利用硅灰制备涂料用复合颜填料的方法

1.本发明属于工业固体废弃物绿资源化利用领域，尤其涉及一种利用硅灰制备涂料用复合颜填料的方法。

背景技术：

2.目前，炭黑是涂料领域应用最广泛着剂(颜料)，常被用于生产黑或灰涂料。然而炭黑的成分、密度、粒度、亲水性等物化性质与常用无机填料(如碳酸钙、硫酸钡、煅烧高岭土、滑石、硅灰石等)差异较大，容易引起涂料中颜料、填料的分层，导致涂料的浮和发花，进而影响涂料的储存稳定性。炭黑比表面积较大、吸油值高，易吸附大量的溶剂和助剂，造成油性涂料储存后的返粗、变稠和泛白等问题。目前，虽然通过物理包覆或化学包覆手段，制备出钛白粉基白复合颜填料，但是由于炭黑和无机填料性质的差异，导致得到相应的复合颜填料难度较大，尚未有黑复合颜填料的相关报道。
3.硅灰又称微硅粉，是在冶炼金属硅基硅铁合金的过程中在烟道中形成的球状微粒粉尘，颜为灰白或灰黑，其化学成分以sio2为主，还含有少量的al2o3、cao、fe2o3、mgo、k2o、na2o、残炭等。其容重为100-250kg/m3，粒径多集中于0.5-10μm之间，属于微纳米颗粒。每生产3吨金属硅或5吨硅铁就产生1吨硅灰，2020年中国硅灰的产量就高达200万吨。目前，硅灰多用于产品附加值较低的混凝土、水泥、耐火材料、冶金等领域，但二氧化硅含量低于85％的硅灰基本没有市场。虽然通过煅烧、酸法、湿法或絮凝法提纯能够提高硅灰的纯度，但提纯工艺复杂、能耗高、容易造成环境污染。
4.因此，如何寻一个实现硅灰尤其是低品位硅灰的绿高值化利用的方法，已经成为硅灰行业亟待解决的难题。

技术实现要素：

5.鉴于上述的现有涂料中黑颜料和硅灰综合利用方面存在的问题，本发明提供了一种利用硅灰制备涂料用复合颜填料的方法。
6.根据本发明的一个方面，提供了一种利用硅灰制备涂料用复合颜填料的方法，所述方法包括：
7.对硅灰进行分级打散处理以得到硅灰细粉；
8.对硅灰细粉进行物理改性和造粒处理以得到基于硅灰的复合颜填料；
9.对基于硅灰的复合颜填料进行化学改性和造粒处理以得到基于硅灰的改性复合颜填料。
10.通过上述可知，本发明所述的方法所涉及的生产流程都为纯物理过程，不涉及强酸强碱、高压等过程，生产工艺安全、绿、环保，无三废排放，对不同类型的硅灰适应性较高。由本发明所述方法生产的复合颜填料，分散均匀、与树脂亲和性好、着效果优异，可广泛应用于油漆、水漆和粉末涂料领域。本发明的技术方案在解决了涂料行业难题的同时，真正实现对硅灰的绿高附加值利用。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
12.图1为根据本发明的一个实施例所述的利用硅灰制备涂料用复合颜填料的方法的流程图。
具体实施方式
13.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
14.在本发明的实施例中，硅灰主要成分为二氧化硅，在形成过程经过高温煅烧，具有物化性质稳定、耐高温、耐酸碱腐蚀等特点。在产生过程中，硅灰中的二氧化硅多以残炭为核凝结成球，从而形成对残炭的紧密包裹，因此硅灰具备生产涂料用复合颜填料的潜力。
15.本发明所述的方法能够针对硅灰的特性，通过合适的生产工艺制备出复合颜填料(即该复合颜填料同时具有颜料和填料的功能)，不仅解决涂料行业难题，也实现对硅灰的绿高值化利用。
16.参见图1，本发明的实施例提供了一种利用硅灰制备涂料用复合颜填料的方法，所述方法包括打散加工处理、物理改性和化学改性三个过程：
17.(1)打散分级加工处理包括分级和打散工艺，优选地还可以包括干燥工艺。所述干燥是选用干燥设备将硅灰的含水量干燥至1％以下。所述分级是根据细度要求利用分级设备将打散后硅灰中的粗颗粒分级剔除掉。所述打散是利用打散设备将团聚的硅灰颗粒解聚。
18.(2)物理改性处理：将一定量的物理改性剂，在少量粘合助剂和机械力化学的作用下，与分级后的硅灰混合(优选地混合均匀并紧密结合)。对物理改性后的超细硅灰进行造粒，便可得到复合颜填料，可用于水性涂料、油漆或粉末涂料。所述造粒是选择合适的造粒设备对硅灰进行造粒，以达到提高堆密度、便于运输的目的。
19.(3)化学改性处理：利用改性设备，选择合适的改性剂及用量，在一定条件下对物理改性后硅灰进行化学改性处理，并利用造粒设备对化学改性后的硅灰进行造粒，制得改性复合颜填料，可用于水性涂料、油漆或粉末涂料。
20.对硅灰进行及分级打散加工处理(包括干燥工艺的话)的目的在于降低硅灰中水分和细度。由干燥设备执行所述干燥硅灰原料的步骤以使得硅灰原料的含水量低于1％，所述干燥设备包括流化床式干燥机、打散干燥粉碎机、回转干燥机和滚筒式干燥机中的任一种或它们的任意组合，所述干燥步骤的温度范围为80-300℃，优选地150℃。另外地，将干燥后的硅灰进行分级，以剔除硅灰中大颗粒，控制硅灰的粒度。所述分级由多转子或单转子的离心式分级机完成；所述分级后硅灰的颗粒的粒度在800-12500目之间，优选地8000目或10000目。进一步地，将分级后的硅灰进行打散，实现解聚和提高硅灰分散性。所述打散设备包括蜂巢磨、涡流磨、削棒式打散机、三辊改性机、打散干燥粉碎机和气流磨中的任一种或它们的任意组合。
21.在分级打散加工步骤之后对硅灰进行物理改性和造粒，进而得到颜可控、防腐性能优越、着稳定的复合颜填料。所述物理改性在打散设备的腔内完成，所述造粒是在硅灰加密罐中在压缩空气的作用下完成，所述造粒后粒子的粒径大于0.1mm，堆密度大于250kg/m3。所述物理改性是将物理改性剂、粘合助剂和超细加工后物料一起喂入打散机内打散并混合均匀；所述物理改性剂包括红丹、锶铬黄、锌铬黄、钡铬黄、钙铬黄、磷酸盐、磷钼酸盐、三聚磷酸二氢铝、钼酸锌、硼酸锌、云母氧化铁、钛白粉、纳米氧化锌、石墨、青、酞菁蓝、硫酸钡、铁红、铁黑、硫酸钡等物质中的任一种或更多种的混合物；所述物理改性剂的质量分数为硅灰的粉体质量的0％-30％；所述粘合助剂为硅酸钠、硅酸钾、双硅烷偶联剂等中的任一种或它们的任意组合；所述粘合助剂的质量分数为硅灰的粉体质量的0％-5％。
22.在物理改性步骤之后，对硅灰进行化学改性和造粒，以得到改性复合颜填料。由改性设备执行所述化学改性的步骤。所述改性设备包括三辊改性机、高速搅拌机和塔式改性机中的任一种或它们的任意组合，所述表面改性使用的改性剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、稀土偶联剂、脂肪酸及其盐、聚醇类物质、高级醇类、聚丙烯酸铵中的任一种或它们的任意组合；所述改性剂用量为硅灰的粉体质量的0.01-25％(例如10％或15％)；所述表面改性的温度范围为50-300℃(例如200℃)。
23.另外地，所述涂料为粉末涂料、水性涂料或油漆。
24.以下提供了几个具体的实施例来详细说明本发明的方法的各个步骤，显然，本发明的技术方案不限于下述提供的实施例的限制。
25.实施例1
26.内蒙康巴什某厂硅灰原料，含水量为0.5％其主要化学组成如表1所示。在本实施例中，采用的加工工艺为分级、打散、物理改性和化学改性四个步骤。具体制备工艺参数如下：首先用单转子离心式分级机在1900rpm转速下对硅灰进行分级，然后将分级后物料与质量分数为1％的锶铬黄，一起喂入蜂巢磨，完成打散和物理改性，造粒后得到复合颜填料a1；最后对超细加工后的部分物料利用高速搅拌机，以质量分数为2％的硅烷偶联剂(kh560)为改性剂，在120℃下连续搅拌15mi n，制得改性后复合颜填料a2，其粒度分布如表2所示。
27.表1物料化学组成
[0028][0029]
表2不同填料粒度分布
[0030][0031]
实施例2
[0032]
山西太原某厂硅灰，含水量为1.5％其主要化学组成如表3所示。在本实施例中，采用的加工工艺为干燥、分级、打散、物理改性和化学改性。具体制备工艺参数如下：首先用流化床式干燥机将硅灰干燥至含水量为0.5％，干燥机进口温度为210℃，出口温度为90℃。再用单转子离心式分级机在1900rpm转速下对硅灰进行分级，然后将分级后物料与质量分数为0.7％的锶铬黄和质量分数为0.5％的磷酸铁，共同喂入削棒式打散机，完成打散和物理改性，造粒后得到复合颜填料b1；最后对将质量分数为1.5％的硅烷偶联剂(kh560)和质量分数为0.5％的铝酸酯偶联剂(dl411)，通过雾化喷嘴直接喷入三辊改性机内，在87℃进行化学改性，造粒后制得改性复合颜填料b2，其粒度分布如表4所示。
[0033]
表3物料化学组成
[0034][0035]
表4不同填料粒度分布
[0036][0037]
实施例3
[0038]
利用实施例1和实施例2中制备的改性复合颜填料a2和b2，在灰防腐油漆中与常用的颜填料体系(炭黑+钛白体+碳酸钙，对照例)进行对比实验，涂料配方和性能对比如表5所示：
[0039]
表5灰防腐油漆配方、涂料制备工艺及性能对比
[0040][0041]
实施例4
[0042]
利用实施例1和实施例2中制备的复合颜填料a1和b1，在灰防腐水性涂料中与常用的颜填料体系(炭黑+钛白体+碳酸钙，对照例)进行对比实验。涂料配方和性能对比如表6所示：
[0043]
表6灰防腐水性涂料配方、涂料制备工艺及性能对比
[0044][0045]
实施例5
[0046]
利用实施例1和实施例2中制备的改性复合颜填料a2和b2，在灰粉末涂料中与常用的颜填料体系(炭黑+钛白体+碳酸钙，对照例)进行对比实验，涂料配方和性能对比如表7所示：
[0047]
表7粉末涂料配方、涂料制备工艺及性能对比
[0048][0049]
通过对比分析可知，通过本发明所述的方法制备的复合颜填料，能够起到颜料和填料的双重作用，而且能够显著提高与机树脂的亲和性和分散性。与常用的颜填料体系相比，本发明所述的方法不仅能够降低涂料生产成本，而且能够显著提高涂料的储存、防腐、耐候性等性能。本发明所述的方法具有显著的环保意义和经济效益，市场前景广阔。
[0050]
虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

技术特征：

1.一种利用硅灰制备涂料用复合颜填料的方法，所述方法包括：对硅灰进行分级打散处理以得到硅灰细粉；对硅灰细粉进行物理改性和造粒处理以得到基于硅灰的复合颜填料；对基于硅灰的复合颜填料进行化学改性和造粒处理以得到基于硅灰的改性复合颜填料。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在分级打散处理之前所述方法还包括对硅灰进行干燥加工处理，所述干燥加工处理包括利用干燥设备将硅灰的含水量干燥至1％以下。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述分级打散处理包括利用分级设备将硅灰中的颗粒进行分级以得到粒度在800-12500目之间的硅灰颗粒，并利用打散设备将团聚的硅灰颗粒解聚。4.根据权利要求3中任一项所述的方法，其中，所述分级设备包括多转子或单转子的离心式分级机，所述包括蜂巢磨、涡流磨、削棒式打散机、三辊改性机、打散干燥粉碎机和气流磨中的任一种或它们的任意组合。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述物理改性和造粒处理包括将物理改性剂、粘合助剂与分级处理后留下的硅灰颗粒混合，之后对物理改性后的硅灰颗粒进行造粒处理以得到复合颜填料。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述物理改性步骤在打散设备的腔内执行。7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述造粒处理步骤在硅灰加密罐中在压缩空气的作用下执行，所述造粒后粒子的粒径大于0.1mm，堆密度大于250kg/m3。8.根据权利要求5-7中任一项所述的方法，其中，所述物理改性剂包括红丹、锶铬黄、锌铬黄、钡铬黄、钙铬黄、磷酸盐、磷钼酸盐、三聚磷酸二氢铝、钼酸锌、硼酸锌、云母氧化铁、钛白粉、纳米氧化锌、石墨、青、酞菁蓝、硫酸钡、铁红、铁黑、硫酸钡中的任一种或更多种的混合物；所述物理改性剂的质量分数为硅灰的粉体质量的0％-30％。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述粘合助剂包括硅酸钠、硅酸钾、双硅烷偶联剂中任一种或它们的任意组合；所述粘合助剂的质量分数为硅灰的粉体质量的0％-5％。10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，由改性设备执行所述化学改性的步骤。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述改性设备包括三辊改性机、高速搅拌机和塔式改性机中的任一种或它们的任意组合，所述表面改性使用的改性剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、稀土偶联剂、脂肪酸及其盐、聚醇类物质、高级醇类、聚丙烯酸铵中的任一种或它们的任意组合。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述改性剂用量为硅灰的粉体质量的0.01-25％。13.根据权利要求11所述的方法，其中，
所述表面改性的温度范围为50-300℃。14.根据权利要求1-13中任一项所述的方法，其中，所述涂料为粉末涂料、水性涂料或油漆。

技术总结

本发明的实施例提供了一种利用硅灰制备涂料用复合颜填料的方法。所述方法包括对硅灰进行分级打散处理以得到硅灰细粉；对硅灰细粉进行物理改性和造粒处理以得到基于硅灰的复合颜填料；对基于硅灰的复合颜填料进行化学改性和造粒处理以得到基于硅灰的改性复合颜填料。料。料。

技术研发人员：

尚志新 马洪才 王晨宁 郭昊 张梅 任冬寅

受保护的技术使用者：

德州学院

技术研发日：

2021.05.07

技术公布日：

2022/9/23