CN104003670A - 无机发泡材料的低温制造方法及所制成的无机发泡材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无机发泡材料的低温制造方法及所制成的无机发泡材料。该制造方法借由混合玻璃、水泥以及发泡剂，并且在低温工艺下使发泡剂产生气体并且使玻璃与水泥反应而制成质轻、抗压且隔热的无机发泡材料，并且此无机发泡材料具有隔音、隔热、防火、低吸水性以及低收缩率的特性。

Description

无机发泡材料的低温制造方法及所制成的无机发泡材料

技术领域

本发明涉及一种无机发泡材料的低温制造方法及所制成的无机发泡材料，特别是一种无机发泡材料的低温制造方法及所制成的无机发泡材料。

背景技术

由于土地资源有限，故目前的都市建筑已趋向高楼层的建筑发展。然而，由于低楼层需要负荷高楼层的重量，因此随着楼层数的增加，低楼层所需要负载的重量也随之增加，并且因为各种建材本身所能承受重量的限制，因而随之产生所能建筑的最高楼层数目的限制。

为了提高所能建筑的楼层数目，一般会希望减轻建材本身的重量，以减少低楼层所需负载的重量。如此一来，对于非结构性构造物的自重减轻的要求也随之提高。由于一般以普通混凝土所制作的水泥制品其本身的重量较大，因而以普通混凝土所制作的水泥制品已逐渐无法满足现今高楼层建筑的设计需求。因此，从生态环境维护及社会总体经济效益面而言，积极开发质轻、耐震、隔热、节能的无机发泡材料以取代传统的建材，乃是当今相当重要的课题。

根据过去文献中所记载的无机发泡材料，例如发泡玻璃、发泡陶瓷、发泡轻质砖等，都是在约摄氏500度至1200度之间的温度范围下，以高温烧结的方式制成。由于需要经由高温烧结的工艺，因而这样的制造方式的能量消耗非常巨大，而需要消耗大量的能源，而对环境资源造成非常大的伤害。

传统无机发泡材料除了能量消耗巨大、消耗资源等不利环境的因素外，由于制造时是使用高温的工艺，因而在制造过程中的发泡效果常常因为高温环境工艺而难以控制。如此一来，造成了在制造无机发泡材料的过程中发泡效果不佳且气泡不均匀等问题，进而造成所制成的无机发泡材料在抗压、隔热、隔音效果等方面因控制工艺不佳也为之变差。

因此，如何设计一种无机发泡材料的制造方法，以解决现有技术中使用高温工艺来制造无机发泡材料，造成的能源过度消耗的问题，就成为本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种无机发泡材料的低温制造方法及所制成的无机发泡材料，借以解决现有技术中因使用高温工艺来制造无机发泡材料而造成的能源过度消耗的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种无机发泡材料的低温制造方法，包含以下步骤：进行一混料工艺，包含混合一玻璃与一水泥为一无机发泡原料；进行一低温工艺，低温工艺用以使一发泡剂于无机发泡原料产生一气体，并且使玻璃与水泥反应以形成一无机发泡材料。

其中，该玻璃的重量百分比介于3％至60％，该玻璃的重量百分比以该无机发泡原料的总重为基准。

其中，该玻璃的粒径为80至400网目。

其中，该混料工艺另包含：混合一第一型波特兰水泥以及一第三型波特兰水泥为该水泥。

其中，该混料工艺另包括：提供一水；以及混合该水与该无机发泡原料。

其中，该发泡剂为一过氧化氢溶液，该气体为一氧气。

其中，该低温工艺另包括：提供一模具；以及将该无机发泡原料与该发泡剂加入该模具。

其中，该低温工艺的反应温度为5℃至65℃。

本发明还提供一种由上述无机发泡材料的低温制造方法所制成的无机发泡材料。

其中，该无机发泡材料的密度介于0.10克/立方厘米至0.40克/立方厘米。

其中，该无机发泡材料的抗压强度大于等于500000帕。

其中，该无机发泡材料的隔热系数小于0.07瓦/(米×开尔文)。

根据上述本发明实施例所公开的无机发泡材料的低温制造方法及所制成的无机发泡材料，由于是使用玻璃与水泥来制造无机发泡材料，因而在低温工艺下即可使玻璃与水泥进行反应以制成无机发泡材料，并且此无机发泡材料具有较佳的抗压强度。因此，解决了现有技术中，使用高温工艺来制造无机发泡材料，进而造成的能源过度消耗的问题。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明一实施例所公开的无机发泡材料的低温制造方法的流程图。

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求及图式，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

首先，请参考图1，图1为根据本发明一实施例所公开的无机发泡材料的制造方法的流程图。

首先，提供一玻璃（S101）。玻璃例如包含有钠钙玻璃（soda-lime glass）、薄膜晶体管-液晶显示器玻璃（thin film transistor-liquid crystal display，TFT-LCDglass）、派瑞克斯玻璃（Pyrex glass），但玻璃种类并不以此为限，使用者可视需求选择玻璃的种类或颜色。其中，玻璃可以是由废玻璃中所回收的玻璃，借以再利用所回收的玻璃，但使用废玻璃并非用以限定本发明。

详细来说，玻璃的粒径为80至400网目（mesh）。使用者可借由研磨机或球磨机等来研磨玻璃，借以降低玻璃的粒径为80至400网目。并且，再借由筛选机进行筛选，使所提供的玻璃的粒径介于80至400网目之间。其中，玻璃的粒径越小，所制成的无机发泡材料的强度越高而抗压强度能进而提升。

接着，提供一水泥（S102）。在本实施例及部分其他实施例中，为混合一第一型波特兰水泥（Type Ⅰ Portland cement）以及一第三型波特兰水泥（TypeⅢ Portland cement，又称早强水泥）。在本实施例及部分其他实施例中，第一型波特兰水泥与第三型波特兰水泥以5：1至7：1的重量比例进行混合。在部分实施例中，第一型波特兰水泥与第三型波特兰水泥以6：1的重量比例进行混合。

须注意的是，在本实施例中，是先提供玻璃再提供水泥，但提供玻璃与提供水泥的顺序并非用以限定本发明。也就是说，在本发明其他实施例中，可以先提供水泥再提供玻璃。

然后，进行一混料工艺（S103）。详细来说，为混合玻璃以及水泥为一无机发泡原料。在本实施例及部分其他实施例中，先以水为底基，再加入玻璃及水泥进行混合。其中，玻璃的重量百分比介于3％至60％之间，而玻璃的重量百分比以混合玻璃与水泥的无机发泡原料的总重为基准，在部分实施例中，玻璃的重量百分比介于5％至50％之间。详细而言，水泥所占的重量百分比越高，则无机发泡原料的初期黏滞性就越高。另一方面，玻璃所占的重量百分比越高，所制成的无机发泡材料的抗压强度就能够提升。也就是说，玻璃的重量百分比介于3％至60％时，无机发泡原料于制造初期即具有足够的黏滞性，并且所制成的无机发泡材料也具有足够的抗压强度。

在本实施例中，是以搅拌混合机来混合玻璃以及水泥。借此，可使玻璃以及水泥混合均匀。在本实施例及部分其他实施例中，使用搅拌混合机进行混合的混合时间为两分钟至三十分钟，使用者可依照玻璃与水泥的混合量大小给予调整。其中，混合时间越长，玻璃以及水泥的均匀度会相对较佳。

在本实施例中，先提供粒径为80至400网目之间的玻璃以及水泥，再将玻璃以及水泥混合。在部分其他实施例中，也可以直接混合玻璃以及水泥。

接着，提供一发泡剂（S104）。其中，发泡剂例如为一液态的试剂。在本发明实施例中，是使用过氧化氢溶液（双氧水，H₂O₂(aq)）作为发泡剂，但此发泡剂非用以限定本发明。其中，发泡剂的重量百分比介于0.5％至10％之间，而发泡剂的重量百分比以无机发泡原料的总重为基准。详细来说，发泡剂所占的重量百分比越高，由于发泡剂所能产生的气体较多，使得所制成的无机发泡材料的发泡程度较高，因而所制成的无机发泡材料的密度较小。然而，如果发泡剂所占的重量百分比过高时，由于发泡剂会产生过多的气体，而使得无机发泡原料内产生连通的孔洞，进而使气体自无机发泡原料中散逸，造成发泡无法完成。所以发泡剂的添加量对于所制成的无机发泡原料的密度而言，也是非常重要的一项控制因素。另一方面，发泡剂所占的重量百分比越低，由于发泡剂所能产生的气体较少，则所制成的无机发泡材料的发泡程度较低，而使得所制成的无机发泡材料密度较高。须注意的是，所制成的无机发泡材料的密度与抗压强度是正相关，而密度与隔热能力是负相关。因此，用户可依照最终产品的需求而在工艺中调整发泡剂的重量百分比，进而控制所制成的无机发泡材料的密度、抗压强度以及隔热能力。

然后，混合无机发泡原料以及发泡剂（S105）。在本实施例及部分其他实施例中，是以搅拌混合机来混合无机发泡原料以及发泡剂。借此，可再将无机发泡原料与发泡剂混合均匀。

然后，将与发泡剂混合后的无机发泡原料加入一模具（S106）。由于无机发泡原料在制备初期具有流动性，因而无机发泡原料可依据模具的形状而填充于模具中。如此一来，使用者可依据模具的形状来设计所制成的无机发泡材料的形状。

接着，进行一低温工艺，使发泡剂于无机发泡原料产生一气体，并且使玻璃与水泥进行反应。在本实施例中，低温工艺的反应温度为5℃至65℃。在5℃至65℃的温度范围内，发泡剂可反应产生气体，而玻璃与水泥亦可进行反应。在5℃至65℃的温度范围内，温度越高无机发泡材料的早期强度会越好，也越快可以达到使用的强度需求。更详细来说，低温工艺可依照玻璃、水泥与发泡剂所进行的反应而依序区分为一低温发泡工艺（S107）以及一养护工艺（S108）。

在低温发泡工艺（S107）中，主要是进行发泡剂产生气体的反应。在本实施例中，由于所使用的发泡剂为过氧化氢溶液，因而所产生的气体为对应于过氧化氢溶液的氧气。为了提高发泡剂产生气体的速率，可以以提高温度的方式或者是加入一催化剂（例如：二氧化锰）来促进发泡剂反应产生气体。在本发明实施例中，由于玻璃的重量百分比介于3％至60％之间，因而无机发泡原料具有足够的黏滞性，而使得在发泡的过程中，无机发泡原料可以包覆发泡剂所产生的气体，进而可避免气体自无机发泡原料中逸散。如此一来，发泡剂所产生的气体会在无机发泡原料中形成独立且封闭的气泡孔，并且气泡孔在无机发泡原料中的分布非常均匀。

在养护工艺（S108）中，主要是进行玻璃与水泥之间的化学反应。详细来说，是将发泡阶段后的原料依强度需求静置0.5至7天，使玻璃中的二氧化硅（silicon dioxide，SiO₂）与水泥中的氧化铝（aluminum oxide，Al₂O₃）进行反应而形成硅氧四面体的晶体结构。如此一来，除了水泥本身的水合键结外，于玻璃与水泥等原料之间也形成了化学键结，因而所形成的无机发泡材料具有较强的抗压强度。

最后使用者可再依照其需求来裁切无机发泡材料（S109），以设计所欲使用无机发泡材料的外观。举例来说，可以将无机发泡材料切割成需求的大小来使用。如此一来，即完成低温工艺的无机发泡材料的制备（S110）。所制成的无机发泡材料的用途相当广泛，例如可做为轻隔间材料、天花板材料、外墙节能材料、保温板、防火门等多项运用，或者做为一般电子产品的外壳或是缓冲泡棉，并且因为无机发泡材料的特性，而在隔音、隔热、防火效果等方面效果相当优异。

由于无机发泡材料由玻璃与水泥所制成，并且经过了发泡阶段的处理，而使得所制成的无机发泡材料具有气泡孔，进而使得无机发泡材料的密度低，介于0.10-0.40克/立方厘米（g/cm³）之间，因而所制成的建材属于轻质的无机发泡材料。在抗压强度上，由于玻璃与水泥之间除了水合键结外，也形成了化学键结，使得所制成的轻质的无机发泡材料的抗压强度大于等于500000帕（0.5MPa），因而具有良好的抗压强度。在隔热性质上，无机发泡材料中的气泡孔可降低热量的传递，所制成的无机发泡材料的隔热系数（insulation factor）小于0.07瓦/(米×开尔文)（W/(m×K)），因而具有良好的隔热效果。此外，由于无机发泡材料中的气泡孔的分布非常均匀，因而还具有隔音、防火、低吸水性以及低收缩率的优点。

根据上述本发明实施例所公开的无机发泡材料的低温制造方法及所制成的无机发泡材料，由于是使用玻璃与水泥来制造无机发泡材料，并且玻璃的重量百分比介于3％至60％之间。如此一来，在5℃至65℃的温度下，发泡剂可于无机发泡原料产生一气体，并且玻璃可与水泥进行反应而制成无机发泡材料，并且无机发泡材料具有较佳的抗压强度。因此，解决了先前技术中，使用高温工艺(大于摄氏500度的工艺温度)来制造无机发泡材料，进而造成能源过度消耗且二次消耗的问题。借此，以达到环境保护与能源节省的功效。

此外，由于玻璃的重量百分比介于3％至60％之间，因而玻璃与水泥混合后具有足够的黏滞性，而使得在低温发泡工艺中，无机发泡原料可避免气体自原料中逸散，而使得所制成的无机发泡材料中具有均匀且封闭的气泡孔，因而具有较佳的发泡效果，进而可使得无机发泡材料具有低密度。另一方面，由于无机发泡材料中的均匀且封闭的气泡孔可降低热量的传递，而使得所制成的无机发泡材料具有良好的隔热效果。并且，由于无机发泡材料中的气泡孔的分布非常均匀，因而无机发泡材料还具有隔音、防火、低吸水性以及低收缩率的优点。

此外，由于可利用废弃的玻璃来制造无机发泡材料，因而提供了一种再利用废玻璃的方法。如此一来，除了可达到废玻璃的减量，还可提供资源再利用的方法。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种无机发泡材料的低温制造方法，其特征在于，包含：

进行一混料工艺，包含混合一玻璃与一水泥为一无机发泡原料；以及

进行一低温工艺，该低温工艺用以使一发泡剂于该无机发泡原料产生一气体，并且使该玻璃与该水泥反应以形成一无机发泡材料。

2.根据权利要求1所述的无机发泡材料的低温制造方法，其特征在于，该玻璃的重量百分比介于3％至60％，该玻璃的重量百分比以该无机发泡原料的总重为基准。

3.根据权利要求1所述的无机发泡材料的低温制造方法，其特征在于，该玻璃的粒径为80至400网目。

4.根据权利要求1所述的无机发泡材料的低温制造方法，其特征在于，该混料工艺另包含：

混合一第一型波特兰水泥以及一第三型波特兰水泥为该水泥。

5.根据权利要求1所述的无机发泡材料的低温制造方法，其特征在于，该混料工艺另包括：

提供一水；以及

混合该水与该无机发泡原料。

6.根据权利要求1所述的无机发泡材料的低温制造方法，其特征在于，该发泡剂为一过氧化氢溶液，该气体为一氧气。

7.根据权利要求1所述的无机发泡材料的低温制造方法，其特征在于，该低温工艺另包括：

提供一模具；以及

将该无机发泡原料与该发泡剂加入该模具。

8.根据权利要求1所述的无机发泡材料的低温制造方法，其特征在于，该低温工艺的反应温度为5℃至65℃。

9.一种根据权利要求1所述的无机发泡材料的低温制造方法所制成的无机发泡材料。

10.根据权利要求9所述的无机发泡材料，其特征在于，该无机发泡材料的密度介于0.10克/立方厘米至0.40克/立方厘米。

11.根据权利要求9所述的无机发泡材料，其特征在于，该无机发泡材料的抗压强度大于等于500000帕。

12.根据权利要求9所述的无机发泡材料，其特征在于，该无机发泡材料的隔热系数小于0.07瓦/(米×开尔文)。