CN106673475B - 一种多孔纤维棉基板及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多孔纤维棉基板及其制备方法和应用。该多孔纤维棉基板包括具有以下重量百分比的组分：改性多孔纤维棉94~97wt%，粘结剂2~4wt%，以及湿润剂1~2wt%；该多孔纤维棉基板具有极强的透水、吸水和储水能力；将制备得到的多孔纤维棉应用于点排水管中，使得点排水管具备吸收地表水，并储蓄水分，最后渗排到土壤中的能力，供地表作物生长。并且，该种排水方法，使得点排水管具有不易受到地面土壤污染以及堵塞的能力，使用寿命长，不需要被更换，生产、安装方便，从而有效解决城市水务中以及地表排水过程中出现的排水困难等问题，具有巨大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及多孔纤维棉制品及其在土壤排水中的应用领域，具体涉及一种多孔纤维棉及其制备方法和应用。
背景技术
多孔纤维棉基板具有多种用途，比如隔音、保温、消防和无土栽培植物；用于植被生长时，这种多孔纤维棉基板吸收水分供植被生长。在这种情况下，多孔纤维棉基板不会变干，一般用于替代土壤，做无土栽培植被。
现有的多孔纤维棉基板具有一定的吸水能力，但是吸水能力低，使得其使用范围大大缩小。
大气降水例如雨、雪、雨夹雪、冰雹等，增加地表径流量，易引起地面积水；通常，在建筑物周围，特别是铺路石、柏油碎石、或者其他不透水表面覆盖成的地面；如果排水系统不发达，这将给为地面排水带来一定压力，易引起周围地面积水，给人们出行带来不方便，亟需排水。
众所周知，在积水区铺设砾石子可以排水；一般开挖地面，铺设砾石，并覆盖在地表；砾石之间的缝隙能够持水，有助于砾石排水。但是，砾石的持水能力受限于砾石间缝隙大小，久而久之，砾石与地表土壤混合后，砾石间的缝隙被土壤填满，这样降低了其排水能力。
在积水区，可以填充粗砂防止溅水，粗砂之间的孔隙能够持水，有利于排水；然而，粗砂的持水能力受到沙粒之间孔隙大小的限制；随着时间推移，同样沙子容易与周围土壤混合，沙粒之间的孔隙被土壤填充，影响到铺设粗砂的排水效果。
土壤毛细管层有助于排水，石头、砾石、沙子和土壤易形成毛细管层，增加地面的排水能力；在地表铺设这些毛细管层一般很费时间，而且，时间长了，这些毛细管层之间混合，周围土壤以及石头、砾石、沙子之间的缝隙被土壤填充，与铺设前期相比，排水能力大大降低。为了排水，再次开挖和铺设石头、砾石和沙子的费用昂贵。
因此，亟需提供一种安全、有效、绿色环保的排水系统及排水方法。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种多孔纤维棉基板，以解决现有的多孔纤维棉基板吸水能力低的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：提供一种多孔纤维棉基板，包括具有以下重量百分比的组分：：
改性多孔纤维棉94~97wt%；
粘结剂2~4wt%，以及
湿润剂1~2wt%；
所述改性多孔纤维棉由在多孔纤维棉中加入人多孔纤维棉吸湿改性剂改性得到；其中，多孔纤维棉吸湿改性剂由以下重量百分比的组成制成：
聚乙烯吡咯烷酮K30 10~20wt%、聚醋酸乙烯酯乳液2~3wt%、丙烯酸7~9wt%、聚乙二醇10~13wt%、水性环氧树脂乳液1~2wt%、聚氨酯乳液2~3wt%、有机硅乳液1~2wt%，余量为水；
所述多孔纤维棉吸湿改性剂由以下方法制备得到：
按照配方比例称取聚乙烯吡咯烷酮K30、聚醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸、聚乙二醇、水性环氧树脂乳液、聚氨酯乳液和有机硅乳液，并将其分别用水稀释或溶解，然后混合在一起，并加入额定量的水，混合均匀后，得到。
本发明的有益效果为：通过在多孔纤维棉中加入纤维棉吸湿改性剂进行改性，使得多孔纤维棉的吸湿能力得到大大提高，有效解决现有的多孔纤维棉基板吸水能力低的问题；同时，该改性多孔纤维棉与粘结剂和湿润剂有效配合，大大提高了多孔纤维棉的吸水储水能力；本发明的组成原料无毒、无害，绿色环保，具有巨大的应用潜力。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
一种多孔纤维棉基板，包括具有以下重量百分比的组分：：改性多孔纤维棉94wt%；粘结剂4wt%，以及湿润剂2wt%；
所述改性多孔纤维棉基板由在多孔纤维棉中加入多孔纤维棉吸湿改性剂改性得到；其中，多孔纤维棉吸湿改性剂由以下重量百分比的组分制成：
聚乙烯吡咯烷酮K30 20wt%、聚醋酸乙烯酯乳液3wt%、丙烯酸9wt%、聚乙二醇10wt%、水性环氧树脂乳液1wt%、聚氨酯乳液2wt%、有机硅乳液1wt%以及水54wt%。
进一步，所述有机硅乳液为二甲基硅油乳液或含芳香基的改性二甲基硅油乳液。
进一步，所述聚氨酯乳液是聚醚多元醇或聚酯多元醇聚氨酯乳液。
进一步，所述粘结剂由以下重量百分比的组分组成：
水玻璃60~80wt%、聚乙烯醇10~20wt%，余量为交联剂正硅酸乙酯；
所述粘结剂由以下方法制备得到：
在水玻璃溶液中加入交联剂正硅酸乙酯，制得溶液A；
将溶液A和聚乙烯醇溶液分别加热至40~50℃，在搅拌的条件下，将溶液A缓慢加入到聚乙烯醇溶液中，混合后，于50~60℃下搅拌30min~1小时，冷却，待用。
本发明的有益效果为：通过采用具有特定配方含量的物质制备粘结剂，大大增加该粘结剂的亲水能力，将该粘结剂应用于多孔纤维棉的组成配方中，其与改性多孔纤维棉相结合，更加提高了多孔纤维棉的吸水能力。
进一步，所述湿润剂为丙三醇。
本发明的有益效果为：本发明通过在多孔纤维棉的组成配方中加入湿润剂，该湿润剂与改性多孔纤维棉和粘结剂相配合，大大提高本发明的多孔纤维棉基板的吸水能力，为其新应用奠定坚实基础；并且，限定该湿润剂为丙三醇，丙三醇在具有良好的亲水性的同时，还能够与改性多孔纤维棉结构以及粘结剂很好的配合，从整体上提高多孔纤维棉的吸水储水能力。
进一步，所述改性多孔纤维棉的直径为3~5μm。
本发明另一个目的是提供上述多孔纤维棉基板的制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：提供一种多孔纤维棉的制备方法，包括以下步骤：
按照配方比例，将改性多孔纤维棉、粘结剂以及湿润剂混合，置于固化炉中，于130~140℃下固化1~2小时，制得。
本发明的另一目的是提供上述多孔纤维棉基板的应用。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：多孔纤维棉基板在点排水管制备中的应用，使得排水时不再受到地面土壤污染和堵塞；该点排水管通过吸收洼地积水到多孔纤维棉基板的开孔结构中，并储存起来，当土壤水分蒸发变少时候，慢慢地，释放水分至土壤中。
其中，采用本发明的多孔纤维棉基板组成的点排水管的安装方式为：点排水管的横断面垂直于其最长边，一般面积大小为100~2500cm2，横断面足够大可以缓存大量水分；而且，易于在地面以下安装排水管，这是由于开挖坑的截面仅需要宽于点排水管的横断面；点排水管尺寸越大，安装越费力。
点排水管的长度可以为任一长度，一般为50~200cm，优选为75~125cm，为了减少岩棉基板基质对地面的影响，点排水管一般又长又窄。
为了覆盖更大范围，一些点排水管根据水量可以间隔安装；优先多个点排水管安装时，纵轴是平行的；安装多个点排水管，与单个点排水管相比较，可以吸收更多的水量。
进一步，用于组成点排水管的多孔纤维棉基板的密度为75~150kg/cm3。
本发明的有益效果为：这一范围内的密度使得纤维棉基板具有相对高的抗压强度；因为纤维棉基板可能被放置在在人们/交通工具行走的地面上，为了分布纤维棉基板的受力，受力分布板被安置在纤维棉基板基质的上部。
实际上，为了有效解决地面排水问题，点排水管的设计必须考虑以下几个方面：
1、排水管必须有强的储水能力，以便于能够储存更多的水；
2、用排水管吸收地面水，并存储水，最后释放渗进土壤中。
本发明制备的多孔纤维棉基板具备很强的吸水能力，为其在点排水管中的新应用奠定良好的基础；将本发明材料应用于点排水管中，使用寿命长，可达几年，并不需要被更换；并且，采用本发明的多孔纤维棉制备的点排水管环境友好、生产和安装方便，经济实用，具有巨大的应用前景。
本发明具有以下有益效果：
1）本发明通过将人工岩棉纤维改性为具有强吸水能力的多孔纤维棉，并将该改性多孔纤维棉与粘结剂和湿润剂在特定含量下相互配合作用，使得制备的多孔纤维棉基板基本吸水能力大大提高，并且原料无毒无害，环境友好，使用寿命长。
2）本发明将制备得到的多孔纤维棉基板应用于点排水管中，使得点排水管具备吸收地表水，并储蓄水，最后排到土壤中的能力，并且，该种排水方法，使得点排水管具有不易受到地面土壤污染和堵塞的能力，使用寿命长，生产、安装方便，从而有效解决现有技术中地表排水过程中出现的问题，具有巨大的应用前景。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
一种多孔纤维棉基板，包括具有以下重量百分比的组分：改性多孔纤维棉94wt%；粘结剂4wt%，以及湿润剂2wt%；湿润剂为丙三醇；改性多孔纤维棉的直径为3μm。
改性多孔纤维棉由在多孔纤维棉中加入多孔纤维棉吸湿改性剂改性得到；其中，多孔纤维棉吸湿改性剂由以下重量百分比的组分制成：
聚乙烯吡咯烷酮K30 20wt%、聚醋酸乙烯酯乳液3wt%、丙烯酸9wt%、聚乙二醇10wt%、水性环氧树脂乳液1wt%、聚氨酯乳液2wt%、有机硅乳液1wt%以及水54wt%；有机硅乳液为二甲基硅油乳液；聚氨酯乳液是聚醚多元醇。
多孔纤维棉吸湿改性剂由以下方法制备得到：
按照配方比例称取聚乙烯吡咯烷酮K30、聚醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸、聚乙二醇、水性环氧树脂乳液、聚氨酯乳液和有机硅乳液，并将其分别用水稀释或溶解，然后混合在一起，并加入额定量的水，混合均匀后，得到。
粘结剂由以下重量百分比的组分组成：水玻璃60wt%、聚乙烯醇10wt%，余量为交联剂正硅酸乙酯；
粘结剂由以下方法制备得到：
在水玻璃溶液中加入交联剂正硅酸乙酯，制得溶液A；
将溶液A和聚乙烯醇溶液分别加热至40℃，在搅拌的条件下，将溶液A缓慢加入到聚乙烯醇溶液中，混合后，于50℃下搅拌30min，冷却，待用。
上述多孔纤维棉基板的制备方法，包括：按照配方比例，将多孔纤维棉基板、粘结剂以及湿润剂混合，置于固化炉中，于130~140℃下固化1~2小时，制得。
上述多孔纤维棉基板应用于点排水管的制备中，通过吸收洼地积水到岩棉基板的开孔结构中，并储存起来，当土壤变干，然后慢慢地，释放水分至土壤中。
多孔纤维棉基板的密度为80kg/cm3；这一密度使得多孔纤维棉基板具有相对高的抗压强度，因为多孔纤维棉基板可能被放置在在人们/交通工具行走的地面上。
点排水管可以由单一的多孔纤维棉基板单元组成；该基板由于在纤维棉基板单元间没有障碍，水分易于吸收。
点排水管可以由多个多孔纤维棉基板单元组成，优选3~4个，这种基板下，纤维棉基板单元之间以液态相连接，点排水管的形状和尺寸依据洼地大小而确定，没有必要用多种尺寸和形状的纤维棉基板单元，在给定体积情况下，与单一纤维棉基板相比，多种纤维棉基板排水能力较强。
安装时，点状排水管的纵轴平行于最长边，并沿着长轴方向埋在地下；
在需要时候，点排水管可以储存水分，同时也可以将水分排到土壤中；特别是，在周围土壤干燥，在多孔纤维棉基板中储存的水分从基质中排到土壤中。即不必采取有效措施让其排水；点排水管能够储存水分，然后当多孔纤维棉基板与地面之间的毛细管达到平衡时候，再渐渐地释放储存的水分到土壤中。
实施例2：
一种多孔纤维棉基板，包括具有以下重量百分比的组分：改性多孔纤维棉97wt%；粘结剂2wt%，以及湿润剂1wt%；湿润剂为丙三醇；改性多孔纤维棉的直径为5μm。
改性多孔纤维棉由在多孔纤维棉中加入多孔纤维棉吸湿改性剂改性得到；其中，多孔纤维棉吸湿改性剂由以下重量百分比的组分制成：
聚乙烯吡咯烷酮K30 10wt%、聚醋酸乙烯酯乳液2wt%、丙烯酸7wt%、聚乙二醇13wt%、水性环氧树脂乳液2wt%、聚氨酯乳液3wt%、有机硅乳液2wt%以及水61wt%；有机硅乳液为芳香基的改性二甲基硅油乳液；聚氨酯乳液为聚酯多元醇聚氨酯乳液。
多孔纤维棉吸湿改性剂由以下方法制备得到：
按照配方比例称取聚乙烯吡咯烷酮K30、聚醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸、聚乙二醇、水性环氧树脂乳液、聚氨酯乳液和有机硅乳液，并将其分别用水稀释或溶解，然后混合在一起，并加入额定量的水，混合均匀后，得到。
粘结剂由以下重量百分比的组分组成：水玻璃80wt%、聚乙烯醇10wt%，余量为交联剂正硅酸乙酯；
粘结剂由以下方法制备得到：
在水玻璃溶液中加入交联剂正硅酸乙酯，制得溶液A；
将溶液A和聚乙烯醇溶液分别加热至50℃，在搅拌的条件下，将溶液A缓慢加入到聚乙烯醇溶液中，混合后，于60℃下搅拌1小时，冷却，待用。
上述多孔纤维棉基板的制备方法，包括：按照配方比例，将改性多孔纤维棉、粘结剂以及湿润剂混合，置于固化炉中，于130~140℃下固化1~2小时，制得。
上述多孔纤维棉应用于点排水管的制备中，通过吸收洼地积水到岩棉基板的开孔结构中，并储存起来，当土壤变干，然后慢慢地，释放水分至土壤中；多孔纤维棉基板的密度为75kg/cm3；这一密度使得岩棉基板具有相对高的抗压强度，因为岩棉基板可能被放置在在人们/交通工具行走的地面上。
实施例3：
一种多孔纤维棉基板，包括具有以下重量百分比的组分：：改性多孔纤维棉95wt%；粘结剂4wt%，以及湿润剂1wt%；湿润剂为丙三醇；改性人工岩棉纤维的直径为4μm。
改性多孔纤维棉基板由在多孔纤维棉中加入多孔纤维棉吸湿改性剂改性得到；其中，多孔纤维棉吸湿改性剂由以下重量百分比的组分制成：
聚乙烯吡咯烷酮K30 15wt%、聚醋酸乙烯酯乳液2wt%、丙烯酸8wt%、聚乙二醇12wt%、水性环氧树脂乳液1wt%、聚氨酯乳液2wt%、有机硅乳液1wt%以及水59wt%；有机硅乳液为芳香基的改性二甲基硅油乳液；聚氨酯乳液为聚酯多元醇聚氨酯乳液。
多孔纤维棉吸湿改性剂由以下方法制备得到：
按照配方比例称取聚乙烯吡咯烷酮K30、聚醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸、聚乙二醇、水性环氧树脂乳液、聚氨酯乳液和有机硅乳液，并将其分别用水稀释或溶解，然后混合在一起，并加入额定量的水，混合均匀后，得到。
粘结剂由以下重量百分比的组分组成：水玻璃70wt%、聚乙烯醇20wt%，余量为交联剂正硅酸乙酯；
粘结剂由以下方法制备得到：
在水玻璃溶液中加入交联剂正硅酸乙酯，制得溶液A；
将溶液A和聚乙烯醇溶液分别加热至50℃，在搅拌的条件下，将溶液A缓慢加入到聚乙烯醇溶液中，混合后，于60℃下搅拌1小时，冷却，待用。
上述多孔纤维棉基板的制备方法，包括：按照配方比例，将改性多孔纤维棉、粘结剂以及湿润剂混合，置于固化炉中，于130~140℃下固化1~2小时，制得。
上述多孔纤维棉基板应用于点排水管的制备中，通过吸收洼地积水到纤维棉基板的开孔结构中，并储存起来，当土壤变干，然后慢慢地，释放水分至土壤中。
多孔纤维棉基板的密度为75kg/cm3，因为纤维棉基板可能被放置在人们/交通工具行走的地面上，这一密度使得纤维棉基板具有相对高的抗压强度。
实施例4：
一种多孔纤维棉基板，包括具有以下重量百分比的组分：改性多孔纤维棉96wt%；粘结剂3wt%，以及湿润剂1wt%；湿润剂为丙三醇；改性多孔纤维棉的直径为4μm。
改性多孔纤维棉基板由在多孔纤维棉中加入多孔纤维棉基板吸湿改性剂改性得到；其中，多孔纤维棉吸湿改性剂由以下重量百分比的组成制成：
聚乙烯吡咯烷酮K30 15wt%、聚醋酸乙烯酯乳液2wt%、丙烯酸8wt%、聚乙二醇12wt%、水性环氧树脂乳液1wt%、聚氨酯乳液2wt%、有机硅乳液1wt%以及水59wt%；有机硅乳液为芳香基的改性二甲基硅油乳液；聚氨酯乳液为聚酯多元醇聚氨酯乳液。
多孔纤维棉吸湿改性剂由以下方法制备得到：
按照配方比例称取聚乙烯吡咯烷酮K30、聚醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸、聚乙二醇、水性环氧树脂乳液、聚氨酯乳液和有机硅乳液，并将其分别用水稀释或溶解，然后混合在一起，并加入额定量的水，混合均匀后，得到。
粘结剂由以下重量百分比的组分组成：水玻璃70wt%、聚乙烯醇20wt%，余量为交联剂正硅酸乙酯；
粘结剂由以下方法制备得到：
在水玻璃溶液中加入交联剂正硅酸乙酯，制得溶液A；
将溶液A和聚乙烯醇溶液分别加热至50℃，在搅拌的条件下，将溶液A缓慢加入到聚乙烯醇溶液中，混合后，于60℃下搅拌1小时，冷却，待用。
上述多孔纤维棉基板的制备方法，包括：按照配方比例，将改性多孔纤维棉、粘结剂以及湿润剂混合，置于固化炉中，于130~140℃下固化1~2小时，制得。
上述多孔纤维棉基板应用于点排水管的制备中，通过吸收洼地积水到纤维棉基板的开孔结构中，并储存起来，当土壤变干，然后慢慢地，释放水分至土壤中；
多孔纤维棉基板的密度为150kg/cm3，因为纤维棉基板可能被放置在人们/交通工具行走的地面上，这一密度使得纤维棉基板具有相对高的抗压强度。
实验例：
将本发明实施例1~2制备的多孔纤维棉基板进行亲水性测试：
将本发明实施例1~2制备的多孔纤维棉基板制成样本，根据样本在水中的沉降时间来度量其亲水性；
样本大小为100×100×65mm，且是粒状的，放入容器（最小尺寸为200×200×200mm）后，并在其中注满水；沉降时间的计算从样本接触水面开始，直到样本完全被淹没为止，样本首先是100×100这一面接触水。
样本下沉65mm后，完全吸水；样本下沉速度越快，吸水性越好；如果样本的沉降时间小于120s，岩棉基板就被认为是亲水的；实际上，本发明实施例1~2制备的多孔纤维棉基板的沉降时间分别仅为6秒和8秒，可见其亲水性很强。
本发明实施例制备的多孔纤维棉基板的最大含水量可达到90%，当其释放水分时，蓄水量可达到2~5%，这意味着该多孔纤维棉基板有85~87%的缓冲能力，较高的含水量和较低的水滞留量，因此，将其应用于排水系统中，能够充分发挥其作用，具有巨大的应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种多孔纤维棉基板，其特征是，包括具有以下重量百分比的组分：
改性多孔纤维棉94～97wt％；
粘结剂2～4wt％，以及
湿润剂1～2wt％；
所述改性多孔纤维棉为一种人工岩棉，由在多孔纤维棉中加入多孔纤维棉吸湿改性剂改性得到；其中，多孔纤维棉吸湿改性剂由以下重量百分比的组成制成：
聚乙烯吡咯烷酮K30 10～20wt％、聚醋酸乙烯酯乳液2～3wt％、丙烯酸7～9wt％、聚乙二醇10～13wt％、水性环氧树脂乳液1～2wt％、聚氨酯乳液2～3wt％、有机硅乳液1～2wt％，余量为水；
所述多孔纤维棉吸湿改性剂由以下方法制备得到：
按照配方比例称取聚乙烯吡咯烷酮K30、聚醋酸乙烯酯乳液、丙烯酸、聚乙二醇、水性环氧树脂乳液、聚氨酯乳液和有机硅乳液，并将其分别用水稀释或溶解，然后混合在一起，并加入额定量的水，混合均匀后，得到；
所述粘结剂由以下重量百分比的组分组成：
水玻璃60～80wt％、聚乙烯醇10～20wt％，余量为交联剂正硅酸乙酯；
所述粘结剂由以下方法制备得到：
在水玻璃溶液中加入交联剂正硅酸乙酯，制得溶液A；
将溶液A和聚乙烯醇溶液分别加热至40～50℃，在搅拌的条件下，将溶液A缓慢加入到聚乙烯醇溶液中，混合后，于50～60℃下搅拌30min～1小时，冷却，待用；
所述湿润剂为丙三醇。
2.根据权利要求1所述的多孔纤维棉基板，其特征是，包括具有以下重量百分比的组分：
改性多孔纤维棉94wt％；
粘结剂4wt％，以及
湿润剂2wt％；
所述改性多孔纤维棉基板由在多孔纤维棉中加入多孔纤维棉吸湿改性剂改性得到；其中，多孔纤维棉吸湿改性剂由以下重量百分比的组分制成：
聚乙烯吡咯烷酮K30 20wt％、聚醋酸乙烯酯乳液3wt％、丙烯酸9wt％、聚乙二醇10wt％、水性环氧树脂乳液1wt％、聚氨酯乳液2wt％、有机硅乳液1wt％以及水54wt％。
3.根据权利要求1或2所述的多孔纤维棉基板，其特征是，所述有机硅乳液为二甲基硅油乳液或含芳香基的改性二甲基硅油乳液。
4.根据权利要求1或2所述的多孔纤维棉基板，其特征是，所述聚氨酯乳液是聚醚多元醇或聚酯多元醇聚氨酯乳液。
5.根据权利要求1所述的多孔纤维棉基板，其特征是，所述改性多孔纤维棉的直径为3～5μm。
6.权利要求1至5任一项所述的多孔纤维棉基板的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
按照配方比例，将改性多孔纤维棉基板、粘结剂以及湿润剂混合，置于固化炉中，于130～140℃下固化1～2小时，制得。
7.权利要求1-5任一项所述的多孔纤维棉基板在点排水管制备中的应用。
8.根据权利要求7所述的多孔纤维棉基板在点排水管制备中的应用，其特征是，用于组成点排水管的多孔纤维棉基板的密度为75～150kg/cm3；多孔纤维棉基板吸收排水管里的水后，再排入周围土壤中。
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