳液对油田工业废渣进行表面改性处理，得到的改性碳酸钙填料，性能接近市售的活性碳酸钙，且价格低廉，经在’()管材和’()地板革制品中应用，效果良好。该材料有望大量应用于’()等化学建材中，这为解决油田工业废渣和环境保护提供了一条新路子。参考文献：3&4魏守铭，张永祥%利用工业废渣作填充剂制取’()塑料制品%内蒙古石油化工，!，!5（/）：*6*&%3!4刘英俊%碳酸钙在塑料中的应用现状及进展%中国非金属矿工业导刊，!&，&7（&）：.67%日本开发成功新型烯烃系单液型涂料新华社供本刊稿据海外媒体报道，日本89:;:电气公司最近成功开发出了适用于各种=’8塑胶基材和’’塑胶基材，有良好密着性、耐药品性和耐候性的新型烯烃系单液型涂料。该公司称，目前市面上还没有能同时满足=’8塑胶基材和’’塑胶基材需要的单液型涂料。而该公司新开发的这种产品可同时涂布=’8、’’塑胶，而且涂膜性能高。89:;:电气公司表示，这种新型涂料不久便将正式供应市场。钢塑共挤节能保温门窗在山东面市山东省龙口奥宇家居有限公司开发的钢塑共挤节能保温门窗日前投入批量生产。该门窗是采用结皮微发泡’()塑料与钢衬共挤成型的异型材组装而成。与传统材料门窗相比，其保温节能性能高，耐温范围广（在6.,?），耐老化性能好。由于该产品外包’()塑料，所以不导电、不燃烧，完全符合防火的安全要求。该产品特别适用于平开门窗、推拉门窗、隔断和异型门窗等。产品投放市场后，深受建筑部门和广大消费者的青睐。#杨瑜$表.填充.+改性填料的’()管材性能项目测试结果标准要求测试依据维卡软化温度1?@#5AB1=@@!6@@冲击应力（1C1DE!）@%&#*%*AB.@@6@@拉伸屈服应力1F’G/#/*AB1=@@/6@@液压实验（!?，&H，%/!F’G）无渗漏无渗漏AB5&&&67扁平试验无裂纹无裂纹压至外径的&1!时观察表*不同填料的’