粉煤灰增强的高分子复合材料联锁型地砖及其制备方法

摘要

粉煤灰增强的高分子复合材料联锁型地砖及其制备方法，涉及一种建筑材料。其原料组成为聚丙烯与聚乙烯共混物、粉煤灰和辅助材料，所述辅助材料包括填料、加工助剂、偶联剂、增塑剂和阻燃剂；按质量份数为：聚丙烯与聚乙烯共混物100，粉煤灰40～50，填料30～50，加工助剂＜5，偶联剂＜5、增塑剂＜5，阻燃剂＜10。地砖采用W字型或Z字型设计。将粉煤灰加入混合机，将偶联剂喷洒在粉煤灰上，加入聚丙烯与聚乙烯共混物粉料和其它辅助材料得混合料；将混合料送入注射机熔融得熔融混合料；将模具进行预热、闭模，然后对熔融混合料施压，使混合料充满磨具型腔，等待制品冷却后开模取出制品；对取出的制品进行修边与修整。

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑材料，尤其是涉及一种通过粉煤灰增强聚丙烯/聚乙烯的高分子-无机复合材料地砖及其制备方法。

背景技术

目前，大部分室外铺地砖都采用混凝土地砖，虽然其应用广、使用方便，但是存在质量重、耐冲击性能不佳、承受较大压力时易翘曲或破损等不足之处，且其废弃后回收再利用性差，其最大的问题在于无法降解再生利用，从而造成环境的破坏与资源的浪费。

由于高分子复合材料地砖具有以下特点：

①质轻，运输铺装方便；

②使用寿命长，易清洁保养，能承受载重车辆和较大变形；

③防滑安全，高分子复合材料地砖在砖面花纹、材质配比上可自由设计，表面具有一定粗糙度，摩擦系数可达防滑标准，脚感舒适；

④高分子复合材料铺地砖破损后可重新回收利用，有利于环保和资源的可持续发展；

⑤高分子复合材料地砖采用个性化设计，造型可分为普通型砖和异型砖，形状多样，可组合成各种图案，而日益受到人们的关注，已逐渐成为一种广泛使用的新型路面材料。

近年来，虽然塑料地砖得到了长足的发展，但是大部分只适合室内装潢用，且力学性能不足、强度不高、价格偏贵等，无法应用于室外。这是由于单纯的树脂基复合材料耐高温性能差，摩擦因数不稳定，热衰退现象严重，耐磨性差，在一定程度上限制了它的应用范围。通过向树脂基复合材料中添加不同的填料，可明显改善其摩擦学性能及工程特性，可使其应用于室外铺地砖领域。工业废渣粉煤灰具有作为摩擦材料组分的潜质，是一种比较好的填粉，煤灰主要化学成分为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等，具有稳定性好、价廉、隔音、耐磨等优点。粉煤灰与高分子材料的填充剂硅藻土和铝矾土具有相似的性质，可用作高分子材料的填充剂。

粉煤灰填充聚烯烃复合材料的优点在于：

1)粉煤灰的主要成分是二氧化硅(SiO₂)形成的玻璃微球，加工时易分散到树脂中且分布均匀，可以避免不规则形状或者尖角所造成的应力集中。同时还使其在加工应力场中发生“滚珠效应”而表现出填充高分子复合材料的加工流动性远高于碳酸钙、滑石粉填充高分子复合材料；

2)粉煤灰中含有约24％左右的玻璃微珠，聚烯烃经粉煤灰增强后吸油率低，粘度下降，有利于树脂对其他填料、助剂的包覆；

3)粉煤灰可降低聚烯烃复合材料的热膨胀系数降低和收缩率，能提高制品的尺寸稳定性，并且能有效提高制品的耐摩擦性能。

4)粉煤灰是电厂的废弃物，成本较低，做为高分子材料的增强剂使用，能减少环境污染，也实现了粉煤灰的资源化利用，符合循环经济的发展模式。

鉴于高分子-无机复合材料地砖的应用前景广阔，许多研究者对利用聚烯烃树脂制备高分子复合材料地砖和粉煤灰作为增强材料进行了研究。

刘彤(刘彤，改性粉煤灰填充聚乙烯的研究[J].贵州工业大学学报(自然科学版)，2008，37

(2))讨论了改性粉煤灰填充聚乙烯后复合材料的力学性质，介绍了不同偶联剂的影响和粉煤灰的最佳添加量。

马进(马进，超细粉煤灰填充聚丙烯的研究开发[J].中国高分子复合材料，2001，15(7))探讨了粉煤灰对聚丙烯的改性。

王占红和侯贵华(王占红和侯贵华，粉煤灰增强树脂基复合材料力学性能和摩擦学性能的研究[J].润滑与密封，2009，34(4))探讨了采用热压成型的方法制备了掺粉煤灰的树脂基复合材料，并对该复合材料的力学性能、断面显微结构及摩擦学性能进行研究。

顾德超(中国专利，CN1546558A，高分子环保型防滑地砖工艺及配方)提供了一种利用工业聚烯烃生产高分子复合材料地砖的方法。上述研究报道未涉及利用粉煤灰增强聚丙烯/聚乙烯复合材料制备高分子复合材料联锁型地砖。

发明内容

本发明的目的在于提供一种粉煤灰增强的高分子复合材料联锁型地砖及其制备方法。

本发明所述粉煤灰增强的高分子复合材料联锁型地砖的原料组成为：聚丙烯与聚乙烯共混物、粉煤灰和辅助材料，所述辅助材料包括填料、加工助剂、偶联剂、增塑剂和阻燃剂；按质量份数为：聚丙烯与聚乙烯共混物100，粉煤灰40～50，填料30～50，加工助剂＜5，偶联剂＜5、增塑剂＜5，阻燃剂＜10。

所述聚丙烯与聚乙烯共混物的比例最好为聚丙烯∶聚乙烯＝(4～5)∶(1～1.2)。

所述粉煤灰最好为细煤灰，所述细煤灰的细度最好为200～300目。

所述填料最好为碳酸钙、白炭黑、石英砂、滑石粉等中的至少一种，所述碳酸钙最好采用纳米级轻质碳酸钙。

所述加工助剂最好为PE蜡、硅油等中的至少一种。

所述偶联剂最好为硅烷偶联剂KH-590、焦磷酸型单烷氧基类钛酸酯TM-38S等中的至少一种。

所述增塑剂最好为邻苯二甲酸二辛脂(DOP)。

所述阻燃剂最好为无机氢氧化铝、氢氧化镁等中的至少一种。

所述辅助材料还可包括耐紫外光老化剂、颜料，所述耐紫外光老化剂最好为2～羟基～4～正辛氧基二苯甲酮(UV～531)等，耐紫外光老化剂的加入量最好按质量比不超过聚丙烯与聚乙烯共混物的5％；所述颜料最好为钛黄(NiO·Sb₂O₃·20TiO₂)、铁丹(Fe₂O₃)、群青(Na₃A1Si₆O₂₄S₃)或钴蓝(CoOAl₂O₃)等，颜料可根据需求自行选择。

所述辅助材料可根据路面状况要求加入乙丙橡胶、EDPM、POE等中的至少一种，以便增加地砖的韧性，其含量按质量百分比为辅助材料的4％～8％为宜。

所述粉煤灰增强的高分子复合材料联锁型地砖可采用W字型(阶梯型)或Z字型设计，能使砖块间得到更紧密的啮合；为使资源得到合理利用，并达到相应的性能要求及防止制品成型时出现翘曲等变形，将所述粉煤灰增强的高分子复合材料联锁型地砖设计为中空制品，并在底下设置加强筋，以增强砖块强度。

地砖拼接时通过W字型(阶梯型)或Z字型的啮合，无需粘结剂，可自由组装成各种图形。

本发明所述粉煤灰增强的高分子复合材料联锁型地砖的制备方法包括以下步骤：

1)将粉煤灰加入混合机，将偶联剂喷洒在粉煤灰上，加入聚丙烯与聚乙烯共混物粉料和其它辅助材料，得混合料；

2)将混合料送入注射机，使混合料熔融，得熔融混合料；

3)将模具进行预热、闭模，然后对熔融混合料施压，使混合料充满磨具型腔，等待制品冷却后开模取出制品；

4)对取出的制品进行修边与修整。

所述使混合料熔融的温度最好为200～210℃。

本发明具有以下显著优点：高分子基复合地砖质量轻、强度高、耐磨损、防滑防腐、抗冲击性能好。本发明另一优越性在于该复合地砖采用联锁啮合型设计，不用粘结可自由组装成各种图形，亦可自由拆卸，铺设方式简易灵活。

附图说明

图1为本发明所述粉煤灰增强的高分子复合材料联锁型地砖的立体结构示意图之一。

图2为本发明所述粉煤灰增强的高分子复合材料联锁型地砖的立体结构示意图之二。

图3为本发明所述粉煤灰增强的高分子复合材料联锁型地砖的上表面结构示意图。

图4为本发明所述粉煤灰增强的高分子复合材料联锁型地砖的底面结构示意图。

图5为本发明所述粉煤灰增强的高分子复合材料联锁型地砖的使用状态图之一。

图6为本发明所述粉煤灰增强的高分子复合材料联锁型地砖的使用状态图之二。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种粉煤灰填充增强的高分子基联锁型耐磨地砖及配方，其成型工艺如下(参见表1)：

①将4kg粉煤灰加入高速混合机，然后加入经过分散剂稀释的偶联剂KH-590400g均匀喷洒在粉煤灰上，高速混合3～5min；然后加入PP 8kg、PE 2kg，石英砂2kg、炭黑1kg、PE蜡400g、DOP 500g、氢氧化铝1kg，继续高速混合3～5min出料，后通过加料装置送入螺杆式注射机料筒；

②将料筒温度控制在200～210℃，使物料熔融，此时熔体流动性较好，喷嘴温度要比料筒温度低些，低10～30℃，以防止流涎；

③对模具进行预热，预热温度为70～90℃，然后闭模，对熔融物料施加高压，注射压力控制在70～120MPa，使物料充满磨具型腔，保压一段时间；

④等待制品冷却，开模取出制品；

⑤对取出的制品进行修边与修整。

制成的地砖成品轻质高强，抗冲击性能好，耐磨防滑且利于环保。

图1和2给出本发明所述粉煤灰增强的高分子复合材料联锁型地砖的立体结构示意图。

图3和4分别给出本发明所述粉煤灰增强的高分子复合材料联锁型地砖上表面和底面的结构示意图。

图5和6分别给出本发明所述粉煤灰增强的高分子复合材料联锁型地砖的使用状态图。

实施例2～6

其成型工艺与实施例1类似，其区别在于原料配方不同(按质量比)，详见表1。

聚丙烯与聚乙烯共混物100，粉煤灰40～50，填料30～50，加工助剂＜5，偶联剂、增塑剂＜5，阻燃剂＜10，耐紫外光老化剂＜5

所述聚丙烯与聚乙烯共混物的比例最好为聚丙烯∶聚乙烯＝(4～5)∶(1～1.2)。

表1

  实施例  1  2  3  4  5  6  聚丙烯  80  80  80  85  83.3  80.6  聚乙烯  20  20  20  15  16.7  19.4  粉煤灰  40  50  30  45  50  30  碳酸钙  20  10  10  石英砂  20  20  20  15  10  30  炭黑  10  10  10  10  10  20  PE蜡  4  4  4  4  4  4  DOP  5  5  5  5  5  5  KH-590  4  4  4  4  4  4

  实施例  1  2  3  4  5  6  氢氧化铝  10  10  10  5  10  5  氢氧化镁  5  5  UV～531  5  5  5  5  5  5