本發(fā)明屬于材料表面改性領(lǐng)域，涉及一種廢石粉表面改性方法，特別涉及一種基于濕法研磨的廢石粉表面改性方法。
背景技術(shù)：
廢石粉是石材加工過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物，其再利用一直是個(gè)難題，目前，廢石粉已經(jīng)在混凝土、砂漿、人造石等領(lǐng)域得到了一些應(yīng)用，但相對(duì)于廢石粉的產(chǎn)生總量來(lái)講，尚不能完全消化全部廢石粉，造成了大量廢石粉的堆積，如何高效利用廢石粉是個(gè)亟需解決的環(huán)境和社會(huì)問(wèn)題。
將廢石粉進(jìn)行處理后作為填料應(yīng)用于高分子材料中，可以制備高分子基復(fù)合材料，拓寬了廢石粉的應(yīng)用范圍，有利于解決其應(yīng)用問(wèn)題。但是廢石粉屬于無(wú)機(jī)粉體，其與有機(jī)高分子材料的相容性較差，表面結(jié)合力弱，易造成復(fù)合材料力學(xué)性能的下降，所以需要對(duì)其進(jìn)行表面改性以改善其與高分子基體材料的相容性。
目前，無(wú)機(jī)粉體表面改性的方法主要有表面覆蓋改性、局部化學(xué)改性、機(jī)械力化學(xué)改性、外層膜改性、高能量表面改性和利用沉淀反應(yīng)進(jìn)行表面改性等，其中機(jī)械力化學(xué)改性是指通過(guò)粉碎、磨碎、摩擦等方法增強(qiáng)粒子的表面活性，使具有強(qiáng)活性的粉體表面與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)、附著，達(dá)到表面改性的目的。機(jī)械力化學(xué)表面改性把超細(xì)粉碎和表面改性結(jié)合在一起，省時(shí)、省工、省能耗，操作方便，具有廣闊的發(fā)展前景。
將廢石粉采用機(jī)械力化學(xué)改性方法進(jìn)行表面改性可以達(dá)到粉碎和表面改性雙重目的，但單一機(jī)械力改性尚不能高效提高廢石粉與高分子材料的相容性，可結(jié)合采用其他表面改性劑，發(fā)揮協(xié)同作用，達(dá)到對(duì)廢石粉的高效表面改性，常用的表面改性劑包括硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、稀土偶聯(lián)劑等，其中稀土偶聯(lián)劑是我國(guó)特有的一種高效多功能偶聯(lián)劑，除了具備優(yōu)良的表面改性能力外，還能改善復(fù)合材料的加工流動(dòng)性、熱穩(wěn)定性等，有利于廢石粉在高分子材料中的大量應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種廢石粉表面改性方法，一種基于濕法研磨的廢石粉表面改性方法，該方法工藝簡(jiǎn)單，操作方便；該方法結(jié)合了機(jī)械力化學(xué)改性和稀土表面包覆改性?xún)煞N表面改性方法，共同對(duì)廢石粉進(jìn)行表面改性，制得的超細(xì)廢石粉粒徑小、表面活性高，其與高分子基體材料的相容性好，界面結(jié)合力強(qiáng)，可用作高分子材料的填料，拓寬了廢石粉的應(yīng)用領(lǐng)域。
為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
一種基于濕法研磨的廢石粉表面改性方法，包括以下步驟：(1)將廢石粉加入可精細(xì)控溫的研磨設(shè)備中，再加入乙醇和稀土改性劑，所述稀土改性劑的組份包括稀土氯化物、乙二胺四乙酸和尿素，控制廢石粉、乙醇和稀土改性劑的重量比為(20～60)∶(80～40)∶(0.5～2)；(2)在80～100℃的研磨溫度下研磨2～5h；(3)收集研磨后的漿料，過(guò)濾，烘干，得到表面改性的超細(xì)廢石粉。
優(yōu)選的，所述稀土改性劑中稀土氯化物、乙二胺四乙酸和尿素的物質(zhì)的量之比為1∶3∶10。
優(yōu)選的，所述稀土氯化物為氯化鑭、氯化鈰、氯化釹的一種。
優(yōu)選的，所述超細(xì)廢石粉的粒徑范圍為2000～5000目。
本發(fā)明將機(jī)械力化學(xué)改性和稀土表面包覆改性?xún)煞N表面改性方法相結(jié)合，共同對(duì)廢石粉進(jìn)行表面改性，一方面利用機(jī)械力化學(xué)改性方法對(duì)廢石粉進(jìn)行表面活化，同時(shí)達(dá)到超細(xì)粉碎的目的；另一方面采用稀土表面改性劑在廢石粉表面進(jìn)行稀土絡(luò)合物的表面包覆，在可精細(xì)控溫的研磨設(shè)備中，精確控制研磨溫度，促使稀土改性劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)緩慢生成稀土絡(luò)合物，并在廢石粉表面形成稀土絡(luò)合物薄膜。表面改性后的超細(xì)廢石粉可用做高分子材料的填料，兩者相容性好、界面結(jié)合力強(qiáng)，制備的高分子基復(fù)合材料力學(xué)性能好。
本發(fā)明的有益效果：
(1)本發(fā)明將機(jī)械力化學(xué)改性和稀土表面包覆改性?xún)煞N表面改性方法相結(jié)合，共同對(duì)廢石粉進(jìn)行表面改性，改性效果好，可有效改善廢石粉與高分子基體材料的相容性，增加兩者的結(jié)合力；
(2)本發(fā)明采用機(jī)械力化學(xué)改性方法對(duì)廢石粉進(jìn)行表面改性，可同時(shí)達(dá)到表面活化和超細(xì)粉碎的雙重目的；
(3)本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單，在進(jìn)行濕法研磨的過(guò)程中，同步加入稀土改性劑，不需增加工藝步驟；
(4)廢石粉表面包覆稀土絡(luò)合物層有助于提高廢石粉與高分子材料(尤其是含O、F、Cl、N等原子的高分子材料)的相容性，同時(shí)也可以發(fā)揮增塑和潤(rùn)滑作用，提高高分子基復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1
一種基于濕法研磨的廢石粉表面改性方法，包括以下步驟：
(1)將廢石粉加入可精細(xì)控溫的研磨設(shè)備中，再加入乙醇和稀土改性劑，控制廢石粉、乙醇和稀土改性劑的重量比為30∶69∶1，稀土改性劑的組份包括氯化鑭、乙二胺四乙酸和尿素，三種組份的物質(zhì)的量之比為1∶3∶10；
(2)在85℃的研磨溫度下研磨4h；
(3)收集研磨后的漿料，過(guò)濾，烘干，得到表面改性的超細(xì)廢石粉，超細(xì)廢石粉的粒徑范圍為2000～5000目。
為了驗(yàn)證實(shí)施例1制備的表面改性后的超細(xì)廢石粉的性能，進(jìn)行了活化度、吸油值和沉降體積的測(cè)試，活化度可反映廢石粉的表面改性效果，活化度越高說(shuō)明改性劑對(duì)廢石粉的包覆程度越大，活化效果越好；吸油值以鄰苯二甲酸二丁酯(DOP)的用量來(lái)反應(yīng)廢石粉改性效果的好壞，吸油值大則說(shuō)明廢石粉填充高分子材料會(huì)吸收更多的增塑劑等助劑，造成加工成本增高，一般的，吸油值越小越好；沉降體積可反映廢石粉在液體中的分散性，若廢石粉在液體石蠟中分散性好，則液體石蠟對(duì)粉體有較好的潤(rùn)濕性，粉體不易聚集和粘接，在沉降時(shí)，顆粒排列堆積緊密，沉降體積較小。反之，若分散性較差，則粉體易于聚集，粉體間因橋聯(lián)而留有較多孔隙，沉降時(shí)易形成疏松的沉積物，沉降體積較大。測(cè)試方法如下：
(1)活化度：將一定量實(shí)施例1超細(xì)廢石粉加入適量水中，玻璃棒攪拌2min，靜置1h后，取出上層的漂浮物，烘干稱(chēng)重，按照下式計(jì)算活化度：活化度＝(漂浮物重量/總質(zhì)量)×100％，
(2)吸油值：精確稱(chēng)取超細(xì)廢石粉置于玻璃板上，用滴定管向超細(xì)廢石粉滴入DOP，邊滴加邊用干凈的玻璃棒進(jìn)行攪拌，使被測(cè)樣品剛好全部被玻璃棒粘走時(shí)，記下鄰苯二甲酸二丁酯的用量，按照下式計(jì)算吸油值：吸油值(mL/g)＝DOP體積/廢石粉質(zhì)量，
(3)沉降體積：量取20mL液體石蠟加入帶刻度的量筒中，將2g超細(xì)廢石粉加入到20mL液體石蠟中，以每分鐘100～120次的速度震蕩3min，靜置24h，記錄固體體積即為沉降體積。
測(cè)試結(jié)果顯示：實(shí)施例1制得的超細(xì)廢石粉的活化度為97.3％，吸油值為0.075mL/g，沉降體積為0.8mL；而未經(jīng)實(shí)施例1方法改性的廢石粉的活化度為74.8％，吸油值為0.170mL/g，沉降體積為3.0mL；分析數(shù)據(jù)可知，實(shí)施例1制得的超細(xì)廢石粉的活化度明顯增大，吸油值和沉降體積均下降明顯，說(shuō)明實(shí)施例1方法對(duì)廢石粉的表面改性效果好，能改善廢石粉在液體石蠟中的分散性和相容性，進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例1廢石粉可應(yīng)用于高分子材料中，具有良好的相容性。
實(shí)施例2
一種基于濕法研磨的廢石粉表面改性方法，包括以下步驟：
(1)將廢石粉加入可精細(xì)控溫的研磨設(shè)備中，再加入乙醇和稀土改性劑，控制廢石粉、乙醇和稀土改性劑的重量比為30∶69∶1，稀土改性劑的組份包括氯化鈰、乙二胺四乙酸和尿素，三種組份的物質(zhì)的量之比為1∶3∶10；
(2)在90℃的研磨溫度下研磨3.5h；
(3)收集研磨后的漿料，過(guò)濾，烘干，得到表面改性的超細(xì)廢石粉，超細(xì)廢石粉的粒徑范圍為2000～5000目。
測(cè)試結(jié)果顯示：實(shí)施例2制得的超細(xì)廢石粉的活化度為96.1％，吸油值為0.082mL/g，沉降體積為0.9mL，改性效果好。
實(shí)施例3
一種基于濕法研磨的廢石粉表面改性方法，包括以下步驟：
(1)將廢石粉加入可精細(xì)控溫的研磨設(shè)備中，再加入乙醇和稀土改性劑，控制廢石粉、乙醇和稀土改性劑的重量比為30∶68.5∶1.5，稀土改性劑的組份包括氯化鑭、乙二胺四乙酸和尿素，三種組份的物質(zhì)的量之比為1∶3∶10；
(2)在85℃的研磨溫度下研磨4h；
(3)收集研磨后的漿料，過(guò)濾，烘干，得到表面改性的超細(xì)廢石粉，超細(xì)廢石粉的粒徑范圍為2000～5000目。
測(cè)試結(jié)果顯示：實(shí)施例3制得的超細(xì)廢石粉的活化度為98.9％，吸油值為0.068mL/g，沉降體積為0.5mL，改性效果好。
上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例之一，并非以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，故：凡依本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、形狀、原理所做的等效變化，均應(yīng)涵蓋于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。