工藝制備樹脂型人造石的應用和影響

　　這篇工業期刊投稿發表了工藝制備樹脂型人造石的應用和影響，通過一系列試驗得出結論，白泥能有效阻止人造石斷面裂紋的擴展，對人造石彎曲強度、抗折強度和表面質量顯著性影響較大。在不加以表面改性的條件下制備出符合行業標準的人造大理石，從而實現廢料資源化利用，并彌補天然人造石短缺的現狀。

　　關鍵詞：工業期刊投稿,不飽和聚酯,正交試驗設計,綜合性能

　　造紙白泥是造紙工業堿回收苛化工段產生的廢棄物，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)和有機雜質等[1]。制漿造紙白泥排放量大，利用率低，給環境帶來嚴重污染。目前白泥可替代部分鈣質原料，生產普通硅酸鹽水泥[2-4]、陶瓷[5]等。由于造紙白泥呈堿性，含有部分有機雜質，目前其應用研究沒有系統性。樹脂型人造石是以不飽和聚酯樹脂(UPR)為膠結料，摻入無機填料及其他助劑經一定工藝制備的一種復合材料。因其具有無毒、無放射性、耐磨耐沖擊、易保養等優點廣泛用于建筑行業，如賓館、商店、辦公大樓等[7]。筆者通過對工業廢料白泥進行物化性質分析及簡單除雜。

　　1實驗部分

　　1.1原料

　　造紙白泥，貴州赤天化工集團;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，說明經洗滌過濾后的白泥接近中性。用少量硫酸對洗滌廢水進行中和，循環使用。

　　(2)煅燒處理白泥廢料的主要成分為碳酸鈣，其中含有部分有機雜質。圖1為白泥的TG-DSC曲線。從圖1可以看出，接近100℃時出現水蒸氣吸熱峰，760℃時為碳酸鈣的分解吸熱峰，因此，在除去其中有機雜質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定性，需增加樹脂中白泥廢料的用量，通過粗、細復合廢料搭配降低填料體系的比表面積，進而減少樹脂用量，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正交試驗設計

　　2.1因素水平及正交試驗表

　　正交試驗設計是利用正交表來安排與分析多因素試驗的一種設計方法[9-10]。以改性白泥用量(A)、潤濕劑苯乙烯用量(B)、促進劑異辛酸鈷用量(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進行正交試驗設計。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。選取標準的L9(34)進行正交試驗設計，并根據試驗結果進行極差分析，得出各因素顯著性大小，正交試驗結果如表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正交試驗結果分析

　　從表2的顯著性分析結果可以看出，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，其次為促進劑和苯乙烯，固化劑的影響最小。得出的最優工藝參數組合為A1B1C2D3，即當白泥用量為200份、苯乙烯用量為0.25份、促進劑用量為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。在此基礎上進一步分析白泥對人造石抗折強度的影響，結果如圖4所示。從圖4可以看出，隨著白泥廢料用量的增加，復合材料的抗折強度逐漸下降。當白泥用量超過250份時，復合材料的抗折強度低于25.7MPa，不能滿足DB44/T768—2010檢驗標準。這是由于隨著白泥用量的增加，較多無機填料得不到充分潤濕，造成內部缺陷和氣泡增多致使材料的性能下降。在考慮工業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份進行后續實驗分析。

　　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量的影響，結果如表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，其抗折強度則先提高后降低。當苯乙烯用量為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;且苯乙烯作為交聯劑，少量摻入可提高樹脂的固化程度，使復合材料的強度提高。但苯乙烯用量過多時，樹脂反應活性增強，固化交聯速率加快，復合材料的脆性增大。綜合考慮實驗經濟性和產品性能，本實驗選取苯乙烯潤濕劑用量為0.25份進行后續分析。

　　3.3人造石的微觀形貌

　　用掃描電子顯微鏡觀察人造石復合材料表面和沖擊斷面形貌，結果如圖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，說明復合材料受到沖擊時，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合材料斷面裂紋的擴展起到阻礙或終止作用。

　　4結論

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

　　(2)通過抗折強度和表面質量分析試驗驗證，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/造紙白泥復合材料的力學性能和表面質量均滿足行業檢測標準要求。

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

　　作者：潘玲

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