低溫快燒輕質陶瓷保溫板及其製備方法

《低溫快燒輕質陶瓷保溫板及其製備方法》是廣東蒙娜麗莎新型材料集團有限公司於2013年4月11日申請的專利，該專利的公布號為CN103193501A，公布日為2013年7月10日，發明人是汪慶剛、劉一軍、潘利敏、潘炳宇、趙勇。該發明涉及無機材料技術領域。

《低溫快燒輕質陶瓷保溫板及其製備方法》所述製備方法包括：對含有可發泡陶瓷廢渣的原料進行球磨、噴粉製得可發泡粉體，其中所述原料中的可發泡陶瓷廢渣的重量百分含量為80～100wt%；按重量份計，將100份的可發泡粉體與3～15份的低熔點有機物的粒狀粉體混合均勻得到混合粉料；將所述混合粉料在10～20兆帕下壓製成陶瓷坯體；以及所述陶瓷坯體在1100～1170℃燒成製得所述輕質節能陶瓷保溫板。

2017年12月11日，《低溫快燒輕質陶瓷保溫板及其製備方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。

基本介紹

• 中文名：低溫快燒輕質陶瓷保溫板及其製備方法
• 申請人：廣東蒙娜麗莎新型材料集團有限公司
• 申請日：2013年4月11日
• 申請號：2013101238775
• 公布號：CN103193501A
• 公布日：2013年7月10日
• 發明人：汪慶剛、劉一軍、潘利敏、潘炳宇、趙勇
• 地址：廣東省佛山市南海區西樵輕紡城工業園廣東蒙娜麗莎新型材料集團有限公司
• 分類號：C04B38/00(2006.01)I、C04B38/02(2006.01)I
• 代理機構：上海瀚橋專利代理事務所
• 代理人：曹芳玲、鄭優麗
• 類別：發明專利

專利背景

截至2013年4月，牆體保溫材料有較大發展，其可以節約材料的同時，還能夠提高牆體的保溫性能，節約能源，減小環境污染。輕質陶瓷保溫板是一種燒成溫度低、具有大量均勻氣孔、容重0.6～1.0克/立方厘米的特殊陶瓷保溫板。輕質陶瓷保溫板在保持傳統陶瓷耐久、耐火的優點外，還具有質輕，隔熱、隔音等優異性能。

2013年前製備發泡陶瓷（多孔陶瓷）的主要方法有粉末坯體發泡法和漿料發泡法，通常採用發泡劑及大量的原礦原料，工藝複雜，燒成溫度高，成本較高，不易連續製造大尺寸發泡陶瓷（多孔陶瓷）板，使其用途受到限制。

截至2013年4月，中國陶瓷產業發展迅猛，產生的陶瓷廢料也越來越多，其堆積擠占土地，影響當地空氣的粉塵含量；填埋耗費人力物力，還污染地下水質。它們不僅對城市環境造成巨大壓力，而且還限制了城市經濟的發展及陶瓷工業的可持續發展，如何變廢為寶，也已成為陶瓷生產廠家和社會共同關注的問題。因此，利用陶瓷廢渣研究低成本的輕質陶瓷保溫板對於提高建築物的綜合節能和礦產資源的綜合利用率，以及陶瓷等產業可持續發展具有重大的意義。

CN101186519B公開一種多孔陶瓷材料的製備方法，利用陶瓷廢料和拋光磚廢料為原料，加入粘土、高溫砂、低溫砂，加水進行濕法球磨，乾燥後在8兆帕下壓製成陶瓷磚坯體，然後在陶瓷輥道窯內經1140℃燒成100分鐘，得到多孔陶瓷材料。該方法無法解決乾壓成型快速燒成（例如燒成周期60分鐘以內）排氣問題。

CN102399090A公開一種輕質玻化發泡陶瓷，主要採用陶瓷牆、地磚磨削料和瓷土等為原料；CN102887721A公開一種發泡陶瓷保溫板，其採用陶瓷磚拋光渣、廢玻璃粉、廢熔塊粉、滑石、紅土等為原料。該方法同樣無法解決乾壓成型快速燒成排氣問題。

綜上，2013年4月之前的用於製備壓製成型低容重陶瓷保溫磚配方中需要加入粘土，由於無法解決乾壓成型快速燒成排氣問題，導致實際操作中配方中發泡廢渣加入量一般不能超過50%。若發泡廢渣添加量超過80%必須用墊板堆燒，產量低且墊板損耗大成本高。

實際上陶瓷廢渣絕大部分是由經過1200℃以上燒制的陶瓷熟料組成，本身已經完全瓷化，結構緻密均勻，只要能解決拋光工序中帶入的有機物等雜質氧化分解排氣不良造成的黑心，鼓包等問題，完全可以實現輥道窯低溫快速燒成。

發明內容

專利目的

面對2013年4月之前的技術存在的問題，提供一種簡單可行的，用普通壓機與輥道窯即可製作的低容重輕質陶瓷保溫板製備方法，具體地，該發明在配方中加入大量的可發泡陶瓷廢渣，通過混入粒狀粉體有機物作為粘結劑及造孔劑，在保證坯體強度的前提下採用低壓制力松壓的方法，即使用正常壓制力的1/3～2/3進行壓制以增大粉料之間的空隙，最後經普通的輥道窯燒成即可。這樣保證了保溫板在中低溫段燒制過程中有機物分解產生的大量氣體能夠及時排除，並能在高溫段形成多孔結構。

技術方案

《低溫快燒輕質陶瓷保溫板及其製備方法》包括：對含有可發泡陶瓷廢渣的原料進行球磨、噴粉製得可發泡粉體，其中所述原料中的可發泡陶瓷廢渣的重量百分含量為80～100wt%；按重量份計，將100份的可發泡粉體與3～15份的低熔點有機物的粒狀粉體混合均勻得到混合粉料；將所述混合粉料在10～20兆帕下壓製成陶瓷坯體；以及所述陶瓷坯體在1100～1170℃燒成製得所述輕質節能陶瓷保溫板。

該發明的配方中，發泡陶瓷廢渣比例為80～100wt%，配方中不含泥，減少了燒成過程中需要氧化，排氣不佳等問題。該發明還利用低熔點的低熔點有機物，其既可以起到成型助劑的潤滑作用，有利於磚坯的成型；又可以起到粘結劑的作用，成型後的磚坯經過130℃乾燥時，低熔點有機物熔融成液態，滲透包裹在粉料表面，冷卻時再次凝固，形成三維空間網路，將粉體粘結成一個整體，提高了磚坯的乾燥強度；還可以起到造孔劑的作用，其燒失後留下的空隙降低了產品容重。採用10～20兆帕的低壓制力（相同規格陶瓷產品正常壓制力的1/3～2/3）進行壓製成型，一方面由於發泡陶瓷廢渣雜質多，低溫快燒需要快速排氣，壓力越小，坯體緻密度越低，粉料間空隙率越高，使得氣體有了排出的路徑；另一方面松壓降低了容重，減少了高溫段坯體膨脹過快過猛造成產品局部變形。

較佳地，所述低熔點有機物可包括聚乙烯蠟、聚丙烯蠟和礦物蠟。這些低熔點有機物熔點較低，在坯體乾燥時可順利地熔融成液態，滲透包裹在粉料表面，冷卻時再次凝固，形成三維空間網路，將粉料粘結成一個整體。較佳地，所述可發泡陶瓷廢渣包括陶瓷拋光廢料和陶瓷磨削料。該發明以陶瓷拋光廢料和/或陶瓷磨削料為主要原料，不僅大大降低了產品的原料成本，而且變廢為寶，實現陶瓷廢料的再利用，減少陶瓷廢料帶來的環境污染。

較佳地，所述原料還可以包括0～20wt%的燒結助劑。所述燒結助劑可包括廢玻璃粉、廢熔塊粉和/或滑石。在配方中加入廢玻璃粉、廢熔塊粉和/或滑石等燒結助劑可以降低產品的燒結溫度，節能降耗。所述原料還可包括0～0.8wt%的發泡劑。該發明利用可發泡陶瓷廢渣作為原料，可以不外加發泡劑，但是也可加入發泡劑協助發泡。

較佳地，所述燒成的工藝參數為：20～35分鐘內升溫至1100～1170℃，保溫5～10分鐘。該發明燒成工藝簡單可控，一次燒成即可製得高質量的輕質節能陶瓷保溫板。較佳地，所述原料中的可發泡陶瓷廢渣的重量百分含量為90～100wt%。另一方面，該發明還提供一種上述方法製備的輕質陶瓷保溫板，其中，所述輕質陶瓷保溫板的容重可為0.6～1.0克/立方厘米。較佳地，所述輕質節能陶瓷保溫板的導熱係數可為0.15～1.25瓦/米·開爾文。

改善效果

《低溫快燒輕質陶瓷保溫板及其製備方法》的輕質陶瓷保溫板既降低了原料成本，又節約了資源，具有環保、尺寸大、防火、吸音、隔熱、防潮、防滲、抗凍、阻燃等特點，是一種高質量輕質陶瓷保溫板，可套用於現代建築節能標準的牆體保溫材料或其他領域的隔熱型保溫材料。

權利要求

1.《低溫快燒輕質陶瓷保溫板及其製備方法》其特徵在於，包括：對含有可發泡陶瓷廢渣的原料進行球磨、噴粉製得可發泡粉體，其中所述原料中的可發泡陶瓷廢渣的重量百分含量為80～100wt%；按重量份計，將100份的可發泡粉體與3～15份的低熔點有機物的粒狀粉體混合均勻得到混合粉料；將所述混合粉料在10～20兆帕下壓製成陶瓷坯體；以及所述陶瓷坯體在1100～1170℃燒成製得所述輕質節能陶瓷保溫板。

2.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述低熔點有機物包括聚乙烯蠟、聚丙烯蠟和礦物蠟。

3.根據權利要求1或2所述的製備方法，其特徵在於，所述可發泡陶瓷廢渣包括陶瓷拋光廢料和陶瓷磨削料。

4.根據權利要求1～3中任一項所述的製備方法，其特徵在於，所述原料還包括0～20wt%的燒結助劑。

5.根據權利要求4所述的製備方法，其特徵在於，所述燒結助劑包括廢玻璃粉、非熔塊粉和/或滑石。

6.根據權利要求1～5中任一項所述的製備方法，其特徵在於，所述原料還包括0～0.8wt%的發泡劑。

7.根據權利要求1～6中任一項所述的製備方法，其特徵在於，所述燒成的工藝參數為：20～35分鐘內升溫至1100～1170℃，保溫5～10分鐘。

8.根據權利要求1～7中任一項所述的製備方法，其特徵在於，所述原料中的可發泡陶瓷廢渣的重量百分含量為90～100wt%。

9.根據權利要求1～8中任一項所述的製備方法製備的低溫快燒輕質陶瓷保溫板，其特徵在於，所述低溫快燒輕質陶瓷保溫板的容重為0.6～1.0克/立方厘米。

10.根據權利要求9所述的低溫快燒輕質陶瓷保溫板，其特徵在於，所述低溫快燒輕質陶瓷保溫板的導熱係數為0.15～0.25瓦/米·開爾文。

實施方式

操作內容

《低溫快燒輕質陶瓷保溫板及其製備方法》提供一種簡單可行的，以陶瓷廢渣為原料用普通壓機與輥道窯即可製作的低容重輕質節能陶瓷保溫板製備方法。採用的技術方案如下：配方中加入大量的可發泡廢渣，在保證坯體強度的前提下採用低壓制力松壓的方法增大粉料之間的空隙，保證了保溫板在中低溫段燒制過程中有機物分解產生的大量氣體能夠及時排除，並能在高溫段形成多孔結構。

該發明的方法的具體步驟為：首先通過在配方中加入80～100wt%的發泡陶瓷廢渣，經球磨、噴粉等工序製作成可發泡粉體。可發泡陶瓷廢渣為陶瓷生產中產生的可發泡的廢料，例如含高溫分解發泡化合物的陶瓷拋光廢料、陶瓷切割磨邊過程中產生的陶瓷磨削料以及其他陶瓷生產中產生的廢料。陶瓷拋光廢料包括陶瓷磚表面拋光產生的廢水、廢渣混合物，經沉澱、壓濾以及陳腐等處理後獲得的廢料。陶瓷磨削料包括陶瓷切割磨邊過程中產生的廢料，視其尺寸及含水量可以預先進行破碎、乾燥處理。選擇磨削料可以降低粉碎細化成本。配方中可以採用一種陶瓷廢料，也可以採用多種陶瓷廢料，例如使用陶瓷拋光廢料和陶瓷磨削料的混合物。此外，還可理解，該發明製備輕質陶瓷保溫板中產生的廢料，例如切割產生的余料，還可作為新的陶瓷保溫板的原料再次利用。該製品的廢料相對其他可發泡陶瓷廢渣，例如上述陶瓷拋光廢料和陶瓷磨削料的代換量可為5～10%。

該發明充分利用陶瓷拋光廢料和/或陶瓷磨削料，大大降低了產品的原料成本，變廢為寶，實現陶瓷廢料的循環再利用，減少陶瓷廢料帶來的環境污染。該發明還充分利用了可發泡廢渣的自身發泡機理，可不使用發泡劑或降低發泡劑的用量，降低了成本。

除上述發泡陶瓷廢渣，原料粉體的配方中還可加入0～20wt%的燒結助劑。燒結助劑可採用廢玻璃粉、廢熔塊粉和/或滑石，例如鈉鈣型廢玻璃粉、高鈣廢熔塊粉、黑滑石等。可以使用一種或兩種以上的燒結助劑。在配方中加入廢玻璃粉、廢熔塊粉和/或滑石等燒結助劑可以降低產品的燒結溫度，節能降耗。

雖然如上述，該發明採用的可發泡陶瓷廢渣可利用自身發泡機理而不用發泡劑，例如陶瓷拋光廢料含高溫分解發泡化合物可以自發泡，而陶瓷磨削料，例如採用碳化矽砂輪磨邊時，則在磨削過程中帶入的碳化矽微粉可以作為內在的發泡劑。但是也可視情況加入少量的發泡劑輔助使用，例如當磨削採用非碳化矽砂輪時，此時採用陶瓷磨削料作為原料時可加入不超過0.8wt%的發泡劑。發泡劑可採用常用的碳化矽等。按上述配方的原料粉體經球磨，噴粉製得可發泡粉體，可發泡的粉體的粒徑為0.18～0.98毫米。在這裡，球磨採用濕法球磨，球磨介質可採用中鋁球石，球磨細度控制250目篩餘0.8～1.0%。粉料水份控制在5.0～6.0%。

按重量可將100份上述可發泡廢渣與3～15份低熔點的低熔點有機物攪拌混合製得混合粉料。攪拌可以使用攪拌機進行。低熔點有機物為熔點低，但常溫為固體形態的有機物，包括但不限於聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、礦物蠟等，應理解可以採用一種低熔點有機物，但也可以使用任意兩種低熔點有機物的混合物。低熔點有機物優選採用粉體，其粒徑可為0.15～0.25毫米。可以預先對低熔點有機物進行破碎和過篩等處理以使其粒徑滿足要求。

通過在粉料中混入5%～15%的聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、礦物蠟等低熔點的粒狀粉體，蠟質有機物既可以起到成型助劑的潤滑作用，有利於磚坯的成型；又可以起到粘結劑的作用，成型後的磚坯經過例如130℃乾燥後，有機物質熔融成液態，滲透包裹在粉料表面，冷卻時再次凝固，形成三維空間網路，將粉料粘結成一個整體，提高了磚坯的乾燥強度；還可以起到造孔劑的作用，其燒失後留下的空隙降低了產品容重。

將上述混合粉料放入壓機，使用相同規格陶瓷板正常壓制力的1/3～2/3（例如10～20兆帕）進行壓製成型。陶瓷坯體的厚度可為12～20毫米。壓制中可採用不同的模具來製得不同尺寸的陶瓷板，該發明中採用的模具尺寸（長邊）可為660～2060毫米。

該發明的方法中，配方中發泡陶瓷廢渣比例為80～100wt%，其餘為廢玻璃粉、廢熔塊粉及滑石，配方中不含粘土，減少了燒制過程中氧化不充分，排氣不佳等問題。但無粘土不利於壓機壓製成型，由此採用混低熔點有機物進行低壓制力壓制，一方面由於發泡廢渣雜質多，低溫快燒需要快速排氣，壓力越小，坯體緻密度越低，粉料間空隙率越高，使得氣體有了排出的路徑。另一方面松壓降低了容重，減少了高溫段坯體膨脹過快過猛造成產品局部變形。

乾燥可在乾燥窯內進行，乾燥溫度可為120～150℃，乾燥時間可為15～25分鐘，乾燥後陶瓷坯體的含水量為0.2～0.5%。將經乾燥處理的陶瓷坯體送入輥道窯經一次高溫燒成後、冷卻即可製成低容重的輕質陶瓷保溫板。其厚度可為16～22毫米，經切割處理成合適的尺寸可用於現代建築節能標準的牆體保溫材料或其他領域的隔熱型保溫材料。燒成的工藝參數為：25～30分鐘內升溫至1100～1300℃，保溫5～10分鐘。

按照GB/T3810.3-2006《陶瓷磚試驗方法第3部分：吸水率、顯氣孔率、表觀相對密度和容重的測定》及GB/T10294-2008《絕熱材料穩態熱阻及有關特性的測定防護熱板法》對本法製得的輕質陶瓷保溫板的性能進行測試，測得容重為0.6～1.0克/立方厘米、導熱係數為0.15～0.25瓦/米·開爾文。可見，該發明的輕質陶瓷保溫板容重小、導熱係數低，具有環保、防火、吸音、隔熱、防潮、防滲、抗凍、阻燃等特點，是一種環境友好型建築材料，可套用於現代建築節能標準的牆體保溫材料或其他領域的隔熱型保溫材料。

該發明相對2013年4月之前的技術具有如下優點：

1）配方中絕大部分原料為陶瓷生產中產生的廢料，大大降低了產品的原料成本。同時所用原料都很細，降低了破碎細化成本，大大縮短了球磨時間。

2）充分利用可發泡陶瓷廢渣的自發泡原理，可以不使用發泡劑或者降低發泡劑的使用量，進一步減少成本。

3）使用低熔點有機物代替粘土，來源豐富，同時起到成型助劑、粘結劑和造孔劑的作用，節約了寶貴的高嶺土資源。

4）採用松壓方法，利於坯體氧化排氣，進一步降低了容重，減少了高溫段坯體膨脹過快過猛造成產品局部變形。同時松壓粉體含水量可以很低，節省了乾燥時間，提高了產量。

5）配方中絕大部分是經過高溫燒制後的陶瓷熟料，保證了產品低溫快速燒成後性能優異。

以下進一步列舉出一些示例性的實施例以更好地說明該發明。應理解，該發明詳述的上述實施方式，及以下實施例僅用於說明該發明而不用於限制該發明的範圍，該領域的技術人員根據該發明的上述內容作出的一些非本質的改進和調整均屬於該發明的保護範圍。例如實施例1採用廢玻璃粉和黑滑石作為燒結助劑，但應理解可以不使用燒結助劑，而是用100wt%的可發泡陶瓷廢渣作為原料也是可行的。此外，廢玻璃粉、廢熔塊粉和黑滑石的總用量及其比例也不限於此。還應理解，下述配方未包含發泡劑，也可視實際情況使用適量的發泡劑。以下示例雖然以蠟質有機物作為低熔點有機物，但應理解可以採用其他合適的低熔點有機物。同時該技術不局限於制陶瓷板，小規格陶瓷磚也是可行的。另外，下述工藝參數中的具體溫度、時間等也僅是示例性，該領域技術人員可以在上述限定的範圍內選擇合適的值。

實施案例

實施例1

按重量比，在陶瓷保溫板配方中加入發泡陶瓷廢渣（粒徑0.045～0.25毫米）90%、廢玻璃粉（粒徑0.10～0.25毫米）8%、黑滑石（粒徑0.10～0.25毫米）2%，經球磨化漿、噴粉後製成粉體（粒徑0.18～0.98毫米）。然後使用攪拌機與占粉體重量5%的聚乙烯蠟混合均勻，再送到壓機，放入尺寸為1050毫米×2060毫米的模具中，用正常壓制力的2/3壓力（20兆帕）進行壓製成型，經乾燥窯乾燥後，通過釉線輸送進入燒成輥道窯，經1121℃高溫保溫6分鐘，製得容重為0.95克/立方厘米的低容重陶瓷保溫板，其導熱係數為0.24瓦/米·開爾文。

實施例2

按重量比，在陶瓷保溫板配方中加入發泡陶瓷廢渣（粒徑0.045～0.25毫米）95%、黑滑石（粒徑0.10～0.25毫米）5%，經球磨化漿、噴粉後製成粉體（粒徑0.18～0.98毫米）。然後使用攪拌機與占粉體重量14%的礦物蠟混合均勻，再送到壓機，放入尺寸為660毫米×1320毫米的模具中，用正常壓制力的1/3壓力（10兆帕）進行壓製成型，經乾燥窯乾燥後，通過釉線輸送進入燒成輥道窯，經1163℃高溫保溫9分鐘，製得容重為0.65克/立方厘米的低容重陶瓷保溫板，其導熱係數為0.16瓦/米·開爾文。

實施例3

按重量比，在陶瓷保溫板配方中加入發泡陶瓷廢渣（粒徑0.045～0.25毫米）85%、廢熔塊粉（粒徑0.15～0.35毫米）7%、黑滑石（粒徑0.10～0.25毫米）3%，經球磨化漿、噴粉後製成粉體（粒徑0.18～0.98毫米）。然後使用攪拌機與占粉體重量10%的聚丙烯蠟混合均勻，再送到壓機，放入尺寸為880毫米×880毫米的模具中，用正常壓制力的1/2壓力（15兆帕）進行壓製成型，經乾燥窯乾燥後，通過釉線輸送進入燒成輥道窯，經1145℃高溫保溫8分鐘，製得容重為0.77克/立方厘米的低容重陶瓷保溫板，其導熱係數為0.19瓦/米·開爾文。

產業套用性：該發明工藝簡單、成本低、屬於資源節約型環境友好型建築材料，適合規模生產，製得的製品為輕質節能陶瓷保溫板，具有保溫、隔熱、隔音、防火等功能，可套用於現代建築節能標準的牆體保溫材料或其他領域的隔熱型保溫材料。

榮譽表彰

2017年12月11日，《低溫快燒輕質陶瓷保溫板及其製備方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。