OCC制浆造纸污泥填充聚氯乙烯复合材料的研究

摘要

随着产能的不断扩增，我国制浆造纸企业每年都会产生大量的污泥，这些污泥具有成分复杂、含水率高、处理难度大的特点。目前，企业常采用填埋、焚烧和土地利用等方式对造纸污泥进行处理，但这些方法都会对周边环境造成二次污染，不利于造纸企业的可持续发展。造纸污泥填充塑料制备复合材料是一种很有发展前景的固体废弃物资源化利用技术。该技术可以充分利用造纸污泥中的多种有效组分（如纤维、CaCO3、高岭土等）与塑料树脂加工制备高附加值的复合材料，不仅可以有效地解决造纸污泥对环境的污染问题，而且可以为企业带来一定的经济效益。
　　试验选取聚氯乙烯(PVC)为基体树脂，以OCC(OldCorrugatedContainer)制浆造纸废水污泥为塑料填充料，制备造纸污泥/PVC复合材料。分析了OCC制浆造纸污泥的基础特性;探讨了表征造纸污泥表面改性活化程度的方法，依此对不同种类的改性试剂处理OCC制浆造纸污泥的效果进行表征，优选出了改性效果最佳的试剂，并得出该试剂改性造纸污泥最适宜的工艺参数;探讨了污泥用量、表面改性剂种类等因素对造纸污泥/PVC复合材料力学性能和热性能的影响，并以CaCO3/PVC复合材料为对比实验，对OCC制浆造纸污泥代替CaCO3填充塑料复合材料的可行性进行了分析研究。
　　采用常规化学分析、元素分析、红外光谱分析等方法得出OCC制浆造纸污泥pH值为6.8，灰分含量58.78wt％，粗纤维含量22.98wt％，木素含量11.83wt％。OCC制浆造纸污泥具有灰分含量高、纤维含量少，未检出重金属元素等特点，可作为填料与热塑性树脂混合加工制造复合材料。
　　将传统的测定无机填料表面改性活化程度的方法与液体石蜡-水双相测量体系进行对比分析可知:传统的测定无机填料表面改性活化程度的方法不适于对造纸污泥表面改性的效果进行评价，液体石蜡-水双相测量体系是一种可以评价造纸污泥表面改性活化程度的有效手段，该方法测出的改性造纸污泥的活化度越大，表明造纸污泥表面包覆的改性剂的量越多。
　　不同的改性试剂对造纸污泥表面改性的效果不同，本论文选用9种改性试剂对造纸污泥进行表面改性，结果表明硬脂酸的改性效果最好，其改性造纸污泥的最佳工艺条件为:硬脂酸用量（对污泥绝干质量）4.0wt％，污泥悬浮液浓度8.0wt％，反应温度60～70℃，反应时间20min，此时改性污泥的活化度可达99％以上。
　　造纸污泥用量和改性剂种类都会对造纸污泥/PVC复合材料的性能产生显著影响。造纸污泥用量越大，造纸污泥/PVC复合材料的弹性模量和玻璃化转变温度越大，拉伸强度逐渐降低;当污泥用量小于15wt％时，造纸污泥对PVC复合材料有显著的增韧效果。当污泥用量为30wt％时，造纸污泥/PVC复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别为20.25MPa和8.320％。造纸污泥与CaCO3填充PVC复合材料的对比实验表明，当填充量小于30wt％时，造纸污泥代替CaCO3作为PVC的填料是可行的。表面改性剂（包括硬脂酸、钛酸酯NDZ401、NDZ311、NDZ311W和硅烷KH550）有利于提高复合材料的拉伸强度，但是对其断裂伸长率会造成负面影响，几乎不影响复合材料的玻璃化转变温度。综合考虑复合材料的性能指标，硬脂酸、钛酸酯NDZ311和钛酸酯NDZ311W比其他改性试剂对造纸污泥的改性效果好，在保证复合材料有一定韧性的前提下，能有效提高造纸污泥/PVC复合材料的拉伸强度。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 造纸污泥的来源及利用

1．2．1 造纸污泥的产生及其特性

1．2．2 造纸污泥的处理现状及其存在问题

1．2．3 造纸污泥资源化利用技术

1．3 造纸污泥填充塑料制备复合材料的研究进展

1．4 本课题的研究目的、意义及研究内容

1．4．1 本课题研究目的与意义

1．4．2 本课题研究内容

2 OCC制浆造纸污泥基础特性的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器与试剂

2．2．3 实验方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 OCC制浆造纸污泥的化学组分

2．3．2 OCC制浆造纸污泥颗粒粒径分布

2．3．3 OCC制浆造纸污泥物理形态的观察

2．3．4 OCC制浆造纸污泥的红外光谱分析

2．3．5 OCC制浆造纸污泥的热解特性

2．4 小结

3 造纸污泥表面改性效果评价方法的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验仪器与试剂

3．2．3 实验方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 造纸污泥表面改性及其改性效果表征

3．3．2 改性造纸污泥的热解特性分析

3．3．3 石蜡-水双相测量体系的测量原理

3．4 小结

4 OCC制浆造纸污泥的表面改性及其作用机理研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 实验仪器与试剂

4．2．3 实验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 不同改性试剂对造纸污泥湿法表面改性效果的影响

4．3．2 硬脂酸改性造纸污泥工艺条件的优化研究

4．3．3 硬脂酸改性造纸污泥的红外光谱分析

4．4 小结

5 OCC制浆造纸污泥／PVC复合材料的研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验原料

5．2．2 实验仪器与试剂

5．2．3 实验方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 OCC制浆造纸污泥对复合材料性能的影响

5．3．2 表面改性剂对复合材料性能的影响

5．3．3 造纸污泥／PVC复合材料的形貌分析

5．3．4 复合材料的热解特性分析

5．4 小结

6 结论与建议

6．1 结论

6．2 创新之处

6．3 存在问题及建议

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

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