CN112876072B

CN112876072B - 一种微孔发泡玻璃的制备方法

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Publication number: CN112876072B
Application number: CN202110110133.4A
Authority: CN
Inventors: 王冰星; 彭丽芬; 柳雷
Original assignee: Sinosteel Mimr New Material Technology Co ltd; Sinosteel Nanjing Huaxin Technology Co ltd; Sinosteel Maanshan General Institute of Mining Research Co Ltd
Current assignee: Sinosteel Mimr New Material Technology Co ltd; Sinosteel Maanshan General Institute of Mining Research Co Ltd
Priority date: 2021-01-27
Filing date: 2021-01-27
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2041-01-27
Also published as: CN112876072A

Abstract

本发明公开了一种微孔发泡玻璃的制备方法，微孔发泡玻璃的原材料组份质量之和按100％计算时各组分的含量为：废玻璃62.8～76.5％，钠长石7.3～16.8％，发泡剂5.0～12.0％，助溶剂4.4～18.6％，发泡剂为空心玻璃微珠与硝酸钠或空心玻璃微珠与硝酸钠、碳酸钙的混合物，助溶剂为硼砂、硼酸、萤石的混合物。先制备坯料，坯料在高温炉内以5～8℃/min升温至780～860℃，保温30～50min，然后随炉冷却，制得微孔发泡玻璃。本发明采用空心玻璃微珠作为物理发泡剂，有效避免了发泡过程中异常孔洞的产生，制备的微孔发泡玻璃闭气孔率≥90％且孔径<1mm，显著提升了材料的抗压强度和保温隔热性能。

Description

一种微孔发泡玻璃的制备方法

技术领域

本发明属于发泡玻璃制备技术领域，具体涉及一种微孔发泡玻璃制备方法，可广泛应用于化工、环保、建筑、地下工程、国防军工等领域，尤其适用于防火工程、防水工程、建筑保温节能等。

背景技术

发泡玻璃是一种封闭气孔的泡沫玻璃，其具有导热系数小、容重低、抗压强度高、吸水率低、耐腐蚀、化学稳定性好等优良特性，可广泛应用于化工、环保、建筑、地下工程、军工产品等领域，达到防水、隔热、保温、隔音等效果，被称为绿色环保型绝热材料。

目前，制备发泡玻璃所采用的发泡剂根据发泡原理的不同分为两大类：一类是分解型发泡剂，在高温条件下发生分解反应生成气体，如碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、二氧化锰等；一类是氧化型发泡剂，其与含氧组分发生氧化反应产生气体，如炭黑、硝酸钠等。发泡玻璃在高温发泡过程中，由于发泡剂掺量、粒度、分布等，与热工制度、液相粘度和表面张力等匹配性问题，制品常出现连通孔、泡孔结构不均匀、孔径差异大等缺陷，且缺陷无法消除，导致制品吸水率、导热系数升高，影响保温隔热效果，直接导致制品成品率低。因此，发泡玻璃孔径不均匀及异常孔洞的产生是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的发泡玻璃孔径大、不均匀且存在异常孔洞等缺点，导致强度低、吸水率和导热系数高的缺陷，提供一种微孔发泡玻璃的制备方法。

为实现本发明的上述目的，本发明一种微孔发泡玻璃的制备方法，其原材料组份质量之和按100％计算时各组分的含量为：废玻璃62.8～76.5％，钠长石7.3～16.8％，发泡剂5.0～12.0％，助溶剂4.4～18.6％；所述的发泡剂为空心玻璃微珠与硝酸钠或空心玻璃微珠与硝酸钠、碳酸钙的混合物；所述的助溶剂为硼砂、硼酸、萤石的混合物。

本发明一种微孔发泡玻璃的制备方法，优选的各组分的含量为：废玻璃68.5～71.3％，钠长石8.6～15.1％，发泡剂8.0～12.0％，助溶剂7.3～11.2％。

所述的发泡剂包括以下质量含量的材料组分：空心玻璃微珠96.9～98.5％，硝酸钠1.5～2.5％，碳酸钙0～1.6％，以上材料的质量之和为100％；所述的发泡剂以以下质量含量的材料组分为优：空心玻璃微珠96.9～98.2％，硝酸钠1.5～2.4％，碳酸钙0.3～1.6％。

所述助溶剂包括以下质量含量的材料组分：硼砂13.0～23.0％，硼酸70.0～81.5％，萤石5.5～9.0％，以上材料的质量之和为100％。

本发明采用空心玻璃微珠的参数优选为：真密度0.15～0.18g/cm³，粒径为10～85μm。

本发明一种微孔发泡玻璃的制备方法，采用以下工艺：

(1)坯料的制备：将废玻璃、钠长石、助溶剂、硝酸钠、碳酸钙与水放入球磨机中球磨得到混合均匀的料浆，经过脱水、干燥，干燥后的物料经过打散后制得的混合料与空心玻璃微珠，以及占原材料总质量3.5～6.7％的粘结剂放入搅拌罐中混合制得坯料；

(2)高温发泡：将步骤(1)制得的坯料填入铺有陶瓷纤维纸的模具中压制成型，在高温炉内以5～8℃/min升温至780～860℃，保温30～50min，然后随炉冷却，制得微孔发泡玻璃。

为了防止杂质的混入，所述球磨是以氧化锆球作为研磨介质－磨珠；为了提高研磨的效率，磨珠、原材料、水的质量比为(2.3～2.9)：1：(0.35～0.4)。

所述的打散最好采用气流破碎机，打散后制得的混合料的粒径≤100μm为宜。

所述的粘结剂包含以下质量含量的材料组分：β-环糊精1.1～1.5％、甘油3.3～4.1％、聚甲基纤维素钠3.4～4.3％、聚乙二醇1.4～1.8％、水88.3～90.8％，以上材料的质量之和为100％；其最佳的配比为：β-环糊精1.3％、甘油3.7％、聚甲基纤维素钠3.8％、聚乙二醇1.6％、水89.6％。

优化以上技术方案，制得的微孔发泡玻璃容重180～230kg/m³，导热系数0.053～0.062W/(m·k)，体积吸水率≤0.43％，闭气孔率≥90％，孔径<0.9mm，抗压强度0.85～1.25MPa。

与现有技术相比，本发明一种微孔发泡玻璃的制备方法具有如下有益效果：

(1)本发明微孔发泡玻璃以固体废玻璃为基础原料，一方面原料易得，价格低廉，另一方面节约了矿石资源，不仅降低了发泡玻璃的生产成本，而且实现了废玻璃的高附加值利用。

(2)本发明微孔发泡玻璃以空心玻璃微珠作为物理发泡剂，在高温发泡过程中，空心玻璃微珠球壳内气体受热膨胀，但始终包覆在球壳内部，避免了连通孔的产生，泡孔结构规整，不仅提高了闭气孔率，而且有效避免了应力集中，从而微孔发泡玻璃强度得到提升。

(3)本发明采用空心玻璃微珠为球型微米级中空颗粒，阻碍了热对流、延长了热传导的路径、泡孔壁曲面对热辐射的高效反射作用等，显著降低了微孔发泡玻璃的导热系数。

(4)本发明引入微量化学发泡剂，优选硝酸钠和碳酸钙，调节微孔发泡玻璃的容重，最终制备出高闭气孔率、低导热系数、低吸水率、微米级泡孔的高效保温防火发泡玻璃。

具体实施方式

为描述本发明，下面结合实施例对本发明一种微孔发泡玻璃的制备方法做进一步详细说明。但本发明并不局限于实施例。

实施例1

发泡玻璃原材料组成及质量百分含量：废玻璃71.3％，钠长石8.6％，空心玻璃微珠10.29％，硝酸钠0.21％，硼砂1.54％，硼酸7.2％，萤石0.86％。其中空心玻璃微珠真密度为0.15g/cm³。

(1)按照配比称量废玻璃、钠长石、硝酸钠、硼砂、硼酸和萤石，将氧化锆磨珠、原材料、水按质量比2.6:1:0.35投入球磨罐中，研磨60min，制得均匀料浆；将料浆置于鼓风干燥箱中，在110℃条件下干燥100min；将干燥后的物料采用气流破碎机打散，然后与空心玻璃微珠和占原材料总质量5％的粘结剂置于搅拌罐中混合25min，制得坯料。

(2)将制得的坯料装入铺有陶瓷纤维纸的耐火材料磨具中压制成型后置入高温炉内，以5℃/min的升温速率从室温加热至发泡温度800℃，保温40min，随炉冷却，脱模、切割，制得微孔发泡玻璃。

实施例2

发泡玻璃原材料组成及质量比：废玻璃68.5％，钠长石15.1％，空心玻璃微珠11.76％，硝酸钠0.18％，碳酸钙0.06％，硼砂0.66％，硼酸3.45％，萤石0.29％。其中空心玻璃微珠真密度为0.18g/cm³。

(1)按照配比称量废玻璃、钠长石、硝酸钠、碳酸钙、硼砂、硼酸和萤石，将氧化锆磨珠、原材料、水按质量比2.3:1:0.4投入球磨罐中，研磨110min，制得均匀料浆；将料浆置于鼓风干燥箱中，在110℃条件下干燥130min；将干燥后的物料采用气流破碎机打散，然后与空心玻璃微珠和占原材料总质量4.7％的粘结剂置于搅拌罐中混合30min，制得坯料。

(2)将制得的坯料装入铺有陶瓷纤维纸的耐火材料磨具中压制成型后置入高温炉内，以7℃/min的升温速率从室温加热至发泡温度860℃，保温30min，随炉冷却，脱模、切割，制得发泡玻璃。

实施例3

发泡玻璃原材料组成及质量比：废玻璃76.5％，钠长石7.3％，空心玻璃微珠4.86％，硝酸钠0.11％，碳酸钙0.03％，硼砂2.01％，硼酸8.28％，萤石0.91％。其中空心玻璃微珠真密度为0.15g/cm³。

(1)按照配比称量废玻璃、钠长石、硝酸钠、碳酸钙硼砂、硼酸和萤石，将氧化锆磨珠、原材料、水按质量比2.5:1:0.4投入球磨罐中，研磨90min，制得研磨均匀的料浆；将料浆置于鼓风干燥箱中，在110℃条件下干燥100min；将干燥后的物料采用气流破碎机打散，然后与空心玻璃微珠和占原材料总质量6.2％的粘结剂置于搅拌罐中混合30min，制得坯料。

(2)将制得的坯料装入铺有陶瓷纤维纸的耐火材料磨具中压制成型后置入高温炉内，以6℃/min的升温速率从室温加热至发泡温度780℃，保温50min，随炉冷却，脱模、切割，制得发泡玻璃。

上述实施例，采用的粘结剂中各材料组分的质量百分含量为：β-环糊精1.3％、甘油3.7％、聚甲基纤维素钠3.8％、聚乙二醇1.6％、水89.6％。

本发明涉及的各原材料、添加剂、工艺参数的上下限取值、区间值均能实现本发明，在此不一一列举。

实施例中所制备的微孔发泡玻璃性能测试方法如下：抗压强度和体积吸水率的测试方法参照《JC/T647-2014泡沫玻璃绝热制品》；导热系数的测试方法参照《GB/T10294-2008绝热材料稳态热阻及有关特性的测定—防护热板法》；容重和闭气孔率由以下公式计算：

1)容重D_b：

2)显气孔率Pa：

3)真气孔率Pt：

4)闭气孔率Pc：P_c＝P_t-P_a

式中D₁—测试温度下浸夜的密度(g/cm³)；D_t—试样的真密度(g/cm³)；M₁—试样质量(g)，在110℃下烘干至恒重；M₂—饱和试样的表观质量(g)，试样置于烧杯或其他清洁容器内，缓慢注入浸液(蒸馏水)，直至浸没试样，在空气中静置30min，将饱和试样置于天平的吊钩上，称取的质量；M₃—用饱和了浸液的毛巾试去饱和试样表面流挂的液珠，立即称取的试样质量(g)。

表1实施例1～3制备的微孔发泡玻璃性能。

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Claims

1.一种微孔发泡玻璃的制备方法，其特征在于原材料组份质量之和按100％计算时各组分的含量为：废玻璃62.8～76.5％，钠长石7.3～16.8％，发泡剂5.0～12.0％，助熔剂4.4～18.6％；所述的发泡剂为空心玻璃微珠与硝酸钠或空心玻璃微珠与硝酸钠、碳酸钙的混合物；所述的助熔剂为硼砂、硼酸、萤石的混合物；

所述的发泡剂包括以下质量含量的材料组分：空心玻璃微珠96.9～98.5％，硝酸钠1.5～2.5％，碳酸钙0～1.6％，以上材料的质量之和为100％；所述的空心玻璃微珠的真密度为0.15～0.18g/cm³，粒径为10～85μm；

所述助熔剂包括以下质量含量的材料组分：硼砂13.0～23.0％，硼酸70.0～81.5％，萤石5.5～9.0％，以上材料的质量之和为100％；

采用高温发泡工艺，制得的微孔发泡玻璃容重180～230kg/m³，导热系数0.053～0.062W/(m·k)，体积吸水率≤0.43％，闭气孔率≥90％，孔径<0.9mm，抗压强度0.85～1.25MPa。

2.如权利要求1所述的一种微孔发泡玻璃的制备方法，其特征在于各组分的含量为：废玻璃68.5～71.3％，钠长石8.6～15.1％，发泡剂8.0～12.0％，助熔剂7.3～11.2％。

3.如权利要求1或2所述的一种微孔发泡玻璃的制备方法，其特征在于所述的发泡剂包括以下质量含量的材料组分：空心玻璃微珠96.9～98.2％，硝酸钠1.5～2.4％，碳酸钙0.3～1.6％。

4.如权利要求3所述的一种微孔发泡玻璃的制备方法，其特征在于采用以下工艺制备：

(1)坯料的制备：将废玻璃、钠长石、助熔剂、硝酸钠、碳酸钙与水放入球磨机中球磨得到混合均匀的料浆，经过脱水、干燥，干燥后的物料经过打散后制得的混合料与空心玻璃微珠，以及占原材料总质量3.5～6.7％的粘结剂放入搅拌罐中混合制得坯料；

5.如权利要求4所述的一种微孔发泡玻璃的制备方法，其特征在于：所述球磨是以氧化锆球作为研磨介质，其中磨珠、原材料、水的质量比为(2.3～2.9)：1：(0.35～0.4)。

6.如权利要求5所述的一种微孔发泡玻璃的制备方法，其特征在于：所述的打散采用气流破碎机，打散后制得的混合料的粒径≤100μm。

7.如权利要求6所述的一种微孔发泡玻璃的制备方法，其特征在于所述的粘结剂包含以下质量含量的材料组分：β-环糊精1.1～1.5％、甘油3.3～4.1％、聚甲基纤维素钠3.4～4.3％、聚乙二醇1.4～1.8％、水88.3～90.8％，以上材料的质量之和为100％。

8.如权利要求7所述的一种微孔发泡玻璃的制备方法，其特征在于所述的粘结剂包含以下质量含量的材料组分：β-环糊精1.3％、甘油3.7％、聚甲基纤维素钠3.8％、聚乙二醇1.6％、水89.6％。