本发明属于土木工程领域，涉及一种基于医疗废物的土工格室及制备方法与应用。
背景技术：
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着医疗保健事业的长足发展与就诊人次数目的日益增加，每天社会医疗卫生机构会产生大量的医疗废物。医疗废物是引起疾病传播或相关公共卫生问题的重要危险性因素，现有的医疗废物的处置工艺主要以焚烧为主，部分施以高温蒸汽灭菌法和干化学消毒法后填埋处理，每个环节的处置技术标准不达标会对环境保护产生恶劣影响。据本发明的发明人了解，目前对于医疗废物的处置能力有限，众多医疗机构每天产生大量的医疗废物，分布又极度分散，处置单位收集起来路途远、耗时长、成本高、隐患多，很多医疗废物有可能无法及时处置，给公众健康生活造成了巨大的隐患，尤其当一场大范围的疫情发生时，严峻的医疗废物处理问题亟待合理解决。
土工格室是一种三维网状格室结构，主要用于稳固路基、承受载重力的堤防及浅水河道治理、防止滑坡及受载重力的混合式挡墙。土工格室承载后，在集中载荷作用下，受力的主动区依然会把所受的力传递给过渡区，但由于土工格室壁的侧向限制和相邻格室的反作用力，以及填料与土工格室壁的摩擦力所形成横向阻力，抑制了过渡区和被动区的横向移动倾向，从而使路基的承载能力得以提高。
据本发明的发明人了解，目前使用普通土工格室多是塑料经挤出成宽带再粘、焊而成，延伸率大(10～15％)、蠕变大，由于其受力较差，拉力不够大，在处理粉土路基等特殊路基时，往往无法提供足够强度，产生变形，无法达到预期地基处理效果。土工格室的目的是增加路基等的承载力，因而需要土工格室的原材料具有更高的强度，然而，经过本发明的发明人研究发现，仅采用医疗塑料废物难以制备符合标准的土工格室。在此背景下，以医疗废物为基体，开发一种基于医疗废物的土工格室及制备方法，具有很大的实用价值。
技术实现要素：
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于医疗废物的土工格室及制备方法与应用，能够利用医疗塑料废物制成土工格室。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一方面，一种基于医疗废物的土工格室的制备方法，包括以下步骤：
将医疗塑料废物与改性填料、加工助剂混合、熔融挤出形成包裹层；
将包裹层包覆连续的高强纤维束制备成格栅筋条；
将格栅筋条加工处理制成蜂格状网格土工格室；
所述改性填料包括钙盐、聚丙烯酸钠、增强料、填充剂、改性剂，所述钙盐为碳酸钙和/或硫酸钙，所述增强料为氧化锌晶须、碳化硅晶须或短碳纤维，填充剂为二氧化硅、高岭土或蒙脱土，所述改性剂为滑石粉或云母粉；
所述加工助剂包括改性炭黑、石蜡、硬脂酸类化合物和邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯，所述硬脂酸类化合物为硬脂酸或硬脂酸盐；
所述高强纤维为碳纤维、玻璃纤维、钢塑纤维、聚酯纤维或pbo纤维。
本发明经过研究发现，医疗塑料废物难以制备成土工格室的问题在于强度、韧性及塑性较低，强度较低的问题可以通过添加增强材料的方式解决，韧性较低的问题可以通过添加改性剂的方式解决，然而，塑性较低，尤其强度、韧性及塑性同时较低的问题，是医疗塑料废物制备土工格室的难题。
本发明通过实验发现，采用上述方法制备的土工格室能够同时提高医疗塑料废物制备土工格室的强度、韧性及塑性，尤其是使土工格室的延伸率仅有3～5％。
另一方面，一种基于医疗废物的土工格室，由上述制备方法获得。
由于本发明制备的基于医疗废物的土工格室具有优良的综合性能，因而本发明第三方面，一种上述基于医疗废物的土工格室在路基的稳固、河道的治理、防止滑坡的挡墙或受载重力的挡墙中的应用。
本发明的有益效果为：
经过实验发现，向医疗塑料废物加入的改性填料与加工助剂能够使该产品具有较稳定的耐酸、耐碱、抗老化等特性以使其适应于不同土质环境，并在一定程度上增韧产品。更加地，根据不同的工程用途，通过选用pp类、pe类、pvc类、hdpe类、tpe类医疗废物中的一种或几种组合作为基体，包裹不同高强纤维材料制备得增强土工格室，使其具有更高强度来保障工程的力学性能，大大提高产品抗拉强度。尤其是其相比较于单一塑料制土工格室，其延伸率降低了70％，仅为3％～5％，具有更好的变形控制性能，可广泛用于路基加固、河道治理、防止滑坡的挡墙或受载重力的挡墙。
本发明采用制备的土工格室综合性能优异，其制备工艺简单、造价低、耐久性高、强度大。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明所述的医疗塑料废物为：含聚丙烯(pp)类，聚乙烯(pe)类，聚氯乙烯(pvc)类，高密度聚乙烯(hdpe)类，聚烯烃热塑弹性体(tpe)类的已使用的医疗塑料制品和已过期未使用的医疗塑料制品中的一种或几种的任意组合。
鉴于医疗塑料废物无法直接作为制备土工格室的原料，本发明提出了一种基于医疗废物的土工格室及制备方法与应用。
本发明的一种典型实施方式，提供了一种基于医疗废物的土工格室的制备方法，包括以下步骤：
将医疗塑料废物与改性填料、加工助剂混合、熔融挤出形成包裹层；
将包裹层包覆连续的高强纤维束制备成格栅筋条；
将格栅筋条加工处理制成蜂格状网格土工格室；
所述改性填料包括钙盐、聚丙烯酸钠、增强料、填充剂、改性剂，所述钙盐为碳酸钙和/或硫酸钙，所述增强料为氧化锌晶须、碳化硅晶须或短碳纤维，填充剂为二氧化硅、高岭土或蒙脱土，所述改性剂为滑石粉或云母粉；
所述加工助剂包括改性炭黑、石蜡、硬脂酸类化合物和邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯(简称dop)，所述硬脂酸类化合物为硬脂酸或硬脂酸盐；
所述高强纤维为碳纤维、玻璃纤维、钢塑纤维、聚酯纤维或pbo纤维。
本发明通过实验发现，采用上述方法制备的土工格室能够同时提高医疗塑料废物制备土工格室的强度、韧性及塑性，尤其是使土工格室的延伸率仅有3～5％。
本发明中所述的硬脂酸盐是指阴离子为硬脂酸根阴离子、阳离子为金属阳离子或铵根例子的化合物，例如硬脂酸钙、硬脂酸钡、硬脂酸镁等。经过实验发现，采用硬脂酸钙或硬脂酸钡时，制备土工格室的性能更好。
该实施方式的一种或多种实施例中，医疗塑料废物、改性填料、加工助剂的质量比为70～90:3.5～5:6.5～15。
该实施方式的一种或多种实施例中，改性填料包括碳酸钙、聚丙烯酸钠、碳化硅晶须、高岭土和滑石粉。经过实验表明，当碳酸钙、聚丙烯酸钠、碳化硅晶须、高岭土和滑石粉的质量比为14.5～15.5:34.5～35.5:9.5～10.5:14.5～15.5:24.5～25.5时，制备土工格室的性能更好。
该实施方式的一种或多种实施例中，改性炭黑、石蜡、硬脂酸类化合物和邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯的质量比为24.5～25.5:14.5～15.5:9.5～10.5:49.5～50.5。经过实验表明，采用该比例的加工助剂，制备土工格室的性能更好。
该实施方式的一种或多种实施例中，医疗塑料废物与改性填料、加工助剂混合、熔融挤出形成母粒，将母粒熔融挤出形成包裹层。
该系列实施例中，融挤出形成母粒的温度为160～210℃。
该实施方式的一种或多种实施例中，将包裹层与连续的高强纤维束熔融复合，再进行拉伸制成格栅筋条。
该系列实施例中，所述拉伸为先进行纵向拉伸，再进行横向拉伸。
该系列实施例中，纵向拉伸的温度为80～110℃，拉伸倍数为1.5～2；横向拉伸的温度为60～90℃，拉伸倍数为6.8～8.2。
该系列实施例中，将土工格室筋条冲孔获得单元片材(单片)，将单元片材加工处理制成蜂格状网格土工格室。
该系列实施例中，将单元片材进行超声波焊接制成蜂格状网格土工格室。
本发明的另一种实施方式，提供了一种基于医疗废物的土工格室，由上述制备方法获得。
本发明的第三种实施方法，提供了一种上述基于医疗废物的土工格室在路基的稳固、河道的治理、防止滑坡的挡墙或受载重力的挡墙中的应用。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
将14.5份碳酸钙、35份聚丙烯酸钠、10.5份碳化硅晶须、15份高岭土和25份滑石粉各自研磨均匀后充分混合获得改性填料。
将25份改性炭黑、15份石蜡、10份硬脂酸钙、50份dop各自研磨均匀后充分混合获得加工助剂。
该实施例中所述添加少量碳酸钙、碳化硅晶须、高岭土与滑石粉，可增韧复合材料，增加材料强度，聚丙烯酸钠的添加能够使原料混合更均匀。而同时添加碳酸钙、聚丙烯酸钠、碳化硅晶须、高岭土与滑石粉不仅能够使原料混合更均匀，还能够提升包裹层的其他性能，使材料强度更好，降低成型制件的收缩率，提高制品的尺寸稳定性。且经过研究发现，随填料含量增加，会导致材料缺口冲击强度下降，本实施例所采用的材料比，可将填料性能发挥最优。
选择螺杆直径为90mm、长径比为25、压缩比为3.85的同向双螺杆挤出复合机，按重量份数计算，在挤出机料筒温度200℃，喷嘴温度210℃，螺杆转速为200转/分钟下，将85份医疗塑料废物破碎料、4份改性填料、11份加工助剂进行熔融加热分解，待熔料挤出平稳后，开启切粒机，在切粒机150转/分钟下将其制造成母粒；在310℃挤出温度、55℃冷却辊温度下，将65份母粒熔融，通过挤出机模头与35份200d的pbo纤维100根4束包裹复合，其中冷却辊直径选用550mm。由此，经复合包裹，将复合束在110℃下进行纵向拉伸，拉伸倍数为1.6，室温下静置消除应力后，在80℃下进行横向拉伸，拉伸倍数为6.5。再经冷却装置制备成宽1.2m、厚1.4mm的土工格室筋条，然后用冲孔机对片材冲孔后分切成宽200mm的单片，最后经超声波将单片焊接组合成土工格室。
所制得的pbo纤维土工格室磨擦不易产生静电，质量轻，便于井下运输、携带和施工。断裂延伸率为4.5％，拉伸强度为600mpa，有较强的承载能力，能有效防止碎煤块的掉落，保护矿井下工人的安全和矿车运行的安全。阻燃性能良好，可分别达到煤炭行业标准mt141-2005、mt113-1995规定的阻燃性能。
实施例2
将15份碳酸钙、35份聚丙烯酸钠、10份碳化硅晶须、15份高岭土和25份滑石粉各自研磨均匀后充分混合获得改性填料。
将25.5份改性炭黑、15.5份石蜡、9.5份硬脂酸钙、49.5份dop各自研磨均匀后充分混合获得加工助剂。
选择螺杆直径为100mm、长径比为25、压缩比为3.85的同向双螺杆挤出复合机，按重量份数计算，在挤出机料筒温度200℃，喷嘴温度210℃，螺杆转速为180转/分钟下，将90份医疗塑料废物破碎料、3份改性填料、7份加工助剂进行熔融加热分解挤出，待熔料挤出平稳后，开启切粒机，在切粒机150转/分钟下将其制造成母粒；在290℃挤出温度、50℃冷却辊温度下，将65份母粒熔融，通过挤出机模头与35份10d的碳纤维100根2束包裹复合，其中冷却辊直径选用550mm。由此，经复合包裹，将复合束在100℃下进行纵向拉伸，拉伸倍数为1.55，室温下静置消除应力后，在85℃下进行横向拉伸，拉伸倍数为8。再经冷却装置制备成宽1.2m、厚1.5mm的土工格室筋条，然后用冲孔机对片材冲孔后分切成宽150mm的单片，最后经超声波将单片焊接组合成土工格室。
所制得的碳纤维路基土工格室具有较好的耐腐蚀、抗老化抗蠕变等性能，适合永久性工程的长期使用，抗拉强度为290mpa，断裂延伸率为5％，能有效的提高加筋承载面的嵌锁、咬合作用、极大程度的增强地基的承载力、有效的约束土体的侧向位移，增强地基稳固性能。
实施例3
将15.5份碳酸钙、35.5份聚丙烯酸钠、9.5份碳化硅晶须、14.5份高岭土和25份滑石粉各自研磨均匀后充分混合获得改性填料。
将25.5份改性炭黑、14.5份石蜡、10份硬脂酸钙、50份dop各自研磨均匀后充分混合获得加工助剂。
选择螺杆直径为90mm、长径比为25、压缩比为3.85的同向双螺杆挤出复合机，按重量份数计算，在挤出机料筒温度190℃，喷嘴温度200℃，螺杆转速为180转/分钟下，将80份医疗塑料废物破碎料、5份改性填料、15份加工助剂进行熔融加热分解挤出，待熔料挤出平稳后，开启切粒机，在切粒机130转/分钟下将其制造成母粒；在290℃挤出温度、50℃冷却辊温度下，将60份母粒熔融，通过挤出机模头与40份玻璃纤维包裹复合，其中冷却辊直径选用500mm。由此，经复合包裹，将复合束在100℃下进行纵向拉伸，拉伸倍数为1.58，室温下静置消除应力后，在65℃下进行横向拉伸，拉伸倍数为7。再经冷却装置制备成宽1.3m、厚1.8mm的土工格室筋条，然后用冲孔机对片材冲孔后分切成宽170mm的单片，最后经超声波焊接成蜂格状网格土工格室。
所制得的玻璃纤维深海作业格栅抗拉强度为190mpa，断裂延伸率为3％。适应各类环境土壤，承载力强、抗腐蚀、抗老化、使用寿命长，能有效的避免在施工过程中被机具碾压破坏而造成的施工损伤。因为玻纤土工格室能够抵抗各类物理磨损和化学侵蚀，还能抵御生物侵蚀和气候变化，保证其性能不受影响，更适应于深海作业、堤岸加固，从根本上解决了其他材料做石笼因长期受海水冲蚀而造成的强度低、耐腐蚀性能差、使用寿命短等技术难题。
实施例4
将15份碳酸钙、34.5份聚丙烯酸钠、10.5份碳化硅晶须、15.5份高岭土和24.5份滑石粉各自研磨均匀后充分混合获得改性填料。
将25份改性炭黑、15份石蜡、9.5份硬脂酸钙、50.5份dop各自研磨均匀后充分混合获得加工助剂。
选择螺杆直径为90mm、长径比为25、压缩比为3.85的同向双螺杆挤出复合机，按重量份数计算，在挤出机料筒温度190℃，喷嘴温度200℃，螺杆转速为200转/分钟下，将85份医疗塑料废物破碎料、5份改性填料、10份加工助剂进行熔融加热分解挤出，待熔料挤出平稳后，开启切粒机，在切粒机120转/分钟下将其制造成母粒；在290℃挤出温度、60℃冷却辊温度下，将70份母粒熔融，通过挤出机模头与30份玻璃高强聚酯纤维包裹复合，其中冷却辊直径选用500mm。由此，经复合包裹，将复合束在80℃下进行纵向拉伸，拉伸倍数为1.8，室温下静置消除应力后，在60℃下进行横向拉伸，拉伸倍数为7.5。再经冷却装置制备成宽1.3m、厚1.8mm的土工格室筋条，然后用冲孔机对片材冲孔后分切成宽170mm的单片，采用经编定向结构，织物中的经纬向纱线相互间无弯曲状态，交叉点用高强纤维长丝捆绑结合起来，形成牢固的结合点，制备成土工格室。
所制得的聚酯经编涤纶格栅具有极高的抗拉强度、延伸率小、耐腐蚀、耐老化、与基料有较强的咬合力、质量轻、有排水作用等多种特性，抗拉强度为220mpa，断裂延伸率为3.5％。不仅用于各种高等级道路，铁路的软路基增强，路堤边坡加筋、挡土墙加筋，增强整体强度，还能用于水利工程中的堤坝、河道的加筋、隔离、加固软土基础，也能增强其防护能力，提高基础的承载力和稳定性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种基于医疗废物的土工格室的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
将医疗塑料废物与改性填料、加工助剂混合、熔融挤出形成包裹层；
将包裹层包覆连续的高强纤维束制备成格栅筋条；
将格栅筋条加工处理制成蜂格状网格土工格室；
所述改性填料包括钙盐、聚丙烯酸钠、增强料、填充剂、改性剂，所述钙盐为碳酸钙和/或硫酸钙，所述增强料为氧化锌晶须、碳化硅晶须或短碳纤维，填充剂为二氧化硅、高岭土或蒙脱土，所述改性剂为滑石粉或云母粉；
所述加工助剂包括改性炭黑、石蜡、硬脂酸类化合物和邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯，所述硬脂酸类化合物为硬脂酸或硬脂酸盐；
所述高强纤维为碳纤维、玻璃纤维、钢塑纤维、聚酯纤维或pbo纤维。
2.如权利要求1所述的基于医疗废物的土工格室的制备方法，其特征是，医疗塑料废物、改性填料、加工助剂的质量比为70～90:3.5～5:6.5～15。
3.如权利要求1所述的基于医疗废物的土工格室的制备方法，其特征是，改性填料包括碳酸钙、聚丙烯酸钠、碳化硅晶须、高岭土和滑石粉；优选的，碳酸钙、聚丙烯酸钠、碳化硅晶须、高岭土和滑石粉的质量比为14.5～15.5:34.5～35.5:9.5～10.5:14.5～15.5:24.5～25.5。
4.如权利要求1所述的基于医疗废物的土工格室的制备方法，其特征是，改性炭黑、石蜡、硬脂酸类化合物和邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯的质量比为24.5～25.5:14.5～15.5:9.5～10.5:49.5～50.5。
5.如权利要求1所述的基于医疗废物的土工格室的制备方法，其特征是，医疗塑料废物与改性填料、加工助剂混合、熔融挤出形成母粒，将母粒熔融挤出形成包裹层；
优选的，融挤出形成母粒的温度为160～200℃。
6.如权利要求1所述的基于医疗废物的土工格室的制备方法，其特征是，将包裹层与连续的高强纤维束熔融复合，再进行拉伸制成格栅筋条。
7.如权利要求6所述的基于医疗废物的土工格室的制备方法，其特征是，所述拉伸为先进行纵向拉伸，再进行横向拉伸；
优选的，纵向拉伸的温度为80～110℃，拉伸倍数为1.5～2；横向拉伸的温度为60～90℃，拉伸倍数为6.8～8.2。
8.如权利要求6所述的基于医疗废物的土工格室的制备方法，其特征是，将土工格室筋条冲孔获得单元片材，将单元片材加工处理制成蜂格状网格土工格室；
优选的，将单元片材进行超声波焊接制成蜂格状网格土工格室。
9.一种基于医疗废物的土工格室，其特征是，由权利要求1～8任一所述的制备方法获得。
10.一种权利要求9所述的基于医疗废物的土工格室在路基的稳固、河道的治理、防止滑坡的挡墙或受载重力的挡墙中的应用。
技术总结