無機發泡材料的低溫製造方法及所製成的無機發泡材料的製作方法
2023-08-02 09:48:01 1
無機發泡材料的低溫製造方法及所製成的無機發泡材料的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種無機發泡材料的低溫製造方法及所製成的無機發泡材料。該製造方法藉由混合玻璃、水泥以及發泡劑，並且在低溫工藝下使發泡劑產生氣體並且使玻璃與水泥反應而製成質輕、抗壓且隔熱的無機發泡材料，並且此無機發泡材料具有隔音、隔熱、防火、低吸水性以及低收縮率的特性。
【專利說明】無機發泡材料的低溫製造方法及所製成的無機發泡材料
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種無機發泡材料的低溫製造方法及所製成的無機發泡材料，特別是一種無機發泡材料的低溫製造方法及所製成的無機發泡材料。
【背景技術】
[0002]由於土地資源有限，故目前的都市建築已趨向高樓層的建築發展。然而，由於低樓層需要負荷高樓層的重量，因此隨著樓層數的增加，低樓層所需要負載的重量也隨之增加，並且因為各種建材本身所能承受重量的限制，因而隨之產生所能建築的最高樓層數目的限制。
[0003]為了提高所能建築的樓層數目，一般會希望減輕建材本身的重量，以減少低樓層所需負載的重量。如此一來，對於非結構性構造物的自重減輕的要求也隨之提高。由於一般以普通混凝土所製作的水泥製品其本身的重量較大，因而以普通混凝土所製作的水泥製品已逐漸無法滿足現今高樓層建築的設計需求。因此，從生態環境維護及社會總體經濟效益面而言，積極開發質輕、耐震、隔熱、節能的無機發泡材料以取代傳統的建材，乃是當今相當重要的課題。
[0004]根據過去文獻中所記載的無機發泡材料，例如發泡玻璃、發泡陶瓷、發泡輕質磚等，都是在約攝氏500度至1200度之間的溫度範圍下，以高溫燒結的方式製成。由於需要經由高溫燒結的工藝，因而這樣的製造方式的能量消耗非常巨大，而需要消耗大量的能源，而對環境資源造成非常大的傷害。 [0005]傳統無機發泡材料除了能量消耗巨大、消耗資源等不利環境的因素外，由於製造時是使用高溫的工藝，因而在製造過程中的發泡效果常常因為高溫環境工藝而難以控制。如此一來，造成了在製造無機發泡材料的過程中發泡效果不佳且氣泡不均勻等問題，進而造成所製成的無機發泡材料在抗壓、隔熱、隔音效果等方面因控制工藝不佳也為之變差。
[0006]因此，如何設計一種無機發泡材料的製造方法，以解決現有技術中使用高溫工藝來製造無機發泡材料，造成的能源過度消耗的問題，就成為本領域技術人員需要解決的問題。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在於提出一種無機發泡材料的低溫製造方法及所製成的無機發泡材料，藉以解決現有技術中因使用高溫工藝來製造無機發泡材料而造成的能源過度消耗的問題。
[0008]為實現上述目的，本發明提供一種無機發泡材料的低溫製造方法，包含以下步驟:進行一混料工藝，包含混合一玻璃與一水泥為一無機發泡原料；進行一低溫工藝，低溫工藝用以使一發泡劑於無機發泡原料產生一氣體，並且使玻璃與水泥反應以形成一無機發泡材料。
[0009]其中，該玻璃的重量百分比介於3%至60%，該玻璃的重量百分比以該無機發泡原料的總重為基準。
[0010]其中，該玻璃的粒徑為80至400網目。
[0011]其中，該混料工藝另包含:混合一第一型波特蘭水泥以及一第三型波特蘭水泥為該水泥。
[0012]其中，該混料工藝另包括:提供一水；以及混合該水與該無機發泡原料。
[0013]其中，該發泡劑為一過氧化氫溶液，該氣體為一氧氣。
[0014]其中，該低溫工藝另包括:提供一模具；以及將該無機發泡原料與該發泡劑加入該模具。
[0015]其中，該低溫工藝的反應溫度為5°C至65°C。
[0016]本發明還提供一種由上述無機發 泡材料的低溫製造方法所製成的無機發泡材料。
[0017]其中，該無機發泡材料的密度介於0.10克/立方釐米至0.40克/立方釐米。
[0018]其中，該無機發泡材料的抗壓強度大於等於500000帕。
[0019]其中，該無機發泡材料的隔熱係數小於0.07瓦/(米X開爾文)。
[0020]根據上述本發明實施例所公開的無機發泡材料的低溫製造方法及所製成的無機發泡材料，由於是使用玻璃與水泥來製造無機發泡材料，因而在低溫工藝下即可使玻璃與水泥進行反應以製成無機發泡材料，並且此無機發泡材料具有較佳的抗壓強度。因此，解決了現有技術中，使用高溫工藝來製造無機發泡材料，進而造成的能源過度消耗的問題。
[0021]以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明一實施例所公開的無機發泡材料的低溫製造方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]以下在實施方式中詳細敘述本發明的詳細特徵以及優點，其內容足以使本領域技術人員了解本發明的技術內容並據以實施，且根據本說明書所公開的內容、權利要求及圖式，本領域技術人員可輕易地理解本發明相關的目的及優點。以下實施例進一步詳細說明本發明的觀點，但非以任何觀點限制本發明的範疇。
[0024]首先，請參考圖1，圖1為根據本發明一實施例所公開的無機發泡材料的製造方法的流程圖。
[0025]首先，提供一玻璃(S101)。玻璃例如包含有鈉鈣玻璃(soda-lime glass)、薄膜電晶體-液晶顯不器玻璃(thin film transistor-liquid crystal display, TFT-LCDglass)、派瑞克斯玻璃(Pyrex glass),但玻璃種類並不以此為限,使用者可視需求選擇玻璃的種類或顏色。其中，玻璃可以是由廢玻璃中所回收的玻璃，藉以再利用所回收的玻璃，但使用廢玻璃並非用以限定本發明。
[0026]詳細來說，玻璃的粒徑為80至400網目(mesh)。使用者可藉由研磨機或球磨機等來研磨玻璃，藉以降低玻璃的粒徑為80至400網目。並且，再藉由篩選機進行篩選，使所提供的玻璃的粒徑介於80至400網目之間。其中，玻璃的粒徑越小，所製成的無機發泡材料的強度越高而抗壓強度能進而提升。
[0027]接著，提供一水泥(S102)。在本實施例及部分其他實施例中，為混合一第一型波特蘭水泥(Type I Portland cement)以及一第三型波特蘭水泥(Type III Portlandcement，又稱早強水泥)。在本實施例及部分其他實施例中，第一型波特蘭水泥與第三型波特蘭水泥以5:1至7:1的重量比例進行混合。在部分實施例中，第一型波特蘭水泥與第三型波特蘭水泥以6:1的重量比例進行混合。
[0028]須注意的是，在本實施例中，是先提供玻璃再提供水泥，但提供玻璃與提供水泥的順序並非用以限定本發明。也就是說，在本發明其他實施例中，可以先提供水泥再提供玻
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[0029]然後，進行一混料工藝(S103)。詳細來說，為混合玻璃以及水泥為一無機發泡原料。在本實施例及部分其他實施例中，先以水為底基，再加入玻璃及水泥進行混合。其中，玻璃的重量百分比介於3%至60%之間，而玻璃的重量百分比以混合玻璃與水泥的無機發泡原料的總重為基準，在部分實施例中，玻璃的重量百分比介於5%至50%之間。詳細而言，水泥所佔的重量百分比越高，則無機發泡原料的初期黏滯性就越高。另一方面，玻璃所佔的重量百分比越高，所製成的無機發泡材料的抗壓強度就能夠提升。也就是說，玻璃的重量百分比介於3%至60%時，無機發泡原料於製造初期即具有足夠的黏滯性，並且所製成的無機發泡材料也具有足夠的抗壓強度。
[0030]在本實施例中，是以攪拌混合機來混合玻璃以及水泥。藉此，可使玻璃以及水泥混合均勻。在本實施例及部分其他實施例中，使用攪拌混合機進行混合的混合時間為兩分鐘至三十分鐘，使用者可依照玻璃與水泥的混合量大小給予調整。其中，混合時間越長，玻璃以及水泥的均勻度會相對較佳。
[0031]在本實施例中，先提供粒徑為80至400網目之間的玻璃以及水泥，再將玻璃以及水泥混合。在部分其他實 施例中，也可以直接混合玻璃以及水泥。
[0032]接著，提供一發泡劑(S104)。其中，發泡劑例如為一液態的試劑。在本發明實施例中，是使用過氧化氫溶液(雙氧水，H2O2 (aq))作為發泡劑，但此發泡劑非用以限定本發明。其中，發泡劑的重量百分比介於0.5%至10%之間，而發泡劑的重量百分比以無機發泡原料的總重為基準。詳細來說，發泡劑所佔的重量百分比越高，由於發泡劑所能產生的氣體較多，使得所製成的無機發泡材料的發泡程度較高，因而所製成的無機發泡材料的密度較小。然而，如果發泡劑所佔的重量百分比過高時，由於發泡劑會產生過多的氣體，而使得無機發泡原料內產生連通的孔洞，進而使氣體自無機發泡原料中散逸，造成發泡無法完成。所以發泡劑的添加量對於所製成的無機發泡原料的密度而言，也是非常重要的一項控制因素。另一方面，發泡劑所佔的重量百分比越低，由於發泡劑所能產生的氣體較少，則所製成的無機發泡材料的發泡程度較低，而使得所製成的無機發泡材料密度較高。須注意的是，所製成的無機發泡材料的密度與抗壓強度是正相關，而密度與隔熱能力是負相關。因此，用戶可依照最終產品的需求而在工藝中調整發泡劑的重量百分比，進而控制所製成的無機發泡材料的密度、抗壓強度以及隔熱能力。
[0033]然後，混合無機發泡原料以及發泡劑(S105)。在本實施例及部分其他實施例中，是以攪拌混合機來混合無機發泡原料以及發泡劑。藉此，可再將無機發泡原料與發泡劑混合均勻。
[0034]然後，將與發泡劑混合後的無機發泡原料加入一模具(S106)。由於無機發泡原料在製備初期具有流動性，因而無機發泡原料可依據模具的形狀而填充於模具中。如此一來，使用者可依據模具的形狀來設計所製成的無機發泡材料的形狀。
[0035]接著，進行一低溫工藝，使發泡劑於無機發泡原料產生一氣體，並且使玻璃與水泥進行反應。在本實施例中，低溫工藝的反應溫度為5°C至65°C。在5°C至65°C的溫度範圍內，發泡劑可反應產生氣體，而玻璃與水泥亦可進行反應。在5°C至65°C的溫度範圍內，溫度越高無機發泡材料的早期強度會越好，也越快可以達到使用的強度需求。更詳細來說，低溫工藝可依照玻璃、水泥與發泡劑所進行的反應而依序區分為一低溫發泡工藝(S107)以及一養護工藝(S108)。
[0036]在低溫發泡工藝(S107)中，主要是進行發泡劑產生氣體的反應。在本實施例中，由於所使用的發泡劑為過氧化氫溶液，因而所產生的氣體為對應於過氧化氫溶液的氧氣。為了提高發泡劑產生氣體的速率，可以以提高溫度的方式或者是加入一催化劑(例如:二氧化錳)來促進發泡劑反應產生氣體。在本發明實施例中，由於玻璃的重量百分比介於3%至60%之間，因而無機發泡原料具有足夠的黏滯性，而使得在發泡的過程中，無機發泡原料可以包覆發泡劑所產生的氣體，進而可避免氣體自無機發泡原料中逸散。如此一來，發泡劑所產生的氣體會在無機發泡原料中形成獨立且封閉的氣泡孔，並且氣泡孔在無機發泡原料中的分布非常均勻。
[0037]在養護工藝(S108)中，主要是進行玻璃與水泥之間的化學反應。詳細來說，是將發泡階段後的原料依強度需求靜置0.5至7天,使玻璃中的二氧化娃(silicon dioxide,SiO2)與水泥中的氧化招(aluminum oxide, Al2O3)進行反應而形成娃氧四面體的晶體結構。如此一來，除了水泥本身的水合鍵結外，於玻璃與水泥等原料之間也形成了化學鍵結，因而所形成的無機發泡材料具有較強的抗壓強度。
[0038]最後使用者可再依照其需求來裁切無機發泡材料(S109)，以設計所欲使用無機發泡材料的外觀。舉例來說，可以將無機發泡材料切割成需求的大小來使用。如此一來，即完成低溫工藝的無機發泡材料的製備(S110)。所製成的無機發泡材料的用途相當廣泛，例如可做為輕隔間材料、天花板材料、外牆節能材料、保溫板、防火門等多項運用，或者做為一般電子產品的外殼或是緩衝泡棉，並且因為無機發泡材料的特性，而在隔音、隔熱、防火效果等方面效果相當優異。
[0039]由於無機發泡材料由玻璃與水泥所製成，並且經過了發泡階段的處理，而使得所製成的無機發泡材料具有氣泡孔，進而使得無機發泡材料的密度低，介於0.10-0.40克/立方釐米(g/cm3)之間，因而所製成的建材屬於輕質的無機發泡材料。在抗壓強度上，由於玻璃與水泥之間除了水合鍵結外，也形成了化學鍵結，使得所製成的輕質的無機發泡材料的抗壓強度大於等於500000帕(0.5MPa)，因而具有良好的抗壓強度。在隔熱性質上，無機發泡材料中的氣泡孔可降低熱量的傳遞，所製成的無機發泡材料的隔熱係數(insulationfactor)小於0.07瓦/(米X開爾文)(W/(mXK))，因而具有良好的隔熱效果。此外，由於無機發泡材料中的氣泡孔的分布非常均勻，因而還具有隔音、防火、低吸水性以及低收縮率的優點。
[0040] 根據上述本發明實施例所公開的無機發泡材料的低溫製造方法及所製成的無機發泡材料，由於是使用玻璃與水泥來製造無機發泡材料，並且玻璃的重量百分比介於3%至60%之間。如此一來，在5°C至65°C的溫度下，發泡劑可於無機發泡原料產生一氣體，並且玻璃可與水泥進行反應而製成無機發泡材料，並且無機發泡材料具有較佳的抗壓強度。因此，解決了先前技術中，使用高溫工藝(大於攝氏500度的工藝溫度)來製造無機發泡材料，進而造成能源過度消耗且二次消耗的問題。藉此，以達到環境保護與能源節省的功效。
[0041]此外，由於玻璃的重量百分比介於3%至60%之間，因而玻璃與水泥混合後具有足夠的黏滯性，而使得在低溫發泡工藝中，無機發泡原料可避免氣體自原料中逸散，而使得所製成的無機發泡材料中具有均勻且封閉的氣泡孔，因而具有較佳的發泡效果，進而可使得無機發泡材料具有低密度。另一方面，由於無機發泡材料中的均勻且封閉的氣泡孔可降低熱量的傳遞，而使得所製成的無機發泡材料具有良好的隔熱效果。並且，由於無機發泡材料中的氣泡孔的分布非常均勻，因而無機發泡材料還具有隔音、防火、低吸水性以及低收縮率的優點。
[0042]此外，由於可利用廢棄的玻璃來製造無機發泡材料，因而提供了一種再利用廢玻璃的方法。如此一來，除了可達到廢玻璃的減量，還可提供資源再利用的方法。
[0043]當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明權利要 求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種無機發泡材料的低溫製造方法，其特徵在於，包含: 進行一混料工藝，包含混合一玻璃與一水泥為一無機發泡原料；以及 進行一低溫工藝，該低溫工藝用以使一發泡劑於該無機發泡原料產生一氣體，並且使該玻璃與該水泥反應以形成一無機發泡材料。
2.根據權利要求1所述的無機發泡材料的低溫製造方法，其特徵在於，該玻璃的重量百分比介於3%至60%，該玻璃的重量百分比以該無機發泡原料的總重為基準。
3.根據權利要求1所述的無機發泡材料的低溫製造方法，其特徵在於，該玻璃的粒徑為80至400網目。
4.根據權利要求1所述的無機發泡材料的低溫製造方法，其特徵在於，該混料工藝另包含: 混合一第一型波特蘭水泥以及一第三型波特蘭水泥為該水泥。
5.根據權利要求1所述的無機發泡材料的低溫製造方法，其特徵在於，該混料工藝另包括: 提供一水；以及 混合該水與該無機發泡原料。
6.根據權利要求1所述的無機發泡材料的低溫製造方法，其特徵在於，該發泡劑為一過氧化氫溶液，該氣體為一氧氣。
7.根據權利要求1所述的無機發泡材料的低溫製造方法，其特徵在於，該低溫工藝另包括: 提供一模具；以及 將該無機發泡原料與該發泡劑加入該模具。
8.根據權利要求1所述的無機發泡材料的低溫製造方法，其特徵在於，該低溫工藝的反應溫度為51:至651:。
9.一種根據權利要求1所述的無機發泡材料的低溫製造方法所製成的無機發泡材料。
10.根據權利要求9所述的無機發泡材料，其特徵在於，該無機發泡材料的密度介於0.10克/立方釐米至0.40克/立方釐米。
11.根據權利要求9所述的無機發泡材料，其特徵在於，該無機發泡材料的抗壓強度大於等於500000帕。
12.根據權利要求9所述的無機發泡材料，其特徵在於，該無機發泡材料的隔熱係數小於0.07瓦/(米X開爾文)。
【文檔編號】C04B28/04GK104003670SQ201310056438
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年2月22日 優先權日:2013年2月22日
【發明者】吳庭安 申請人:春池玻璃實業有限公司, 吳庭安