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具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料.pdf

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具有 蓄水 能力 可持續 供水 泡沫 復合材料
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摘要
申請專利號:

CN201710846606.0

申請日:

20170919

公開號:

CN108207604A

公開日:

20180629

當前法律狀態:

有效性:

審查中

法律詳情:
IPC分類號: A01G31/02,A01G9/02,A01G9/033 主分類號: A01G31/02,A01G9/02,A01G9/033
申請人: 鄔瑛,田建杰,建恒工程有限公司,建恒園林工程(天津)有限公司,黃為民,吳雪蓮
發明人: 吳雪蓮,黃為民,吳振剛,鄔英,田建杰
地址: 新加坡山景大道136C號樓#06-04,669608
優先權: CN201710846606A
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法律狀態
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CN201710846606.0

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法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明涉及適宜植物生長的建筑或墻體材料,具體是一種具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料。其成分包含聚合物、水凝膠顆粒、纖維素和硬質纖維中的兩種或兩種以上,材料由各組成成分混合發泡制成;材料發泡形成的孔隙及吸水后溶脹的水凝膠或纖維素形成輸水通道;吸水后,材料的整體體積膨脹率小于5%。本發明蓄水能力強、強度高、吸水后外形膨脹小、水分流通性好、適于植物生長。

權利要求書

1.一種具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,其特征是:其成分包含聚合物、水凝膠顆粒、纖維素和硬質纖維中的兩種或兩種以上,材料由各組成成分混合發泡制成;材料發泡形成的孔隙及吸水后溶脹的水凝膠或纖維素形成輸水通道;吸水后,材料的整體體積膨脹率小于5%;當材料包含聚合物、水凝膠顆粒和纖維素三種成分時,聚合物的質量百分含量為5%-90%,水凝膠顆粒的質量百分含量5%-30%,纖維素的質量百分含量為5%-90%;當材料包含聚合物和水凝膠顆粒兩種成分時,聚合物的質量百分含量為70%-90%,水凝膠顆粒的質量百分含量為10%-30%;當材料包含聚合物和纖維素兩種成分時,聚合物的質量百分含量為10%-70%,纖維素的質量百分含量為30%-90%;當材料包含纖維素和水凝膠顆粒兩種成分時,纖維素的質量百分含量為70%-95%、水凝膠顆粒的質量百分含量為5%-30%;當材料包含纖維素和硬質纖維兩種成分時,纖維素的質量百分含量為90%-99.5%、硬質纖維的質量百分含量為0.5%-10%。2.根據權利要求1所述的具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,其特征是:該材料以聚合物為主體,混合干水凝膠顆粒和纖維素后,經發泡而成;發泡處理后材料為閉孔泡沫,干水凝膠顆粒和纖維素彌散的分布在發泡聚合物中;干水凝膠顆粒吸水后體積膨脹率為100%-1000%。3.根據權利要求1所述的具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,其特征是:該材料以纖維素材料為主體,添加干水凝膠顆粒和聚合物中的一種或兩種經發泡而成;所述纖維素在干燥的復合材料中的質量百分含量為30%-80%;所述材料中還含有硬質纖維成分,所述硬質纖維在干燥的復合材料中的添加量為材料總質量的0.5%-5%;所述干水凝膠顆粒、聚合物及硬質纖維分布在發泡的纖維素材料中。4.根據權利要求1-3之一所述的具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,其特征是:所述聚合物為聚氨酯泡沫、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯泡沫、聚乳酸泡沫、環氧泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚酯泡沫、聚乙烯泡沫、聚丙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚對苯二甲酸乙二酯泡沫、聚碳酸酯泡沫、甲基丙烯酸甲酯泡沫、聚醚醚酮和脲醛樹脂泡沫及紙泡沫中的一種或多種的組合。5.根據權利要求1-3之一所述的具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,其特征是:高蓄水泡沫復合材料成分還包含營養土、阻燃劑、防紫外助劑幾種成分中的一種或多種;所述營養土的添加量為干燥的復合材料總質量的0.5%-8%,阻燃劑的添加量為泡沫復合材料總質量的0.5%-10%,防紫外助劑的添加量為干燥的復合材料總質量的0.5%-5%;所述營養土可以為木炭、泥炭土、草炭土、培養土、腐葉土、馬鈴薯淀粉等中的一種或多種組合而成。6.根據權利要求1-3之一所述的具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,其特征是:所述水凝膠顆粒為聚乙烯醇水凝膠、聚丙烯酰胺水凝膠、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯凝膠、聚磷腈水凝膠、N-異丙基丙烯酰胺水凝膠、聚(丙烯酸)聚(N-異丙基丙烯酰胺)水凝膠中的一種多種組合;干水凝膠顆粒直徑為0.05mm-1mm。7.根據權利要求1-3之一所述的具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,其特征是:高蓄水泡沫復合材料的蓄水量為單位高蓄水泡沫復合材料的10%-90%。8.根據權利要求2所述的具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,其特征是:高蓄水泡沫復合材料在吸水前后的楊氏模量為0.5MPa–1.5GPa。9.根據權利要求3所述的具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,其特征是:高蓄水泡沫復合吸水后材料的彈性系數為0.5kPa–10kPa。10.根據權利要求3所述的具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,其特征是:所述硬質纖維為碳纖維、玻璃纖維、金屬纖維、玄武巖纖維、礦棉纖維、石棉纖維、針狀硅灰石、麻類纖維、木漿纖維、椰殼纖維、動物鬃毛、聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維、聚乙烯醇纖維、聚酯纖維、聚酰胺纖維、超高分子量聚乙烯纖維中的一種或多種。11.一種權利要求1至3之一的具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料在制造可生長植物的墻體或屋頂中的應用。

說明書

技術領域

本發明涉及適宜植物生長的建筑或墻體材料,具體是一種具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料。

背景技術

目前,為提高城市的綠化覆蓋率來緩解日趨嚴重的熱島效應、噪音污染等眾多環境惡化因素,設置垂直綠化墻體及綠化屋頂以提高空間綠化率是目前開始流行的方法。墻體綠化技術在實際的工程應用中,需要考慮多方面的因素。首要的是安全性,這在很大程度上取決于墻體綠化裝置的強度和重量,過低的強度和過高的重量,都存在嚴重的安全隱患;其次是裝置儲存植物生長所需營養物質的能力,例如墻體土壤種植現已有應用,但其突出缺陷是土壤隨時間的延長容易流失,另外現有的墻體無土栽培技術又涉及到營養液的儲存和供給既要滿足植物生長需求,同時又不外溢的要求;再者,還要考慮到墻體的穩固性、防潮性、隔音性、保溫性及防火性等因素。

現有的墻體綠化技術無法全面地滿足上述工程應用需求。現有技術中的綠化墻面,通常結構都比較復雜,重量相對較大,例如包括安裝架、綠化模塊、滴灌系統及排水系統等;遠不能滿足墻體綠化工程的實用性和安全性,尤其涉及較高的辦公樓層及居民居住樓層等,因人流密集,使得樓層的安全性也顯得格外重要。 因此,針對性地改善現有墻體綠化技術,實現安全應用和營養液的高儲存能力是最為重要的技術需求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是,提供一種蓄水能力強、強度高、吸水后外形膨脹小、水分流通性好、適于植物生長的具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料。

本發明的具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,其成分包含聚合物、水凝膠顆粒、纖維素和硬質纖維中的兩種或兩種以上,材料由各組成成分混合發泡制成;材料發泡形成的孔隙及吸水后溶脹的水凝膠或纖維素形成輸水通道;吸水后,材料的整體體積膨脹率小于5%;當材料包含聚合物、水凝膠顆粒和纖維素三種成分時,聚合物的質量百分含量為5% - 90%,水凝膠顆粒的質量百分含量5% - 30%,纖維素的質量百分含量為5% - 90%;當材料包含聚合物和水凝膠顆粒兩種成分時,聚合物的質量百分含量為70% - 90%,水凝膠顆粒的質量百分含量為10% - 30%;當材料包含聚合物和纖維素兩種成分時,聚合物的質量百分含量為10% - 70%,纖維素的質量百分含量為30% - 90%;當材料包含纖維素和水凝膠顆粒兩種成分時,纖維素的質量百分含量為70% - 95%、水凝膠顆粒的質量百分含量為5% - 30%;當材料包含纖維素和硬質纖維兩種成分時,纖維素的質量百分含量為90% - 99.5%、硬質纖維的質量百分含量為0.5% - 10%。

優選的,材料以聚合物為主體,混合干水凝膠顆粒和纖維素后,經發泡而成;發泡處理后材料為閉孔泡沫,干水凝膠顆粒和纖維素彌散的分布在發泡聚合物中;干水凝膠顆粒吸水后體積膨脹率為100% - 1000%,從而打通閉合孔間的內壁,既形成有效的水流通道,并增強和穩定輕質泡沫復合材料的蓄水能力和緩慢釋放水的功能,又有益于植物根系的生長;所述纖維素增強水在泡沫復合材料中的流通能力,促進高吸水膨脹率的干水凝膠吸水膨脹。

優選的,材料以纖維素材料為主體,添加干水凝膠顆粒和聚合物中的一種或兩種經發泡而成;所述纖維素在干燥的復合材料中的質量百分含量為30% - 80%;所述材料中還含有硬質纖維成分,所述硬質纖維在干燥的復合材料中的添加量為材料總質量的0.5% - 5%;所述干水凝膠顆粒、聚合物及硬質纖維分布在發泡的纖維素材料中。聚合物和硬質纖維在發泡復合材料中起到約束其吸水后體積膨脹的作用;干水凝膠顆粒吸水后膨脹,增強水在泡沫復合材料中的流通性,并可穩定其蓄水和緩慢釋放水的功能。

優選的,所述聚合物為聚氨酯泡沫、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯泡沫、聚乳酸泡沫、環氧泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚酯泡沫、聚乙烯泡沫、聚丙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚對苯二甲酸乙二酯泡沫、聚碳酸酯泡沫、甲基丙烯酸甲酯泡沫、聚醚醚酮和脲醛樹脂泡沫及紙泡沫中的一種或多種的組合。

優選的,具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料成分還包含營養土、阻燃劑、防紫外助劑幾種成分中的一種或多種;所述營養土的添加量為干燥的復合材料總質量的0.5% - 8%,阻燃劑的添加量為泡沫復合材料總質量的0.5% - 10%, 防紫外助劑的添加量為干燥的復合材料總質量的0.5% - 5%;阻燃劑、防紫外線助劑等成分用來提高材料的阻燃性、防紫外抗老化等能力;所述營養土可以為木炭、泥炭土、草炭土、培養土、腐葉土、馬鈴薯淀粉等中的一種或多種組合而成。

優選的,具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料在吸水前后的楊氏模量為0.5 MPa – 1.5 GPa。

優選的,高蓄水泡沫復合吸水后材料的彈性系數為0. 5 kPa – 10 kPa。

優選的,具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料的蓄水量為單位復合材料的10% - 90%。

優選的,所述水凝膠顆粒為聚乙烯醇水凝膠、聚丙烯酰胺水凝膠、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化乙烯凝膠、聚磷腈水凝膠、N-異丙基丙烯酰胺水凝膠、聚(丙烯酸)聚(N-異丙基丙烯酰胺)水凝膠中的一種多種組合;干水凝膠顆粒直徑為0.05 mm - 1 mm。

優選的,所述硬質纖維為碳纖維、玻璃纖維、金屬纖維、玄武巖纖維、礦棉纖維、石棉纖維、針狀硅灰石、麻類纖維、木漿纖維、椰殼纖維、動物鬃毛、聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維、聚乙烯醇纖維、聚酯纖維、聚酰胺纖維、超高分子量聚乙烯纖維中的一種或多種。

本發明的具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,用于制造可生長植物的墻體或屋頂。

本發明的優點體現在:

1. 材料輕質且強度可調,吸水膨脹系數小:密度小且強度高的泡沫材料,吸水后體積膨脹率幾乎為零,不僅便于運輸安裝,而且工程應用的安全性高;而高彈性的輕質泡沫材料因為吸水膨脹系數小(低于5%),可以避免目前市面上常見仿土海綿因吸水膨脹系數過大,導致植物根系在干燥-濕潤循環下斷裂的問題。

2. 在水的作用下,將閉孔泡沫轉變成開孔泡沫,并形成貫通的輸水通道:所生產的輕質高強泡沫復合材料原來為閉孔,其中彌散地分布有高吸水膨脹率的水凝膠顆粒,水凝膠顆粒吸水后體積顯著膨脹,撐開泡沫材料中閉合孔間的內壁,從而在復合材料中形成密集貫通的輸水通道并有益于植物根系的生長。

3. 具有高儲水能力且可持續供水:由于水凝膠的存在,所提供的泡沫復合材料具有高蓄水能力,而且可保證持續供水,適于室內/外綠化裝飾。

4. 可用于已有建筑及新建建筑:所提供的輕質高強泡沫復合材料可用于制作獨立的無土綠墻,也可做為已有墻體的掛/貼板。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明的技術方案作進一步說明。

實施例1: 一種具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,基體材料為聚氨酯泡沫(成分為二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)和聚醚兩種成分,發泡劑為水),其中含有粒徑為0.8 mm的聚丙烯酰胺水凝膠,水凝膠顆粒的質量百分比為20%;其余為基體材料;水凝膠顆粒的吸水膨脹率為500%。復合材料密度為0.2 g/cm3,壓縮強度為0.6 MPa;此復合材料的蓄水量為單位體積復合材料的90%,蓄水后材料的彈性模量為30 MPa。

實施例2:一種具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,其聚合物基體材料為聚乙烯泡沫;其中含有粒徑為0.2 mm且質量百分比為10%的聚乙烯醇水凝膠顆粒,水凝膠顆粒的吸水膨脹率為300%;其中還含質量百分比為15%的泥炭土;其余為基體材料;復合材料密度為0.4 g/cm3, 壓縮強度為0.5 MPa;此復合材料的蓄水量為單位體積復合材料的75%,蓄水后材料的楊氏模量為1.1 GPa。

實施例3:一種具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,聚合物基體材料為環氧泡沫,其中含有50%的纖維素,其余為基體材料;復合材料密度為0.7 g/cm3,壓縮強度為1.2 MPa;此復合材料的蓄水量為單位體積復合材料的70%,蓄水后材料的楊氏模量為800 MPa。

實施例4:一種具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,聚合物基體材料為聚氨酯泡沫(成分為二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)和聚醚兩種成分,發泡劑為水),其中含有30%的纖維素;其余為基體材料;復合材料密度為0.55 g/cm3,壓縮強度為0.6 MPa;此復合材料的蓄水量為單位體積復合材料的60%,蓄水后材料的楊氏模量為300 MPa。

實施例5:一種具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,其聚合物基體材料為苯乙烯泡沫,其中含有10%的纖維素和10%的草炭土;其余為基體材料;復合材料密度為0.8 g/cm3,壓縮強度為1 MPa;此復合材料的蓄水量為單位體積復合材料的15%,蓄水后材料的彈性模量為1 GPa。

實施例6:一種具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,其基體材料為聚氨酯泡沫,其中含有粒徑為0.6 mm且質量百分比為5%的聚氧化乙烯水凝膠顆粒、其中還含有質量百分比為20%的纖維素;其余為基體材料;復合材料密度為0.3 g/cm3,壓縮強度為0.3 MPa;此復合材料的蓄水量為單位體積復合材料的50%,蓄水后材料的彈性模量為60 MPa。

實施例7:一種具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,其基體材料為聚氨酯泡沫,其中含有粒徑為0.4 mm且質量百分比為2%的聚氧化乙烯水凝膠顆粒,其中還含有質量百分比為10%的纖維素,并且還含有質量百分比為5%的培養土;其余為基體材料;復合材料密度為0.5 g/cm3,壓縮強度為0.4 MPa;此復合材料的蓄水量為單位體積復合材料的30%,蓄水后材料的彈性模量為100 MPa。

實施例8:一種具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,其基本成分為纖維素,內置質量百分含量為2%的碳纖維材料作為骨架對纖維素形成整體支撐;還含有質量百分含量為3%的阻燃劑成分,其余為基體材料;其密度為0.3 g/cm3;此材料的蓄水量為單位體積材料的45%,蓄水后材料的彈性模量為3 kPa。

實施例9:一種具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,其基體材料為木漿纖維素材料,內置質量百分含量為3.5%的碳纖維材料作為骨架對纖維素形成整體支撐;其密度為0.75 g/cm3;此材料的蓄水量為單位體積復合材料的38%,蓄水后材料的彈性模量為3.5 kPa,且蓄水后材料的體積膨脹率不超過3%。

實施例10:一種具有高蓄水能力且可持續供水的輕質泡沫復合材料,其基體材料為木漿纖維素材料,內置質量百分含量為1.5%的玻璃纖維材料作為骨架對纖維素形成整體支撐;其密度為0.9 g/cm3;此材料的蓄水量為單位體積復合材料的40%,蓄水后材料的彈性模量為3.8 kPa,且蓄水后材料的體積膨脹率不超過4%。

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