TWI567035B - Environmental protection materials with water permeability and adsorption capacity and methods for making the same - Google Patents

Description

具透水性與吸附能力之環保材料及其製作方法

本發明係關於一種具透水性與吸附能力之環保材料之製作方法，其原料為玻璃，搭配使用植物纖維粉末或進一步加入甲殼顆粒等添加物質，使玻璃可被回收而作為高透水性環保材料。

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，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。

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，係提供一種具透水性與吸附能力之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，經與植物纖維粉末混合後壓成錠體，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，並利用植物纖維粉末燒結後，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；同時，植物纖維粉末在氮氣氛中燒結後形成具有多孔結構，可發揮類似活性碳之過濾與吸附效果。

本發明之又一目的，係提供一種具透水性與吸附能力之環保材料之製作方法，其也可酌量混合甲殼顆粒，利用甲殼顆粒所含之甲殼素，散布於結構中而作為除臭與殺菌之用。

本發明之另一目的，係提供一種具透水性與吸附能力之環保材料，其能作為濾材、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。

本發明之更一目的，係提供一種具透水性與吸附能力之環保材料 ，其所含成分當中的玻璃可來自玻璃廢棄物，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，本發明揭示了一種具透水性與吸附能力之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植物纖維粉末，形成一混合體；壓製該混合體，形成一錠體；以及於氮氣氛燒結該錠體，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，該些植物纖維粉末經燒結而形成具有多孔結構，且該些植物纖維粉末經燒結而體積縮小，而使該些玻璃連結體之間具有至少一流動空間供流體通過。

而對於成品之結構，則係包含：一玻璃結構，其係包含複數個玻璃連結體；以及複數個碳化之植物纖維粉末，其係與該玻璃結構相接觸，並散布於該些玻璃連結體之間，並保留該些玻璃連結體之間具有至少一流動空間供流體通過。

10‧‧‧玻璃體

11‧‧‧玻璃顆粒

110‧‧‧玻璃連結體

2‧‧‧植物體

20‧‧‧植物纖維粉末

21‧‧‧燒結後植物纖維粉末

210‧‧‧多孔結構

3‧‧‧混合體

4‧‧‧錠體

5‧‧‧燒結體

50‧‧‧孔隙

51‧‧‧流動空間

6‧‧‧甲殼顆粒

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：其係本發明一較佳實施例中，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中，將植物體粉末化之示意圖；第2C圖：其係本發明一較佳實施例中，錠體形成之示意圖；第3A圖：其係本發明一較佳實施例中，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，複數個玻璃連結體之間存 在孔隙之示意圖；第3C圖：其係本發明一較佳實施例中，植物纖維粉末燒結後體積縮小且產生多孔結構之示意圖；第4圖：其係本發明一較佳實施例中，燒結體之示意圖；以及第5圖：其係本發明另一較佳實施例中，燒結體之示意圖，用以表示摻有甲殼顆粒之狀態。

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，本發明關於具透水性與吸附能力之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植物纖維粉末，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：於氮氣氛燒結該錠體，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，該些植物纖維粉末經燒結而形成具有多孔結構，且該些植物纖維粉末經燒結而體積縮小，而使該些玻璃連結體之間具有至少一流動空間供流體通過。

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。

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。

接著，請輔以參考第2B以及第2C圖，步驟S2係將植物纖維粉末20與前述之玻璃顆粒11作均勻混合，兩者之體積比例約為1：0.8~1：1.2，其中以1：1為較佳。植物纖維粉末20係為經乾燥過後的蘆葦、甘蔗渣、木屑、稻殼或是棕櫚葉等植物體2經切碎後所形成的粉末體，係因呈乾燥之狀態可避免在備料時有發霉等問題，而在混合上也可以達到比較均勻的結果。

接著，將混合後而包含有玻璃顆粒11以及植物纖維粉末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230~270℃之溫度下擠壓，玻璃顆粒11與植物纖維粉末20係均勻散布於錠體4之各處。同時，植物纖維粉末20可能還會因受熱而有焦油或焦糖流出，需另行施以簡單的清潔程序將其拭去。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，若是植物纖維粉末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，因此前述將植物纖維粉末20先乾燥後再與玻璃顆粒11混合、壓製是較好的程序。

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600~650℃之燒結溫度進行燒結，燒結時間係維持約3小時，避免超過4小時，避免植物纖維粉末完全氣化消失。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，為具有大量孔隙50的燒結體，而在各個玻璃連結體110之間則散布經燒結而碳化的燒結後植物纖維粉末21，如第3C圖所示。

植物纖維粉末20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，因此形貌變化的結果就是燒結後植物纖維粉末21體積縮小，讓原本由植物纖維粉末所占有之空間有部分被空氣所取代，如第4圖所示，燒結體5當中的燒結後植物纖維粉末21周邊形成氣室或是連通之流動空間51。據此，當液體接觸燒結體5時，就可沿著這些流動空間51流動而穿過其結構， 達到透水的效果。

本發明係在氮氣氛中燒結錠體，而在此環境中，植物纖維粉末除了碳化以外，其結構上還會形成具有多孔結構210，可發揮類似活性碳之過濾與吸附效果，因此當液體隨著前述之流動空間51移動的同時，就會與多孔結構210接觸，使其所承載的雜質被吸附。此些多孔結構210之孔徑約為數個奈米，而若要提升其吸附能力，也就是透過增加孔徑數而提升燒結後成品的總表面積，則可在植物纖維粉末當中混入適量的活化劑，以在燒結的過程中提供脫水的能力，因此增加碳的環化反應而促進多孔結構的形成，另外也有抑制焦油產生的效果。在一較佳實施例中，活化劑的選用可為氧化鋅。

植物纖維粉末除了包含碳、氫、氧、氮等構成有機物質之元素以外，其也能含有微量的金屬元素，例如銅、鐵、鈉、鉀、…等，其可能會殘留於燒結後的植物纖維粉末當中而阻塞多孔結構，因此本發明在另一較佳實施例中，可將燒結體5進行酸洗或/以及鹼洗之處理，以移除這些金屬物質。酸洗以及鹼洗係分別使用磷酸、氫氧化鈉等溶液，此酸洗或鹼洗同時也有助於移除殘留的活化劑，惟燒結體5係包含玻璃連結體，因此需避免使用會與玻璃產生反應之液體，例如氫氟酸。

請參考第5圖，在本發明另一較佳實施例中，可在混合玻璃顆粒以及植物纖維粉末時，同時混合入複數個甲殼顆粒，其係選自於經研磨之螃蟹殼或蝦殼。混合有甲殼顆粒之混合體係在前述較佳實施例之條件下，經壓製成錠體並燒結，燒結後的甲殼顆粒6係散布於該些玻璃連結體110之間。添加甲殼顆粒6的目的在於利用 其所含之甲殼素，藉著甲殼顆粒6散布於燒結體5當中，可在液體受燒結後植物纖維粉末21作吸附與過濾的同時，發揮除臭與殺菌的效果。

綜上所述，本發明詳細揭示了一種具透水性與吸附能力之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，讓植物纖維粉末也得以碳化並縮小體積，因而在玻璃連結體之間產生流通空間供液體流通；另外，本發明係在氮氣環境下進行燒結，使燒結後植物纖維粉末具有活性碳的特性而可吸附雜質、過濾液體；且本發明還可進一步摻入甲殼顆粒，利用其所含之甲殼素達到除臭與殺菌的目的。基於前述各種優點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具透水性與吸附能力之環保材料及其製作方法。

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

21‧‧‧燒結後植物纖維粉末

210‧‧‧多孔結構

5‧‧‧燒結體

51‧‧‧流動空間

Claims (8)

1. 一種具透水性與吸附能力之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植物纖維粉末，形成一混合體，其中該複數個植物纖維粉末中混有作為活化劑與焦油抑制劑之氧化鋅；於230-270℃壓製該混合體，形成一錠體；以及於氮氣氛燒結該錠體，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，該些植物纖維粉末經燒結而形成具有多孔結構，且該些植物纖維粉末經燒結而體積縮小，而使該些玻璃連結體之間具有至少一流動空間供流體通過。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具透水性與吸附能力之環保材料之製作方法，其中於混合該些玻璃顆粒以及該些植物纖維粉末之步驟中，該些玻璃顆粒以及該些植物纖維粉末之體積比為1：0.8~1：1.2。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具透水性與吸附能力之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600~650℃，燒結時間不超過4小時。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具透水性與吸附能力之環保材料之製作方法，其中該些植物纖維粉末之類型係選自於蘆葦、甘蔗渣、木屑、稻殼以及棕櫚葉所組成之群組其中至少之一者。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具透水性與吸附能力之環保材料之製作方法，其中於混合該些玻璃顆粒以及該些植物纖維粉末之步驟中，進一步混合入複數個甲殼顆粒。
6. 如申請專利範圍第5項所述之具透水性與吸附能力之環保材料之製作方法，其中該些甲殼顆粒係為經研磨之螃蟹殼或蝦殼。
7. 一種以申請專利範圍第1項所述之方法所製得之具透水性與吸附能力之環保材料，其係包含：一玻璃結構，其係包含複數個玻璃連結體；以及複數個碳化之植物纖維粉末，其係與該玻璃結構相接觸，並散布於該些玻璃連結體之間，並保留該些玻璃連結體之間具有至少一流動空間供流體通過。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具透水性與吸附能力之環保材料，其更包含複數個經燒結之甲殼顆粒，其係散布於該些玻璃連結體之間。