CN105347686B - 一种均匀闭孔纳米添加泡沫玻璃的制备方法 - Google Patents

一种均匀闭孔纳米添加泡沫玻璃的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种均匀闭孔纳米添加泡沫玻璃的制备方法,属于均匀闭孔泡沫玻璃的制备方法。废弃玻璃、石墨、纳米莫来石为原材料,进行球磨混合制备得到混合料,装入磨具后放入炉内烧制,即可得到均匀闭孔的泡沫玻璃。本发明利用了纳米莫来石在发泡阶段提供相界面和填充作用,大幅提高了球磨效率,制得的泡沫玻璃发泡充分、孔径大小和分布均匀、气孔率高、连通孔少,可应用于保温、吸声、绝热材料。该发明制备的泡沫玻璃的平均容重为0.45~0.55g/cm3,平均孔径小于0.35mm,吸水率小于3.5%。其工艺简便、快速、成本低,适合工业化批量生产。

Description

一种均匀闭孔纳米添加泡沫玻璃的制备方法
技术领域
本发明涉及一种均匀闭孔泡沫玻璃的制备方法,特别是一种均匀闭孔纳米添加泡沫玻璃的制备方法。
背景技术
泡沫玻璃是一种新型环保节能材料。以废玻璃为主要原料,经粉碎达到一定尺寸后,加入发泡剂、氧化剂、稳定剂等添加剂,在一定的模具中成型,经过融化、发泡、退火,形成内部充满无数均匀气泡的多孔无机材料。
泡沫玻璃具有导热系数小,隔热效果好等特点,经常用作保温、保冷材料。同时,由于具有膨胀系数小、不易燃烧、无毒、轻质高强等优点,泡沫玻璃也经常被当作建筑材料使用。
泡沫玻璃在生产过程中,会遇到一系列的问题,例如发泡不均匀,气孔过大,出现连通孔,样品表面凹凸不平,部分混合料没有发泡等。这些缺陷都将严重影响泡沫玻璃的质量,使得其性能大大降低。以往都用优化、调整生产工艺、改善玻璃粉的流动性来改善泡沫玻璃的发泡质量达到发泡均匀的目的。这些方法的工艺复杂、效率低且费用高。
发明内容
本发明的目的是要提供一种均匀闭孔纳米添加泡沫玻璃的制备方法,解决目前泡沫玻璃的发泡工艺复杂、效率低且费用高的问题。
本发明的目的是这样实现的:用纳米莫来石为辅助添加剂,与预处理后的原料、发泡剂共混,经加压烧制形成闭孔的泡沫玻璃;具体步骤如下:
(1)原料:以日常生活中的废弃玻璃作为原料,如废弃平板玻璃、废弃瓶罐玻璃、废弃压花玻璃的一种或多种;
(2)原料的预处理:对原料进行清理并风干,经粉碎、球磨工艺制成粒径为1~300微米的粉体;
(3)添加剂:石墨为发泡剂,粒径为1~100微米;纳米莫来石为辅助添加剂,成分为:68.5~72.1%Al2O3,27.6~29.0%SiO2,<0.5%CaO,<0.5%TiO2,<0.5%Fe2O3
(4)混合料的制备
a.将原料玻璃粉、石墨、纳米莫来石,放入干燥箱中,设定温度为60 ℃,干燥24小时;
b.按照质量百分比将92~96%的玻璃粉,1~5%的石墨,1~3%的纳米莫来石放入球磨机中球磨混合0.5~4小时,过50目标准筛,形成混合料;
(5)泡沫玻璃的烧制
a.取上述混合料加入不锈钢模具中,稍加压实成型;
b.将装有混合料的模具置于已升温至850~890℃的电阻加热炉中;
c.等炉子重新升温到设定温度后,开始计时,保温10分钟,取出空冷。
所述的辅助添加剂纳米莫来石的平均粒径为10~50纳米,平均长度为50~100纳米。
该泡沫玻璃的平均容重为0.45~0.55 g/cm3,平均孔径小于0.35 mm,吸水率小于3.5 %。
由于采用了上述方案,纳米莫来石为发泡剂的发泡提供了相界面,生成的气体以纳米莫来石颗粒为核心聚集,气泡容易形成且均匀。同时,纳米莫来石的尺寸小,能填充玻璃粉之间的空隙,大大提高了球磨效率;有利于排除玻璃粉中的空气,提高了烧制前期的导热系数,改善了混合料内部的温度分布,发泡更加均匀,显著提高了泡沫玻璃的发泡质量,解决了目前泡沫玻璃的发泡工艺复杂、效率低且费用高的问题,达到了本发明的目的。
本发明的有益效果体现在:
(1)在制备工艺中以纳米莫来石为辅助添加剂,利用了纳米莫来石在发泡阶段提供相界面和填充作用,大幅提高了球磨效率,有效的减少了生产成本;
(2)本发明制得的泡沫玻璃发泡充分、孔径大小和分布均匀、气孔率高、连通孔少,可应用于保温、吸声、绝热材料。该发明制备的泡沫玻璃的平均容重为0.45~0.55 g/cm3,平均孔径小于0.35 mm,吸水率小于3.5 %。
(3)本发明所提供的制备工艺简单、快速、成本低,与传统的工艺基本相同,容易实现,易于操作。
附图说明:
图1为本发明的原料、发泡剂、辅助添加剂及混合料的热重(TG)分析图。
图2为本发明的原料、发泡剂、辅助添加剂及混合料的差示扫描(DSC)分析图。
图3为本发明的均匀闭孔泡沫玻璃的扫描电镜图片。
图4为图3的放大图。
具体实施方式
本发明用纳米莫来石为辅助添加剂,与预处理后的原料、发泡剂共混,经加压烧制形成闭孔的泡沫玻璃。具体步骤如下:
(1)原料:以日常生活中的废弃玻璃作为原料,如废弃平板玻璃、废弃瓶罐玻璃、废弃压花玻璃的一种或多种;
(2)原料的预处理:对原料进行清理并风干,经粉碎、球磨工艺制成粒径为1~300微米的粉体;
(3)添加剂:石墨为发泡剂,粒径为1~100微米;纳米莫来石为辅助添加剂,成分为:68.5~72.1%Al2O3,27.6~29.0%SiO2,<0.5%CaO,<0.5%TiO2,<0.5%Fe2O3
(4)混合料的制备
a.将原料玻璃粉、石墨、纳米莫来石,放入干燥箱中,设定温度为60 ℃,干燥24小时;
b.按照质量百分比将92~96%的玻璃粉,1~5%的石墨,1~3%的纳米莫来石放入球磨机中球磨混合0.5~4小时,过50目标准筛,形成混合料;
(5)泡沫玻璃的烧制
a.取上述混合料加入不锈钢模具中,稍加压实成型;
b.将装有混合料的模具置于已升温至850~890℃的电阻加热炉中;
c.等炉子重新升温到设定温度后,开始计时,保温10分钟,取出空冷。
所述的辅助添加剂纳米莫来石的平均粒径为10~50纳米,平均长度为50~100纳米。
该泡沫玻璃的平均容重为0.45~0.55 g/cm3,平均孔径小于0.35 mm,吸水率小于3.5 %。
其中,所述废玻璃为废弃平板玻璃、废弃瓶罐玻璃、废弃压花玻璃的一种或多种混合。
其中,所述纳米莫来石的成分及物性参数如下表:
表1 纳米莫来石的物性参数
平均直径(nm) 平均长度(nm) 最大长度(nm) 平均长径比
10.0~50.0 50.0~100.0 170 2.7
表2 纳米莫来石的成分
Al2O3% SiO2% CaO% TiO2% Fe2O3%
68.5~72.1 27.6~29.0 <0.5 <0.5 <0.5
本发明方法是将预处理后的原料、发泡剂与辅助添加剂共混,经加压、烧制形成均匀闭孔纳米添加泡沫玻璃。
为了深入分析本发明的方法,做了纳米辅助添加剂对玻璃混合料烧制影响的热分析研究,如图1、图2所示。
图1为本发明的原料、发泡剂、辅助添加剂及混合料的热重(TG)分析图,其中曲线1为未添加纳米莫来石的混合料,曲线2为添加2 %纳米莫来石的混合料,曲线3为玻璃粉,曲线4为莫来石,曲线5为发泡剂的TG曲线谱。
图2为本发明的原料、发泡剂、辅助添加剂及混合料的差示扫描(DSC)分析图,其中曲线1为未添加纳米莫来石的混合料,曲线2为添加2 %纳米莫来石的混合料,曲线3为纯玻璃粉,曲线4为莫来石,曲线5为发泡剂石墨的DSC曲线。
未添加莫来石和添加莫来石的混合料在加热过程中,后者在350 ℃开始明显失重,而未添加莫来石的混合料要在约700 ℃才出现明显的失重过程。添加纳米莫来石混合料吸放热峰的起始点、峰顶温度、峰结束温度都比未添加莫来石低一些,总的吸热峰面积也比未添加莫来石混合料大。是因为:
(1)共混时,纳米莫来石能吸附在球磨介质表面,增大摩擦系数的同时防止混合料粘附在球磨介质上,球磨后能得到更细小的粉料,增加了反应面积,且小颗粒的表面缺陷多,活性部位多,使反应起始、终点温度降低,反应加速;
(2)纳米莫来石能填充颗粒之间的空隙,使得混合料的堆积密度增大,导热系数增大,热传递更快,反应温度降低;石墨反应产生的气体,被熔体包裹成气泡,添加莫来石后,气泡质量更好,故反而使混合料导热系数下降,需要外部提供更多的热量才能保证内部温度均衡。所以在700~900 ℃区间,添加莫来石的混合料下降速率明显比未添加莫来石快得多,总吸热峰面积也比未添加莫来石的大。
实施例1:
1)首先,将原料玻璃粉、石墨、纳米莫来石,放入干燥箱中60 ℃下干燥24小时。
2)然后,按照质量分数将96%的玻璃粉,1%的石墨,3%的纳米莫来石放入球磨机中球磨混合4小时,过50目标准筛,形成混合料。
3)取上述混合料加入不锈钢模具中,稍加压实成型;
4)将装有混合料的模具置于已升温至890℃的电阻加热炉中;
5)等炉子重新升温到设定温度后,开始计时,保温10分钟,取出空冷,得均匀闭孔泡沫玻璃。用扫描电镜观察其形貌,结构如图3和图4所示。泡沫玻璃发泡很充分且均匀,泡壁薄,泡与泡之间的杂物很少。
实施例2:
1)首先,将原料玻璃粉、石墨、纳米莫来石,放入干燥箱中60 ℃下干燥24小时。
2)然后,按照质量分数将95%的玻璃粉,3%的石墨,2%的纳米莫来石放入球磨机中球磨混合0.5小时,过50目标准筛,形成混合料。
3)取上述混合料加入不锈钢模具中,稍加压实成型;
4)将装有混合料的模具置于已升温至880℃的电阻加热炉中;
5)等炉子重新升温到设定温度后,开始计时,保温10分钟,取出空冷,得均匀闭孔泡沫玻璃。
实施例3:
1)首先,将原料玻璃粉、石墨、纳米莫来石,放入干燥箱中60 ℃下干燥24小时。
2)然后,按照质量分数将94%的玻璃粉,5%的石墨,1%的纳米莫来石放入球磨机中球磨混合2小时,过50目标准筛,形成混合料。
3)取上述混合料加入不锈钢模具中,稍加压实成型;
4)将装有混合料的模具置于已升温至870℃的电阻加热炉中;
5)等炉子重新升温到设定温度后,开始计时,保温10分钟,取出空冷,得均匀闭孔泡沫玻璃。
实施例4:
1)首先,将原料玻璃粉、石墨、纳米莫来石,放入干燥箱中60 ℃下干燥24小时。
2)然后,按照质量分数将93%的玻璃粉,4%的石墨,3%的纳米莫来石放入球磨机中球磨混合1小时,过50目标准筛,形成混合料。
3)取上述混合料加入不锈钢模具中,稍加压实成型;
4)将装有混合料的模具置于已升温至860℃的电阻加热炉中;
5)等炉子重新升温到设定温度后,开始计时,保温10分钟,取出空冷,得均匀闭孔泡沫玻璃。
实施例5:
1)首先,将原料玻璃粉、石墨、纳米莫来石,放入干燥箱中60 ℃下干燥24小时。
2)然后,按照质量分数将92%的玻璃粉,5%的石墨,3%的纳米莫来石放入球磨机中球磨混合0.5小时,过50目标准筛,形成混合料。
3)取上述混合料加入不锈钢模具中,稍加压实成型;
4)将装有混合料的模具置于已升温至850℃的电阻加热炉中;
5)等炉子重新升温到设定温度后,开始计时,保温10分钟,取出空冷,得均匀闭孔泡沫玻璃。
以上所述仅为本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅限于上述实施方案,凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种均匀闭孔纳米添加泡沫玻璃的制备方法,其特征是:用纳米莫来石为辅助添加剂,与预处理后的原料、发泡剂共混,经加压成型并烧制形成闭孔的泡沫玻璃;具体步骤如下:
(1)原料:以废弃平板玻璃、废弃瓶罐玻璃、废弃压花玻璃的一种或多种作为原料;
(2)原料的预处理:对原料进行清理并风干,经粉碎、球磨工艺制成粒径为1~300微米的粉体;
(3)添加剂:石墨为发泡剂,粒径为1~100微米;纳米莫来石为辅助添加剂,成分为:68.5~72.1%Al2O3,27.6~29.0%SiO2,<0.5%CaO,<0.5%TiO2,<0.5%Fe2O3
(4)混合料的制备:
a.将原料玻璃粉、石墨、纳米莫来石,放入干燥箱中,设定温度为60 ℃,干燥24小时;
b.按照质量百分比将92~96%的玻璃粉,1~5%的石墨,1~3%的纳米莫来石放入球磨机中球磨混合0.5~4小时,过50目标准筛,形成混合料;
(5)泡沫玻璃的烧制
a.取上述混合料加入不锈钢模具中,稍加压实成型;
b.将装有混合料的模具置于已升温至850~890℃的电阻加热炉中;
c.等炉子重新升温到设定温 度后,开始计时,保温10分钟,取出空冷。
2.根据权利要求1所述的一种均匀闭孔纳米添加泡沫玻璃的制备方法,其特征是:所述的辅助添加剂纳米莫来石的平均粒径为10~50纳米,平均长度为50~100纳米。
3.根据权利要求1所述的一种均匀闭孔纳米添加泡沫玻璃的制备方法,其特征是:所述经加压成型并烧制形成闭孔的泡沫玻璃的平均容重为0.45~0.55 g/cm3,平均孔径小于0.35 mm,吸水率小于3.5 %。
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