渗透性弹性路面砖 【技术领域】
本发明涉及一种包含废聚氨酯屑的渗透性弹性路面砖。这种砖用一种专门开发的粘合剂来使上部聚氨酯屑层和下部渗透性混凝土层之间粘合牢固，同时使废聚氨酯屑之间粘合牢固，从而获得极佳的强度和耐久性，本发明采用回收的废聚氨酯屑来获得适于进行体育运动、行走和户外活动等的弹性和渗透性。
背景技术
传统的路面砖有普通路面砖和橡胶路面砖。普通路面砖的制作方法是，将例如碎石等骨料、沙子和水泥按适当比例配合，之后将混合物在模具中浇注成型并固化；橡胶路面砖的制备是用废轮胎屑和/或废橡胶屑与粘合剂和颜料混合后，以预定的砖形成型。
但是，这些传统的路面砖都没有渗透性。这样，在下大雨的情况下，除了仅有一部分雨水通过地砖之间的缝隙渗进地面以外，大部分雨水并未渗入地面，而是通过路边的排水系统流入了河流、废水处理厂或者公共水域。因此，假如短时间内发生局部暴雨或者在雨季长时间大量降雨时，排放的雨水可能使河流涨溢，造成极大的危险和隐患。其次，由于雨和水无法渗入传统的路面砖，所以会妨碍安全通行，给行人带来了诸多不便。
为了克服传统路面砖的这些缺点，有人开发了渗透性排水路面砖，其中，题目为“渗透性地砖”的韩国实用新型(2000年6月29日登记，登记号为195525)公开了用于人行道或车道的地砖。在该实用新型中，为了促进雨或水的渗透，每块地砖的侧面和顶部表面都开有凹槽，从而形成了穿透地砖的上下表面的通孔。
此外，题目为“具有排水功能的路面砖”的韩国实用新型(2001年9月17日登记，登记号为248505)公开了用于停车场或者人行道地排水性路面砖，每块砖均包括中空的空腔，顶部中央和侧面设有溢流口，每块砖的中空部分内和溢流口内用渗透性混凝土填充。
同时，为了克服传统路面砖不具备渗透性的缺点，1998年9月15日授权的专利号为165047的韩国专利公开了一种渗透性路面砖，这种砖通过将雨或水引入地层来防止堤坝斜坡上泥沙被冲走，同时保护了地下水资源，该路面砖的渗透系数为10×10-4厘米/秒，孔隙率为5％～10％，它包含102重量份的水、410重量份的水泥、100重量份沙子、1685重量份小颗粒骨料(直径为5～10mm)、1.8重量份缓凝剂和1.0重量份树脂。
另外，2002年9月4日登记的登记号为289645的韩国实用新型公开了“具有废轮胎屑层的渗透性混凝土砖”，这种砖包括底部渗透性混凝土层和上部废轮胎屑层，所述底部渗透性混凝土层的制备方法是，按预定比例混合尺寸小于等于13mm的骨料、水泥、水和外加剂，所述上部废轮胎屑层的厚度为10～20mm，它由100g尺寸小于等于13mm的废轮胎屑、7～21g粘合剂和1～5g无机颜料混合而成。
上述实用新型中公开的渗透性混凝土砖具有双向渗透能力，它能使雨或水渗入地面，也能使雨或水蒸发至地表，从而给树木花草提供生命活动所需的水分，且能防止河水泛滥。同时，由于该地面砖采用了作为环境污染物之一的废轮胎，所以它不但能够吸收路面对脚的冲击，而且有利于保护环境，便于老年人以及体弱者行动。
然而，由于废轮胎的橡胶气味会持续相当长的时间，因此用废轮胎的路面砖不能给人带来愉悦的嗅觉感受。而且，由于用来粘合废轮胎屑的聚氨酯、环氧树脂和丙烯酸酯类树脂粘合剂都是市售的，长期以来一直需要一种特殊的粘合剂来增强地面砖的粘结强度，并维持其强度和耐久性。
此外，使用废轮胎屑或者橡胶的传统路面砖的缺点是，当其暴露在夏季太阳光的高温热量下时，这种砖的表面温度急剧上升，弹性废轮胎屑层会与下部的支撑层分离或脱落。此外，在路面的铺设过程中，用沙子等填充在相邻渗透性路面砖之间形成的空隙也很不方便。
于是，本发明人对渗透性路面砖的原料和粘合剂进行了研究。结果，发明人采用废聚氨酯屑代替废轮胎屑作为渗透性弹性路面砖的主要成分，并开发了一种粘合剂，这种粘合剂可确保上部的聚氨酯屑层和下部的渗透性混凝土层之间粘合牢固，同时使废聚氨酯屑间粘合牢固，从而完成了本发明。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种渗透性弹性路面砖，所述路面砖使用了废聚氨酯屑，所述废聚氨酯屑来源于鞋底、玩具配件、冰箱配件、车辆配件和回收的废聚氨酯弹性路面，从而解决了废轮胎的气味问题，同时保护了资源并可防止环境污染，此外，所述路面砖具有弹性和渗透性，这能够提供行走时的舒适性和减震效果。
本发明的另一个目的是提供一种渗透性弹性路面砖，这种路面砖使用了一种专门开发的粘合剂，此粘合剂能使上部聚氨酯屑层和下部渗透性混凝土层之间粘合牢固，同时使废聚氨酯屑之间粘合牢固，从而使砖具有极佳的强度和耐久性。
本发明的另一个目的是提供一种渗透性弹性路面砖，这种路面砖包括上部的聚氨酯屑层和下部的渗透性混凝土层，使雨或水得以渗入地面，从而使步行、慢跑和开车更为安全，并且提供了舒服的视觉感受，防止因大雨而引起河流涨溢。
为了达到以上目的，本发明的渗透性弹性路面砖从下到上包括：渗透性混凝土层，它包含尺寸为5～13mm的骨料、水泥、水和外加剂产品；底涂层；以及弹性层，
其中，所述渗透性混凝土层的抗压强度大于等于100kg/cm2，渗透系数大于等于1×10-3cm/sec(厘米/秒)；
所述底涂层包含10重量％～20％重量的PPG(聚丙二醇)、5重量％～10重量％的TMP(三羟甲基丙烷)、5重量％～10重量％的1，3-BG(1，3-丁二醇)、15重量％～25重量％的TDI(甲苯二异氰酸酯)、49重量％～64.9重量％的溶剂(二甲苯或者甲乙酮)以及0.1重量％～1.0重量％的添加剂(消泡剂)；和
所述弹性层由废聚氨酯屑和粘合剂按3∶1～5∶1的重量比混合而成，所述废聚氨酯屑的尺寸为1～5mm，所述粘合剂含有50重量％～70重量％的PPG、5重量％～10重量％的PBG(聚丁二烯二醇)、3重量％～5重量％的1，3-BG、20重量％～30重量％的MDI(亚甲基二异氰酸酯)和2重量％～5重量％的TDI。
优选的是所形成的上部弹性层比下部渗透性混凝土层厚1～2mm。
在夏季的高温环境中，本发明的渗透性弹性路面砖不会因上部弹性层的膨胀而发生上部弹性层与下部渗透性混凝土层的分离以及上部弹性层与下层的分离，而传统的废轮胎或橡胶路面砖会出现这种情况。
另外，本发明的渗透性弹性路面砖可以适用于任何地方，相邻砖之间不用沙子等填充。
本发明的渗透性弹性路面砖采用以下步骤制备：将渗透性混凝土倒入模具中；经加热加压而初步固化以形成渗透性混凝土层；在渗透性混凝土层上涂覆底涂层；铺展包含废聚氨酯屑的弹性层；然后对弹性层加压并使其固化。
由于对弹性层加压过程中压力过大会堵塞孔隙而致使地砖的渗透性降低，因此最好选用合适的压力。硬化后，将地砖从模具中取出进行自然固化。
本发明所用的废聚氨酯屑的制备方法是：从鞋底、玩具配件、冰箱和车辆配件以及废聚氨酯弹性路面等收集聚氨酯废料，并按颜色将其分类；除去附着在废料上的杂物；将该聚氨酯废料粉碎至预定尺寸；相对于每100kg粉碎的聚氨酯废料，在搅拌下加入0.3～1.0kg硬脂酸、20～30kg重质碳酸钙、作为脱色剂和白色颜料的0.1～2.0kg二氧化钛以及小于等于5kg的颜料，将其混合；加热并挤出该混合物；然后使该挤出的混合物冷凝并切割成预定的尺寸。
在本发明中，可以采用光致发光颜料来作为所述颜料，在夜晚(黑暗中)或者雨天，这种光致发光颜料可以利用白天积累的能量而发光。硫化锌化合物可用于这个目的。采用硫化锌时，光致发光颜料的用量为上述废料重量的20％～40％。
例如，可以按预定的比例分别制备使用光致发光颜料制得的废聚氨酯屑和使用常规颜料制得的废聚氨酯屑，然后将它们分别与粘合剂混合形成渗透性弹性路面砖，从而可将它们分配并布置到各自的预定位置。
如果制备废聚氨酯屑时需要阻燃特性，则可以在混合物中加入占废料重量1～2％的阻燃剂。
另外，根据本发明的渗透性弹性路面砖的用途，可以使用发泡剂来调节该废聚氨酯屑的硬度。例如，人行道和小路可以采用以相对较多发泡剂制得的废聚氨酯屑，而自行车道和直排轮滑道可采用以较少发泡剂制得的相对较硬的聚氨酯屑。
这种废聚氨酯屑的尺寸可因其用途不同而不同，例如为1～2mm、2～3mm、3～4mm、1～5mm等。尺寸较小的可用于自行车道和直排轮滑道，而尺寸较大的可用于人行道和小路。
弹性层中的废聚氨酯屑可全部或部分地用新聚氨酯屑代替。这种新聚氨酯屑的制备方法是：将1重量份的液体聚氨酯与0.5～1.2重量份的重质碳酸钙以及小于等于0.01重量份的颜料或者0.1～0.4重量份的光致发光颜料搅拌混合；将该混合物倾倒在模具中并固化成片状；然后将此聚氨酯片切割并粉碎至预定尺寸。由该方法制得的新聚氨酯屑的颜色很透亮。
此外，本发明中采用粘合剂是为了使弹性层与渗透性混凝土层之间以及弹性层中的废聚氨酯屑彼此牢固地粘合。通常采用分子量为1000～5000且具有两个以上羟基(-OH)的化合物或者多官能异氰酸酯化合物(-NCO)作为所述粘合剂。
例如，可以采用TDI和MDI作为废聚氨酯屑的粘合剂。然而，随着其摩尔比的不同，这类粘合剂的粘合性和膨胀系数不同。因此，本发明的发明者开发了一种适于达到本发明目的的粘合剂，这种粘合剂的弹性和膨胀系数与该聚氨酯屑相近，从而使聚氨酯屑之间产生了优异的粘合性。本发明的这种专门开发的粘合剂含有50重量％～70重量％的PPG、5重量％～10重量的PBG、3重量％～5重量％的1，3-BG、20重量％～30重量％的MDI和2重量％～5重量％的TDI，其中，PPG用来提供韧性，1，3-BG作为增链剂来形成聚合物，这种聚合物的分子量高于由PPG和MDI反应形成的简单化合物的分子量。因此，本发明中的粘合剂不仅具有高的粘合性和膨胀系数，而且因其与MDI发生主要反应和与TDI发生次要反应而具有了拉伸强度和柔韧性。
优选聚氨酯屑与粘合剂以重量比3∶1～5∶1混合。这是因为粘合剂的用量小于15重量％时粘合性不佳，而粘合剂的用量大于40重量％时会导致孔隙阻塞或者导致粘合剂在固化步骤中拱胀。
【具体实施方式】
下面将参考实施例更为详细地描述本发明的要点，但本发明的范围并不局限于这些实施例。
1.废聚氨酯屑的制备
起始步骤是，从鞋底、玩具配件、冰箱和车辆配件、废聚氨酯弹性路面等收集聚氨酯废料，并将其按不同颜色分类。割除已分类的聚氨酯废料中粘连的杂物。
然后，将该聚氨酯废料在破碎机中粉碎成直径为3～30mm的颗粒，然后转移到混合机中。
相对于每100kg粉碎的聚氨酯废料，加入0.5kg硬脂酸、25kg重质碳酸钙、0.2kg二氧化钛和1.5kg颜料，将其搅拌混合。
然后，将该混合物通过传送设备转移到挤出机中，并将其挤压为板状。
将挤出的废聚氨酯传送到第二个破碎机和切割机中，将其切割至粒径为1～5mm，从而完成废聚氨酯屑的制备。
在本实施例中，如果需要阻燃性能，可以在该混合物中加入占该废料1重量％～2重量％的阻燃剂。
2.粘合剂的制备
准备30kg PPG和5kg PBG作为多元醇化合物。其次，准备13kg MDI和2kg TDI作为多官能异氰酸酯化合物，并准备2kg 1，3-BG作为增链剂。
将上述化合物与促进剂混合并反应，得到具有如下物理性质的粘合剂：
物理性质(单位) 结果
混合比例 1份液体
混合物中固体含量(％) 97±3
外观 透明淡黄色
粘度(厘泊/25℃) 2500±500
比重 1.00±0.10
使用期(分) 30±10
固化时间(小时) 12±3
膨胀系数(％) 100±50
拉伸强度(kg/cm2) 10±5
撕裂强度(kg/cm) 7±3
3.渗透性弹性路面砖的制备
[实施例1]
将尺寸为5～13mm的骨料、水泥、水和外加剂产品混合制成混凝土混合物，将此混合物倒入各个制砖模具中，从而形成渗透性混凝土层。
然后，将5kg PPG、3kg TMP、2kg 1，3-BG、7kg TDI、17kg作为溶剂的二甲苯和0.3kg消泡剂混合而制得底涂层组合物，将该组合物铺展在渗透性混凝土层上。
为了在渗透性混凝土层上形成弹性层，将100kg尺寸为3～5mm的废聚氨酯屑和30kg粘合剂混合。
将该混合物倒在底涂层上，使其厚度为10-20mm，它比下部渗透性混凝土层厚1～2mm，然后用加热到80℃左右的压力机压实。之后，模具中的砖硬化，硬化后将砖从模具中取出以便使之自然固化。
将由此获得的渗透性弹性路面砖按照预先的设计布置到小路和人行道上，这种砖具有适合于作为小路和人行道的强度和弹性。
[实施例2]
将50kg上述实施例1中制得的废聚氨酯屑与由新聚氨酯原料制成的50kg聚氨酯屑一起与粘结剂混合。
采用新聚氨酯原料的聚氨酯屑按如下方式制备：将50kg液态聚氨酯和35kg重质碳酸钙、0.5kg颜料在高速搅拌器中以大于1000rpm的转速搅拌，把混合物倒入板形框中固化，然后粉碎至3～5mm。
其他步骤同实施例1，从而得到颜色很透亮的渗透性弹性路面砖。
[实施例3]
作为生产适合步行的渗透性弹性路面砖的另一实施例，采用常规颜料制备平均尺寸为3～5mm的废聚氨酯屑，并采用光致发光颜料(硫化锌)制备同样尺寸的废聚氨酯屑，将每种碎屑均按4∶1的比例与粘合剂混合。
其他步骤同实施例1。
按预先设计布置用常规颜料生产的渗透性弹性路面砖，并预先设计布置用光致发光颜料制备的路面砖。
如上所述，本发明的渗透性弹性路面砖使用了废聚氨酯屑，所述废聚氨酯屑来源于鞋底、玩具配件、冰箱和车辆配件以及回收的废聚氨酯弹性路面，从而解决了用废轮胎制备路面砖时遇到的气味难闻和开裂问题，同时保护了资源并可防止环境污染。所述渗透性弹性路面砖还提供了行走时的舒适性和减震效果。
此外，根据本发明，所述渗透性弹性路面砖采用了一种专门开发的粘合剂，这种粘合剂能使聚氨酯屑层和渗透性混凝土之间粘合牢固，同时使废聚氨酯屑之间粘合牢固，从而产生了极佳的强度和耐久性。
此外，本发明的渗透性弹性路面砖包括上部的聚氨酯层和下部的渗透性混凝土层，使雨或水能够渗入地下，使步行、慢跑和开车更为安全，并且提供了舒服的视觉感受，防止因大雨而引起河流涨溢。本领域的技术人员将清楚地认识到，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以进行各种修改和变化。本发明包括落入所附权利要求及其等同范围的修改和变化。