一種以廢玻璃為原料制備微米級氣孔結構可調控的泡沫玻璃的制備方法與流程

本發明涉及廢玻璃的回收利用領域，具體涉及一種以廢玻璃為原料制備微米級氣孔結構可調控的泡沫玻璃的方法。

背景技術：

泡沫玻璃又稱為多孔玻璃，其內部充滿無數開口或閉口的小氣孔，是一種新型無機材料。泡沫玻璃具有輕質、耐腐蝕、比表面積大、耐火阻燃、保溫新能良好等特點，因此應用廣泛。可以應用于過濾吸附、催化劑載體以及建筑圍護結構的保溫隔熱材料。泡沫玻璃以廢玻璃為原料研磨成粉，有效的提高了廢物回收利用率，成本低廉，因此泡沫玻璃的制備具有顯著的經濟效益和社會效益。目前泡沫玻璃大多采用加入高溫發泡劑在高溫燒結階段發泡法進行制備，其原理是利用發泡劑在高溫燒結階段產生起源進而形成無數細小的氣孔。

隨著現代工業的飛速發展，我們對泡沫玻璃的性能提出了更高的要求，新的泡沫玻璃制備方法以及具有新性能泡沫玻璃有待研究。目前傳統高溫發泡工藝所制備的泡沫玻璃氣孔大多為肉眼可見的毫米級氣孔，孔徑大小一般為0.5～5mm，而具有幾十微米孔徑的泡沫玻璃及其制備方法很少報道。為此，中國專利文獻cn103553343a公開一種利用廢玻璃制備微孔泡沫玻璃的方法，該方法將廢玻璃粉碎、磨細成玻璃散粉，將玻璃微粉與水、分散劑按一定比例混合球磨，球磨后加入一定量室溫發泡劑并攪拌，制備出高固相含量的穩定泡沫漿科；將泡沫漿料加入離心霧化干燥設備，制成空心微珠坯體，收集微珠坯體，放入高溫爐中加熱、保溫，使微珠坯體發泡、燒結，制備出微孔泡沫玻璃。雖然該方法在不充分發泡的情況下可以獲得微米級的孔徑，但是不充分發泡的泡沫玻璃孔壁很厚，從而導致所制備的泡沫玻璃容重高，氣孔低。此外，該方法所用的空心微球需要離心噴霧干燥環節，在一定程度上增加了工藝的復雜性。

技術實現要素：

因此，本發明要解決的技術問題在于克服現有技術中的低容重和小孔徑之間的矛盾，以及目前方法難以實現對泡沫玻璃結構進行多樣化調節的不足，從而提供一種以廢玻璃為原料制備微米級氣孔結構可調控的泡沫玻璃的方法。

為此，本發明的技術方案如下：

一種以廢玻璃為原料制備微米級氣孔結構可調控的泡沫玻璃的方法，通過用機械攪拌機對加入表面活性劑的玻璃粉漿料進行機械剪切發泡的方式引入氣泡。

所述表面活性劑為倍酸丙酯；或倍酸丙酯和十六烷基硫酸鈉。

所述表面活性劑為倍酸丙酯，含量為漿料總質量的0.25～0.65wt％。

所述表面活性劑為倍酸丙酯和十六烷基硫酸鈉，用量為：倍酸丙酯含量為0.25～0.65wt％，十六烷基硫酸鈉含量為0.03～0.07wt％。

所述方法包括如下步驟：

(1)將廢玻璃研磨并過200目篩子，將過篩的廢玻璃粉加水配制成水基漿料并進行濕磨；

(2)在步驟(1)研磨好的漿料中加入所述表面活性劑，然后將ph調節至6.0～8.5；

(3)用機械攪拌機方式對步驟(2)所得漿料進行機械剪切發泡得到穩定泡沫；

(4)將步驟(3)所制備的穩定泡沫注模和脫模，泡待沫干燥后進行燒結。

所述水基漿料的固相含量為5～40wt％。

所述濕磨的程度為：玻璃粉粒徑磨細至0.3～3.5μm。

將液體泡沫在石膏板或者濾紙上注模，5～60min后脫模。

干燥后的泡沫坯體在500～900℃下進行燒結，升溫速率為2～10℃/min，保溫0.5～3h。

優選的，所述濕磨使用行星球磨機進行球磨；所述微米級氣孔泡沫玻璃的孔徑大小為20～200μm，氣孔率為75～95％。

本方法開創性的采用膠態成型工藝，將玻璃粉配制成漿料，通過加入表面活性劑和機械攪拌引入氣泡制備成玻璃粉顆粒穩定泡沫，然后進行干燥燒結。本方發明豐富了泡沫玻璃的制備方法。相比于傳統泡沫玻璃，本工藝制備的泡沫玻璃具有新的性能特點：在保證泡沫玻璃具有較高氣孔率(氣孔率75～95％)的同時，其氣孔孔徑更小(孔徑為20～200μm)。通過調節倍酸丙酯加入量和漿料固相含量可以實現對氣孔結構和孔徑大小的有效調節。降低漿料固相含量可顯著降低孔徑，同時可以實現閉孔結構向開孔結構的轉換。

本發明方法與現有技術相比具有如下優點：

1、本發明提供的以廢玻璃為原料制備微米級氣孔結構可調控的泡沫玻璃的方法可以制備傳統方法無法制備的同時具有低高氣孔率(75～95％)和微米級氣孔的泡沫玻璃。

2、本發明提供的以廢玻璃為原料制備微米級氣孔結構可調控的泡沫玻璃的方法可以制備具有開孔結構泡沫玻璃也可以制備閉孔結構的泡沫玻璃。

3、本發明提供的以廢玻璃為原料制備微米級氣孔結構可調控的泡沫玻璃的方法可以實現對泡沫機構的多樣化調控，通過調節表面活性劑數含量、玻璃粉固相含量燒結溫度等參數可以實現對泡沫玻璃容重和孔徑大小的精確調控。

4、本發明提供的以廢玻璃為原料制備微米級氣孔結構可調控的泡沫玻璃的方法通過調節燒結溫度制備具有篩網狀二級開孔結構的泡沫玻璃。

5、本發明提供的以廢玻璃為原料制備微米級氣孔結構可調控的泡沫玻璃的方法具有普適性，大量試驗表明本方法適用于多種不同成分的玻璃粉體系。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明制備的具有閉孔結構的泡沫玻璃的sem照片；

圖2是本發明制備的具有開孔結構的泡沫玻璃的sem照片；

圖3是本發明制備的具有篩網狀二級開孔結構泡沫玻璃的孔壁的sem照片。

具體實施方式

提供下述實施例是為了更好地進一步理解本發明，并不局限于所述最佳實施方式，不對本發明的內容和保護范圍構成限制，任何人在本發明的啟示下或是將本發明與其他現有技術的特征進行組合而得出的任何與本發明相同或相近似的產品，均落在本發明的保護范圍之內。

實施例中未注明具體實驗步驟或條件者，按照本領域內的文獻所描述的常規實驗步驟的操作或條件即可進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市購獲得的常規試劑產品。

本發明各實施例所用的廢玻璃的主要元素及含量如表1和表2所示：

表1：實施例1～4所用的廢玻璃的主要元素及含量

表2：實施例5～8所用的廢玻璃的主要元素及含量

實施例1.

制備過程如下：

(1)將廢平板玻璃用干式球磨機研磨并過200目篩子。

(2)將過篩的廢玻璃粉加水配成固相含量為20wt％的水基漿料，然后利用行星球磨球磨14h。

(3)行星球磨后的玻璃粉體平均粒徑降低至為0.7μm，在上述球磨后的漿料中加入0.40wt％倍酸丙酯和0.05wt％十六烷基硫酸鈉。

(4)將加入表面活性劑后的漿料攪拌均勻后利用1mol/l鹽酸和氨水調節并ph至7.5。

(5)用實驗室機械攪拌機對所得漿料進行機械剪切發泡，首先以500rmp的轉速攪拌5min，然后在1800rmp轉速下高速攪拌10min。

(6)機械攪拌后獲得的泡沫在石膏板上注模，5min后脫模，然后進行常溫干燥。泡沫干燥1天后以3℃/min的升溫速率加熱到750℃，保溫2h。所制備的泡沫玻璃微觀結構如圖1所示，具有閉孔結構，如圖1所示。孔徑分布在30～100μm，容重為0.44g/cm³。

實施例2.

制備過程如下：

(1)將廢平板玻璃用干式球磨機研磨并過200目篩子。

(2)將過篩的廢玻璃粉加水配成固相含量為5wt％的水基漿料，然后利用

行星球磨球磨16h。

(3)行星球磨后的玻璃粉體平均粒徑降低至為0.5μm，在上述球磨后的漿料中加入0.30wt％倍酸丙酯和0.03wt％十六烷基硫酸鈉。

(4)將加入表面活性劑后的漿料攪拌均勻后利用1mol/l鹽酸和氨水調節并ph至7.5。

(5)用實驗室機械攪拌機對所得漿料進行機械剪切發泡，首先以700rmp的轉速攪拌3min，然后在2000rmp轉速下高速攪拌15min。

(6)機械攪拌后獲得的泡沫在石膏板上注模，30min后脫模，然后進行常溫干燥。泡沫干燥1天后以2℃/min的升溫速率加熱到750℃，保溫3h。

所制備的泡沫玻璃為開孔結構，如圖2所示。孔徑分布在70～200μm，容重為0.15g/cm³。

實施例3.

制備過程如下：

(1)將廢平板玻璃用干式球磨機研磨并過200目篩子。

(2)將過篩的廢玻璃粉加水配成固相含量為20wt％的水基漿料，然后利用行星球磨球磨10h。

(3)行星球磨后的玻璃粉體平均粒徑降低至為0.8μm，在上述球磨后的漿料中加入0.40wt％倍酸丙酯和0.04wt％十六烷基硫酸鈉

(4)將加入表面活性劑后的漿料攪拌均勻后利用1mol/l鹽酸和氨水調節并ph至7.5。

(5)用實驗室機械攪拌機對所得漿料進行機械剪切發泡，首先以300rmp的轉速攪拌10min，然后在1500rmp轉速下高速攪拌8min。

(6)機械攪拌后獲得的泡沫在石膏板上注模，5min后脫模，然后進行常溫干燥。泡沫干燥1天后以10℃/min的升溫速率加熱到700℃，保溫1h。

所制備的泡沫玻璃孔壁為曬網狀的具有二級開孔結構，如圖3所示。一級孔徑分布在30～100μm，孔壁上的二級開孔的孔徑分布在0.4～2.1μm，容重為0.38g/cm³。

實施例4.

制備過程如下：

(1)將廢平板玻璃用干式球磨機研磨并過200目篩子。

(2)將過篩的廢玻璃粉加水配成固相含量為40wt％的水基漿料，然后利用行星球磨球磨9h。

(3)行星球磨后的玻璃粉體平均粒徑降低至為2.1μm，在上述球磨后的漿料中加入0.50wt％倍酸丙酯。

(4)將加入表面活性劑后的漿料攪拌均勻后利用1mol/l鹽酸和氨水調節并ph至8.5。

(5)用實驗室機械攪拌機對所得漿料進行機械剪切發泡，首先以600rmp的轉速攪拌7min，然后在1600rmp轉速下高速攪拌20min。

(6)機械攪拌后獲得的泡沫在石膏板上注模，7min后脫模，然后進行常溫干燥。泡沫干燥1天后以7℃/min的升溫速率加熱到750℃，保溫2h。

所制備的泡沫玻璃具有閉孔結構，孔徑分布在20～70μm，容重為0.59g/cm³。

實施例5.

制備過程如下：

(1)將廢平板玻璃用干式球磨機研磨并過200目篩子。

(2)將過篩的廢玻璃粉加水配成固相含量為40wt％的水基漿料，然后利用行星球磨球磨10h。

(3)行星球磨后的玻璃粉體平均粒徑降低至為1.6μm，在上述球磨后的漿料中加入0.65wt％倍酸丙酯0.07wt％十六烷基硫酸鈉。

(4)將加入表面活性劑后的漿料攪拌均勻后利用1mol/l鹽酸和氨水調節并ph至8.5。

(5)用實驗室機械攪拌機對所得漿料進行機械剪切發泡，首先以600rmp的轉速攪拌7min，然后在1600rmp轉速下高速攪拌20min。

(6)機械攪拌后獲得的泡沫在石膏板上注模，7min后脫模，然后進行常溫干燥。泡沫干燥1天后以7℃/min的升溫速率加熱到600℃，保溫2h。

所制備的泡沫玻璃具有閉孔結構，孔徑分布在20～80μm，容重為0.57g/cm³。

實施例6.

制備過程如下：

(1)將廢平板玻璃用干式球磨機研磨并過200目篩子。

(2)將過篩的廢玻璃粉加水配成固相含量為10wt％的水基漿料，然后利用行星球磨球磨11h。

(3)行星球磨后的玻璃粉體平均粒徑降低至為1.1μm，在上述球磨后的漿料中加入0.25wt％倍酸丙酯和0.03wt％十六烷基硫酸鈉。

(4)將加入表面活性劑后的漿料攪拌均勻后利用1mol/l鹽酸和氨水調節并ph至6.0。

(5)用實驗室機械攪拌機對所得漿料進行機械剪切發泡，首先以600rmp的轉速攪拌7min，然后在1600rmp轉速下高速攪拌20min。

(6)機械攪拌后獲得的泡沫在石膏板上注模，7min后脫模，然后進行常溫干燥。泡沫干燥1天后以7℃/min的升溫速率加熱到600℃，保溫1h。

所制備的泡沫玻璃具有開孔結構，孔徑分布在60～180μm，容重為0.19g/cm³。

對比例1.

中國專利文獻cn103553343a實施例1公開的方法與本發明實施例1的方法進行對比數據

相比中國專利文獻cn103553343a，本發明方法無需離心噴霧干燥環節，工藝更加簡單。此外，中國專利文獻cn103553343a無法實現對泡沫結構的自由調控。而本發明方法可以實現對泡沫氣孔結構的有效調控：本發明方法可以既可以制備開孔結構的泡沫玻璃(參見圖1)也可以制備閉孔結構(參見圖2)的泡沫玻璃。進一步的，通過調節燒結溫度，可以制備具有二級開孔結構的泡沫玻璃(參見圖3)。這些新的結構是中國專利文獻cn103553343a以及其他專利無法制備得到的。本發明方法制備的開孔結構的泡沫玻璃以及具有二級開孔結構的泡沫玻璃可以應用于過濾、流體分離、催化劑載體等需要特定開孔結構的領域。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明創造的保護范圍之中。