TWI718830B - 輕質多孔發泡材的製備方法、輕質多孔發泡材及發泡漿料 - Google Patents

輕質多孔發泡材的製備方法、輕質多孔發泡材及發泡漿料 Download PDF

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Abstract

一種輕質多孔發泡材的製備方法包含：將無機原料組分、水、發泡劑、解膠劑及鹼性活化劑進行攪拌混合處理，形成發泡漿料，其中，該無機原料組分包括石材廢棄物及波索蘭材料；該發泡漿料進行硬化反應，形成硬化物；及，對該硬化物進行養護處理。本發明亦提供一種輕質多孔發泡材及一種發泡漿料。該輕質多孔發泡材是由該發泡漿料所形成，且該發泡漿料包含無機原料組分、水、發泡劑、解膠劑及鹼性活化劑，其中，該無機原料組分包括石材廢棄物及波索蘭材料。

Description

輕質多孔發泡材的製備方法、輕質多孔發泡材及發泡漿料
本發明是有關於一種輕質多孔發泡材及輕質多孔發泡材的製備方法，特別是指一種由包含石材廢棄物的發泡漿料所形成的輕質多孔發泡材及輕質多孔發泡材的製備方法。
一般石材廢棄物，例如拆除建築物後所產生的廢棄石材以及石材經切割、研磨或拋光後所產生的邊角料、下腳料或汙泥等。部分大理石類廢棄物，雖可成為水泥生料，但其他花崗石類廢棄物，則因再利用價值較低，常以掩埋方式處置。然而，該掩埋方式存在有掩埋土地成本高、場址難尋、土地資源浪費，及對環境造成二次污染等問題。因此，如何有效再利用石材廢棄物，使其成為價值較高的循環經濟產品，成為目前廣泛被研究的議題。
因此，本發明的第一目的，即在提供一種輕質多孔發泡材的製備方法。
於是，本發明輕質多孔發泡材的製備方法包含：將無機原料組分、水、發泡劑、解膠劑及鹼性活化劑進行攪拌混合處理，形成發泡漿料，其中，該無機原料組分包括石材廢棄物及波索蘭材料；該發泡漿料進行硬化反應，形成硬化物；及，對該硬化物進行養護處理。
本發明的第二目的，即在提供一種輕質多孔發泡材。
於是，本發明輕質多孔發泡材是由發泡漿料所形成，且該發泡漿料包含無機原料組分、水、發泡劑、解膠劑及鹼性活化劑，其中，該無機原料組分包括石材廢棄物及波索蘭材料。
本發明的第三目的，即在提供一種發泡漿料。
本發明發泡漿料包含：無機原料組分、水、發泡劑、解膠劑及鹼性活化劑，且該無機原料組分包括石材廢棄物及波索蘭材料。
本發明的功效在於：透過將該石材廢棄物作為形成多孔發泡材的原料，能夠減少該石材廢棄物對環境造成二次污染，而具有生態環保的效益，同時，使低利用價值的石材廢棄物重新獲得利用價值，再製成單價較高的機能性建材，以提高石材廢棄物的資源化利用率，並減少石材廢棄物的處理費用。此外，所形成的多孔發泡材具有輕量化、保冷絕熱、隔音及防火的特性，且能夠符合中華民國標準CNS13481的強度規定及中華民國標準CNS13480的烘乾容積比重的規格，再者，該輕質多孔發泡材是使用石材廢棄物來形成，因而能夠用來作為環保型綠色建材。
本發明輕質多孔發泡材是由該發泡漿料所形成，且該發泡漿料包含無機原料組分、水、發泡劑、解膠劑及鹼性活化劑，其中，該無機原料組分包括石材廢棄物及波索蘭材料。
以下將就本發明內容進行詳細說明。
[無機原料組分]
>石材廢棄物>
該石材廢棄物例如但不限於為石質材料經加工處理所產生的餘料或廢料，或，石質材料經使用後被丟棄的廢料。該石材廢棄物例如但不限於石材邊角料、石材下腳料、石材汙泥，或來自拆除建築物後的廢棄石材等。該石質材料可單獨一種使用或混合多種使用，且該石質材料例如但不限於花崗石、大理石、化石，或蛇紋石等。該加工處理並無特別的限制，例如切割程序、研磨程序，或拋光程序等。該石材廢棄物為未經處理的石材廢棄物或經細小化處理的石材廢棄物。為使該石材廢棄物於該發泡漿料中具有較佳的分散性，該石材廢棄物為經細小化處理的石材廢棄物。當使用含有絮凝劑的石材汙泥時，為減少絮凝劑影響石材汙泥在發泡漿料中的分散性，以及減少石材汙泥中被包覆的水分影響在發泡漿料中波索蘭材料與水的比例從而影響輕質多孔發泡材的機械強度，較佳地，該石材廢棄物的用量為該無機原料組分的總量的0.3倍以下。此外，當使用含有絮凝劑的石材汙泥時，因絮凝劑會使石材汙泥中的石材團聚且石材汙泥中被包覆的水分會影響輕質多孔發泡材的機械強度，因此，可透過調整發泡漿料中解膠劑或鹼活性劑的用量或更動添加順序，以及採用分散型葉片，在進行物理機械攪拌過程中，改善上述的問題。
>波索蘭材料(pozzolanic materials)>
該波索蘭材料用來作為膠結劑。該波索蘭材料可單獨一種使用或混合多種使用，且該波索蘭材料例如但不限於水泥、飛灰、爐石或矽灰等。該爐石例如水淬爐石。該水泥並無特別的限制，可採用以往所知的水泥，例如波索蘭I型水泥。在本發明的一些實施態樣中，該水與波索蘭材料的重量比值範圍為0.4至0.5。
[發泡劑]
該發泡劑並無特別的限制，可採用以往應用於發泡混凝土中的發泡劑。在本發明中，利用機械、氣壓或薄膜等方式，將空氣引入，而與發泡劑及水共同形成泡沫，基於此，本發明採用的是物理性發泡的方式。該發泡劑可單獨一種使用或混合多種使用，且該發泡劑例如但不限於表面活性劑型發泡劑、蛋白型發泡劑，或複合型發泡劑。該表面活性劑型發泡劑例如但不限於十二烷基苯磺酸鈉。該十二烷基苯磺酸鈉能夠產生表面張力較大的穩健泡沫，來提高攪拌過程的泡沫存活率。該蛋白型發泡劑例如動物性蛋白發泡劑或植物性蛋白發泡劑。該動物性蛋白發泡劑包含動物性蛋白，且該動物性蛋白例如但不限於由水解動物蹄角所形成的動物性蛋白、由水解毛髮所形成的動物性蛋白，或由水解血膠(blood glue)所形成的動物性蛋白等。該植物性蛋白發泡劑包含植物性蛋白，且該植物性蛋白例如但不限於茶皂素發泡劑或皂角苷發泡劑等。該複合型發泡劑例如但不限於高分子蛋白複合型發泡劑。為能夠形成更穩定的泡沫且泡沫液膜不易破裂而避免形成連通的氣孔致使澆鑄後產生塌陷問題(俗稱塌模)，較佳地，該發泡劑的用量為該無機原料組分的總量的0.002倍至0.015倍。
[解膠劑]
該解膠劑能夠使石材廢棄物均勻地分散水中並增加發泡漿料的流動性。該解膠劑可單獨一種使用或混合多種使用，且該解膠劑例如但不限於矽酸鈉或丙烯酸系材料等。該丙烯酸系材料例如美國仙水。為使該發泡漿料具有適當的分散效果以避免影響發泡漿料的硬化反應的速度，較佳地，該解膠劑的用量為該發泡漿料的總量的0.0034至0.007倍。
[鹼性活化劑]
該鹼性活化劑用來促使該波索蘭材料加速進行波索蘭反應。該鹼性活化劑可單獨一種使用或混合多種使用，且該鹼性活性劑例如但不限於矽酸鈉或氫氧化鈉。
該發泡漿料還包含穩泡劑。
[穩泡劑]
該穩泡劑包含以下至少一種特性：提高泡沫黏度、提高泡沫液膜的機械强度(例如提高泡沫液膜彈性以承受外力時不易破裂)、能延續泡沫液膜排液速度、增加泡沫液膜自我修復能力、使泡沫不溶於水、增加泡沫液膜電層的分子排列密度、增强泡沫分子間相互作用，及使泡沫更加細小均匀。該穩泡劑可單獨一種使用或混合多種使用，且該穩泡劑例如但不限於脂肪酸甲醇醯胺、聚氧乙烯脂肪醯醇胺、乙醯十二胺，或N－醯基縮氨酸鈉等。
本發明輕質多孔發泡材的製備方法包含：將無機原料組分、水、發泡劑、解膠劑及鹼性活化劑進行攪拌混合處理，形成發泡漿料，其中，該無機原料組分包括石材廢棄物及波索蘭材料；該發泡漿料進行硬化反應，形成硬化物；及，對該硬化物進行養護處理。該養護處理的目的在於增加硬化物強度或防止硬化物內或表面的水分快速蒸發而產生乾縮、龜裂或產生析出物等問題。
該石材廢棄物、該波索蘭材料、該發泡劑、該解膠劑及該鹼性活化劑如上所述，故不再贅述。
進一步地，在本發明輕質多孔發泡材的製備方法中，將該發泡劑與該水混合並引入空氣進行發泡處理，形成泡沫，然後，將該泡沫與該無機原料組分、該解膠劑及該鹼性活化劑進行該攪拌混合處理，形成該發泡漿料。在本發明輕質多孔發泡材的製備方法中，該發泡處理是利用機械、氣壓或薄膜等方式進行，以將空氣引入，而與發泡劑及水共同形成該泡沫。
進一步地，在本發明輕質多孔發泡材的製備方法中，還包含將該石材廢棄物進行細小化處理，形成經細小化處理的石材廢棄物，且該石材廢棄物為經細小化處理的石材廢棄物。
該攪拌混合處理、該硬化反應，及該養護處理是在常溫常壓下進行即可，有別於以往是在高溫高壓下進行。該養護處理是在相對濕度為80%以上的環境下進行或將該硬化物置於飽和氫氧化鈣水溶液中來進行。在該攪拌混合處理及硬化反應中，該溫度範圍為24℃至28℃，相對濕度為50%以上，而壓力為常壓。
進一步地，在本發明輕質多孔發泡材的製備方法中，還包含加入穩泡劑進行該攪拌混合處理。該穩泡劑如上所述，故不再贅述。
本發明輕質多孔發泡材含有大量封閉的孔隙，而具有輕質、保冷隔熱及隔音的功效，此外，該輕質多孔發泡材因為無機材料，所以不會燃燒，從而具有良好的防火性。本發明輕質多孔發泡材能夠用於建築物中，並作為例如隔熱材料、隔音材料或防火材料等建築材料。
本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。
實施例1
將該石材廢棄物(取自花蓮區石材資源化處理股份有限公司或直接由石材廠內取得)進行細小化處理，形成經細小化處理的石材廢棄物，且該經細小化處理的石材廢棄物能夠通過網目為60的篩網但未能通過網目為200的篩網。
將600克的經細小化處理的石材廢棄物與15克的美國仙水(作為解膠劑)、100~120克的鹼性溶液(包括40~50克的氫氧化鈉及60~70克的矽酸鈉)以及960~1200克的水均勻攪拌後，加入600克的水淬爐石充分攪拌，再加入1800克的波索蘭I型水泥(購自台灣水泥)進行攪拌混合處理，接著，加入50克的泡沫，即得發泡漿料，其中，該泡沫是由十二烷基苯磺酸鈉(作為發泡劑)與適當的水經由一空氣加壓桶在溫度為24~28℃的條件下進行發泡處理後所形成的。
將該發泡漿料倒入一模具中，在溫度為24~28℃的條件下進行48小時硬化反應，形成硬化物。
將該硬化物從該模具中脫離，並置於一環境中進行168小時以上的養護處理，其中，該養護處理的溫度為21~25℃且壓力設定為常壓。
比較例1至比較例2
該比較例1至比較例2與該實施例1的方法類似，不同在於：參閱表1。
表1
  實施例 比較例
1 1 2
發泡漿料 無機原料組分 經細小化處理的石材廢棄物(克) 600 0 0
波索蘭材料 (克) 水淬爐石 600 0 0
波索蘭I型水泥 1800 3000 3000
鹼性溶液(克) 氫氧化鈉 40~50 0 0
矽酸鈉 60~70 0 0
解膠劑 (克) 美國仙水 15 0 0
泡沫用量(克) 50 50 0
水(克) 960~1200 1200~1500 1200~1500
發泡劑添加比(%) 0.4 0.4 0
總量(克) 4125~4400 4250~4550 4200~4500
硬化反應 溫度(℃) 24~28 24~28 24~28
時間(小時) 48 48 48
養護處理 溫度(℃) 21~23 21~23 21~23
壓力(atm) 1 1 1
多孔發泡材 密度(g/cm 3) 0.9~1.0 0.9~1.0 1.8~2.1
重量(克) 955 985 1794.4
減少重量(克) 839.4 809.4 --
抗壓強度(MPa) 9.6~14.7 4.7~7.0 54~57
發泡劑添加比(%)：(發泡劑用量/無機原料組分總量)×100%； 減少重量：比較例1的多孔發泡材的重量-實施例1的多孔發泡材或比較例2的多孔發泡材的重量。
綜上所述，透過將該石材廢棄物作為形成多孔發泡材的原料，能夠減少該石材廢棄物對環境造成二次污染，而具有生態環保的效益，同時，使低利用價值的石材廢棄物重新獲得利用價值，再製成單價較高的機能性建材，以提高石材廢棄物的資源化利用率，並減少石材廢棄物的處理費用。此外，所形成的多孔發泡材具有輕量化、保冷絕熱、隔音及防火等的特性，且能夠符合中華民國標準CNS13481的強度規定及中華民國標準CNS13480的烘乾容積比重的規格，再者，該輕質多孔發泡材是使用石材廢棄物來形成，因而能夠用來作為環保型綠色建材，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
無。

Claims (10)

  1. 一種輕質多孔發泡材的製備方法，包含：將無機原料組分、水、發泡劑、解膠劑及鹼性活性劑進行攪拌混合處理，形成發泡漿料，其中，該無機原料組分包括石材廢棄物及波索蘭材料；該發泡漿料進行硬化反應，形成硬化物；及對該硬化物進行養護處理。
  2. 如請求項1所述的輕質多孔發泡材的製備方法，還包含將該石材廢棄物進行細小化處理，形成經細小化處理的石材廢棄物，且該石材廢棄物為經細小化處理的石材廢棄物。
  3. 如請求項1所述的輕質多孔發泡材的製備方法，其中，該石材廢棄物的用量為該無機原料組分的總量的0.3倍以下。
  4. 如請求項1所述的輕質多孔發泡材的製備方法，其中，該發泡劑的用量為該無機原料組分的總量的0.002倍至0.015倍。
  5. 如請求項1所述的輕質多孔發泡材的製備方法，其中，該發泡劑為表面活性劑型發泡劑、蛋白型發泡劑，及複合型發泡劑中至少一者。
  6. 如請求項1所述的輕質多孔發泡材的製備方法，還包含加入穩泡劑進行該攪拌混合處理。
  7. 如請求項1所述的輕質多孔發泡材的製備方法，其中，該解膠劑為矽酸鈉及丙烯酸中至少一者，而該鹼性活化劑為氫氧化鈉及矽酸鈉中至少一者。
  8. 如請求項1所述的輕質多孔發泡材的製備方法，其中，該解膠劑的用量為該發泡漿料的總量的0.0034至0.007倍。
  9. 一種輕質多孔發泡材，是由發泡漿料所形成，且該發泡漿料包含無機原料組分、水、發泡劑、解膠劑及鹼性活化劑，其中，該無機原料組分包括石材廢棄物及波索蘭材料。
  10. 一種發泡漿料，包含：無機原料組分、水、發泡劑、解膠劑及鹼性活化劑，且該無機原料組分包括石材廢棄物及波索蘭材料。
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