CN111334027A - 一种纤维增强的树脂砂基透水砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种纤维增强的树脂砂基透水砖及其制备方法，所述的方法包括：(1)将聚醚多元醇、硫酸盐、氯化镁、发泡剂、催化剂和其它助剂加入到水中，搅拌混合得到混合物A；(2)将异氰酸酯与烘干沙混合得到混合物B；(3)将氯化钙和中空型聚丙烯纤维加入到水中，搅拌混合得到混合物C；(4)将混合物C加入到混合物A中，然后与混合物B混合均匀，接着注入到温度为55‑65℃的模具中进行发泡，然后将模具放置在振动台上进行振动成型，接着对模具中的表面进行抹平处理，形成砖坯；(5)脱膜，自然养护，得到所述的树脂砂基透水砖；本发明提供的透水砖在后续使用时能够克服老化粉化的问题，耐候性能更佳。

Description

一种纤维增强的树脂砂基透水砖及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种纤维增强的树脂砂基透水砖及其制备方法。
背景技术
透水砖是一种新型的建筑材料，它铺设在城市道路和广场中，有利于改善城市的生态环境，避免“热岛”现象。
目前市场上常见的透水砖大致可分为陶瓷透水砖、混凝土透水砖和砂基透水砖三种基本类型，其中，陶瓷透水砖是采用废玻璃、废陶瓷、废矿石粉及生活垃圾作为骨料，利用粘土烧制而成的具有一定形状、颜色的砖，其具有硬度高、强度大、花色丰富及尺寸规范的优点，但是，陶瓷透水砖在初制成砖坯后还要经历1000-1400℃的高温烧结，不仅浪费化石燃料，还会产生工业废气，存在污染等一系列问题；混凝土透水砖是采用水泥、各种骨料经一定的配合比制备而成，其制作成本较低，但是抗压强度不足，耐磨性较差，以及，容易因泥沙阻塞问题导致透水性能的失效，虽然能够通过高压清洗机清洗透水砖表面的灰尘，使透水路面的透水性能得以有限的恢复，但是堵塞现象明显降低了混凝土透水砖的适用性；树脂砂基透水砖是一种新型的绿色环保建材，其主要以风积沙作为主要骨料，以无机或有机粘结剂作为粘结剂，通过沙粒间的孔隙透水，由于沙子的堆积空隙率较大，可达到约36％，因此完全能够满足透水需求。由于长期处于室外的使用条件，特别是在日光曝晒、强紫外线的侵蚀下，容易造成树脂砂基透水砖的开裂粉化，严重的影响其使用寿命。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明的目的之一是提供一种纤维增强的树脂砂基透水砖的制备方法，采用该方法制备得到的透水砖能够显著改善传统树脂砂基透水砖因老化和强度的不足而带来的开裂粉化问题，提高树脂砂基透水砖的使用寿命。
本发明的目的之二是提供由上述方法制备得到的纤维增强的树脂砂基透水砖。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种纤维增强的树脂砂基透水砖的制备方法，所述的方法包括以下步骤：
(1)将聚醚多元醇、硫酸盐、氯化镁、发泡剂、催化剂和其它助剂加入到水中，搅拌混合均匀，得到混合物A；
(2)将异氰酸酯与烘干沙混合均匀，得到混合物B；
(3)将氯化钙和中空型聚丙烯纤维加入到水中，搅拌混合均匀，得到混合物C；
(4)将混合物C加入到混合物A中，然后与混合物B混合均匀，接着注入到温度为55-65℃的模具中进行发泡，然后将模具放置在振动台上进行振动成型，接着对模具中的表面进行抹平处理，形成砖坯；
(5)脱膜，自然养护，得到所述的树脂砂基透水砖。
本发明第二方面提供了一种根据上述方法制备得到的纤维增强的树脂砂基透水砖。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明提供的技术方案中，所述的聚醚多元醇与异氰酸酯混合后在催化剂、发泡剂的作用下进行发泡，该发泡的过程中伴随着热量的产生，同时在晶型控制剂氯化镁的存在下，分散在体系中的硫酸盐与氯化钙生成密布在泡沫聚氨酯中的硫酸钙晶须，该硫酸钙晶须与中空型聚丙烯纤维交织，间接的提高了该泡沫聚氨酯与中空型聚丙烯纤维的连系，提高了砖坯的整体强度，进而确保了该透水砖在后续使用时能够更好的克服老化粉化的问题，耐候性能更佳，即确保了该透水砖具有较长的使用寿命；此外，本发明提供的该透水砖中，鉴于聚氨酯发泡体系所产生的密集孔隙结构，配合烘干砂自身堆积所具有的孔隙，使得该透水砖具有相较于传统树脂砂基透水砖更快的透水速度。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种纤维增强的树脂砂基透水砖的制备方法，所述的方法包括以下步骤：
(1)将聚醚多元醇、硫酸盐、氯化镁、发泡剂、催化剂和其它助剂加入到水中，搅拌混合均匀，得到混合物A；
(2)将异氰酸酯与烘干沙混合均匀，得到混合物B；
(3)将氯化钙和中空型聚丙烯纤维加入到水中，搅拌混合均匀，得到混合物C；
(4)将混合物C加入到混合物A中，然后与混合物B混合均匀，接着注入到温度为55-65℃的模具中进行发泡，然后将模具放置在振动台上进行振动成型，接着对模具中的表面进行抹平处理，形成砖坯；
(5)脱膜，自然养护，得到所述的树脂砂基透水砖。
在本发明中，所述的硫酸盐与氯化钙分散在聚醚多元醇中，在受热后经过晶体控制剂氯化镁的诱导促进，生成密布在聚氨酯泡沫中的硫酸钙晶须，该硫酸钙晶须能够与掺杂在混合物体系中的中空型聚丙烯纤维产生较好的交织效果，从而有效的提高整体透水砖的强度，避免了在后续发生老化时产生风化粉化的问题，提高了透水砖的使用寿命；具体的，所述的硫酸盐可以为硫酸钠、硫酸钾中的一种。
在本发明中，所述的发泡剂可以为本领域常规的用于聚醚多元醇与异氰酸酯的混合发泡，例如可以为一氟二氯乙烷、1，1，1，3，3-五氟丙烷、1，1，1，3，3-五氟丁烷、N，N-二亚硝基五次甲基四胺、偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、偶氮二甲酸二异丙酯、偶氮二甲酸二乙酯、偶氮二甲酸钡、4，4-二磺酰肼二苯醚、对甲苯磺酰肼、1，3-苯二磺酰肼、1，4-苯二磺酰肼、正丁烷、正戊烷、正己烷、正庚烷、石油醚、三氯氟甲烷、二氯氟甲烷、二氯二氟甲烷和二氯四氟乙烷中的一种或多种。优选情况下，所述发泡剂为沸点较低的惰性烃类化合物，如一氟二氯乙烷、1，1，1，3，3-五氟丙烷和1，1，1，3，3-五氟丁烷中的一种或多种，最优选为一氟二氯乙烷。
在本发明中，所述的催化剂可以为本领域常规的用于聚醚多元醇与异氰酸酯的混合发泡，例如，所述的催化剂为二甲氨基乙氧基乙醇、三甲基羟乙基乙二胺中的一种。
本发明中，所述的中空型聚丙烯纤维作为一种热塑性的树脂纤维，通过其掺杂在透水砖中，提高了混合物体系之间的联系，进而提高了强度；并且，由于该中空型聚丙烯纤维本身具有孔隙结构，使得该透水砖能够适应热胀冷缩时的应力，提高其耐候能力，优选的，所述的中空型聚丙烯纤维的直径为0.5-30D，长度为1-15mm。
在本发明中，所述的其它助剂在于直接或间接的提高树脂砂基透水砖的性能，具体的，所述的其它助剂为抗氧剂、填充剂、颜料中的一种或几种。
更为具体的，所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(又称为抗氧剂1010)、三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(又称为抗氧剂168)和β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(又称为抗氧剂1076)中的至少一种。更优选地，所述抗氧剂可以选自抗氧剂1010和抗氧剂168按照重量比1∶(1.5-2.5)配比的混合物。
所述的填充剂为白炭黑、纳米瓷粉，硅藻土、膨润土和珍珠岩中的一种或多种。
所述的颜料为氧化铁系红、黄、蓝、绿、黑中的一种或多种，为粉末状。
进一步的，根据本发明，本发明中，各原料组分的含量可以在较宽的范围内选择，为了确保制备得到的树脂砂基透水砖具有较好的综合性能，所述的混合物A中，相对于100重量份的水，所述聚醚多元醇的用量为50-60重量份，所述硫酸盐的用量为8-15重量份，所述氯化镁的用量为3-6重量份，所述发泡剂的用量为10-20重量份，所述催化剂的用量为1-3重量份，所述抗氧剂的用量为0-3重量份，所述填充剂的用量为0-3重量份，所述颜料的用量为0-15重量份。
所述的混合物B中，相对于100重量份的异氰酸酯，所述烘干沙的用量为50-60重量份。
所述的混合物C中，相对于100重量份的水，所述氯化钙的用量为25-30重量份，所述中空型聚丙烯纤维的用量为30-40重量份。
所述混合物A、混合物B和混合物C的重量比为1：(0.4-0.5)：(0.3-0.4)。
在本发明中，所述的烘干沙是风积沙经过水洗烘干制备得到的，其中的含水率和含泥量相较于风积沙大大降低，具体的，所述的烘干沙为购自辽宁省彰武县兆峰硅砂有限公司，粒度为30-50目。
在本发明中，所述的聚醚多元醇具体可选自聚氧化丙烯醇和/或环氧丙烷封端的醇，例如，聚氧化丙烯二醇、聚氧化丙烯三醇、聚氧化丙烯四醇、环氧丙烷封端的二醇、环氧丙烷封端的三醇和环氧丙烷封端的四醇中的至少一种。更为优选的，所述聚醚多元醇的平均官能度为5-8，羟值为500-800mgKOH/g。
在本发明中，所述的异氰酸酯可以为本领域常规使用的异氰酸酯，例如可以为甲苯二异氰酸酯，六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。
在本发明中，制备得到的砖坯经自然养护即可得到所述的树脂砂基透水砖，具体的，所述自然养护的条件为，在温度为20-30℃的条件下养护6-10天。
以下结合具体的实施例对本发明进行详细的描述。需要指出的是，以下实施例中未提及来源的所有原料，对其来源没有特别限定，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可；以及，对所述原料的纯度没有特别限定，本发明优选采用分析纯或复合材料领域使用的常规纯度。
测试项目及测试方法：
1、透水砖的孔隙率，具体测试数据如表1所示。
测试方法：在具体测试前，先将透水砖浸泡在水中24h，使透水砖内部半封闭的孔隙充满水，然后取出透水砖并沥干，最后将透水砖放入大玻璃容器中，并不断轻轻摇动透水砖，让透水砖的孔隙中完全充满水，测出透水砖排开水的体积。
透水砖的有效孔隙率的计算公式为：
η＝(V1-V2)/V1×100％
其中，V1为透水砖的毛体积，包括所有孔隙，mL；
V2为透水砖排开水的体积，由测量得到，mL；
η为透水砖的有效孔隙率，％。
2、根据JC/T945-2005规定的方法来测试透水砖的透水系数以及在干态下的抗压强度，根据GB/T 9966.1-2001规定的方法来测试透水砖在湿态下的抗压强度；并对比抗压强度在干态与湿态下的强度损失率，其中，抗压强度损失率＝(干态抗压强度-湿态抗压强度)/干态抗压强度×100％；具体测试数据如表1所示。
3、耐候性能
测试条件，温度为85℃，相对湿度为85％，通过氙气灯照射3d，5d，再次测试干态下的抗压强度，以衡量耐候性能，具体测试数据如表2所示。
实施例1
一种树脂砂基透水砖，其制备方法包括以下步骤：
(1)将聚氧化丙烯二醇(平均官能度为7，羟值为600mgKOH/g)、硫酸钠、氯化镁、一氟二氯乙烷、二甲氨基乙氧基乙醇(CAS编号：1704-62-7，购自新典化学材料(上海)有限公司)、抗氧剂1010和抗氧剂168按照重量比1∶2配比的混合物、白炭黑(购自广州吉必盛科技实业有限公司)和氧化铁系红加入到水中，搅拌混合均匀，得到混合物A；
相对于100重量份的水，所述聚氧化丙烯二醇的用量为55重量份，所述硫酸钠的用量为12重量份，所述氯化镁的用量为5重量份，所述一氟二氯乙烷的用量为15重量份，所述二甲氨基乙氧基乙醇的用量为2重量份，所述抗氧剂1010与抗氧剂168的总量为2重量份，所述白炭黑的用量为2重量份，所述氧化铁系红的用量为10重量份；
(2)将甲苯二异氰酸酯与烘干沙(粒度为40目，购自辽宁省彰武县兆峰硅砂有限公司)混合均匀，得到混合物B；
相对于100重量份的甲苯二异氰酸酯，所述烘干沙的用量为55重量份；
(3)将氯化钙和中空型聚丙烯纤维(直径为20D，长度为5mm)加入到水中，搅拌混合均匀，得到混合物C；
相对于100重量份的水，所述氯化钙的用量为27重量份，所述中空型聚丙烯纤维的用量为35重量份；
(4)将混合物C加入到混合物A中，然后与混合物B混合均匀，接着注入到温度为60℃的模具中进行发泡，然后将模具放置在振动台上进行振动成型，接着对模具中的表面进行抹平处理，形成砖坯；
所述混合物A、混合物B和混合物C的重量比为1：0.45：0.35；
(5)脱膜，在温度为25℃的条件下自然养护8天，得到所述的树脂砂基透水砖。
实施例2
本实施例与实施例1中树脂砂基透水砖的制备方法基本相同，不同的是：
所述的混合物A中，所述聚氧化丙烯二醇的用量为50重量份，所述硫酸钠的用量为8重量份，所述氯化镁的用量为3重量份，所述一氟二氯乙烷的用量为10重量份，所述二甲氨基乙氧基乙醇(CAS编号：1704-62-7，购自新典化学材料(上海)有限公司)的用量为1重量份，所述抗氧剂1010与抗氧剂168的总量为1重量份，所述白炭黑(购自广州吉必盛科技实业有限公司)的用量为1重量份，所述氧化铁系红的用量为5重量份；
所述的混合物B中，相对于100重量份的甲苯二异氰酸酯，所述烘干沙的用量为50重量份；
所述的混合物C中，相对于100重量份的水，所述氯化钙的用量为25重量份，所述中空型聚丙烯纤维(直径为20D，长度为5mm)的用量为30重量份；
其余不变，制备得到所述的树脂砂基透水砖。
实施例3
本实施例与实施例1中树脂砂基透水砖的制备方法基本相同，不同的是：
所述的混合物A中，所述聚氧化丙烯二醇的用量为60重量份，所述硫酸钠的用量为15重量份，所述氯化镁的用量为6重量份，所述一氟二氯乙烷的用量为20重量份，所述二甲氨基乙氧基乙醇(CAS编号：1704-62-7，购自新典化学材料(上海)有限公司)的用量为3重量份，所述抗氧剂1010与抗氧剂168的总量为3重量份，所述白炭黑(购自广州吉必盛科技实业有限公司)的用量为3重量份，所述氧化铁系红的用量为15重量份；
所述的混合物B中，相对于100重量份的甲苯二异氰酸酯，所述烘干沙的用量为60重量份；
所述的混合物C中，相对于100重量份的水，所述氯化钙的用量为30重量份，所述中空型聚丙烯纤维(直径为20D，长度为5mm)的用量为40重量份；
其余不变，制备得到所述的树脂砂基透水砖。
实施例4
一种树脂砂基透水砖，其制备方法包括以下步骤：
(1)将环氧丙烷封端的二醇(平均官能度为8，羟值为700mgKOH/g)、硫酸钠、氯化镁、一氟二氯乙烷、三甲基羟乙基乙二胺(CAS编号：2212-32-0，购自新典化学材料(上海)有限公司)、抗氧剂1010和抗氧剂168按照重量比1∶2配比的混合物、纳米瓷粉(粒径为2nm，购自上海纳米超细材料研究所有限公司)和氧化铁系黑加入到水中，搅拌混合均匀，得到混合物A；
相对于100重量份的水，所述环氧丙烷封端的二醇的用量为55重量份，所述硫酸钠的用量为12重量份，所述氯化镁的用量为5重量份，所述一氟二氯乙烷的用量为15重量份，所述三甲基羟乙基乙二胺的用量为2重量份，所述抗氧剂1010与抗氧剂168的总量为2重量份，所述纳米瓷粉的用量为2重量份，所述氧化铁系黑的用量为10重量份；
(2)将六亚甲基二异氰酸酯与烘干沙(粒度为40目，购自辽宁省彰武县兆峰硅砂有限公司)混合均匀，得到混合物B；
相对于100重量份的六亚甲基二异氰酸酯，所述烘干沙的用量为55重量份；
(3)将氯化钙和中空型聚丙烯纤维(直径为20D，长度为5mm)加入到水中，搅拌混合均匀，得到混合物C；
相对于100重量份的水，所述氯化钙的用量为27重量份，所述中空型聚丙烯纤维的用量为35重量份；
(4)将混合物C加入到混合物A中，然后与混合物B混合均匀，接着注入到温度为60℃的模具中进行发泡，然后将模具放置在振动台上进行振动成型，接着对模具中的表面进行抹平处理，形成砖坯；
所述混合物A、混合物B和混合物C的重量比为1：0.45：0.35；
(5)脱膜，在温度为25℃的条件下自然养护8天，得到所述的树脂砂基透水砖。
对比例1
本对比例与实施例1中树脂砂基透水砖的制备方法基本相同，不同的是：所述的混合物A中不含有硫酸钠，其余不变，制备得到所述的树脂砂基透水砖。
对比例2
本对比例与实施例1中树脂砂基透水砖的制备方法基本相同，不同的是：所述的混合物C中不含有氯化钙，其余不变，制备得到所述的树脂砂基透水砖。
表1：
Figure BDA0002402533740000091
结合表1的测试数据可以看出，本发明提供的树脂砂基透水砖，其干态的抗压强度可高达48.2MPa及以上，透水系数达到6.5×10-2cm/s，有效孔隙率达到21.2％；以实施例1与对比例1的数据比较可以看出，采用本发明提供的技术方案，透水砖的干态抗压强度提高了近20％。
表2：
Figure BDA0002402533740000092
Figure BDA0002402533740000101
结合表2的测试数据可以看出，本发明提供的树脂砂基透水砖具有较好的耐候性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种纤维增强的树脂砂基透水砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚醚多元醇、硫酸盐、氯化镁、发泡剂、催化剂和其它助剂加入到水中，搅拌混合均匀，得到混合物A；
(2)将异氰酸酯与烘干沙混合均匀，得到混合物B；
(3)将氯化钙和中空型聚丙烯纤维加入到水中，搅拌混合均匀，得到混合物C；
(4)将混合物C加入到混合物A中，然后与混合物B混合均匀，接着注入到温度为55-65℃的模具中进行发泡，然后将模具放置在振动台上进行振动成型，接着对模具中的表面进行抹平处理，形成砖坯；
(5)脱膜，自然养护，得到所述的树脂砂基透水砖。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的其它助剂为抗氧剂、填充剂、颜料中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述的混合物A中，相对于100重量份的水，所述聚醚多元醇的用量为50-60重量份，所述硫酸盐的用量为8-15重量份，所述氯化镁的用量为3-6重量份，所述发泡剂的用量为10-20重量份，所述催化剂的用量为1-3重量份，所述抗氧剂的用量为0-3重量份，所述填充剂的用量为0-3重量份，所述颜料的用量为0-15重量份。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的混合物B中，相对于100重量份的异氰酸酯，所述烘干沙的用量为50-60重量份。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的混合物C中，相对于100重量份的水，所述氯化钙的用量为25-30重量份，所述中空型聚丙烯纤维的用量为30-40重量份。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述混合物A、混合物B和混合物C的重量比为1：(0.4-0.5)：(0.3-0.4)。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述烘干沙的粒度为30-50目。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的混合物A中，聚醚多元醇的平均官能度为5-8，羟值为500-800mgKOH/g；
所述的混合物B中，异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(5)中，所述自然养护的条件包括，养护温度为20-30℃，养护时间为6-10天。
10.如权利要求1-9任一权项所述的方法制备得到的纤维增强的树脂砂基透水砖。
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