茶皂素改性油頁巖灰及其與廢舊塑料製成的複合地板磚的製作方法
2023-11-04 04:02:17
本發明屬於建築材料領域，具體地涉及一種用作廢舊聚氯乙烯塑料填料的茶皂素改性油頁巖灰及其與廢舊聚氯乙烯塑料製成的複合地板磚。
背景技術：
目前，我國化工行業每年排放的工業廢渣油頁巖灰逐年增多，這些油頁巖灰目前除了多用來生產油頁巖灰磚、水泥外，還有不少堆放於油頁巖灰的儲灰場，不僅侵佔了土地，還會造成嚴重的環境汙染。此外，隨著我國聚氯乙烯塑料產能和消費量的日益增長，使得廢棄聚氯乙烯塑料形成的塑料垃圾產量越來越多，造成嚴重的「白色汙染」。另外，當前用於公共場所及家庭住宅等地方地面鋪設的地板磚多為陶土、瓷土、石材所制，其生產工藝複雜，價格較高，產品在防水防滑、導熱保暖、吸音性、腳感舒適度方面仍有一定缺陷，急待一種廢物利用、減少汙染、節約資源的新型材料解決問題。另一方面在廢舊聚氯乙烯塑料與油頁巖灰共混過程中由於油頁巖灰屬極性無機物，親水性，而廢舊聚氯乙烯塑料屬於非極性有機物，親油性，兩者在物理形狀與化學結構上極不相同，使兩者間缺乏化學鍵力，導致兩相共混時無機填料在上述有機物中分散不均勻，兩相相容性差，從而影響到複合地板磚的性能。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種茶皂素改性油頁巖灰及其與廢舊塑料製成的複合地板磚，不僅減少了廢舊聚氯乙烯塑料以及工業廢渣油頁巖灰對環境的汙染，同時該複合地板磚具有生產工藝簡單，價格便宜，防水防滑、導熱保暖、吸音性好、腳感舒適度佳等優點。
本發明的目的及解決其主要技術問題是採用以下技術方案來實現的：一種茶皂素改性油頁巖灰，其特徵在於：由3～5wt％茶皂素，2～3wt％naoh與92％～95wt％油頁巖灰組成，按下述步驟製作：
在20℃將油頁巖灰與naoh加入到高速混合機中，攪拌4～6分鐘，在60℃時加入茶皂素再加熱攪拌3～4分鐘，得到茶皂素改性油頁巖灰；
所述的茶皂素是由茶樹種子中提取出來的一類醣甙化合物，是一種性能良好的天然表面活性劑，茶皂素的結構如下：
所述的油頁巖灰是油頁巖提煉頁巖油和油頁巖燃燒過程中產生的灰渣經破碎、粉磨、篩分後所得，所述油頁巖灰粒徑≤500μm。
所述的茶皂素改性油頁巖灰與廢舊塑料製成的複合地板磚，由以下重量份數的原料製成：
廢舊聚氯乙烯塑料20～30份，
茶皂素改性油頁巖灰70～80份；
按下述步驟製作：
a、將廢舊聚氯乙烯塑料清洗後，在110℃溫度下烘乾1h，再破碎至5mm以下後，得a品；
b、將a品與茶皂素改性油頁巖灰用高速攪拌機攪拌均勻後，得b品；
c、將b品放在三輥開煉機上塑煉成片，溫度120～160℃，片厚0.5～0.8mm,然後送入熱壓機上進行模壓，模壓溫度140℃～160℃，壓力為3.0mpa，時間3～4分鐘，得c品；
d、將c品按長300mm，寬300mm，厚1.5mm的標準尺寸切割裁片後即得成品。
所述廢舊聚氯乙烯塑料是工業生產和人類生活所遺棄的聚氯乙烯製品，選自雨衣、臺布、窗簾、電力電纜最外層表皮、聚氯乙烯管材與型材、蓄電池殼。
本發明的原理：本發明利用油頁巖灰中含有55～65wt％的sio2，其在強鹼性環境下與naoh生成矽酸鈉，隨後與茶皂素分子中的羧基發生酸鹼反應，生成偶聯性茶皂素矽酸酐。
具體反應方程式如下：
第一步：
第二步：
偶聯性茶皂素矽酸酐結構上的糖基具有較好的親水性，能對油頁巖灰進行改性，將油頁巖灰表面性質由親水性改變成為親油性，改性後油頁巖灰在有機相中有良好的分散性能，使其與廢舊聚氯乙烯塑料的共混相容性、結合性的得到較大改善，大幅增加了無機填料油頁巖灰的填充份數，有效的降低了產品的成本。同時，茶皂素分子含有的大量活性羥基中的氧原子具有很強的電負性；聚氯乙烯中的α碳連接氯原子，顯出較強的正電性。通過原料充分混合，茶皂素矽酸酯中的氧原子可以與聚氯乙烯的α碳之間通過範德華力產生較為有效的吸附，從而產生不同聚氯乙烯分子鏈之間的範德華力連接，實現聚氯乙烯塑料的強度增加，提高了複合地板磚的性能。相關結構如下：
本發明具有有以下特點：
(1)本發明首次採用茶皂素對油頁巖灰進行改性，利用利用油頁巖灰中含有55～65wt％的sio2，其在強鹼性環境下與naoh生成矽酸鈉，隨後與茶皂素分子中的羧基發生酸鹼反應，生成偶聯性茶皂素矽酸酐。該結構上的糖基具有較好的親水性，能對油頁巖灰進行改性，將油頁巖灰表面性質由親水性改變成為親油性，改性後油頁巖灰在有機相中有良好的分散性能，使其與廢舊聚氯乙烯塑料的共混相容性、結合性的得到較大改善，大幅增加了無機填料油頁巖灰的填充份數，有效的降低了產品的成本。同時，由於該結構上大量活性羥基中的氧原子具有很強的電負性。聚氯乙烯中的α碳連接氯原子，顯出較強的正電性。其與聚氯乙烯原料充分混合，茶皂素矽酸酯中的氧原子可以與聚氯乙烯的α碳之間通過範德華力產生較為有效的吸附，從而產生不同聚氯乙烯分子鏈之間的範德華力連接，實現聚氯乙烯塑料的強度增加，提高了複合地板磚的性能。
(2)本發明採用工業生產和人類生活所遺棄的廢舊聚氯乙烯塑料與工業廢渣油頁巖灰為主要原料，採用適宜的製備方法，製成複合地板磚，既減輕了廢舊塑料與工業廢渣對環境的汙染，又為建築工程增加了新材料。
具體實施方式
以下結合較佳實施例，對依據本發明提出的一種茶皂素改性油頁巖灰及其與廢舊聚氯乙烯塑料製成的複合地板磚具體實施方式、特徵及其功效，詳細說明如後。
實施例1：
按下述步驟製作茶皂素改性油頁巖灰：
在20℃將95kg油頁巖灰與2kgnaoh加入到高速混合機中，攪拌4～6分鐘，在60℃時加入3kg茶皂素再加熱攪拌3～4分鐘，得到茶皂素改性油頁巖灰。
按下述步驟製作複合地板磚：
a、將200kg廢舊聚氯乙烯塑料清洗後，在110℃溫度下烘乾1h，再破碎至5mm以下後，得a品；
b、將a品與800kg茶皂素改性油頁巖灰用高速攪拌機攪拌均勻後，得b品；
c、將b品放在三輥開煉機上塑煉成片，溫度120～160℃，片厚0.5～0.8mm,然後送入熱壓機上進行模壓，模壓溫度140℃～160℃，壓力為3.0mpa，時間3～4分鐘，得c品；
d、將c品按長300mm，寬300mm，厚1.5mm的標準尺寸切割裁片後即得成品。
在與實施例1的相同的材料配方、工藝流程、工藝參數條件下，採用常用的矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、硬脂酸等偶聯劑對油頁巖灰進行改性處理，再生產複合地板磚，通過對成品進行理化分析，技術要求按《橡塑鋪地材料第1部分橡膠地板》化工行業推薦標準(hg/t3747.1-2004)執行，對改性油頁巖灰的效果進行對比，其檢測結果如表1～7所示。
表1複合地板磚硬度檢測結果
表2複合地板磚拉伸強度檢測結果
表3複合地板磚撕裂強度檢測結果
表4複合地板磚耐磨性檢測結果
表5複合地板磚加熱尺寸變化性能檢測結果
表6複合地板磚阻燃性能檢測結果
表7複合地板磚脆性溫度檢測結果
從表1～7可以看出，本實施例成品相關性能檢測結果達到國家公共場所及家庭住宅等地方地面鋪設的地板磚標準，即《橡塑鋪地材料第1部分橡膠地板》化工行業推薦標準(hg/t3747.1-2004)，且在相同配方條件下均優於常用矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、硬脂酸等偶聯劑對油頁巖灰的改性效果，使其與廢舊聚氯乙烯塑料的共混相容性、結合性的得到較大改善，較大的提高了複合地板磚的性能，同時增加了無機填料油頁巖灰的填充份數，有效的降低了產品的成本。已實現本發明的目標。
實施例2：
按下述步驟製作茶皂素改性油頁巖灰：
在20℃將94kg油頁巖灰與3kgnaoh加入到高速混合機中，攪拌4～6分鐘，在60℃時加入4kg茶皂素再加熱攪拌3～4分鐘，得到茶皂素改性油頁巖灰。
按下述步驟製作複合地板磚：
a、將250kg廢舊聚氯乙烯塑料清洗後，在110℃溫度下烘乾1h，再破碎至5mm以下後，得a品；
b、將a品與750kg茶皂素改性油頁巖灰用高速攪拌機攪拌均勻後，得b品；
c、將b品放在三輥開煉機上塑煉成片，溫度120～160℃，片厚0.5～0.8mm,然後送入熱壓機上進行模壓，模壓溫度140℃～160℃，壓力為3.0mpa，時間3～4分鐘，得c品；
d、將c品按長300mm，寬300mm，厚1.5mm的標準尺寸切割裁片後即得成品。
在與實施例2的相同的材料配方、工藝流程、工藝參數條件下，採用常用的矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、硬脂酸等偶聯劑對鉛鋅礦渣進行改性處理，再生產複合地板磚，通過對成品進行理化分析，技術要求按《橡塑鋪地材料第1部分橡膠地板》化工行業推薦標準(hg/t3747.1-2004)執行，對改性鉛鋅礦渣的效果進行對比，其檢測結果如表8～14所示。
表8複合地板磚硬度檢測結果
表9複合地板磚拉伸強度檢測結果
表10複合地板磚撕裂強度檢測結果
表11複合地板磚耐磨性檢測結果
表12複合地板磚加熱尺寸變化性能檢測結果
表13複合地板磚阻燃性能檢測結果
表14複合地板磚脆性溫度檢測結果
從表8～14可以看出，本實施例成品相關性能檢測結果達到國家公共場所及家庭住宅等地方地面鋪設的地板磚標準，即《橡塑鋪地材料第1部分橡膠地板》化工行業推薦標準(hg/t3747.1-2004)，且在相同配方條件下均優於常用矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、硬脂酸等偶聯劑對油頁巖灰的改性效果，使其與廢舊聚氯乙烯塑料的共混相容性、結合性的得到較大改善，較大的提高了複合地板磚的性能，同時增加了無機填料油頁巖灰的填充份數，有效的降低了產品的成本。已實現本發明的目標。
實施例3：
按下述步驟製作茶皂素改性油頁巖灰：
在20℃將92kg油頁巖灰與3kgnaoh加入到高速混合機中，攪拌4～6分鐘，在60℃時加入5kg茶皂素再加熱攪拌3～4分鐘，得到茶皂素改性油頁巖灰。
按下述步驟製作複合地板磚：
a、將300kg廢舊聚氯乙烯塑料清洗後，在110℃溫度下烘乾1h，再破碎至5mm以下後，得a品；
b、將a品與700kg茶皂素改性油頁巖灰用高速攪拌機攪拌均勻後，得b品；
c、將b品放在三輥開煉機上塑煉成片，溫度120～160℃，片厚0.5～0.8mm,然後送入熱壓機上進行模壓，模壓溫度140℃～160℃，壓力為3.0mpa，時間3～4分鐘，得c品；
d、將c品按長300mm，寬300mm，厚1.5mm的標準尺寸切割裁片後即得成品。
在與實施例3的相同的材料配方、工藝流程、工藝參數條件下，採用常用的矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、硬脂酸等偶聯劑對鉛鋅礦渣進行改性處理，再生產複合地板磚，通過對成品進行理化分析，技術要求按《橡塑鋪地材料第1部分橡膠地板》化工行業推薦標準(hg/t3747.1-2004)執行，對改性鉛鋅礦渣的效果進行對比，其檢測結果如表15～21所示。
表15複合地板磚硬度檢測結果
表16複合地板磚拉伸強度檢測結果
表17複合地板磚撕裂強度檢測結果
表18複合地板磚耐磨性檢測結果
表19複合地板磚加熱尺寸變化性能檢測結果
表20複合地板磚阻燃性能檢測結果
表21複合地板磚脆性溫度檢測結果
從表15～21可以看出，本實施例成品相關性能檢測結果達到國家公共場所及家庭住宅等地方地面鋪設的地板磚標準，即《橡塑鋪地材料第1部分橡膠地板》化工行業推薦標準(hg/t3747.1-2004)，且在相同配方條件下均優於常用矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、硬脂酸等偶聯劑對油頁巖灰的改性效果，使其與廢舊聚氯乙烯塑料的共混相容性、結合性的得到較大改善，較大的提高了複合地板磚的性能，同時增加了無機填料油頁巖灰的填充份數，有效的降低了產品的成本。已實現本發明的目標。
綜上所述，本發明制出的複合地板磚達到國家公共場所及家庭住宅等地方地面鋪設的地板磚標準，即《橡塑鋪地材料第1部分橡膠地板》化工行業推薦標準(hg/t3747.1-2004)，在相同配方條件下均優於常用矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、硬脂酸等偶聯劑對油頁巖灰的改性效果，同時該產品具有生產工藝簡單，價格便宜，防水防滑、導熱保暖、吸音性好、腳感舒適度佳等優點，具有較好的社會效益和市場前景。