[发明专利]煤矸石粉填充聚乙烯吹塑薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机矿物填料填充高分子材料吹塑薄膜的制备技术领域，具体涉及一种煤矸石粉填充聚乙烯吹塑薄膜的制备方法。

背景技术

聚乙烯薄膜是一类应用面广、消耗量极大的产品，包括工用薄膜如包装膜等，农用薄膜如保温膜、大棚膜和覆盖地膜，民用薄膜如防雨膜和垃圾袋膜等。由于聚乙烯是以石油为原料制成的合成树脂，而石油是不可再生的一次性自然资源，随着石油价格的飞涨，聚乙烯的价格也一直高居不下，因而利用填料填充聚乙烯来制备薄膜不仅可有效降低成本和节约石油资源，还有可能改善薄膜的某些使用性能。

目前，用碳酸钙、滑石粉等矿物填料来填充聚乙烯并制备薄膜已获得了一定的应用效果。如文风等人在“PE-滑石粉复合降解薄膜制备与性能的研究”(《塑料》2004年(6)P47-49)中介绍使用滑石粉填充聚乙烯制备薄膜时，滑石粉含量在20％以内，薄膜的横向强度、横向和纵向的断裂伸长率都较好，但含量增多则会导致薄膜的韧性等性能显著下降。陆桂娜等人在“纳米CaCO₃改性LDPE膜力学性能的研究”(《塑料科技》2004年(3)P14-17)中介绍了用表面处理剂处理后的纳米碳酸钙填充低密度聚乙烯，当添加量为2％时，薄膜具有较佳的力学性能，其横、纵两向的拉伸强度可比纯低密度聚乙烯膜提高18.3％和14.4％，断裂伸长率分别提高8.4％和3.3％，但当添加量超过此值时，薄膜的力学性能也有较大幅度的下降。

煤矸石是与煤伴生的岩石，是在煤炭开采和洗选加工过程中被分离出来的固体废弃物，是目前排放量和造成环境污染最大的工业固体废弃物，目前我国对煤矸石的利用率不到30％。如果能将废弃的煤矸石粉作为矿物填料使用不仅能充分利用矿物资源，降低产品成本，还能有效的减少对环境的污染，达到变废为宝的目的。但由于直接破碎得到的煤矸石粉填充聚合物时其分散性和界面结合力均较差，特别是用于吹塑薄膜制备时易在薄膜内团聚或形成孔隙，严重影响薄膜质量甚至导致无法吹膜，因而至今未见煤矸石粉填充聚乙烯制备薄膜的实际应用。

但为了改善煤矸石粉填充聚合物时其分散性和界面结合均较差的问题，人们已根据煤矸石内含有SiO₂、Al₂O₃和类碳黑物质，其表面带有硅羟基(Si-OH)、铝羟基(Al-OH)等可反应性基团，一方面尝试了先对煤矸石粉进行煅烧，然后用小分子改性剂对其进行表面改性来解决，另一方面也尝试了对未煅烧煤矸石粉直接用小分子改性剂进行表面改性来解决。如汪济奎等人在“硅铝炭黑(SAC)填充聚丙烯的应用研究”(《塑料科技》1991年(2)P27-31)中就介绍了使用多种小分子偶联剂改性经煅烧的煤矸石粉填充聚丙烯制备复合材料的方法。其效果虽优于碳酸钙填料，且复合材料的耐热性和加工流动性明显提高，但强度和韧性均随填料的增加而迅速降低。何素琴等人在“煤矸石填充聚酰胺6复合材料的结构与性能研究”(《中国塑料》2006年(7)P35-39)中介绍了采用熔融共混法制备聚合物/煤矸石复合材料，虽然添加少量未经煅烧的煤矸石可使材料的强度和模量有一定程度的增加，但煤矸石添加量增至25％时，材料的强度和模量即出现明显的下降。又如李莹等人在“煤矸石粉填充改性聚丙烯材料的研究”(《塑料》2007年(5)P81-83)中介绍了用小分子钛酸酯对煤矸石粉进行处理后，采用熔融共混法制备聚丙烯/煤矸石粉复合材料，材料的拉伸强度和冲击强度有一定的改善，但是当煤矸石粉用量达到20％时，其拉伸强度即出现明显的下降。

另外，专利号为ZL 200410081329.1的“用改性煤矸石粉填充的聚烯烃复合材料及其制备方法”中公开了用高分子量的聚二烯烃橡胶环氧化水性乳液作为煤矸石的表面处理剂制备聚烯烃复合材料，该复合材料相对于未处理制备的复合材料，其强度、模量和韧性有一定程度提高，同时复合材料的加工流动性也有所提高，且相对于经低分子表面处理剂处理制备的复合材料，其综合性能有明显改善。但因使用的是水基乳液处理剂，处理后的煤矸石粉含水量大，而水又较易导致煤矸石粉粒间的粘接团聚等结构变化，进而会显著影响材料的性能，故需对处理后的煤矸石粉进行严格的干燥以除去水分，这无疑使操作过程和工艺复杂，能耗增大。

而且上述用改性煤矸石填充聚烯烃所得复合材料均未用于吹膜。

发明内容

本发明的目的是针对已有煤矸石粉处理方式和表面改性的不足，提供一种原料来源方便，工艺简单、易操作，不造成环境危害的高分子量的马来酸酐接枝聚烯烃来处理煤矸石粉，并用该煤矸石粉与聚乙烯复合来制备吹塑薄膜的方法。