CN110467352A - 一种泡沫玻璃材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种泡沫玻璃材料，其特征在于，由如下重量份的各组分制成：废玻璃基料粉90‑100份、白云石粉1‑3份、石墨烯1‑3份、氧化铪0.2‑0.6份、氧化铷0.1‑0.2份、砷酸铝0.1‑0.5份、氧化铋0.3‑0.8份、碳酸锌0.5‑1份、氟硅酸钠0.1‑0.3份、海泡石纤维0.2‑0.6份、纳米硼纤维0.1‑0.3份、粘合剂0.3‑0.7份、表面活性剂0.5‑1份。本发明还公开了所述泡沫玻璃材料的制备方法。本发明公开的泡沫玻璃材料具有粒径均匀的气泡，且其孔隙率和抗压与抗折强度高，耐高温、耐腐蚀、透水性、保水性、通气性、耐火性及隔热性、吸音性优异。

Description

一种泡沫玻璃材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及工业废弃资源综合利用技术领域，尤其涉及一种泡沫玻璃材料及其制备方法。
背景技术
近年来，随着科学技术的迅猛发展以及人民生活水平的不断提高，玻璃制品用量急剧增加，不仅广泛应用于建筑行业和日常生活用品，而且也成为科学实验不可或缺的材料。这类材料在给人们带来方便、高品位享受的同时，也带来一些新的问题，其中最引人关注的是废玻璃的处理问题。废玻璃很难通过自然循环和简单的物理化学方法分解和处理，是一种化学性质非常稳定的固体污染，如果处理不当，既会造成环境污染，又会浪费大量资源。
资源再生是社会经济可持续发展的必然选择，是进行环境保护的必经之路。以废玻璃作为原料，加入发泡剂、助熔剂等添加剂后，经过破碎、粉磨，混合均匀后放入炉中预热、熔融、发泡、退火，冷却后获得泡沫玻璃是实现资源回收再利用，变废为宝的有效方法，是实现循环经济的可靠途径。泡沫玻璃是一种内部充满连通或封闭气孔的无机材料，由于其具有导热系数小、热膨胀系数低、不吸水、不透湿、不燃烧、工作温度范围宽、不受虫害、耐蚀性能强等优点，称得上是一种性能优越的隔热、吸声、防潮、防火的建筑材料和装饰材料，可应用在中温保温隔热、建筑内外墙的保温隔热、防水防潮工程、装饰工程、石油化工、冷藏、地下工程和噪音消除等领域。
现有技术生产发泡玻璃通常以废玻璃、粉煤灰、非金属矿物等富含玻璃相的物质为基础原料。基础原料先破碎球磨，按一定比例混合放入模盒，再进入发泡窑内加热发泡，经人工脱模，最后在退火窑退火后形成发泡玻璃。泡沫玻璃生产的原料成分不同，发泡时间及温度不易控制，影响发泡玻璃的质量；采用这种工艺制成的发泡玻璃还存在模盒损耗量大，生产效率低，生产成本高的缺陷。
中国发明专利CN 201210398272.2公开了一种泡沫玻璃及其生产方法，首先将玻璃、硅微粉、发泡剂炭黑、改性添加剂Al2O3和发泡促进剂Ti2O3混合、粉碎后形成混合物粉末，然后将所述混合物粉末在850度熔化为混合物液体，在720度保持50分钟，降温至550度时开始退火38小时制备成微晶泡沫玻璃。该发明专利生产原料硅微粉及发泡剂炭黑、改性添加剂Al2O3和发泡促进剂Ti2O3价格昂贵，发泡剂炭黑发泡时产生气体较多，使制备的发泡玻璃气孔较大，粒径大小不一，加入硅微粉发泡温度较高，晶化时间38小时，生产成本较高。该方法制备的泡沫玻璃具有抗压与抗折强度较低，对耐热温度温变化适应性差等缺点。
因此，开发一种制备成本低廉，抗折和抗压强度大、耐高温性能优异的泡沫玻璃材料符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种泡沫玻璃材料及其制备方法，该制备方法工艺简单，操作方便，主要原料为固体废弃物，价格低廉，高速、快捷、安全地实现了变废为宝，使得固态废弃物得以资源化综合利用，具有显著的经济价值、社会价值和生态价值；制备得到的泡沫玻璃材料具有粒径均匀的气泡，且其孔隙率和抗压与抗折强度高，耐高温、耐腐蚀、透水性、保水性、通气性、耐火性及隔热性、吸音性优异。
本发明通过以下技术方案实现：一种泡沫玻璃材料，其特征在于，由如下重量份的各组分制成：废玻璃基料粉90-100份、白云石粉1-3份、石墨烯1-3份、氧化铪0.2-0.6份、氧化铷0.1-0.2份、砷酸铝0.1-0.5份、氧化铋0.3-0.8份、碳酸锌0.5-1份、氟硅酸钠0.1-0.3份、海泡石纤维0.2-0.6份、纳米硼纤维0.1-0.3份、粘合剂0.3-0.7份、表面活性剂0.5-1份。
进一步地，所述表面活性剂为三乙醇胺油酸皂、月桂醇硫酸钠、卵磷脂、吐温80中的至少一种。
进一步地，所述废玻璃基料粉的制备方法，包括如下步骤：取废玻璃、煤矸石粉、火山灰、天然锰钾矿、硼泥、蛭石、蒙脱石球磨混匀后熔融，再将熔融液倒入去离子水中水淬，取出水淬颗粒并在210-250℃下干燥，研磨过筛后得废玻璃基料粉。
优选地，所述废玻璃、煤矸石粉、火山灰、天然锰钾矿、硼泥、蛭石、蒙脱石的质量比为(70-80):(20-30):(10-20):(5-10):(0.1-0.7):(5-10):(1-3)。
优选地，所述熔融温度为1250-1350℃。
优选地，所述研磨过筛的筛为100-200目不锈钢筛。
优选地，所述废玻璃为废平板玻璃、废瓶罐玻璃、废显像管玻璃中的至少一种。
进一步地，所述粘合剂的制备方法，包括如下步骤：将聚乙二醇单烯丙基醚、1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑、N-乙烯基吡咯烷酮、双(三乙氧基硅基)乙烯、引发剂加入到高沸点溶剂中，在氮气或惰性气体氛围下60-80℃下搅拌反应3-5小时，后旋蒸除去溶剂，再加入到质量分数为5-10％的硅酸钠水溶液中，在50-60℃下搅拌反应4-6小时，后旋蒸除去水，再用N-甲基吡咯烷酮溶解，过滤，旋蒸除去N-甲基吡咯烷酮，得到所述粘合剂。
优选地，所述聚乙二醇单烯丙基醚、1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑、N-乙烯基吡咯烷酮、双(三乙氧基硅基)乙烯、引发剂、高沸点溶剂、硅酸钠水溶液的质量比为2:0.5:1:0.5:(0.03-0.05):(12-16):(20-30):(20-30)。
优选地，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的至少一种；所述高沸点溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺中的至少一种；所述惰性气体为氦气、氖气、氩气中的一种。
本发明的另一个目的在于提供一种所述泡沫玻璃材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、将各组分按比例混合均匀，然后放入KM快速球磨机中球磨20-30分钟，球料比为(3-4):1，球磨速度为250-350r/min，得到配合料；
步骤S2、往混合料中加入配合料质量的15-25％的水，用玻璃棒搅拌3-7分钟，使得粉状配合料粘结成型；
步骤S3、将经过步骤S2制成的粘结成型后的配合料置于模具中模压成型，后转移到马弗炉中，采用阶梯式的升温方式进行烧结，依次经过预热、升温、发泡、稳泡、退火阶段得到烧结膨化发泡加热物；
步骤S4、将经过步骤S3制备得到的烧结膨化发泡加热物从马弗炉中取出自然冷却至室温后即得发泡玻璃材料。
进一步地，所述阶梯式的升温方式具体为：第一阶段，以3-5℃/min的升温速率升温至380-450℃，保温10-20分钟；第二阶段，以8-12℃/min的升温速率升温至680-720℃，保温15-25分钟；第三阶段，以15-20℃/min的升温速率升温至800-850℃，保温20-30分钟；第三阶段，以20℃/min的升温速率升温至900-990℃，保温5-10分钟；第四阶段，以15-20℃/min的降温速率降温至500-600℃，保温25-35分钟；第5阶段，以3-5℃/min的降温速率降温至100-200℃，保温5-10分钟。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
(1)本发明提供的一种泡沫玻璃材料，制备方法工艺简单，操作方便，主要原料为固体废弃物，价格低廉，高速、快捷、安全地实现了变废为宝，使得固态废弃物得以资源化综合利用，制备效率和成品合格率高，具有显著的经济价值、社会价值和生态价值。
(2)本发明提供的一种泡沫玻璃材料，克服了传统泡沫玻璃材料气孔较大，粒径大小不一，生产成本较高，抗压与抗折强度较低，对耐热温度温变化适应性差等缺陷，具有气泡粒径均匀，孔隙率和抗压与抗折强度高，耐高温、耐腐蚀、透水性、保水性、通气性、耐火性及隔热性、吸音性优异的优点。
(3)本发明提供的一种泡沫玻璃材料，以废玻璃、煤矸石粉、硼泥为主要原料，不仅解决了这些废弃物给环境带来的污染问题，而且，高效、快速、安全地实现了变废为宝，使得资源得以回收再利用，降低了泡沫玻璃材料的生产成本；且原料中还添加有火山灰、天然锰钾矿、蛭石、蒙脱石这些组分，合理配伍，使得烧结时玻璃相含量控制在一定的范围内，同时改善玻璃相结构，对提高泡沫玻璃强度具有非常重要的作用。
(4)本发明提供的一种泡沫玻璃材料，白云石粉、石墨烯协同作用，充当泡沫玻璃材料的发泡剂，发泡温度易控制，发泡效果好，泡沫玻璃的孔隙明显，气孔均匀且数量多；石墨烯在烧结过程中，自身会氧化放热，能为烧结提供部分能源；氧化铋、碳酸锌和氟硅酸钠协同作用，有效起到助熔作用，添入后能调整配合料颗粒的表面性质，使得配合料的粘度降低，降低玻璃熔融的难度；氧化铪、氧化铷、砷酸铝协同作用，能有效通过防止玻璃熔体中小气泡破裂或相互之间形成连通孔来稳定气泡结构，高温下，砷酸铝会分解，产物与[SiO4]四面体一起构成连续的网络结构，起到修补网络作用，优选增大网络连接程度，提高熔体的聚合度，使玻璃熔体高温下的粘度提高，气泡壁变薄的速度减慢，稳定气泡结构。
(5)本发明提供的一种泡沫玻璃材料，添加海泡石纤维和纳米硼纤维，协同作用，能有效增强泡沫玻璃材料；粘合剂的添加，由于其结合了聚乙二醇单烯丙基醚、1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑、N-乙烯基吡咯烷酮、双(三乙氧基硅基)乙烯、水玻璃等结构的粘合性能，使得其粘合性能更佳，有效改善烧结体中气体保存量；表面活性剂的添加，能使的物料的凝聚速度降低，呈疏松的粉状，可直接用来发泡；球磨过程中，表面活性剂还能使配合料颗粒与球磨介质更好的浸润，有利于配合料各成分的混合均匀。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明下述实施例中所使用的原料均为商业购买；所述聚乙二醇单烯丙基醚的CAS:27274-31-3，购自上海迈瑞尔化学技术有限公司，产品编号：GEL-ENEA0261。
实施例1
一种泡沫玻璃材料，其特征在于，由如下重量份的各组分制成：废玻璃基料粉90份、白云石粉1份、石墨烯1份、氧化铪0.2份、氧化铷0.1份、砷酸铝0.1份、氧化铋0.3份、碳酸锌0.5份、氟硅酸钠0.1份、海泡石纤维0.2份、纳米硼纤维0.1份、粘合剂0.3份、三乙醇胺油酸皂0.5份。
所述废玻璃基料粉的制备方法，包括如下步骤：取废平板玻璃、煤矸石粉、火山灰、天然锰钾矿、硼泥、蛭石、蒙脱石球磨混匀后熔融，再将熔融液倒入去离子水中水淬，取出水淬颗粒并在210℃下干燥，研磨过筛后得废玻璃基料粉；所述废平板玻璃、煤矸石粉、火山灰、天然锰钾矿、硼泥、蛭石、蒙脱石的质量比为70:20:10:5:0.1:5:1；所述熔融温度为1250℃；所述研磨过筛的筛为100目不锈钢筛。
所述粘合剂的制备方法，包括如下步骤：将聚乙二醇单烯丙基醚20g、1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑5g、N-乙烯基吡咯烷酮10g、双(三乙氧基硅基)乙烯5g、偶氮二异丁腈0.3g加入到N,N-二甲基甲酰胺120g中，在氮气氛围下60℃下搅拌反应3小时，后旋蒸除去溶剂，再加入到质量分数为5％的硅酸钠水溶液200g中，在50℃下搅拌反应4小时，后旋蒸除去水，再用N-甲基吡咯烷酮溶解，过滤，旋蒸除去N-甲基吡咯烷酮，得到所述粘合剂。
一种所述泡沫玻璃材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、将各组分按比例混合均匀，然后放入KM快速球磨机中球磨20分钟，球料比为3:1，球磨速度为250r/min，得到配合料；
步骤S2、往混合料中加入配合料质量的15％的水，用玻璃棒搅拌3分钟，使得粉状配合料粘结成型；
步骤S3、将经过步骤S2制成的粘结成型后的配合料置于模具中模压成型，后转移到马弗炉中，采用阶梯式的升温方式进行烧结，依次经过预热、升温、发泡、稳泡、退火阶段得到烧结膨化发泡加热物；所述阶梯式的升温方式具体为：第一阶段，以3℃/min的升温速率升温至380℃，保温10分钟；第二阶段，以8℃/min的升温速率升温至680℃，保温15分钟；第三阶段，以15℃/min的升温速率升温至800℃，保温20分钟；第三阶段，以20℃/min的升温速率升温至900℃，保温5分钟；第四阶段，以15℃/min的降温速率降温至500℃，保温25分钟；第5阶段，以3℃/min的降温速率降温至100℃，保温5分钟；
步骤S4、将经过步骤S3制备得到的烧结膨化发泡加热物从马弗炉中取出自然冷却至室温后即得发泡玻璃材料。
实施例2
一种泡沫玻璃材料，其特征在于，由如下重量份的各组分制成：废玻璃基料粉93份、白云石粉1.5份、石墨烯1.5份、氧化铪0.3份、氧化铷0.12份、砷酸铝0.2份、氧化铋0.4份、碳酸锌0.6份、氟硅酸钠0.15份、海泡石纤维0.3份、纳米硼纤维0.15份、粘合剂0.4份、月桂醇硫酸钠0.6份。
所述废玻璃基料粉的制备方法，包括如下步骤：取废瓶罐玻璃、煤矸石粉、火山灰、天然锰钾矿、硼泥、蛭石、蒙脱石球磨混匀后熔融，再将熔融液倒入去离子水中水淬，取出水淬颗粒并在220℃下干燥，研磨过筛后得废玻璃基料粉；所述废瓶罐玻璃、煤矸石粉、火山灰、天然锰钾矿、硼泥、蛭石、蒙脱石的质量比为72:23:12:6:0.2:6:1.5；所述熔融温度为1280℃；所述研磨过筛的筛为120目不锈钢筛。
所述粘合剂的制备方法，包括如下步骤：将聚乙二醇单烯丙基醚20g、1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑5g、N-乙烯基吡咯烷酮10g、双(三乙氧基硅基)乙烯5g、偶氮二异庚腈0.35g加入到N-甲基吡咯烷酮130g中，在氦气氛围下65℃下搅拌反应3.5小时，后旋蒸除去溶剂，再加入到质量分数为6％的硅酸钠水溶液220g中，在52℃下搅拌反应4.5小时，后旋蒸除去水，再用N-甲基吡咯烷酮溶解，过滤，旋蒸除去N-甲基吡咯烷酮，得到所述粘合剂。
一种所述泡沫玻璃材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、将各组分按比例混合均匀，然后放入KM快速球磨机中球磨22分钟，球料比为3.2:1，球磨速度为270r/min，得到配合料；
步骤S2、往混合料中加入配合料质量的17％的水，用玻璃棒搅拌4分钟，使得粉状配合料粘结成型；
步骤S3、将经过步骤S2制成的粘结成型后的配合料置于模具中模压成型，后转移到马弗炉中，采用阶梯式的升温方式进行烧结，依次经过预热、升温、发泡、稳泡、退火阶段得到烧结膨化发泡加热物；所述阶梯式的升温方式具体为：第一阶段，以3.5℃/min的升温速率升温至400℃，保温12分钟；第二阶段，以9℃/min的升温速率升温至690℃，保温18分钟；第三阶段，以16℃/min的升温速率升温至810℃，保温22分钟；第三阶段，以20℃/min的升温速率升温至910℃，保温6分钟；第四阶段，以17℃/min的降温速率降温至520℃，保温27分钟；第5阶段，以3.5℃/min的降温速率降温至120℃，保温6.5分钟；
步骤S4、将经过步骤S3制备得到的烧结膨化发泡加热物从马弗炉中取出自然冷却至室温后即得发泡玻璃材料。
实施例3
一种泡沫玻璃材料，其特征在于，由如下重量份的各组分制成：废玻璃基料粉95份、白云石粉2份、石墨烯2份、氧化铪0.4份、氧化铷0.15份、砷酸铝0.35份、氧化铋0.6份、碳酸锌0.7份、氟硅酸钠0.2份、海泡石纤维0.4份、纳米硼纤维0.2份、粘合剂0.5份、卵磷脂0.7份。
所述废玻璃基料粉的制备方法，包括如下步骤：取废显像管玻璃、煤矸石粉、火山灰、天然锰钾矿、硼泥、蛭石、蒙脱石球磨混匀后熔融，再将熔融液倒入去离子水中水淬，取出水淬颗粒并在230℃下干燥，研磨过筛后得废玻璃基料粉；所述废显像管玻璃、煤矸石粉、火山灰、天然锰钾矿、硼泥、蛭石、蒙脱石的质量比为75:25:15:7.5:0.5:7:2；所述熔融温度为1290℃；所述研磨过筛的筛为150目不锈钢筛。
所述粘合剂的制备方法，包括如下步骤：将聚乙二醇单烯丙基醚20g、1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑5g、N-乙烯基吡咯烷酮10g、双(三乙氧基硅基)乙烯5g、偶氮二异丁腈0.4g加入到N,N-二甲基乙酰胺140g中，在氖气氛围下70℃下搅拌反应4小时，后旋蒸除去溶剂，再加入到质量分数为7.5％的硅酸钠水溶液250g中，在55℃下搅拌反应5小时，后旋蒸除去水，再用N-甲基吡咯烷酮溶解，过滤，旋蒸除去N-甲基吡咯烷酮，得到所述粘合剂。
一种所述泡沫玻璃材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、将各组分按比例混合均匀，然后放入KM快速球磨机中球磨25分钟，球料比为3.5:1，球磨速度为300r/min，得到配合料；
步骤S2、往混合料中加入配合料质量的20％的水，用玻璃棒搅拌5分钟，使得粉状配合料粘结成型；
步骤S3、将经过步骤S2制成的粘结成型后的配合料置于模具中模压成型，后转移到马弗炉中，采用阶梯式的升温方式进行烧结，依次经过预热、升温、发泡、稳泡、退火阶段得到烧结膨化发泡加热物；所述阶梯式的升温方式具体为：第一阶段，以4℃/min的升温速率升温至420℃，保温15分钟；第二阶段，以10℃/min的升温速率升温至700℃，保温20分钟；第三阶段，以17℃/min的升温速率升温至830℃，保温25分钟；第三阶段，以20℃/min的升温速率升温至940℃，保温7.5分钟；第四阶段，以17℃/min的降温速率降温至550℃，保温29分钟；第5阶段，以4℃/min的降温速率降温至150℃，保温7分钟；
步骤S4、将经过步骤S3制备得到的烧结膨化发泡加热物从马弗炉中取出自然冷却至室温后即得发泡玻璃材料。
实施例4
一种泡沫玻璃材料，其特征在于，由如下重量份的各组分制成：废玻璃基料粉98份、白云石粉2.5份、石墨烯2.5份、氧化铪0.5份、氧化铷0.18份、砷酸铝0.4份、氧化铋0.7份、碳酸锌0.9份、氟硅酸钠0.25份、海泡石纤维0.5份、纳米硼纤维0.25份、粘合剂0.6份、表面活性剂0.9份；所述表面活性剂为三乙醇胺油酸皂、月桂醇硫酸钠、卵磷脂、吐温80按质量比1:1:3:2混合而成。
所述废玻璃基料粉的制备方法，包括如下步骤：取废玻璃、煤矸石粉、火山灰、天然锰钾矿、硼泥、蛭石、蒙脱石球磨混匀后熔融，再将熔融液倒入去离子水中水淬，取出水淬颗粒并在240℃下干燥，研磨过筛后得废玻璃基料粉；所述废玻璃、煤矸石粉、火山灰、天然锰钾矿、硼泥、蛭石、蒙脱石的质量比为78:28:17:9:0.6:9:2.5；所述熔融温度为1330℃；所述研磨过筛的筛为180目不锈钢筛；所述废玻璃为废平板玻璃、废瓶罐玻璃、废显像管玻璃按质量比1:2:5混合而成。
所述粘合剂的制备方法，包括如下步骤：将聚乙二醇单烯丙基醚20g、1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑5g、N-乙烯基吡咯烷酮10g、双(三乙氧基硅基)乙烯5g、引发剂0.45g加入到高沸点溶剂155g中，在氩气氛围下75℃下搅拌反应4.5小时，后旋蒸除去溶剂，再加入到质量分数为9％的硅酸钠水溶液290g中，在59℃下搅拌反应5.8小时，后旋蒸除去水，再用N-甲基吡咯烷酮溶解，过滤，旋蒸除去N-甲基吡咯烷酮，得到所述粘合剂；所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈按质量比3:5混合而成；所述高沸点溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺按质量比1:2:4混合而成。
一种所述泡沫玻璃材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、将各组分按比例混合均匀，然后放入KM快速球磨机中球磨28分钟，球料比为3.9:1，球磨速度为330r/min，得到配合料；
步骤S2、往混合料中加入配合料质量的23％的水，用玻璃棒搅拌6分钟，使得粉状配合料粘结成型；
步骤S3、将经过步骤S2制成的粘结成型后的配合料置于模具中模压成型，后转移到马弗炉中，采用阶梯式的升温方式进行烧结，依次经过预热、升温、发泡、稳泡、退火阶段得到烧结膨化发泡加热物；所述阶梯式的升温方式具体为：第一阶段，以4.5℃/min的升温速率升温至440℃，保温19分钟；第二阶段，以11℃/min的升温速率升温至710℃，保温24分钟；第三阶段，以19℃/min的升温速率升温至840℃，保温29分钟；第三阶段，以20℃/min的升温速率升温至980℃，保温9分钟；第四阶段，以19℃/min的降温速率降温至590℃，保温34分钟；第5阶段，以4.5℃/min的降温速率降温至190℃，保温9分钟
步骤S4、将经过步骤S3制备得到的烧结膨化发泡加热物从马弗炉中取出自然冷却至室温后即得发泡玻璃材料。
实施例5
一种泡沫玻璃材料，其特征在于，由如下重量份的各组分制成：废玻璃基料粉100份、白云石粉3份、石墨烯3份、氧化铪0.6份、氧化铷0.2份、砷酸铝0.5份、氧化铋0.8份、碳酸锌1份、氟硅酸钠0.3份、海泡石纤维0.6份、纳米硼纤维0.3份、粘合剂0.7份、吐温80 1份。
所述废玻璃基料粉的制备方法，包括如下步骤：取废平板玻璃、煤矸石粉、火山灰、天然锰钾矿、硼泥、蛭石、蒙脱石球磨混匀后熔融，再将熔融液倒入去离子水中水淬，取出水淬颗粒并在250℃下干燥，研磨过筛后得废玻璃基料粉；所述废平板玻璃、煤矸石粉、火山灰、天然锰钾矿、硼泥、蛭石、蒙脱石的质量比为80:30:20:10:0.7:10:3；所述熔融温度为1350℃；所述研磨过筛的筛为200目不锈钢筛。
所述粘合剂的制备方法，包括如下步骤：将聚乙二醇单烯丙基醚20g、1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑5g、N-乙烯基吡咯烷酮10g、双(三乙氧基硅基)乙烯5g、偶氮二异庚腈0.5g加入到N,N-二甲基乙酰胺160g中，在氮气氛围下80℃下搅拌反应5小时，后旋蒸除去溶剂，再加入到质量分数为10％的硅酸钠水溶液300g中，在60℃下搅拌反应6小时，后旋蒸除去水，再用N-甲基吡咯烷酮溶解，过滤，旋蒸除去N-甲基吡咯烷酮，得到所述粘合剂。
一种所述泡沫玻璃材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、将各组分按比例混合均匀，然后放入KM快速球磨机中球磨30分钟，球料比为4:1，球磨速度为350r/min，得到配合料；
步骤S2、往混合料中加入配合料质量的25％的水，用玻璃棒搅拌7分钟，使得粉状配合料粘结成型；
步骤S3、将经过步骤S2制成的粘结成型后的配合料置于模具中模压成型，后转移到马弗炉中，采用阶梯式的升温方式进行烧结，依次经过预热、升温、发泡、稳泡、退火阶段得到烧结膨化发泡加热物；所述阶梯式的升温方式具体为：第一阶段，以5℃/min的升温速率升温至450℃，保温20分钟；第二阶段，以12℃/min的升温速率升温至720℃，保温25分钟；第三阶段，以20℃/min的升温速率升温至850℃，保温30分钟；第三阶段，以20℃/min的升温速率升温至990℃，保温10分钟；第四阶段，以20℃/min的降温速率降温至600℃，保温35分钟；第5阶段，以5℃/min的降温速率降温至200℃，保温10分钟；
步骤S4、将经过步骤S3制备得到的烧结膨化发泡加热物从马弗炉中取出自然冷却至室温后即得发泡玻璃材料。
对比例1
一种泡沫玻璃材料，其制备方法和配方与实施例1基本相同，不同的仅有：所述废玻璃基料粉的制备过程中没有添加煤矸石粉。
对比例2
一种泡沫玻璃材料，其制备方法和配方与实施例1基本相同，不同的仅有：所述废玻璃基料粉的制备过程中没有添加硼泥。
对比例3
一种泡沫玻璃材料，其制备方法和配方与实施例1基本相同，不同的仅有：没有添加石墨烯。
对比例4
一种泡沫玻璃材料，其制备方法和配方与实施例1基本相同，不同的仅有：没有添加氧化铪。
对比例5
一种泡沫玻璃材料，其制备方法和配方与实施例1基本相同，不同的仅有：没有添加砷酸铝。
对比例6
一种泡沫玻璃材料，其制备方法和配方与实施例1基本相同，不同的仅有：没有添加氧化铷。
对比例7
一种泡沫玻璃材料，其制备方法和配方与实施例1基本相同，不同的仅有：没有添加氧化铋。
对比例8
一种泡沫玻璃材料，其制备方法和配方与实施例1基本相同，不同的仅有：没有添加纳米硼纤维。
对比例9
市售泡沫玻璃材料，购于山东某公司。
为了进一步说明本发明实施例所述泡沫玻璃材料的技术效果，对上述实施例1-5以及对比例1-9所得泡沫玻璃材料进行性能测试，测试方法和测试结果见表1。
表1
测试项目 体积密度 气孔率 抗压强度
单位 g/cm<sup>3</sup> ％ MPa
测试方法 QB/T 1642-2012 QB/T1642-2012 JC/f 647-2005
实施例1 0.35 84.1 4.93
实施例2 0.37 83.7 4.96
实施例3 0.40 83.3 5.01
实施例4 0.41 82.9 5.06
实施例5 0.43 82.7 5.10
对比例1 0.45 75.3 4.72
对比例2 0.46 75.0 4.70
对比例3 0.44 76.1 4.67
对比例4 0.43 75.4 4.65
对比例5 0.45 75.6 4.63
对比例6 0.44 74.8 4.62
对比例7 0.46 73.0 4.68
对比例8 0.48 74.3 3.50
对比例9 0.55 72.4 2.82
从表1可以看出，本发明实施例公开的泡沫玻璃材料与市售产品相比，本发明实施例公开的泡沫玻璃气孔率更大，但抗压强度更高，这是各成分协同作用的结果，说明本发明实施例中形成的气孔更加均匀，孔壁更厚，制备材料机械力学性能更好。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种泡沫玻璃材料，其特征在于，由如下重量份的各组分制成：废玻璃基料粉90-100份、白云石粉1-3份、石墨烯1-3份、氧化铪0.2-0.6份、氧化铷0.1-0.2份、砷酸铝0.1-0.5份、氧化铋0.3-0.8份、碳酸锌0.5-1份、氟硅酸钠0.1-0.3份、海泡石纤维0.2-0.6份、纳米硼纤维0.1-0.3份、粘合剂0.3-0.7份、表面活性剂0.5-1份。
2.根据权利要求1所述的一种泡沫玻璃材料，其特征在于，所述表面活性剂为三乙醇胺油酸皂、月桂醇硫酸钠、卵磷脂、吐温80中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种泡沫玻璃材料，其特征在于，所述废玻璃基料粉的制备方法，包括如下步骤：取废玻璃、煤矸石粉、火山灰、天然锰钾矿、硼泥、蛭石、蒙脱石球磨混匀后熔融，再将熔融液倒入去离子水中水淬，取出水淬颗粒并在210-250℃下干燥，研磨过筛后得废玻璃基料粉。
4.根据权利要求3所述的一种泡沫玻璃材料，其特征在于，所述废玻璃、煤矸石粉、火山灰、天然锰钾矿、硼泥、蛭石、蒙脱石的质量比为(70-80):(20-30):(10-20):(5-10):(0.1-0.7):(5-10):(1-3)。
5.根据权利要求3所述的一种泡沫玻璃材料，其特征在于，所述熔融温度为1250-1350℃；所述研磨过筛的筛为100-200目不锈钢筛；所述废玻璃为废平板玻璃、废瓶罐玻璃、废显像管玻璃中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种泡沫玻璃材料，其特征在于，所述粘合剂的制备方法，包括如下步骤：将聚乙二醇单烯丙基醚、1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑、N-乙烯基吡咯烷酮、双(三乙氧基硅基)乙烯、引发剂加入到高沸点溶剂中，在氮气或惰性气体氛围下60-80℃下搅拌反应3-5小时，后旋蒸除去溶剂，再加入到质量分数为5-10％的硅酸钠水溶液中，在50-60℃下搅拌反应4-6小时，后旋蒸除去水，再用N-甲基吡咯烷酮溶解，过滤，旋蒸除去N-甲基吡咯烷酮，得到所述粘合剂。
7.根据权利要求6所述的一种泡沫玻璃材料，其特征在于，所述聚乙二醇单烯丙基醚、1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑、N-乙烯基吡咯烷酮、双(三乙氧基硅基)乙烯、引发剂、高沸点溶剂、硅酸钠水溶液的质量比为2:0.5:1:0.5:(0.03-0.05):(12-16):(20-30):(20-30)。
8.根据权利要求6所述的一种泡沫玻璃材料，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的至少一种；所述高沸点溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺中的至少一种；所述惰性气体为氦气、氖气、氩气中的一种。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种泡沫玻璃材料，其特征在于，所述泡沫玻璃材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、将各组分按比例混合均匀，然后放入KM快速球磨机中球磨20-30分钟，球料比为(3-4):1，球磨速度为250-350r/min，得到配合料；
步骤S2、往混合料中加入配合料质量的15-25％的水，用玻璃棒搅拌3-7分钟，使得粉状配合料粘结成型；
步骤S3、将经过步骤S2制成的粘结成型后的配合料置于模具中模压成型，后转移到马弗炉中，采用阶梯式的升温方式进行烧结，依次经过预热、升温、发泡、稳泡、退火阶段得到烧结膨化发泡加热物；
步骤S4、将经过步骤S3制备得到的烧结膨化发泡加热物从马弗炉中取出自然冷却至室温后即得发泡玻璃材料。
10.根据权利要求9所述的一种泡沫玻璃材料，其特征在于，所述阶梯式的升温方式具体为：第一阶段，以3-5℃/min的升温速率升温至380-450℃，保温10-20分钟；第二阶段，以8-12℃/min的升温速率升温至680-720℃，保温15-25分钟；第三阶段，以15-20℃/min的升温速率升温至800-850℃，保温20-30分钟；第三阶段，以20℃/min的升温速率升温至900-990℃，保温5-10分钟；第四阶段，以15-20℃/min的降温速率降温至500-600℃，保温25-35分钟；第5阶段，以3-5℃/min的降温速率降温至100-200℃，保温5-10分钟。
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