TWI860181B

TWI860181B - 多孔材料與其形成方法

Info

Publication number: TWI860181B
Application number: TW112146214A
Authority: TW
Inventors: 徐建華; 張名惠; 黃天恒; 劉瓊芳; 游勝閔
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2023-11-29
Filing date: 2023-11-29
Publication date: 2024-10-21
Also published as: CN120058393A; TW202521494A; US20250171358A1; EP4563545A1

Abstract

多孔材料包括：3 wt%至4.2 wt%的Mg；14 wt%至18 wt%的Ca；12 wt%至15 wt%的Si；0.8 wt%至1.5 wt%的Al；0.1 wt%至0.3 wt%的K；0.4 wt%至2 wt%的Fe；7 wt%至8.5 wt%的Na；4.8 wt%至7.6 wt%的B；以及48 wt%至52 wt%的O。

Description

多孔材料與其形成方法

本揭露是關於多孔材料，更特別是將廢棄物再利用後所產生的多孔輕質材料，以及形成此多孔輕質材料的方法。

台灣目前電弧爐煉鋼廠每年產生將近120萬噸還原碴及30萬噸廢棄耐火材，其含有過多的游離氧化鈣(f-CaO)及游離氧化鎂(f-MgO)，與水接觸之後，將分別產出氫氧化鈣(Ca(OH) ₂)及氫氧化鎂(Mg(OH) ₂)，即體積膨脹為原本體積的約一至三倍。由於還原碴與廢棄耐火材的品質不易保持穩定，因此難以再利用。處理還原碴與廢棄耐火材的傳統方法需在填埋前脫水及添加固化劑，不僅費時、費力、且成本高。

目前亟需新的方法處理還原碴與廢棄耐火材，甚至可將其再利用製備為可符合建築工程所需的材料。

本揭露一實施例提供之多孔材料，包括：3 wt%至4.2 wt%的Mg；14 wt%至18 wt%的Ca；12 wt%至15 wt%的Si；0.8 wt%至1.5 wt%的Al；0.1 wt%至0.3 wt%的K；0.4 wt%至2 wt%的Fe；7 wt%至8.5 wt%的Na；4.8 wt%至7.6 wt%的B；以及48 wt%至52 wt%的O。

在一些實施例中，多孔材料具有Na ₂MgSiO ₄、Na ₂Si(Si ₂O ₇)、CaMgSi ₂O ₆、MgO、CaSiO ₃或上述之組合的晶相。

在一些實施例中，多孔材料具有蜂巢狀結構，其孔隙率為13%至25%，且孔洞尺寸為5微米至450微米。

在一些實施例中，多孔材料的抗壓強度為200 kgf/cm ²至400 kgf/cm ²，密度為1.5 g/cm ³至1.65 g/cm ³，且吸水率為5%至20%。

在一些實施例中，多孔材料的熱傳導係數為0.4 W/ m．k至0.8 W/m．k，且多孔材料對1000˚C至1200˚C的火焰具有防火性與絕熱性。

本揭露一實施例提供之多孔材料的形成方法，包括：混合原料、鹼激發劑與發泡劑以得混合物，其中原料包括40 wt%至45 wt%的還原碴、10 wt%至15 wt%的廢棄耐火材與40 wt%至45 wt%的廢玻璃；將混合物灌模以形成坯體；以及鍛燒坯體以形成上述多孔材料，其中煅燒的溫度為600˚C至800˚C，且時間為1小時至4小時。

在一些實施例中，還原碴包括：1 wt%至10 wt%的Mg、30 wt%至45 wt%的Ca、5 wt%至20 wt%的Si、1 wt%至5 wt%的Al、0.5 wt%至1.5 wt%的B、40 wt%至50 wt%的O、0.01 wt%至0.1 wt%的K、0.1 wt%至0.5 wt%的Na以及0.1 wt%至1 wt%的Fe。

在一些實施例中，廢棄耐火材包括：20 wt%至30 wt%的Mg、20 wt%至30 wt%的Ca、1 wt%至5 wt%的Si、3 wt%至4 wt%的Al、35 wt%至45 wt%的O、0.1 wt%至1 wt%的B、0.01 wt%至1 wt%的Na、0.01 wt%至1 wt%的K以及0.5 wt%至1 wt%的Fe。

在一些實施例中，廢玻璃包括：45 wt%至55 wt%的O、20 wt%至30 wt%的Si、1 wt%至5 wt%的B、0.1 wt%至1 wt%的Fe、1 wt%至5 wt%的Al、0.1 wt%至1 wt%的K、0.1 wt%至1 wt%的Mg、5 wt%至10 wt%的Na以及5 wt%至10 wt%的Ca。

在一些實施例中，鹼激發劑包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鈣、碳酸鈉、矽酸鈉或上述之組合，而發泡劑包括硼酸、碳酸氫鈉(NaHNO ₃)、過硼酸鈉(NaBO ₃)、硼砂、碳化矽(SiC)或上述之組合。

在一些實施例中，原料與鹼激發劑的重量比為100:1至100:10，且原料與發泡劑的重量比為100:10至100:20。

在一些實施例中，還原碴係冶金工業的副產物，而廢棄耐火材係廢棄的高溫工業設備。

本揭露一實施例提供之多孔材料的形成方法，包括：混合原料、鹼激發劑與發泡劑以得混合物。原料包括40 wt%至45 wt%的還原碴、10 wt%至15 wt%的廢棄耐火材與40 wt%至45 wt%的廢玻璃。在一些實施例中，還原碴係冶金工業的副產物，而廢棄耐火材係廢棄的高溫工業設備。

在一些實施例中，還原碴包括：1 wt%至10 wt%的Mg、30 wt%至45 wt%的Ca、5 wt%至20 wt%的Si、1 wt%至5 wt%的Al、0.5 wt%至1.5 wt%的B、40 wt%至50 wt%的O、0.01 wt%至0.1 wt%的K、0.1 wt%至0.5 wt%的Na以及0.1 wt%至1 wt%的Fe。由上述組成可知，還原碴含有大量的鈣。

在一些實施例中，還原碴可包括例如為2 wt%、3 wt%、5 wt%、8 wt%的Mg，但不限於此。還原碴可包括例如為32 wt%、35 wt%、38 wt%、40 wt%、42 wt%的Ca，但不限於此。還原碴可包括例如為7 wt%、10 wt%、12 wt%、15 wt%、18 wt%的Si，但不限於此。還原碴可包括例如為1.2 wt%、2 wt%、3 wt%、4.5 wt%的Al，但不限於此。還原碴可包括例如為0.75 wt%、1.0 wt%、1.25 wt%、1.45 wt%的B，但不限於此。還原碴可包括例如為42 wt%、43 wt%、45 wt%、48 wt%的O，但不限於此。還原碴可包括例如為0.02 wt%、0.05 wt%、0.075 wt%的K，但不限於此。還原碴可包括例如為0.15 wt%、0.2 wt%、0.3 wt%、0.45 wt%的Na，但不限於此。還原碴可包括例如為0.2 wt%、0.3 wt%、0.5 wt%、0.75 wt%、0.8 wt%的Fe，但不限於此。

在一些實施例中，廢棄耐火材包括：20 wt%至30 wt%的Mg、20 wt%至30 wt%的Ca、1 wt%至5 wt%的Si、3 wt%至4 wt%的Al、35 wt%至45 wt%的O、0.1 wt%至1 wt%的B、0.01 wt%至1 wt%的Na、0.01 wt%至1 wt%的K以及0.5 wt%至1 wt%的Fe。由上述組成可知，廢棄耐火材含有大量的鈣與鎂。

在一些實施例中，廢棄耐火材可包括例如為22 wt%、25 wt%、27 wt%、29 wt%的Mg，但不限於此。廢棄耐火材可包括例如為22.5 wt%、25 wt%、27.5 wt%、29 wt%的Ca，但不限於此。廢棄耐火材可包括例如為1.5 wt%、1.75 wt%、2 wt%、3 wt%、4.5 wt%的Si，但不限於此。廢棄耐火材可包括例如為3.2 wt%、3.5 wt%、3.75 wt%、3.9 wt%的Al，但不限於此。廢棄耐火材可包括例如為37.5 wt%、40 wt%、42.5 wt%、44 wt%的O，但不限於此。廢棄耐火材可包括例如為0.15 wt%、0.25 wt%、0.5 wt%、0.75 wt%的B，但不限於此。廢棄耐火材可包括例如為0.05 wt%、0.1 wt%、0.5 wt%、0.75 wt%的Na，但不限於此。廢棄耐火材可包括例如為0.05 wt%、0.1 wt%、0.5 wt%、0.75 wt%的K，但不限於此。廢棄耐火材可包括例如為0.6 wt%、0.75 wt%、0.9 wt%的Fe，但不限於此。

在一些實施例中，廢玻璃包括：45 wt%至55 wt%的O、20 wt%至30 wt%的Si、1 wt%至5 wt%的B、0.1 wt%至1 wt%的Fe、1 wt%至5 wt%的Al、0.1 wt%至1 wt%的K、0.1 wt%至1 wt%的Mg、5 wt%至10 wt%的Na以及5 wt%至10 wt%的Ca。由上述組成可知，廢玻璃含有大量的矽。

在一些實施例中，廢玻璃可包括例如為47.5 wt%、50 wt%、52.5 wt%、54 wt%的O，但不限於此。廢玻璃可包括例如為22.5 wt%、25 wt%、27.5 wt%的Si，但不限於此。廢玻璃可包括例如為1.25 wt%、1.5 wt%、2.5 wt%、3.75 wt%、4.5 wt%的B，但不限於此。廢玻璃可包括例如為0.25 wt%、0.5 wt%、0.75 wt%的Fe，但不限於此。廢玻璃可包括例如為1.25 wt%、1.75 wt%、2.5 wt%、3.75 wt%、4.5 wt%的Al，但不限於此。廢玻璃可包括例如為0.25 wt%、0.5 wt%、0.75 wt%的K，但不限於此。廢玻璃可包括例如為0.25 wt%、0.5 wt%、0.75 wt%、0.85 wt%的Mg，但不限於此。廢玻璃可包括例如為5.5 wt%、7.5 wt%、8.5 wt%、9.5 wt%的Na，但不限於此。廢玻璃可包括例如為5.5 wt%、7.5 wt%、8.5 wt%、9.5 wt%的Ca，但不限於此。

接著將混合物灌模以形成坯體，再鍛燒坯體以形成多孔材料。其中煅燒的溫度為600˚C至800˚C，例如可為650˚C、675˚C、700˚C、750˚C等，但不限於此。煅燒的時間為1小時至4小時，例如可為1.5小時、2小時、2.5小時、3小時、3.5小時等，但不限於此。若鍛燒的溫度過低或鍛燒時間過短，則產生的產物的密度過高(無法輕量化)且抗壓強度不足。若鍛燒的溫度過高或鍛燒時間過長，則產生的產物的吸水率過高且抗壓強度不足。

在一些實施例中，原料與鹼激發劑的重量比為100:1至100:10，例如可為100:2、100:3、100:5、100:7、100:8.5等，但不限於此。原料與發泡劑的重量比為100:5至100:20，例如可為100:5.5、100:7.5、100:10、100:12.5、100:15、100:17.5等，但不限於此。若鹼激發劑的用量過低，則無法使原料產生無機聚合反應而產生蜂巢狀的孔洞結構。若鹼激發劑的用量過高，則會有白化現象，形成過多的重碳酸鈉而可能降低抗壓強度。若發泡劑的用量過低，則產生的產物的密度過高(無法輕量化)且抗壓強度不足。若發泡劑的用量過高，則產生的產物的吸水率過高且抗壓強度不足。

在一些實施例中，上述方法所形成的多孔材料包括：3 wt%至4.2 wt%的Mg、14 wt%至18 wt%的Ca、12 wt%至15 wt%的Si、0.8 wt%至1.5 wt%的Al、0.1 wt%至0.3 wt%的K、0.4 wt%至2 wt%的Fe、7 wt%至8.5 wt%的Na、4.8 wt%至7.6 wt%的B以及48 wt%至52 wt%的O。

在一些實施例中，上述多孔材料可包括例如為3.1 wt%、3.25 wt%、3.75 wt%、4.0 wt%、4.15 wt%的Mg，但不限於此。上述多孔材料可包括例如為14.5 wt%、15 wt%、15.5 wt%、16.5 wt%、17 wt%、17.5 wt%、17.75 wt%的Ca，但不限於此。上述多孔材料可包括例如為12.5 wt%、13 wt%、13.5 wt%、14 wt%、14.5 wt%的Si，但不限於此。上述多孔材料可包括例如為0.85 wt%、1.0 wt%、1.15 wt%、1.3 wt%、1.45 wt%的Al，但不限於此。上述多孔材料可包括例如為0.15 wt%、0.2 wt%、0.25 wt%、0.28 wt%的K，但不限於此。上述多孔材料可包括例如為0.45 wt%、0.5 wt%、1.0 wt%、1.25 wt%、1.5 wt%、1.75 wt%的Fe，但不限於此。上述多孔材料可包括例如為7.25 wt%、7.5 wt%、7.75 wt%、8.0 wt%、8.25 wt%的Na，但不限於此。上述多孔材料可包括例如為5.0 wt%、5.5 wt%、6.0 wt%、6.5 wt%、7.0 wt%、7.5 wt%的B，但不限於此。上述多孔材料可包括例如為48.5 wt%、49.0 wt%、49.5 wt%、50.0 wt%、51.5 wt%的O，但不限於此。若Mg/Ca的含量過低，則無法作為降低燒結熔點助溶劑。若Mg/Ca的含量過高，則形成過多的氫氧化鎂/氫氧化鈣的膨脹物。若Si/Al/Na的含量過低，則無法有效溶出矽鋁離子。若Si/Al/Na的含量過高，則過量的矽鋁離子無法有效產生電荷平衡架狀結構。

於上述多孔材料中，若Mg、Ca的含量過低，將不足作為降低燒結熔點的助熔劑。而若Mg、Ca的含量過高，則可預期將形成過多氫氧化鎂、氫氧化鈣的膨脹物。又，於上述多孔材料中，若Si、Al、Na的含量過低，將無法有效形成穩定的架狀結構。而若Si、Al、Na的含量過高，則不易產生電荷平衡的架狀結構。

在一些實施例中，多孔材料具有Na ₂MgSiO ₄、Na ₂Si(Si ₂O ₇)、CaMgSi ₂O ₆、MgO、CaSiO ₃或上述之組合的晶相。這些晶相有助於改善多孔材料的抗壓強度。

在一些實施例中，多孔材料具有蜂巢狀結構，其孔隙率為13%至25%，且孔洞尺寸為5微米至450微米，例如可為5微米至10微米、10微米至15微米、15微米至25微米、25微米至150微米、20微米至100微米、50微米至200微米、150微米至450微米、或240微米至450微米，但不限於此。若多孔材料的孔隙率過低，則無法達到材料輕量化的效果。若多孔材料的孔隙率過高，則吸水率偏大，會造成結構強度下降。若多孔材料的孔洞尺寸過小，則不具有隔熱及耐火性質。若多孔材料的孔洞尺寸過大，則結構強度不足及難以加工。

在一些實施例中，多孔材料的抗壓強度為200 kgf/cm ²至400 kgf/cm ²，例如可為210 kgf/cm ²、250 kgf/cm ²、275 kgf/cm ²、300 kgf/cm ²、350 kgf/cm ²、375 kgf/cm ²等，但不限於此。多孔材料的密度為1.5 g/cm ³至1.65 g/cm ³，例如可為1.52 g/cm ³、1.55 g/cm ³、1.58 g/cm ³、1.6 g/cm ³、1.62 g/cm ³等，但不限於此。多孔材料的吸水率為5%至20%，例如可為7.5%、8%、9.5%、10%、12.5%、15%、17.5%等，但不限於此。若多孔材料的抗壓強度不足，則無法取代砂石於建材上的應用。若多孔材料的密度過小，則強度不足及難以加工。若多孔材料的密度過大，則無法達到輕量化的效果。

在一些實施例中，多孔材料的熱傳導係數為0.4 W/ m．k至0.8 W/m．k，例如可為0.5 W/ m．k、0.6 W/ m．k、0.7 W/ m．k等，但不限於此。且多孔材料對1000°C至1200˚C (例如1100˚C)的火焰具有防火性與絕熱性。若多孔材料的熱傳導係數過大則無絕熱效果。

上述蜂巢狀的多孔材料可作為輕質骨材以用於建築業，其可大幅節省建築成本並解決還原碴、廢棄耐火材與廢玻璃的處理問題。

為讓本揭露之上述內容和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出實施例，作詳細說明如下： [實施例]

在以下實施例中，還原碴包括45.61 wt%的O、0.94 wt%的B、0.18 wt%的Fe、1.08 wt%的Al、10.91 wt%的Si、0.01 wt%的K、0.16 wt%的Na、38.51 wt%的Ca、與2.59 wt%的Mg。廢棄耐火材包括43.92 wt%的O、0.51 wt%的B、0.73 wt%的Fe、3.66 wt%的Al、3.17 wt%的Si、0.04 wt%的K、0.04 wt%的Na、25.67 wt%的Ca、與22.28 wt%的Mg。廢玻璃包括51.09 wt%的O、1.32 wt%的B、0.24 wt%的Fe、1.18 wt%的Al、28.79 wt%的Si、0.53 wt%的K、8.88 wt%的Na、7.11 wt%的Ca、與0.82 wt%的Mg。上述還原碴、廢棄耐火材、廢玻璃、與下述實施例及比較例的產物的元素比例，其量測方法為X光螢光光譜儀(XRF)。實施例與比較例的產物的密度的量測方法為ASTM C373，吸水率的量測方法為ASTM C12，抗壓強度的量測方法為CNS1010，孔隙率的量測方法為ASTM C29，孔洞尺寸的量測方法為藉由SEM顯微結構量測孔洞大小，熱傳導性的量測方法為ASTM C109，且耐火性的量測方法為CNS14705-1。

實施例1 取270 g的還原碴、90 g的廢棄耐火材與258 g的廢玻璃作為原料。配置210 mL的4M之 NaOH溶液(含36 g的NaOH)作為鹼激發劑。混合原料與鹼激發劑，接著添加80 g的硼酸(約13%)作為發泡劑並攪拌均勻。灌模後以3500 psi加壓成型後陰乾一天，再以60˚C的烘箱乾燥，並以600˚C進行鍛燒4小時以得多孔材料，其密度為1.62 g/cm ³，吸水率為8.88%，抗壓強度為206 kgf/cm ²，孔隙率為13.8%，孔洞尺寸為5.76微米至10微米，且熱傳導性為0.75 W/m．k。此多孔材料包括52.01 wt%的O、7.58 wt%的B、0.47 wt%的Fe、0.87 wt%的Al、13.29 wt%的Si、0.19 wt%的K、8.06 wt%的Na、14.42 wt%的Ca、與3.07 wt%的Mg。由XRD分析可知，多孔材料具有CaMgSi ₂O ₆、MgO、與CaSiO ₃的晶相。

實施例2 取270 g的還原碴、90 g的廢棄耐火材、與258 g的廢玻璃作為原料。配置210 mL的4M之 NaOH溶液(含36 g的NaOH)作為鹼激發劑。混合原料與鹼激發劑，接著添加80 g的硼酸(約13%)作為發泡劑並攪拌均勻。灌模後以3500 psi加壓成型後陰乾一天，再以60˚C的烘箱乾燥，並以650˚C進行鍛燒4小時以得多孔材料，其密度為1.6 g/cm ³，吸水率為7.45%，抗壓強度為272 kgf/cm ²，孔隙率為16.1%，孔洞尺寸為16.36微米至22.73微米，且熱傳導性為0.68 W/m．k。此多孔材料包括50.39 wt%的O、4.98 wt%的B、0.51 wt%的Fe、1.09 wt%的Al、14.69 wt%的Si、0.22 wt%的K、7.53 wt%的Na、16.58 wt%的Ca、與3.95 wt%的Mg。由XRD分析可知，多孔材料具有Na ₂MgSiO ₄、Na ₂Si(Si ₂O ₇)、CaMgSi ₂O ₆、MgO、與CaSiO ₃的晶相。

實施例3 取270 g的還原碴、90 g的廢棄耐火材、與258 g的廢玻璃作為原料。配置210 mL的4M之 NaOH溶液(含36 g的NaOH)作為鹼激發劑。混合原料與鹼激發劑，接著添加80 g的硼酸(約13%)作為發泡劑並攪拌均勻。灌模後以3500 psi加壓成型後陰乾一天，再以60˚C的烘箱乾燥，並以700˚C進行鍛燒4小時以得多孔材料，其密度為1.5 g/cm ³，吸水率為9.75%，抗壓強度為370 kgf/cm ²，孔隙率為19.3%，孔洞尺寸為163微米至439微米，且熱傳導性為0.51 W/m．k。此多孔材料包括49.62 wt%的O、5.30 wt%的B、0.49 wt%的Fe、1.13 wt%的Al、13.69 wt%的Si、0.23 wt%的K、7.67 wt%的Na、17.69 wt%的Ca、與4.14 wt%的Mg。由XRD分析可知，多孔材料具有Na ₂MgSiO ₄、Na ₂Si(Si ₂O ₇)、CaMgSi ₂O ₆、MgO、與CaSiO ₃的晶相。

實施例4 取270 g的還原碴、90 g的廢棄耐火材、與258 g的廢玻璃作為原料。配置210 mL的4M之 NaOH溶液(含36 g的NaOH)作為鹼激發劑。混合原料與鹼激發劑，接著添加80 g的硼酸(約13%)作為發泡劑並攪拌均勻。灌模後以3500 psi加壓成型後陰乾一天，再以60˚C的烘箱乾燥，並以800˚C進行鍛燒4小時以得多孔材料，其密度為1.59 g/cm ³，吸水率為17.21%，抗壓強度為217 kgf/cm ²，孔隙率為23.3%，孔洞尺寸為249微米至436.36微米，且熱傳導性為0.47 W/m．k。此多孔材料包括51.07 wt%的O、5.54 wt%的B、1.66 wt%的Fe、0.92 wt%的Al、12.53 wt%的Si、0.17 wt%的K、7.75 wt%的Na、17.05 wt%的Ca、與3.27 wt%的Mg。由XRD分析可知，多孔材料具有Na ₂Si(Si ₂O ₇)、CaMgSi ₂O ₆、與CaSiO ₃的晶相。

比較例1 取270 g的還原碴、90 g的廢棄耐火材、與258 g的廢玻璃作為原料。配置210 mL的4M之 NaOH溶液(含36 g的NaOH)作為鹼激發劑。混合原料與鹼激發劑並攪拌均勻。灌模後以3500 psi加壓成型後陰乾一天，再以60˚C的烘箱乾燥，並以600˚C進行鍛燒4小時以得無孔材料，其密度為1.86 g/cm ³，吸水率為20.07%，且抗壓強度為43 kgf/cm ²。由比較例1可知，缺乏發泡劑的無孔材料密度過高且抗壓強度過低。

比較例2 取270 g的還原碴、90 g的廢棄耐火材、與258 g的廢玻璃作為原料。配置210 mL的4M之 NaOH溶液(含36 g的NaOH)作為鹼激發劑。混合原料與鹼激發劑，接著添加18.5 g的硼酸(約3%)作為發泡劑並攪拌均勻。灌模後以3500 psi加壓成型後陰乾一天，再以60˚C的烘箱乾燥，並以600˚C進行鍛燒4小時以得多孔材料，其密度為1.82 g/cm ³，吸水率為19.96%，且抗壓強度為68 kgf/cm ²。由比較例2可知，發泡劑用量過低的多孔材料密度過高且抗壓強度過低。

比較例3 取270 g的還原碴、90 g的廢棄耐火材、與258 g的廢玻璃作為原料。配置210 mL的4M之 NaOH溶液(含36 g的NaOH)作為鹼激發劑。混合原料與鹼激發劑，接著添加43.3 g的硼酸(約7%)作為發泡劑並攪拌均勻。灌模後以3500 psi加壓成型後陰乾一天，再以60˚C的烘箱乾燥，並以600˚C進行鍛燒4小時以得多孔材料，其密度為1.68 g/cm ³，吸水率為17.22%，且抗壓強度為85 kgf/cm ²。由比較例3可知，發泡劑用量過低的多孔材料密度過高且抗壓強度過低。

比較例4 取270 g的還原碴、90 g的廢棄耐火材、與258 g的廢玻璃作為原料。配置210 mL的4M之 NaOH溶液(含36 g的NaOH)作為鹼激發劑。混合原料與鹼激發劑，接著添加123.6 g的硼酸(約20%)作為發泡劑並攪拌均勻。灌模後以3500 psi加壓成型後陰乾一天，再以60˚C的烘箱乾燥，並以600˚C進行鍛燒4小時以得多孔材料，其密度為1.49 g/cm ³，吸水率為28.33%，且抗壓強度為123 kgf/cm ²。由比較例4可知，發泡劑用量過高的多孔材料密度過低且抗壓強度過低。

比較例5 取270 g的還原碴、90 g的廢棄耐火材、與258 g的廢玻璃作為原料。配置210 mL的4M之 NaOH溶液(含36 g的NaOH)作為鹼激發劑。混合原料與鹼激發劑，接著添加80 g的硼酸(約13%)作為發泡劑並攪拌均勻。灌模後以3500 psi加壓成型後陰乾一天，再以60˚C的烘箱乾燥，並放置於室溫下7天以得材料，其密度為1.81 g/cm ³，吸水率為15.11%，抗壓強度為49 kgf/cm ²，且熱傳導性為1.14 W/m．k，此材料並無明顯孔洞生成。此無明顯孔洞的材料(以下以無孔材料稱之)包括53.79 wt%的O、3.14 wt%的B、0.29 wt%的Fe、0.95 wt%的Al、16.7 wt%的Si、0.21 wt%的K、6.50 wt%的Na、16.17 wt%的Ca、與2.13 wt%的Mg。由XRD分析可知，無孔材料具有SiO ₂、MgO、與CaSiO ₃的晶相。由比較例5可知，未鍛燒的產物如無孔材料的密度偏高且抗壓強度偏低。

防火性與絕熱性測試分別以1100˚C的火焰噴燒上述實施例3及比較例5的無孔材料30分鐘，實施例3的多孔材料的溫度為158˚C且外觀變化不大，而比較例5的無孔材料的溫度為262˚C且外觀有明顯灼燒痕跡。由上述可知，實施例3的多孔材料對1100°C的火焰具有防火性與絕熱性。

比較例6 取270 g的還原碴、90 g的廢棄耐火材、與258 g的廢玻璃作為原料。配置210 mL的4M之 NaOH溶液(含36 g的NaOH)作為鹼激發劑。混合原料與鹼激發劑，接著添加80 g的硼酸(約13%)作為發泡劑並攪拌均勻。灌模後以3500 psi加壓成型後陰乾一天，再以60˚C的烘箱乾燥，並以500˚C進行鍛燒4小時以得多孔材料，其密度為1.76 g/cm ³，吸水率為14.88%，抗壓強度為115 kgf/cm ²，孔隙率為12.5%，孔洞尺寸為2.31微米至5.01微米，且熱傳導性為1.089 W/m．k。此多孔材料包括50.32 wt%的O、4.52 wt%的B、0.36 wt%的Fe、0.91 wt%的Al、16.81 wt%的Si、0.22 wt%的K、6.66 wt%的Na、17.72 wt%的Ca、與2.44 wt%的Mg。由XRD分析可知，多孔材料具有CaMgSi ₂O ₆、MgO、與CaSiO ₃的晶相。由比較例6可知，鍛燒溫度過低的產物的密度偏高且抗壓強度偏低。

比較例7 取270 g的還原碴、90 g的廢棄耐火材、與258 g的廢玻璃作為原料。配置210 mL的4M之 NaOH溶液(含36 g的NaOH)作為鹼激發劑。混合原料與鹼激發劑，接著添加80 g的硼酸(約13%)作為發泡劑並攪拌均勻。灌模後以3500 psi加壓成型後陰乾一天，再以60˚C的烘箱乾燥，並以900˚C進行鍛燒4小時以得多孔材料，其密度為1.58 g/cm ³，吸水率為27.88%，抗壓強度為109 kgf/cm ²，孔隙率為26.8%，孔洞尺寸為248.48微米至724.24微米，且熱傳導性為0.42 W/m．k。此多孔材料包括47.65 wt%的O、4.07 wt%的B、5.35 wt%的Fe、1.60 wt%的Al、13.44 wt%的Si、0.18 wt%的K、6.09 wt%的Na、17.87 wt%的Ca、與3.70 wt%的Mg。由XRD分析可知，多孔材料具有Na ₂Si(Si ₂O ₇)、CaMgSi ₂O ₆、與CaSiO ₃的晶相。由比較例7可知，鍛燒溫度過高的產物的吸水率偏高且抗壓強度偏低。

雖然本揭露已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

無。

Claims

一種多孔材料，包括： 3 wt%至4.2 wt%的Mg； 14 wt%至18 wt%的Ca； 12 wt%至15 wt%的Si； 0.8 wt%至1.5 wt%的Al； 0.1 wt%至0.3 wt%的K； 0.4 wt%至2 wt%的Fe； 7 wt%至8.5 wt%的Na； 4.8 wt%至7.6 wt%的B；以及 48 wt%至52 wt%的O。
如請求項1所述之多孔材料，其中該多孔材料具有Na ₂MgSiO ₄、Na ₂Si(Si ₂O ₇)、CaMgSi ₂O ₆、MgO、CaSiO ₃或上述之組合的晶相。
如請求項1所述之多孔材料，其中該多孔材料具有蜂巢狀結構，其孔隙率為13%至25%，且孔洞尺寸為5微米至450微米。
如請求項1所述之多孔材料，其中該多孔材料的抗壓強度為200 kgf/cm ²至400 kgf/cm ²，密度為1.5 g/cm ³至1.65 g/cm ³，且吸水率為5%至20%。
如請求項1所述之多孔材料，其中該多孔材料的熱傳導係數為0.4 W/ m．k至0.8 W/m．k，且該多孔材料對1000˚C至1200˚C的火焰具有防火性與絕熱性。
一種多孔材料的形成方法，包括：混合一原料、一鹼激發劑與一發泡劑以得一混合物，其中該原料包括40 wt%至45 wt%的還原碴、10 wt%至15 wt%的廢棄耐火材與40 wt%至45 wt%的廢玻璃；將該混合物灌模以形成一坯體；以及鍛燒該坯體以形成請求項1之多孔材料，其中煅燒的溫度為600˚C至800˚C，且時間為1小時至4小時。
如請求項6所述之多孔材料的形成方法，其中該還原碴包括： 1 wt%至10 wt%的Mg； 30 wt%至45 wt%的Ca； 5 wt%至20 wt%的Si； 1 wt%至5 wt%的Al； 0.5 wt%至1.5 wt%的B； 40 wt%至50 wt%的O； 0.01 wt%至0.1 wt%的K； 0.1 wt%至0.5 wt%的Na；以及 0.1 wt%至1 wt%的Fe。
如請求項6所述之多孔材料的形成方法，其中該廢棄耐火材包括： 20 wt%至30 wt%的Mg； 20 wt%至30 wt%的Ca； 1 wt%至5 wt%的Si； 3 wt%至4 wt%的Al； 35 wt%至45 wt%的O； 0.1 wt%至1 wt%的B； 0.01 wt%至1 wt%的Na； 0.01 wt%至1 wt%的K；以及 0.5 wt%至1 wt%的Fe。
如請求項6所述之多孔材料的形成方法，其中該廢玻璃包括： 45 wt%至55 wt%的O； 20 wt%至30 wt%的Si； 1 wt%至5 wt%的B； 0.1 wt%至1 wt%的Fe； 1 wt%至5 wt%的Al； 0.1 wt%至1 wt%的K； 0.1 wt%至1 wt%的Mg； 5 wt%至10 wt%的Na；以及 5 wt%至10 wt%的Ca。
如請求項6所述之多孔材料的形成方法，其中該鹼激發劑包括氫氧化鈉、氫氧化鉀、氧化鈣、碳酸鈉、矽酸鈉或上述之組合，而該發泡劑包括硼酸、碳酸氫鈉(NaHNO ₃)、過硼酸鈉(NaBO ₃)、硼砂、碳化矽(SiC)或上述之組合。
如請求項6所述之多孔材料的形成方法，其中該原料與該鹼激發劑的重量比為100:1至100:10，且該原料與該發泡劑的重量比為100:10至100:20。
如請求項6所述之多孔材料的形成方法，其中該還原碴係冶金工業的副產物，而該廢棄耐火材係廢棄的高溫工業設備。