TWI750019B

TWI750019B - 促使材料驅動鹼活化反應之活化劑製程

Info

Publication number: TWI750019B
Application number: TW110102728A
Authority: TW
Inventors: 謝宜儒
Original assignee: 御宬科技有限公司
Priority date: 2021-01-25
Filing date: 2021-01-25
Publication date: 2021-12-11
Also published as: TW202229199A

Abstract

本發明促使材料驅動鹼活化反應之活化劑製程，其備具有一備料步驟及一拌合步驟；其中，該備料步驟具備有富含矽、鋁元素之矽鋁摻料、鹼劑及水，而前述該矽鋁摻料中之該矽元素與該鋁元素合計含量總和佔整體30~60%重量百分比；另，該拌合步驟係將前述該矽鋁摻料與該水、鹼劑進行攪拌作業以混合成一液態狀，且該鹼劑係依照該矽鋁摻料含量5%~30%重量百分比進行額外添加，其將混拌溫度提升至少40度，即可完成該活化劑之製造，而後續該活化劑運用於無機聚合時，將可於無機聚合材料進行混拌，有效提昇無機聚合後之膠結能力、抗壓強度，並且有效降低整體之使用成本且兼具環保功效。

Description

促使材料驅動鹼活化反應之活化劑製程

本發明係有關於一種活化劑製程，特別是一種促使材料驅動鹼活化反應之活化劑製程。

傳統膠結材料主要皆以水泥為主，但製作水泥所需的原料與製程，除了原料都是採用天然資源開採所得，造成環境破壞及永久性資源消耗外，且製造過程中也會消耗大量的能源，會製造排放大量的二氧化碳，也會導致環境的污染及溫室效應日趨嚴重，因此，開發可以取代傳統水泥漿料，且所使用的原料並非開採天然資源所得，且在生產過程也不會產生二氧化碳的新原料，為後續技術領域者開發之重要依據。

而現行常見的為使用無機聚合物作為新型材料，其主要是使用燃煤飛灰、底灰、焚化底灰、火山灰、黏土、各類爐渣、各類廢土及淤泥等含有矽鋁酸鹽化合物作為粉體，並於高鹼度的環境下反應所形成的膠結材料，而常見的無機聚合材料主要是工業副產物，不需額外開採天然資源所得，又可達到去化工業副產物外，且相對於水泥製品時，無機聚合材料在生產過程中亦不會消耗大量的能源，有效降低二氧化碳之排放量，進而達到環保之功效；然而，無機聚合物於反應過程中需要用到大量之鹼劑，以使該矽鋁酸鹽化合物中的矽、鋁離子溶出外，又需額外再添加鹼活化劑，促使材料產生膠結進而達到安定化及固化效果，但由於鹼劑及鹼活化劑皆屬化學原料，其具有一定之成本，且需大量使用，導致成本一直無法有效降低，實需改善。

因此，本發明之目的，是在提供一種促使材料驅動鹼活化反應之活化劑製程，其應用於無機聚合上，除可降低整體成本外，更能提高無機聚合物與膠結能力，促使後續能提高固化硬度、低成本、兼具環保等功效。

於是，本發明促使材料驅動鹼活化反應之活化劑製程包含有一備料步驟及一拌合步驟；其中，該備料步驟具備有富含矽、鋁元素之矽鋁摻料、鹼劑及水，而該矽鋁摻料中之該矽元素與該鋁元素合計含量總和佔整體30~60%重量百分比；另，該拌合步驟係將前述該矽鋁摻料與該水、鹼劑進行攪拌作業以混合成一液狀，而前述該鹼劑係依照該矽鋁摻料含量5%~30%重量百分比進行額外添加，同時將溫度至少維持40度以上之情況下進行攪拌作業後，即可提升該矽鋁掺料中之矽、鋁活性，而形成該活化劑，故添加應用於無機聚合物中，能有效降低習知無機聚合物須透過大量之鹼劑與鹼活化劑進行活化之缺失，進而降低後續無機聚合物之整體成本，若再適時搭配該矽鋁摻料來源為燃煤飛灰、白煙、陶瓷汙泥等工業副產物，亦能有效能去化該等工業副產物，更兼具環保功效。

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，本發明促使材料驅動鹼活化反應之活化劑製程3之一較佳實施例，該活化劑其係使用於無機聚合材料上，以增進該無機聚合材料活性之使用；而該活化劑製程3包含有一備料步驟31及一拌合步驟32；其中，該備料步驟31具備有富含矽、鋁元素之矽鋁摻料、鹼劑及水，而前述該矽鋁摻料中之該矽元素與該鋁元素合計含量總和佔整體30~60%重量百分比，至於其餘40%~70%重量百分比為非必要元素，而該矽鋁摻料於本實施例中，可使用工業副產物中的燃煤飛灰、白煙、陶瓷汙泥等工業副產物，或者前述彼等之混合物構成群組中所選出之至少一種，同時且矽鋁比(矽含量/鋁含量)為重量比0.5~2.5為最佳。

仍續前述，該鹼劑依照該矽鋁摻料含量5%~30%重量百分比進行添加，即當矽鋁摻料重量100克時，則額外加入有5~30克之鹼劑；其中，該鹼劑為pH>12.5之水溶性物質，該鹼劑可採用Na₂SiO₃、Na₂CO₃、NaOH、KOH、Na₃PO₄其一物質，該鹼劑功效係用來破壞該矽鋁摻料之表面，將Si元素及Al元素解離後重組，以控制後續硬化速度與強度，添加量越低硬化速度越慢，添加量過低則不足以達到鹼活化反應所需之反應條件，則不會產生硬化反應，而本發明中則僅使用少量5~30%重量百分比之鹼劑即可，而該鹼劑最佳使用僅需5~10%；至於，該水的添加含量可依據製成之活化劑所需流動性進行調整，而本實施例中水固比係以0.38為例進行說明。

仍續前述，該拌合步驟32係將該矽鋁摻料、鹼劑及水進行攪拌混合作業，其可先將該水及矽鋁掺料先混合後再加入該鹼劑，或者將該鹼劑與矽鋁掺料混合後，再依據所需攪拌濃稠度加入水皆可，以將該矽鋁摻料、鹼劑及水均勻拌合成一液體狀態，同時將拌合過程至少將溫度提升至40度以上，最佳溫度為60度至90度間，而該溫度需維持時間最佳為5分鐘以上，攪拌均勻即可，最佳之時間為5~15分鐘間，鑒於製作後之活化劑呈現漿體狀態呈現，該活化劑漿體狀態於封裝後，避免直接接觸空氣下可保持一段時間(約略14天)，因此該活性劑實際使用時，可先預先備料，並依據該活化劑預訂使用時間後，再進行該活化劑漿體之製造，以配合實際的使用時程。

仍續前述，本發明該矽鋁摻料，本實施例以下係以燃煤飛灰為例加以說明，而本實施例中所選用的該燃煤飛灰樣品1的矽元素含量分別為25.20 wt%、鋁元素含量14%，其他非重要元素佔60.8%，其矽鋁比為1.8，而樣品2中的矽元素含量分別為27 wt%、鋁元素含量18%，其他非重要元素佔55%，其矽鋁比為1.5為例說明，而依據該矽鋁摻料的總量額外加入有10%的氫氧化鈉及所需濃稠度之水，而使該活化劑形成一液體狀態，並測試不同攪拌溫度及不同矽鋁比製成的活化劑，而本實驗例中確認該活化劑的活性效果，其係將該活化劑與一無機聚合材料(水淬爐石粉)攪拌混合，並在常溫、常壓下進行凝固固化放置7天，測試其抗壓強度發現，當抗壓強度越高時，表示該活化劑的活性將越高，其結果如下表所示：

實驗例	矽鋁摻料	鹼劑	拌合溫度(℃)	抗壓強度(kg/cm ²)
矽	鋁	其他
1	25.20%	14%	60.8%	10%	40	207.09
2	25.20%	14%	60.8%	10%	60	212.47
3	25.20%	14%	60.8%	10%	90	260.37
4	27%	18%	55%	10%	40	176.27
5	27%	18%	55%	10%	60	227.37
6	27%	18%	55%	10%	90	240.54
7	25.20%	14%	60.8%	5%	60	181.41
8	25.20%	14%	60.8%	30%	60	103.88

由前述實驗例1~3中可證明，在相同組合矽、鋁元素成分比例及添加相同之鹼劑，但採取不同之攪拌溫度所製作之活化劑後，將該活化劑加入一無機聚合材料內均勻攪拌後，其在矽鋁比為1.8之情況下，在40度、60度及90度分別測得之抗壓強度為207.09 kg/cm ² ^，、212.47 kg/cm ²、260.37 kg/cm ²，確實透過拌合溫度的變化而有所提升。

另實驗例4~6中可證明，在相同組合矽、鋁元素成分比例及添加相同之鹼劑，但採取不同之攪拌溫度所製作之活化劑後，將該活化劑加入一無機聚合材料內均勻攪拌後，其在矽鋁比為1.5之情況下，在40度、60度及90度分別測得之抗壓強度為176.27 kg/cm ² ^，、227.37 kg/cm ²、240.54 kg/cm ²，確實透過拌合溫度的變化而有所提升。

至於實驗例7-8中，其表示鹼劑之使用情況，其當鹼劑添加量必須在一定範圍內，如果鹼劑添加量較少時，將降低矽鋁材料中矽、鋁溶出，而導致後續與無機聚合材料混合時，造成無機聚合材料中的矽、鋁成分不足，影響抗壓強度，而當該鹼劑佔比較高時，會導致矽鋁摻料的佔比下降，而無足夠的矽、鋁離子與無機聚合材料進行反應，也會將對影響抗壓強度，因此，該鹼劑添加量必須在一定範圍內，方能達到最佳之效果。

由上述實驗例可證實，促使材料驅動鹼活化反應之活化劑製程3所製造出之活化劑，確實能促使無機聚合材料驅動鹼活化反應，僅需將該活化劑係應用於無機聚合物中，使用時將該無機聚合材料直接加入該活化劑內進行攪拌，待凝固後即可形成無機聚合物，故能有效降低習知無機聚合物須透過大量之鹼劑與鹼活化劑進行活化之缺失，進而降低後續無機聚合物之整體成本外，更能達到去化該工業副產物及兼具環保等功效。

歸納前述，本發明促使材料驅動鹼活化反應之活化劑製程3包含有一備料步驟31及一拌合步驟32，其中透過該備料步驟31備具有一定條件之富含矽、鋁元素之矽鋁摻料、鹼劑及水後，再將該鹼劑依照該矽鋁摻料含量外加有5%~30%重量百分比之鹼劑，使得該矽鋁摻料、鹼劑及水混拌(即拌合步驟32)成一液態狀態，且拌合均勻過程中，使得拌合溫度至少維持於40度以上，進而製造出該活化劑，該活化劑可直接與該無機聚合材料進行混拌，以形成一定抗壓強度之無機聚合物，故能有效降低習知無機聚合物須透過大量之鹼劑與鹼活化劑進行活化之缺失，有效降低後續無機聚合物之整體成本外，並且去化大量工業副產物，更兼具有環保等功效。

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。

3:活化劑製程 31:備料步驟 32:拌合步驟

圖1本發明一較佳實施例之流程圖。

3:活化劑製程

31:備料步驟

32:拌合步驟

Claims

一種促使材料驅動鹼活化反應之活化劑製程，其應用拌合於無機聚合物上，該活化劑製程包含有備料步驟及一拌合步驟，其中，該備料步驟具備有富含矽、鋁元素之矽鋁摻料、鹼劑及水，其中，該矽鋁摻料中之該矽元素與該鋁元素合計含量總和佔整體30~60%重量百分比；另，該拌合步驟係將前述該矽鋁摻料與該水、鹼劑進行攪拌作業以混合形成一活化劑，而前述該鹼劑係依照該矽鋁摻料含量5%~30%重量百分比進行額外添加，同時該攪拌作業之攪拌溫度至少40度，且攪拌溫度需維持時間至少5分鐘以上。
根據請求項第1項所述促使材料驅動鹼活化反應之活化劑製程，其中，該鹼劑為pH>12.5之水溶性物質。
根據請求項第2項所述促使材料驅動鹼活化反應之活化劑製程，其中，該鹼劑為Na₂SiO₃、Na₂CO₃、NaOH、KOH、Na₃PO₄之其一。
根據請求項第1項所述促使材料驅動鹼活化反應之活化劑製程，其中，該矽鋁摻料之矽鋁比(矽含量/鋁含量)重量比為0.5~2.5。
根據請求項第1項所述促使材料驅動鹼活化反應之活化劑製程，其中，該矽鋁摻料可為燃煤飛灰、白煙、陶瓷汙泥等工業副產物及彼等之混合物構成群組中所選出之至少一種。
根據請求項第1項所述促使材料驅動鹼活化反應之活化劑製程，其中，該攪拌溫度為40至90度。
根據請求項第1項或第6項所述促使材料驅動鹼活化反應之活化劑製程，其中，該攪拌溫度於攪拌中的維持時間最佳為5~15分。