TWI524950B - High permeable and environmentally friendly materials and their production methods - Google Patents

Description

高透水性環保材料及其製作方法 【0001】

本發明係關於一種高透水性環保材料之製作方法，其原料為玻璃，搭配使用咖啡渣以及稻殼屑等一般廢棄物，使玻璃可被回收而作為高透水性環保材料。

【0002】

眾多的包裝材料當中，玻璃瓶或玻璃罐以其透光、折射、可見度高等物理特性，以及具有阻隔、耐熱、耐鹼、耐酸等特質，一直都是許多需要高度安全性的產品，如食物、飲料、藥品等物質在選擇包裝時的第一首選。

【0003】

玻璃的原料是矽砂，其理論上可具有百分之百可回收再生的特性。而以廢玻璃瓶為例，其最佳的回收方式是「原型利用」，像是有菸酒相關公司針對其所生產的米酒、啤酒等產品，透過押瓶費制度及逆向回收系統，將所收回的玻璃酒瓶，在廠房內經過清洗與高溫消毒處理後，可直接作為裝填原產品的容器使用。這種不經破碎再生處理，直接以「原型利用」的方式再使用，具有最高的環保效益的，能最大化節省成本與資源。

【0004】

不過在實務上，並不是所有的廢玻璃都存在方便的回收管道而供原製造公司重新利用，同時也有相當數量之廢棄玻璃本身已破損而沒有原型利用的可能，因此，其他處理廢棄玻璃的方法也逐步被開發並日益成熟，例如利用熔爐將廢棄玻璃重新熔融後再製為新的玻璃瓶罐。然而，由於玻璃所含微量金屬之成分會影響其色澤表現，例如較常見的透明、褐色與綠色三種，因此在重新熔融之前，需要將廢棄玻璃進行顏色分類，但也不是所有顏色之玻璃都有被相關回收業者用於重新熔融再製。

【0005】

有鑑於此，如何開發一種新穎的廢棄玻璃再生方式，使玻璃不論外觀、種類、色澤，都可一體適用此再利用方式而回到人們的生活中，為相關技術領域所要面對的一個問題。

【0006】

本發明之主要目的，係提供一種高透水性環保材料之製作方法，其可將玻璃打碎或是進一步研磨成更小之顆粒後，經與咖啡渣混合後壓成錠體，再經過燒結程序，使玻璃顆粒間因接觸表面軟化接合在空間結構上固定位置，並利用咖啡渣燒結後，碳化後所留下的空間作為孔隙讓液體流通，達到透水的目的。

【0007】

本發明之又一目的，係提供一種高透水性環保材料之製作方法，其也可酌量混合入稻殼屑，利用稻殼屑在燒結過程中會產生氣體之發泡特性，使所得之成品密度較低，甚至可浮於水面之上。

【0008】

本發明之另一目的，係提供一種高透水性環保材料之製作方法，其所得之產品能作為濾材、透水性地磚，或者是牆面吸附材、隔音材料等應用，具有耐磨耗且透氣的特性，更因材料是以玻璃為主體，具有無毒的優點。

【0009】

本發明之再一目的，係提供一種高透水性環保材料，其不需要添加黏結劑就可形成，原料的使用上也相當簡化。

【0010】

本發明之更一目的，係提供一種高透水性環保材料之製作方法，其所使用之玻璃原料可為玻璃廢棄物，經過物理方法將玻璃廢棄物顆粒化後進行再製、再利用，發揮環保的精神。

【0011】

為了達到上述之目的，本發明揭示了一種高透水性環保材料之製作方法，其基本之步驟係包含：顆粒化一玻璃體，形成複數個玻璃顆粒；混合該些玻璃顆粒以及複數個咖啡渣，形成一混合體；壓製該混合體，形成一錠體；燒結該錠體，形成一燒結體，該些玻璃顆粒部分熔融而相互連接為複數個玻璃連結體，該些咖啡渣經燒結而碳化及體積縮小，而位於該些玻璃連結體之間，並使該燒結體具有複數個孔隙空間。而對於成品之結構，則係包含：一玻璃結構，其具有複數個孔隙；以及複數個碳化之咖啡渣，其係散布於該些孔隙之中，並保留該些孔隙具有一孔隙空間供液體流通。

10‧‧‧玻璃體
11‧‧‧玻璃顆粒
110‧‧‧玻璃連結體
20‧‧‧咖啡渣
21‧‧‧咖啡渣
3‧‧‧混合體
4‧‧‧錠體
5‧‧‧玻璃結構
51‧‧‧孔隙
52‧‧‧孔隙空間
6‧‧‧燒結體
S1~S4‧‧‧步驟

【0012】

第1圖：其係本發明一較佳實施例之步驟流程圖；
第2A圖：其係本發明之一較佳實施例將玻璃體顆粒化之示意圖；
第2B圖：其係本發明一較佳實施例之錠體之形成示意圖；
第3A圖：其係本發明一較佳實施例所形成之玻璃連結體之形成示意圖；
第3B圖：其係本發明一較佳實施例中，玻璃結構之示意圖；以及
第4圖：其係本發明一較佳實施例中，燒結體之示意圖。

【0013】

為使本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：

【0014】

首先，請參考第1圖，本發明關於高透水性環保材料之製作方法，其係包含下列步驟：


步驟S1：顆粒化一玻璃體，形成複數個玻璃顆粒；
步驟S2：混合該些玻璃顆粒以及複數個咖啡渣，形成一混合體；
步驟S3：壓製該混合體，形成一錠體；以及
步驟S4：燒結該錠體，形成一燒結體，該些玻璃顆粒表面部分熔融而相互連接為複數個玻璃連結體，該些咖啡渣經燒結而碳化及體積縮小，而位於該些玻璃連結體之間，並使該燒結體具有複數個孔隙空間。

【0015】

請輔以參考第2A圖，於步驟S1，本發明使用的玻璃體10可為各種玻璃原料，而基於環保觀點及成本考量，以回收廢棄之玻璃製品為佳，例如破碎玻璃窗，或者是原用以盛裝食品、飲料、酒類或藥品之空瓶。此步驟可經由碾壓、切割或是敲擊的方式，使體積較大、外觀較完整之玻璃體10碎裂為較小之玻璃顆粒11，其外觀並不限定為圓形體，具有稜角之不規則形體亦可，不需額外加工移除玻璃碎裂時所產生的稜角；不過若相關產品有透水性或過濾能力之需求，則可進一步使用研磨裝置將玻璃顆粒11作微粒化處理，使其以粉末形態進行後續的混合等步驟。

【0016】

在本發明之一較佳實施例中，玻璃顆粒11之直徑以小於1.2mm為佳，而若是進一步使用研磨裝置將玻璃顆粒微粒化，則玻璃顆粒11的直徑可進一步縮減至小於0.08mm。又在另一較佳實施例中，可透過篩分的程序而選用顆粒大小相近之玻璃顆粒11作進一步的處理，以確保相關產品性質能具備較佳的均一性，例如僅選用直徑範圍介於1.2~0.8mm之玻璃顆粒，或者是選用0.08~0.05mm之玻璃顆粒。

【0017】

接著，請輔以參考第2B圖，步驟S2係將咖啡渣20與前述之玻璃顆粒11作均勻混合，兩者之體積比例以1：1為較佳。咖啡渣20係為家庭或飲品廠商將咖啡豆磨碎後，經萃取而剩下的廢棄渣料；本發明於此較佳實施例所使用之咖啡渣20係已先經過乾燥處理而讓水份脫離，呈乾燥粉末之狀態，避免於儲存時有發霉等問題發生，在混合上也可以達到比較均勻的結果。

【0018】

接著，將混合後而包含有玻璃顆粒11以及咖啡渣20之混合體3透過物理的技術手段壓製為錠體4，所使用的設備可為熱包埋機。在此較佳實施例中，係在200~230℃之溫度下擠壓，玻璃顆粒11與咖啡渣20係均勻散布於錠體4之各處。同時，咖啡渣20還會因受熱而有焦油流出，需另行施以簡單的清潔程序將焦油拭去。混合體3在壓製為錠體4之前，可預先以紙片等離型紙為準錠體之上下面之襯墊，避免錠體4的成品與壓製模具設備之間發生沾黏，且此紙片可在後續的燒結過程中一併碳化為微量的碳渣或是氣化消失，並不影響生產的結果。另外，若是咖啡渣20不先作乾燥處理，在此高溫壓製為錠體4的過程中，也是可以讓水氣脫離，但可能需另有讓氣態水洩出之設備輔助，因此前述將咖啡渣20先乾燥後再與玻璃顆粒11混合、壓製是較好的程序。

【0019】

接著，將壓製完成的錠體4送進高溫燒結爐中進行燒結，此目的在於使錠體4的結構得以穩固，並且產生孔隙。本發明之較佳實施例係以700~780℃之燒結溫度進行燒結，燒結時間係維持約4~7小時。本發明於燒結程序所控制的燒結溫度會因不同玻璃種類之T_g點不同而有所變化，原則上需控制於不超過800℃，以避免玻璃顆粒11完全熔融成為一攤流動性的液態物質；請參考第3A、3B圖，本發明於此較佳實施例所使用的燒結溫度可使玻璃顆粒11的表面有些許熔融，而得以與鄰近的玻璃顆粒11連接，因此冷卻後所得的燒結體之內存在多個玻璃連結體110，形成具有大量孔隙51的玻璃結構5，而在各個玻璃連結體110之間則散布著經燒結的咖啡渣21，如第4圖所示。

【0020】

咖啡渣在高溫燒結的過程中，其一部分成份會因受熱而碳化，部分成份則是氣化逸散，因此燒結的結果就是導致咖啡渣的體積縮小，讓原本咖啡渣所占有之空間被空氣所取代，如第4圖所示，燒結體6當中的燒結後咖啡渣21周邊形成氣室或是連通之孔隙空間52。據此，當液體接觸燒結體6時，就可沿著這些孔隙空間52流動而穿過其結構，達到透水的效果。

【0021】

在本發明另一較佳實施例中，可進一步在混合玻璃顆粒以及咖啡渣時，同時混合入複數個稻殼屑，此時玻璃顆粒、咖啡渣以及稻殼屑之較佳體積比例為1：1：0.5。混合有稻殼屑之混合體在前述較佳實施例之條件下壓製成錠體並燒結，稻殼屑會在燒結過程產生較多之氣體，因此燒結體當中會具有大量的氣泡，使燒結體的整體密度更小，更適合用於隔音材料或是濾材。再者，稻殼屑經燒結，其本身會形成具有大量孔洞的氧化矽材，這對於成品的透水性也有顯著的效益提升。

【0022】

在本發明再一較佳實施例中，可進一步在混合玻璃顆粒以及咖啡渣時，同時混合入複數個爐渣，此爐渣為各式熔爐在冶金過程中所產生的廢棄物，通常是以氧化物，例如二氧化矽、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂等成份為主，且多含有硫化物。爐渣通常被認為是工業廢棄物，在處理上相當棘手，是環境汙染的其中一個問題。本發明在此較佳實施例中，容許混合入少量的爐渣作為輔助解決環境問題之手段，此時玻璃顆粒、咖啡渣以及爐渣之較佳體積比例為1：1：0.1。由於爐渣本身透過壓製程序時，僅會暫時性的結塊，稍加施力就會回到粉體狀態，且即便是經過高溫燒結，基本上也不會因此結成塊體或是體積縮小，所以爐渣的比例不能太高，燒結體仍是倚賴玻璃連結體為結構主體，並配合碳化後體積縮小的咖啡渣而達到高透水性的目的。由於本發明的主要應用領域包含了透水性地磚，或者牆面吸附材等，原則上不需要顧慮毒性的問題，因此即便是混入少量的爐渣，也不會影響產品的應用價值（若以健康考量，則在作為濾材時，則可選擇不使用混有爐渣的產品）。

【0023】

綜上所述，本發明詳細揭示了一種高透水性環保材料之製作方法，其成功賦予原本難以處理之回收玻璃再利用之用途；其基於玻璃高熔點的特性，使其在讓玻璃經表面融熔而形成玻璃連結體的同時，讓咖啡渣也得以碳化並縮小體積，因而產生孔隙空間供液體流通；另外，本發明還可進一步混合入稻殼屑，利用其在燒結時產生的氣體形成氣室，讓高透水性環保材料的密度大幅降低，單位體積的重量更輕而有更廣的應用方向，同時又兼具稻殼屑經燒結會形成具有大量孔洞優點，讓成品的透水性有顯著的效益提升。再者，本發明也考量到爐渣回收的問題，而容許在製作時混入少量的爐渣，作為輔助解決爐渣處理問題的技術手段，具有充分的環保概念。基於前述種種關於效能上的優異性以及高度結合環保概念，本發明確實為一種具開發潛力及經濟價值之高透水性環保材料及其製作方法。

【0024】

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

110‧‧‧玻璃連結體

21‧‧‧咖啡渣

52‧‧‧孔隙空間

6‧‧‧燒結體

Claims (10)

1. 【第1項】

   一種高透水性環保材料之製作方法，其係包含步驟：
   顆粒化一玻璃體，形成複數個玻璃顆粒；
   混合該些玻璃顆粒以及複數個咖啡渣，形成一混合體；
   壓製該混合體，形成一錠體；
   燒結該錠體，形成一燒結體，該些玻璃顆粒部分熔融而相互連接為複數個玻璃連結體，該些咖啡渣經燒結而碳化及體積縮小，而位於該些玻璃連結體之間，並使該燒結體具有複數個孔隙空間。
2. 【第2項】

   如申請專利範圍第1項所述之高透水性環保材料之製作方法，其中於混合該些玻璃顆粒以及該些咖啡渣之步驟中，該些玻璃顆粒以及該些咖啡渣之體積比為1：1。
3. 【第3項】

   如申請專利範圍第1項所述之高透水性環保材料之製作方法，其中於壓製該混合體之步驟中，係於200~230℃之溫度下進行壓製。
4. 【第4項】

   如申請專利範圍第1項所述之高透水性環保材料之製作方法，其中於燒結該錠體之步驟中，燒結溫度為700~780℃，燒結時間為4~7小時。
5. 【第5項】

   如申請專利範圍第1項所述之高透水性環保材料之製作方法，其中於混合該些玻璃顆粒以及該些咖啡渣之步驟中，進一步混合入複數個稻殼屑。
6. 【第6項】

   如申請專利範圍第5項所述之高透水性環保材料之製作方法，其中該些玻璃顆粒、該些咖啡渣以及該些稻殼屑之體積比為1：1：0.5。
7. 【第7項】

   如申請專利範圍第1項所述之高透水性環保材料之製作方法，其中於混合該些玻璃顆粒以及該些咖啡渣之步驟中，進一步混合入複數個爐渣。
8. 【第8項】

   如申請專利範圍第7項所述之高透水性環保材料之製作方法，其中該些玻璃顆粒、該些咖啡渣以及該些爐渣之體積比為1：1：0.1。
9. 【第9項】

   如申請專利範圍第1項所述之高透水性環保材料之製作方法，其中於壓製該混合體之步驟中，係以紙片為襯墊而防止所形成之錠體與壓製混合體之一設備產生沾黏。
10. 【第10項】

    一種高透水性環保材料，其係包含：
    一玻璃結構，其具有複數個孔隙；以及
    複數個碳化之咖啡渣，其係散布於該些孔隙之中，並保留該些孔隙具有一孔隙空間供液體流通。