利用废玻璃制备的无机粘结剂制造技术

本发明专利技术涉及一种粘结剂组份，该粘结剂组份由一种玻璃粉及一种碱激发剂组成。玻璃粉粒径至少小于０．１５毫米，碱激发剂至少含有一种碱金属，最好是氧化硅与氧化钠重量比约１．６∶１至２．０∶１的硅酸钠。与水拌和后，该粘结剂组份能在环境温度下固化，但加热养护后能快速获得非常高的强度，加热养护温度约４０℃至１２０℃，最好是约７０℃至９０℃。本发明专利技术进一步提供了一种完全利用玻璃作为骨料及粘结剂的人工石材的制备方法。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及无机粘结剂，尤其是利用玻璃，最好是利用废玻璃，制作的无机粘结剂。
技术介绍
废玻璃对全世界范围内市政构成严重问题，因为玻璃不能够生物降解，而且只有一小部份的废玻璃可被原始市场，即玻璃瓶和容器工业的再生利用。过去曾经试图在混凝土中利用粗颗粒废玻璃作骨料。但是主要的挑战是要避免一种产生于水泥和玻璃骨料之间的有害化学反应，称为碱-硅反应(以下简称为“ASR”)。这种反应可导致含有玻璃骨料混凝土的开裂与破坏。例如，专利技术人为巴克斯特(Baxter)等的美国专利第5,810,921号(下称“Baxter 921专利”)提供了一种含铬的玻璃配方，用于玻璃-混凝土组分，使其不产生碱-硅反应。专利技术人为巴克斯特(Baxter)的另一个美国专利第5,803,960号(下称“Baxter 960专利”)进一步提供了一种用于避免玻璃-混凝土组分产生碱-硅反应的含锂的玻璃配方。此外也尝试过在混凝土中利用细颗粒废玻璃或废玻璃粉。废玻璃粉已被发现具有一定程度的火山灰性能，可部分替代混凝土中波特兰水泥。例如，刊登于加拿大矿冶学院公报(CIM Bulletin)1995年第88卷第80至87页的作者为阿奇博尔德(J.F.Archibald)等的题为“磨细废玻璃用作采矿回填火山灰固化剂”的文章，表明磨细废玻璃可替代波特兰水泥达20％而不致最终产品的大量强度损失。然而，废玻璃的火山灰性能已被证明极其低，它与石灰不能立刻产生反应，自身也不具备任何粘结能力。因此存在一种提供给玻璃，尤其是废玻璃自粘结性能的需求。废玻璃包括消费者使用后的玻璃物品如饮料瓶、窗玻璃、及其它玻璃容器。玻璃的化学组分一般为Na2O-CaO-SiO2，通常称为钠钙玻璃。更确切地说，以重量百分比计算，玻璃由约13.6％至14.4％Na2O、10.7％至12.2％CaO、71.3％至73.5％SiO2组成。由这种化学组分组成的玻璃往往不具备任何胶凝性或水硬性。如果要使玻璃成为胶凝性，即加水后能够像水硬性水泥一样自身粘结，玻璃的化学组分必须经过特别配制。例如，专利技术人为毕克福特(Bickford)等的美国专利第3,498,802号(“Bickford”)提供了一种能在温度100℃至200℃间硬化的玻璃水泥，以重量百分比计算，由约80％至94％SiO2和6％至20％Na2O及/或K2O组成。专利技术人为法劳图(Farrauto)等的美国专利第3,720,527号(“Farrauto527专利”)提供了一种水硬性玻璃水泥，以重量百分比计算，由约15％至85％Na2O及/或K2O、10％至80％SiO2、3％至20％P2O5组成。专利技术人为法劳图(Farrauto)等的美国专利第3,743,525号(“Farrauto525专利”)提供了一种水硬性玻璃水泥，以重量百分比计算，由约20％至80％SiO2、5％至40％Na2O及/或K2O、5％至70％RO组成，其中RO由0％至30％MgO、0％至50％CaO、0％至70％SrO、0％至35％BaO、5％至15％NaH2PO4及/或KH2PO4组成。专利技术人为弗兰乃瑞(Flannery)等的美国专利第4,440,576号(“Flannery”)提供了一种水硬性玻璃水泥，以氧化物摩尔百分比计算，由约60％至76％SiO2、15％至30％K2O，以及总计2％至15％至少为下列氧化物中的一种组成0％至10％Al2O3、0％至5％TiO2、0％至5％MoO3、0％至5％WO3，玻璃粉进一步可含有磷成分。很遗憾的是，废玻璃具有与这些属于已知工艺和技术的水硬性玻璃水泥完全不同的化学组分，所以加水后不会自动硬化。由于玻璃的化学组分已经固定，因此，如果要获得已知工艺和技术中的化学组分，玻璃必须重新熔化，再加入其它矿物。然而，玻璃的高温熔化过程既能耗高又昂贵。因此非常希望玻璃既具有自粘结性能又不需高温熔化过程改变其化学组分。传统的火山灰或火山灰质材料包括天然火山灰，如火山凝灰岩及煅烧粘土，和其它工业副产品，如粉煤灰及磨细高炉矿渣。这些材料具有不同程度的火山灰活性。其中有些材料，如磨细高炉矿渣及C级粉煤灰的火山灰活性较高，具有一定的胶凝性，它们被广泛应用于替代部分水泥。过去曾试图提高火山灰质材料的胶凝性。常用的方法是激发法。化学激发是指在火山灰质材料中添加碱激发剂，而热激发则是指将火山灰质材料与激发剂混合物加热养护。例如，专利技术人为格莱维特(Gravitt)等的美国专利第4,997,484号(“Gravitt”)涉及了一种水泥，由C级粉煤灰、0.4％至4.2％碱金属激发剂，最好是氢氧化钾、0.6％至5％柠檬酸组成。专利技术人为罗艾(Roy)等的美国专利第5,565,028号(“Roy”)提供了一种水泥，由C级粉煤灰、pH值高于14.69的氢氧化锂/钠/钾溶液组成。专利技术人为西尔弗斯君(Silverstrim)等的美国专利第5,601,643号(“Silverstrim”)涉及了一种由F级粉煤灰、一种碱金属或碱土金属硅酸盐组成的胶凝性粘结剂组份，加热养护后它能快速地获得较高强度。然而很遗憾的是，上述文献中既没有讲述或者暗示激发方法是否适用于玻璃，也没有讲述如何激发玻璃。玻璃与粉煤灰及磨细高炉矿渣一类的火山灰质材料不仅化学组分不同，而且具有不同的矿物组分及物理结构，因此，还有待于寻求一种有效的方法使玻璃具有自粘结性能，从而形成利用废玻璃制备的具有快速凝结及高强度的粘结剂。与玻璃产品制备方法有关的其它实例进一步描述如下专利技术人为麦肯齐(Mackenzie)的美国专利第3,963,503号(“Mackenzie”)涉及了一种制备玻璃产品的改良方法，其包括将废旧容器玻璃颗粒与一种处理剂混合形成一种独特的玻璃混合物。废旧容器玻璃含有一定的异物含量，反射系数约为5％至95％。混合物加热至高于玻璃软化及烧结点温度与压力，但低于熔化点，在足以激发处理剂的一定范围内形成泡沫玻璃或密实玻璃。对于后一种情形，混合物被加压形成压制产品如瓷砖。对于前一种情形，则形成了一种外表完全不同的泡沫玻璃。废旧容器玻璃颗粒包括不同颜色与粒径。压制产品表面可含有氧化物颜料。处理剂可为白云石或其它合适的处理剂。专利技术人为斯丹平(Stempin)等的美国专利第4,116,703号(“Stempin”)公开了一种复合泡沫水泥。Stempin专利涉及一种加热后能当场形成泡沫的无机水泥配方，它基本上由重量比为8-12％结晶态水硬性水泥、22-35％玻璃粉态水硬性水泥、45-70％硅酸四铵溶液组成。该配方能像水泥一样凝固，加热后能形成泡沫玻璃以连接两个物体并作为隔离体及支撑物使它们之间保持空间距离。专利技术人为林格尔特(Lingart)等的美国专利第5,720,835号(“Lingart835专利”)涉及了一种装饰性建筑材料及其生产方法。用回收玻璃颗粒生产的装饰性建筑材料如玻璃砖的表面光滑，基本上没有缺陷。按照Lingart835专利，可以生产单层或双层砖体。生产过程中使用了一种粘结剂同时控制层体中最高温度及温度梯度，这样保证了表面基本没有缺陷。专利技术人为巴克斯特(Baxter)的美国专利第5,803,960号(“Baxter960专利”)涉及一种能避免碱-硅反应的玻璃配方。Baxter960专利一般涉及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粘结剂组份，该组份包括： 一种玻璃粉；及 一种碱激发剂，该碱激发剂至少含有一种碱金属。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：金伟华，
申请(专利权)人：金伟华，
类型：发明
国别省市：US[美国]