轻质隔热复合粒料及其制造方法 |
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申请号 | CN200910205877.3 | 申请日 | 2009-10-21 | 公开(公告)号 | CN102040356B | 公开(公告)日 | 2013-01-16 |
申请人 | 财团法人工业技术研究院; | 发明人 | 陈清齐; 赖明柱; 陈镱夫; 周佳静; 白佳鑫; | ||||
摘要 | 本 发明 提供一种轻质 隔热 复合粒料及其制造方法。该轻质隔热复合粒料包括与无机胶结材料均匀混合的纸渣 污泥 ,其中所述纸渣污泥含有多个各自独立地分散于无机胶结材料中的有机木 纤维 。所述制造方法包括提供 碱 性界面剂以与纸渣污泥均匀混合形成第一混合物,接着提供无机胶结材料以与所述第一混合物均匀混合形成第二混合物。将所述第二混合物通过 挤压 造粒 法处理形成多个轻质隔热复合粒料,然后对所述复合粒料进行 固化 处理。 | ||||||
权利要求 | 1.一种轻质隔热复合粒料的制造方法,其包括: |
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说明书全文 | 轻质隔热复合粒料及其制造方法技术领域[0001] 本发明涉及一种粒料,特别涉及一种轻质隔热复合粒料及其制造方法。 背景技术[0002] 一般混凝土建材所使用的骨材以天然砂石为主,另外有关轻质骨材则主要为陶粒。通常陶粒需经过1000至1500℃高温烧结处理制成,经由高温烧结形成密闭式的孔隙,实现轻质与隔热功能。该高温烧结处理需耗费大量能源且排放大量二氧化碳,因此陶粒轻骨材的制造不符合环保的要求。 [0003] 纸渣污泥是造纸厂在制造过程中产生的废水经浓泥槽沉降与带滤机(或压滤机)脱水处理后所产生的污泥,其通常含有机木纤维、黏土质及大量的水分,目前一般的处理方式以掩埋为主,或者待纸渣污泥中的木纤维腐化后应用于复合肥料中。 [0004] 因此,业界亟需一种复合粒料,其可以取代传统使用的陶粒轻骨材,不但具有轻质且隔热的特性,同时还能充分利用纸渣污泥的特性。 发明内容[0005] 本发明的实施例提供一种轻质隔热复合粒料,其包括:纸渣污泥,其具有多个有机木纤维;以及无机胶结材料,其与纸渣污泥均匀混合,其中所述有机木纤维各自独立地分散于无机胶结材料中。 [0006] 此外,本发明的实施例还提供一种轻质隔热复合粒料的制造方法,其包括:提供纸渣污泥,其具有多个纤维团,其中该纤维团是由多个有机木纤维互相缠绕而形成;提供碱性界面剂以与纸渣污泥均匀混合,形成第一混合物;提供无机胶结材料以与第一混合物均匀混合,形成第二混合物;对第二混合物进行挤压造粒处理,形成多个轻质隔热复合粒料,其中所述有机木纤维各自独立地分散于无机胶结材料中;然后对所述轻质隔热复合粒料进行固化处理。 附图说明[0008] 图1为根据本发明实施例的轻质隔热复合粒料的制造方法流程图。 [0009] 主要组件符号说明 [0010] S100-S110 轻质隔热复合粒料的制造方法的各制造流程步骤。 具体实施方式[0011] 本发明利用纸渣污泥与无机胶结材料结合,经由配比混拌、挤压造粒及固化后形成复合粒料,由于纸渣污泥中含有的有机木纤维具有多孔质与有机质特有的轻量性与隔热性,而无机胶结材料则可以提供粒料所需的强度,因此将纸渣污泥与无机胶结材料混合所形成的复合粒料具有轻质及隔热的性能,可以作为建材中使用的轻骨材。 [0012] 请参阅图1,其显示根据本发明的实施例制造轻质隔热复合粒料的方法流程图。首先,在步骤S100中提供纸渣污泥,纸渣污泥中含有有机木纤维、无机黏土及大量水分,其含水率约为30至80重量%,其中有机木纤维以互相缠绕的纤维团形式呈现。 [0013] 接着,为了使纸渣污泥中的有机木纤维与无机胶结材料达到均匀的混掺,在步骤S102中提供碱性界面剂以与纸渣污泥混合,形成第一混合物。碱性界面剂可以渗透入有机木纤维的多孔质内部,促进有机木纤维与无机胶结材料在复合界面上的充分结合。在本发明的实施例中,碱性界面剂可以是苛性碱液、硅酸盐水溶液或前述的组合,其由无机胶结材料的种类决定。 [0014] 在一个实施例中,无机胶结材料可以是硅铝无机聚合物,其由硅酸盐溶液与高温相氧化铝质粉体材料聚合而成。在此实施例中先使用苛性碱液处理纸渣污泥,在混拌机中进行混拌分散处理,使得纸渣污泥中的纤维团迅速浸润,直到交互缠绕的纤维完全单离分散,形成纸渣污泥的纤维单离分散的浆体。上述苛性碱液可以是氢氧化钠或氢氧化钾水溶液,其浓度范围可以为0.1N至10N,优选为1N至5N。苛性碱液与纸渣污泥混合的液/固重量比值可以为1至10,优选为1至3。 [0015] 接着,再添加硅酸盐水溶液至上述纸渣污泥的纤维单离分散的浆体中,经由混拌机混合分散,得到第一混合物。上述纸渣污泥的纤维单离分散的浆体与硅酸盐水溶液的混合重量比值可约为1至10,优选为2至5。硅酸盐水溶液可以促进有机木纤维与无机胶结材料在复合界面上的充分结合,并降低木纤维所含的有机多醣体素对复合材料强度的负面影响。 [0016] 在此实施例中,硅酸盐水溶液可以是硅酸钠或硅酸钾水溶液,硅酸盐溶液的硅氧/碱氧摩尔比值,亦即水玻璃模数范围可约为2.4至3.6,优选为2.5至3.0。硅酸盐水溶液的液/固重量比值可约为1至10,优选为2至5。 [0017] 在另一实施例中,无机胶结材料可以是高温灰渣波索兰胶结剂、水泥胶结剂或前述的组合。在此实施例中,使用硅酸盐水溶液直接与纸渣污泥混拌,形成第一混合物。在此实施例中,纸渣污泥与硅酸盐水溶液的混合重量比值可约为1至10,优选为2至5。 [0018] 在此实施例中,硅酸盐水溶液可以是硅酸钠或硅酸钾水溶液,其硅氧/碱氧摩尔比值,亦即水玻璃模数范围可约为2.4至3.6。硅酸盐水溶液的液/固重量比值可约为10至100,优选为50至70。 [0019] 接着,在步骤104中,提供无机胶结材料以与上述第一混合物混合,并持续经由混拌机进行混合分散,形成第二混合物。在一个实施例中,无机胶结材料为硅铝无机聚合物,因此,在步骤104中添加高温相氧化铝质粉体材料与上述第一混合物浆体混合,在此实施例中,第一混合物浆体与氧化铝质粉体材料的浆/固混合重量比值可约为1至5,优选为2至4。 [0021] 在另一实施例中,无机胶结材料可以是高温灰渣波索兰胶结剂、水泥胶结剂或前述的组合。高温灰渣波索兰胶结剂例如为飞灰、高炉石粉等,高温灰渣波索兰胶结剂与水泥胶结剂的重量混合比值可约为0至10之间。在此实施例中,无机胶结材料与纸渣污泥中的木纤维的重量混合比值可约为5至25之间。 [0022] 接着,在步骤106中,将上述第二混合物直接充填到挤压造粒机的进料容器中,进行挤压造粒处理,形成多个轻质隔热粒料,其粒径范围介于约1mm至50mm之间。 [0023] 然后,在步骤108中,对这些轻质隔热粒料进行常温和/或高温的固化处理。常温固化可以在10至40℃的室温下静置进行,高温固化可以在40至90℃或40至150℃的蒸汽或烘干温度下进行。另外,还可以进行高压蒸汽固化,其为在高压釜中以100至200℃的蒸汽温度进行固化。 [0024] 在本发明的实施例中,由于纸渣污泥是富含水的废弃物质,且随着来源与储放情形其含水率有很大差异,因此,在上述各制造流程步骤中,可根据配比混拌、挤压造粒、固化等操作程序的浆体作业性,适度调整其水添加量。 [0025] 由于有机木纤维属于多孔质有机物,其所形成的轻质隔热粒料会具有开放性孔隙,并使得粒料的吸水率偏高。因此,根据本发明的一个实施例,在步骤S110中,对前述制成的轻质隔热粒料进行树脂浸泡处理,促使有机木纤维的多孔质有效的封闭,以降低粒料的吸水率,并可依需求控制粒料的吸水率在5-50wt%之间。 [0026] 树脂浸泡处理是将前述制成的轻质隔热粒料以树脂浸泡,再经由60至90℃的烘烤,所述浸泡与烘烤处理步骤可以重复数次,以使得粒料表面的孔隙有效封闭。在一个实施例中,所使用的树脂可以是防水树脂漆料,例如醇酸树脂、环氧树脂、氯化橡胶、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、压克力树脂等。由于各种树脂涂料产品的使用特性差异甚大,因此粒料的树脂浸泡处理步骤需依涂料的使用特性调整。 [0027] 经由上述方法所得到的纸渣污泥与无机胶结材料的复合粒料具有轻质性、隔热性及低吸水率等性能,且为符合环保需求的绿色建材产品。 [0028] 以下列举本发明各实施例的粒料的制造方式及其材料特性,并与比较例的传统骨材的材料特性进行比较。 [0029] 实施例1 [0030] 取2公斤纸厂产生的纸渣污泥(含水率约75重量%,干基木纤维占总容积率约76%),加入2公斤1N氢氧化钠溶液,搅拌至纸渣污泥均浸泡在碱液中,经隔夜浸润后,置入锚式高扭力混拌机中,以高扭力混拌分散1小时后,确定纸渣纤维已充分解离,无纸渣颗粒存在。 [0031] 接着,加入1公斤水玻璃溶液,其比重为1.53,再继续以高扭力分散混拌1小时,然后添加3公斤飞灰(燃煤火力电厂产出,比重为0.92),以高扭力分散混拌1小时,形成均匀的浆体后,直接将浆体充填到挤压造粒机中,形成粒径约5-10mm的复合粒料。然后将粒料放入烘箱中进行90℃的隔夜高温固化,得到实施例1的复合粒料。 [0032] 经物性检测结果,实施例1的复合粒料的体密度与吸水率如表1所示。 [0033] 接着,将实施例1的复合粒料与飞灰及水泥搭配,其中复合粒料为70%容积比,飞灰与水泥的重量比例为1∶1,按照CNS13295与CNS7333的方法制成混凝土隔热试样(30*30*3cm)与抗压试样,其物性检测结果如表2所列。 [0034] 实施例2 [0035] 取2公斤纸厂产生的纸渣污泥(含水率约75重量%,干基木纤维占总容积率约76%),加入3公斤浓度为1wt%的水玻璃溶液,先搅拌再进行隔夜浸润,然后以锚式高扭力混拌机分散混拌1小时,确定纸渣纤维已充分解离,无纸渣颗粒存在。 [0036] 接着,添加0.5公斤水泥以及1公斤飞灰(燃煤火力电厂产出,比重为0.92),以高扭力分散混拌1小时,形成均匀的浆体后,直接将浆体充填到挤压造粒机中,形成粒径约5-10mm的复合粒料。然后将粒料常温静置固化1星期,再放入烘箱中进行90℃的隔夜高温固化,得到实施例2的复合粒料。 [0037] 经物性检测结果,实施例2的复合粒料的体密度与吸水率如表1所示。 [0038] 接着,将实施例2的复合粒料以与实施例1相同的方式制成隔热试样与抗压试样,其物性检测结果如表2所列。 [0039] 实施例3 [0040] 取1公斤实施例1的复合粒料,将粒料置入用二甲苯稀释1倍(重量比)的丙烯酸树脂中,浸泡10分钟后,滤干并置入烘箱进行约90℃的烘烤处理1小时。重复前述树脂浸泡与烘烤处理步骤3次,得到实施例3的经过树脂浸泡处理的复合粒料。 [0041] 经物性检测结果,实施例3的复合粒料的体密度与吸水率如表1所示。 [0042] 接着,将实施例3的复合粒料以与实施例1相同的方式制成隔热试样与抗压试样,其物性检测结果如表2所列。 [0043] 实施例4 [0044] 实施例4的复合粒料为实施例2的复合粒料经过树脂浸泡处理后,其树脂浸泡处理方式与实施例3相同。 [0045] 经物性检测结果,实施例4的复合粒料的体密度与吸水率如表1所示。 [0046] 接着,将实施例4的复合粒料以与实施例1相同的方式制成隔热试样与抗压试样,其物性检测结果如表2所列。 [0047] 比较例1及2 [0048] 比较例1为陶粒(来源为国内预铸墙板业现行使用的大陆进口品),经物性检测结果,其体密度与吸水率如表1所示。接着,将比较例1的陶粒以与实施例1相同的方式制成隔热试样与抗压试样,其物性检测结果如表2所列。 [0049] 比较例2为使用硅砂(来源为国内营建业现行使用的河砂)作为骨材,以与实施例1相同的方式制成隔热试样与抗压试样,其物性检测结果如表2所列。 [0050] 表1 各实施例的复合粒料与比较例的粒料的物性比较 [0051]体密度(g/cm3) 吸水率(%) 实施例1 0.71 36.5 实施例2 0.76 37.2 实施例3 0.70 6.3 实施例4 0.72 5.4 比较例1 0.56 7.3 [0052] 表2 各实施例与比较例的混凝土试样的物性比较 [0053]密度 吸水率 热传导率 抗压强度 (g/cm3) (%) (W/M·K) (kgf/cm2) 实施例1 1.57 24.6 0.29 185.2 实施例2 1.45 27.3 0.22 172.5 实施例3 1.51 15.6 0.21 151.3 实施例4 1.43 16.7 0.27 148.2 比较例1 1.14 14.2 0.24 168.5 比较例2 2.21 19.2 2.11 243.2 [0054] 由表1的比较结果可知,经过树脂浸泡处理的实施例3及4的复合粒料可以大幅地降低吸水率,其降低幅度可达到约85%,且其吸水率低于传统陶粒。 [0055] 另外,由表2的比较结果可得知,利用本发明各实施例的复合粒料所制得的混凝土试样的轻质性与隔热性优于传统的硅砂骨材,且其轻质性、隔热性及抗压强度则与使用陶粒的混凝土试样相当,而本发明实施例的经过树脂浸泡处理的复合粒料则可以有效地降低混凝土试样的吸水率。 |