CN101321715A - 一种制造包含粘土的轻型建筑材料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种以粘土为原材料通过挤出成型来制造轻型建筑材料的方法，其中使用过氧化氢源作为气体发生剂。在这种方法中使用过氧化氢能够降低相同水含量下的挤出功率，并且能够减少相同挤出压力下的加水量。

Description

一种制造包含粘土的轻型建筑材料的方法
本专利申请要求欧洲专利申请EP 05111658.0的优先权，其内容通过引用并入本发明。
本发明涉及以粘土为原材料制造轻型建筑材料的方法，尤其涉及制造砖的方法。
可以通过添加发泡剂(或气体发生剂)来制造多孔(或轻型或轻质)建筑材料是众所周知的。所产生的气体形成气泡，气泡在固化过程中保留在建筑材料体中并且使得材料具有多孔性。
目前，轻型建筑材料市场正在扩大。其部分归因于材料密度与导热系数大致上成比例的事实。由于通过降低热扩散来节约能源的压力日益增大，要求建筑材料变得越来越多孔。另外，材料密度低在抗地震建筑中很重要。
然而，目前的材料膨胀工艺具有局限性。实际上，如在出版物“Development of extruded，high-thermal insulating bricks”，ZIInternational，12，36-41页，2001中描述的，当在粘土中混入可燃材料如聚苯乙烯和锯末时，产生裂解气流出物和不期望的粘土着色。如澳大利亚专利申请2149097中描述的，当在混凝土中使用铝粉和苛性钠时，由于产生氢而需要专门的安全装置。
本发明目的在于通过提供以粘土为原材料制造轻型建筑材料的新方法来克服这些缺点，所述方法可以节约能源并且可以使得材料变轻而没有环境影响或质量影响。本发明的目的尤其是提供材料膨胀，在挤出期间相同水含量下需要的粘土挤出能量或功率更小，以及相同挤出压力下需要的加水量更少。
为此，本发明涉及以粘土为原材料通过挤出成型制造轻型建筑材料的方法，其中使用过氧化氢源作为气体发生剂。
优选使用过氧化氢源，而不加入将过氧化氢分解为氧气和水的催化剂。这种催化剂的实例是过渡金属化合物例如过渡金属氧化物(例如二氧化锰、氧化铜)或者酶(例如过氧化氢酶)。
本发明的一个基本特征在于使用过氧化氢源作为气体发生剂，优选不添加催化剂。这出乎意料地获得了一种方法，该方法允许材料膨胀(典型地由密度为约1.9kg/dm3至密度为约1.5kg/dm3，并且最终降至密度为约0.8kg/dm3)，而且由于形成的气体为氧气从而没有环境影响，并且可以降低挤出期间相同水含量下的所需挤出功率(约10％至20％)，和减少挤出期间相同挤出压力下的加水量。
所述“轻型建筑材料”表示具有高孔容积的材料，孔容积通常为至少15％，尤其至少20％，最有利的情况下为至少55％。根据下面的方法EN ISO 8990测量孔容积，所述方法由下列步骤组成：
·测量干物质例如砖的重量，(在100℃下加热24小时，随后冷却获得)；
·用水填充全部孔容积(通过在水中浸没24小时)；
·测量湿材料例如砖的重量。
通过本发明的方法制造的建筑材料可以选自砖、墙面砖、饰面顶板、用于隔热板的芯材、幕墙板、护墙板砖、隔墙和外饰面(facing)。优选的材料为砖。
在本发明方法中，用作原材料之一的粘土可以选自组成中含有氧化铝(Al2O3)和二氧化硅(SiO2)以及多种其它痕量成分的矿物质的。合适粘土的实例为高岭土、球状粘土、页岩和蒙脱石。
通过本发明方法制造的建筑材料还可以包含其它添加剂例如砂子、碳酸钡和表面活性剂。
本发明方法中使用的过氧化氢源可以选自过氧化氢本身、过碳酸钠、过硼酸钠、过氧化钙、过氧化镁、过氧化锌、混和的钙/镁过氧化物和它们的混合物。优选过氧化氢。在大多数情况下，过氧化氢以水溶液形式使用。这种溶液通常包含20～70％重量/重量，优选40～50％重量/重量的过氧化氢。将过氧化氢源导入所述方法中时，过氧化氢源导致过氧化氢的形成，过氧化氢自身分解并产生气体，形成气泡，并且在材料中造成多孔性。
本发明的方法包括挤出成型。所述挤出成型在挤压机中进行，其中向挤压机供给包含粘土的糊状材料。所述糊状材料可以通过将粘土与水以及任选的其它添加剂在混合器中混合来制备。添加剂的实例为砂子、碳酸钡和表面活性剂。合适的混合器的实例为捏和机类型或螺旋混合器类型的混合器。随后将所述糊状材料输送到通常包含真空除气室的挤出机中。压迫所述糊状材料通过口模以形成期望的型材。所述口模可以包含内部元件来产生芯(部分中空)形状。可以使用口模润滑剂。润滑剂的实例为重质烃和废润滑油。随后通常例如使用转轴切砖器或推过式切割器(push through cutter)将所述型材切割成方便长度的坯，随后进一步切割成砖块。随后将所述产品例如使用机器人装载到窑车上进行干燥和焙烧。
在本发明的实施期间，通常添加两次水：
1.混合前，加水量基于干粘土重量计为1～25重量％，尤其15～18重量％；
2.在混合期间为了精细控制挤出压力，加水量为2～10重量％，优选3～5重量％。
在本发明的实施期间，通常添加基于干粘土的重量计为0.1～1重量％，尤其为0.2～0.5重量％，最优选为0.25～0.4重量％的过氧化氢源。
推荐过氧化氢的添加位置足够远离挤出机的口模，使得所加入的过氧化氢在通过口模之前完全分解。实际上有利的是整个膨胀在材料从口模离开挤出机之前在挤出机内部发生。这样就避免了材料从口模离开挤出机之后形成气泡。优选将过氧化氢加入混合器中。过氧化氢最常见的是以稀释在上述第2点的加入水中的方式添加。
本发明的方法中还可以使用表面活性剂。合适的实例是合成的或蛋白质基的表面活性剂。它们通常的用量为基于干粘土的重量计0.001～1重量％。
图1图示给出了特别合适的方法。储罐(1)中的粘土通过(3)导入混合器(2)。储罐(4)中的水通过(5)导入混合器(2)。储罐(6)中的过氧化氢源通过(7)导入混合器(2)。粘土、水和过氧化氢源在混合器(2)中混合，得到的糊状材料形式的混合物通过(9)从混合器(2)转移到挤出机(8)。储罐(10)中额外的水或储罐(11)中的其它添加剂可以分别通过(12)和(13)导入挤出机。所述挤出机配备有真空除气室(14)并且由混合区(15)、挤出区(16)和口模(17)组成。离开口模(17)的成型材料被转移到干燥器(18)。
在以粘土为原材料制造轻型建筑材料的方法中当以过氧化氢源作为气体发生剂时，本发明方法可以降低相同水含量下的挤出功率。同样，还可以减少相同挤压压力下的加水量。
因此，本发明还涉及过氧化氢源在以粘土为原材料制造轻型建筑材料的方法中作为气体发生剂用来降低相同水含量下的挤出功率的用途。本发明另外涉及过氧化氢源在以粘土为原材料制造轻型建筑材料的方法中作为气体发生剂用来减少相同挤压压力下的加水量的用途。
下文仅以实施例的方式来说明本发明。
实施例
已经用Cecina河谷(意大利)粘土为原材料来制造砖，其中利用图1中所示的装置，并且利用包含50重量％H2O2的H2O2水溶液作为气体发生剂和LEVOCELLCP 83S产品作为表面活性剂。表1和2中总结了所用的条件和得到的结果。表1显示，相同粘土湿度下的所得挤出功率降低，表2显示，相同挤出功率下的湿度降低。利用电流记录器，并通过电流乘以电压计算挤出所需功率。
表1
表2
Figure A20068004496600072

Claims (11)

1.一种以粘土为原材料通过挤出成型来制造轻型建筑材料的方法，其中使用过氧化氢源作为气体发生剂。
2.根据权利要求1的方法，其中使用所述过氧化氢源，而不加入将过氧化氢分解为氧气和水的催化剂。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所述轻型建筑材料选自砖、墙面砖、饰面顶板、用于隔热板的芯材、幕墙板、护墙板砖、隔墙和外饰面。
4.根据权利要求1～3任一项的方法，其中所述过氧化氢源选自过氧化氢本身、过碳酸钠、过硼酸钠、过氧化钙、过氧化镁、过氧化锌、混合的钙/镁过氧化物，以及它们的混合物。
5.根据权利要求1～4任一项的方法，其中首先在混合器中将所述粘土与水混合成糊状材料，随后将所述糊状材料导入挤出机。
6.根据权利要求5的方法，其中所加入水的量基于所述粘土的重量计为1～30重量％。
7.根据权利要求1～6任一项的方法，其中所加入的过氧化氢的量基于所述粘土的重量计为0.1～1重量％。
8.根据权利要求1～7任一项的方法，其中过氧化氢的加入位置要足够远离挤出机的口模，使得所加入的过氧化氢在通过口模之前完全分解。
9.根据权利要求1～8任一项的方法，其中使用表面活性剂。
10.过氧化氢源在以粘土为原材料制造轻型建筑材料的方法中作为气体发生剂用来减少相同水含量下的挤出功率的用途。
11.过氧化氢源在以粘土为原材料制造轻型建筑材料的方法中作为气体发生剂用来减少相同挤出压力下加水量的用途。
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