CN111170677A

CN111170677A - 一种具有抗菌性的透水砖及其制备方法

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Publication number: CN111170677A
Application number: CN201911394811.3A
Authority: CN
Inventors: 秦升益; 蔡小蓓
Original assignee: Renchuang Eco Technology Co ltd
Current assignee: Renchuang Eco Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2020-05-19

Abstract

本发明涉及透水砖领域，具体涉及一种具有抗菌性的透水砖，包括：透水基层和设置于其上的透水表层，透水表层与透水基层中均包括骨料与粘接骨料的粘结剂，透水表层中还包括含金属离子的光触媒物质，金属离子为铁离子和/或铜离子，以透水表层的总质量计，含金属离子的光触媒物质的含量为0.1wt％‑5wt％。通过在透水表层内加入包含金属离子的光触媒物质，光触媒物质能够实现抗菌、吸附和除臭的作用，从而可以使得透水砖具备抗菌性能，而通过将光触媒物质内的金属离子的种类以及光触媒物质的含量进行限定，使得透水砖在符合质量标准的同时具有抗菌效果好、抗菌时间长的优点，而通过仅在透水表层内加入包含金属离子的光触媒物质，还能实现节约成本的目的。

Description

一种具有抗菌性的透水砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及透水砖领域，具体涉及一种具有抗菌性的透水砖及其制备方法。

背景技术

透水砖是一种为解决城市地表硬化，缓解城市环境恶化压力而诞生的新型环保建筑材料。由于其高透水和高孔隙率和高吸水的特点，一方面，其可以消除路面积水，即使补充地下水资源，减小地基下沉，缓解城市抗洪排水与管道疏浚的压力，另一方面，通过砖内孔洞中水分的蒸发，可以减少城市地面热能吸收和“热岛效应”。故透水砖越来越广泛地被应用于城市中路面的铺设。

青苔是一种水生苔藓植物，其由真菌发展而来，特别容易在背阴潮湿、空气湿度大的环境下生长，故在阴暗潮湿的地段或阴雨连绵的天气过后，由于透水砖内吸收的水分无法蒸发或者蒸发量较小，导致透水砖上也会生长出青苔。透水砖上生长青苔后不仅会影响其美观性，同时还会给人们的行走带来不便，青苔的湿滑可能会导致人们滑倒跌伤，另外，若透水砖表面的孔隙内滋生青苔，也可能会导致透水砖的透水性能有一定程度的下降。

因此，提供一种具有抗菌作用，可以防止青苔生长的透水砖对城市路面的建设具有重要意义。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的透水砖上生长青苔后会给人们的行走带来不便且会对造成透水砖的透水性能下降的缺陷，从而提供一种具有抗菌性的透水砖及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种具有抗菌性的透水砖，包括：

透水基层和设置于其上的透水表层，所述透水表层与所述透水基层中均包括骨料与粘接骨料的粘结剂，所述透水表层中还包括含金属离子的光触媒物质，所述金属离子为铁离子和/或铜离子，以所述透水表层的总质量计，所述含金属离子的光触媒物质的含量为0.1wt％-5wt％。

进一步的，以所述透水表层的总质量计，所述含金属离子的光触媒物质的含量为1.4wt％-3.6wt％。

进一步的，以所述光触媒物质的总质量计，所述金属离子的含量为0.2％-0.45％。

进一步的，所述金属离子为铁离子和铜离子，在所述光触媒物质中，所述铁离子和铜离子的摩尔比为(1-1.3)：(0.7-0.9)。

进一步的，所述透水表层中的粘结剂与骨料之间的质量为(2-10)：100。

进一步的，所述透水表层中的粘结剂为环氧树脂，所述环氧树脂包括树脂基体以及固化剂，所述固化剂为脂肪族多胺类固化剂，所述固化剂的用量与树脂基体的质量比为(0.2-0.6)：1。

进一步的，所述环氧树脂还包括偶联剂、光稳定剂、抗氧化剂中的至少一种。

进一步的，所述骨料为石英砂，所述石英砂的颗粒粒径为0.07mm-0.425mm。

本发明还提供一种制备如上述所有方案中任一项所述的透水砖的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将透水表层中骨料和含金属离子的光触媒物质混合均匀，随后加入粘结剂，混合均匀得到混合料；

将透水基层中骨料和粘结剂混合均匀，并进行成型得到成型的透水砖的基层；

将混合料涂敷在成型的透水基层上，制得透水砖。

进一步的，所述骨料为石英砂，所述石英砂选自沙漠中的风积沙，在将所述风积沙与含金属离子的光触媒物质混合前还包括对所述风积沙进行预处理除杂的步骤。

进一步的，所述预处理除杂步骤包括除尘步骤以及除杂相矿物步骤。

进一步的，所述除尘步骤包括采用水力擦洗工艺对所述风积沙进行除尘。

进一步的，所述除杂相矿物步骤包括采用酸溶解所述风积沙表层附着的杂相矿物。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的具有抗菌性的透水砖，包括透水基层和透水表层，通过在透水表层内加入包含金属离子的光触媒物质，光触媒物质能够实现抗菌、吸附和除臭的作用，从而可以使得透水砖具备抗菌性能，而通过将光触媒物质内的金属离子的种类以及光触媒物质的含量进行限定，使得透水砖在符合质量标准的同时具有抗菌效果好、抗菌时间长的优点，且铁离子、铜离子时常见的金属离子，原料易得，对环境污染小，便于工业化生产，而通过仅在透水表层内加入包含金属离子的光触媒物质，还能实现节约成本的目的。

2.本发明提供的具有抗菌性的透水砖，通过将铜离子和铁离子组合作为光媒触物质的金属离子，能使得制备得到的透水砖的抗菌性能达到最优，而通过控制金属离子的配比及含量，使得在保证透水砖优异的抗菌性能的效果下，还能节约成本。

3.本发明提供的具有抗菌性的透水砖，通过选用脂肪族多胺类固化剂固化环氧树脂，生成立体网状结构，使得环氧树脂显现出优良的性能，另外，由于固化剂的用量也会对产品性能造成一定影响，固化剂加入量过少会导致固化不完全，粘结剂的固化物性能不佳，固化剂加入量过多则会导致胶层脆性增加，强度降低，残留的固化剂还会损害粘结剂的性能，本发明通过对固化剂的用量进行限定，从而能保证最终生产的粘结剂具有最优的性能。

4.本发明提供的制备透水砖的方法，制备步骤简单便捷，有利于透水砖的工业化批量生产。

5.本发明提供的制备透水砖的方法，风积沙是经过自然风搬运、分级、沉淀后在地表形成的沙土，它颗粒均匀、细小，成分稳定，沙漠风积沙的主要成分为石英和长石，其石英含量一般在30％以上，而长石含量一般在40％以上，沙漠风积沙原矿主要化学成份为SiO₂和Al₂O₃，其中SiO₂含量一般可达70％以上，而Al₂O₃含量一般在10％以上，其次是NaO、Fe₂O₃和CaO等成分，含量基本都在1％以上，可能还含有少量的MgO和TiO₂。采用沙漠中的风积沙作为骨料制备透水砖，一方面能够缓解矿石资源紧缺的问题，另一方面可以变废为宝，有利于沙漠环境的治理。

6.本发明提供的制备透水砖的方法，通过在将风积沙进行混合前，对风积沙进行预处理以除去风积沙中混合的泥土以及杂相矿物，使得风积沙能够更好地与亲水性粘接剂接触，从而使得在风积沙与亲水性粘接剂混合固化后，能在风积沙的表面呈现更好的砂粒界面改性效果，当水与透水表层接触时，水的界面张力能迅速降低，打破微空隙上水界面张力与重力的平衡，实现砂粒间微米级孔隙透水与滤水，从而提升透水砖的透水性能。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

本发明是指为解决青苔在透水砖表面生长，而导致行人行走不便的问题而提供了一种具有抗菌性的透水砖及其制备方法。

具有抗菌性的透水砖包括透水基层和设置于其上的透水表层，透水表层与透水基层中均包括骨料与粘接骨料的粘结剂，透水表层中还包括含金属离子的光触媒物质，金属离子为铁离子和/或铜离子，以所述透水表层的总质量计，含金属离子的光触媒物质的含量为0.1wt％-5wt％。

其中，为满足既可以使透水砖具有抗菌性，又能降低透水砖的成本，以透水表层的总质量计，含金属离子的光触媒物质的含量最佳为1.4wt％-3.6wt％。

由于金属离子的含量会对光触媒物质的性能造成影响，故以光触媒物质的总质量计，金属离子的含量为0.2％-0.45％。金属离子最好选用铜离子和铁离子，从而利用二者的协同作用，当金属离子为铜离子和铁离子时，在光触媒物质中，铁离子和铜离子的摩尔比为(1-1.3)：(0.7-0.9)。

通过粘结剂将骨料粘结在一起固化成型后，骨料之间形成无数相互贯通的亲水性毛细管，当雨水落在透水砖表面时，雨滴迅速润湿毛细管壁，管中液面将呈凹形，形成的弯曲液面将产生向下的附加压力，在附加压力和液体自身重力的合理作用下，雨水沿这些贯通的毛细管迅速渗入地下。而粘接剂的添加量若过少，则会导致骨料之间的结合力不高，使得透水砖的抗压强度较差，但是若粘接剂的添加量过多，则会导致粘接剂将骨料的间隙填满，使得透水砖的透水性能较差，故透水表层中粘接剂与骨料的质量比设置为(2-10)：100。

透水表层中的粘结剂为环氧树脂，环氧树脂包括树脂基体以及固化剂，其中固化剂为脂肪族多胺类固化剂，固化剂的用量与树脂基体的质量比为(0.2-0.6)：1。这是由于环氧树脂本身是热塑性的线型结构，故使用时要加入固化剂，并在一定条件下于环氧树脂的环氧基进行反应，生成立体网状结构的产物，才会显现出各种优良的性能，成为真正具有使用价值的环氧材料，固化剂的用量需要尽量准确，这不但影响到成本，也影响到设计产品最终的性能的实现。加量过少固化不完全，粘结剂的固化物性能不佳；用量太多，胶层脆性增加，强度降低，残留的固化剂还会损害粘结剂的性能。固化物性能在最佳用量是达到最高水平，这是由固化剂本身的结构和形成网状结构的反应历程所决定的。一般这个最佳用量可先根据胺基于环氧基严格的定量关系计算出理论值，再通过实验最后确定。可依据胺值大小来选择用量配比，一般地，胺值高的固化剂用量比较少，而胺值低的固化剂用量比较多。

为增强环氧树脂的粘接性能，在环氧树脂内还可以加入偶联剂、光稳定剂以及抗氧化剂中的至少一种。偶联剂的用量占树脂基体的质量比为0.5-5％时效果最佳，偶联剂最好为含硅、钛、磷等元素的偶联剂。光稳定剂的用量占树脂基体的质量比为0.1-5％时效果最佳，光稳定剂可以是二苯甲酮类、水杨酸酯类、苯并三唑类、受阻胺类、光稳定剂HPT和光稳定剂EPU中的一种或几种。抗氧化剂的用量占树脂基体的质量比为0.1-4％时效果最佳，抗氧化剂为抗氧化剂1222、AT-76、抗氧化剂2246-S、AT-59、抗氧化剂1035、抗氧化剂1098、抗氧化剂3125、TPP、TNPP、AT-68、抗氧化剂245、GA-80、抗氧化剂858、抗氧化剂1010中的一种或几种。

为增强透水砖的透水性能，还可以在透水表层中加入亲水性粘接剂或者亲水性无机材料，亲水性粘接剂可以是环氧树脂、聚氨酯和丙烯酸树脂等分子侧链含有足够亲水性的基团或者主链含有非离子型亲水链段的树脂型粘接剂。亲水性无机材料可以是硅藻土、膨润土、珍珠岩中的至少一种。

为保证透水表层的致密性以及透水性，同时使透水表层的表面更加美观，将骨料设置为石英砂，且石英砂的颗粒粒径为0.07mm-0.425mm。石英砂最好选自沙漠中的风积沙，一方面可以缓解矿产资源的压力，另一方面可以变废为宝，促进沙漠的治理。

为降低透水砖的成本，透水基层中的粘接剂可以选用水泥等低成本的粘接剂。另外，透水表层与透水基层的厚度比设置为0.5:3。

制备透水砖的方法，包括以下步骤：

将混合料涂敷在成型的透水基层上，制得透水砖。

其中，透水表层中的骨料为石英砂，该石英砂选自沙漠中的风积沙，在将风积沙与含金属离子的光触媒物质混合前还包括对风积沙进行预处理除杂的步骤。预处理除杂步骤包括除尘步骤以及除杂相矿物步骤，除尘步骤包括采用水力擦洗工艺对风积沙进行除尘的步骤，除杂相矿物步骤包括采用酸溶解风积沙表层附着的杂相矿物的步骤。通过在将风积沙进行混合前，对风积沙进行预处理以除去风积沙中混合的泥土以及杂相矿物，使得风积沙能够更好地与亲水性粘接剂接触，从而使得在风积沙与亲水性粘接剂混合固化后，能在风积沙的表面呈现更好的砂粒界面改性效果，当水与透水表层接触时，水的界面张力能迅速降低，打破微空隙上水界面张力与重力的平衡，实现砂粒间微米级孔隙透水与滤水，从而提升透水砖的透水性能。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例中脂肪族多胺固化剂购自元鸿应用材料有限公司，型号为H-3528；氢化双酚A型环氧树脂购自武汉狮子山涂料厂。

实施例1

本实施例涉及一种具有抗菌性的透水砖，包括透水表层和透水基层，透水表层和透水基层紧密结合在一起。

透水表层内包括骨料、粘结剂以及光触媒物质，透水表层的骨料包括石英砂，石英砂的颗粒粒径为0.2-0.4mm；透水表层的粘结剂包括氢化双酚A型环氧树脂、环氧丙氧基三甲氧基硅烷560型偶联剂、脂肪族多胺固化剂、亲水性环氧树脂、光稳定剂UV-320、抗氧化剂1010以及珍珠岩粉；光触媒物质中含有的金属离子为铜离子，铜离子的质量分数为0.2％。

透水基层包括骨料以及粘结剂，透水基层中的骨料为颗粒粒径为2-3mm的石英砂，粘结剂为水泥。

本实施例的透水砖按照以下步骤制备而成：

S1、将91g0.2-0.4mm的石英砂和3g含铜离子的光触媒物质混合均匀后，加入4.6g氢化双酚A型环氧树脂、1.4g脂肪族多胺固化剂、0.5g亲水性环氧树脂、0.12g偶联剂、0.12g光稳定剂UV-320、0.06g抗氧化剂1010和1g珍珠岩粉再次混合均匀得到混合料；

S2、将100g2-3mm的石英砂、30g水泥混合均匀并成型得到透水砖的透水基层；

S3、将混合料涂覆在透水基层上，使得透水表层与透水基层的厚度比为0.5:3，制备得到40×20×10cm的透水砖。

实施例2

本实施例涉及一种具有抗菌性的透水砖，本实施中透水砖的结构及压制成型工艺条件与实施例1一致，本实施例与实施例1的区别在于：

光触媒物质中含有的金属离子为铁离子，铁离子的质量分数为0.2％。

实施例3

本实施例中提供制备方法与实施例1采用相同的压制成型工艺条件，与实施例1的区别在于：

光触媒物质中含有的金属离子为铁离子和铜离子，铁离子和铜离子的摩尔比为1:0.9,金属离子的质量分数为0.2％。

对比例1

本对比例涉及一种透水砖，包括透水表层和透水基层，透水表层和透水基层紧密结合在一起。

透水表层内包括骨料、粘结剂以及光触媒物质，透水表层的骨料包括石英砂，石英砂的颗粒粒径为0.07-0.2mm；透水表层的粘结剂包括氢化双酚A型环氧树脂、环氧丙氧基三甲氧基硅烷560型偶联剂、脂肪族多胺固化剂、亲水性环氧树脂、光稳定剂UV-320、抗氧化剂1010以及珍珠岩粉；光触媒物质中含有的金属离子为铜离子，铜离子的质量分数为0.2％。

本实施例的透水砖按照以下步骤制备而成：

S1、将100g0.07-0.2mm的石英砂和8g含铜离子的光触媒物质混合均匀后，加入4.6g氢化双酚A型环氧树脂、1.4g脂肪族多胺固化剂、0.5g亲水性环氧树脂、0.12g偶联剂、0.12g光稳定剂UV-320、0.06g抗氧化剂1010和1g珍珠岩粉再次混合均匀得到混合料；

S2、将100g2-3mm的石英砂、40g水泥混合均匀并成型得到透水砖的透水基层；

试验例

将实施例1-3和对比例1中的透水砖的性能进行检测，实验结果见表1。

表1

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种具有抗菌性的透水砖，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的透水砖，其特征在于，以所述透水表层的总质量计，所述含金属离子的光触媒物质的含量为1.4wt％-3.6wt％。

3.根据权利要求1或2所述的透水砖，其特征在于，以所述光触媒物质的总质量计，所述金属离子的含量为0.2％-0.45％。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的透水砖，其特征在于，所述金属离子为铁离子和铜离子，在所述光触媒物质中，所述铁离子和铜离子的摩尔比为(1-1.3)：(0.7-0.9)。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的透水砖，其特征在于，所述透水表层中的粘结剂与骨料之间的质量为(2-10)：100。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的透水砖，其特征在于，所述透水表层中的粘结剂为环氧树脂，所述环氧树脂包括树脂基体以及固化剂，所述固化剂为脂肪族多胺类固化剂，所述固化剂的用量与树脂基体的质量比为(0.2-0.6)：1。

7.根据权利要求6所述的透水砖，其特征在于，所述环氧树脂还包括偶联剂、光稳定剂、抗氧化剂中的至少一种。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的透水砖，其特征在于，所述骨料为石英砂，所述石英砂的颗粒粒径为0.07mm-0.425mm。

9.一种制备如权利要求1-8中任一项所述的透水砖的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将混合料涂敷在成型的透水基层上，制得透水砖。

10.根据权利要求9所述的制备透水砖的方法，其特征在于，所述骨料为石英砂，所述石英砂选自沙漠中的风积沙，在将所述风积沙与含金属离子的光触媒物质混合前还包括对所述风积沙进行预处理除杂的步骤。

11.根据权利要求10所述的制备透水砖的方法，其特征在于，所述预处理除杂步骤包括除尘步骤以及除杂相矿物步骤。

12.根据权利要求11所述的制备透水砖的方法，其特征在于，所述除尘步骤包括采用水力擦洗工艺对所述风积沙进行除尘。

13.根据权利要求11或12所述的制备透水砖的方法，其特征在于，所述除杂相矿物步骤包括采用酸溶解所述风积沙表层附着的杂相矿物。