CN109133691A - 一种以3d打印技术利用废弃瓷的方法和产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以3D打印技术利用废弃瓷制备混凝土预制构件或陶瓷制品的方法，该方法包括：分类：将回收的废弃瓷按照吸水率2％以下、2％至10％、10％以上进行分类，分类后分别清洗、晾干；原料处理：将所述废弃瓷按烧成温度分别破碎、过筛、分级得到陶瓷颗粒；制浆：将粉碎后的废弃瓷加入到混凝土、光敏树脂或粘合剂中，制成建筑用、陶瓷用3D打印原料；成型/烧结：使用该材料进行3D打印，以得到混凝土预制构件或者陶瓷制品。根据本发明的方法可以利用3D打印技术使废弃瓷自由成型，从而以相对低廉的成本得到可以个性化定制的产品，可以应用于广泛的混凝土预制构件和陶瓷制品。
Description
技术领域
本发明属于废瓷回收再利用的领域，具体涉及一种以3D打印技术利用废弃瓷的方法和产品。
背景技术
我国是陶瓷生产大国，陶瓷制品的生产过程和使用后会产生大量废瓷，这些废瓷垃圾无论经填埋还是焚烧处理都很难降解。针对废旧瓷，目前只有少量大规模的正规企业会将自己产生的废品进行回收处理后，掺入新的原料进行生产，目前国内还基本没有大规模集中回收再利用的情况。
CN107473711A公开了一种环保陶瓷材料及其制备方法，该方法将废瓷回收处理后，混合其他陶瓷粉，然后加水，再注浆成型并烧结。该方法采用模具成型，开模周期长、成本高，其制品的形状、结构的设计与制作受到模具的限制，无法进行自由成型；该方法所制陶瓷制品颜色单一。而且，该方法混合的陶瓷粉颗粒仅大概一致，性质不均匀，导致制备的产品内应力大，强度低，容易损坏。
CN107540347A公开了一种利用回收废瓷烧制而成的耐热瓷。该耐热瓷在原料中掺入一定比例的废瓷，参照新瓷工艺进行生产。该方法的废瓷利用量低，且由于废瓷和原材料之间性质差异大，会对产品造成不可控的影响。
因此，现有技术中仍需要更有效的，且利用率高的回收废瓷的方法。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种利用废弃瓷的方法。
本发明的另一个目的是提供一种根据所述方法制备的产品。
根据本发明的一个实施方式，其提供了一种利用废弃瓷制备混凝土预制构件的方法，该方法包括：
a1)检测和分类：对回收的废弃瓷检测吸水率，并根据检测的吸水率按照2％以下、2％至10％、10％以上进行分类，分类后分别清洗、晾干；
b1)原料处理：将所述吸水率大于10％的废弃瓷破碎、过筛、分级得到特征直径分别为2-5mm、5-10mm、10-20mm、20-30mm的陶瓷颗粒；
c1)将步骤b1)中的废弃瓷加入到混凝土中，制成建筑用3D打印原料，其中，废弃瓷的总加入量大于10wt％，且小于70wt％；
d1)使用该材料进行3D打印，以得到混凝土预制构件。
优选地，步骤b1)中的2-5mm、5-10mm、10-20mm、20-30mm的废弃瓷以(11-13):(8-10):(5-7):(2-4)的质量比加入到混凝土中。在此比例下，可以增加混凝土预制构件的堆积密度。
根据本发明的另一个实施方式，其提供了一种利用废弃瓷制备陶瓷制品的方法，该方法包括：
a2)检测和分类：对回收的废弃瓷检测吸水率，并根据检测的吸水率按照2％以下、2％至10％、10％以上进行分类，分类后分别清洗、晾干；
b2)原料处理：将所述吸水率为2％至10％的废弃瓷，经破碎、研磨、过筛，得到粒径为0.1μm～100μm的陶瓷微粉；
c2)将所述陶瓷微粉与光敏树脂混合分散均匀，制成适用于光固化3D打印的光敏陶瓷浆料，其中，废瓷粉的总加入量不少于40vol％；
d2)利用3D打印技术成型，以得到坯件；
e2)将步骤d2)中得到的坯件在1100℃至1300℃下烧结以得到陶瓷制品。
优选地，在步骤c2)中，基于陶瓷微粉和光敏树脂的总量，可额外加入少于20wt％的助烧剂；优选地，所述助烧剂的含量为10wt％至20wt％，
其中，所述助烧剂包括但不限于玻璃粉、石英粉、氧化镁、氧化硅。
其中，所述光敏树脂可以包括通常用于光固化3D打印的光敏树脂，如选自双环戊二烯苯酚型环氧树脂、自双酚二缩水油醚二环氧树脂、大豆油改性环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、聚酯丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯和双酚二缩水油醚二环氧丙烯酸树脂中的任意一种或两种以上的混合物。
优选地，在步骤d2)和步骤e2)之间还包括步骤d2’)以3-5cm的间隔向体型坯件中形成直径为1-2mm的孔隙；
根据本发明的另一个实施方式，其提供了一种利用废弃瓷制备陶瓷制品的方法，该方法包括：
a3)检测和分类：对回收的废弃瓷检测吸水率，并根据检测的吸水率按照2％以下、2％至10％、10％以上进行分类，分类后分别清洗、晾干；
b3)原料处理：将所述吸水率为2％以下的废弃瓷，经破碎、研磨、过筛，得到粒径为0.1μm～100μm的陶瓷微粉；
c3)将所述陶瓷微粉与粘合剂混合分散均匀，制成适用于3D打印的陶瓷浆料，其中，废瓷粉的总加入量不少于40vol％；
d3)利用3D打印技术成型，以得到坯件；
e3)将步骤d3)中得到的坯件在1100-1500℃下烧结以得到陶瓷制品。
优选地，在步骤c3)中，基于陶瓷微粉和粘合剂的总量，可额外加入少于20wt％的助烧剂；优选地，所述助烧剂的含量为10wt％至20wt％，
其中，所述助烧剂包括但不限于玻璃粉、石英粉、氧化镁、氧化硅。
其中，所述粘合剂包括通常用于3D打印的热塑性树脂或热固性树脂，如羧甲基纤维素、聚乙烯或聚苯乙烯等，或者用于光固化的光敏树脂，如丙烯酸树脂或环氧树脂等。优选地，所述环氧树脂选自双环戊二烯苯酚型环氧树脂、自双酚二缩水油醚二环氧树脂、大豆油改性环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂中的任意一种或两种以上的混合物，且所述丙烯酸树脂选自聚酯丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯和双酚二缩水油醚二环氧丙烯酸树脂中的任意一种或两种以上的混合物。
优选地，在步骤d3)和步骤e3)之间还包括步骤d3’)以3-5cm的间隔向体型坯件中形成直径为1-2mm的孔隙。
根据本发明的另一个方面，其提供了根据上述方法中的任一种所制备的产品。
根据本发明的方法可以利用3D打印技术使废弃瓷自由成型，从而以相对低廉的成本得到可以个性化定制的产品，可以应用于广泛的混凝土预制构件和陶瓷制品。
在本发明的制备混凝土预制构件的方法中，通过以特定的比例混合不同直径的陶瓷颗粒，可以提高原料中废弃瓷的堆积密度，从而增加原料中废弃瓷的含量，增加建筑强度，降低成本。
在本发明的制备陶瓷制品的方法中，通过以3-5cm的间隔在体型坯件中形成孔隙，可以增加最终产品的强度，减少应力集中等现象。这是因为回收的废弃瓷原料与常规陶瓷胎土或瓷土，以及光敏树脂等材料的物理性质不同，因此，在烧结过程中可能导致应力集中，从而造成产品强度下降，甚至出现裂纹。通过上述结构，可以通过结构上的孔隙减少应力集中，从而提升防止出现裂纹等现象。
有益效果
本发明提出了一种废弃瓷回收、分类、再利用的方法和装置。根据本发明的方法，由于将废旧瓷进行分类以分别应用于不同应用领域，从而可以提高分选后的废旧瓷的利用效率；通过将该方法和3D打印技术相结合，改变了现有技术中的模塑工艺，从而可以制备出形状更复杂、种类更丰富的产品。在制备混凝土预制构件的方法中，通过将不同直径的陶瓷颗粒混合，可以提高原料中废弃瓷的堆积密度，从而增加原料中废弃瓷的含量，降低成本。此外，通过以固定的适当间隔在坯件中形成孔隙，可以减少应力集中，从而防止出现裂纹等现象。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施方式的废弃瓷回收、分类、再利用的方法的示意图。
图2是采用实施例2中的方法以废旧陶瓷作为部分原料而制备的花瓶的图片。
图3是采用实施例4中的方法以废旧陶瓷作为部分原料而制备的杯子的图片。
具体实施方式
以下将参考实施例具体描述本发明，但以下实施例仅用于说明的目的，而不是为了限制本发明的范围。
实施例1
1)将回收的废瓷破碎取样，然后使用上海精密仪器仪表有限公司公司生产的TXY系列数显式陶瓷吸水率测定仪根据其使用说明来测定吸水率。按照吸水率在2％以下、2％至10％、10％以上分类后分别清洗、晾干。
2)取吸水率为10％以上的废瓷，采用球磨机装置在80r/min条件下进行破碎，以机械振动筛装置过筛分级，得到特征直径分别为2-5mm、5-10mm、10-20mm、20-30mm的陶瓷颗粒；
3)将步骤2)中获得的陶瓷块体按照4:3:2:1的质量比混合，按照50wt％的比例加入到混凝土中搅拌均匀，得到含有均匀分布陶瓷块体的混合混凝土浆料；
4)使用挤出式建筑3D打印设备，逐层挤出累积，进行墙体的3D打印成型；
5、风干墙体，形成高强度的建筑墙体。
实施例2
1)将在实施例1中分类的吸水率为2％至10％的废瓷采用球磨机装置在300r/min条件下进行破碎、研磨、过筛，得到颗粒直径小于100μm的废瓷粉；
2)将步骤1)中得到的废瓷粉按照60vol％的含量加入到丙烯酸树脂中，充分搅拌研磨得到均匀稳定的陶瓷浆料，其中光敏树脂中需加入5wt％粉体质量的分散剂羧甲基纤维素；
3)将步骤2)中得到的光敏陶瓷浆料进行光固化3D打印成型，得到直径200mm，高500mm，厚度为5mm的陶瓷花瓶坯件；
4)将步骤3)中得到的花瓶坯件在窑炉中首先在600℃下脱脂6h，然后1300℃烧结2h，然后随炉冷却以得到最终的陶瓷制件，如图2所示。
实施例3
1)将在实施例1中分类的吸水率为2％以下的废瓷采用球磨机在400r/min的条件下进行破碎、研磨，150目过筛，得到颗粒直径小于100μm的废瓷粉；
2)将步骤1)中得到的废瓷粉按照60vol％的含量加入到环氧树脂中，并混入2wt％的玻璃粉，充分搅拌研磨得到均匀稳定的陶瓷浆料，其中光敏树脂中需加入3wt％粉体质量的分散剂油酸；
3)将步骤2)中得到的光敏陶瓷浆料进行光固化3D打印成型，得到陶瓷首饰坯件；
4)将步骤3)中得到的陶瓷首饰坯件在窑炉中首先在600℃下脱脂5h，然后在1100℃下烧结3h，然后随炉冷却以得到最终陶瓷制件。
实施例4
1)将在实施例1中分类的吸水率为2％以下的废瓷采用球磨机装置在350r/min的条件下进行破碎、研磨、过筛，得到颗粒直径小于100μm的废瓷粉；
2)将步骤1)中得到的废瓷粉按照60vol％的含量加入15wt％粉体质量的羧甲基纤维素水溶液中，充分搅拌研磨得到均匀稳定的陶瓷浆料；
3)将步骤2)中得到的陶瓷浆料进行3D打印成型，得到直径约8cm，高约10cm，厚度约为5mm的陶瓷杯子坯件；
4)将步骤3)中得到的杯子坯件在窑炉中首先在600℃下脱脂6h，然后1300℃烧结2h，然后随炉冷却以得到最终的陶瓷制件，如图3所示。
Claims (10)
1.一种利用废弃瓷制备混凝土预制构件的方法，该方法包括：
a1)检测和分类：对回收的废弃瓷检测吸水率，并根据检测的吸水率按照2％以下、2％至10％、10％以上进行分类，分类后分别清洗、晾干；
b1)原料处理：将所述吸水率大于10％的废弃瓷破碎、过筛、分级得到特征直径分别为2-5mm、5-10mm、10-20mm、20-30mm的陶瓷颗粒；
c1)将步骤b1)中的废弃瓷加入到混凝土中，制成建筑用3D打印原料，其中，废弃瓷的总加入量大于10wt％，且小于70wt％；
d1)使用该材料进行3D打印，以得到混凝土预制构件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
在步骤b1)中的2-5mm、5-10mm、10-20mm、20-30mm的废弃瓷以(11-13):(8-10):(5-7):(2-4)的质量比加入到混凝土中。
3.一种利用废弃瓷制备陶瓷制品的方法，该方法包括：
a2)检测和分类：对回收的废弃瓷检测吸水率，并根据检测的吸水率按照2％以下、2％至10％、10％以上进行分类，分类后分别清洗、晾干；
b2)原料处理：将所述吸水率为2％至10％的废弃瓷，经破碎、研磨、过筛，得到粒径为0.1μm～100μm的陶瓷微粉；
c2)将所述陶瓷微粉与光敏树脂混合分散均匀，制成适用于光固化3D打印的光敏陶瓷浆料，其中，废瓷粉的总加入量不少于40vol％；
d2)利用3D打印技术成型，以得到坯件；
e2)将步骤d2)中得到的坯件在1100℃至1300℃下烧结以得到陶瓷制品。
4.根据权利要求3所述的方法，其中
在步骤c2)中，基于陶瓷微粉和光敏树脂的总量，额外加入少于20wt％的助烧剂。
5.根据权利要求3所述的方法，其中
在步骤d2)和步骤e2)之间还包括步骤d2’)以3-5cm的间隔向体型坯件中形成直径为1-2mm的孔隙。
6.一种利用废弃瓷制备陶瓷制品的方法，该方法包括：
a3)检测和分类：对回收的废弃瓷检测吸水率，并根据检测的吸水率按照2％以下、2％至10％、10％以上进行分类，分类后分别清洗、晾干；
b3)原料处理：将所述吸水率为2％以下的废弃瓷，经破碎、研磨、过筛，得到粒径为0.1μm～100μm的陶瓷微粉；
c3)将所述陶瓷微粉与粘合剂混合分散均匀，制成适用于3D打印的陶瓷浆料，其中，废瓷粉的总加入量不少于40vol％；
d3)利用3D打印技术成型，以得到坯件；
e3)将步骤d3)中得到的坯件在1100-1500℃下烧结以得到陶瓷制品。
7.根据权利要求6所述的方法，其中
在步骤c3)中，基于陶瓷微粉和粘合剂的总量，额外加入少于20wt％的助烧剂。
8.根据权利要求6所述的方法，其中
其中，所述助烧剂包括但不限于玻璃粉、石英粉、氧化镁、氧化硅，
其中，所述粘合剂包括热塑性树脂、热固性树脂、或者光敏树脂。
9.根据权利要求6所述的方法，其中
在步骤d3)和步骤e3)之间还包括步骤d3’)以3-5cm的间隔向体型坯件中形成直径为1-2mm的孔隙。
10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的方法制备的产品。
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