CN115710109A - 一种鞋服废弃物杂化增强增韧水泥砂浆材料及其制备方法 - Google Patents

一种鞋服废弃物杂化增强增韧水泥砂浆材料及其制备方法 Download PDF

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张新星
周鹏
杨昕
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Abstract

本申请公开了一种鞋服废弃物杂化增强增韧水泥砂浆材料及其制备方法，先将包含乙烯‑醋酸乙烯共聚物(EVA)泡沫中底与聚氨酯弹性体大底的废弃鞋底材料加入到固相剪切碾磨装备中，通过施加强大的机械剪切力作用，实现超细粉碎和力化学解交联，赋予其良好的分散性和表面活性；然后将其与机械开松活化后的涤棉混纺织物纤维一起，与硅酸盐水泥、河沙等原料混合均匀后制得鞋服废弃物杂化增强增韧水泥砂浆材料。本申请将难回收、难分离的鞋服废弃物升级回收，应用到水泥基复合材料中，实现产品低碳回收利用。所得水泥基材料的抗压强度提升63％、抗折强度提升49％。

Description

一种鞋服废弃物杂化增强增韧水泥砂浆材料及其制备方法
技术领域
本发明属于水泥砂浆材料领域，特别是涉及一种鞋服废弃物杂化增强增韧水泥砂浆材料及其制备方法。
背景技术
鞋服纺织轻工业是一个庞大且快速增长的行业。据统计，2021年全球服装和鞋类市场规模预计为1.5万亿美元和3730亿美元，到2030年可能分别达到2.3万亿美元和4300亿美元。随着鞋服纺织行业的快速发展，鞋服产品通常采用不同种类、不同制备工艺(交联、发泡、混纺等)的高分子材料混合制备，且具有交联结构和混纺织态结构。这种成分复杂，工艺繁琐的产品难以回收利用，常规破碎混合后的再生品则存在综合性能差等问题，通常都是焚烧以进行能源回收，造成资源浪费和环境污染。
水泥被认为是应用最广泛的材料之一，由石、砂骨料与胶凝粘合剂结合而成。将鞋服废弃物作为生产水泥砂浆或混凝土的原料是减少塑料污染的有效途径，实现建筑材料的低碳发展。根据现有的橡胶粉增强改性水泥砂浆或纤维增强水泥砂浆的方法所制备的水泥砂浆力学强度较低，这是由于没有破坏橡胶粉的三维交联结构，很难实现有效的复合和能量耗散，并未有显著的增韧效果。如Materials and Design 96(2016)350–356文献所述，随着EVA废弃料添加量的增加，水泥的抗压强度大幅下降。如授权专利CN 107601977 B所述，随着纤维素纳米晶(CNC)添加量的增加，水泥抗折强度逐步下降。因此，单独添加橡胶粉或增强纤维只能提高水泥某一方面性能，在大规模应用中仍稍显不足。
发明内容
本申请的主要目的是提供一种鞋服废弃物杂化增强增韧水泥砂浆材料及其制备方法，旨在解决现有鞋服废弃物回收料在水泥增强中存在的技术问题。其核心是由固相剪切碾磨装备处理的包含EVA发泡中底与聚氨酯弹性体大底的废弃鞋底材料，与废弃涤棉混纺开松纤维混合后用于协同增强水泥砂浆材料。制得的鞋服废弃物杂化增强水泥砂浆材料具有很有很好的抗折、抗压性能。
为解决上述技术问题，本申请实施例提出了：一种鞋服废弃物杂化增强增韧水泥砂浆材料，其制备方法，包括以下步骤：
(1)将包含EVA发泡中底与聚氨酯弹性体大底的废弃鞋底材料加入到固相剪切碾磨装备中，碾磨成形态大小均匀的橡胶粉体，放入60℃的烘箱中烘干后备用；
(2)将废弃涤棉纤维用纤维开松机把纤维团进行开松、蓬松处理，放入60℃的烘箱中烘干后备用；
将步骤(1)、(2)中的橡胶粉体10-100重量份、废弃开松涤棉纤维1-10重量份与500-800重量份水泥、1000-1500重量份河沙、0.5-2重量份减水剂、200-300重量份水混合均匀，得到鞋服废弃物杂化增强水泥砂浆。
所述发泡鞋底材料经过碾磨后橡胶粉体粒径为300-600μm。
所述废弃开松涤棉纤维直径为10-30μm。
所述水泥为硅酸盐水泥。
所述减水剂为聚羧酸类减水剂。
与现有技术相比，本申请所述鞋服废弃物杂化增强改性水泥砂浆材料具有如下特点：
(1)废弃鞋底材料的固相剪切碾磨实现高分子混合材料的超细粉碎和力化学解交联，使其比表面积增加，凝胶含量降低，活性部位暴露在表面，在水泥颗粒及其水化产物之间建立起强烈的相互作用，改善相容性。废弃涤棉纤维在开松剥离后，纤维根与根间距变大，比表面积增加，有利于其在水泥中的分散。
(2)废弃鞋底材料在受到应力时可以耗散外界能量，实现水泥增韧；开松涤棉混纺纤维可以承受应力，防止水泥的裂纹扩展，实现水泥增强。二者协同提高水泥的力学性能。
(3)对于鞋服废弃物回收料的大规模再利用提供新途径，减少塑料污染，实现建筑材料的低碳发展。
附图说明
图1是本申请实施例所述未处理处理鞋底发泡材料；
图2是本申请实施例所述固相高速碾磨处理鞋底发泡材料；
图3是本申请实施例所述未处理涤棉混纺织物；
图4是本申请实施例所述开松处理涤棉混纺织物；
图5是本申请实施例1-7所述鞋服废弃物杂化增强增韧水泥砂浆材料的抗压、抗折强度。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
一种鞋服废弃物杂化增强增韧水泥砂浆材料，其制备方法，包括以下步骤：
(1)将包含EVA发泡中底与聚氨酯弹性体大底的废弃鞋底材料加入到固相剪切碾磨装备中，碾磨20次成为形态大小均匀的粉体，放入60℃的烘箱中烘干后备用。未碾磨处理的、碾磨20次的橡胶材料的扫描电镜照片分别如图1、2所示；
(2)将废弃涤棉纤维用纤维开松机把纤维团进行开松、蓬松处理，放入60℃的烘箱中烘干后备用。未开松处理、开松活化处理的废弃涤棉纤维的扫描电镜照片分别如图3、4所示；
实施例1：
将630重量份水泥、1200重量份河沙、1.35重量份减水剂、280重量份水混合均匀，得到鞋服废弃物杂化增强水泥砂浆。
实施例2：
将3.15重量份步骤(2)开松纤维与630重量份水泥、1200重量份河沙、1.35重量份减水剂、280重量份水混合均匀，得到鞋服废弃物杂化增强水泥砂浆。
实施例3：
将15.75重量份步骤(1)橡胶粉体与630重量份水泥、1200重量份河沙、1.35重量份减水剂、280重量份水混合均匀，得到鞋服废弃物杂化增强水泥砂浆。
实施例4：
将3.15重量份步骤(2)开松纤维、15.75重量份步骤(1)橡胶粉体与630重量份水泥、1200重量份河沙、1.35重量份减水剂、280重量份水混合均匀，得到鞋服废弃物杂化增强水泥砂浆。
实施例5：
将3.15重量份步骤(2)开松纤维、31.5重量份步骤(1)橡胶粉体与630重量份水泥、1200重量份河沙、1.35重量份减水剂、280重量份水混合均匀，得到鞋服废弃物杂化增强水泥砂浆。
实施例6：
将3.15重量份步骤(2)开松纤维、47.25重量份步骤(1)橡胶粉体与630重量份水泥、1200重量份河沙、1.35重量份减水剂、280重量份水混合均匀，得到鞋服废弃物杂化增强水泥砂浆。
实施例7：
将3.15重量份步骤(2)开松纤维、63重量份步骤(1)橡胶粉体与630重量份水泥、1200重量份河沙、1.35重量份减水剂、280重量份水混合均匀，得到鞋服废弃物杂化增强水泥砂浆。
将碾磨前后的废弃鞋底橡胶材料进行凝胶化测试，其凝胶含量分别为73.28％(碾磨前)，67.23％(碾磨后)。证实了橡胶的力化学解交联。
将实施例1-7按照国标GB/T 17671-1999进行抗压及抗折测试，其结果如图5所示。单独添加开松纤维的实施例2或单独添加橡胶粉体的实施例3相比于实施例1，其抗压、抗折强度均有较大提升。同时添加开松纤维和橡胶粉体的实施例4-6，其抗压、抗折强度进一步提升。而实施例6、7则因为橡胶粉体添加量过多，导致抗压、抗折强度下降。
优选的，根据测试结果，实施例5(3.15中两份开松纤维、31.5重量份橡胶粉体)具有最好的抗压、抗折强度，其数值分别提升了63％、49％。
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种鞋服废弃物杂化增强增韧水泥砂浆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将包含EVA发泡中底与聚氨酯弹性体大底的废弃鞋底材料加入到固相剪切碾磨装备中，碾磨成形态大小均匀的橡胶粉体，放入60℃的烘箱中烘干后备用；
(2)将废弃涤棉纤维用纤维开松机把纤维团进行开松、蓬松处理，放入60℃的烘箱中烘干后备用；
(3)将步骤(1)、(2)中的橡胶粉体10-100重量份、废弃开松涤棉纤维1-10重量份，与500-800重量份水泥、1000-1500重量份河沙、0.5-2重量份减水剂、200-300重量份水混合均匀，得到鞋服废弃物杂化增强水泥砂浆。
2.根据权利要求1所述的一种鞋服废弃物杂化增强增韧水泥砂浆材料的制备方法，其特征在于，所述废弃鞋底材料经过碾磨后橡胶粉体粒径为300-600μm。
3.根据权利要求1所述的一种鞋服废弃物杂化增强增韧水泥砂浆材料的制备方法，其特征在于，所述废弃开松涤棉纤维直径为10-30μm。
4.根据权利要求1所述的一种鞋服废弃物杂化增强增韧水泥砂浆材料的制备方法，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥；所述减水剂为聚羧酸类减水剂。
5.一种鞋服废弃物杂化增强增韧水泥砂浆材料，其特征在于，根据权利要求1所述的制备方法所得。
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