一种高承载道口板及其制备方法

摘要

本申请涉及道口板的领域，具体公开了一种高承载道口板及其制备方法。高承载道口板包括如下原料：聚氨酯、废纸浆、马来酸酐、硫化剂、氧化锌、硬脂酸；其制备方法为：将各原料经过混炼制得混炼胶，再将混炼胶注入模具中，冷却制得道口板。本申请采用聚氨酯、废纸浆和马来酸酐，以聚氨酯作为道口板的基料，使得道口板具有一定的强度且载重时不易发生碎裂，废纸浆内含有大量纸纤维，混合后可对聚氨酯进行增强，纸纤维中含有大量羟基，马来酸酐可与纸纤维发生反应提高聚氨酯和废纸浆的相容性，减少了道口板受力时内部的应力集中，综合提高了道口板的承载性能，同时实现了对废纸的二次利用，减少了废纸的丢弃，具有环保效果。

说明书

技术领域

本申请涉及道口板的领域，更具体地说，它涉及一种高承载道口板及其制备方法。

背景技术

铁路道口为铁路与公路交汇处，为了方便行人和公路上的车辆通过，铁路道口处的钢轨之间一般铺设有铁路道口板。

铁路道口板的材质一般为混凝土制、木制或石制材料，但在实际使用过程中，混凝土制道口板和石质道口板的强度大、硬度高，载重后易发生破裂，承重载能力低，木制道口板易被腐蚀，强度低，难以承受公路、铁路的荷载。

在长时间的使用过程中，上述道口板的缺点日渐凸显，且由于其在承重载能力上的不足，难以满足铁路道口板的使用需求，有待改进。

发明内容

为了改善铁路道口板承载能力不足的问题，本申请提供一种高承载道口板及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种高承载道口板，采用如下的技术方案：

一种高承载道口板，包括如下重量份数的原料：

80-90份聚氨酯；

15-20份废纸浆；

2-4份马来酸酐；

2-5份硫化剂；

2-3份氧化锌；

0.5-0.8份硬脂酸；

所述废纸浆的制备方法为：将15-20份废纸进行碎纸处理，制得长度为2-3mm，宽度为2-3mm的碎屑，再加入100-150份氢氧化钠溶液搅拌15-20min，过滤，滤渣加入助剂搅拌均匀制得废纸浆。

通过采用上述技术方案，聚氨酯具有弹性、硬度高且耐磨性佳，以聚氨酯作为道口板的基料，使得道口板具有一定的强度且载重时不易发生碎裂，从而提高了道口板的承载性能。

废纸浆由废纸制得，实现了对废纸的二次利用，降低了生产成本，同时减少了废纸的丢弃，进而减少了后续对废纸的焚烧处理，可减少焚烧产生的气体对大气的污染，具有环保效果。另一方面，废纸浆中含有大量纸纤维，混合后可对聚氨酯进行增强，提高道口板的整体结构强度，从而可进一步提高道口板的承载性能。

纸纤维中含有大量羟基，马来酸酐分子结构中的酸酐基团可与纸纤维中的羟基发生反应，进而可增强聚氨酯和废纸浆之间的相容性，促进废纸浆在聚氨酯内混合均匀，减少了道口板受力时内部的应力集中，使得道口板的承载性能更佳。

通过聚氨酯、废纸浆和马来酸酐的配合使用，综合提高了道口板的承载性能，以满足道口板的实际适应需要。

优选的，按重量份数计，所述助剂包括6-8份双十二烷基甲基叔胺。

通过采用上述技术方案，双十二烷基甲基叔胺的分子结构中含有长碳链，具有表面活性，利用双十二烷基甲基叔胺在碎浆过程中充分与碎纸接触并渗透纸纤维上的孔隙，可抑制纸纤维上的孔隙的关闭，促进纸纤维吸水润张，进而可减少纸纤维断裂，提高了纸纤维之间的结合强度，有利于提高道口板的整体强度，使得道口板的承载性能更佳。

优选的，按重量份数计，所述助剂包括2-4份苯酚和2-4份柠檬醛。

通过采用上述技术方案，废纸浆中含有木质素，在氢氧化钠溶液的存在下，木质素与苯酚和柠檬醛作用得到粘性较大的产物，从而提高了废纸浆的粘结性能，使得废纸浆与其他原料混合后，提高了道口板内部原料之间的连接强度，使得道口板的整体强度更佳，进而提高了道口板的承载性能。

优选的，按重量份数计，所述原料还包括7-10份TKM改性烷基酚醛树脂。

通过采用上述技术方案，TKM改性烷基酚醛树脂是以不同结构的烷基酚与柠檬醛和改性剂缩合而得的一种热塑性树脂，TKM改性烷基酚醛树脂的分子结构中含有酚羟基，酚羟基为强极性结构，混合后可与废纸浆中的纸纤维之间形成氢键，使得TKM改性烷基酚醛树脂和废纸浆之间的分子作用力变大，且TKM改性烷基酚醛树脂分子结构上的烷基存在叔碳原子，使烷基成支化结构，与聚氨酯的相容性较好，从而可进一步促进废纸浆和聚氨酯之间的均匀混合，有利于间接提高道口板的承载性能。

优选的，按重量份数计，所述原料还包括5-8份草酸。

通过采用上述技术方案，高温下，利用溶剂渗透作用，使草酸与纸纤维上的羟基发生酯化反应形成酯键，当废纸浆混合于道口板内，这些酯键构成若干化学交联点，使得纸纤维在道口板内部形成具有化学交联特征的规整的微观网络结构，提高了道口板整体的稳定性和强度，使得道口板不易发生破碎，从而进一步提高了道口板的承载性能。

优选的，按重量份数计，所述原料还包括20-30份双酚A型环氧树脂。

通过采用上述技术方案，双酚A型环氧树脂的熔点较低，与聚氨酯混融后可降低混融物整体的熔点，进而降低道口板的加工温度，减少了废纸浆的碳化，有利于提高废纸浆的增强效果，且双酚A型环氧树脂的强度和粘接性能较好，可提高道口板各原料之间的连接强度，进而可进一步提高道口板整体的强度和承载性能。

第二方面，本申请提供一种高承载道口板的制备方法，采用如下的技术方案：

一种高承载道口板的制备方法，包括以下步骤：将聚氨酯、氧化锌、硬脂酸在120-130℃下混炼15-20min，接着加入硫化剂混炼6-10min，然后加入废纸浆和马来酸酐混炼2-3min，制得混炼胶，将混炼胶注入模具中，冷却制得道口板。

优选的，按重量份数计，所述原料还包括7-10份TKM改性烷基酚醛树脂、5-8份草酸和20-30份双酚A型环氧树脂，所述助剂包括6-8份双十二烷基甲基叔胺、2-4份苯酚和1-2份柠檬醛；

将聚氨酯、TKM改性烷基酚醛树脂、双酚A型环氧树脂、氧化锌、硬脂酸在120-130℃下混炼15-20min，接着加入硫化剂混炼6-10min，然后降温至90-100℃，加入废纸浆和马来酸酐混炼2-3min，再加入草酸混炼1-2h，制得混炼胶，将混炼胶注入模具中，冷却制得道口板。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、由于本申请采用聚氨酯、废纸浆和马来酸酐，以聚氨酯作为道口板的基料，使得道口板具有一定的强度且载重时不易发生碎裂，废纸浆由废纸制得，其内含有大量纸纤维，混合后可对聚氨酯进行增强，纸纤维中含有大量羟基，马来酸酐可与纸纤维发生反应，增强了聚氨酯和废纸浆之间的相容性，减少了道口板受力时内部的应力集中，通过聚氨酯、废纸浆和马来酸酐的配合使用，综合提高了道口板的承载性能，以满足道口板的实际适应需要。

2、本申请中优选采用双十二烷基甲基叔胺，双十二烷基甲基叔胺具有表面活性，利用双十二烷基甲基叔胺在碎浆过程中渗透纸纤维上的孔隙，可促进纸纤维吸水润张，减少纸纤维断裂，提高了纸纤维之间的结合强度，使得道口板的承载性能更佳。

3、本申请中优选采用草酸，高温下，草酸利用溶剂渗透作用与纸纤维上的羟基发生酯化反应形成酯键，使得纸纤维在道口板内部形成具有化学交联特征的规整的微观网络结构，提高了道口板整体的稳定性和强度，从而进一步提高了道口板的承载性能。

4、本申请中优选采用废纸浆，实现了对废纸的二次利用，降低了生产成本，同时减少了废纸的丢弃，进而减少了后续对废纸的焚烧处理，可减少焚烧产生的气体对大气的污染，具有环保效果。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

聚氨酯购于浩正新材料科技(东莞)有限公司，牌号为A85P4441，品名为TPU；废纸来源于办公室打印废弃的A4纸，A4纸的品牌为得力，型号为st0088；马来酸酐购于山东宇硕化工有限公司；硫化剂采用过氧化二异丙苯；氧化锌购于济南智鼎商贸有限公司，型号为ZDSM-氧化锌；氢氧化钠溶液采用2%（v/v）的氢氧化钠溶液；双十二烷基甲基叔胺购于云南力莲生物有限公司，型号为220-838-2；柠檬醛购于济南汇锦川商贸有限公司；TKM改性烷基酚醛树脂购于上海慈太龙实业有限公司；双酚A型环氧树脂购于济南金旭缘新材料有限公司，型号为E-44；酚醛树脂购于济南豪邦化工有限公司，货号为088，型号为2123。

需要指出的是，%（v/v）指的是体积百分比。

以下实施方式中所用原料除特殊说明外均可来源于普通市售。

原料的制备例

制备例1

废纸浆的制备：将15g废纸送入碎纸机进行碎纸处理，制得长度为2mm，宽度为2mm的碎屑，再加入100g氢氧化钠溶液搅拌15min，过滤，滤渣加入助剂搅拌均匀制得废纸浆。

其中，助剂包括6g羟甲基纤维素。

制备例2

废纸浆的制备：将20g废纸进行碎纸处理，制得长度为3mm，宽度为3mm的碎屑，再加入150g氢氧化钠溶液搅拌20min，过滤，滤渣加入助剂搅拌均匀制得废纸浆。

其中，助剂包括6g羟甲基纤维素。

制备例3

废纸浆的制备：将18g废纸进行碎纸处理，制得长度为3mm，宽度为3mm的碎屑，再加入130g氢氧化钠溶液搅拌18min，过滤，滤渣加入助剂搅拌均匀制得废纸浆。

其中，助剂包括6g羟甲基纤维素。

制备例4

废纸浆的制备：将15g废纸送入碎纸机进行碎纸处理，制得长度为2mm，宽度为2mm的碎屑，再加入100g氢氧化钠溶液搅拌15min，过滤，滤渣加入助剂搅拌均匀制得废纸浆。

其中，助剂包括6g双十二烷基甲基叔胺。

制备例5

废纸浆的制备：将15g废纸送入碎纸机进行碎纸处理，制得长度为2mm，宽度为2mm的碎屑，再加入100g氢氧化钠溶液搅拌15min，过滤，滤渣加入助剂搅拌均匀制得废纸浆。

其中，助剂包括2g苯酚和1g柠檬醛。

废纸浆轻触有粘性。

制备例6

废纸浆的制备：将15g废纸送入碎纸机进行碎纸处理，制得长度为2mm，宽度为2mm的碎屑，再加入100g氢氧化钠溶液搅拌15min，过滤，滤渣加入助剂搅拌均匀制得废纸浆。

其中，助剂包括6g双十二烷基甲基叔胺、2g苯酚和1g柠檬醛。

废纸浆轻触有粘性。

制备例7

废纸浆的制备：将20g废纸进行碎纸处理，制得长度为3mm，宽度为3mm的碎屑，再加入150g氢氧化钠溶液搅拌20min，过滤，滤渣加入助剂搅拌均匀制得废纸浆。

其中，助剂包括8g双十二烷基甲基叔胺、4g苯酚和2g柠檬醛。

废纸浆轻触有粘性。

制备例8

废纸浆的制备：将18g废纸进行碎纸处理，制得长度为3mm，宽度为3mm的碎屑，再加入130g氢氧化钠溶液搅拌18min，过滤，滤渣加入助剂搅拌均匀制得废纸浆。

其中，助剂包括7g双十二烷基甲基叔胺、3g苯酚和2g柠檬醛。

废纸浆轻触有粘性。

制备例9

与制备例4的区别在于，将双十二烷基甲基叔胺替换为乙二胺。

制备例10

与制备例5的区别在于，将苯酚替换为苯胺。

实施例

实施例1

本申请公开了一种高承载道口板，包括如下原料：聚氨酯、废纸浆、马来酸酐、硫化剂、氧化锌、硬脂酸，其中，废纸浆由制备例1制得，各组分含量如下表1-1所示。

高承载道口板的制备方法包括以下步骤：

将聚氨酯、氧化锌、硬脂酸在120℃下混炼20min，接着加入硫化剂混炼10min，然后加入废纸浆和马来酸酐混炼3min，制得混炼胶，将混炼胶注入模具中，模具温度为120℃，冷却制得道口板。

实施例2

本申请公开了一种高承载道口板，包括如下原料：聚氨酯、废纸浆、马来酸酐、硫化剂、氧化锌、硬脂酸，其中，废纸浆由制备例2制得，各组分含量如下表1-1所示。

高承载道口板的制备方法包括以下步骤：

将聚氨酯、氧化锌、硬脂酸在130℃下混炼15min，接着加入硫化剂混炼6min，然后加入废纸浆和马来酸酐混炼2min，制得混炼胶，将混炼胶注入模具中，模具温度为120℃，冷却制得道口板。

实施例3

本申请公开了一种高承载道口板，包括如下原料：聚氨酯、废纸浆、马来酸酐、硫化剂、氧化锌、硬脂酸，其中，废纸浆由制备例3制得，各组分含量如下表1-1所示。

高承载道口板的制备方法包括以下步骤：

将聚氨酯、氧化锌、硬脂酸在125℃下混炼18min，接着加入硫化剂混炼8min，然后加入废纸浆和马来酸酐混炼3min，制得混炼胶，将混炼胶注入模具中，模具温度为120℃，冷却制得道口板。

实施例4

与实施例1的区别在于，助剂由制备例4制得，各组分含量如下表1-1所示。

实施例5

与实施例1的区别在于，助剂由制备例5制得，各组分含量如下表1-1所示。

实施例6

与实施例1的区别在于，高承载道口板的原料中加入TKM改性烷基酚醛树脂，各组分含量如下表1-1所示。

高承载道口板的制备方法包括以下步骤：

将聚氨酯、TKM改性烷基酚醛树脂、氧化锌、硬脂酸在120℃下混炼20min，接着加入硫化剂混炼10min，然后加入废纸浆和马来酸酐混炼3min，制得混炼胶，将混炼胶注入模具中，模具温度为120℃，冷却制得道口板。

实施例7

与实施例1的区别在于，高承载道口板的原料中加入草酸，各组分含量如下表1-1所示。

高承载道口板的制备方法包括以下步骤：

将聚氨酯、氧化锌、硬脂酸在120℃下混炼20min，接着加入硫化剂混炼10min，然后加入废纸浆和马来酸酐混炼3min，制得混炼胶，将混炼胶注入模具中，模具温度为120℃，冷却制得道口板。

实施例8

与实施例1的区别在于，高承载道口板的原料中加入双酚A型环氧树脂，各组分含量如下表1-1所示。

高承载道口板的制备方法包括以下步骤：

将聚氨酯、双酚A型环氧树脂、氧化锌、硬脂酸在120℃下混炼20min，接着加入硫化剂混炼10min，然后降温至90℃，加入废纸浆和马来酸酐混炼3min，制得混炼胶，将混炼胶注入模具中，模具温度为120℃，冷却制得道口板。

实施例9

本申请公开了一种高承载道口板，包括如下原料：聚氨酯、废纸浆、马来酸酐、硫化剂、氧化锌、硬脂酸、TKM改性烷基酚醛树脂、草酸、双酚A型环氧树脂，其中，废纸浆由制备例6制得，各组分含量如下表1-1所示。

高承载道口板的制备方法包括以下步骤：

将聚氨酯、TKM改性烷基酚醛树脂、双酚A型环氧树脂、氧化锌、硬脂酸在120℃下混炼20min，接着加入硫化剂混炼10min，然后降温至90℃，加入废纸浆和马来酸酐混炼3min，再加入草酸混炼2h，制得混炼胶，将混炼胶注入模具中，冷却制得道口板。

实施例10

本申请公开了一种高承载道口板，包括如下原料：聚氨酯、废纸浆、马来酸酐、硫化剂、氧化锌、硬脂酸、TKM改性烷基酚醛树脂、草酸、双酚A型环氧树脂，其中，废纸浆由制备例7制得，各组分含量如下表1-1所示。

高承载道口板的制备方法包括以下步骤：

将聚氨酯、TKM改性烷基酚醛树脂、双酚A型环氧树脂、氧化锌、硬脂酸在130℃下混炼15min，接着加入硫化剂混炼6min，然后降温至100℃，加入废纸浆和马来酸酐混炼2min，再加入草酸混炼1h，制得混炼胶，将混炼胶注入模具中，冷却制得道口板。

实施例11

本申请公开了一种高承载道口板，包括如下原料：聚氨酯、废纸浆、马来酸酐、硫化剂、氧化锌、硬脂酸、TKM改性烷基酚醛树脂、草酸、双酚A型环氧树脂，其中，废纸浆由制备例8制得，各组分含量如下表1-2所示。

高承载道口板的制备方法包括以下步骤：

将聚氨酯、TKM改性烷基酚醛树脂、双酚A型环氧树脂、氧化锌、硬脂酸在125℃下混炼18min，接着加入硫化剂混炼8min，然后降温至95℃，加入废纸浆和马来酸酐混炼3min，再加入草酸混炼2h，制得混炼胶，将混炼胶注入模具中，冷却制得道口板。

实施例12

与实施例4的区别在于，助剂由制备例9制得，各组分含量如下表1-2所示。

实施例13

与实施例5的区别在于，助剂由制备例10制得，各组分含量如下表1-2所示。

实施例14

与实施例6的区别在于，将TKM改性烷基酚醛树脂替换为酚醛树脂，各组分含量如下表1-2所示。

实施例15

与实施例7的区别在于，将草酸替换为醋酸，各组分含量如下表1-2所示。

实施例16

与实施例8的区别在于，将双酚A型环氧树脂替换为酚醛树脂，各组分含量如下表1-2所示。

对比例

对比例1

与实施例1的区别在于，以原料中未添加废纸浆和马来酸酐的高承载道口板作为空白对照组。

对比例2

与对比例1的区别在于，高承载道口板的原料中加入废纸浆，各组分含量如下表1-2所示。

对比例3

与对比例1的区别在于，高承载道口板的原料中加入马来酸酐，各组分含量如下表1-2所示。

对比例4

与实施例1的区别在于，将马来酸酐替换为琥珀酸酐，各组分含量如下表1-2所示。

表1-1 组分含量表（单位：g）

表1-2 组分含量表（单位：g）

性能检测试验

承载性能测试（以拉伸强度表征承载性能）：按照标准GB/T 528-2009测试实施例1-16和对比例1-4的拉伸强度，拉伸强度越好，承载性能越好，测试结果如下表2所示。

表2 各实施例和对比例的测试结果表

综上所述，可以得出以下结论：

1.结合实施例1-3和对比例1-2并结合表2可以看出，加入废纸浆能提高道口板的承载性能，其原因可能是：废纸浆中含有大量纸纤维，混合后可对聚氨酯进行增强，提高道口板的整体结构强度，从而可进一步提高道口板的承载性能。

2.结合实施例1和对比例1-4并结合表2可以看出，共同加入废纸浆和马来酸酐能协同提高道口板的承载性能，其原因可能是：纸纤维中含有大量羟基，马来酸酐分子结构中的酸酐基团可与纸纤维中的羟基发生反应，进而可增强聚氨酯和废纸浆之间的相容性，促进废纸浆在聚氨酯内混合均匀，减少了道口板受力时内部的应力集中，使得道口板的承载性能更佳。

3.结合实施例1、4、12并结合表2可以看出，制备废纸浆的助剂中加入双十二烷基甲基叔胺可提高道口板的承载性能，其原因可能是：双十二烷基甲基叔胺具有表面活性，利用双十二烷基甲基叔胺在碎浆过程中渗透纸纤维上的孔隙，可促进纸纤维吸水润张，进而可减少纸纤维断裂，提高了纸纤维之间的结合强度，从而提高了道口板的整体强度，使得道口板的承载性能更佳。

4.结合实施例1、5、13并结合表2可以看出，制备废纸浆的助剂中加入苯酚和柠檬醛能够提高道口板的承载性能，其原因可能是：废纸浆中含有木质素，在氢氧化钠溶液的存在下，木质素与苯酚和柠檬醛作用得到粘性较大的产物，从而提高了废纸浆的粘结性能，混合后提高了道口板内部原料之间的连接强度，使得道口板的整体强度更佳，进而提高了道口板的承载性能。

5.结合实施例1、6、14并结合表2可以看出，原料中加入TKM改性烷基酚醛树脂能够提高道口板的承载性能，其原因可能是：TKM改性烷基酚醛树脂的分子结构中含有酚羟基，酚羟基为强极性结构，混合后可与废纸浆中的纸纤维之间形成氢键，使得TKM改性烷基酚醛树脂和废纸浆之间的分子作用力变大，且TKM改性烷基酚醛树脂与聚氨酯的相容性较好，从而可促进废纸浆和聚氨酯之间的均匀混合，进而间接提高了道口板的承载性能。

6.结合实施例1、7、15并结合表2可以看出，原料中加入草酸能够提高道口板的承载性能，其原因可能是：高温下，草酸利用溶剂渗透作用可与纸纤维上的羟基发生酯化反应形成酯键，这些酯键构成若干化学交联点，使得纸纤维在道口板内部形成具有化学交联特征的规整的微观网络结构，提高了道口板整体的稳定性和强度，从而进一步提高了道口板的承载性能。

7.结合实施例1、8、16并结合表2可以看出，原料中加入双酚A型环氧树脂能够提高道口板的承载性能，其原因可能是：双酚A型环氧树脂的强度和粘接性能较好，混合后可提高道口板各原料之间的连接强度，进而可提高道口板整体的强度和承载性能，且双酚A型环氧树脂的熔点较低，与聚氨酯混融后可降低混融物整体的熔点，进而可减少废纸浆的碳化，有利于废纸浆发挥增强作用。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。