CN1994955A - 一种耐候性透水材料及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐候性透水材料，包含有骨料、粘结剂；所述的骨料为天然石英砂、粉煤灰、冶炼废渣、人造石英砂之一或其任意组合，且其粒径为：0.07毫米～1.6毫米；所述的粘结剂为耐候性好的环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂之一或其任意组合；通过选用耐候性好的粘结剂，并加入光稳定剂、抗氧化剂有效提高了耐候性；通过选用透水性好的亲水性可反应树脂，并在骨料中添加亲水性无机材料，有效提高了材料的透水性，所述的耐候性透水材料的用途为：可将上述原料混合制成用于路面铺设或雨水收集、水过滤的透水预制件，也可直接铺设于路面形成透水路面，促进雨水资源的充分利用，改善城市水循环。
Description
技术领域
本发明涉及一种透水材料，特别是在建材、雨水收集、水过滤净化等领域应用的耐候性好透水效果好的透水材料。
背景技术
目前，全球能源、水资源匮乏，同时沙化面积扩大和风沙的频繁发生，使人类生存的环境日趋恶劣。目前城市居民居住的地方主要被用花岗岩、大理石、釉面砖、水泥和柏油等不透水的材质铺设的城市广场、商业街、人行道、社区活动地、停车场等的地面包围着，硬化地面对城市环境的危害非常大。下雨时，硬化地面完全阻止了雨水直接渗透入地，满地积水使人们的出行变得很不方便；宝贵的水资源最后随着排水管道流走，加重了城市排水设施的负担；雨水的大量流失导致地下水位难以回升，直接影响到城市植被的健康，使得城市中的地表植物难以正常生长，加重市政绿化负担；雨水的大量流失进一步加重城市的干旱、缺水问题，形成生态学上的“人造沙漠”。
而不下雨时，硬化地面又极为干燥，容易堆积尘土，造成尘土到处飞扬的局面；地面与空气进行热量、水分的交换比较困难，调节城市地表温度、湿度的能力也跟着变低，地面还会大量反射、保留和释放太阳的辐射热，极大地增加了城市的热岛效应，使城市的环境舒适度大大减少。进入21世纪人们对所生活的环境更加关注，但是人类所面临的生态环境日渐恶化已是不争的事实，开发新型的环保建筑材料，改善和美化人类生存环境势在必行。
目前市场上建材领域的一些透水砖、透水路面等的透水性材料主要原料采用陶瓷或混凝土，要采用大量的矿土资源和水泥，原料的开采造成对环境的破坏；陶瓷型透水砖生产工艺复杂，而且陶瓷基砖在成型烧结时需要耗费大量的能源，成本高，生产效率低，环保投入大，一次性投资规模大；混凝土砖也使用大量水泥，也会消耗大量的资源；也有一些透水砖的材料为天然石子和废旧的塑料为原料，其缺点是耐候性差使用寿命短；
以上所述的透水砖或透水路面都是通过增大砖体空隙提高透水率，空隙率在20％以上，由于不能解决粉尘堵塞空隙问题，因此不能持续保持高透水性能；而且由于空隙较大，其用于水过滤效果也较差。
关于透水性材料领域及待开发出环保型、能源节约型、耐候性好、透水率高的产品。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中透水材料的上述不足，提供一种环保的、节约能源的、耐候性好、透水率高的透水材料。
为了实现本发明的目的，本发明通过如下技术方案实现：
一种耐候性透水材料，包含有骨料、粘结剂；其中：
所述的骨料为天然石英砂、粉煤灰、冶炼废渣、人造石英砂之一或其任意组合，且其粒径为：0.07毫米～1.6毫米；
所述的粘结剂为耐候性好的环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂之一或其任意组合；且所用树脂占骨料的质量比为：1～20％；
其中耐候性好的环氧树脂中还添加有脂肪族多胺或脂环族多胺类固化剂，其用量占环氧树脂的质量比为：5～60％；
其中耐候性好聚氨酯树脂中还添加有聚氨脂固化反应催化剂。
为了增加该透水材料的透水性，所述的粘合剂中添加有亲水性可反应树脂；其中该亲水性可反应树脂占树脂的：1～60％；所述亲水性环氧树脂是通过化学反应在环氧树脂分子中引入亲水基团，并引入环氧基或羟基，使其成为具有一定自乳化性能的可反应树脂。
为了粘合剂的耐候性优良，其中耐候性好的环氧树脂中添加有脂肪族多胺或脂环族多胺类固化剂，其用量占环氧树脂的质量比为：10～60％；
所述的耐候性好的环氧树脂为脂环族型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、有机硅改性双酚A型环氧树脂、饱和缩水甘油酯型环氧树脂、杂环型和混合型环氧树脂中的一种或几种。
所述的聚氨脂固化反应催化剂为有机锡类、铅类催化剂之一或其组合；所述的有机锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、异辛酸亚锡；所述的铅类催化剂为环烷酸铅或异辛酸铅。
所述的耐候性好的聚氨酯树脂为耐候性好的脂肪族多元醇和多异氰酸酯混合物。所述的多异氰酸酯为1，6-己二异氰酸酯HDI、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI、苯二亚甲基二异氰酸酯XDI、甲基环己基二异氰酸酯HTDI、二环己基甲烷二异氰酸酯HMDI、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯TMXDI、HDI缩二脲、HDI三聚体、IPDI三聚体、TDI-HDI混合三聚体或预聚体中的一种或几种；所述的脂肪族多元醇为聚酯多元醇、四氢呋喃为基的聚醚多元醇、含羟基的丙烯酸树脂或有机硅树脂中的一种或几种。
为了提高渗水材料的透水性，所述的骨料中添加有亲水性无机材料，其用量占骨料的质量比为：1～20％。所述的亲水性无机材料为硅藻土、膨润土、珍珠岩中的一种或几种。
所述的聚氨酯树酯中还可添加有氨酯级溶剂；该氨酯级溶剂最好为醋酸乙酯、甲乙酮、丙酮、甲苯、二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的一种或几种。所述的聚氨酯树酯还可添加扩链剂与交联剂，该扩链剂与交联剂最好为醇类和胺类，所述的醇类和胺类为1，4-丁二醇，1，6-己二醇、三羟甲基丙烷、3，3′-二氯-4，4′-二氨基-二苯基甲烷MOCA中的一种或几种。
所述的耐候性透水材料还添加有偶联剂，其用量占树脂的质量比为：0-10％，所述偶联剂用量占树脂的质量比为：0.5-5％时效果最佳，所述的偶联剂最好为含硅、钛、磷等元素的偶联剂。
导致高分子材料老化的诸因素中，太阳光中的紫外线是极其重要的一个。光稳定剂是用于提高高分子材料的光稳定性助剂，它能屏蔽紫外线、或吸收紫外线并把它转化为无害的热能，或淬灭被紫外线激发的分子或基团的激发态，使其回复到基态，或者捕获因光氧化产生的自由基，避免光氧化反应进行下去，从而使高分子材料免遭紫外线的破坏，为了增加耐候性，所述的耐候性透水材料还添加光稳定剂，所述的光稳定剂的用量占树脂的质量比为0.1-5％，所述的光稳定剂为二苯甲酮类、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中的任一种或几种；具体来说，适合上述粘结剂的光稳定剂有二苯甲酮(UV-207、UV-9、UV-531、UV-A、MA、D49和光稳定剂-50等)、水杨酸酯(光稳定剂TBS、光稳定剂BAD等)、苯并三唑(UV-P、UV-320、UV-326、UV-327、UV-328和UV-5411等)、受阻胺(光稳定剂744、光稳定剂144、受阻胺770、光稳定剂292等)、光稳定剂HPT和光稳定剂EPU等。
高分子材料在贮存、加工和使用过程中，在自身因素和环境因素的作用下会受到氧化，从而引起高分子材料及其制品性能的下降或损失，为了增强该透水材料的抗氧化性，进而增强其耐候性，所述的耐候性透水材料添加有抗氧剂，所述的抗氧剂的用量占树脂的质量比为0.1-4％时效果较佳，所述的抗氧剂为抗氧剂1222、AT-76、抗氧剂2246-S、AT-59、抗氧剂1035、抗氧剂1098、抗氧剂3125、TPP、TNPP、AT-168、抗氧剂245、GA-80、抗氧剂858、抗氧剂1010中的一种或几种。
为了提高阻燃性，可添加阻燃环氧树脂(如：含溴环氧树脂、含氯环氧树脂和含磷及氮环氧树脂)和阻燃剂。
所述的石英砂可根据需要染成各种颜色。
所述的耐候性透水材料的用途为：可将上述原料混合制成用于路面铺设或雨水收集、水过滤的透水预制件，如透水砖、透水仿真草坪、透水树池、透水板等；也可直接铺设于路面形成透水路面。
本发明由于采用上述方案具有如下的有益效果：
(1)环保、节能型透水材料：无毒、无味、无污染、可再生循环利用；直接采用沙漠中的沙子为原料，变废为利，开辟科学治沙新途径——逐步“吃”掉沙漠。
(2)耐候性好：选用耐候性好的粘结剂，添加抗氧化剂、光稳定剂；提高了抗氧化性和防紫外线的能力，大大提高了该透水材料的耐候性。
(3)透水性好：通过选用透水性好的亲水性树脂，并在骨料中添加亲水性无机材料，有效提高了材料的透水性。
(4)应用领域广泛：制成透水建材，可大面积应用在园林、街道、房屋建筑；美观耐用，优化城市环境，既可以保温隔热，节省能源；还可以用于雨水收集系统，收集、过滤、净化雨水，促进雨水资源的充分利用，且吸尘固沙，改善空气质量；用于路面铺设的透水材料，改善城市水循环，补充地下水资源；可铺设透水、渗水路而，自然降水和人工降水均可迅速渗入地表，使降水资源得到充分利用，有效补充城市地下水资源，改善水循环。
具体实施方式
为了进一步验证本发明的有效效果，发明人进行了多次实验，现列举如下较佳的的实施例来说明本发明的有益效果；
实例1：
取染成青色的0.4～0.2mm目石英砂100g，氢化双酚A型环氧树脂4.6g，脂肪族多胺固化剂1.4g，偶联剂为环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷560 0.12g，光稳定剂UV-320：0.012g和抗氧剂1010：0.006g；混合后通过模具成型制成透水砖，测试其性能指标与普通透水砖的对比情况：
| 序号 | 项目 | 标准指标(JC/T945-2005) | 生泰砂基透水砖(本发明) | |
| 1 | 抗压强度 | 等级Cc35 | 平均值≥35.0MPa | 49.5MPa |
| 单块值≥30.0MPa | 46.5MPa | |||
| 2 | 抗折破坏荷载 | 边长/厚度≥5≥6000N | 10627N | |
| 3 | 耐磨性 | 磨坑长度≤35mm | 28.5mm | |
| 4 | 保水性 | ≥0.6g/cm2 | 0.68g/cm2 | |
| 5 | 透水系数(水温15℃) | ≥1.0×10-2cm/s | 6.8×10-2cm/s | |
实例2：
取染成绿色的0.07～0.2mm目石英砂10Kg，粘合剂为含羟基的丙烯酸树脂600g和75％的HDI缩二脲200g，硅烷偶联剂550：3g，光稳定剂UV-326 0.6g和抗氧剂1010 0.9g，固化反应催化剂0.5％的环烷酸铅溶液0.5g、二月桂酸二丁基锡0.9g；混合后通过模具成型制成透水砖，测其抗压强度达38MPa。
| 序号 | 项目 | 标准指标(JC/T945-2005) | 生泰砂基透水砖(本发明) | |
| 1 | 抗压强度 | 等级Cc35 | 平均值≥35.0MPa | 38.5MPa |
| 单块值≥30.0MPa | 36.5MPa | |||
| 2 | 抗折破坏荷载 | 边长/厚度≥5≥6000N | 11250N | |
| 3 | 耐磨性 | 磨坑长度≤35mm | 26.5mm | |
| 4 | 保水性 | ≥0.6g/cm2 | 0.70g/cm2 | |
| 5 | 透水系数(水温15℃) | ≥1.0×10-2cm/s | 6.6×10-2cm/s | |
实例3：
取染成黑色的0.2～0.4mm石英砂10Kg，粘合剂为70％的650聚酯溶液600g和75％的HDI的缩二脲溶液560g，加入硅烷偶联剂550：5g，光稳定剂UV-327：0.6g；抗氧剂1222：0.9g，环烷酸锌1.8g；扩链剂与交联剂为三羟甲基丙烷20g；取甲乙酮15g作为氨酯级溶剂；混合后制成的样块，测其抗压强度达40.3MPa。
| 序号 | 项目 | 标准指标(JC/T945-2005) | 生泰砂基透水砖(本发明) | |
| 1 | 抗压强度 | 等级Cc35 | 平均值≥35.0MPa | 40.5MPa |
| 单块值≥30.0MPa | 38.5MPa | |||
| 2 | 抗折破坏荷载 | 边长/厚度≥5≥6000N | 12370N | |
| 3 | 耐磨性 | 磨坑长度≤35mm | 25.5mm | |
| 4 | 保水性 | ≥0.6g/cm2 | 0.69g/cm2 | |
| 5 | 透水系数(水温15℃) | ≥1.0×10-2cm/s | 6.7×10-2cm/s | |
实例4：
取染成红色的1.2～1.6mm石英砂10Kg，硅藻土100g；粘合剂为氢化双酚A型环氧树脂1.8Kg和引入亲水基团的氢化双酚A型环氧树脂0.18Kg；脂肪族多胺固化剂189g，光稳定剂EPU：1.98g，抗氧剂1035：1.98g；选一块1平方米的路面，在路面上铺设20厘米的石子基层并夯实，将上述选用的透水材料充分混合后铺设在石子路基上压实找平形成15厘米厚的透水层，5天后测得：
| 序号 | 项目 | 标准指标(JC/T945-2005) | 生泰砂基透水砖(本发明) | |
| 1 | 抗压强度 | 等级Cc35 | 平均值≥35.0MPa | 58.5MPa |
| 2 | 耐磨性 | 磨坑长度≤35mm | 25.5mm | |
| 3 | 保水性 | ≥0.6g/cm2 | 1.80g/cm2 | |
| 5 | 透水系数(水温15℃) | ≥1.0×10-2cm/s | 7.1×10-2cm/s | |
实例5：取0.07～0.4mm石英砂10Kg，珍珠岩粉2Kg；粘合剂为耐候性好丙烯酸树脂1.2Kg；光稳定剂HPT：6g，抗氧剂1035：6g；含硅的偶联剂12g；将上述原料充分混合，制成20厘米厚的雨水过滤层；雨水过滤后得到的水中无固体杂质、清澈，可以用于洗车。
| 序号 | 项目 | 标准指标(JC/T945-2005) | 生泰砂基透水砖(本发明) | |
| 1 | 抗压强度 | 等级Cc35 | 平均值≥35.0MPa | 45.5MPa |
| 2 | 耐磨性 | 磨坑长度≤35mm | 25.5mm | |
| 3 | 保水性 | ≥0.6g/cm2 | 0.80g/cm2 | |
| 4 | 透水系数(水温15℃) | ≥1.0×10-2cm/s | 7.2×10-2cm/s | |
根据以上实施例可知：通过应用本发明所述的透水性材料的应用，显著提高了透水产品的透水性和耐候性。
Claims (30)
1、一种耐候性透水材料，包含有骨料和粘结剂；其特征在于：
1)所述的骨料为天然石英砂、粉煤灰、冶炼废渣、人造石英砂之一或其任意组合，且其颗粒粒径为：0.07毫米～1.6毫米；
2)所述的粘结剂为耐候性好的环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂之一或其任意组合，且所用树脂与骨料的质量比为：1～20％；
其中耐候性好的环氧树脂中还添加有脂肪族多胺或脂环族多胺类固化剂，其用量占环氧树脂的质量比为：5～60％；
其中耐候性好聚氨酯树脂中还添加有聚氨脂固化反应催化剂。
2、如权利要求1所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的粘合剂中添加有亲水性可反应树脂；其中该亲水性可反应树脂占树脂的：1～60％。
3、如权利要求1所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述亲水性环氧树脂是通过化学反应在环氧树脂分子中引入亲水基团，并引入环氧基或羟基，使其成为具有一定自乳化性能的可反应树脂。
4、如权利要求1所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的耐候性好的环氧树脂为脂环族型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、有机硅改性双酚A型环氧树脂、饱和缩水甘油酯型环氧树脂、杂环型和混合型环氧树脂中的一种或其任意组合。
5、如权利要求1所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的耐候性好的聚氨酯树脂为耐候性好的脂肪族多元醇和多异氰酸酯混合物。
6、如权利要求5所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的多异氰酸酯为1，6-己二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)、甲基环己基二异氰酸酯(HTDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯(TMXDI)、HDI缩二脲、HDI三聚体、IPDI三聚体、TDI-HDI混合三聚体或预聚体中的一种或几种；所述的脂肪族多元醇为聚酯多元醇、四氢呋喃为基的聚醚多元醇、含羟基的丙烯酸树脂或有机硅树脂中的一种或几种。
7、如权利要求1或5或6所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的聚氨脂固化反应催化剂为有机锡类、铅类催化剂之一或其任意组合。
8、如权利要求7所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的有机锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、异辛酸亚锡；所述的铅类催化剂为环烷酸铅或异辛酸铅。
9、如权利要求1或8所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的聚氨酯树酯中还添加有氨酯级溶剂。
10、如权利要求9所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的氨酯级溶剂为醋酸乙酯、甲乙酮、丙酮、甲苯、二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的一种或几种。
11、如权利要求1所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的聚氨酯树酯还添加扩链剂与交联剂。
12、如权利要求11所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的扩链剂与交联剂为醇类和胺类。
13、如权利要求12所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的醇类和胺类为1，4-丁二醇，1，6-己二醇、三羟甲基丙烷、3，3′-二氯-4，4′-二氨基-二苯基甲烷(MOCA)中的一种或几种。
14、如权利要求1所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的骨料中添加有亲水性无机材料，其用量占骨料的质量比为：1～20％。
15、如权利要求14所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的亲水性无机材料为硅藻土、膨润土、珍珠岩中的一种或几种。
16、如权利要求1或14或15所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的耐候性透水材料还添加有偶联剂，其用量占树脂的质量比为：0-10％。
17、如权利要求16所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述偶联剂用量最好占树脂的质量比为：0.5-5％。
18、如权利要求16或17所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的偶联剂为含硅、钛、磷等元素的偶联剂。
19、如权利要求1所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的耐候性透水材料还添加光稳定剂。
20、如权利要求19所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的光稳定剂的用量占树脂的质量比为0.1-5％。
21、如权利要求19所述的耐候性透水材料，其特征在于所述的光稳定剂为二苯甲酮类、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中的任一种或其任意组合。
22、如权利要求19或20或21所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的骨料中添加有亲水性无机材料，其用量占骨料的质量比为：1～20％。
23、如权利要求22所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的耐候性透水材料添加有抗氧剂。
24、如权利要求1或14或15或19所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的耐候性透水材料添加有抗氧剂。
25、如权利要求24所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的抗氧剂的用量占树脂质量的0.1-4％。
26、如权利要求24所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的抗氧剂为抗氧剂1222、AT-76、抗氧剂2246-S、AT-59、抗氧剂1035、抗氧剂1098、抗氧剂3125、TPP、TNPP、AT-168、抗氧剂245、GA-80、抗氧剂858、抗氧剂1010中的一种或几种。
27、如权利要求1所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的耐候性透水材料添加有阻燃环氧树脂或阻燃剂。
28、如权利要求1或19或23所述的耐候性透水材料，其特征在于：所述的石英砂可染成各种颜色。
29、如权利要求1所述的耐候性透水材料的用途为：1)可制成用于路面铺设或雨水收集或水过滤的透水预制件；2)可直接铺设于路面形成透水路面。
30、如权利要求29所述的耐候性透水材料的用途，其特征在于：所述的透水预制件为透水砖或透水板或透水树池。
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