一種矽砂組合物及成型體和該成型體的製備方法

2023-08-03 11:27:41

專利名稱：一種矽砂組合物及成型體和該成型體的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種矽砂組合物及成型體的製備方法以及由該方法製備的成型體。
背景技術：
目前，全球淡水資源日趨匱乏，科學合理地獲取水資源並利用水資源正成為日益重要的研究課題。雨水是人類獲取淡水資源的重要途徑之一，然而，人類居住的城市主要被用花崗巖、大理石、釉面磚、水泥和柏油等不透水的材質鋪設的城市廣場、商業街、人行道、社區活動地和停車場等硬化地面所包圍。下雨時，硬化地面完全阻止了雨水直接滲入地下，導致路面積水，不僅妨礙了人們的出行，而且寶貴的淡水資源最終隨排水管道而流走，一方面加重了城市排水設施的負擔，另一方面導致地下水位難以回升，直接影響城市植被的健康，同時雨水的大量流失進一步加劇了城市的乾旱和缺水問題。因此，開發新型的環保建築材料，使地面積水快速滲入地下，從而改善並美化人類生存環境勢在必行。本發明的申請人提出的中國專利申請CN1015^630A中公開了一種複合透水磚， 該複合透水磚是通過將矽砂用粘結劑粘結在一起而形成的。該複合透水磚具有良好的透水性，且表面緻密。但是，儘管採用有機粘結劑可以將矽砂牢靠的粘結在一起，進而獲得具有良好的強度的成型體，但是由此獲得的成型體在強度保持率方面還有待於進一步提高。因此，迫切需要開發耐水性好、強度高、長期透水性好，且強度保持率高的以矽砂作為骨料的透水成型體。

發明內容
本發明的目的在於克服現有的具有透水作用的以矽砂作為骨料的成型體存在的強度保持率低的缺點，提供一種強度保持率好的成型體。本發明的發明人經過深入研究發現造成現有的以矽砂作為骨料的透水成型體的耐久性下降的原因可能是矽砂本身為一種無機物，而有機粘結劑為有機物，二者之間的界面相互作用力較弱，進而使得在成型體的使用過程中，用於將矽砂粘結在一起的有機粘結劑對矽砂的附著力下降，甚至使得有機粘結劑層從所述矽砂表面剝離，從而使得成型體的強度下降，甚至出現粉化破壞的現象。因此，提高強度保持率的關鍵在於提高有機粘結劑與矽砂之間的界面強度。本發明的發明人在研究過程中進一步發現通過在矽砂表面形成一層固化的聚合物包覆層，然後再用膠粘劑將該具有聚合物包覆層的矽砂粘結在一起而製備的成型體具有改善的強度，並且仍然具有優異的透水性。由此完成了本發明。本發明提供了一種矽砂組合物，該矽砂組合物含有具有聚合物包覆層的矽砂和第一粘結劑，所述聚合物包覆層為固化的第二粘結劑，所述第一粘結劑和第二粘結劑各自為選自丙烯酸系樹脂膠粘劑、環氧樹脂膠粘劑和聚氨酯膠粘劑中的一種或多種。本發明還提供了一種成型體的製備方法，該方法包括將本發明提供的矽砂組合物的各個組分混合、成型，並將第一粘結劑固化。本發明還提供了一種根據本發明的方法製備的成型體。根據本發明提供的矽砂組合物中的矽砂含有具有聚合物包覆層的矽砂，所述聚合物包覆層能夠增強矽砂與用於將矽砂粘結在一起的聚合物粘結劑的界面之間的相互作用， 使得採用根據本發明的矽砂組合物製備的成型體的強度得到顯著提高。具體地，採用本發明提供的組合物並根據本發明的方法製備的成型體的在幹態時的抗壓強度為45-70MPa，在溼態時的抗壓強度為^_55MPa，5個循環後的循環強度為 20-45. 5MPa，強度損失率僅為27-60%，透水係數為3-7cm/s。另外，根據本發明的製備成型體的方法操作簡便易行，可操作性強，易於推廣應用。
具體實施例方式本發明提供了一種矽砂組合物，該矽砂組合物含有具有聚合物包覆層的矽砂和第一粘結劑，所述聚合物包覆層為固化的第二粘結劑，所述第一粘結劑和第二粘結劑各自為選自丙烯酸系樹脂膠粘劑、環氧樹脂膠粘劑和聚氨酯膠粘劑中的一種或多種。根據本發明，所述具有聚合物包覆層的矽砂和第一粘結劑的含量可以在很大的範圍內變動。本發明的發明人經過實驗發現，以100重量份具有聚合物包覆層的矽砂為基準， 所述第一粘結劑的含量為1-20重量份時，既可以獲得具有令人滿意的力學性能的成型體， 還可以使所述矽砂組合物的成本最低。在確保最終的成型體的力學性能的前體下，從進一步降低成本的角度出發，以100重量份具有聚合物包覆層的矽砂為基準，所述第一粘結劑的含量優選為3-15重量份，更優選為5-10重量份。根據本發明的矽砂組合物，所述矽砂含有具有聚合物包覆層的矽砂。所述聚合物包覆層可以顯著提高第一粘結劑與矽砂之間的界面強度，進而提高成型體的強度保持率。根據本發明，所述聚合物包覆層的含量可以根據預期的成型體的強度和透水性進行適當的選擇。優選地，以所述具有聚合物包覆層的矽砂為基準，所述具有聚合物包覆層的矽砂中聚合物包覆層的含量為1-15重量％。當所述聚合物包覆層的含量處於上述範圍之內時，不僅可以使最終的成型體具有良好的透水性，而且還可以提高該成型體的強度。更優選地，從使得最終的成型體具有更優異的透水性和更高的強度的角度出發，以所述具有聚合物包覆層的矽砂為基準，所述具有聚合物包覆層的矽砂中聚合物包覆層的含量為1-8重量％。根據本發明，所述聚合物包覆層為固化的第二粘結劑，所述第二粘結劑為選自丙烯酸系樹脂膠粘劑、環氧樹脂膠粘劑和聚氨酯膠粘劑中的一種或多種。根據本發明，所述第二粘結劑的固化程度可以為不低於60%，這樣一方面可以避免所述具有聚合物包覆層的矽砂在貯存過程中發生粘連，另一方面還可以避免所述聚合物包覆層在後續操作過程(例如將第一粘結劑固化以形成成型體時)由於固化程度低而導致聚合物包覆層破壞。優選地，所述第二粘結劑的固化程度可以為不低於70%。更優選地， 所述第二粘結劑的固化程度為75-99%。當所述第二粘結劑的固化程度為75-99%時，不僅可以避免所述聚合物包覆層在後續操作過程中由於固化程度不高而引起的破壞，還能夠防止由於交聯程度過高而引起的聚合物包覆層脆裂。最優選地，所述第二粘結劑的固化程度為 75-95% ο本發明中，所述固化程度是參照GB/T2576-2005中規定的方法測定的。具體地，本發明中的固化程度的測試方法為將具有聚合物包覆層的矽砂置於索氏提取器中，用丙酮抽提M小時，然後取出經抽提的具有聚合物包覆層的矽砂在真空烘箱中乾燥至恆重。根據以下公式計算固化程度固化程度(％ )=抽提後的重量/抽提前的重量X 100%。所述第二粘結劑可以為以矽砂作為骨料的透水成型體製備領域常用的各種有機膠粘劑。優選地，所述第二粘結劑為選自丙烯酸系樹脂膠粘劑、環氧樹脂膠粘劑和聚氨酯膠粘劑中的一種或多種。上述膠粘劑對矽砂具有良好的粘附力，並且具有良好的耐候性，可以使得最終的成型體具有優異的綜合性能。根據本發明的矽砂組合物含有第一粘結劑，該第一粘結劑用於將所述具有聚合物包覆層的矽砂粘結在一起，並經成型和固化以後獲得具有一定形狀和強度的成型體。本發明中，所述成型體是指具有一定的形狀和強度的製品。例如所述成型體可以為透水磚。本發明對所述第一粘結劑的種類沒有特別限定，可以為以矽砂作為骨料的透水成型體製備領域常用的各種粘結劑。本發明的發明人在實踐過程中發現在所述第一粘結劑為選自丙烯酸系樹脂膠粘劑、環氧樹脂膠粘劑和聚氨酯膠粘劑中的一種或多種時，上述膠粘劑不僅對矽砂具有良好的粘附力，從而可以將所述矽砂牢靠的粘結在一起，賦予所述矽砂以一定的形狀和強度；而且上述膠粘劑還具有好的耐輻射性、耐細菌侵蝕性和耐水性，可以使最終得到的成型體具有良好的耐候性。根據本發明，所述第二粘結劑優選為與所述第一粘結劑相同。在所述第二粘結劑為與所述第一粘結劑相同時，相同種類的粘結劑之間的相容性更好，可以進一步提高第一粘結劑與矽砂之間的界面強度，進而使得最終的成型體具有更高的強度和更好的強度保持率。根據本發明的矽砂組合物，該矽砂組合物還可以含有矽砂(即，不具有聚合物包覆層的矽砂)。這樣可以在確保最終的成型體的強度的條件下，提高該成型體的透水性，並進一步降低本發明的矽砂組合物的成本。根據本發明的矽砂組合物中，所述矽砂與所述具有聚合物包覆層的矽砂的重量比可以為1 0.01-100。優選地，所述矽砂與所述具有聚合物包覆層的矽砂的重量比為1 1-50，這可以使得最終的成型體同時具有優異的強度和透水性。按照本發明，所述矽砂的主要化學成分是氧化矽(SiO2)，同時伴生少量的氧化鋁 (Al2O3)、氧化鐵(Fe2O3)等。所述矽砂中的二氧化矽的含量一般為大於或等於96重量％。根據本發明，所述矽砂既可以為天然矽砂，也可以為人造矽砂。所述天然矽砂可以為河砂、海砂和風積砂，優選為來自沙漠的風積砂。所述矽砂的平均顆粒直徑可以根據具體的使用要求而定。一般地，所述矽砂的平均顆粒直徑可以為0. 05-5毫米，當所述矽砂的粒徑處於上述範圍之內時，可以得到表面緻密度高、長期透水性好且美觀的成型體。在確保透水性的前提下，從進一步提高由該矽砂組合物製備的成型體的強度的角度出發，所述矽砂的平均顆粒直徑優選為1-3毫米。本發明中，矽砂的平均粒徑是採用篩分法測定的。即，使矽砂通過不同尺寸的篩孔來測定矽砂的平均粒徑。本發明實施例中使用的矽砂商購自靈壽北白石矽粉廠，使用前通過篩分來使矽砂
5的平均顆粒直徑滿足要求。根據本發明，所述具有聚合物包覆層的矽砂、第一粘結劑以及含或不含的矽砂在使用前分開存放，使用時將上述組分混合均勻即可。根據本發明，所述環氧樹脂膠粘劑是指以環氧樹脂為基料的一種熱固性膠粘劑， 含有環氧樹脂和環氧樹脂固化劑。使用前，所述環氧樹脂與所述環氧樹脂固化劑分開存放， 使用時將二者混合併進行固化即可。本發明中，所述環氧樹脂的環氧值可以根據具有透水作用的成型體的預期強度進行適當的選擇。一般地，所述環氧樹脂的環氧值可以為0.3-0. 55mol/100g，優選為 0. 35-0. 5mol/100g。本發明對所述環氧樹脂的種類沒有特別限定，可以為以矽砂作為骨料的透水成型體製備領域常用的各種環氧樹脂。優選地，所述環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂。 例如，所述環氧樹脂膠粘劑中的環氧樹脂可以為商購自無錫樹脂廠的牌號為E-51的環氧樹脂；商購自嶽陽石化的牌號為1 的環氧樹脂。從進一步提高由本發明的組合物製備的成型體的耐候性的角度出發，所述環氧樹脂膠粘劑中的環氧樹脂更優選為氫化雙酚A型環氧樹脂。所述氫化雙酚A型環氧樹脂可以商購得到，例如商購自北京合力化工有限公司的氫化雙酚A環氧樹脂。本發明對於所述環氧樹脂固化劑的種類沒有特別限定，可以為本領域常用的各種用於固化環氧樹脂的固化劑。例如，所述環氧樹脂固化劑可以為胺系固化劑和/或酸酐系固化劑。優選地，所述環氧樹脂固化劑為各種常規的胺系固化劑。更優選地，所述環氧樹脂固化劑為胺值為200-800gK0H/g的胺系固化劑。進一步優選地，所述環氧樹脂固化劑為胺值為300-700gK0H/g的胺系固化劑。滿足上述要求的環氧樹脂固化劑例如可以為商購自無錫惠隆電子材料有限公司的牌號為593的環氧樹脂固化劑和牌號為2316B的環氧樹脂固化劑。所述固化劑的用量可以根據所選擇的環氧樹脂的環氧值以及最終的成型體的使用場合進行適當地選擇。本發明的發明人在實踐過程中發現，當以100重量份環氧樹脂為基準，所述固化劑的含量為5-80重量份時，最終獲得的具有透水作用的成型體具有良好的綜合性能。當所述固化劑的含量低於上述含量時，對於第一粘結劑而言可能導致環氧樹脂的固化不完全，使得最終得到的成型體的強度不足；對於第二粘結劑而言，可能導致所述聚合物包覆層在後續的操作過程中被破壞，使得最終得到的成型體的耐久性不能滿足使用要求。當所述固化劑的含量高於上述範圍時，儘管可以使最終的具有透水作用的成型體具有高的強度，但是另一方面也使得最終的具有透水作用的成型體的脆性提高。優選地，以100 重量份環氧樹脂為基準，所述固化劑的含量為10-50重量份；更優選地，以100重量份環氧樹脂為基準，所述固化劑的含量為15-30重量份。根據本發明，所述聚氨酯膠粘劑可以為以矽砂作為骨料的透水成型體製備領域常用的各種聚氨酯膠粘劑，既可以為單組份型聚氨酯膠粘劑，也可以為雙組份型聚氨酯膠粘劑。根據本發明的一種實施方式，所述聚氨酯膠粘劑含有異氰酸酯和多元醇。所述異氰酸酯與所述多元醇可以分開存在，使用時將二者混合併進行反應，生成氨基甲酸酯鍵，進而形成聚氨酯交聯結構，實現粘合的功能；也可以通過將異氰酸酯基團用封端劑(例如苯酚、甲酚、壬基酚、己內醯胺和甲乙酮中的一種或多種)來進行保護而與所述多元醇存在於一個密閉且隔絕溼氣的環境中，使用時在升高溫度的條件下(例如140-180°C )脫除封端齊U，釋放異氰酸酯基團與多元醇中的羥基反應，生成氨基甲酸酯鍵，進而形成聚氨酯交聯結構，實現粘合的功能。在該實施方式中，所述異氰酸酯中的異氰酸酯基與所述多元醇中的羥基的摩爾比可以根據預期的成型體的強度以及透水性進行適當的選擇，優選地，所述異氰酸酯中的異氰酸酯基團與所述多元醇中的羥基的摩爾比為1 1-5。所述異氰酸酯和多元醇可以為以矽砂作為骨料的透水成型體製備領域常用的各種異氰酸酯和多元醇。從進一步提高最終的成型體的力學性能和耐候性以及原料易得性的角度出發，所述異氰酸酯優選為選自1，6_己二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、苯二亞甲基二異氰酸酯、甲基環己基二異氰酸酯、二環己基甲烷二異氰酸酯、四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯、1，6_己二異氰酸酯縮二脲、1，6_己二異氰酸酯三聚體、異佛爾酮二異氰酸酯三聚體、1，6_己二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯的混合三聚體中的一種或多種；所述多元醇優選為聚酯多元醇、聚醚多元醇和含羥基的丙烯酸系樹脂中的一種或多種。在根據本發明的另一種實施方式中，所述聚氨酯膠粘劑含有端基為異氰酸酯基團的聚氨酯預聚物，所述異氰酸酯基團被封端劑(例如苯酚、甲酚、壬基酚、己內醯胺和甲乙酮中的一種或多種)所保護，使用時與空氣中的水分接觸，生成氨基甲酸酯鍵，進而形成聚氨酯交聯結構，實現粘合的功能。這種類型的聚氨酯膠粘劑例如可以為商購自武漢獅子山化工塗料有限公司的MPU-20型單組份聚氨酯膠粘劑。根據本發明，所述丙烯酸系樹脂膠粘劑含有丙烯酸系樹脂，所述丙烯酸系樹脂可以為本領域常用的各種熱固性丙烯酸系樹脂，例如含丙烯酸羥基酯的丙烯酸樹脂、含有丙烯醯胺的丙烯酸樹脂以及含有不飽和雙鍵的丙烯酸系樹脂。所述熱固性丙烯酸系樹脂可以通過本領域常用的各種方法進行固化，例如對於含有丙烯酸羥基酯的丙烯酸樹脂可以通過加熱或添加例如氯化銨的催化劑來進行固化；對於含有不飽和雙鍵的丙烯酸樹脂可以通過在使用時加入自由基型引發劑而進行固化。上述熱固性丙烯酸系樹脂膠粘劑可以商購得至|J，例如商購自濟南卡夫樂化工有限公司的牌號為CFU-6060的丙烯酸系樹脂膠粘劑。根據本發明的矽砂組合物，優選至少部分所述第一粘結劑和/或第二粘結劑為親水性的。本發明中，所述親水性是指分子結構中含有親水基團和/或親水鏈段。所述親水基團例如可以為磺酸基團、羧酸基團、銨基基團，所述親水鏈段例如可以為
_f CH2 - CH2 - O t 其中，n 為!- ο 的整數。
J在將所述矽砂組合物成型之後，具有親水性的第一粘結劑和/或第二粘結劑可以藉助於所述親水基團和/或親水鏈段在矽砂周圍形成相互貫通的親水通道，從而加速水的滲透。所述環氧樹脂膠粘劑可以通過採用分子結構中含有親水性基團和/或親水鏈段的環氧樹脂而獲得親水性。所述含有親水性基團和/或親水鏈段的環氧樹脂可以採用公知的技術在環氧樹脂分子結構中引入親水基團和/或親水鏈段。例如通過將環氧樹脂與對羥基苯甲酸甲酯反應，然後進行水解，再進行中和，即可獲得含有羧酸鹽的環氧樹脂；通過
將環氧樹脂與聚乙二醇反應即可獲得含有親水鏈段+ CH2-CH2-O 的環氧樹脂。所述親水性的環氧樹脂也可以商購得到，例如商購自上海樹脂廠有限公司的牌號為ME-2的親水性環氧樹脂。對於聚氨酯膠粘劑，可以通過使用親水性多元醇和/或異氰酸酯而獲得親水性。 親水性多元醇的實例包括聚醚多元醇和含羥基的丙烯酸系樹脂。本發明對於所述親水性的第一粘結劑和/或第二粘結劑的含量沒有特別限定，可以根據預期的透水性能進行選擇。例如，從使透水性能最大化的角度出發，可以所有的第一粘結劑和/或第二粘結劑均為親水性的；從平衡滲透係數與成本的角度出發，以所述第一粘結劑的總量為基準或第二粘結劑的總量為基準，所述第一粘結劑和第二粘結劑中各自有 1-80重量％的粘結劑為親水性的(即，以所述第二粘結劑的總量為基準，1-80重量％的第二粘結劑含有親水性基團和/或親水性鏈段；以第一粘結劑的總量為基準，1-80重量％的第一粘結劑含有親水性基團和/或親水性鏈段)；優選地，以所述第一粘結劑的總量為基準或以所述第二粘結劑的總量為基準，所述第一粘結劑和第二粘結劑中各自有30-70重量％ 的粘結劑為親水性的(即，以所述第二粘結劑的總量為基準，30-70重量％的第二粘結劑含有親水性基團和/或親水性鏈段；以第一粘結劑的總量為基準，30-70重量％的第一粘結劑含有親水性基團和/或親水性鏈段)。在確保透水性的條件下，從進一步降低根據本發明的矽砂組合物製備的成型體的成本的角度出發，所述第一粘結劑和第二粘結劑中各自有 15-35重量％的粘結劑為親水性的(即，以所述第二粘結劑的總量為基準，15-35重量％的第二粘結劑含有親水性基團和/或親水性鏈段；以第一粘結劑的總量為基準，15-35重量％ 的第一粘結劑含有親水性基團和/或親水性鏈段)。根據本發明的矽砂組合物，所述聚合物包覆層為固化的第二粘結劑，可以通過將所述矽砂與第二粘結劑混合，並將所述第二粘結劑固化而形成的。根據本發明，所述混合和固化的條件可以根據使用的第二粘結劑的種類進行適當的選擇，以將所述第二粘結劑與矽砂混合均勻，並將包覆在所述矽砂表面的第二粘結劑固化至滿足上文所述的要求為準。優選地，所述第二粘結劑的固化條件包括溫度為 80-200°C，時間為 0. 3-20 分鐘。在一種實施方式中，在所述第二粘結劑為環氧樹脂膠粘劑時，優選先將矽砂與環氧樹脂在80-200°C的溫度下混合均勻，然後加入環氧樹脂固化劑，並在該溫度下進行 0. 3-20分鐘的固化，從而得到具有聚合物包覆層的矽砂。在另一種實施方式中，所述第二粘結劑為聚氨酯膠粘劑且所述聚氨酯膠粘劑含有保護或未保護的多異氰酸酯以及多元醇，優選將多元醇與矽砂在80-200°C的溫度下混合均勻，然後加入多異氰酸酯，並在該溫度下進行0. 3-20分鐘的固化，從而得到具有聚合物包覆層的矽砂。在另一種實施方式中，所述聚氨酯膠粘劑為端基為異氰酸酯基團的聚氨酯預聚物，優選將所述聚氨酯膠粘劑與矽砂在80-200°C的溫度下混合均勻，並在該溫度下進行 0. 3-20分鐘的固化，從而得到具有聚合物包覆層的矽砂。在又一種實施方式中，所述第二粘結劑為丙烯酸系樹脂膠粘劑，優選將所述丙烯酸系樹脂膠粘劑與矽砂在80-200°C的溫度下混合0. 3-20分鐘，並在該溫度下進行0. 3-20 分鐘的固化，從而得到具有聚合物包覆層的矽砂。由於所述第二粘結劑可以為選自丙烯酸系樹脂膠粘劑、環氧樹脂膠粘劑和聚氨酯膠粘劑中的一種或多種，所述聚氨酯膠粘劑中的多異氰酸酯可能與丙烯酸酯樹脂系樹脂膠粘劑中的丙烯酸系樹脂分子結構中的羧基發生反應，因此，在所述第二粘結劑含有聚氨酯膠粘劑和丙烯酸酯樹脂膠粘劑，且所述聚氨酯膠粘劑含有保護或未保護的多異氰酸酯時， 優選先將丙烯酸樹脂系膠粘劑和多元醇與矽砂在80-20(TC的溫度下混合均勻，然後加入多異氰酸酯混合均勻，接著進行0. 3-20分鐘的固化，從而得到具有聚合物包覆層的矽砂。由於環氧樹脂膠粘劑中環氧樹脂中的環氧基可能與丙烯酸酯樹脂系膠粘劑中的丙烯酸酯系樹脂以及聚氨酯膠粘劑中的多元醇發生反應，因此，優選先將環氧樹脂與矽砂在80-200°C的溫度下混合均勻，然後加入多異氰酸酯，再加入丙烯酸系樹脂、多元醇以及環氧樹脂固化劑混合均勻，接著進行0. 3-20分鐘的固化，從而得到具有聚合物包覆層的矽砂。根據本發明，所述矽砂與第二粘結劑的混合優選在溶劑存在下進行。所述溶劑可以為本領域常用的各種有機溶劑，只要所述溶劑可以溶解所述第二粘結劑即可。從易於揮發的角度出發，所述溶劑優選為甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、環己烷、二甲苯、甲苯和苯中的一種或多種。一般地，以100重量份第二粘結劑為基準，所述溶劑的用量可以為1-25重量份。當所述溶劑的用量處於上述範圍之內時，可以得到均勻的組合物。優選地，在獲得均勻的混合物的前提下，從環保的角度出發，以100重量份第二粘結劑為基準，所述溶劑的用量為3-20重量份。從避免矽砂之間相互粘結的角度出發，優選所述固化在伴隨攪拌的條件下進行。根據本發明的矽砂組合物，所述第二粘結劑優選還含有顏料，從而可以賦予矽砂以顏色，進而賦予最終的成型體以顏色。通過將顏料添加到第二粘結劑中，一方面可以避免顏料聚集，進而使得最終的成型體的顏色均勻，另一方面還可以降低顏料的用量。根據本發明，以100重量份所述第二粘結劑為基準，所述顏料的含量可以為10-90 重量份，優選為20-50重量份。根據本發明的矽砂組合物，所述組合物還可以含有光穩定劑。所述光穩定劑可以為本領域常用的各種光穩定劑，沒有特別限定。例如所述光穩定劑可以為二苯甲酮、水楊酸酯和苯並三唑中的一種或多種。以100重量份第一粘結劑的總量為基準，所述光穩定劑的含量可以為0. 1-8重量份，優選為0. 5-5重量份。 根據本發明的矽砂組合物，所述組合物還可以含有抗氧劑。所述抗氧劑可以為本領域技術人員公知的各種用於抗氧化的物質。一般地，所述抗氧劑可以為亞磷酸酯抗氧劑和/或受阻酚抗氧劑中的一種或多種。以100重量份第一粘結劑的總量為基準，所述抗氧劑的含量可以為0.05-8重量份，優選為1-6重量份。具體地，所述抗氧劑可以為商購自臺灣永光化學工業股份有限公司的牌號為TPP的亞磷酸酯抗氧劑，商購自臺灣永光化學工業股份有限公司的牌號為1010的受阻酚類抗氧劑，商購自汽巴精化公司的牌號為IrganoxB 系列的亞磷酸酯與受阻酚復配抗氧劑。根據本發明的矽砂組合物，所述組合物還可以含有無機粘結劑，所述無機粘結劑可以為本領域常用的各種無機粘結劑，沒有特別限定。所述無機粘結劑例如可以為矽酸鹽和/或磷酸鹽，優選為水泥。以100重量份具有聚合物包覆層的矽砂為基準，所述無機粘結劑的含量可以為1-8重量份，優選為2-6重量份。從進一步提高由本發明組合物製備的成型體的強度的角度出發，所述組合物還可以含有無機填料。所述無機填料可以為本領域常用的各種無機填料，沒有特別限定。一般地，所述無機填料可以為硅藻土、膨潤土和珍珠巖中的一種或多種。以100重量份具有聚合物包覆層的矽砂為基準，所述無機填料的含量可以為1-8重量份，優選為2-5重量份。本發明還提供了一種成型體的製備方法，該方法包括將根據本發明的矽砂組合物混合、成型並固化。可以採用公知的方法將矽砂組合物混合均勻，例如在具有攪拌裝置的攪拌釜中進行混合。在一種實施方式中，所述第一粘結劑為環氧樹脂膠粘劑，根據本發明的成型體的製備方法優選先將具有聚合物包覆層的矽砂與環氧樹脂混合均勻，然後加入環氧樹脂固化齊U，混合均勻，接著將上述混合物成型，並進行固化，從而得到本發明的成型體。在另一種實施方式中，所述第一粘結劑為聚氨酯膠粘劑，且所述聚氨酯膠粘劑含有保護或未保護的異氰酸酯和多元醇，根據本發明的成型體的製備方法優選先將多元醇與具有聚合物包覆層的矽砂混合均勻，然後加入保護或未保護的異氰酸酯，接著進行成型和固化，從而得到本發明的成型體。在另一種實施方式中，所述第一粘結劑為聚氨酯膠粘劑，且所述聚氨酯膠粘劑含有端基為異氰酸酯基團的聚氨酯預聚物，根據本發明的成型體的製備方法優選將所述聚氨酯膠粘劑與具有聚合物包覆層的矽砂混合均勻，並進行固化，從而得到本發明的成型體。在又一種實施方式中，所述第一粘結劑為丙烯酸系樹脂膠粘劑，根據本發明的成型體的製備方法優選將所述丙烯酸系樹脂膠粘劑與具有聚合物包覆層的矽砂混合均勻，並進行固化，從而得到本發明的成型體。由於所述第一粘結劑可以為選自丙烯酸系樹脂膠粘劑、環氧樹脂膠粘劑和聚氨酯膠粘劑中的一種或多種，所述聚氨酯膠粘劑中的多異氰酸酯可能與丙烯酸酯樹脂系樹脂膠粘劑中的丙烯酸系樹脂分子結構中的羧基發生反應，因此，在所述第一粘結劑含有聚氨酯膠粘劑和丙烯酸酯樹脂膠粘劑，且所述聚氨酯膠粘劑含有保護或未保護的多異氰酸酯時， 優選先將丙烯酸樹脂系膠粘劑和多元醇與具有聚合物包覆層的矽砂混合均勻，然後加入多異氰酸酯混合均勻，接著進行固化，從而得到本發明的成型體。由於環氧樹脂膠粘劑中環氧樹脂中的環氧基可能與丙烯酸酯樹脂系膠粘劑中的丙烯酸酯系樹脂以及聚氨酯膠粘劑中的多元醇發生反應，因此，優選先將環氧樹脂與具有聚合物包覆層的矽砂混合均勻，然後加入多異氰酸酯，再加入丙烯酸系樹脂、多元醇以及環氧樹脂固化劑混合均勻，接著進行固化，從而得到本發明的成型體。根據本發明的成型體的製備方法，具有聚合物包覆層的矽砂與第一粘結劑的混合優選在溶劑存在下進行。所述溶劑可以為本領域常用的各種有機溶劑，只要所述溶劑可以溶解所述第一粘結劑即可。優選地，所述溶劑為甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、環己烷、二甲苯、甲苯和苯中的一種或多種。一般地，以100重量份第一粘結劑為基準，所述溶劑的用量可以為1-25重量份。當所述溶劑的用量處於上述範圍之內時，可以得到均勻的組合物。優選地，在獲得均勻的混合物的前提下，從環保的角度出發，以100重量份第一粘結劑的總量為基準，所述溶劑的用量為3-20重量份。根據本發明的成型體的製備方法，該方法還包括將含有所述第一粘結劑、矽砂、光穩定劑、抗氧劑、無機粘結劑和無機填料混合均勻。
10
根據本發明的製備具有透水作用的成型體的方法，所述成型和固化可以分開進行也可以同時進行。即，根據本發明的製備具有透水作用的成型體的方法，可以在成型過程中進行固化，也可以成型之後進行固化。優選在成型之後進行固化。本發明對於所述成型的方法沒有特別限制，可以為本領域技術人員公知的各種方法。例如，可以在模具中，在施加壓力的條件下，將本發明的組合物壓製成型。所述模具可以為本領域技術人員熟知的各種材質的模具，沒有特別限定，只要所述模具的尺寸滿足具體的使用要求即可。確定壓制所需要的壓力的方法是本領域技術人員公知的，只要所述壓力足以使本發明的組合物形成緻密的成型體即可。一般地，所述壓力可以為500-3500N/cm2， 優選為500-2000N/cm2，時間可以5-120秒，優選為5_60秒。本發明對於所述固化的條件也沒有特別限定，只要所述固化的條件足以使所述第一粘結劑固化即可。本發明中，所述固化是指膠粘劑由液態或半固態轉變成為固態並具有
一定的強度。一般地，所述固化的條件包括溫度為20-150°C，時間為1-168小時。優選地，所述固化的條件包括溫度為30-120°C，時間為3-72小時。進一步優選地，所述固化的條件包括溫度為80-100°C，時間為3-5小時。本發明還提供了由本發明的方法製得的具有透水作用的成型體。所述成型體可以為本領域常用的各種具有透水作用的製品，本發明實施例中製備的成型體為透水磚。以下結合實施例對本發明進行詳細地描述。以下實施例中根據JC/T945-2005規定的方法來測定透水磚的循環強度、透水係數以及在幹態下的抗壓強度，根據GBT 9966. 1-2001規定的方法來測定透水磚在溼態下的抗壓強度以及強度損失率，參照GB/T2576-2005中規定的方法來測定第二粘結劑的固化程度。通過目視的方法來確定著色的均勻性。實施例1本實施例用來說明根據本發明的矽砂組合物、透水磚及其製備方法。(1)製備具有聚合物包覆層的矽砂將16g環氧樹脂(其中，12g為無錫樹脂廠生產的牌號為E-51的環氧樹脂， 環氧值為0. 473mol/100g ；4g為購自上海樹脂廠有限公司的牌號為ME-2且環氧值為 0. 376mol/100g的親水的環氧樹脂)、15g鈦白粉(生產廠家杜邦公司，牌號R_9(^)先後添加至溫度為120°C並具有2kg的矽砂(平均顆粒直徑為3毫米)的攪拌釜中，攪拌3分鐘後，在100°C下加入4g牌號為593的環氧樹脂固化劑(生產廠家無錫惠隆電子材料有限公司)並在100°C下繼續攪拌5分鐘，冷卻至25°C即得到具有聚合物包覆層的矽砂，通過增重法，計算出，以具有聚合物包覆層的矽砂為基準，聚合物包覆層的含量為1重量％，固化程度為90%。(2)製備透水磚在25°C下，將2kg步驟(1)得到的具有聚合物包覆層的矽砂與150g環氧樹脂(生產廠家無錫樹脂廠，牌號E-44的環氧樹脂，環氧值為0. 461mol/100g)在攪拌釜中攪拌2 分鐘，然後加入50g牌號為2316B環氧樹脂固化劑(生產廠家無錫惠隆電子材料有限公司)混合3分鐘。將上述混合物倒入尺寸為IOOmmX 200mmX 45mm的鋼製制磚模具中，使用型號為YAW4605的液壓機(生產廠家上海新三思計量儀器製造有限公司)，在20°C下，施加3000N/cm2的壓力，壓制1分鐘，然後卸去壓力，在100°C下進行3小時的固化之後脫模， 得到根據本發明的透水磚。該透水磚的各項性能指標在表1中示出。對比例1採用與實施例1中的步驟(2)相同的方法製備透水磚，不同的是，採用的矽砂為沒有聚合物包覆層的矽砂，並且，添加15g鈦白粉。該透水磚的各項性能指標在表1中示出。實施例2本實施例用來說明根據本發明的矽砂組合物、透水磚及其製備方法。(1)製備具有聚合物包覆層的矽砂採用與實施例1相同的方法製備具有聚合物包覆層的矽砂，不同的是，環氧樹脂的用量為80g(其中，60g為無錫樹脂廠生產的牌號為E-44的環氧樹脂，該環氧樹脂的環氧值為0. 461mol/100g ；20g為購自上海樹脂廠有限公司的牌號為ME-2且環氧值為 0. 376mol/100g的親水的環氧樹脂)，環氧樹脂固化劑的用量為20g，通過增重法，計算出， 以具有聚合物包覆層的矽砂的總量為基準，聚合物包覆層的含量為5重量％，固化程度為 88%。(2)製備透水磚採用與實施例1相同的方法製備透水磚，不同的是，採用實施例2製備的具有聚合物包覆層的矽砂，得到根據本發明的透水磚。該透水磚的各項性能指標在表1中示出。實施例3本實施例用來說明根據本發明的矽砂組合物、透水磚及其製備方法。(1)製備具有聚合物包覆層的矽砂採用與實施例1相同的方法製備具有聚合物包覆層的矽砂，不同的是，環氧樹脂的用量為120g(其中，IOOg為嶽陽石化生產的牌號為1 的環氧樹脂，該環氧樹脂的環氧值為0. 465mol/100g ；20g為購自上海樹脂廠有限公司的牌號為ME-2且環氧值為 0. 376mol/100g的親水的環氧樹脂)，環氧樹脂固化劑的用量為40g，通過增重法，計算出， 以具有聚合物包覆層的矽砂的總量為基準，聚合物包覆層的含量為8重量％，固化程度為 86%。(2)製備透水磚採用與實施例1相同的方法製備透水磚，不同的是，採用實施例3製備的具有聚合物包覆層的矽砂，得到根據本發明的透水磚。該透水磚的各項性能指標在表1中示出。實施例4本實施例用來說明根據本發明的矽砂組合物、透水磚及其製備方法。(1)製備具有聚合物包覆層的矽砂採用與實施例1相同的方法製備具有聚合物包覆層的矽砂，不同的是，環氧樹脂的用量為230g(其中，180g為無錫樹脂廠生產的牌號為E-51的環氧樹脂，該環氧樹脂的環氧值為0. 473mol/100g ；50g為購自上海樹脂廠有限公司的牌號為ME-2且環氧值為 0. 376mol/100g的親水的環氧樹脂)，環氧樹脂固化劑的用量為70g，通過增重法，計算出， 以具有聚合物包覆層的矽砂的總量為基準，聚合物包覆層的含量為15重量％，固化程度為 88%。(2)製備透水磚
採用與實施例1相同的方法製備透水磚，不同的是，採用實施例4製備的具有聚合物包覆層的矽砂，得到根據本發明的透水磚。該透水磚的各項性能指標在表1中示出。實施例5本實施例用來說明根據本發明的矽砂組合物、透水磚及其製備方法。(1)製備具有聚合物包覆層的矽砂採用與實施例2相同的方法製備具有聚合物包覆層的矽砂，不同的是，添加環氧樹脂時，具有聚合物包覆層的矽砂的溫度為110°C，攪拌時間為3分鐘；添加環氧樹脂固化劑時，矽砂的溫度為90°C，攪拌時間為2分鐘，通過增重法，計算出，以具有聚合物包覆層的矽砂的總量為基準，聚合物包覆層的含量為5重量％，固化程度為75%。(2)製備透水磚採用與實施例1相同的方法製備透水磚，不同的是，採用實施例5製備的具有聚合物包覆層的矽砂，得到根據本發明的透水磚。該透水磚的各項性能指標在表1中示出。實施例6本實施例用來說明根據本發明的矽砂組合物、透水磚及其製備方法。(1)製備具有聚合物包覆層的矽砂採用與實施例2相同的方法製備具有聚合物包覆層的矽砂，不同的是，添加環氧樹脂時，矽砂溫度為130°C，攪拌時間為3分鐘，添加環氧樹脂固化劑時，具有聚合物包覆層的矽砂的溫度為110°C，攪拌時間為3分鐘，通過增重法，計算出，以具有聚合物包覆層的矽砂的總量為基準，聚合物包覆層的含量為5重量％，固化程度為95%。(2)製備透水磚採用與實施例1相同的方法製備透水磚，不同的是，採用實施例6製備的矽砂組合物，得到根據本發明的透水磚。該透水磚的各項性能指標在表1中示出。實施例7本實施例用來說明根據本發明的矽砂組合物、透水磚及其製備方法。(1)製備具有聚合物包覆層的矽砂採用與實施例2相同的方法製備具有聚合物包覆層的矽砂，不同的是，添加環氧樹脂時，矽砂溫度為100°c，攪拌時間為3分鐘，添加環氧樹脂固化劑時，矽砂的溫度為 83°C，攪拌時間為2分鐘，通過增重法，計算出，以具有聚合物包覆層的矽砂的總量為基準， 聚合物包覆層的含量為5重量％，固化程度為60%。(2)製備透水磚採用與實施例1相同的方法製備透水磚，不同的是，採用實施例7製備的具有聚合物包覆層的矽砂，得到根據本發明的透水磚。該透水磚的各項性能指標在表1中示出。實施例8本實施例用來說明根據本發明的矽砂組合物、透水磚及其製備方法。(1)製備具有聚合物包覆層的矽砂採用與實施例2相同的方法製備具有聚合物包覆層的矽砂，不同的是，環氧樹脂為IOOg為購自北京合力化工有限公司的環氧值為0. 459mol/100g的氫化雙酚A環氧樹脂， 固化程度為88%。(2)製備透水磚
採用與實施例2相同的方法製備透水磚，不同的是，採用實施例8製備的具有聚合物包覆層的矽砂，得到根據本發明的透水磚。該透水磚的各項性能指標在表1中示出。實施例9本實施例用來說明根據本發明的矽砂組合物、透水磚及其製備方法。(1)製備具有聚合物包覆層的矽砂將150g丙烯酸系樹脂膠粘劑(生產廠家濟南卡夫樂化工有限公司，牌號 CFU-6060)添加至溫度為150°C並具有2kg矽砂(平均顆粒直徑為2毫米)的攪拌釜中， 攪拌10分鐘，冷卻至25°C，得到根據本發明的具有聚合物包覆層的矽砂，通過增重法，計算出，以具有聚合物包覆層的矽砂的總量為基準，聚合物包覆層的含量為5重量％，固化程度為 85%。(2)製備透水磚採用與實施例2相同的方法製備透水磚，不同的是，採用實施例9製備的聚合物包覆層的矽砂，得到根據本發明的透水磚。該透水磚的各項性能指標在表1中示出。實施例10本實施例用來說明根據本發明的矽砂組合物、透水磚及其製備方法。(1)製備具有聚合物包覆層的矽砂將50g環氧樹脂(生產廠家無錫樹脂廠，牌號E-51的環氧樹脂，環氧值為 0.473mol/100g)、40g丙烯酸系樹脂膠粘劑(生產廠家濟南卡夫樂化工有限公司，牌號 CFU-6060)、20g鈦白粉(生產廠家美國杜邦)和15g牌號為593的環氧樹脂固化劑(生產廠家無錫惠隆電子材料有限公司)，添加至溫度為200°C且具有2kg矽砂(平均顆粒直徑為1毫米)的攪拌釜中，並在該溫度下再攪拌攪拌5分鐘，冷卻至25°C，即得根據本發明的具有聚合物包覆層的矽砂，通過增重法，計算出，以具有聚合物包覆層的矽砂的總量為基準，聚合物包覆層的含量為5. 1重量％，固化程度為83%。(2)製備透水磚採用與實施例2相同的方法製備透水磚，不同的是，採用實施例10製備的聚合物包覆層的矽砂，得到根據本發明的透水磚。該透水磚的各項性能指標在表1中示出。實施例11本實施例用來說明根據本發明的矽砂組合物、透水磚及其製備方法。(1)製備具有聚合物包覆層的矽砂將20g聚氨酯樹脂(商購自武漢獅子山化工塗料有限公司的MPU-20型單組份聚氨酯膠粘劑)、10g鈦白粉(生產廠家杜邦公司，牌號1 -90幻先後添加至溫度為80°C並具有2kg的矽砂(平均顆粒直徑為3毫米)的攪拌釜中，攪拌5分鐘，冷卻至25°C即得到根據本發明的具有聚合物包覆層的矽砂，通過增重法，計算出，以具有聚合物包覆層的矽砂為基準，聚合物包覆層的含量為1重量％，固化程度為88%。(2)製備透水磚在25°C下，將2kg步驟(1)得到的具有聚合物包覆層的矽砂與200g聚氨酯樹脂 (商購自武漢獅子山化工塗料有限公司的MPU-20型單組份聚氨酯膠粘劑)在攪拌釜中攪拌 2分鐘。將上述混合倒入尺寸為100X200X45的鋼製模具中，使用型號為YAW4605的液壓機(生產廠家上海新三思計量儀器製造有限公司)，在20°C下，施加3000N/cm2的壓力，壓制1分鐘，然後將壓力降低至50N/cm2，在80°C下進行5小時的固化之後脫模，得到根據本
發明的透水磚。該透水磚的各項性能指標在表1中示出。實施例12本實施例用來說明根據本發明的矽砂組合物、透水磚及其製備方法。(1)具有聚合物包覆層的矽砂的製備採用與實施例2相同的方法製備具有聚合物包覆層的矽砂。(2)透水磚的製備採用與實施例1相同的方法製備透水磚，不同的是，將1. 5kg步驟(1)得到的具有
聚合物包覆層的矽砂以及0. 5kg矽砂與第一粘結劑混合，得到根據本發明的透水磚。該透
水磚的各項性能指標在表1中示出。表 1
幹態的抗溼態的抗 5個循環後的5個循環後的凌水笨教壓強度壓強度循環強度強度損失率^ ,= __(MPa) (MPa) (MPa) ( ) cm/s)勾性
實施例 145__35__20__56__TjO__均勻
對比例1-4225—10762.1不均蜀—
實施例25845— 35「 405.8 — 均勻
實施例 363— 5536— 43— 5.0均勻一
實施例 470_ 5545— 363.8^ ξ!勻
實施例552403042一 4.8均勻~
實施例 6654845.5一 306.0~^勻
實施例7482820603.5均勾~
實施例8 _62_ 5045273.0均勻
實施例950_ 4029585.9均勻~
實施例 10 —52413042—5.8均勻一
實施例 11534131.541一 6.0均勻~
實施例12 I493728436.2均勻 -表1的數據顯示，根據本發明的透水磚無論是幹態還是溼態均具有高的抗壓強度
和透水係數，並且還具有高的循環強度和低的強度損失率，表明根據本發明的透水磚具有
優異的抗壓性能、耐水性、透水性和強度保持率。
權利要求
1.一種矽砂組合物，其特徵在於，該矽砂組合物含有具有聚合物包覆層的矽砂和第一粘結劑，所述聚合物包覆層為固化的第二粘結劑，所述第一粘結劑和第二粘結劑各自為選自丙烯酸系樹脂膠粘劑、環氧樹脂膠粘劑和聚氨酯膠粘劑中的一種或多種。
2.根據權利要求1所述的組合物，其中，以100重量份所述具有聚合物包覆層的矽砂為基準，所述第一粘結劑的含量為1-20重量份。
3.根據權利要求1或2中任意一項所述的組合物，其中，以所述具有聚合物包覆層的矽砂的總量為基準，所述具有聚合物包覆層的矽砂中的聚合物包覆層的含量為1-15重量％。
4.根據權利要求1所述的組合物，其中，該矽砂組合物還含有矽砂，所述矽砂與所述具有聚合物包覆層的矽砂的重量比為1 1-50。
5.根據權利要求1或4所述的組合物，其中，所述矽砂的平均顆粒直徑為0.05-5毫米。
6.根據權利要求1所述的組合物，其中，所述第二粘結劑的固化程度為不低於60%。
7.根據權利要求6所述的組合物，其中，所述第二粘結劑的固化程度為75-99%。
8.根據權利要求1、6和7中任意一項所述的組合物，其中，所述第二粘結劑還含有顏料，以100重量份所述第二粘結劑的總量為基準，所述第二粘結劑中的顏料的含量為10-90 重量份。
9.根據權利要求1所述的組合物，其中，所述環氧樹脂膠粘劑含有環氧樹脂和環氧樹脂固化劑，所述環氧樹脂的環氧值為0. 3-0. 55mol/100g,以100重量份環氧樹脂為基準，所述環氧樹脂固化劑的含量為5-80重量份。
10.一種成型體的製備方法，其特徵在於，該方法包括將權利要求1-9中任意一項所述的矽砂組合物的各個組分混合、成型，並將第一粘結劑固化。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，所述固化的條件包括固化的時間為3-72小時，固化的溫度為30-120°C。
12.—種由權利要求10或11所述的方法製備的成型體。
13.根據權利要求12所述的成型體，其中，所述成型體為透水磚。
全文摘要
本發明提供了一種矽砂組合物，該矽砂組合物含有具有聚合物包覆層的矽砂和第一粘結劑，所述聚合物包覆層為固化的第二粘結劑，所述第一粘結劑和第二粘結劑各自為選自丙烯酸系樹脂膠粘劑、環氧樹脂膠粘劑和聚氨酯膠粘劑中的一種或多種。本發明還提供了一種成型體的製備方法以及由該方法製備的成型體，該方法包括將本發明提供的矽砂組合物的各個組分混合、成型，並將第一粘結劑固化。採用本發明提供的組合物並根據本發明的方法製備的成型體具有良好的透水性、高的強度以及優異的強度保持率。根據本發明的成型體在幹態時的抗壓強度為45-70MPa，在溼態時的抗壓強度為28-55MPa，5個循環後的循環強度為20-45.5MPa，強度損失率僅為27-60％，透水係數為3-7cm/s。
文檔編號C04B26/10GK102452807SQ20101051694
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月15日 優先權日2010年10月15日
發明者李歡歡, 秦升益, 秦申二, 賈屹海 申請人:北京仁創科技集團有限公司