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1、 2009/05/23用花崗岩及玻璃回收 製造功能性人造石材之研究用花崗岩及玻璃回收 製造功能性人造石材之研究目目第一章 前言第一章 前言 第二章 文獻回顧第二章 文獻回顧 第三章 實驗設計與研究方法第三章 實驗設計與研究方法 第四章 結果與討第四章 結果與討 第五章 效分析第五章 效分析 第章 總結與建議第章 總結與建議 考文獻考文獻1.石材礦產在億萬縕育的地球資源中，大肆開 鑿破壞，卻僅取一瓢，實有違背永續發展的 與世代公平的原則。前言前言2. 天然石材的抗菌、自潔及夜光迄今尚無結。 如果加上隔熱、吸音、負子、遠紅外線應用 將完美。(建材展用塑膠概)3. 本研究以實務應用產品為研究導向。申
2、請獲准 “薄板抗菌自潔加勁石板材及其製法 “自潔改質石材及其製法 “夜光石材及其製法 “遠紅外線及負子的改質石材及其製法 等四項中華民國的發明專 。前言前言98世貿國際建材展98世貿國際建材展前言前言 研究動機研究動機 珍惜資源，石材加工下腳與玻璃廢棄物 資源再用。 改善資源化途徑，朝向高附加價值的產品 應用開發。 研究目的研究目的 將石材下腳與玻璃等回收，添加蓄光 材、光觸媒陶瓷等功能性材，資源化 製造功能性人造石材之可性研究 。 分析功能性複合人造石材的成效與經濟效 ，是否具有競爭。? 由於材與配比的多樣性，本研究依據工程穩定 設計採用田口方法以實驗的手段決定設計， 探討石材與玻璃回收，做
3、成人造石材的應用。 ? 研究方法以田口式實驗設計法之直交配方式， 設計其控制因子之製程之變動水準 。依實驗 結果預估最佳化組合之S/N比及抗壓強、夜光輝 等性能。 ? 用SEM、XRD、抗壓實驗機等儀器作材結 構檢測、晶相檢測與性能測試。 ? 最後以影響品質特性因子配置變動之水準，用 統計方法，驗證實驗之交互影響及控制因子之顯 著程，比較最佳化組合驗證實驗結果研究方法研究方法影響骨材摻 黏著劑色硬化劑粗骨材中骨材細骨材陶瓷粉夜光粉抗壓強彎曲強蓄光輝單位重抗污功能表面 光澤撥水 接觸角設計對功能性影響設計對功能性影響2 21 1337 7=4374組=4374組研究架構流程研究架構流程研究架構流
4、程研究架構流程震油壓機震動馬達模具真空泵機台底座Power clinder(a)人造石材成型機與模具(b)人造石材試樣人造石材成型機人造石材成型機真空震動夯實機結構圖真空震動夯實機結構圖黏著劑硬化性質的影響同比硬化劑膠化對時間的變化項目名稱添加比率與膠化時間促進劑(%)0.30.50.50.71.01.3硬化劑(%)0.51.01.01.52.02.5膠化時間(min)252020161412第四章 結果與討論第四章 結果與討論(a)含膠5%微觀(x400)(b)含膠10%微觀(x400)(c)含膠15%微觀(x400)(d)含膠20%外觀(x400)(e)含膠25%微觀(x400)(f) 外
5、觀樹脂添加足，材顆 外表無法形成包裹的黏 膜，最後形成大小一的 許多氣孔，這也可能是強 急劇衰減的原因孔的分佈明顯的 減少許多含膠適無氣孔 產生，顆與顆 之間緊密接著，形 成緻密堆積結構， 強也達到最高。顆相互之間被樹脂 等黏著劑分，無法 產生緻密堆積，抗壓 強下尤其顯著太多的膠體存在於顆 之間，距已完全 分開，但樹脂具有彈 性，在抗折強方面， 低較小同含膠的微觀分析同含膠的微觀分析材(g)試樣51(wt%)試樣52(wt%)試樣53(wt%)試樣54(wt%)粗骨材105035%90030%75025%60020%細骨材90030%99033%105035%110037%填充55018%60
6、020%70023%80026%樹脂50016%50016%50016%50016%抗壓強 (kg/cm)1247129612841280在試樣53及54粗骨材分別為25%及20%，其強皆 有下的趨勢，分別為1284及1280kg/cm，但差 大，顯示可能是由於增加細與填充，比表 面積增多，在固定的含膠之下，無法形成顆外 完整的膠膜包裹所致。推人造石材的配比，在 徑分佈達到顆緻密堆積的前題下，減少粗骨材對 強的影響大，粗骨材原應超過30%為宜。粗骨材對緻密配比的影響粗骨材對緻密配比的影響9組資迴歸之R2值均大於0.99以上，顯示這9 組資具有高相關性，因此，後續的檢測僅需檢測1組 資，而用每次
7、檢測9組資。200.00100.0010.0010.00九宮格的檢測檢定九宮格的檢測檢定水準回應值激光時間玻璃徑蓄光材 含蓄光材 徑激光強 168.1068.7360.2267.7767.51268.4067.8567.6568.9667.56368.8967.4471.8468.5968.73468.1569.5173.8368.2169.73最佳資源化 條件A3B4C4D2E4A3B4C4D2E4=激光時間20min/玻璃徑4.7mm/蓄光材含 20%/蓄光1mm/激光強1500Lux。夜光餘輝初始S/N比的回應值夜光餘輝初始S/N比的回應值經過10時餘輝強皆超過1mcd/m。經過10hr
8、餘輝曲線圖經過10hr餘輝曲線圖600min? 研究中發現蓄光材添加與發光初始及餘 輝持續時間有最密關，蓄光材添加比 10%以上，持續時間可超過8 hr，而蓄光材添 加比20%時，發光時間可以長達19 hr，初始輝 接近6000 mcd/m。蓄光研究結果蓄光研究結果? 再生夜光複合石材激發光源與時間的影響 較小。研究顯示具有表面照1000 Lux以及10 分鐘的照射時間，即可以達到蓄光充足的飽和 點。初始照在10min之後影響僅20%，60min 以後僅5%。? 為達8小時的發光，蓄光材要15%以上為適宜， 蓄光材與玻璃的愈粗愈好。經過XRD分析2角之主波峰出 現於26，另於36、48及55
9、皆有次波峰出現，比照文獻的 XRD分析2角圖譜如下圖所示 相當一致，因此可以確定焙燒再 結晶其光觸媒結構並無改變。米光觸媒摻XRD晶相之研究米光觸媒摻XRD晶相之研究90 100 110 120 130 140 150 160 5 (a)0.5%二氧化鈦SEM微觀 (x70000)(b) 1.0%二氧化鈦SEM微觀( x70000)(c)1.5%二氧化鈦SEM微觀 (x10000)(d)2.0%二氧化鈦SEM微觀 (x10000)光觸媒多孔陶瓷電子顯微鏡微觀分析其徑約介約 50nm至100nm 之間。濃為 0.5%其分佈較 為稀散。濃為1.0%其 分佈則已經呈 現重疊現象。濃為1.5%二 氧化
10、鈦微分佈， 在放大至1萬倍 時則可密密麻 麻的多層堆疊。濃為2.0%二 氧化鈦微分佈， 可多層堆疊， 完全看到空隙。米光觸媒摻SEM微觀之研究米光觸媒摻SEM微觀之研究光觸媒為表面效應的反應作用，濃度超過1.0wt%可能由於奈米顆粒相互 重疊而失去比較更明顯了去除效果，而濃度低於1.0wt%可能二氧化鈦奈 米粒子無法佈滿多孔特殊陶瓷而使去除率效果降低。這在電子顯微鏡的 微觀分析中，再提高浸漬二氧化鈦的濃度，只能造成二氧化鈦的堆積， 並無顯著提升去除率的結論一致。多孔特殊陶瓷光觸媒氣體去除率(光觸媒濃度) 多孔特殊陶瓷光觸媒氣體去除率(光觸媒濃度) (a)未添加(b)添加米石材接觸角圖圖4.3-
11、4 石材表面的接觸角石材表面的接觸角多孔陶瓷添加(%)接觸角()51015202530第一次105117129135131133第二次102119132132129134第三次106120131131134136平均值104119131133131134添加量與接觸角影響添加量與接觸角影響光澤度試驗光澤度試驗十八個不同位置之光澤度平均而得，大致上 厚光澤度與骨材大小有關，而與摻料及其他 三個因子較無關連；最大光澤度為90.43 mm， 最小光澤度為89.83 mm，平均光澤度為 90.05 mm。耐候試驗中反覆乾濕循環試 驗，以紫外線 (300-700nm) 照射，週期性降雨，每 120min
12、噴灑18min，分 100hrs及600hrs兩階段施。 耐候試驗後去除亞甲藍色度 趨勢圖。性能差異不大。進行乾、濕環 境反覆循環6次、12次及 24次的加速老化試驗後， 去除亞甲藍色度趨勢， 性能變化不大。自潔耐久性實驗自潔耐久性實驗菌株培養TNTC (Too Numerous to Count)菌株分離TNTC (Too Numerous to Count)菌株再稀釋培養獨立菌株計數抑菌實驗測試抑菌實驗測試22%黴菌的學名是真菌，屬於微生物的一種，通常 在濕度70-90、溫度在20以上這樣高溫高濕的 環境下，黴菌很快就會孳生，黴菌對食物、住宅、 建築等造成的損害，不但影響美觀，也不衛生，人
13、 體更可能因此感染疾病或導致過敏。 大腸桿菌經計算後的抗菌活性值為 1.74，金黃色 葡萄球菌經計算後的抗菌活性值為 1.39，參考抑 菌值與抑菌率的對照表，結果顯示對抑菌率皆大 於90%。抗菌實驗測試結果抗菌實驗測試結果1.資源化生產工廠設計生產量為2000m/天， 十年期間總計可處理石材下腳料量為24 萬公噸。 2.營業收入為724,500,000元/年。資源化下 腳料處理費每年收入為3,220,000元/年， 年收入合計為727,720,000元。效益分析(1/2)效益分析(1/2)項目複單層加工壓成石板材加工方式複層設計單層加工成本595.2(元/m2)769.7(元/m2)材骨材與原
14、製備59.391.2樹脂157.1204.5摻51.4172.3材成本合計材成本合計267.8468.0直接與間接人工105.886.0電48.233.8模具47.367.5工具與磨102.290.5耗材6.86.8備品與潤4.54.5其它耗材(蒸汽、水)9.09.0廢棄物處3.63.6人造石材製造成本分析人造石材製造成本分析1. 本研究最佳的壓實壓力為150 kg/cm，相反的超過骨材顆粒破 壞的壓力，將會壓碎顆粒造成結 構裂隙而降低強度。2. 為了製造沒有氣孔的高性能人造 石材，材料於混合攪拌製程中， 所含的空氣必須利用真空泵抽除， 達到50 mmHg以下才能避免氣 孔的存在。結論(一)結
15、論(一)3. 研究顯示緻密結構良好的再生營建石材，對於吸水 率可以降低至0.02 %，對於防止石材病變應有不 錯的成效。光澤度可以達到99 %。4. 在較適的操作條件，震動頻率為2000 Hz，真空度 50 mmHg，壓實壓150 kg/ cm，合理配比可以生 產較緻密的結構。5. 耐久性與耐候性以亞甲藍去除率分析經過加速老化 與耐候試驗後，功能性並無顯著的差異，足見功能 性人造石材，具有長期的穩定性能。結論(二)結論(二)結論(三)結論(三)6. 人造石材的抗菌功能性，經計算後的抗菌活性值 為 1.39，參考抑菌值與抑菌率的對照表，結果顯 示抑菌率大於90 %具有抑菌效果。7. 資源化生產工廠設計生產量為2000 m/天，每年 最的生產量為46,000 m/年。十年期間總計可處 理石材下腳料量為24萬公噸。 8. 以表面3 mm添加功能性摻料的複層設計，節省 直接成本達23.7 %，更具有資源化成為高單價的 人造石材的可行性。建議(一)建議(一)1. 回收材料的種類繁多且性質變異頗大，應建立 回收料特性與來源資料庫，以利後續之資源化 與再利用，另外，探討替代材料的供應來源， 亦有利後續的長期穩定製程生產。 2. 鋪裝營建石材具有各式各樣的
