本發(fā)明涉及廢玻璃的回收利用領(lǐng)域，具體涉及一種以廢玻璃為原料制備微米級(jí)氣孔結(jié)構(gòu)可調(diào)控的泡沫玻璃的方法。

背景技術(shù)：

泡沫玻璃又稱為多孔玻璃，其內(nèi)部充滿無(wú)數(shù)開(kāi)口或閉口的小氣孔，是一種新型無(wú)機(jī)材料。泡沫玻璃具有輕質(zhì)、耐腐蝕、比表面積大、耐火阻燃、保溫新能良好等特點(diǎn)，因此應(yīng)用廣泛?？梢詰?yīng)用于過(guò)濾吸附、催化劑載體以及建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前泡沫玻璃大多采用加入高溫發(fā)泡劑在高溫?zé)Y(jié)階段發(fā)泡法進(jìn)行制備，其原理是利用發(fā)泡劑在高溫?zé)Y(jié)階段產(chǎn)生起源進(jìn)而形成無(wú)數(shù)細(xì)小的氣孔。

隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，我們對(duì)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(tǒng)高溫發(fā)泡工藝所制備的泡沫玻璃氣孔大多為肉眼可見(jiàn)的毫米級(jí)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(bào)道。為此，中國(guó)專利文獻(xiàn)cn103553343a公開(kāi)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(xì)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(fā)泡劑并攪拌，制備出高固相含量的穩(wěn)定泡沫漿科；將泡沫漿料加入離心霧化干燥設(shè)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(fā)泡、燒結(jié)，制備出微孔泡沫玻璃。雖然該方法在不充分發(fā)泡的情況下可以獲得微米級(jí)的孔徑，但是不充分發(fā)泡的泡沫玻璃孔壁很厚，從而導(dǎo)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(huán)節(jié)，在一定程度上增加了工藝的復(fù)雜性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的低容重和小孔徑之間的矛盾，以及目前方法難以實(shí)現(xiàn)對(duì)泡沫玻璃結(jié)構(gòu)進(jìn)行多樣化調(diào)節(jié)的不足，從而提供一種以廢玻璃為原料制備微米級(jí)氣孔結(jié)構(gòu)可調(diào)控的泡沫玻璃的方法。

為此，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種以廢玻璃為原料制備微米級(jí)氣孔結(jié)構(gòu)可調(diào)控的泡沫玻璃的方法，通過(guò)用機(jī)械攪拌機(jī)對(duì)加入表面活性劑的玻璃粉漿料進(jìn)行機(jī)械剪切發(fā)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(zhì)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(guò)200目篩子，將過(guò)篩的廢玻璃粉加水配制成水基漿料并進(jìn)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(diào)節(jié)至6.0～8.5；

(3)用機(jī)械攪拌機(jī)方式對(duì)步驟(2)所得漿料進(jìn)行機(jī)械剪切發(fā)泡得到穩(wěn)定泡沫；

(4)將步驟(3)所制備的穩(wěn)定泡沫注模和脫模，泡待沫干燥后進(jìn)行燒結(jié)。

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(xì)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(jìn)行燒結(jié)，升溫速率為2～10℃/min，保溫0.5～3h。

優(yōu)選的，所述濕磨使用行星球磨機(jī)進(jìn)行球磨；所述微米級(jí)氣孔泡沫玻璃的孔徑大小為20～200μm，氣孔率為75～95％。

本方法開(kāi)創(chuàng)性的采用膠態(tài)成型工藝，將玻璃粉配制成漿料，通過(guò)加入表面活性劑和機(jī)械攪拌引入氣泡制備成玻璃粉顆粒穩(wěn)定泡沫，然后進(jìn)行干燥燒結(jié)。本方發(fā)明豐富了泡沫玻璃的制備方法。相比于傳統(tǒng)泡沫玻璃，本工藝制備的泡沫玻璃具有新的性能特點(diǎn)：在保證泡沫玻璃具有較高氣孔率(氣孔率75～95％)的同時(shí)，其氣孔孔徑更小(孔徑為20～200μm)。通過(guò)調(diào)節(jié)倍酸丙酯加入量和漿料固相含量可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣孔結(jié)構(gòu)和孔徑大小的有效調(diào)節(jié)。降低漿料固相含量可顯著降低孔徑，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)閉孔結(jié)構(gòu)向開(kāi)孔結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換。

本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明提供的以廢玻璃為原料制備微米級(jí)氣孔結(jié)構(gòu)可調(diào)控的泡沫玻璃的方法可以制備傳統(tǒng)方法無(wú)法制備的同時(shí)具有低高氣孔率(75～95％)和微米級(jí)氣孔的泡沫玻璃。

2、本發(fā)明提供的以廢玻璃為原料制備微米級(jí)氣孔結(jié)構(gòu)可調(diào)控的泡沫玻璃的方法可以制備具有開(kāi)孔結(jié)構(gòu)泡沫玻璃也可以制備閉孔結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃。

3、本發(fā)明提供的以廢玻璃為原料制備微米級(jí)氣孔結(jié)構(gòu)可調(diào)控的泡沫玻璃的方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)泡沫機(jī)構(gòu)的多樣化調(diào)控，通過(guò)調(diào)節(jié)表面活性劑數(shù)含量、玻璃粉固相含量燒結(jié)溫度等參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)泡沫玻璃容重和孔徑大小的精確調(diào)控。

4、本發(fā)明提供的以廢玻璃為原料制備微米級(jí)氣孔結(jié)構(gòu)可調(diào)控的泡沫玻璃的方法通過(guò)調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度制備具有篩網(wǎng)狀二級(jí)開(kāi)孔結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃。

5、本發(fā)明提供的以廢玻璃為原料制備微米級(jí)氣孔結(jié)構(gòu)可調(diào)控的泡沫玻璃的方法具有普適性，大量試驗(yàn)表明本方法適用于多種不同成分的玻璃粉體系。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明制備的具有閉孔結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃的sem照片；

圖2是本發(fā)明制備的具有開(kāi)孔結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃的sem照片；

圖3是本發(fā)明制備的具有篩網(wǎng)狀二級(jí)開(kāi)孔結(jié)構(gòu)泡沫玻璃的孔壁的sem照片。

具體實(shí)施方式

提供下述實(shí)施例是為了更好地進(jìn)一步理解本發(fā)明，并不局限于所述最佳實(shí)施方式，不對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容和保護(hù)范圍構(gòu)成限制，任何人在本發(fā)明的啟示下或是將本發(fā)明與其他現(xiàn)有技術(shù)的特征進(jìn)行組合而得出的任何與本發(fā)明相同或相近似的產(chǎn)品，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

實(shí)施例中未注明具體實(shí)驗(yàn)步驟或條件者，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻(xiàn)所描述的常規(guī)實(shí)驗(yàn)步驟的操作或條件即可進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過(guò)市購(gòu)獲得的常規(guī)試劑產(chǎn)品。

本發(fā)明各實(shí)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(shí)施例1～4所用的廢玻璃的主要元素及含量

表2：實(shí)施例5～8所用的廢玻璃的主要元素及含量

實(shí)施例1.

制備過(guò)程如下：

(1)將廢平板玻璃用干式球磨機(jī)研磨并過(guò)200目篩子。

(2)將過(guò)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(diào)節(jié)并ph至7.5。

(5)用實(shí)驗(yàn)室機(jī)械攪拌機(jī)對(duì)所得漿料進(jìn)行機(jī)械剪切發(fā)泡，首先以500rmp的轉(zhuǎn)速攪拌5min，然后在1800rmp轉(zhuǎn)速下高速攪拌10min。

(6)機(jī)械攪拌后獲得的泡沫在石膏板上注模，5min后脫模，然后進(jìn)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(jié)構(gòu)如圖1所示，具有閉孔結(jié)構(gòu)，如圖1所示?？讖椒植荚?0～100μm，容重為0.44g/cm³。

實(shí)施例2.

制備過(guò)程如下：

(1)將廢平板玻璃用干式球磨機(jī)研磨并過(guò)200目篩子。

(2)將過(guò)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(diào)節(jié)并ph至7.5。

(5)用實(shí)驗(yàn)室機(jī)械攪拌機(jī)對(duì)所得漿料進(jìn)行機(jī)械剪切發(fā)泡，首先以700rmp的轉(zhuǎn)速攪拌3min，然后在2000rmp轉(zhuǎn)速下高速攪拌15min。

(6)機(jī)械攪拌后獲得的泡沫在石膏板上注模，30min后脫模，然后進(jìn)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(kāi)孔結(jié)構(gòu)，如圖2所示。孔徑分布在70～200μm，容重為0.15g/cm³。

實(shí)施例3.

制備過(guò)程如下：

(1)將廢平板玻璃用干式球磨機(jī)研磨并過(guò)200目篩子。

(2)將過(guò)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(diào)節(jié)并ph至7.5。

(5)用實(shí)驗(yàn)室機(jī)械攪拌機(jī)對(duì)所得漿料進(jìn)行機(jī)械剪切發(fā)泡，首先以300rmp的轉(zhuǎn)速攪拌10min，然后在1500rmp轉(zhuǎn)速下高速攪拌8min。

(6)機(jī)械攪拌后獲得的泡沫在石膏板上注模，5min后脫模，然后進(jìn)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(wǎng)狀的具有二級(jí)開(kāi)孔結(jié)構(gòu)，如圖3所示。一級(jí)孔徑分布在30～100μm，孔壁上的二級(jí)開(kāi)孔的孔徑分布在0.4～2.1μm，容重為0.38g/cm³。

實(shí)施例4.

制備過(guò)程如下：

(1)將廢平板玻璃用干式球磨機(jī)研磨并過(guò)200目篩子。

(2)將過(guò)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(diào)節(jié)并ph至8.5。

(5)用實(shí)驗(yàn)室機(jī)械攪拌機(jī)對(duì)所得漿料進(jìn)行機(jī)械剪切發(fā)泡，首先以600rmp的轉(zhuǎn)速攪拌7min，然后在1600rmp轉(zhuǎn)速下高速攪拌20min。

(6)機(jī)械攪拌后獲得的泡沫在石膏板上注模，7min后脫模，然后進(jìn)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(jié)構(gòu)，孔徑分布在20～70μm，容重為0.59g/cm³。

實(shí)施例5.

制備過(guò)程如下：

(1)將廢平板玻璃用干式球磨機(jī)研磨并過(guò)200目篩子。

(2)將過(guò)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(diào)節(jié)并ph至8.5。

(5)用實(shí)驗(yàn)室機(jī)械攪拌機(jī)對(duì)所得漿料進(jìn)行機(jī)械剪切發(fā)泡，首先以600rmp的轉(zhuǎn)速攪拌7min，然后在1600rmp轉(zhuǎn)速下高速攪拌20min。

(6)機(jī)械攪拌后獲得的泡沫在石膏板上注模，7min后脫模，然后進(jìn)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(jié)構(gòu)，孔徑分布在20～80μm，容重為0.57g/cm³。

實(shí)施例6.

制備過(guò)程如下：

(1)將廢平板玻璃用干式球磨機(jī)研磨并過(guò)200目篩子。

(2)將過(guò)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(diào)節(jié)并ph至6.0。

(5)用實(shí)驗(yàn)室機(jī)械攪拌機(jī)對(duì)所得漿料進(jìn)行機(jī)械剪切發(fā)泡，首先以600rmp的轉(zhuǎn)速攪拌7min，然后在1600rmp轉(zhuǎn)速下高速攪拌20min。

(6)機(jī)械攪拌后獲得的泡沫在石膏板上注模，7min后脫模，然后進(jìn)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(kāi)孔結(jié)構(gòu)，孔徑分布在60～180μm，容重為0.19g/cm³。

對(duì)比例1.

中國(guó)專利文獻(xiàn)cn103553343a實(shí)施例1公開(kāi)的方法與本發(fā)明實(shí)施例1的方法進(jìn)行對(duì)比數(shù)據(jù)

相比中國(guó)專利文獻(xiàn)cn103553343a，本發(fā)明方法無(wú)需離心噴霧干燥環(huán)節(jié)，工藝更加簡(jiǎn)單。此外，中國(guó)專利文獻(xiàn)cn103553343a無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)泡沫結(jié)構(gòu)的自由調(diào)控。而本發(fā)明方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)泡沫氣孔結(jié)構(gòu)的有效調(diào)控：本發(fā)明方法可以既可以制備開(kāi)孔結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃(參見(jiàn)圖1)也可以制備閉孔結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)圖2)的泡沫玻璃。進(jìn)一步的，通過(guò)調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度，可以制備具有二級(jí)開(kāi)孔結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃(參見(jiàn)圖3)。這些新的結(jié)構(gòu)是中國(guó)專利文獻(xiàn)cn103553343a以及其他專利無(wú)法制備得到的。本發(fā)明方法制備的開(kāi)孔結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃以及具有二級(jí)開(kāi)孔結(jié)構(gòu)的泡沫玻璃可以應(yīng)用于過(guò)濾、流體分離、催化劑載體等需要特定開(kāi)孔結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。