TWI551451B - The method of making high permeability materials - Google Patents

Description

高透水性材料之製作方法

本發明係關於一種高透水性材料之製作方法，材料為玻璃，尤指一種使用回收之廢棄玻璃作為原料之高透水性材料之製作方法。

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。

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。

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。

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。

本發明之主要目的，係提供一種高透水性材料之製作方法，其可將玻璃打碎或是進一步研磨成更小之顆粒後，經與金屬片夾擠，再經過燒結程序，使金屬材料與玻璃顆粒混合並在空間結構上固定位置，並利用金屬材料燒結後所具有的孔隙讓液體流通，達到透水的目的，而後更可進一步透過酸蝕將至少部分的金屬材料移除後，移除物質原占有之空間即成為較寬廣的通道，使整體材料成品具有理想的透水性，能作多元之開發應用。

本發明之另一目的，係提供一種高透水性材料之製作方法，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。

本發明之再一目的，係提供一種高透水性材料之製作方法，其不需要添加黏結劑就可形成，材料的使用上也相當簡化。

本發明之更一目的，係提供一種高透水性材料之製作方法，其所使用之玻璃可為玻璃廢棄物，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。

為了達到上述之目的，本發明揭示了一種高透水性材料之製作方法，其係包含步驟：顆粒化一玻璃體，形成複數個玻璃顆粒；鋪設該些玻璃顆粒於一第一金屬片之上；設置一第二金屬片於該些玻璃顆粒之上，使該些玻璃顆粒夾於該第一金屬片以及該第二金屬片之間，經擠壓而形成一夾擠體；以及燒結該夾擠體，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，該第一金屬片以及該第二金屬片經熔融而填充該些玻璃連結體之間，並產生複數個孔隙。

10‧‧‧玻璃體

11‧‧‧玻璃顆粒

110‧‧‧玻璃連結體

21‧‧‧第一金屬片

22‧‧‧第二金屬片

3‧‧‧夾擠體

4‧‧‧燒結體

40‧‧‧間隙

41‧‧‧通道

5‧‧‧燒結金屬

61‧‧‧第一金屬網片

62‧‧‧第二金屬網片

S1~S4‧‧‧步驟

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夾擠體形成示意圖；第3A圖：其係本發明一較佳實施例所形成之燒結體之剖視示意圖；第3B圖：其係本發明另一較佳實施例形成之燒結體之剖視示意圖，用以表示經酸液清洗過；以及第4圖：其係本發明再一較佳實施例之夾擠體形成示意圖，用以表示額外使用金屬網。

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：首先，請參考第1圖，本發明關於高透水性材料之製作方法，其係包含步驟：步驟S1：顆粒化一玻璃體，形成複數個玻璃顆粒； 步驟S2：鋪設該些玻璃顆粒於一第一金屬片之上；以及步驟S3：設置一第二金屬片於該些玻璃顆粒之上，使該些玻璃顆粒夾於該第一金屬片以及該第二金屬片之間，經擠壓而形成一夾擠體；以及步驟S4：燒結該夾擠體，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，該第一金屬片以及該第二金屬片經熔融而填充該些玻璃連結體之間，並產生複數個孔隙。

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。

在本發明之一較佳實施例中，玻璃顆粒之直徑以小於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。

接著，請輔以參考第2B圖，步驟S2以及步驟S3是使用第一金屬片 21以及第二金屬片22將前述之玻璃顆粒11夾擠於金屬片體之間，為三明治的形式。此階段係透過物理的技術手段將金屬以及玻璃顆粒結合為錠材，所使用的設備可為熱包埋機。在一實施例中，其係在320~380℃(較佳為350℃)之溫度下擠壓，使第一金屬片21、玻璃顆粒11以及第二金屬片22成為一夾擠體3，玻璃顆粒係均勻散布，而金屬經熱擠壓在熱形變之下填滿於玻璃顆粒之間，但仍可保留一些孔隙存在。本發明所使用之第一金屬片21以及第二金屬片22的材料為低熔點金屬，較佳為低於300℃，例如鉍或錫。

接著將夾擠體3送進高溫燒結爐中進行燒結，其目的在於使夾擠體3的堆疊結構得以緻密，並且產生氣孔。本發明的燒結處理為二階段式，其在第一燒結程序係先以380~420℃之燒結溫度進行燒結，時間係維持約1小時；接續的第二燒結程序則是以720~780℃的溫度進行燒結，時間維持5~6小時。本發明於燒結程序所控制的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℃，以避免玻璃顆粒完全熔融成為一攤流動性的液態物質；請參考第3A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的表面有些許熔融，而得以與鄰近的玻璃顆粒連接，因此冷卻後所得的燒結體4之內存在多個玻璃連結體110，而在各個玻璃連結體110之間則仍存在複數個間隙40，這些間隙40散布於經燒結的燒結金屬5。

進一步而言，本發明係結合了粉末冶金的概念，其在燒結的過程中，原本存在於玻璃顆粒與擠壓後的金屬片材之間的孔隙會發生收縮，且部分會與外界連通成為開口孔，且孔隙的分布上也逐漸 變得均勻，使在本發明的於前述所揭露的控制條件(燒結溫度與燒結時間)下，燒結後所得的燒結體4本身可具多孔性的結構而提供透水的功能。

請參考第3B圖，在本發明另一較佳實施例中，可進一步於形成燒結體4之步驟後，使用一酸液清洗燒結體4，使至少部分之燒結金屬5自燒結體4移除，形成複數個通道41。此機制係可提升燒結體4的透水性，其原理是在於燒結金屬5相較於玻璃連結體110，較易受到酸液的侵蝕，因此在酸液清洗而移除部分金屬後，原本被燒結金屬5所佔據之部分可連通形成較開闊之通道41，提升透水性。而透水性提升的幅度則可由酸液之濃度以及清洗時間所控制。經酸液清洗而移除的金屬還可再由酸液中回收。而由於本發明所使用的金屬熔點較低，因此也可採用加熱融熔或蒸發的方式，較環保地將金屬回收。

請參考第4圖，在本發明再一較佳實施例中，為了避免第一金屬片21或第二金屬片22在擠壓的過程中滑動，因此可在鋪設玻璃顆粒11於第一金屬片21之上之步驟前，先設置一第一金屬網片61於第一金屬片21之上，或者是於設置第二金屬片22於玻璃顆粒11之上之步驟前，先設置一第二金屬網片62於玻璃顆粒11之上。其中，第一金屬網片61以及第二金屬網片62之材料可為不鏽鋼。

綜上所述，本發明詳細揭示了一種高透水性材料之製作方法，其運用粉末冶金的技術手段，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，使其與低熔點金屬進行壓縮結合以及燒結處理，減少製作具透水性之金屬燒結材料之金屬原料用量，同時也利用金屬以及玻璃對酸的耐受度不同，而用 以讓燒結之成品結構上的緻密孔隙升級為較開闊之通道，顯著地提升材料的透水性，而所得產品的應用範圍相當廣泛，無論是作為地磚、濾材、牆面吸附材料等，都不需顧慮毒性的問題，可為一種綠建材。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材料之製作方法。

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

4‧‧‧燒結體

40‧‧‧間隙

5‧‧‧金屬

Claims (11)

1. 一種高透水性材料之製作方法，其係包含步驟：顆粒化一玻璃體，形成複數個玻璃顆粒；設置一第一金屬網片於一第一金屬片之上，鋪設該些玻璃顆粒於該第一金屬網片之上；設置一第二金屬片於該些玻璃顆粒之上，使該些玻璃顆粒夾於該第一金屬片以及該第二金屬片之間，經擠壓而形成一夾擠體；以及燒結該夾擠體，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，該第一金屬片以及該第二金屬片經熔融而填充該些玻璃連結體之間，並產生複數個孔隙。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高透水性材料之製作方法，其中於擠壓而形成該夾擠體之步驟中，係於320~380℃之溫度下擠壓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之高透水性材料之製作方法，其中於燒結該夾擠體之步驟中，係更依序包含執行一第一燒結程序以及一第二燒結程序，該第二燒結程序之燒結溫度係高於該第一燒結程序。
4. 如申請專利範圍第3項所述之高透水性材料之製作方法，其中該第一燒結程序之燒結溫度為380~420℃，燒結時間為1小時。
5. 如申請專利範圍第3項所述之高透水性材料之製作方法，其中該第二燒結程序之燒結溫度為720~780℃，燒結時間為5~6小時。
6. 如申請專利範圍第1項所述之高透水性材料之製作方法，其中該 第一金屬片以及該第二金屬片之材料為熔點低於300℃之金屬。
7. 如申請專利範圍第1項所述之高透水性材料之製作方法，其中該第一金屬片以及該第二金屬片之材料為鉍或錫。
8. 如申請專利範圍第1項所述之高透水性材料之製作方法，其中該第一金屬網片之材料為不鏽鋼。
9. 如申請專利範圍第1項所述之高透水性材料之製作方法，其中於設置該第二金屬片於該些玻璃顆粒之上之步驟前，先設置一第二金屬網片於該些玻璃顆粒之上，該第二金屬網片之材料為不鏽鋼。
10. 如申請專利範圍第1項所述之高透水性材料之製作方法，其中於形成該燒結體之步驟後，更包含步驟為：使用一酸液清洗該燒結體，使至少部分之金屬自該燒結體移除，形成複數個通道。
11. 如申請專利範圍第1項所述之高透水性材料之製作方法，其中於形成該燒結體之步驟後，更包含步驟為：加熱該燒結體，使至少部分之金屬自該燒結體融熔移除或蒸發移除，形成複數個通道。