一种生态陶瓷透水板及其制备工艺

技术领域

本发明属于城市建设用材料技术领域，具体涉及一种生态陶瓷透水板及其制备工艺。

背景技术

陶瓷透水板是指利用陶瓷原料经筛分选料，组织合理颗粒级配，添加结合剂后，经成型、烘干、高温烧结而形成的优质透水建材。其具有高强度、以及优异的透水性、抗冻融性及防滑性的优势。且其采用陶瓷废料、下水道污泥颗粒、耐废材等工业原料生产，可以重复利用。

目前的陶瓷透水板，一般需要采用陶瓷的原料，加入粘合剂后还需要进行干燥煅烧等工序，才能得陶瓷透水板，工艺较复杂，且透水系数也有待提高。现有技术也有添加陶瓷废料成分的免烧透水板，但是需要使用复杂成分的硅微粉、石英砂、碳酸钙等材料，以及复杂的净化剂、增稠剂、有机纤维等各种材料，强度难以得到保证。现有技术还有一种声称免烧的陶瓷透水板，其工艺为：先将瓷砖废料球磨得到浆料，喷雾造粒后得到球体，经烧结得到陶瓷球；再加入粘结剂，压制成型得到陶瓷透水板。虽然声称免烧，但是只是将烧结工序移到了喷雾造粒之后。总得来说，目前还没有一种具有高强度且真正免烧的透水板。

发明内容

本发明的目的是提供一种强度高、透水性优且免烧的生态陶瓷透水板及其制备工艺。

本发明提供的生态陶瓷透水板，其含有如下成分：

35-80目的瓷砖废料颗粒 40-70质量份；

复合粘结剂 5-15质量份；

其中，复合粘结剂含有如下成分：

树脂基料 3-5质量份；

水泥基无机粘结剂 15-20质量份；

丙烯酸乳液 3-5质量份。

作为上述技术方案的优选，瓷砖废料颗粒和复合粘结剂的质量比为(6-14):1，进一步为(6-8):1。

作为上述技术方案的优选，丙烯酸乳液的含固量为20wt％～30wt％。

作为上述技术方案的优选，复合粘结剂含有如下成分：

树脂基料 3质量份；

水泥基无机粘结剂 18质量份；

丙烯酸乳液 5质量份。

作为上述技术方案的优选，树脂基料进一步含有如下成分：

改性聚天门冬氨酸树脂 50-70质量份；

脂肪族异氰酸酯 20-40质量份；

弹性固化剂 5-10质量份；

且，水泥基无机粘结剂进一步含有如下成分：

作为上述技术方案的具体实施方式，水泥采用硅酸盐水泥，膨胀剂采用钙矾石膨胀剂，消泡剂采用植物油聚二醇，保水剂采用木质纤维，缓凝剂采用葡萄糖酸钠。

本发明还提供上述生态陶瓷透水板的制备工艺，包括如下步骤：

(1)按照质量份取树脂基料、水泥基无机粘结剂、丙烯酸乳液，先将水泥基无机粘结剂和丙烯酸乳液混合搅拌获得浆料，再加入树脂基料，继续搅拌得复合粘结剂；

(2)按照质量份取35-80目的瓷砖废料颗粒和复合粘结剂混合并搅拌，所得混合浆料放入模具，预制成陶瓷透水板。

本发明基料采用瓷砖废料颗粒，所采用的复合粘结剂与瓷砖废料颗粒具有良好的粘合效果，复合粘结剂可增加整体粘结强度，在保证生态陶瓷透水板优异透水率的同时，还可以保证其良好的强度。

复合粘结剂中的水泥基无机粘结剂和丙烯酸乳液复合使用，丙烯酸乳液用来提高水泥基无机粘结剂的微膨胀、抗裂及粘结性能，再与树脂基料复合使用，使得复合粘结剂与瓷砖废料颗粒粘结更为牢固。树脂基料、水泥基无机粘结剂、丙烯酸乳液三者的复合，可显著增强粘结强度。

在优选方案中，水泥基无机粘结剂含有适当粒度的瓷砖废料粉，极大限度利用了瓷砖废料。瓷砖废料粉的主要成分是硅酸盐，将其作为水泥基无机粘结剂的填料，用来提高树脂基料和丙烯酸乳液的尺寸稳定性和粘结强度。另一方面，瓷砖废料粉和瓷砖废料颗粒不同的粒径尺寸，在一定程度上形成了合理的连续级配，有助于改善瓷砖废料颗粒和复合粘结剂之间的结构密实性，可显著提高陶瓷透水板的抗折强度，且降低断裂风险效果显著。同时也可保证生态陶瓷透水板良好的透水性。

在优选方案中，树脂基料中的改性聚天门冬氨酸树脂与水泥基无机粘结剂复合，改性聚天门冬氨酸树脂用来对水泥基无机粘结剂中的细骨料进行包裹，水泥基无机粘结中水泥水化后，用来提供强度和硬度。同时，由于改性聚天门冬氨酸树脂的交联反应作用，可增加生态陶瓷透水板的柔韧性，提供抗冲击性能，并延长其使用寿命。水泥基无机粘结剂具有很好的耐候性能，同时改性聚天门冬氨酸树脂与脂肪族异氰酸酯反应生成的聚脲同样具有优异的抗紫外线性能，因此，可保证生态陶瓷透水板在室外使用更耐久。

和现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明采用瓷砖废料作为原料，可降低原料成本，以及减轻工业废料对环境造成的负担。

(2)本发明所得生态陶瓷透水板同时具有优异的强度和透水性，且实现了生态陶瓷透水板的真正免烧，简化了制备工艺，降低了制备成本，实现了节能环保。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明作更进一步地解释。其中，实施例仅用于示例性说明，但并不用来限定本发明的实施范围。

本发明技术方案的具体实施方式如下：

本发明生态陶瓷透水板由40-70质量份的瓷砖废料颗粒与5-15质量份的复合粘结剂混合后预制而成，其中，瓷砖废料颗粒和复合粘结剂的质量比优选为(6-14):1，进一步优选为(6-8):1。本具体实施方式中，瓷砖废料颗粒是将瓷砖废料经粉碎机粉碎后，再过筛所得。本发明采用35-80目瓷砖废料颗粒，对应粒径为0.18mm-0.425mm。复合粘结剂由3-5质量份的树脂基料、15-20质量份的水泥基无机粘结剂、3-5质量份的丙烯酸乳液复配。其中，复合粘结剂优选由3质量份的树脂基料、18质量份的水泥基无机粘结剂、5质量份的丙烯酸乳液复配。丙烯酸乳液是由丙烯酸酯类共聚物、甲基丙烯酸，纳米材料和特殊功能助剂多元聚合而成，本发明所采用丙烯酸乳液的含固量为20wt％～30wt％。

树脂基料的优选成分包括：50-70质量份的改性聚天门冬氨酸树脂、20-40质量份的脂肪族异氰酸酯、5-10质量份的弹性固化剂，本具体实施方式中，弹性固化剂采用弹性体聚脲固化剂。

水泥基无机粘合剂的优选成分包括：50-60质量份的水泥、5-30质量份的瓷砖废料粉、12-18质量份的膨胀剂、1-3质量份的聚羧酸系减水剂、1-2质量份的消泡剂、1-3质量份的保水剂和1-3质量份的缓凝剂。本具体实施方式中，瓷砖废料粉是将瓷砖废料经粉碎机粉碎后，再过筛所得。本发明采用100-200目瓷砖废料粉，对应粒径为0.075mm-0.15mm。本具体实施方式中，水泥采用硅酸盐水泥，膨胀剂采用钙矾石膨胀剂，消泡剂采用植物油聚二醇，保水剂采用木质纤维，缓凝剂采用葡萄糖酸钠。

本具体实施方式中生态陶瓷透水板的制备工艺如下：

第一步，将瓷砖废料经粉碎机粉碎，并过筛，分别获得20-80目的瓷砖废料颗粒和100-200目的瓷砖废料粉。

第二步，配制复合粘结剂，具体包括：

(1)配制水泥基无机粘结剂：按照前述质量份取水泥、瓷砖废料粉、膨胀剂、聚羧酸系减水剂、消泡剂、保水剂和缓凝剂，并混合；

(2)配制树脂基料：按照前述质量份取改性聚天门冬氨酸树脂、脂肪族异氰酸酯和弹性固化剂，并混合；

(3)复配复合粘结剂：按照前述质量份取水泥基无机粘结剂、树脂基料和丙烯酸乳液，先将水泥基无机粘结剂和丙烯酸乳液混合并搅拌3-8min，获得浆料；再加入树脂基料，继续搅拌3-8min，得到复合粘结剂。

第三步，按照前述质量份取瓷砖废料颗粒和复合粘结剂混合搅拌，放入模具，依次经震动、加压成型、脱模，即得生态陶瓷透水板。

下面将提供实施例，来进一步说明本发明的技术效果。

本发明实施例所用原材料如下：

改性聚天门冬氨酸树脂为飞扬化工D2902型，粘度500-1500，含固量60％；

脂肪族异氰酸酯为仕全兴N-8890HDI三聚体固化剂，固含量90％，NCO含量19±0.5％，游离TDI≤0.4％；

弹性体聚脲固化剂为飞扬化工SP-103P型弹性体聚脲固化剂，固含≥60％，NCO含量3.2-3.6％，当量1160-1300；

水泥为华新PⅠ52.5型硅酸盐水泥；

膨胀剂为市售钙矾石膨胀剂；

聚羧酸减水剂为西卡P540粉体聚羧酸减水剂；

消泡剂为明凌P803粉体纤维；

保水剂为市售木质纤维素；

调凝剂为市售葡萄糖酸钠；

丙烯酸乳液为PR5000型纳米丙烯酸乳液，固含量为29％。

实施例1

本实施例生态陶瓷透水板的制备工艺如下：

第一步，将瓷砖废料经粉碎机粉碎，并过筛，分别获得20-80目的瓷砖废料颗粒和100-200目的瓷砖废料粉。

第二步，配制复合粘结剂，具体包括：

(1)配制水泥基无机粘结剂：取50质量份的水泥、30质量份的瓷砖废料粉、12质量份的膨胀剂、1质量份的聚羧酸系减水剂、1质量份的消泡剂、1质量份的保水剂和1质量份的缓凝剂，并混合；

(2)配制树脂基料：取50质量份的改性聚天门冬氨酸树脂、40质量份的脂肪族异氰酸酯和10质量份的弹性体聚脲固化剂，并混合；

(3)复配复合粘结剂：取15质量份的水泥基无机粘结剂、3质量份的树脂基料和3质量份的丙烯酸乳液，先将水泥基无机粘结剂和丙烯酸乳液混合并搅拌3-8min，获得浆料；再加入树脂基料，继续搅拌3-8min，得到复合粘结剂。

第三步，取40质量份的瓷砖废料颗粒和5质量份的复合粘结剂混合搅拌，放入模具，依次经震动、加压成型、脱模，即得生态陶瓷透水板。

实施例2

本实施例生态陶瓷透水板的制备工艺如下：

第一步，将瓷砖废料经粉碎机粉碎，并过筛，分别获得20-80目的瓷砖废料颗粒和100-200目的瓷砖废料粉。

第二步，配制复合粘结剂，具体包括：

(1)配制水泥基无机粘结剂：取55质量份的水泥、15质量份的瓷砖废料粉、16质量份的膨胀剂、2质量份的聚羧酸系减水剂、1.5质量份的消泡剂、2质量份的保水剂和2质量份的缓凝剂，并混合；

(2)配制树脂基料：取60质量份的改性聚天门冬氨酸树脂、35质量份的脂肪族异氰酸酯和5质量份的弹性体聚脲固化剂，并混合；

(3)复配复合粘结剂：取18质量份的水泥基无机粘结剂、4质量份的树脂基料和4质量份的丙烯酸乳液，先将水泥基无机粘结剂和丙烯酸乳液混合并搅拌3-8min，获得浆料；再加入树脂基料，继续搅拌3-8min，得到复合粘结剂。

第三步，取40质量份的瓷砖废料颗粒和5质量份的复合粘结剂混合搅拌，放入模具，依次经震动、加压成型、脱模，即得生态陶瓷透水板。

实施例3

本实施例生态陶瓷透水板的制备工艺如下：

第一步，将瓷砖废料经粉碎机粉碎，并过筛，分别获得20-80目的瓷砖废料颗粒和100-200目的瓷砖废料粉。

第二步，配制复合粘结剂，具体包括：

(1)配制水泥基无机粘结剂：取60质量份的水泥、5质量份的瓷砖废料粉、18质量份的膨胀剂、3质量份的聚羧酸系减水剂、2质量份的消泡剂、3质量份的保水剂和3质量份的缓凝剂，并混合；

(2)配制树脂基料：取70质量份的改性聚天门冬氨酸树脂、20质量份的脂肪族异氰酸酯和10质量份的弹性体聚脲固化剂，并混合；

(3)复配复合粘结剂：取20质量份的水泥基无机粘结剂、5质量份的树脂基料和5质量份的丙烯酸乳液，先将水泥基无机粘结剂和丙烯酸乳液混合并搅拌3-8min，获得浆料；再加入树脂基料，继续搅拌3-8min，得到复合粘结剂。

第三步，取40质量份的瓷砖废料颗粒和5质量份的复合粘结剂混合搅拌，放入模具，依次经震动、加压成型、脱模，即得生态陶瓷透水板。

实施例4

本实施例生态陶瓷透水板的制备工艺如下：

第一步，将瓷砖废料经粉碎机粉碎，并过筛，分别获得20-80目的瓷砖废料颗粒和100-200目的瓷砖废料粉。

第二步，配制复合粘结剂，具体包括：

(1)配制水泥基无机粘结剂：取60质量份的水泥、5质量份的瓷砖废料粉、18质量份的膨胀剂、3质量份的聚羧酸系减水剂、2质量份的消泡剂、3质量份的保水剂和3质量份的缓凝剂，并混合；

(2)配制树脂基料：取70质量份的改性聚天门冬氨酸树脂、20质量份的脂肪族异氰酸酯和10质量份的弹性体聚脲固化剂，并混合；

(3)复配复合粘结剂：取20质量份的水泥基无机粘结剂、5质量份的树脂基料和5质量份的丙烯酸乳液，先将水泥基无机粘结剂和丙烯酸乳液混合并搅拌3-8min，获得浆料；再加入树脂基料，继续搅拌3-8min，得到复合粘结剂。

第三步，取40质量份的瓷砖废料颗粒和15质量份的复合粘结剂混合搅拌，放入模具，依次经震动、加压成型、脱模，即得生态陶瓷透水板。

实施例5

本实施例生态陶瓷透水板的制备工艺如下：

第一步，将瓷砖废料经粉碎机粉碎，并过筛，分别获得20-80目的瓷砖废料颗粒和100-200目的瓷砖废料粉。

第二步，配制复合粘结剂，具体包括：

(1)配制水泥基无机粘结剂：取60质量份的水泥、5质量份的瓷砖废料粉、18质量份的膨胀剂、3质量份的聚羧酸系减水剂、2质量份的消泡剂、3质量份的保水剂和3质量份的缓凝剂，并混合；

(2)配制树脂基料：取70质量份的改性聚天门冬氨酸树脂、20质量份的脂肪族异氰酸酯和10质量份的弹性体聚脲固化剂，并混合；

(3)复配复合粘结剂：取20质量份的水泥基无机粘结剂、5质量份的树脂基料和5质量份的丙烯酸乳液，先将水泥基无机粘结剂和丙烯酸乳液混合并搅拌3-8min，获得浆料；再加入树脂基料，继续搅拌3-8min，得到复合粘结剂。

第三步，取70质量份的瓷砖废料颗粒和5质量份的复合粘结剂混合搅拌，放入模具，依次经震动、加压成型、脱模，即得生态陶瓷透水板。

实施例6

本实施例生态陶瓷透水板的制备工艺如下：

第一步，将瓷砖废料经粉碎机粉碎，并过筛，分别获得20-80目的瓷砖废料颗粒和100-200目的瓷砖废料粉。

第二步，配制复合粘结剂，具体包括：

(1)配制水泥基无机粘结剂：取60质量份的水泥、5质量份的瓷砖废料粉、18质量份的膨胀剂、3质量份的聚羧酸系减水剂、2质量份的消泡剂、3质量份的保水剂和3质量份的缓凝剂，并混合；

(2)配制树脂基料：取70质量份的改性聚天门冬氨酸树脂、20质量份的脂肪族异氰酸酯和10质量份的弹性体聚脲固化剂，并混合；

(3)复配复合粘结剂：取20质量份的水泥基无机粘结剂、5质量份的树脂基料和5质量份的丙烯酸乳液，先将水泥基无机粘结剂和丙烯酸乳液混合并搅拌3-8min，获得浆料；再加入树脂基料，继续搅拌3-8min，得到复合粘结剂。

第三步，取60质量份的瓷砖废料颗粒和10质量份的复合粘结剂混合搅拌，放入模具，依次经震动、加压成型、脱模，即得生态陶瓷透水板。

按照标准JC/T945-2005《透水砖》对实施例1-6所得生态陶瓷砖分别进行性能检测，性能参数值见表1所示。从表1可以看出，实施例1-6制备的生态陶瓷透水板，抗压强度都大于50MPa，且均具有良好的透水性、抗压强度和耐磨性。

从表1中可以看出，实施例1-3及实施例6具有相对更优的综合性能，实施例1-4及实施例6所对应的生态陶瓷砖的组分可概括为：由40-60质量份的瓷砖废料颗粒与5-10质量份的复合粘结剂混合后预制而成，瓷砖废料颗粒和复合粘结剂的用量比为(6-8):1；复合粘结剂由3-5质量份的树脂基料、15-20质量份的水泥基无机粘结剂、3-5质量份的丙烯酸乳液复配。其中，每100质量份树脂基料包括：50-70质量份的改性聚天门冬氨酸树脂、20-40质量份的脂肪族异氰酸酯、5-10质量份的弹性固化剂；水泥基无机粘合剂包括50-60质量份的水泥、5-30质量份的瓷砖废料粉、12-18质量份的膨胀剂、1-3质量份的聚羧酸系减水剂、1-2质量份的消泡剂、1-3质量份的保水剂和1-3质量份的缓凝剂。

表1实施例1-6生态透水板的性能参数

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。