具有分区的结构的玻璃粒料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及建筑材料。更具体地，本公开涉及源于细小玻璃颗粒的粒料，该细小玻 璃颗粒包括至少内部区和外部区。
【背景技术】
[0002] 针对节能目的，屋顶和其他外表面反射太阳能近来已变得更为可取。被吸收的太 阳能增加了建筑物中的能源成本。此外，在人口密集地区，诸如大都市地区，太阳能的吸收 升高了环境空气温度。太阳能的主要吸收器是建筑物屋顶。大都市地区的环境空气温度比 包围的乡村地区的环境空气温度更温暖至少10T并不少见。这个现象常常被称作城市热 岛效应。反射太阳能而非吸收太阳能的措施可降低建筑物内的冷却成本，从而降低能源成 本。此外，减少太阳能吸收的措施可通过帮助降低环境空气温度来提高人口密集地区的生 活质量。
[0003] 太阳能反射可通过使用金属的或金属涂覆的屋顶材料来实现。然而，因为金属的 或金属涂覆的屋顶材料的热发射率低，故而由于此类材料限制辐射热流动，所以此类材料 在节约能源和降低成本方面并不产生显著收益。
[0004] 另外可通过使用白色或浅色屋顶而实现太阳能的反射。然而，由于美观原因，白色 或浅色倾斜屋顶在市场上并不被接受。相反，优选较暗的屋顶。然而，就它们的实质而言， 较暗的屋顶通过着色的或非白色屋顶材料吸收更高程度的太阳能并且反射更少。
[0005] 不平坦或倾斜的屋顶常常使用涂覆有附着到木瓦外表面的着色的粒料的木瓦。此 类木瓦通常由具有嵌入沥青中的粒料的沥青基料制成。针对美观原因和用于保护木瓦下面 的基料两者，使用屋顶粒料。此类粒料的实质在木瓦上创建了显著的表面粗糙度。由于辐 射以多散射方式散射，太阳辐射从而遭遇降低的反射率，该多散射方式在与放置在平滑表 面上的相同涂料进行比较时，导致增大的吸收率。
【发明内容】
[0006] 本公开提供包括粒料的建筑材料，该粒料具有内部区和至少部分地包围内部区的 外部区。内部区和外部区各自占屋顶粒料的总体积的大于10%并且粒料包括大于20体 积％的玻璃。在各种示例性实施例中，粒料包括大于50体积％的玻璃，外部区包括大于50 体积％的玻璃，和/或内部区包括大于50体积％的玻璃。在一些示例性实施例中，外部区 占粒料的总体积的介于20%和70%之间，且内部区占粒料的总体积的介于20%和70%之 间。
[0007] 在示例性实施例中，其中内部区和外部区在选自硬度、孔隙度和密度的属性方面 不同。在各种示例性实施例中，外部区具有介于2%和15%之间的平均孔内容积，外部区的 孔的平均面积百分比在2%和15%之间，内部区的孔的平均面积百分比小于3%，和/或内 部区的孔的平均面积百分比为外部区的孔的平均面积百分比的小于90%。
[0008] 本公开还提供包括大于50体积％的玻璃的粒料，该粒料具有内部区和包围内部 区的外部区，内部区和外部区各自占屋顶粒料的总体积的大于10%。外部区具有介于2% 和20%之间的孔内容积并且该孔内容积大于内部区的孔内容积。
[0009] 本公开还提供用于制备建筑材料的方法，该方法包括将细玻璃粉设置在成形装置 中、形成细玻璃粉的生坯以及在明焰窑中热处理生坯以使得玻璃粉至少部分压实。经焙烧 的玻璃粉包括具有内部区和外部区的粒料，该内部区和外部区至少在一个属性方面不同。 在示例性实施例中，外部区具有比内部区更大的孔隙度。
[0010] 尽管本发明公开了多个实施例，但通过示出和描述本发明的示例性实施例的下述 详细描述，本发明的其他实施例对于本领域的技术人员将变得显而易见。因此，附图和详细 描述应当视为实际上示例性的而非限制性的。
【附图说明】
[0011] 图1示出根据本公开的示例性屋顶粒料。
[0012] 图2示出根据本公开的包括涂料的示例性屋顶粒料。
[0013] 图3示出根据本公开的包括多个屋顶粒料的示例性屋顶材料产品。
[0014] 图4A-图4E为示出根据本公开的实施例形成的示例屋顶粒料的孔隙度的扫描电 镜图像。
[0015] 图5示出包括内部区和外部区的根据本公开的示例性粒料的剖面图。
[0016] 图6示出包括芯区、内部区、中间区、外部区和外表区的根据本公开的示例性粒料 的剖面图。
[0017] 图7至图9为示出根据本公开的实施例形成的示例粒料的孔隙度的扫描电镜图 像。
[0018] 图10为比较例13的粒料的扫描电镜图像。
[0019] 图11为示出根据本公开的实施例形成的示例粒料的孔隙度的扫描电镜图像。
[0020] 虽然本发明可修改为各种修改形式和替代形式，但具体实施例已以举例的方式在 附图中示出并且在下文中作详细描述。然而，目的并不是将本发明局限于描述的特定实施 例。相反，本发明旨在涵盖由所附权利要求书限定的本发明范围内的所有修改形式、等同形 式、和替代形式。
【具体实施方式】
[0021] 除非另外指明，否则本文所用的所有科学术语和技术术语具有本领域中常用的含 义。本文提供的定义有利于理解本文中频繁使用的某些术语，且并不意味着限制本公开的 范围。
[0022] 术语"未着色的"，诸如参考粒料或屋顶粒料，可基本上为未设计来在太阳光谱可 见区中具有具体吸收率的白色粒料，如用于创建白色之外的所需颜色外观。
[0023] 术语"低太阳吸收率"可以是指主要反射或透射大部分的总太阳光谱的材料。因 此，此类材料应当主要反射或透射可见光谱或近IR光谱中的大部分。在实施例中，官能量 的低太阳吸收率材料（诸如基岩或涂覆的基岩的一层粒料，或一薄层颗粒涂层材料）应当 吸收小于50%、优选小于30%、且优选小于20%的总太阳光谱。
[0024] 太阳不透明材料为具有总光谱低透射率的一种材料。当材料为太阳不透明且具有 低太阳吸收率两者时，它具有太阳光谱的高总反射率。优选地，官能量的太阳不透明材料 (诸如一层基岩或涂覆的基岩的粒料，或一薄层颗粒涂层材料）应当透射小于60%、更优选 小于40%、且甚至更优选小于30%的总太阳光谱。
[0025] 除非另外指明，否则本说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、量和物理属性 的所有数值均应该理解为在所有情况下均是由术语"约"来修饰的。因此，除非有相反的说 明，否则在上述说明书和所附权利要求中列出的数值参数均为近似值，根据本领域的技术 人员利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需属性，这些近似值可以变化。
[0026] 以端点表述的数值范围包括归入该范围内的所有数值（例如1至5包括1、1. 5、2、 2. 75、3、3. 80、4和5)以及该范围内的任何范围。
[0027] 除非本文内容另外清楚指明，否则如本说明书和所附权利要求中使用，单数形式 "一个"和"所述"涵盖了具有多个指代物的实施例。除非本文内容另外清楚指明，否则如本 说明书以及附加的权利要求中所使用，术语"或"总体上以包括"和/或"的意思使用。
[0028] 本公开整体涉及源于细小玻璃颗粒的粒料。颗粒可包括受控的孔隙度和/或颜 料。由于孔的漫反射率和玻璃的低太阳吸收率，因此粒料可用作高的总太阳能反射率（TSR) 白色或未着色的粒料。玻璃颗粒充分地烧结、熔凝或聚结以提供所需强度和充分地受限制 的开放孔隙度。此外，粒料可包含足够的另外的闭合孔隙度和颜料以提供高反射率和紫外 线（UV)阻挡属性。在一些实施例中，粒料特征结构允许具有最高至或甚至大于70%的总太 阳能反射率（例如，25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、 85%或90%)的屋顶材料，并且具有中等至低的成本。或者，本发明的粒料可用作用于粒料 的基岩并且涂覆有高TSR涂料。在一些实施例中，细小玻璃颗粒可用作涂料，如本文更详细 地描述。本公开的粒料对多种屋顶材料具有适用性，诸如木瓦、卷材屋顶材料、顶盖板、石材 涂覆的瓦，以及其他非屋顶材料表面，诸如墙壁、道路、人行道和混凝土。
[0029] 较高性能白色粒料可用于商业沥青屋顶。允许屋顶具有至少70%的总太阳光谱的 初始TSR值的粒料可满足新型建筑能量评级需求，从而导致屋顶材料产品价值大增。因为 可存在来自粒料后处理的损耗和沥青表面的不完全覆盖，所以粒料自身优选具有极其高的 反射率。粒料量杯反射率需求可为高达