硼泥在高分子材料中的应用李宗霖，邵慧美，李东翰，赵立群（沈阳化工大学材料学院，沈阳 110142）摘要：本文主要对硼泥作为填充材料在防水卷材中的应用作了实验探索。

将硼泥作为填充材料填入到三元乙丙橡胶中，制得可用于防水卷材的三元乙丙橡胶复合材料。

对其进行一系列性能测试和形态结构表征。

实验结果表明，硼泥可以作为三元乙丙橡胶的填充剂使用。

当三元乙丙橡胶为100份，石蜡油为10份，硼泥为20份时，制品的综合性能较好，可达到防水卷材使用的国家标准。

关键词：防水卷材；硼泥；填充材料；三元乙丙橡胶；力学性能；形态结构硼泥为无机盐生产工业中生产硼酸、硼砂的废弃物，含有氧化镁、氧化钙、氧化钠等强碱性物质，不仅会对土地，大气造成环境污染，而且占用农用耕地面积。

辽宁地区的辽阳、营口、大石桥、丹东、宽甸等地的硼废渣（硼泥）排放量占全国60%以上，每天排放近400 m3，已成为较大的污染源。

[1]截止到2006年仅辽宁省内的硼泥就已达1700万t，并正以每年130万t的速度增加，[2]为此开发硼泥应用领域，提高其利用价值具有重要意义。

1. 国内外硼泥研究与应用现状近几十年，国内外特别是国内对硼泥综合利用的研究取得了大量科研成果。

主要集中在建筑、冶金、废水处理、镁元素的提取及农业化肥等几个方面。

但硼泥在高分子材料中的应用相对较少，目前仅作为橡胶塑料等高分子材料的填充材料。

1.1 硼泥在高分子材料领域的应用1.1.1 硼泥作为橡胶填充剂硼泥可作为橡胶填充料，其含有的微量重金属离子填充在合成材料中有利于紫外线吸收，起到一定的耐老化作用。

[3]用硼泥填充的橡胶不仅具有一定的补强作用，性能优于轻质碳酸钙等，而且保持了较好的物理机械性能。

1.1.2 硼泥填充PVC塑材吴秀琴等人[4]以PVC树脂为主要原料、硼泥为填充剂，通过高速搅拌、二辊开炼、压延成型制成，以硼泥填充的PVC防水卷材具有质量轻、韧性好、施工简便、防水可靠、使用寿命长等优点。

1.2 硼泥在非高分子材料领域的应用1.2.1 硼泥在建筑方面的综合利用土耳其拥有世界上约53%的硼矿，每年约产生55万吨硼废料。

Recep Boncukcuoglu等人[5]将硼泥作为填料加入普通水泥中，用其制成混凝土，并对混凝土的各项性能进行了测试。

结果表明硼泥加入其中之后，使混凝土的抗压强度和拉伸强度等机械性能得到改善。

聂立武等人[6]用工业废渣硼泥生产的硼泥陶粒作为粗骨料，河砂、锰渣为细骨料，掺入一定量的水泥、粉煤灰、聚丙烯腈纤维，所研制的硼泥陶粒纤维混凝土外墙板的传热系数较低，耐水性好。

黄丽华等人[7]采用硼泥陶粒轻骨料作为填充料，低温热水地板辐射供热系统可减轻楼盖的自重，对抗震有利，并可减少地面裂缝的产生，其热稳定性及隔声效果较好。

1.2.2 硼泥在冶金方面的综合利用硼泥中含有较高的MgO和SiO2，并有改善炉渣流动性和加速还原反应进行的Na2O和B2O3及稀土氧化物等，从其组成上分析，硼泥可以作为生产锰硅合金的熔剂。

莫叔迟等人[8]用硼泥作熔剂用于冶炼合金，与白云石作熔剂比较，锰的回收率与硅利用率先住提高，而电耗大幅下降。

可见，硼泥应用于锰硅合金冶炼能改善技术经济指标，降低生产成本，增加经济效益。

1.2.3 硼泥在处理废水方面的利用含油废水来源广，危害大，破坏生态环境。

目前处理含油废水的方法有生化法、活性炭吸附法等，但都存在占地大，工艺复杂，成本高的缺点。

利用硼泥表面是多孔穴的假山石结构，将硼泥和硫酸铝、聚合铝、硫酸铁组合使用，并加入适量盐酸，处理含乳化油废水。

通过盐析破乳作用，加快硼泥的沉降速度，提高除油率。

而且，再生硼泥除油效果同活化硼泥相同，除油率可达98%。

[9-12]1.2.4 回收硼泥制备氢氧化镁的研究对硼泥成分分析表明，硼泥中镁元素的含量在30%~37%。

[13]为了回收硼泥中的有价元素镁, 周镝等人[14]采用高温下煅烧硼泥与浓硫酸混合物的方法制备氢氧化镁。

为氢氧化镁的生产开辟了一条新途径。

通过研究煅烧温度、煅烧时间及液固比对镁回收率的影响，确定实验最佳配比，镁的回收率达到91.17%。

1.2.5 硼泥在道路基层中的应用利用水泥、粉煤灰和石灰等材料对硼泥进行固化，可形成硼泥固化土。

固化后的硼泥强度水稳性满足道路基层的要求。

用固化硼泥作道路基层，道路使用情况良好，完全满足设计要求。

[15]1.2.6 硼泥在农业领域的应用张俊涛等人[16]采用连续浸提、盆栽试验的方法, 研究促释型硼泥的养分释放特点及其肥效。

促释型硼泥的水溶性镁释放量有所提高; 烟草盆栽试验结果表明,促释型硼泥处理烟草的叶绿素含量、光合速率、生物量和镁肥利用率均更优。

2. 硼泥填充三元乙丙橡胶制品的研制三元乙丙橡胶防水卷材弹性好、拉伸性能优异、抵抗应力变形和基层开裂的能力强，具有高断裂强度、撕裂强度和抗刺穿强度；通过热焊接能形成强于卷材的接缝；卷材不含氯，具有高的反射率。

因而有利于降低建筑物能耗，环境保护和施工安全。

将硼泥填入到三元乙丙橡胶中制得防水卷材，不仅可降低制品开发成本，而且对硼泥的综合利用开辟了新的途径。

三元乙丙橡胶防水材料的耐用年限据测算可达54年。

2.1 实验原料与配方表2-1 实验配料原料名称份数生产厂家试剂级别三元乙丙橡胶100 高材实验室提供工业级硬脂酸 1 天津市博迪化工有限公司分析纯促进剂CZ 2 市售分析纯硫磺 1 沈阳第三橡胶厂提供分析纯炭黑220 70 沈阳第三橡胶厂提供分析纯硼泥0,10.20,30 辽宁丹东硼砂厂提供工业级古马隆 5 实验室提供分析纯促进剂BZ 0.8 市售分析纯石蜡油10 实验室提供分析纯促进剂TMTD 0.4 实验室提供分析纯2.2 样品制备（1）实验工艺流程图（2）实验处理碱性硼泥过筛后，烘箱中80℃，干燥24h。

生胶要在60-70℃烘房内烘软后，再切胶、破胶成小块。

硬脂酸、古马隆要粉碎，使混炼时能更好的分散于基体中。

促进剂、防老剂、硫化剂等使用前要进行干燥，以免其结块，混炼时不能分散均匀，硫化时产生气泡，从而影响产品质量。

（3）实验条件在双辊开炼机上制备混炼胶, 滚筒滚速比为1∶1.15。

在10MP平板硫化机上硫化，条件为150℃×正硫化时间(t90)。

将橡胶样品放在老化箱中，在100℃,条件下放置168h。

然后再将试样在实验室温度下停放4小时后进行拉伸性能试验2.2 力学性能及形态表征2.2.1 力学性能表征待样品制备完成，实验室将按照表2-2力学测试标准对其进行一系列性能测试。

表2-2 力学性能测试标准及仪器名称标准仪器拉伸性能测试国家标准GB528-82《硫化橡胶拉伸性能的测定》微机控制电子万能试验机RG1-30A老化性能测试国家标准GB/T3512-2001《硫化橡胶或热塑性橡胶、热空气加速老化和耐热试验》老化箱LH-401BS磨耗性能测试国家标准GB1689-82《硫化橡胶耐磨耗性能测定》阿克隆磨耗试验机GT-7012-A硬度性能测试国家标准GB9865《硫化橡胶样品和试样制备》邵尔硬度计XHS回弹性能测试国家标准GB/T1681—91《硫化橡胶回弹性的测定》摆锤冲击弹性试验机2.2.2 形态表征将硫化胶样品在液氮中淬断后，用扫描电镜（JSM-6360LV，日本）对断面进行形貌观察。

3. 结果与讨论3.2 硼泥填充量对橡胶制品拉伸性能的影响在硼泥填充量为0,10，20,30份时，对三元乙丙橡胶硫化胶进行了拉伸性能测试，见图3-1。

抗拉强度/M P a断裂伸长率/%硼泥填充份数图3-1 硼泥填充量对三元乙丙橡胶的拉伸性能的影响 从图中可以看出，随着硼泥填充份数的增加，橡胶制品的拉伸性能呈下降趋势。

分析认为：硼泥作为无机粒子，即使在橡胶中有一定的补强作用，但是随着硼泥填充量的增加，其在橡胶相中的分散性、相容性变差，在拉伸时会出现硼泥与三元乙丙橡胶硫化胶脱黏，产生空洞缺陷，进而产生应力集中，使橡胶制品的拉伸强度降低。

因此，加入适量的硼泥对三元乙丙橡胶硫化胶有补强作用。

在此实验范围为内，填充量为20份时，橡胶制品的拉伸性能最佳。

3.2 硼泥填充量对橡胶制品磨耗性能的影响在硼泥填充量为0,10，20,30份时，对三元乙丙橡胶硫化胶进行了磨耗性能测试，见表3-1。

表3-1 硼泥填充量对EPDM 橡胶磨耗性能影响硼泥（份）磨耗前重量/g 磨耗后重量/g 磨耗质量/g 0 48.508 47.666 0.330 10 46.094 45.725 0.369 20 47.603 47.068 0.535 3049.80649.0190.787从表中可以看出，随着硼泥填充份数的增加，磨耗质量也不断增加。

出现这种现象的原因可能是硼泥中的无机粒子在橡胶中的分散相容性越来越低。

且硼泥为单纯的物理填充，没有发生化学反应。

因此，硼泥作为无机粒子容易被机械剥离，所以导致磨耗质量的增加，磨耗性能的下降。

3.3 硼泥填充量对橡胶制品硬度性能的影响在硼泥填充量为0,10，20,30份时，对三元乙丙橡胶硫化胶进行了绍尔硬度测试，见表3-2。

表3-2 硼泥填充量对三元乙丙橡胶硫化胶的硬度的影响硼泥（份）0 10 20 30邵尔硬度66 68 64 64 从表中可以看出，随着硼泥填充份数的增加，三元乙丙橡胶硫化胶的硬度变化不明显，这说明硼泥填充量对三元乙丙橡胶硫化胶的硬度影响不大。

3.4 硼泥填充量对橡胶制品回弹性能的影响在硼泥填充量为0,10，20,30份时，对三元乙丙橡胶硫化胶进行了回弹性能测试，见表3-3.表3-3 硼泥填充量对三元乙丙橡胶硫化胶的回弹性的影响硼泥（份）0 10 20 30回弹性32 29 28 24 从表中可以看出，随着硼泥填充份数的增加，回弹性能呈下降的趋势。

出现这种现象的原因可能是随着硼泥填充份数的增加，其在橡胶中的分散和相容性变差，使得回弹性下降。

3.5 硼泥填充量对橡胶制品老化性能的影响在硼泥填充量为0,10,20,30份时，对三元乙丙橡胶硫化胶进行了老化测试，见表3-4.表3-4 老化后EPDM硫化胶的力学性能变化表硼泥（份）抗拉强度变化（Mpa）断裂伸长率变化（%）抗拉强度保持率（%）断裂伸长率保持率（%）0 -1.815 -141.76 90.15 71.6610 -1.29 -250.51 92.86 53.2620 -0.03 -249.12 99.81 55.3630 -1.37 -241.03 90.76 51.94从表中可以看出，当硼泥的填充份数为0份时，抗拉强度保持率为90.15%，而断裂伸长率保持率为71.66%。

当填充硼泥之后，制品的抗拉强度保持率较高，而断裂伸长率保持率较低。

分析认为：随着硼泥的加入，制品的老化性能降低。

可以通过加入适量的防老剂来提高制品的耐老化性能。