一種比重可調的閉孔塑料微球及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種比重可調的閉孔塑料微球及其制備方法，該微球由低密度聚乙烯、CaCO3、NaHCO3、PE蠟、AC發泡劑和ZnO制成。本發閉孔塑料微球表面張力低，僅有30×10?5N/cm，其表面接觸角大于100°，水溶液在其表面不能鋪展、難以形成潤濕層，隨著水體的不斷運動，沉淀物逐漸被留在粒間空隙內，而微球表面則始終保持光滑，水體流動阻力小，過濾效率高。本發明微球不會出現表面滋生細菌的問題，作為濾料使用一段時間后，去除濾料之間沉淀物的方法非常簡單，只需通過機械振動的方式即可使沉淀物與濾料分離，從而很方便的恢復使用。
【專利說明】
一種比重可調的閉孔塑料微球及其制備方法
技術領域
[0001]本發明屬高分子材料領域，具體涉及一種閉孔塑料微球及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著人口數量的增加，我國絕大多數城市以地面水為水源，由于地面水污染程度較大，必須經過處理后才能進入供水系統。目前城市水廠都采用混凝—沉淀—過濾—加消毒藥劑—供給用戶的常規處理流程。傳統處理工藝中常用斜管沉淀池進行沉淀處理，再以石英砂濾料為代表的傳統顆粒濾料進行過濾處理。顆粒濾料多采用石英砂、錳砂、鵝卵石、沸石、無煙煤、陶瓷顆粒等，這些濾料容易被污染，需要反沖洗，反沖過程不僅浪費大量凈水且效率低，而且反沖洗又不能徹底沖洗干凈，致使過濾效果越來越差，到一定時期需要進行更換。而更換一個池體的濾料的工作量非常大，耗時、耗力，成本也高。目前自來水廠基本是采用沉淀與過濾分開的方法，先進行沉淀、后進行過濾。采用先沉淀后過濾需要新建兩種池體，占地面積大，基建成本高。應用閉孔塑料濾料替代傳統的石英砂類顆粒濾料，可以將沉淀和過濾兩個單元結合在一起。目前塑料泡沫球多為開孔結構，在作為濾料使用時，沉淀物進入泡沫空隙內難以脫掉，導致塑料泡沫濾料易被污染、使用壽命短。另外，目前市場提供的塑料泡沫濾料多數以聚氨酯為基體樹脂，這類材料表面張力小，潤濕性好，容易滋生細菌，長期使用后會影響水體質量，并且濾料表面會粘附大量沉淀物，水體流動阻力增加、流動速率下降，過濾效率明顯下降。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種閉孔塑料微球。
[0004]本發明的另一目的在于提供一種閉孔塑料微球的制備方法。
[0005]本發明所采取的技術方案是:
一種閉孔塑料微球，該微球由低密度聚乙烯、Ca⑶3、NaHC03、PE蠟、AC發泡劑和ZnO制成。
[0006]進一步的，該微球由以下質量份數的原料制成:低密度聚乙烯100份、CaCO3不超過15份、NaHCO3 0.2-2.5份、PE蠟0.05?I.5份、AC發泡劑0.15?I份、ZnO 0.02?I.2份。
[0007]進一步的，該微球的密度為0.35-0.85g/cm3。
[0008]進一步的，該微球的發泡倍率為4?12倍。
[0009]進一步的，該微球的閉孔率在98%以上。
[0010]一種閉孔塑料微球的制備方法，包括以下步驟:將稱好的低密度聚乙烯、CaC03、NaHC03、PE蠟、AC發泡劑和ZnO混勻，加入擠出機中，經加料段、壓縮段、塑化段、均化段，后經篩狀口模擠出段，并進一步經旋轉切刀切成顆粒狀，顆粒經風冷后得到閉孔塑料微球;其中各原料的用量比為上述所述的配比。
[0011]進一步的，所述擠出機各加工段溫度分別為:加料段的溫度為135°C，壓縮段的溫度為170?180°C，塑化段的溫度依次為170?180°C、150?170°C，均化段的溫度依次為150?165°C、150~160°C ,130-140°C，口模擠出段的溫度為 105?120°C。
[0012]上述閉孔塑料微球在廢水過濾中的應用。
[0013]上述閉孔塑料微球作為濾砂在廢水過濾中的應用。
[0014]上述閉孔塑料微球作為保溫或/和抗震材料的應用。
[0015]本發明的有益效果是:
I)本發明專利提供的是閉孔的塑料微球，微球表面光潔沒有孔隙，沉淀物不能進入球體內部的孔隙，過濾的原理是應用顆粒堆積形成的顆粒間孔隙而進行，效果類似于石英砂等傳統材料。由于本發明制備的閉孔塑料微球的表面張力低，僅有30X 10—5N/cm，其表面接觸角大于100°，水溶液在其表面不能鋪展、難以形成潤濕層，隨著水體的不斷運動，沉淀物逐漸被留在粒間空隙內，而微球表面則始終保持光滑，水體流動阻力小，過濾效率高。另外，由于本發明制備的閉孔塑料微球的表面接觸角大于100°，表面不能形成潤濕層，所以也不會出現無機材料長期使用后表面滋生細菌的問題。由于閉孔塑料微球的表面性能特色，作為濾料使用一段時間后，去除濾料之間沉淀物的方法非常簡單，只需通過機械振動的方式即可使沉淀物與濾料分離，從而很方便的恢復使用。
[0016]2)本發明的閉孔塑料微球是以低密度聚乙烯為基體樹脂，通過配方的控制，及加工工藝的調整，實現不同發泡倍率閉孔塑料微球的制備。閉孔塑料微球的尺寸可以通過調整口模篩孔的直徑尺寸而進行調整。閉孔塑料微球的密度可以通過對加入的成分的比例進行適當的調整，從而獲得所需的密度。
[0017]3)在應用本發明閉孔塑料微球作為濾料使用時，可以混合使用不同尺寸的產品形成不同的顆粒間隙，實現對水中沉淀物的有效過濾。在應用本發明的閉孔塑料微球作為濾料使用時，在盛裝濾料的裝置附件設計一個機械或超聲振動裝置，閉孔塑料濾料經過一段時間使用后，通過機械或超聲振動就可使沉淀物與濾料分離，使濾料恢復初始工作狀態。相比于傳統過濾的反沖等方法，節約了大量時間和水源。
[0018]4)本發明專利的閉孔塑料濾料表面光潔，表面極性低，表面接觸角都保持在100°以上，表面不能形成潤濕層，水體中的各種沉淀物極難在閉孔塑料微球的光滑表面粘附，經過3年的中試應用，經過反復使用500次以上的微球表面仍為光潔的白色，沒有細菌滋生和沉淀物粘附，在長期使用后也不會對水質產生影響。另外，發泡微球光滑的表面對水的流動阻力小，過濾速度快，過濾后的濾料容易結成疏松的塊狀，達到一定量后能夠輕易除去。
[0019]5)本發明方法制備的閉孔塑料微球其尺寸和發泡倍率均可以根據需要進行調整，從而實現在污水過濾中替代傳統濾砂，實現過濾裝置結構的靈活設計。本發明所提供的閉孔塑料微球可替代傳統的濾砂應用于廢水的過濾，也可應用于包裝工業的保溫、抗震材料。
【具體實施方式】
[0020]一種閉孔塑料微球，該微球由低密度聚乙烯、Ca⑶3、NaHCO3、PE蠟、AC發泡劑和ZnO制成。
[0021 ]優選的，該微球由以下質量份數的原料制成:低密度聚乙烯100份、CaCO3不超過15份、NaHCO3 0.2-2.5份、PE蠟0.05?I.5份、AC發泡劑0.15?I份、ZnO 0.02?I.2份。
[0022]優選的，該微球的密度為0.35-0.85g/cm3。
[0023]優選的，該微球的發泡倍率為4?12倍。
[0024]優選的，該微球的閉孔率在98%以上。
[0025]一種閉孔塑料微球的制備方法，包括以下步驟:將稱好的低密度聚乙烯、Ca⑶3、NaHC03、PE蠟、AC發泡劑和ZnO混勻，加入擠出機中，經加料段、壓縮段、塑化段、均化段，后經篩狀口模擠出段，并進一步經旋轉切刀切成顆粒狀，顆粒經風冷后得到閉孔塑料微球;其中各原料的用量比為上述所述的配比。
[0026]優選的，所述擠出機各加工段溫度分別為:加料段的溫度為135°C，壓縮段的溫度為170?180°C，塑化段的溫度依次為170?180°C、150?170°C，均化段的溫度依次為150?165°C、150~160°C ,130-140°C，口模擠出段的溫度為 105?120°C。
[0027]優選的，所述篩狀口模的篩孔直徑為I?3mm。
[0028]上述閉孔塑料微球在廢水過濾中的應用。
[0029]上述閉孔塑料微球作為濾砂在廢水過濾中的應用。
[0030]上述閉孔塑料微球作為保溫或/和抗震材料的應用。
[0031 ]上述保溫或/和抗震材料為包裝工業中用到的保溫或/和抗震材料。
[0032]下面結合具體實施例對本發明作進一步的說明，但并不局限于此。
[0033]實施例1
將質量份100份LDPE(低密度聚乙烯)、0.5份CaCO3、I份NaHCO3、0.05份PE蠟、0.15份AC發泡劑及0.02份ZnO按比例混合后加入到擠出機中，擠出機各段溫度控制為:135°C、180°C、175 °C、160 °C、155 °C、155 °C、135 °C、115 °C (S卩加料段的溫度為135 V，壓縮段的溫度為180°C，塑化段的溫度依次為175°C、160°C，均化段的溫度依次為155°C、155°C、135°C，口模擠出段的溫度為115°C)，經直徑為Imm的篩狀口模擠出，并進一步經旋轉切刀切成顆粒狀，顆粒經風冷后得到閉孔微球。
[0034]所制備的微球直徑為1.8mm，發泡倍率為5.8倍，該微球密度為0.41g/ cm3,閉孔率為98.5-99.5%，應用3H-200TD閉孔率儀依據國標GB/T10799-2008測定塑料微球的閉孔率。
[0035]實施例2
將100份LDPE、10份CaC03、0.2份NaHCO3、0.5份PE蠟、0.3份AC發泡劑及0.5份ZnO按比例混合后加入到擠出機中，擠出機各段溫度控制為:135 °C、175 °C、180 °C、165 °C、165 °C、160°C、140°C、115°C(S卩加料段的溫度為135°C，壓縮段的溫度為175°C，塑化段的溫度依次為180 °C、165 °C，均化段的溫度依次為165 °C、160 °C、140 °C，口模擠出段的溫度為115 °C )，經直徑為3.0mm的篩狀口模擠出，并進一步經旋轉切刀切成顆粒狀，顆粒經風冷后得到閉孔微球。
[0036]所制備的微球直徑為6mm，發泡倍率為8倍，微球密度為0.76g/cm3，閉孔率為98.5-99.5%，應用3H-200TD閉孔率儀依據國標GB/T10799-2008測定塑料微球的閉孔率。
[0037]實施例3
將100份LDPE、15份CaCO3、2.5份NaHCO3、1.5份PE蠟、I份AC發泡劑及1.2份ZnO按比例混合后加入到擠出機中，擠出機各段溫度控制為:135 °C、170 °C、180 °C、170 °C、150 °C、150 °C、130°C、105°C(S卩加料段的溫度為135°C，壓縮段的溫度為170°C，塑化段的溫度依次為180°C、170 °C，均化段的溫度依次為150 °C、150 °C、130 °C，口模擠出段的溫度為105 °C )，經直徑為3.0mm的篩狀口模擠出，并進一步經旋轉切刀切成顆粒狀，顆粒經風冷后得到閉孔微球。
[0038]實施例4 將100份LDPE、0.05份CaCO3、I份NaHCO3、0.05份PE蠟、0.15份AC發泡劑及0.02份ZnO按比例混合后加入到擠出機中，擠出機各段溫度控制為:135 °C、180 °C、180 °C、170 °C、165 °C、150°C、130°C、105°C(g卩加料段的溫度為135°C，壓縮段的溫度為180°C，塑化段的溫度依次為180 °C、170°C，均化段的溫度依次為165 °C、150 °C、130 °C，口模擠出段的溫度為105 °C )，經直徑為3.0mm的篩狀口模擠出，并進一步經旋轉切刀切成顆粒狀，顆粒經風冷后得到閉孔微球。
[0039] 實施例5
將 100份LDPE、0.05份Ca⑶3、1.5份NaHCO3、0.08份PE蠟、0.6份AC發泡劑及0.9份ZnO按比例混合后加入到擠出機中，擠出機各段溫度控制為:135 °C、180 °C、180 °C、170 °C、165 °C、150°C、130°C、105°C(g卩加料段的溫度為135°C，壓縮段的溫度為180°C，塑化段的溫度依次為180 °C、170°C，均化段的溫度依次為165 °C、150 °C、130 °C，口模擠出段的溫度為105 °C )，經直徑為3.0mm的篩狀口模擠出，并進一步經旋轉切刀切成顆粒狀，顆粒經風冷后得到閉孔微球。
[0040 ]下面對上述實施例制備的微球作進一步的性能檢測。
[0041]對實施例1制備的閉孔塑料微球進行表面張力檢測，其表面張力低，僅有30X10—5N/cm，表面接觸角大于100°，水溶液在其表面不能鋪展、難以形成潤濕層，隨著水體的不斷運動，沉淀物逐漸被留在粒間空隙內，而微球表面則始終保持光滑，水體流動阻力小，過濾效率高。
[0042]經過3年的中試應用，經過反復使用500次以上的微球表面仍為光潔的白色，沒有細菌滋生和沉淀物粘附，在長期使用后也不會對水質產生影響;本發明制備的閉孔塑料微球表面接觸角都保持在100°以上，表面不能形成潤濕層，水體中的各種沉淀物極難在閉孔塑料微球的光滑表面粘附。另外，發泡微球光滑的表面對水的流動阻力小，過濾速度快，過濾后的濾料容易結成疏松的塊狀，達到一定量后能夠輕易除去;作為濾料使用一段時間后，去除濾料之間沉淀物的方法非常簡單，只需通過機械振動的方式即可使沉淀物與濾料分離，從而很方便的恢復使用;相比于傳統過濾的反沖等方法，節約了大量時間和水源。
[0043]本發明方法制備的閉孔塑料微球其尺寸和發泡倍率均可以根據需要進行調整，從而實現在污水過濾中替代傳統濾砂，實現過濾裝置結構的靈活設計。
[0044]本發明所提供的閉孔塑料微球可替代傳統的濾砂應用于廢水的過濾，也可應用于包裝工業的保溫、抗震材料。
[0045]上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種閉孔塑料微球，其特征在于，該微球由低密度聚乙烯、CaCO3^NaHCO3、PE蠟、AC發泡劑和ZnO制成。2.根據權利要求1所述的一種閉孔塑料微球，其特征在于，該微球由以下質量份數的原料制成:低密度聚乙烯100份、CaCO3不超過15份、NaHCO3 0.2-2.5份、PE蠟0.05?1.5份、AC發泡劑0.15?I份、ZnO 0.02?1.2份。3.根據權利要求1或2所述的一種閉孔塑料微球，其特征在于，該微球的密度為0.35?0.85g/cm3。4.根據權利要求1或2所述的一種閉孔塑料微球，其特征在于，該微球的發泡倍率為4?12倍。5.根據權利要求1或2所述的一種閉孔塑料微球，其特征在于，該微球的閉孔率在98%以上。6.權利要求1?5任一所述的一種閉孔塑料微球的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 將稱好的低密度聚乙烯、CaC03、NaHC03、PE蠟、AC發泡劑和ZnO混勻，加入擠出機中，經加料段、壓縮段、塑化段、均化段，后經篩狀口模擠出段，并進一步經旋轉切刀切成顆粒狀，顆粒經風冷后得到閉孔塑料微球； 其中各原料的用量比為權利要求2所述的配比。7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述擠出機各加工段溫度分別為:加料段的溫度為135°C，壓縮段的溫度為170?180°C，塑化段的溫度依次為170?180°C、150?170°C，均化段的溫度依次為150?165°C、150?160°C、130?140°C，口模擠出段的溫度為105?120°C。8.權利要求1?5任一所述閉孔塑料微球在廢水過濾中的應用。9.權利要求1?5任一所述閉孔塑料微球作為濾砂在廢水過濾中的應用。10.權利要求1?5任一所述閉孔塑料微球作為保溫或/和抗震材料的應用。
【文檔編號】C08K3/22GK105885159SQ201610208557
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月6日
【發明人】石光, 王玉海, 楊麗庭, 羅穗蓮
【申請人】華南師范大學