CN104557103A - 轻质陶瓷板及用于制备该轻质陶瓷板的组合物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轻质陶瓷板及用于制备该轻质陶瓷板的组合物，该轻质陶瓷板是以陶瓷研磨污泥作为原料的组成物，又以加热产生CO₂的废弃物为发泡剂、玻纤集尘灰为助熔剂，并添加重量百分含量为0.5～5wt%的加热产生CO₂的废弃物与重量百分含量为1～20wt%的玻纤集尘灰，均匀混合后经加工成形制成板材，并经过加热产生发泡效果后制成轻质陶瓷板材；借由陶瓷原材料的多晶特性，以及该玻纤集尘灰的助熔特性，使得该发泡体呈现提高机械强度的微晶结构，避免降温过程中因热胀产生板材破裂问题，进以达到扩大陶瓷研磨污泥的发泡温度范围，提高发泡后比重的一致性，以形成低成本、低比重的轻质陶瓷板材。

Description

轻质陶瓷板及用于制备该轻质陶瓷板的组合物

技术领域

本发明涉及一种轻质陶瓷板用于制备该轻质陶瓷板的组合物，特别是涉及一种可提高机械强度的微晶结构，而可避免降温过程中因热胀产生破裂问题，进以达到扩大陶瓷研磨污泥的发泡温度范围，又可提高发泡后比重的一致性，以形成低成本、低比重的轻质陶瓷板材及其制作方法。

背景技术

一般轻质陶瓷板，制作时常使用陶瓷质的废弃物为原料，并添加可产生玻璃相的材料包括废玻璃材料，以及加热产生气体的发泡剂，作为黏结功能的黏土材料，依循传统陶瓷砖的制备过程，制作轻质陶瓷板，而如专利CN102010221、JP2011256523、CN102249694、TW201235533、CN101182232、JP2000063172等，一般虽有使用陶瓷抛光渣作为原料，常需添加各种不同的材料，如废玻璃、废陶瓷、飞灰、污泥、陶瓷矿物原料等，以增加混合物中的玻璃相，使其在加热过程产生发泡的作用，因此陶瓷抛光渣并非主要的成份，且混合多种材料与废弃物易使得制备过程复杂，进而导致发泡后的陶瓷板有比重变异比较大的缺失，再者，一般石英砖抛光研磨后形成为陶瓷研磨污泥，因含有石英与莫来石的耐火材料，，而使得该陶瓷研磨污泥须利用至少1150℃以上的温度才可以达到发泡效果，因此易造成能源浪费、制成时间增加的缺失。

再者，一般玻璃发泡的原理，是使用各种含有玻璃成份的材料，如废玻璃、底泥与飞灰等，如专利JP2011256523、JP2011148676、CN102010221、JP2000063172等，均是将微细化的粉体，经造粒或加压成形，再通过高于玻璃软化温度进行热处理，以玻璃相的黏滞性流体包覆气体，形成膨胀的发泡效果，而制成的发泡材料均具有相对密实与平滑的外貌，具有吸水率低与重量轻的功效，而如专利WO2011048446、WO2011061569、RU2176219等，再者，将废玻璃粉碎添加发泡剂，经加热发泡形成多孔性的轻质材料，后加工制作成泡沫玻璃板材，却由于该玻璃发泡的轻质骨材常具有平滑的表面，随材料中玻璃相增加，表面平滑程度愈高，密实且平滑的表面并不利于水泥等胶结剂的结合，因此使用这种轻质骨材的混凝土机械强度不佳，并且会有龟裂情形产生的缺失。

再者，一般多层复合板材中可在某些层中加入纤维或钢筋，然而，一般提高板材的整体强度的方式，如专利CN201574498、CN201221135、CN101319551、CN2617851等，即使用比重较高的板材或纤维制成，以提高制作后的多层复合板材的比重，又该一般是利用发泡玻璃颗粒，以无机胶结材或釉料黏结剂经养护或加热已形成泡沫玻璃板，而如专利JP2009280488、CN200961333、CN1958506、JP2004155641等，虽然可得到一定机械强度的泡沫玻璃板，其与添加轻质骨材的混凝土相似，但比重会随使用的黏结剂而增加，因此，为降低板材的比重，即于多层复合板中使用发泡塑料板，以获得一定强度与低比重的板材，如专利RU2211898与CN2711296，然而却有因材料成本高而导致板材的成本提升的缺失。此外，使用塑料材质有易使得板材的耐火与耐候性降低的缺失。再者，由于制作过程的发泡现象，导致发泡完成的块体无法保持特定形状，尤其块材中央部分，会因为受限于周围材料的发泡，使发泡块体中央部分容易呈现向上凸起的外观。

因此，如何将上述等缺失加以摒除，即为本案发明人所欲解决的技术困难点所在。

发明内容

有鉴于现有的轻质陶瓷板，因其有制备过程复杂、陶瓷板比重变异比较大的缺失，又该陶瓷研磨污泥须利用较高温度才可以达到发泡效果，因此易造成能量资源浪费，本发明的主要目的是提供一种新的轻质陶瓷板用于制备该轻质陶瓷板的组合物，其是以该陶瓷研磨污泥作为原料的组成物，并添加加热产生CO₂的废弃物与玻纤集尘灰（本发明是将玻璃所产生的玻璃纤维飞灰尘集中，故称为“玻璃纤维集尘灰”，也可称为“玻璃飞灰（Glass Fly Ash，一般则使用“Fly Ash”表示即可）），均匀混合后经加工成形制成板材，再经过加热发泡后制成轻质陶瓷板材，并借由陶瓷原材料的多晶特性，以及玻纤集尘灰的助熔特性，使得该发泡体呈现提高机械强度的微晶结构，避免降温过程中因热胀产生板材破裂问题，进以达到扩大陶瓷研磨污泥的发泡温度范围，提高发泡后比重的一致性，以形成低成本、低比重的轻质陶瓷板材。

本发明的主要目的是提供一种轻质陶瓷板，其是：

以陶瓷研磨污泥作为原料的组成物，又以加热产生CO₂的废弃物为发泡剂、玻纤集尘灰为助熔剂，并添加重量百分含量为0.5～5wt%的发泡剂与重量百分含量为1～20wt%的玻纤集尘灰，均匀混合后以模压或挤压成形成板材，并经过加热产生发泡效果后制成轻质陶瓷板材。

其中该陶瓷研磨污泥为磁砖抛光研磨制备过程产生的污泥。

其中该加热产生CO₂的废弃物为硅晶圆研磨切割的污泥、或种菇的木屑废弃物、或石灰石加工的污泥。

其中该玻纤集尘灰含有50%以上的氟化钠，又该玻纤集尘灰粒径为0.1～3微米。

其中该加热温度为1000～1150℃。

其中该加工成形为喷雾造粒、或模具加压成形、或挤出成形。

一种用于制备轻质陶瓷板的组合物，包含陶瓷研磨污泥、0.5～5wt%的发泡剂与1～20wt%的玻纤集尘灰，其中该发泡剂为加热产生CO₂的废弃物。

其中该陶瓷研磨污泥为磁砖抛光研磨制备过程产生的污泥。

其中该加热产生CO₂的废弃物为硅晶圆研磨切割的污泥、或种菇的木屑废弃物、或石灰石加工的污泥。

其中该玻纤集尘灰含有50%以上的氟化钠，又该玻纤集尘灰粒径为0.1～3微米。

本发明所提供的轻质陶瓷板，借由陶瓷原材料的多晶特性，以及玻纤集尘灰的助熔特性使得该发泡体呈现提高机械强度的微晶结构，与现有技术相比取得了如下技术效果：

1、可避免降温过程中因热胀产生破裂问题，进而达到扩大陶瓷研磨污泥的发泡温度范围的效果；

2、可提高发泡后比重的一致性，以形成低成本、低比重的轻质陶瓷板材。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1A为本发明其玻纤集尘灰的电子显微镜图片；

图1B为本发明其玻纤集尘灰的另一倍率电子显微镜图片；

图2A为本发明加热10秒的电子显微镜图片；

图2B为本发明加热30秒的电子显微镜图片；

图2C为本发明加热60秒的电子显微镜图片；

图2D为本发明加热180秒的电子显微镜图片；

图2E为本发明加热300秒的电子显微镜图片；

图3A为本发明以1000℃加热30分钟后的压力/比重变化示意图；

图3B为本发明以1050℃加热30分钟后的压力/比重变化示意图；

图4为本发明其不同助熔剂添加量的温度/比重曲线图；

图5为本发明其不同发泡剂添加量的温度/比重曲线图；

附图标记说明：10-玻纤集尘灰；20-气泡；a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4、c1、c2、c3、c4、c5、d1、d2、e1、e2-曲线；X1-最低比重发泡温度范围；X2-最低比重发泡温度范围。

具体实施方式

以下是实施例及其试验数据等，但本发明的内容并不局限于这些实施例的范围。

本发明的主要目的是提供一种轻质陶瓷板用于制备该轻质陶瓷板的组合物，其是以陶瓷研磨污泥作为原料的组成物，又以加热产生CO₂的废弃物为发泡剂、玻纤集尘灰10为助熔剂，并添加重量百分含量为0.5～5wt%的发泡剂与重量百分含量为1～20wt%的玻纤集尘灰10，并将该陶瓷研磨污泥、发泡剂、玻纤集尘灰10均匀混合后，经加工成形制成板材，并经过加热产生发泡效果后制成轻质陶瓷板材。

其中该陶瓷研磨污泥可为磁砖抛光研磨制备过程产生的污泥。

其中该发泡剂可为硅晶圆研磨切割的污泥、或种菇的木屑废弃物、或石灰石加工的污泥。

其中该玻纤集尘灰10含有50%以上的氟化钠，又该玻纤集尘灰10粒径为0.1～3微米，而如图1A、图1B所示。

其中该加热温度为1000～1150℃，又该加热时间为至少60秒。

其中该加工成形可为喷雾造粒、或模具加压成形、或挤出成形。

请参阅图2A所示，将添加10%玻纤集尘灰10与含有2%发泡剂的陶瓷研磨污泥，以加热温度条件达1000℃时开始放入进行加热，经过高温加热10秒后，则开始有明显气泡20的产生，若当持续时间加热至30秒、60秒后，即可更明显发现有气泡20发泡现象，如图2B、图2C所示；当持续加热180秒以上至300秒时，即呈现出高度气泡20发泡的现象，而使得该气泡20孔洞可为60微米，如图2D、图2E所示，而可明显得知该玻纤集尘灰10对陶瓷研磨污泥确实有明显的快速发泡作用，进而可借由该玻纤集尘灰10作为助熔剂的效果，进而达到发泡制备过程时间减少与温度降低的功效；

请参阅图2E所示，借由该玻纤集尘灰10作为陶瓷研磨污泥的助熔剂，使得该陶瓷研磨污泥可于比较低的温度即可发泡，其孔洞可达到与玻璃发泡相当大小的效果，因此，即使用玻纤集尘灰10与废弃物为发泡剂作为添加，并与陶瓷研磨污泥混合均匀后，经过喷雾造粒与模具加压成形，进行发泡试验，结果请参阅图3A所示，当加热温度条件为1000℃加热30分钟时，则可明显得知：该曲线a1其玻纤集尘灰10含量为0%，该比重均超过1.4以上；反之，该曲线a2、a3、a4玻纤集尘灰10含量分别为5%、10%、15%，该比重均能达到0.4以下，该曲线a2添加玻纤集尘灰10含量5%者的比重即随成形压力增加而增加，又该曲线a3添加玻纤集尘灰10含量10%者比重则随成形压力增加而下降，其主要原因来自于产生液相的液体量，当液相足够即玻纤集尘灰10添加足够时，该发泡剂产生的气体在成形压力大时即更容易受到液相的液体包覆，进而产生膨胀的发泡效果。再者，请参阅图3B所示，当将加热温度条件提升达1050℃加热30分钟时，该玻纤集尘灰10与陶瓷研磨污泥反应产生的液体流动性随之增加，而可明显得知：该曲线b1其玻纤集尘灰10含量为0%，该比重均超过1.6以上；反之，该曲线b2、b3、b4其分别是玻纤集尘灰10的含量为5%、10%、15%的陶瓷研磨污泥，随着压力的增加，其比重也随着下降，其中又以该曲线b3玻纤集尘灰10含量为10%者，其比重更可达到0.3以下。因此，即可由图3A、图3B所示结果说明，该玻纤集尘灰10可将陶瓷研磨污泥的发泡温度降低至1050℃以下，而陶瓷研磨污泥的发泡体的比重可达到0.3以下，即与玻璃发泡的结果相当，而可解决先前只用陶瓷研磨污泥与发泡剂混合时须以至少1150℃以上高温加温所无法达到的效果。借由图3A、图3B的测试结果可证明该玻纤集尘灰10可作为陶瓷研磨污泥的助熔剂，进而达到能源节省、成本降低的目的。

再者，请参阅图4所示，当将该加热产生CO₂的废弃物为发泡剂的含量固定以2%添加至陶瓷研磨污泥，并改变玻纤集尘灰10的助熔剂添加量，在不同的温度发泡下的比重即如图4所示，当该曲线c1其玻纤集尘灰10为0%时，该最低比重的温度至少需1150℃以上才可达到发泡效果，若，以该曲线c2其玻纤集尘灰10含量为5%时，最低比重的发泡温度可由1150℃降至为1100℃，其比重最低可达0.28，比曲线c1其玻纤集尘灰10含量为0%的比重低，若当该曲线c3、c4、c5其玻纤集尘灰10含量分别为10%、15%、20%时，该最低比重皆可达到0.3以下，且该温度可降低至1000℃即可达到发泡效果，其中最佳实施例，当该曲线c3其玻纤集尘灰10含量为10%时，该最低比重可达0.28以下，且该发泡温度可降低至1000℃，因此，若以玻纤集尘灰10为助熔剂，不仅可达到降低发泡温度，也可达到降低比重的发泡效果，进而可达到低比重且发泡温度范围扩大的功效，以达到该板材的发泡制成的操作温度范围变宽，进而达到产品制作时比重一致性较高的效果。

再者，请参阅图5所示，当将该玻纤集尘灰10含量固定以10%添加至陶瓷研磨污泥作为助熔剂，并改变发泡剂种类与添加量，在不同的温度发泡下的比重即如图5所示，其中该发泡剂分别为含碳化硅(SiC)与碳粉(C)的废弃物，其中该碳粉为种菇的木屑废弃物，又该种菇的木屑废弃物是经过粉碎并以800℃碳化的粉体；该碳化硅为硅晶圆研磨切割的污泥，又该硅晶圆研磨切割的污泥是经过干燥后并以600℃烧成的粉体。该玻纤集尘灰10固定含量以10%添加至陶瓷研磨污泥作为助熔剂，并改变该发泡剂添加量，该发泡剂分别为碳粉的含量固定以0.3%、0.5%进行测试，又将分别为碳化硅的含量固定以0.5%、2%进行测试，由图5所示，当发泡剂种类固定、添加量固定时，其该曲线d1、d2、e1、e2所产生的最低比重发泡温度范围X1较小于图4的最低比重发泡温度范围X2，因此可得知，改变该发泡剂的添加量对发泡温度范围的影响不大，进而可证明，当欲改变轻质陶瓷板的发泡温度范围，其主要来自于以玻纤集尘灰10为助熔剂时所产生的效果，因此，即借由该助熔剂为玻纤集尘灰10可达到对降低发泡温度、扩大低比重的发泡温度范围，以及获得更低比重的发泡体有更佳的效果。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种轻质陶瓷板，其特征在于其是：

以陶瓷研磨污泥作为原料的组成物，加热产生CO₂的废弃物为发泡剂，玻纤集尘灰为助熔剂，添加重量百分含量为0.5～5wt%的发泡剂与重量百分含量为1～20wt%的玻纤集尘灰，并将该陶瓷研磨污泥、发泡剂、玻纤集尘灰，均匀混合后经加工成形制成板材，并经过加热产生发泡效果后制成轻质陶瓷板材。

2.如权利要求1所述的轻质陶瓷板，其特征在于：该陶瓷研磨污泥为磁砖抛光研磨制备过程产生的污泥。

3.如权利要求1所述的轻质陶瓷板，其特征在于：该加热产生CO₂的废弃物为硅晶圆研磨切割的污泥、或种菇的木屑废弃物、或石灰石加工的污泥。

4.如权利要求1所述的轻质陶瓷板，其特征在于：该玻纤集尘灰含有50%以上的氟化钠，又该玻纤集尘灰粒径为0.1～3微米。

5.如权利要求1所述的轻质陶瓷板，其特征在于：该加热温度为1000～1150℃。

6.如权利要求1所述的轻质陶瓷板，其特征在于：该加工成形为喷雾造粒、或模具加压成形、或挤出成形。

7.一种用于制备轻质陶瓷板的组合物，其特征在于：包含陶瓷研磨污泥、0.5～5wt%的发泡剂与1～20wt%的玻纤集尘灰，其中该发泡剂为加热产生CO₂的废弃物。

8.如权利要求7所述的用于制备轻质陶瓷板的组合物，其特征在于：该陶瓷研磨污泥为磁砖抛光研磨制备过程产生的污泥。

9.如权利要求7所述的用于制备轻质陶瓷板的组合物，其特征在于：该加热产生CO₂的废弃物为硅晶圆研磨切割的污泥、或种菇的木屑废弃物、或石灰石加工的污泥。

10.如权利要求7所述的用于制备轻质陶瓷板的组合物，其特征在于：该玻纤集尘灰含有50%以上的氟化钠，又该玻纤集尘灰粒径为0.1～3微米。