CN109942197A - 一种高强度耐压泡沫玻璃的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度耐压泡沫玻璃的制备方法，属于泡沫玻璃生产加工领域。本发明将竹片为原料，利用磷酸加热和盐酸反应从中提取出竹纤维成分，竹纤维成分本身的力学强度优异，具有极佳的韧性，经过高温处理使竹纤维炭化生成碳纤维，竹纤维结构中的共价键增加，各分子链之间的间距缩短，从而加强纤维本身的结构强度，提高泡沫玻璃的韧性和力学强度；利用柠檬酸对竹纤维进行表面处理，使纤维表面的羧基基团增加，随后引入铁离子，使铁离子通过络合作用以及离子键作用吸附于竹纤维表面，使泡沫玻璃的耐压性能、韧性以及抗冲击性能得到全面加强。本发明解决了针对目泡沫玻璃强度差、韧性差导致其易断裂、抗压强度、耐冲击性能不佳的问题。

Description

一种高强度耐压泡沫玻璃的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高强度耐压泡沫玻璃的制备方法，属于泡沫玻璃生产加工技术领域。

背景技术

近年来，随着建筑业的蓬勃发展和人们节能环保意识的持续增强，建筑节能问题成为人们关注的焦点。加强建筑物的保温隔热对于改善人类的工作和居住环境条件、节约能源所起的作用既直接又实际，建筑保温隔热工程中，保温材料吸水率高、耐久性差一直是两大难题，它大大地降低材料的保温性能，影响保温隔热的效果，增加空调系统的能量消耗。而且吸水后，保温层变成了蓄水层，会使防水层起鼓破坏，造成渗漏，在雨后很长一段时间内仍旧漏水。在外墙构造中，由于保温隔热的需要，需将墙体加厚以满足使用功能要求，由于目前尚无保温材料能取代原来的红砖作为墙体材料，只能采用外贴保温材料进行保温隔热，所以需要重量轻、保温性能好、耐老化、不吸水、易粘结的材料，泡沫玻璃是最理想的保温材料。泡沫玻璃是一种以废平板玻璃和瓶罐玻璃为原料，并添加发泡剂、改性添加剂和发泡促进剂等，再经高温发泡成型的多孔无机非金属材料。生成的材料具有优越的绝热(保冷)、吸声、防潮、防火、防水，且无毒、耐腐蚀、防蛀，不老化，无放射性、绝缘，防磁波、防静电、轻质强度高、与各类泥浆粘结性好等特性。是一种性能稳定以及可广泛应用于建筑外墙和屋面隔热、隔音、防水等多功能新型材料。这种新型材料倍受用户青睐，同时被广泛用于墙体、石油、化工等领域保温，以及房间降噪、吸音等，同时还作为电力、军工产品等范围应用。被用户称之为绿色环保型材料。泡沫玻璃用于墙体保温隔热，代替红砖，减薄墙体厚度，节约能源更是首屈一指，而且间接地扩大了建筑使用面积，减轻了建筑物的自重。施工时用普通水泥砂浆或聚合物水泥砂浆粘贴，粘贴力强。如作外墙涂料面层，只要在泡沫玻璃层外抹一层水泥砂浆找平即可。 但泡沫玻璃具有多孔状结构，自身密度较低，抗压强度不高，质地教脆，抵抗外部冲击性能较差，故目前制备的泡沫玻璃尺寸较小，施工过程中还需额外设置加强筋来防止其断裂，工序较为复杂，而且传统的泡沫玻璃生产工艺是：玻璃原料→清洗→添加碳黑、三氧化二锑等添加剂→粉碎→装模→预热→发泡→退火→半成品→整形生成产品，使用的添加剂亦是品种繁多，大大增加了施工的难度和建造成本，虽然目前有通过加入碳纤维和金属网来增强其机械强度的发明专利，但金属网不易与泡沫玻璃粘接，使用过程中容易变形开裂。加入碳纤维进行强化，通常采用在泡沫玻璃中加入多层碳纤维来增强其抗压强度，但其剪切强度并没有得到加强。因此急需研发一种抗压强度、剪切强度等力学性能较强的泡沫玻璃来满足人们的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目泡沫玻璃强度差、韧性差导致其易断裂、抗压强度、耐冲击性能不佳的缺陷，提供了一种高强度耐压泡沫玻璃的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高强度耐压泡沫玻璃的制备方法，具体制备步骤为：

将增韧增强剂和废弃玻璃投入模具中，将模具移入烧制炉内，在烧制炉内以15～20℃/min的升温速率升温至450～500℃，保温15～20min，保温结束后以15～20℃/min的升温速率升温至890～950℃，高温静置35～40min，再降温至500～560℃，恒温静置80～85min，随炉冷却至室温出炉，拆模即得高强度耐压泡沫玻璃；

所述的增韧增强机的具体制备步骤为：

（1）将反应滤饼置于玻璃皿中，将玻璃皿投入温度为70～80℃的烘箱中，恒温干燥3～4h制得干燥固体产物，干燥后向玻璃皿中滴加质量分数为10～12%的氢氧化钠溶液，将玻璃皿置于摇床中，振荡反应2～3h，反应后投入离心分离机中去除液体制得改性反应产物；

（2）将改性反应产物投入高温炉中，将高温炉内温度升高至105～125℃，恒温预热60～70min，预热后继续将炉内充满氩气，密闭高温炉，将炉内温度升高至320～340℃，高温煅烧100～120min，煅烧后制得煅烧产物，将煅烧产物、氟硅酸钠、磷酸钠投入共混机中混合均匀制得增韧增强剂；

所述的反应滤饼的具体制备步骤为：

（1）将竹片与质量分数为8～12%的磷酸溶液投入烧杯中，将烧杯置于水浴温度为70～80℃的水浴锅中，恒温静置2～3h，静置后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3～5次，将滤渣置于行星球磨机中，在球料比为10:1的条件下研磨50～60min制得研磨产物；

（2）将研磨产物与质量分数为6～8%的盐酸溶液投入反应釜中，用搅拌装置以300～350r/min的转速混合搅拌2～3h，制得固液混合物，向反应釜中添加柠檬酸晶体粉末，升高反应釜内温度至50～60℃，恒温静置3～4h制得酸性反应液；

（3）将酸性反应液、三氯化铁晶体粉末、十二烷基苯磺酸钠、氯化钾、乙二醇和蒸馏水投入投入三口瓶中，将三口瓶上插上搅拌器，以600～650r/min的转速混合搅拌60～80min，搅拌后静置20～22h，静置后过滤得到反应滤饼，用蒸馏水清洗反应滤饼2～4次。

所述的增韧增强剂和废弃玻璃的质量比为2:5。

所述的高温炉内的高温静置温度进一步的优选为920～940℃。

增韧增强机的具体制备步骤（1）中所述的向玻璃皿中滴加的质量分数为10～12%的氢氧化钠溶液的质量为干燥固体产物质量的5～9%。

增韧增强机的具体制备步骤（2）中优选的按重量份数计，所述的煅烧产物为18～20份、氟硅酸钠为2.0～2.2份、磷酸钠为1.5～1.7份。

反应滤饼的具体制备步骤（1）中所述的竹片优选为毛竹、方竹或斑竹其中的一种或多种按任意比例混合。

反应滤饼的具体制备步骤（1）中所述的竹片与质量分数为8～12%的磷酸溶液的质量比为1:5。

反应滤饼的具体制备步骤（2）中所述的研磨产物与质量分数为6～8%的盐酸溶液的质量比为1:10，向反应釜中添加的柠檬酸晶体粉末的质量为固液混合物质量的5～7%。

反应滤饼的具体制备步骤（3）中优选的按重量份数计，酸性反应液为13～15份、三氯化铁晶体粉末为2.0～2.2份、十二烷基苯磺酸钠为0.9～1.2份、氯化钾为0.3～0.5份、乙二醇为2～3份和蒸馏水为20～22份。

本发明的有益技术效果是：

（1）本发明首先将竹片与磷酸溶液混合加热，加热后过滤得到滤渣，随后将滤渣研磨并与盐酸混合搅拌，搅拌后加入柠檬酸反应制得酸性反应液，再将酸性反应液中加入三氯化铁、十二烷基苯磺酸钠等物质混合搅拌，搅拌后过滤得到反应率，随后将反应滤饼过滤，滴加氢氧化钠溶液反应，反应后投入高温炉中高温烧制，烧制后加入氟硅酸钠、磷酸钠混合制得增韧增强剂，最后将增韧增强剂与废弃玻璃混合高温烧制即得高强度耐压泡沫玻璃，本发明将竹片为原料，利用磷酸加热和盐酸反应从中提取出竹纤维成分，竹纤维成分本身的力学强度优异，具有极佳的韧性，经过高温处理使竹纤维炭化生成碳纤维，竹纤维结构中的共价键增加，各分子链之间的间距缩短，从而加强纤维本身的结构强度，从而进一步提高泡沫玻璃的韧性和力学强度；

（2）本发明利用柠檬酸对竹纤维进行表面处理，使纤维表面的羧基基团增加，随后引入铁离子，使铁离子通过络合作用以及离子键作用吸附于竹纤维表面，引入的铁离子可以利用电荷吸引加强炭化的竹纤维与泡沫玻璃中其它成分之间的粘结程度，有利于泡沫玻璃内部空间结构增强，从而提高泡沫玻璃的力学强度与韧性，吸附于竹纤维表面的铁离子经过与碱液反应和高温煅烧生成纳米级氧化铁在竹纤维表面生长，填充纤维管中的孔隙，进一步加强炭化纤维的韧性和强度，使泡沫玻璃的耐压性能、韧性以及抗冲击性能得到全面加强，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

将竹片与质量分数为8～12%的磷酸溶液按质量比1:5投入烧杯中，将烧杯置于水浴温度为70～80℃的水浴锅中，恒温静置2～3h，静置后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3～5次，将滤渣置于行星球磨机中，在球料比为10:1的条件下研磨50～60min制得研磨产物；将上述研磨产物与质量分数为6～8%的盐酸溶液按质量比1:10投入反应釜中，用搅拌装置以300～350r/min的转速混合搅拌2～3h，制得固液混合物，向反应釜中添加固液混合物质量5～7%的柠檬酸晶体粉末，升高反应釜内温度至50～60℃，恒温静置3～4h制得酸性反应液；按重量份数计，将13～15份上述酸性反应液、2.0～2.2份三氯化铁晶体粉末、0.9～1.2份十二烷基苯磺酸钠、0.3～0.5份氯化钾、2～3份乙二醇和20～22份蒸馏水投入投入三口瓶中，将三口瓶上插上搅拌器，以600～650r/min的转速混合搅拌60～80min，搅拌后静置20～22h，静置后过滤得到反应滤饼，用蒸馏水清洗反应滤饼2～4次；将上述反应滤饼置于玻璃皿中，将玻璃皿投入温度为70～80℃的烘箱中，恒温干燥3～4h制得干燥固体产物，干燥后向玻璃皿中滴加干燥固体产物质量5～9%的质量分数为10～12%的氢氧化钠溶液，将玻璃皿置于摇床中，振荡反应2～3h，反应后投入离心分离机中去除液体制得改性反应产物；将上述改性反应产物投入高温炉中，将高温炉内温度升高至105～125℃，恒温预热60～70min，预热后继续将炉内充满氩气，密闭高温炉，将炉内温度升高至320～340℃，高温煅烧100～120min，煅烧后制得煅烧产物，按重量份数计，将18～20份煅烧产物、2.0～2.2份氟硅酸钠、1.5～1.7份磷酸钠投入共混机中混合均匀制得增韧增强剂;；将上述增韧增强剂和废弃玻璃按质量比2:5投入模具中，将模具移入烧制炉内，在烧制炉内以15～20℃/min的升温速率升温至450～500℃，保温15～20min，保温结束后以15～20℃/min的升温速率升温至890～950℃，高温静置35～40min，再降温至500～560℃，恒温静置80～85min，随炉冷却至室温出炉，拆模即得高强度耐压泡沫玻璃。

将竹片与质量分数为8%的磷酸溶液按质量比1:5投入烧杯中，将烧杯置于水浴温度为70℃的水浴锅中，恒温静置2h，静置后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3次，将滤渣置于行星球磨机中，在球料比为10:1的条件下研磨50min制得研磨产物；将上述研磨产物与质量分数为6%的盐酸溶液按质量比1:10投入反应釜中，用搅拌装置以300r/min的转速混合搅拌2h，制得固液混合物，向反应釜中添加固液混合物质量5%的柠檬酸晶体粉末，升高反应釜内温度至50℃，恒温静置3h制得酸性反应液；按重量份数计，将13份上述酸性反应液、2.0份三氯化铁晶体粉末、0.9份十二烷基苯磺酸钠、0.3份氯化钾、2份乙二醇和20份蒸馏水投入投入三口瓶中，将三口瓶上插上搅拌器，以600r/min的转速混合搅拌60min，搅拌后静置20h，静置后过滤得到反应滤饼，用蒸馏水清洗反应滤饼2次；将上述反应滤饼置于玻璃皿中，将玻璃皿投入温度为70℃的烘箱中，恒温干燥3h制得干燥固体产物，干燥后向玻璃皿中滴加干燥固体产物质量5%的质量分数为10%的氢氧化钠溶液，将玻璃皿置于摇床中，振荡反应2h，反应后投入离心分离机中去除液体制得改性反应产物；将上述改性反应产物投入高温炉中，将高温炉内温度升高至105℃，恒温预热60min，预热后继续将炉内充满氩气，密闭高温炉，将炉内温度升高至320℃，高温煅烧100min，煅烧后制得煅烧产物，按重量份数计，将18份煅烧产物、2.0份氟硅酸钠、1.5份磷酸钠投入共混机中混合均匀制得增韧增强剂；将上述增韧增强剂和废弃玻璃按质量比2:5投入模具中，将模具移入烧制炉内，在烧制炉内以15℃/min的升温速率升温至450℃，保温15min，保温结束后以15℃/min的升温速率升温至890℃，高温静置35min，再降温至500℃，恒温静置80min，随炉冷却至室温出炉，拆模即得高强度耐压泡沫玻璃。

将竹片与质量分数为12%的磷酸溶液按质量比1:5投入烧杯中，将烧杯置于水浴温度为80℃的水浴锅中，恒温静置3h，静置后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣5次，将滤渣置于行星球磨机中，在球料比为10:1的条件下研磨60min制得研磨产物；将上述研磨产物与质量分数为8%的盐酸溶液按质量比1:10投入反应釜中，用搅拌装置以350r/min的转速混合搅拌3h，制得固液混合物，向反应釜中添加固液混合物质量7%的柠檬酸晶体粉末，升高反应釜内温度至60℃，恒温静置4h制得酸性反应液；按重量份数计，将15份上述酸性反应液、2.2份三氯化铁晶体粉末、1.2份十二烷基苯磺酸钠、0.5份氯化钾、3份乙二醇和22份蒸馏水投入投入三口瓶中，将三口瓶上插上搅拌器，以650r/min的转速混合搅拌80min，搅拌后静置22h，静置后过滤得到反应滤饼，用蒸馏水清洗反应滤饼4次；将上述反应滤饼置于玻璃皿中，将玻璃皿投入温度为80℃的烘箱中，恒温干燥4h制得干燥固体产物，干燥后向玻璃皿中滴加干燥固体产物质量9%的质量分数为12%的氢氧化钠溶液，将玻璃皿置于摇床中，振荡反应3h，反应后投入离心分离机中去除液体制得改性反应产物；将上述改性反应产物投入高温炉中，将高温炉内温度升高至125℃，恒温预热70min，预热后继续将炉内充满氩气，密闭高温炉，将炉内温度升高至340℃，高温煅烧120min，煅烧后制得煅烧产物，按重量份数计，将20份煅烧产物、2.2份氟硅酸钠、1.7份磷酸钠投入共混机中混合均匀制得增韧增强剂；将上述增韧增强剂和废弃玻璃按质量比2:5投入模具中，将模具移入烧制炉内，在烧制炉内以20℃/min的升温速率升温至500℃，保温20min，保温结束后以20℃/min的升温速率升温至950℃，高温静置40min，再降温至560℃，恒温静置85min，随炉冷却至室温出炉，拆模即得高强度耐压泡沫玻璃。

将竹片与质量分数为10%的磷酸溶液按质量比1:5投入烧杯中，将烧杯置于水浴温度为75℃的水浴锅中，恒温静置2.5h，静置后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣4次，将滤渣置于行星球磨机中，在球料比为10:1的条件下研磨55min制得研磨产物；将上述研磨产物与质量分数为7%的盐酸溶液按质量比1:10投入反应釜中，用搅拌装置以320r/min的转速混合搅拌2.5h，制得固液混合物，向反应釜中添加固液混合物质量6%的柠檬酸晶体粉末，升高反应釜内温度至55℃，恒温静置3.5h制得酸性反应液；按重量份数计，将14份上述酸性反应液、2.1份三氯化铁晶体粉末、1.1份十二烷基苯磺酸钠、0.4份氯化钾、2.5份乙二醇和21份蒸馏水投入投入三口瓶中，将三口瓶上插上搅拌器，以620r/min的转速混合搅拌70min，搅拌后静置21h，静置后过滤得到反应滤饼，用蒸馏水清洗反应滤饼3次；将上述反应滤饼置于玻璃皿中，将玻璃皿投入温度为75℃的烘箱中，恒温干燥3.5h制得干燥固体产物，干燥后向玻璃皿中滴加干燥固体产物质量7%的质量分数为11%的氢氧化钠溶液，将玻璃皿置于摇床中，振荡反应2.5h，反应后投入离心分离机中去除液体制得改性反应产物；将上述改性反应产物投入高温炉中，将高温炉内温度升高至110℃，恒温预热65min，预热后继续将炉内充满氩气，密闭高温炉，将炉内温度升高至330℃，高温煅烧110min，煅烧后制得煅烧产物，按重量份数计，将19份煅烧产物、2.1份氟硅酸钠、1.6份磷酸钠投入共混机中混合均匀制得增韧增强剂；将上述增韧增强剂和废弃玻璃按质量比2:5投入模具中，将模具移入烧制炉内，在烧制炉内以17℃/min的升温速率升温至480℃，保温17min，保温结束后以17℃/min的升温速率升温至920℃，高温静置37min，再降温至530℃，恒温静置82min，随炉冷却至室温出炉，拆模即得高强度耐压泡沫玻璃。

对比例1：与实施例1的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少增韧增强机。

对比例2：与实施例1的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少反应滤饼。

对比例3：河北省某公司生产的高强度耐压泡沫玻璃。

将上述实施例与对比例得到的高强度耐压泡沫玻璃根据JC/T647-2014标准进行检测，得到的结果如表1所示。

表1：

综合上述，从表1可以看出本发明的高强度耐压泡沫玻璃效果更好，值得推广使用，以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高强度耐压泡沫玻璃的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

将增韧增强剂和废弃玻璃投入模具中，将模具移入烧制炉内，在烧制炉内以15～20℃/min的升温速率升温至450～500℃，保温15～20min，保温结束后以15～20℃/min的升温速率升温至890～950℃，高温静置35～40min，再降温至500～560℃，恒温静置80～85min，随炉冷却至室温出炉，拆模即得高强度耐压泡沫玻璃；

所述的增韧增强机的具体制备步骤为：

（1）将反应滤饼置于玻璃皿中，将玻璃皿投入温度为70～80℃的烘箱中，恒温干燥3～4h制得干燥固体产物，干燥后向玻璃皿中滴加质量分数为10～12%的氢氧化钠溶液，将玻璃皿置于摇床中，振荡反应2～3h，反应后投入离心分离机中去除液体制得改性反应产物；

（2）将改性反应产物投入高温炉中，将高温炉内温度升高至105～125℃，恒温预热60～70min，预热后继续将炉内充满氩气，密闭高温炉，将炉内温度升高至320～340℃，高温煅烧100～120min，煅烧后制得煅烧产物，将煅烧产物、氟硅酸钠、磷酸钠投入共混机中混合均匀制得增韧增强剂；

所述的反应滤饼的具体制备步骤为：

（1）将竹片与质量分数为8～12%的磷酸溶液投入烧杯中，将烧杯置于水浴温度为70～80℃的水浴锅中，恒温静置2～3h，静置后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3～5次，将滤渣置于行星球磨机中，在球料比为10:1的条件下研磨50～60min制得研磨产物；

（2）将研磨产物与质量分数为6～8%的盐酸溶液投入反应釜中，用搅拌装置以300～350r/min的转速混合搅拌2～3h，制得固液混合物，向反应釜中添加柠檬酸晶体粉末，升高反应釜内温度至50～60℃，恒温静置3～4h制得酸性反应液；

（3）将酸性反应液、三氯化铁晶体粉末、十二烷基苯磺酸钠、氯化钾、乙二醇和蒸馏水投入投入三口瓶中，将三口瓶上插上搅拌器，以600～650r/min的转速混合搅拌60～80min，搅拌后静置20～22h，静置后过滤得到反应滤饼，用蒸馏水清洗反应滤饼2～4次。

2.根据权利要求1所述的一种高强度耐压泡沫玻璃的制备方法，其特征在于：所述的增韧增强剂和废弃玻璃的质量比为2:5。

3.根据权利要求1所述的一种高强度耐压泡沫玻璃的制备方法，其特征在于：所述的高温炉内的高温静置温度进一步的优选为920～940℃。

4.根据权利要求1所述的一种高强度耐压泡沫玻璃的制备方法，其特征在于：增韧增强机的具体制备步骤（1）中所述的向玻璃皿中滴加的质量分数为10～12%的氢氧化钠溶液的质量为干燥固体产物质量的5～9%。

5.根据权利要求1所述的一种高强度耐压泡沫玻璃的制备方法，其特征在于：增韧增强机的具体制备步骤（2）中优选的按重量份数计，所述的煅烧产物为18～20份、氟硅酸钠为2.0～2.2份、磷酸钠为1.5～1.7份。

6.根据权利要求1所述的一种高强度耐压泡沫玻璃的制备方法，其特征在于：反应滤饼的具体制备步骤（1）中所述的竹片优选为毛竹、方竹或斑竹其中的一种或多种按任意比例混合。

7.根据权利要求1所述的一种高强度耐压泡沫玻璃的制备方法，其特征在于：反应滤饼的具体制备步骤（1）中所述的竹片与质量分数为8～12%的磷酸溶液的质量比为1:5。

8.根据权利要求1所述的一种高强度耐压泡沫玻璃的制备方法，其特征在于：反应滤饼的具体制备步骤（2）中所述的研磨产物与质量分数为6～8%的盐酸溶液的质量比为1:10，向反应釜中添加的柠檬酸晶体粉末的质量为固液混合物质量的5～7%。

9.根据权利要求1所述的一种高强度耐压泡沫玻璃的制备方法，其特征在于：反应滤饼的具体制备步骤（3）中优选的按重量份数计，酸性反应液为13～15份、三氯化铁晶体粉末为2.0～2.2份、十二烷基苯磺酸钠为0.9～1.2份、氯化钾为0.3～0.5份、乙二醇为2～3份和蒸馏水为20～22份。