TWI710539B

TWI710539B - 以無機泥碴類產製隔熱磚

Info

Publication number: TWI710539B
Application number: TW108119574A
Authority: TW
Inventors: 施百鴻; 張益國; 黃智偉; 潘祈臻
Original assignee: 輔英科技大學
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2020-11-21
Also published as: TW202045454A

Abstract

本發明以無機泥碴類產製隔熱磚，其包含有一漿體，以及一與該漿體混合之玻纖樹脂；其中，該漿體包括有鋼鐵爐碴、鹼劑所混合出一漿體，而該漿體中的調配成分範圍為矽元素34%~44%，鈣元素31%~41%，鋁元素11%~14%，鈉元素4%~6%，另，該玻纖樹脂係額外於該漿體內添加有10%~50%重量百分比之玻纖樹脂，是以，藉由該煉鋼爐碴、玻纖樹脂皆為工業副產物，重新組構成具凝結性質之聚合物，不須額外加熱或加壓下，即可凝固成一具有高抗壓、高抗彎、低熱傳導之隔熱磚，使得而有效將該工業副產物轉換成一資源再回收利用外，同時生產過程亦兼具環保且低耗能等功效。

Description

以無機泥碴類產製隔熱磚

本發明係有關於一種隔熱磚，特別是一種以無機泥碴類產製隔熱磚。

由於隨著科技發展，各種電子產品逐漸生活在我們周遭，滲透至各個行業中，帶動人們的生活水準不斷的急升與便捷，讓人們的生活更加舒適與便利，也成為了每個家庭中不可或缺的依賴，其中電腦、手機的汰舊率持續上升中，而且也呈現出低齡化的趨勢。因應著現在生活中的各種需求，電子、資訊、通訊業等發展快速，造就了台灣電子產業中的各種需求，其代表著電路板的產量也越來越高。

隨著經濟的發展，廢棄物的妥善處置更是對環境的一項責任，許多工廠的生產線下的副產物，數量更是龐大，如不善加回收與利用，將可能造成環境浩劫。再加上都市的人口過於集中、水泥建築物高蓄熱性、以及綠地減少等因素，使得都市的氣候濕度調節機能漸漸消失形成熱島效應，氣候可能於短時、局部性的劇烈變化對生活及產業造成巨大影響，故而推行綠建材與建築隔熱材為勢在必行之環保工作。

印刷電路板為一般廢棄物之一，其中金屬部分大約百分之三十，銅含量大約占其中百分之十五；大約百分之七十的非金屬部分為玻璃纖維布、樹脂與聚合物所組成，樹脂與聚合物大約佔其中百分之二十，因此可經一定回收處理成玻纖樹脂進行再利用；另外，鋼鐵爐碴與無機污泥屬無機泥碴類中產量最多者，而國內處理及再利用機構受到委託處理來源非常廣泛，往往因來源性質不穩定而造成處理後產品品質不穩定，或再利用產品品質不佳，缺乏市場價值，使產品銷售通路受阻，產生不當堆置或違法傾倒填埋問題；故擴展無機泥碴類及玻纖樹脂之再利用，使之成為隔熱材料，除可降低環保問題外，同時也對於隔熱材與綠建材之產製與推行達成貢獻。

因此，本發明之目的，是在提供一種以無機泥碴類所產製隔熱磚，主要利用工業副產物做為原料以達到生產過程低耗能及環保功效外，同時其特性也可達到高抗壓、高抗彎、低熱容量之功效。

於是，本發明以無機泥碴類產製隔熱磚，其包含有一漿體，以及一與該漿體混合之玻纖樹脂；其中，該漿體包括有鋼鐵爐碴、無機污泥、鹼劑所混合，而該漿體中的調配成分範圍包括有34%~44%之矽元素，31%~41%之鈣元素，11%~14%之鋁元素及4%~6%之鈉元素，而前述該鋼鐵爐碴係由煉鋼過程所產生之副產物，另該無機污泥為工業製程產出之副產物，該鹼劑為濃度45%重量百分比之氫氧化鈉或相等之可溶性矽酸鹽類與鹼量之溶液，使該漿體提供一鹼性環境；而後，在於額外加入佔該漿體總量之10~50％之玻纖樹脂，使漿體在鹼性環境下而使該鋼鐵爐碴產生膠結性，而該玻纖樹脂提供耐燃纖維質提升抗彎及抗燃能力，不須額外加熱或加壓下，即可凝固成型，更可適時於該漿體內加入混合有一無機泥碴，該無機污泥將可填充該漿體孔隙以提升抗壓強度，使該隔熱磚同時具有高抗壓、高抗彎、低熱傳導之功效，且有效將該工業副產物轉換成一資源再回收利用外，同時生產過程亦兼具環保且低耗能等功效。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地明白。

參閱圖1，本發明以無機泥碴類產製隔熱磚之第一較佳實施例，其包含有一漿體，以及一佔該漿體10%~50%重量百分比之玻纖樹脂；其中，該漿體包含有鋼鐵爐碴、鹼劑混合而成，而該鋼鐵爐碴選用條件為具有一矽含量介於3%~33%、一鈣含量介於15~45％，一鋁含量介於1~15%，以及一鐵含量介於5%以下，而該鋼鐵爐碴係經研磨後，其最佳粒徑為4500~5000cm2/g，而該鋼鐵爐碴於該漿體中可做為一膠結材料，而該膠結材料係指發生卜作嵐反應之材料，在外加鹼質下產生緩慢卜作嵐反應，產生類似水泥水化之膠結性產物，而該鋼鐵爐碴係以40%~70%重量百分比添加於該漿體內。

仍續前述，該漿體更可適時加入有一無機污泥，該無機污泥係為工業製程產出之副產物，經由烘乾處理後破碎後使用，該無機污泥具有一矽含量60~75%，一鈣含量0.3~3%及一鋁含量15~20%成分，並且經烘乾後研磨成粒徑為4500~5000cm2/g為最佳，係為增加填充漿體之孔隙，增加膠結後成品之抗壓強度使用，因此，可調整其添加配比為1~30%重量百分比間為最佳；另，該鹼劑可為矽酸鈉、氫氧化鈉，而當該鹼劑為氫氧化鈉時，可採用重量百分比濃度為45%或者當為矽酸鈉時，則可使用3號水玻璃，或為能提供相等可溶性矽酸鹽類與鹼量之溶液皆可，其主要提供鹼性環境，進而破壞材料中之Si-O-Si以及Al-O-Si間共價鍵使之斷開，重新鍵結以產生膠結與強度，而該鹼劑以4%~15%重量百分比添加於該漿體內。

仍續前述，該玻纖樹脂其係由印刷電路板回收後所得，其粒徑分布範圍約如下表：

粒徑分布 (mm)	平均重量百分比(%)
＞0.84	15.2
0.84~0.42	13.29
0.42~0.178	27.49
0.178~0.149	9.76
0.149~0.074	17.3
＜0.074	16.96

另外，該玻纖樹脂經其係額外加入佔該漿體總量之10%~50%重量百分比，亦即當該漿體為100%時，其額外再加入佔該漿體10％~50%重量百分比，即將漿體與玻纖樹脂相加後則為110~150%，而該玻纖樹脂成分具有一矽含量0.1%~20%，一鈣含量0.02~8%及一鋁含量0.02~6%，總溴含量100~10000mg/kg，同時於本實施例中，其係包含有10%~30%重量百分比之樹脂，一70%~90%重量百分比之玻璃纖維，而該玻纖樹脂用於該隔熱磚中，係為提供耐燃纖維質以提升抗彎與抗熱能力，此外，該溴成分係由原印刷電路板上之溴化阻劑所殘留所得，其亦有助於隔熱、抗燃功效存在，使用印刷電路板作為玻纖樹脂使用，而依據添加入該漿體內之玻纖樹酯量多寡，其會影響成型後該隔熱磚之溴含量，該隔熱磚內溴含量為100~9000mg/kg間。

為證明上述實驗例確實得以實施，其以下將挑選調製後之漿體，以及額外添加10、30、50、70、90%重量百分比之玻纖樹脂，藉以測試其抗壓、抗彎、吸水率、以及熱傳導係數之測試：其中，因本材料主要組成為無機材料，不易因受日曬等自然因素發生脆化現象而造成性能減損，但為評估隔熱材料在一般運用時，抵抗因受外力重壓而可能產生碎裂或彎折損壞程度，進行該抗壓試驗及抗彎試驗；該吸水率則係衡量隔熱材料之在受潮情況下，因內部孔隙開放程度不同而吸水所可能產生的重量變化，以評估使用在屋頂之場合所可能對屋頂部分造成荷重變化是否超出承載能力；最後，材料隔熱性能好壞是由材料的熱傳導係數大小決定，熱傳導係數越低，隔熱的性能也就越好。

本實施以下所採用調配之漿體配方如下，

漿體配比	圖中代號	矽	鈣	鋁	鈉
A		44%	37%	12%	6%
B		43%	38%	13%	5%
C		38%	41%	14%	4%
D		43%	43%	14%	4%
E		45%	45%	13%	4%

如上表所述，其中的矽、鈣、鋁主要來源為鋼鐵爐碴、無機污泥，而鈉的主要來源則為鹼劑，而本實施例採用濃度45%的氫氧化鈉作為鹼劑，而各漿體分別添加有10%、30%、50%、70%及90%之玻纖樹脂進行測試，其結果如下表：

漿體	玻纖樹脂添加率測試內容	10%	30%	50%	70%	90%

A	吸水率(%)	3.6	4.7	5.5	7.9	8.9
抗壓強度(kgf/cm ²)	349	324	286	283	280
抗彎強度(kgf/cm ²)	37.4	40.5	59.3	65.6	74.4
熱傳導係數(W/mK)	0.696	0.609	0.533	0.496	0.459
Ｂ	吸水率(%)	3.3	4.5	5.3	6.6	7.2
抗壓強度(kgf/cm ²)	345	296	280	276	271
抗彎強度(kgf/cm ²)	23.5	27.6	35.2	46.3	59.5
熱傳導係數(W/mK)	0.703	0.614	0.546	0.514	0.483
Ｃ	吸水率(%)	2.5	3.4	4.6	5.4	5.6
抗壓強度(kgf/cm ²)	250	234	228	196	187
抗彎強度(kgf/cm ²)	18.75	25.41	32.719	36.245	44.906
熱傳導係數(W/mK)	0.731	0.635	0.56	0.528	0.508
Ｄ	吸水率(%)	4.3	5.3	6.13	8.16	9.1
抗壓強度(kgf/cm ²)	247	218	200	184	171
抗彎強度(kgf/cm ²)	15.2	22.3	29.3	34.4	41.4
熱傳導係數(W/mK)	0.680	0.592	0.523	0.480	0.445
Ｅ	吸水率(%)	5.4	6.1	7.1	8.6	9.5
抗壓強度(kgf/cm ²)	215	198	176	164	153
抗彎強度(kgf/cm ²)	12.8	19.3	25.9	32.1	38.1
熱傳導係數(W/mK)	0.672	0.580	0.510	0.468	0.435

參閱圖1，其測試吸水率(%)，由圖中可得知，由Ａ至Ｅ吸水率的趨勢都是隨著玻纖樹脂添加率提高而增加，因為玻纖樹脂粒徑分布於0.42~0.178mm(40 mesh~80 mesh)之間，由於粒徑較大分佈於漿體後形成易吸水的開放微小孔隙，故隨該玻纖樹脂添加率增加、開放微孔隙增加、吸水率增加；且吸水後原填充空氣的微孔隙變成水分填充，但因水分熱傳導效果較空氣佳，可能造成材料整體熱傳導率上升、隔熱效果下降。其在該範圍內之漿體，添加入50%以內之玻纖樹脂，皆具有不錯之表現。

參閱圖2，其測試抗壓強度(kgf/cm ²)，其以齡期第7天時進行測試，經實驗例中可得知，當增加玻纖樹脂每增加20%時，其抗壓強度數值大約會減少3~20%不等之減損，而當玻纖樹脂添加50%以內，其皆能符合一般隔熱磚所需之抗壓強度要求。

參閱圖3，其測試抗彎強度(kgf/cm ²)，其由各添加配比中可得知，其當該玻纖樹脂添加率越高之情況下，抗彎強度也隨之越高，但雖然玻纖樹脂添加可以提升抗彎折能力，但因吸水率增加易形成負載增加、隔熱效果減低等問題，故當玻纖樹脂添加30%時，為最適當之狀態。

參閱圖4，其測試熱傳導係數，由實驗數據中可得知，其添加玻纖樹脂減少，其熱傳導係數持續增加，其如實驗例中之各混合配比，其熱傳導係數仍可維持於一定水準。

經前述實驗例後更可證明，本發明隔熱材料主要係以無機成分組成，提供比市售隔熱材料更不容易脆化之性能，同時亦提供比一般市售材料更佳之抗壓與抗彎強度，確保材料不會因為人為或是自然因素而造成破損，同時又可將熱傳導係數維持於一定水準。

歸納前述，本發明以無機泥碴類產製隔熱磚，其包含有一漿體，以及一與該漿體混合之玻纖樹脂；其中，該漿體包括有鋼鐵爐碴、無機污泥、鹼劑所混合出一漿體，而該漿體中的調配成分範圍為矽元素34%~44%，鈣元素31%~41%，鋁元素11%~14%，鈉元素4%~6%，另，額外於該漿體內添加有10%~50%重量百分比之玻纖樹脂，是以，藉由該煉鋼爐碴與無機污泥、玻纖樹脂皆為工業副產物，重新組構成具凝結性質之聚合物，不須額外加熱或加壓下即可凝固成一具有高抗壓、高抗彎、高隔熱之隔熱磚，使得而有效將該工業副產物轉換成一資源再回收利用外，同時生產過程亦兼具環保且低耗能等功效。

惟以上所述者，僅為說明本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

無

圖1為本實施例中添加不同比例玻纖樹脂之吸水率。圖2為本實施例中添加不同比例玻纖樹脂之抗壓強度。圖3為本實施例中添加不同比例玻纖樹脂之抗彎強度。圖4為本實施例中添加不同比例玻纖樹脂之熱傳導係數。

Claims

一種以無機泥碴類產製隔熱磚，其包含有：一漿體，其係包括有鋼鐵爐碴、鹼劑所混合，而該漿體中的調配成分範圍包括有34%~44%之矽元素， 31%~41%之鈣元素，11%~14%之鋁元素及4%~6%之鈉元素，而前述該鋼鐵爐碴係由煉鋼過程所產生之副產物，該濃度45%重量百分比之氫氧化鈉；及一玻纖樹脂，其係額外加入佔該漿體總量之10%~50%重量百分比，該玻纖樹脂具有一矽含量0.1%~20%，一鈣含量0.02~8%及一鋁含量0.02~6%，總溴含量100~10000mg/kg，而前述該玻纖樹脂係由廢棄電路板回收後所得，其具有10%~30%重量百分比之樹脂，70%~90%重量百分比之玻璃纖組成，並且與該漿體混合，待凝固後即可形成一隔熱磚。
根據申請專利範圍第1項所述之以無機泥碴類產製隔熱磚，其中，該鋼鐵爐碴係由煉鋼過程所產生之副產物，其中，該鋼鐵爐碴選用條件為具有一矽含量介於3%~33%、一鈣含量介於15~45％，一鋁含量介於1~15%，以及一鐵含量介於5%以下。
根據申請專利範圍第2項所述之以無機泥碴類產製隔熱磚，其中，該鋼鐵爐碴係以40%~70%重量百分比添加於該漿體內。
根據申請專利範圍第1項所述之以無機泥碴類產製隔熱磚，該鋼鐵爐碴粒徑選用4500~5000cm2/g。
根據申請專利範圍第1項所述之以無機泥碴類產製隔熱磚，其中，該漿體更包含有一該無機污泥，該無機污泥選用具有一矽含量60~75%，一鈣含量0.3~3%及一鋁含量15~20%成分，其以1%~30%重量百分比添加於該漿體內。
根據申請專利範圍第1項或第2項所述之以無機泥碴類產製隔熱磚，該無機污泥粒徑選用4500~5000cm2/g。
根據申請專利範圍第1項所述之以無機泥碴類產製隔熱磚，其中，該鹼劑為矽酸鈉、氫氧化鈉，亦可與該濃度45%重量百分比之氫氧化鈉相等之可溶性矽酸鹽類與鹼量之溶液。
根據申請專利範圍第1項所述之以無機泥碴類產製隔熱磚，其中，該鹼劑以4%~15%重量百分比添加於該漿體內。