TW201509870A

TW201509870A - 輕質陶瓷板組成及其製作方法

Info

Publication number: TW201509870A
Application number: TW102133147A
Authority: TW
Inventors: jia-yan Song
Original assignee: Hua Mao Nano Tech Co Ltd
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2015-03-16
Also published as: TWI507376B

Abstract

本發明係提供一種輕質陶瓷板組成及其製作方法，其係以陶瓷研磨汙泥作為原料的組成物，又以加熱產生CO2的廢棄物為發泡劑、玻纖集塵灰為助熔劑，並添加重量百分含量為0.5~5wt%的加熱產生CO2的廢棄物與重量百分含量為1~20wt%的玻纖集塵灰，均勻混合後經加工成形成板材，並經過加熱產生發泡效果後製成輕質陶瓷板材；藉由陶瓷原材料的多晶特性，以及該玻纖集塵灰的助熔特性，使得該發泡體呈現提高機械強度的微晶結構，避免降溫過程中因熱脹產生板材破裂問題，進以達到擴大陶瓷研磨汙泥的發泡溫度範圍，提高發泡後比重的一致性，俾以形成低成本、低比重的輕質陶瓷板材。

Description

輕質陶瓷板組成及其製作方法

本發明係有關於輕質陶瓷板組成及其製作方法，尤指一種可提高機械強度的微晶結構，而可避免降溫過程中因熱脹產生破裂問題，進以達到擴大陶瓷研磨汙泥的發泡溫度範圍，又可提高發泡後比重的一致性，俾以形成低成本、低比重的輕質陶瓷板材組成及其製作方法。

按，一般輕質陶瓷板，製作時常使用陶瓷質的廢棄物為原料，並添加可產生玻璃相的材料包括廢玻璃材料，以及加熱產生氣體的發泡劑，作為黏結功能的黏土材料，依循傳統陶瓷磚的製程，製作輕質陶瓷板，而如專利CN102010221、JP2011256523、CN102249694、TW201235533、CN101182232、JP2000063172等，一般雖有使用陶瓷拋光渣作為原料，常需添加各種不同的材料，如廢玻璃、廢陶瓷、飛灰、污泥、陶瓷礦物原料等，以增加混合物中的玻璃相，使其在加熱過程產生發泡的作用，因此陶瓷拋光渣並非主要的成份，且混合多種材料與廢棄物易使得製程複雜，進而導致發泡後的陶瓷板有比重變異比較大之缺失，再者，一般石英磚的拋光研磨後形成為陶瓷研磨汙泥，因含有石英與莫來石的耐火材料，具有低的熱脹係數，而使得該陶瓷研磨汙泥須利用至少1150℃以上的溫度才可以達到發泡效果，因此易造成能源浪費、製成時間增加之缺失；再者，一般玻璃發泡的原理，係使用各種含有玻璃成份的材料，如廢玻璃、底泥與飛灰等，如專利JP2011256523、JP2011148676、CN102010221、JP2000063172等，均是將微細化的粉體，經造粒或加壓成形，再透過高於玻璃軟化溫度進行熱處理，以玻璃相的黏滯性流體包覆氣體，形成膨脹的發泡效果，而製成的發泡材料均具有相對密實與平滑的外貌，具有吸水率低與重量輕的功效，而如專利WO2011048446、WO2011061569、RU2176219等，再者，將廢玻璃粉碎添加發泡劑，經加熱發泡形成多孔性的輕質材料，後加工製作成泡沫玻璃板材，卻由於該玻璃發泡的輕質骨材常具有平滑的表面，隨材料中玻璃相增加，表面平滑程度愈高，密實且平滑的表面並不利於水泥等膠結劑的結合，因此使用這種輕質骨材的混凝土機械強度不佳，並且會有龜裂情形產生之缺失；再者，一般多層複合板材中可在某些層中加入纖維或鋼筋，然，一般提高板材的整體強度之方式，如專利CN201574498、CN201221135、CN101319551、CN2617851等，即使用比重較高的板材或纖維製成，以提高製作後之多層複合板材的比重，又該一般係利用發泡玻璃顆粒，以無機膠結材或釉料黏結劑經養護或加熱已形成泡沫玻璃板，而如專利JP2009280488、CN200961333、CN1958506、JP2004155641等，雖然可得到一定機械強度的泡沫玻璃板，其與添加輕質骨材的混凝土相似，但比重會隨使用的黏結劑而增加，因此，為降低板材的比重，即於多層複合板中使用發泡塑膠板，以獲得一定強度與低比重的板材，如專利RU2211898與 CN2711296，然卻有因材料成本高而導致板材的成本提升之缺失，此外，使用塑膠材質有易使得板材的耐火與耐候性降低之缺失，再者，由於製作過程的發泡現象，導致發泡完成的塊體無法保持特定形狀，尤其塊材中央部份，會因為受限於周圍材料的發泡，使發泡塊體中央部份容易呈現向上凸起的外觀；是故，如何將上述等缺失加以摒除，即為本案發明人所欲解決之技術困難點之所在。

有鑑於現有之輕質陶瓷板，因其有製程複雜、陶瓷板比重變異比較大之缺失，又該陶瓷研磨汙泥須利用較高溫度才可以達到發泡效果，因此易造成能量資源浪費之缺失，本發明之主要目的係提供一種輕質陶瓷板組成及其製作方法，其中以該陶瓷研磨汙泥作為原料的組成物，並添加加熱產生CO₂的廢棄物與玻纖集塵灰，相均勻混合後經加工成形製成板材，再經過加熱發泡後製成輕質陶瓷板材，並藉由陶瓷原材料的多晶特性，以及玻纖集塵灰的助熔特性，使得該發泡體呈現提高機械強度的微晶結構，避免降溫過程中因熱脹產生板材破裂問題，進以達到擴大陶瓷研磨汙泥的發泡溫度範圍，提高發泡後比重的一致性，俾以形成低成本、低比重的輕質陶瓷板材；本發明之主要目的係提供輕質陶瓷板組成，其組成包含：以陶瓷研磨汙泥作為原料的組成物，又以加熱產生CO₂的廢棄物為發泡劑、玻纖集塵灰為助熔劑，並添加重量百分含量為0.5~5wt% 的發泡劑與重量百分含量為1~20wt%的玻纖集塵灰，均勻混合後以模壓或擠壓成形成板材，並經過加熱產生發泡效果後製成輕質陶瓷板材；本發明所提供輕質陶瓷板組成，藉由陶瓷原材料的多晶特性，以及玻纖集塵灰的助熔特性使得該發泡體呈現提高機械強度的微晶結構，而可避免降溫過程中因熱脹產生破裂問題，進以達到擴大陶瓷研磨汙泥的發泡溫度範圍，又可提高發泡後比重的一致性，俾以形成低成本、低比重的輕質陶瓷板材。

〔本發明〕

a1‧‧‧曲線

a2‧‧‧曲線

a3‧‧‧曲線

a4‧‧‧曲線

b1‧‧‧曲線

b2‧‧‧曲線

b3‧‧‧曲線

b4‧‧‧曲線

d1‧‧‧曲線

d2‧‧‧曲線

c1‧‧‧曲線

c2‧‧‧曲線

c3‧‧‧曲線

c4‧‧‧曲線

c5‧‧‧曲線

e1‧‧‧曲線

e2‧‧‧曲線

X₁‧‧‧最低比重發泡溫度範圍

X₂‧‧‧最低比重發泡溫度範圍

第一之A圖係本發明其玻纖集塵灰之電子顯微鏡相片。

第一之B圖係本發明其玻纖集塵灰之另一倍率電子顯微鏡相片。

第二之A圖係本發明加熱10秒之電子顯微鏡相片。

第二之B圖係本發明加熱30秒之電子顯微鏡相片。

第二之C圖係本發明加熱60秒之電子顯微鏡相片。

第二之D圖係本發明加熱180秒之電子顯微鏡相片。

第二之E圖係本發明加熱300秒之電子顯微鏡相片。

第三之A圖係本發明以1000℃加熱30分鐘後之壓力/比重變化示意圖。

第三之B圖係本發明以1050℃加熱30分鐘後之壓力/比重變化示意圖。

第四圖係本發明其不同助熔劑添加量之溫度/比重曲線圖。

第五圖係本發明其不同發泡劑添加量之溫度/比重曲線圖。

本發明之主要目的係提供輕質陶瓷板組成物，其組成包含：以陶瓷研磨汙泥作為原料的組成物，又以加熱產生CO₂的廢棄物為發泡劑、玻纖集塵灰為助熔劑，並添加重量百分含量為0.5~5wt%的發泡劑與重量百分含量為1~20wt%的玻纖集塵灰，並將該陶瓷研磨汙泥、發泡劑、玻纖集塵灰均勻混合後，經加工成形製成板材，並經過加熱產生發泡效果後製成輕質陶瓷板材；其中該陶瓷研磨汙泥可為磁磚拋光研磨製程產生的汙泥；其中該發泡劑可為矽晶圓研磨切割之汙泥、或種菇的木屑廢棄物、或石灰石加工之汙泥；其中該玻纖集塵灰為含有50%以上的氟化鈉，又該玻纖集塵灰粒徑為0.1~3微米，而如第一之A圖、第一之B圖所示；其中該加熱溫度為1000~1150℃，又該加熱時間為至少60秒；其中該加工成形可為噴霧造粒、或模具加壓成形、或擠出成形；請參閱第二之A圖所示，將添加10%玻纖集塵灰與含有2%發泡劑之陶瓷研磨污泥，以加熱溫度條件達1000℃時開始放入進行加熱，經過高溫加熱10秒後，則開始有明顯氣泡的產生，若當持續時間加熱至30秒、60秒後，即可更明顯發現有發泡現象，而如第二之B圖、第二之C圖所示，當持續加熱180秒以上至300秒時，即呈現出高度發泡的現象，而使得該孔洞可為60微米，而如第二之D圖、第二之E圖所示，而可明顯得知該玻纖集塵灰對陶瓷研磨汙泥確實有明顯的快速發泡作用，進而可藉由該玻纖集塵灰作為助熔劑之效果，進而達到發泡製程時間減少與溫度降低之功效；請參閱第二之E圖所示，藉由該玻纖集塵灰可作為陶瓷研磨污泥的助熔劑，使得該陶瓷研磨汙泥可於比較低的溫度即可發泡，其孔洞可達到與玻璃發泡相當大小的效果，因此，即使用玻纖集塵灰與廢棄物為發泡劑作為添加，並與陶瓷研磨污泥混合均勻後，經過噴霧造粒與模具加壓成形，進行發泡試驗，結果請參閱第三之A圖所示，當加熱溫度條件為1000℃加熱30分鐘時，則可明顯得知，該曲線a1其玻纖集塵灰含量為0%者，該比重均超過1.4以上，反之，若該曲線a2、a3、a4玻纖集塵灰含量分別為5%、10%、15%者，該比重均能達到0.4以下，當該曲線a2添加玻纖集塵灰含量5%者的比重即隨成形壓力增加而增加，又當該曲線a3添加玻纖集塵灰含量10%以上者比重則隨成形壓力增加而下降，其主要原因來自於產生液相的液體量，當液相足夠即玻纖集塵灰添加足夠時，該發泡劑產生的氣體在成形壓力大時即更容易受到液相的液體包覆，進而產生膨脹的發泡效果，再者，請參閱第三之B圖所示，當將加熱溫度條件提升達1050℃加熱30分鐘時，該玻纖集塵灰與陶瓷研磨汙泥反應產生的液體流動性隨之增加，而可明顯得知，該曲線b1其玻纖集塵灰含量為0%者，該比重均超過1.6以上，反之，該曲線b2、b3、b4其含量分別為5%、10%、15%的玻纖集塵灰添加之陶瓷研磨汙泥，隨著壓力的增加，其比重也隨著下降，其中又以該曲線b3玻纖集塵灰含量為10%以上者，其比重更可達到0.3以下，因此，即可由第三之A圖、第三之B圖所示結果說明，該玻纖集塵灰可將陶瓷研磨汙泥的發泡溫度降低至1050℃以下之效果，而陶瓷研磨汙泥的發泡體的比重可達到0.3以下之功效，即與玻璃發泡的結果相當，而可解決先前只用陶瓷研磨污泥與發泡劑混合時須以至少1150℃以上高溫加溫所無法達到的效果，藉由第三之A圖、第三之B圖的測試結果可證明該玻纖集塵灰可作為陶瓷研磨汙泥的助熔劑之功效，進而達到能源節省、成本降低之目的；再者，請參閱第四圖所示，當將該加熱產生CO₂的廢棄物為發泡劑的含量固定以2%添加至陶瓷研磨汙泥，並改變玻纖集塵灰的助熔劑添加量，在不同的溫度發泡下的比重即如第四圖所示，當該曲線c1其玻纖集塵灰為0%時，該最低比重的溫度至少需1150℃以上才可達到發泡效果，若，以該曲線c2其玻纖集塵灰含量為5%時，最低比重的發泡溫度可由1150℃降至為1100℃，其比重最低可達0.28，比曲線c1其玻纖集塵灰含量為0%的比重低，若當該曲線c3、c4、c5其玻纖集塵灰含量分別為10%、15%、20%時，該最低比重皆可達到0.3以下，且該溫度可降低至1000℃即可達到發泡效果，其中最佳實施例，當該曲線c3其玻纖集塵灰含量為10%時，該最低比重可達0.28以下，且該發泡溫度可降低至1000℃，因此，若以玻纖集塵灰為助熔劑，不僅可達到降低發泡溫度，也可達到降低比重的發泡效果，進而可達到低比重且發泡溫度範圍擴大之功效，俾以達到該板材的發泡製成的操作溫度範圍變寬，進以達到產品製作時比重一致性較高之效果；再者，請參閱第五圖所示，當將該玻纖集塵灰含量固定以10%添加至陶瓷研磨汙泥作為助熔劑，並改變發泡劑種類與添加量，在不同的溫度發泡下的比重即如第五圖所示，其中該發泡劑分別為含碳化矽(SiC) 與碳粉(C)的廢棄物，其中該碳粉為種菇的木屑廢棄物，又該種菇的木屑廢棄物係經過粉碎並以800℃碳化的粉體，該碳化矽為矽晶圓研磨切割之汙泥，又該矽晶圓研磨切割之汙泥係經過乾燥後並以600℃燒成的粉體，該玻纖集塵灰固定含量以10%添加至陶瓷研磨汙泥作為助熔劑，並改變該發泡劑添加量，該發泡劑分別為碳粉的含量固定以0.3%、0.5%進行測試，又將分別為碳化矽的含量固定以0.5%、2%進行測試，由第五圖所示，當發泡劑種類固定、添加量固定時，其該曲線d1、d2、e1、e2所產生的最低比重發泡溫度範圍X₁較小於第四圖的最低比重發泡溫度範圍X₂，因此可得知，當改變該發泡劑的添加量對發泡溫度範圍的影響不大，進而可證明，當欲改變輕質陶瓷板的發泡溫度範圍，其主要來自於以玻纖集塵灰為助熔劑時所產生的效果，因此，即藉由該助熔劑為玻纖集塵灰可達到對降低發泡溫度、擴大低比重的發泡溫度範圍，以及獲得更低比重的發泡體有更佳之效果。

綜上所述，本發明之主要目的係提供輕質陶瓷板其製作方法，其包含下列步驟：第一步驟：將陶瓷研磨後的陶瓷研磨污泥、發泡劑與玻纖集塵灰均勻混合後，該加熱產生CO₂的廢棄物為發泡劑，又該發泡劑添加量為0.5~5wt%，該玻纖集塵灰為助熔劑，又該玻纖集塵灰可為含有氟化納之粉體，該玻纖集塵灰粒徑為0.1~3微米，又該玻纖集塵灰添加量為1~20wt%，該陶瓷研磨汙泥可為磁磚拋光研磨製程產生的汙泥；第二步驟：將第一步驟其陶瓷研磨汙泥、發泡劑與玻纖集塵灰相混合後，經過噴霧造粒、或模具加壓成形、或擠出成形製作成板材；第三步驟：將第二步驟的板材進行加熱，該加熱溫度為1000~1150℃，又該加熱時間為至少60秒，藉由該陶瓷研磨汙泥與玻纖集塵灰相混合時，因該玻纖集塵灰其主要成分為氟化納，又該氟化納熔點為993℃，而使得該玻纖集塵灰與陶瓷研磨汙泥加熱在發泡過程反應產生液體，進而藉由該液體與發泡劑作用下產生發泡的效果，又可藉由該玻纖集塵灰的達到低熔點之特性，其中該玻纖集塵灰含量為1~20wt%，並藉由該玻纖集塵灰與陶瓷研磨汙泥加熱反應產生的液相可與發泡劑作用產生發泡的效果，進而製成輕質陶瓷板材。

Claims

一種輕質陶瓷板組成，其組成包含：以陶瓷研磨汙泥作為原料的組成物，加熱產生CO₂的廢棄物為發泡劑，玻纖集塵灰為助熔劑，並添加重量百分含量為0.5~5wt%的發泡劑與重量百分含量為1~20wt%的玻纖集塵灰，並將該陶瓷研磨汙泥、發泡劑、玻纖集塵灰，均勻混合後經加工成形製成板材，並經過加熱產生發泡效果後製成輕質陶瓷板材。
如請求項1所述之輕質陶瓷板組成，其中該陶瓷研磨汙泥為磁磚拋光研磨製程產生的汙泥。
如請求項1所述之輕質陶瓷板組成，其中該加熱產生CO₂的廢棄物為矽晶圓研磨切割之汙泥、或種菇的木屑廢棄物、或石灰石加工之汙泥。
如請求項1所述之輕質陶瓷板組成，其中該玻纖集塵灰為含有50%以上的氟化鈉，又該玻纖集塵灰粒徑為0.1~3微米。
如請求項1所述之輕質陶瓷板組成，其中該加熱溫度為1000~1150℃。
如請求項1所述之輕質陶瓷板組成，其中該加工成形為噴霧造粒、或模具加壓成形、或擠出成形。
一種輕質陶瓷板其製作方法，其包含下列步驟：第一步驟：將陶瓷研磨後的陶瓷研磨污泥、加熱產生CO₂的廢棄物與玻纖集塵灰相均勻混合，該加熱產生CO₂的廢棄物為發泡劑，又該發泡劑添加量為0.5~5wt%，該玻纖集塵灰為助熔劑，又該玻纖集塵灰添加量為1~20wt%，該玻纖集塵灰粒徑為0.1~3微米；第二步驟：將第一步驟其陶瓷研磨汙泥、加熱產生CO₂的廢棄物與玻纖集塵灰相混合後，經過噴霧造粒、或模具加壓成形、或擠出成形製作成板材；第三步驟：將第二步驟的板材進行加熱，進而製成輕質陶瓷板材。
如請求項7所述之輕質陶瓷板其製作方法，其中該陶瓷研磨汙泥為磁磚拋光研磨製程產生的汙泥。
如請求項7所述之輕質陶瓷板其製作方法，其中該加熱產生CO₂的廢棄物為矽晶圓研磨切割之汙泥、或種菇的木屑廢棄物、或石灰石加工之汙泥。
如請求項7所述之輕質陶瓷板其製作方法，其中該第三步驟其加熱溫度為1000~1150℃，又該加熱時間為至少60秒。