使用廢玻璃製造泡沫玻璃的方法以及使用膨脹計預測玻璃的發泡範圍的方法

2023-06-13 02:21:41 3

使用廢玻璃製造泡沫玻璃的方法以及使用膨脹計預測玻璃的發泡範圍的方法
【專利摘要】根據本發明的一方面，提供了使用廢玻璃製造泡沫玻璃的方法，包括以下步驟：通過在不添加發泡劑的情況下在模具中壓制含有矽酸鈉或硼鋁矽酸鹽的廢玻璃粉末來製備模塑製品，和在600℃至1,000℃的溫度範圍對模塑製品進行煅燒並使其發泡，其中廢玻璃粉末的製備方法包括通過溼磨法來研磨含有矽酸鈉或硼鋁矽酸鹽的廢玻璃。
【專利說明】使用廢玻璃製造泡沬玻璃的方法以及使用膨脹計預測玻璃 的發泡範圍的方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及製造泡沫玻璃的方法和預測發泡範圍的方法，更特別地涉及其中使用 廢玻璃作為原料在不添加發泡劑（或氣泡形成劑（bubble-forming agent))的情況下通過 研磨和熱處理方法來製造泡沫玻璃的泡沫玻璃製造方法和使用膨脹計預測玻璃的發泡範 圍的方法。

【背景技術】
[0002] 泡沫玻璃用於需要工業防水性、耐熱性和耐久性的應用中，這是因為它在重量輕 的同時顯示出優異的防火、絕緣、耐熱和吸音性能。具體地，泡沫玻璃在結構或建築中被用 作優異的隔熱材料和吸音材料。
[0003] 在20世紀30年代末已經提出泡沫玻璃的製造原理。例如，將還原劑（如碳）和 含有氧化物、硫酸鹽或其它類型的氧化組分的發泡劑與具有特定組成的玻璃混合，並且粉 碎如此獲得的混合物。然後，將粉碎後的混合物放置在預定的容器或模具中，從而在軟化或 熔融之前進行煅燒。
[0004] 在熱處理過程中，在碳和硫氧化物（或玻璃的氧化物或氧化劑）之間發生氧 化-還原反應。結果，熔融的玻璃可以含有30 2、〇)2、隊、45或其它氣體。這可以產生形成具 有低密度且對熱傳導和熱輻射具有耐受性的結構的材料，並且這可以形成游離氣體。結果， 當獲得最佳結果時，玻璃的結構可以具有封閉的孔，水、水蒸汽或其它液體或氣體不能滲入 該孔中。
[0005] 已提出根據以上製造原理製造的泡沫玻璃塊的製造方法的眾多研究結果和相關 專利。為了製造由 Pittsburg Corning of the United States of America 商業化的泡沫玻 璃，必須首先製備具有特定組成的用於製造泡沫玻璃的玻璃原料。為此，已製備用於製造 泡沫玻璃的玻璃原料，所述玻璃原料可以通過將各種組分（如Na 2S04、CaC03、MgC03、Na20和 As203)添加到用於製造玻璃的典型原料組合物中和在1300°C至1600°C的溫度範圍中實施 熔融方法來製造泡沫玻璃。粉碎如此製備的玻璃，將碳作為形成助劑（所述形成助劑產生 了通過與其它組分反應來充當直接發泡劑的氣體）添加到其中並且充分混合。然後，將用 於製造泡沫玻璃的混合後的玻璃原料粉末放置在預定的容器中，在400°C至650°C的溫度 範圍中進行預熱，使其在800°C至900°C的溫度範圍中經受發泡過程，然後經受熱處理方法 (如用於穩定的冷卻和緩慢冷卻）。將如此獲得的產品切成預定的尺寸並且進行包裝以供 出售。
[0006] 然而，在該方法中，由於如上所述的1300°C至1600°C的熱處理溫度在製備用於制 造泡沫玻璃的玻璃原料的方法中是必要的，所以需要大量的能量。因此，設備的投資和管理 費用是必須的，因而，用於製造泡沫玻璃的玻璃原料的生產成本可能佔泡沫玻璃生產成本 的超過一半。
[0007] 在泡沫玻璃的製造中，儘可能精確地預測玻璃的發泡範圍是非常重要的。已提出 根據以上製造原理製造的泡沫玻璃塊的製造方法的眾多研究結果和相關專利。然而，對於 泡沫玻璃的產生範圍的研究已無關緊要了。
[0008] 通常，已使用高溫顯微鏡通過實時圖像在宏觀上進行泡沫玻璃的產生範圍的精確 預測實驗。然而，這不可以精確地預測玻璃的發泡範圍，測量單位也可能被限制到僅毫米 (mm)單位。


【發明內容】

[0009] 摶術問是頁
[0010] 本發明提供了在不使用發泡劑的情況下，通過使用廢玻璃而同時無需玻璃熔融、 水解或用於製備特殊組合物的任何其它預處理來製造具有均勻孔分布和有效功能的無色 或有色泡沫玻璃的方法。
[0011] 本發明還提供了使用膨脹計根據各種測量變量（如溫度範圍、升溫速率、保持時 間和冷卻速率）精確預測玻璃的發泡範圍的方法。
[0012] 摶術方案
[0013] 根據本發明的一方面，提供了使用廢玻璃製造泡沫玻璃的方法，包括：通過在不添 加發泡劑的情況下在成形模具中壓制具有矽酸鈉或硼鋁矽酸鹽組分的廢玻璃粉末來製備 模塑製品；和在600°C至1，000°C的溫度範圍對模塑製品進行煅燒和使其發泡，其中通過採 用溼磨法研磨具有矽酸鈉或硼鋁矽酸鹽組分的廢玻璃，來製備廢玻璃粉末。
[0014] 在這種情況下，可以將選自水、乙醇、甲醇和丙酮中的至少一種或多種用作所述溼 磨法的溶劑。
[0015] 此外，所述方法還可以包括在通過溼磨法研磨之前，對具有矽酸鈉或硼鋁矽酸鹽 組分的所述廢玻璃進行幹磨。
[0016] 廢玻璃粉末的尺寸可以為Ιμπι至10 μ m。
[0017] 可以將金屬氧化物作為著色劑添加到所述廢玻璃粉末中，所述金屬氧化物可以是 鈷氧化物（C〇 304)或錳氧化物（Μη03)中的任意一種或多種。
[0018] 可以在煅燒和發泡之前或在通過溼磨法研磨之前將金屬氧化物添加到廢玻璃粉 末中。
[0019] 根據本發明的另一方面，提供了預測玻璃的發泡範圍的方法，包括使用未發泡前 體根據溫度的形狀變化曲線以預測未發泡前體的發泡範圍，所述根據溫度的形狀變化曲線 採用膨脹計測量。
[0020] 可以通過以下步驟來獲得所述根據溫度的形狀變化曲線：將未發泡前體引入膨脹 計中；和在將所述未發泡前體加熱至高於所述未發泡前體的發泡起始溫度時，測量所述未 發泡前體的長度或體積變化。
[0021] 可以在垂直載荷或推動力為200CN或更少的條件下獲得所述形狀變化曲線。
[0022] 可以通過改變測量溫度範圍、升溫速率、冷卻速率、或溫度保持時間中的任意一種 或多種，來獲得所述形狀變化曲線。例如，所述測量溫度範圍可以在室溫至1400°C的範圍中 進行變化，所述升溫速率可以在〇. 1°C /min至50°C /min的範圍中進行變化，所述冷卻速率 可以在0. 1°C /min至50°C /min的範圍中進行變化，和所述保持時間可以在24小時或更少 的範圍中進行變化。
[0023] 未發泡前體可以是粉末形式、或具有預定形狀的塊料形式。
[0024] 有益效果
[0025] 在本發明中，由於可以在不添加發泡劑的情況下使用廢棄的廢玻璃在過程控制下 製造泡沫玻璃，所以可以簡化該過程。因此，不僅可以有助於過程控制，而且還可以製造具 有均勻孔結構和良好的美觀特性的泡沫玻璃。因此，如此製造的泡沫玻璃可以用於各種建 築和環境相關的廣品中。
[0026] 此外，在本發明中，由於可以通過採用膨脹計進行分析來使精確預測具有各種變 量的玻璃發泡範圍成為可能，所以它可以有助於過程控制和生產方法的優化。因此，它可適 合於設置精確的發泡溫度和製造具有優化的密度的泡沫玻璃。
[0027] 本發明的效果不限於前述內容，而是那些本領域技術人員根據以下說明將清楚地 理解本申請未述及的其它效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1是闡明根據本發明使用廢玻璃製造泡沫玻璃的方法的流程圖；
[0029] 圖2是闡明根據本發明的實施例1和4製造的泡沫玻璃的微結構的結果；
[0030] 圖3是觀察根據實施例1製造的泡沫玻璃的外觀的結果；
[0031] 圖4是觀察根據實施例5至8製造的泡沫玻璃的外觀的結果；
[0032] 圖5闡明了根據本發明的實施方式通過使用膨脹計獲得的形狀變化曲線；
[0033] 圖6闡明了根據本發明的實施例9至12通過使用膨脹計獲得的形狀變化曲線；
[0034] 圖7單獨闡明了根據本發明的實施例10獲得的形狀變化曲線；
[0035] 圖8是在圖7中闡明的發泡點以及低於和高於所述發泡點時泡沫玻璃的微結構的 電子顯微鏡觀察的結果；和
[0036] 圖9a和9b分別是闡明在根據本發明的實施方式預測玻璃發泡範圍的方法中使用 的水平型膨脹計和垂直型膨脹計的截面視圖。

【具體實施方式】
[0037] 在下文中，現將參照附圖更為全面地描述本發明，其中示出了本發明的示例性實 施方式。然而，本發明可以以多種不同的形式實施，且不應將其解釋為限於本申請所提出的 實施方式；而應解釋為，提供這些實施方式以使得本公開是充分完全的，且向那些本領域技 術人員全面地傳達了本發明的思想。此外，為了便於解釋，在附圖中的要素尺寸可能是誇大 的。
[0038] 本發明的特徵在於使用廢玻璃通過直接使廢玻璃發泡且不使用任何用於製造泡 沫玻璃的特殊預處理方法來製造泡沫玻璃，所述廢玻璃產生於日常生活或工業中。圖1是 闡明根據本發明的實施方式逐步製造泡沫玻璃的方法的流程圖。在下文中，參照圖1描述 了根據本發明的實施方式製造泡沫玻璃的方法。
[0039] 參照圖1，製備具有矽酸鈉或硼鋁矽酸鹽組分的廢玻璃作為泡沫玻璃的原料 (S1)。該原因在於當具有矽酸鈉或硼鋁矽酸鹽組分的廢玻璃用作泡沫玻璃的原料時，可以 在不添加單獨的發泡劑的情況下製造泡沫玻璃。
[0040] 接著，研磨所製備的廢玻璃以製備用於發泡的原料粉末（S2)。在這種情況下，通過 溼磨法使用研磨儀器（如盤磨機或球磨機）研磨所製備的廢玻璃。在這種情況下，選自水、 乙醇、甲醇和丙酮中的至少一種溶劑可以用作溶劑。
[0041] 可以通過用於有效研磨的多個步驟進行廢玻璃的研磨。例如，可以通過幹法實施 廢玻璃的初次粗磨，然後可以通過溼磨法實施二次細磨以製備較為精細的粉末。
[0042] 期望製備最終研磨後的粉末的粒度儘可能精細。然而，出於粉末製備的經濟成本 的考慮，可以將粉末的粒度控制在lym至10 μ--的範圍中。
[0043] 之後，在不添加發泡劑的情況下將廢玻璃粉末放置在成形模具中，通過單軸壓制 和均衡壓制將所述廢玻璃粉末製備成為模塑製品（S3)。通過在600°C至1，000°C的溫度範 圍中煅燒和發泡，來將模塑製品製備為泡沫玻璃（S5)。
[0044] 在本發明中，參照以下式1描述了泡沫玻璃的形成機理。
[0045] (式 1)
[0046]

【權利要求】
1. 使用廢玻璃製造泡沫玻璃的方法，所述方法包括： 通過在不添加發泡劑的情況下在成形模具中壓制具有矽酸鈉或硼鋁矽酸鹽組分的廢 玻璃粉末來製備模塑製品；和 在600°C至1，000°C的溫度範圍對所述模塑製品進行煅燒和使其發泡， 其中所述廢玻璃粉末的製備方法包括通過溼磨法來研磨具有矽酸鈉或硼鋁矽酸鹽組 分的廢玻璃。
2. 權利要求1的方法，其中將選自水、乙醇、甲醇和丙酮中的至少一種或多種用作所述 溼磨法的溶劑。
3. 權利要求1的方法，其進一步地包括在通過所述溼磨法研磨之前，對具有矽酸鈉或 硼鋁矽酸鹽組分的所述廢玻璃進行幹磨。
4. 權利要求1的方法，其中所述廢玻璃粉末的尺寸為1 μ m至10 μ m。
5. 權利要求1的方法，其中將金屬氧化物作為著色劑添加到所述廢玻璃粉末中。
6. 權利要求5的方法，其中所述金屬氧化物是鈷氧化物（C〇304)或錳氧化物（Μη03)中 的任意一種或多種。
7. 權利要求6的方法，其中在煅燒和發泡之前，將所述金屬氧化物添加到所述廢玻璃 粉末中。
8. 權利要求7的方法，其中在通過所述溼磨法研磨之前添加所述金屬氧化物。
9. 預測玻璃的發泡範圍的方法，所述方法包括使用未發泡前體根據溫度的形狀變化曲 線來預測所述未發泡前體的發泡範圍，所述形狀變化曲線採用膨脹計測量。
10. 權利要求9的方法，其中通過以下步驟來獲得所述根據溫度的形狀變化曲線： 將未發泡前體引入膨脹計中；和 在將所述未發泡前體加熱至高於所述未發泡前體的發泡起始溫度時，測量所述未發泡 前體的長度或體積變化。
11. 權利要求9的方法，其中在垂直載荷或推動力為200cN或更少的條件下獲得所述形 狀變化曲線。
12. 權利要求9的方法，其中通過改變測量溫度範圍、升溫速率、冷卻速率、或溫度保持 時間中的任意一種或多種，來獲得所述形狀變化曲線。
13. 權利要求11的方法，其中所述測量溫度範圍在室溫至1400°C的範圍中進行變化， 所述升溫速率在〇. 1°C /min至50°C /min的範圍中進行變化，所述冷卻速率在0. 1°C /min 至50°C /min的範圍中進行變化，和所述保持時間在24小時或更少的範圍中進行變化。
14. 權利要求9的方法，其中所述未發泡前體為粉末形式或具有預定形狀的塊料形式。
【文檔編號】C03C11/00GK104066692SQ201180076280
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2011年11月22日 優先權日:2011年11月22日
【發明者】樸商曄, 鄭俊基, 方喜坤, 金成振 申請人:江陵原州大學校 產學協力團