CN103787621A - 一种地聚物-聚合物复合板材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地聚物-聚合物复合板材及其制备方法，包括树脂胶液12-18份；浓碱液59-66份；建筑垃圾30-40份；粉煤灰30-40份；水泥30-40份；玻璃纤维0.5-1份；界面增强剂3-5份。方法包括：1）建筑垃圾粉煤灰的粉碎及筛分；2）地聚物-聚合物复合材料的混配：将树脂溶于苯甲醇中，加入乙二胺，形成树脂胶液；制备浓碱液；在浓碱液中逐渐加入建筑垃圾和粉煤灰，持续搅拌下依次加入水泥、玻璃纤维、界面增强剂、树脂胶液，既得地聚物-聚合物复合材料；3）地聚物-聚合物复合板材的成型：将地聚物-聚合物复合材料浇入模具内，然后将模具转入干燥箱中干燥，冷却后取出制品。该板材抗压强度高、耐水性好、成型工艺简单、能耗低，适于推广应用。

Description

一种地聚物-聚合物复合板材及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种建筑垃圾和粉煤灰地质聚合物的重复利用，特别是一种地聚物-聚合物复合板材及其制备方法。

背景技术

国家“十二五”发展规划将节能减排作为产业发展的首要问题，同时将树脂基复合材料作为新材料的发展重点之一。我国在建筑垃圾和粉煤灰的处理方面都面临严峻的考验：预计到2020年我国将至少产生20亿吨建筑废渣，而目前建筑垃圾资源转化率却不足5%，与欧美国家超过90%的转化率还有很大差距；每年工业燃煤产生粉煤灰约2-4亿吨，利用率低且主要以低端利用为主，给环境问题带来了巨大的考验，成为急待解决的问题。

据资料表明，建筑垃圾中混凝土约占30-35%，砖块、沙土约占40-45%，经破碎、粉碎、过筛等处理后，可以获得建筑垃圾粉料，其SiO₂、Al₂O₃含量较高，具有再生利用的价值；而粉煤灰的主要成分是CaO、SiO₂、Al₂O₃等金属氧化物，其SiO₂、Al₂O₃含量也较高。因此，建筑垃圾和粉煤灰均满足产生地质聚合物反应的条件，两者混合利用还能形成组分含量的互补。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地聚物-聚合物复合板材及其制备方法，该板材解决建筑垃圾和粉煤灰的处理，以及自然资源短缺的问题，板材具有较高的抗压强度、较好的耐水性；其成型工艺简单，无需高温烧结、能耗低，适于推广应用。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种地聚物-聚合物复合板材，包括下述质量份数的原料：

进一步地，所述树脂胶液包括下述质量份数的原料：

树脂10-15份；苯甲醇1-2份；乙二胺1.0-1.5份。

进一步地，所述树脂为环氧树脂、脲醛树脂或聚甲基丙烯酸甲酯。

进一步地，所述浓碱液包括下述质量份数的原料：

强碱14-16份；水45-50份。

进一步地，所述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙。

进一步地，所述界面增强剂为六次甲基四胺、二乙烯三胺或聚酰胺。

相应地，本发明还给出了一种地聚物-聚合物复合板材的制备方法，包括下述步骤：

第一步，建筑垃圾的粉碎及筛分，粉煤灰的筛分：

将建筑垃圾中的金属和木材分拣出后，先用反击式破碎机将大块物料击碎，然后再用万能粉碎机粉碎；将粉碎后的建筑垃圾及粉煤灰分别用80目、200目的筛子在振动筛上筛分，分别取200目的建筑垃圾粉料和200目的粉煤灰为原材料；

第二步，地聚物-聚合物复合材料的混配工艺：

1）将质量份数的10-15份树脂溶于1-2份苯甲醇中，加入1.0-1.5份乙二胺，搅拌均匀后形成树脂胶液备用；

2）将质量份数的14-16份强碱溶于45-50份水中形成浓碱溶液；

3）在59-66份浓碱溶液中逐渐加入质量份数的30-40份建筑垃圾和30-40份粉煤灰，持续搅拌10-15min；然后，在持续搅拌的情况下依次加入质量份数的30-40份水泥、0.5-1份玻璃纤维、3-5份界面增强剂、以及提前20-30min步骤1）配制好的12-18份树脂胶液，既得地聚物-聚合物复合材料；

第三步，地聚物-聚合物复合板材的成型工艺：

该复合板材的成型模具的底板为普通的无机玻璃，边框为具有2-5度脱模斜度的、尺寸为200*200*20mm钢框；成型前，先用甲基硅油涂覆模具底板和钢模具边框；然后将地聚物-聚合物复合材料浇入模具内，在20-30℃条件下静置24小时；然后将模具转入干燥箱中，在60-80℃条件下干燥24小时；取出模具，待模具冷却后取出制品即可。

本发明是将地聚物——也称地质聚合物，或土聚物（指富含SiO₂、Al₂O₃的材料，如建筑垃圾、粉煤灰等）中建筑垃圾和粉煤灰为主要原材料，在碱的激发下，引发建筑垃圾粉料中的Si-O四面体和Al-O四面体能在低温条件下发生化学反应，形成以共价键相连的Si-O-Al、Si-O-Si或Al-O-Al分子链结构，形成致密高强的地聚物。与此同时，为了进一步强化建筑垃圾中SiO₂、Al₂O₃等氧化物的粘结性、增强体系的耐水性，还在该建筑垃圾地聚物体系中引入了聚合物和界面增强剂（聚合物——由环氧树脂、溶剂苯甲醇、固化剂乙二胺构成的树脂胶溶液；界面增强剂——能在聚合物和地聚物之间形成共价键的六次甲基四胺或二乙烯三胺或聚酰胺），从而形成以建筑垃圾地聚物为主体、聚合物改性为辅的建筑垃圾地聚物-聚合物复合材料，可将其浇注成型为建筑垃圾地聚物-聚合物复合板材，用于建筑物外墙保温、山体滑坡地带表面硬化等领域。

该地聚物-聚合物复合板材的开发利用有以下突出优点：

其一，可以解决建筑垃圾和粉煤灰的处理，以及自然资源短缺的问题，属于国家鼓励企业开展的资源综合利用和循环利用领域的课题；

其二，该地聚物-聚合物复合板材具有较高的抗压强度、较好的耐水性，可以将其应用于建筑物保温、山体滑坡地带表面硬化等领域；

其三，该地聚物-聚合物复合板材成型工艺简单，无需高温烧结、能耗低，是其能够被推广利用的先决条件。

附图说明

图1a为本发明地聚物-聚合物复合板材样板。

图1b为地聚物-聚合物复合板材微观结构。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

1.该发明专利用到的材料、试剂和设备

1）用到的材料、试剂如下：

建筑垃圾粉料，200目，建筑拆迁工地；

粉煤灰，200目，汉中锌业股份有限公司；

重和硅酸盐水泥，P-C32.5，中材汉江水泥股份有限公司；

NaOH，化学纯，天津市津北精细化工有限公司；

苯甲醇，化学纯，西安三浦精细化工厂；

环氧树脂，E-44，西安科达胶粘剂有限公司；

乙二胺，化学纯，国药集团化学试剂有限公司；

六次甲基四胺，化学纯，国药集团化学试剂有限公司；

甲基硅油，化学纯，成都翔顺有机硅有限公司；

玻璃纤维，20mm，廊坊玉达亚绝缘材料有限公司。

2）用到的设备主要有：

反击式破碎机，PF，上海山启机械制造有限公司；

万能粉碎机，WF-20，江阴市科力机械有限公司；

振动筛，8411，上虞市道墟杰达仪器厂；

干燥箱，DHG，上海精宏实验仪器设备有限公司；

混合器，实验型,莱州隆和化工机械有限公司；

电子天平，VALOR3000，上海亚津有限公司。

2.地聚物-聚合物复合板材制备的主要技术环节

建筑垃圾的粉碎及筛分，粉煤灰的筛分：将建筑垃圾中的金属和木材分拣出后，先用反击式破碎机将大块物料击碎，然后再用万能粉碎机粉碎；将粉碎后的建筑垃圾及粉煤灰分别用80目、200目的筛子在振动筛上筛分，分别取200目的建筑垃圾粉料和200目的粉煤灰为原材料，两种原材料的利用率均在85%以上。

地聚物-聚合物复合材料的混配工艺：取10-15份环氧树脂（下表1给出了不同的树脂种类）溶于1-2份苯甲醇中，加入1-1.5份乙二胺，搅拌均匀后形成树脂胶液备用。取14-16份NaOH（下表1还列出了不同碱类种类）溶于45-50份水中形成浓碱溶液；在59-66份NaOH的浓碱溶液中逐渐加入30-40份建筑垃圾和30-40份粉煤灰，持续搅拌10-15min；然后，在持续搅拌的情况下依次加入30-40份水泥、0.5-1份玻璃纤维、3-5份六次甲基四胺（表1给出了用以替代六次甲基四胺的其他种类的界面增强剂）、以及提前约20-30min配制好的12-18份环氧树脂胶液，既得地聚物-聚合物复合材料。

地聚物-聚合物复合板材的成型工艺：该复合板材的成型模具的底板为普通的无机玻璃，边框为具有2-5度脱模斜度的、尺寸为200*200*20mm钢框。成型前，先用甲基硅油涂覆模具底板和钢模具边框；然后将地聚物-聚合物复合材料浇入模具内，在20-30℃条件下静置24小时；然后将模具转入干燥箱中，在60-80℃条件下干燥24小时。取出模具，待模具冷却后取出制品即可。

3.地聚物-聚合物复合板材的结构和性能

图1所示为地聚物-聚合物复合板材样板及微观结构。图1a为地聚物-聚合物复合板材样板，可以看到，其表面平整光滑，也可以通过加入各种颜料对其进行着色处理，形成彩色的地聚物-聚合物复合板材；图1b为地聚物-聚合物复合板材的微观结构，可以看到该复合材料形成了比较致密的结构。

该地聚物-聚合物复合板材抗压强度好于普通建筑用砖，密度约1.2g/cm³左右；且具有较好的耐水性，长期水浸泡硬度和抗压强度不受影响；而且该地聚物-聚合物复合板材还具有一定的吸水保湿功能。

下面通过表1进一步说明本发明的制备方法。

表1本发明建筑垃圾复合板材材料添加比例及制备条件（质量份数）。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种地聚物-聚合物复合板材，其特征在于，包括下述质量份数的原料：

2.根据权利要求1所述的地聚物-聚合物复合板材，其特征在于，所述树脂胶液包括下述质量份数的原料：

树脂10-15份；苯甲醇1-2份；乙二胺1.0-1.5份。

3.根据权利要求2所述的地聚物-聚合物复合板材，其特征在于，所述树脂为环氧树脂、脲醛树脂或聚甲基丙烯酸甲酯。

4.根据权利要求1所述的地聚物-聚合物复合板材，其特征在于，所述浓碱液包括下述质量份数的原料：

强碱14-16份；水45-50份。

5.根据权利要求4所述的地聚物-聚合物复合板材，其特征在于，所述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙。

6.根据权利要求1-5所述的地聚物-聚合物复合板材，其特征在于，所述界面增强剂为六次甲基四胺、二乙烯三胺或聚酰胺。

7.一种地聚物-聚合物复合板材的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

第一步，建筑垃圾的粉碎及筛分，粉煤灰的筛分：

将建筑垃圾中的金属和木材分拣出后，先用反击式破碎机将大块物料击碎，然后再用万能粉碎机粉碎；将粉碎后的建筑垃圾及粉煤灰分别用80目、200目的筛子在振动筛上筛分，分别取200目的建筑垃圾粉料和200目的粉煤灰为原材料；

第二步，地聚物-聚合物复合材料的混配工艺：

1）将质量份数的10-15份树脂溶于1-2份苯甲醇中，加入1.0-1.5份乙二胺，搅拌均匀后形成树脂胶液备用；

2）将质量份数的14-16份强碱溶于45-50份水中形成浓碱溶液；

3）在59-66份浓碱溶液中逐渐加入质量份数的30-40份建筑垃圾和30-40份粉煤灰，持续搅拌10-15min；然后，在持续搅拌的情况下依次加入质量份数的30-40份水泥、0.5-1份玻璃纤维、3-5份界面增强剂、以及提前20-30min步骤1）配制好的12-18份树脂胶液，既得地聚物-聚合物复合材料；

第三步，地聚物-聚合物复合板材的成型工艺：

该复合板材的成型模具的底板为普通的无机玻璃，边框为具有2-5度脱模斜度的、尺寸为200*200*20mm钢框；成型前，先用甲基硅油涂覆模具底板和钢模具边框；然后将地聚物-聚合物复合材料浇入模具内，在20-30℃条件下静置24小时；然后将模具转入干燥箱中，在60-80℃条件下干燥24小时；取出模具，待模具冷却后取出制品即可。

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