Основной материал для изготовления изделий стекловидного и стеклокристаллического типа, способ получения основного материала и способ изготовления изделий - RU2281924C2

Описание

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к области материалов, используемых в строительстве, главным образом, в области керамических материалов и, в частности, материалов стекловидного или стеклокристаллического типа, основные гранулы которых используют для получения таких материалов, и к способам получения таких гранул и материалов.

Предпосылки создания изобретения

В настоящее время известны прессованные элементы со стекловидным покрытием, называемые "стекловидной мозаикой", которые получают прессованием исходных сухих плавких материалов. Указанные исходные материалы представляют повторно используемое стекло или фритты, размолотые в сухом состоянии, у которых при изготовлении изделий размером больше 10×10 см с помощью процесса прессования и последующего плавления возникают проблемы, обусловленные тем, что прессование материалов сухого помола (измельчения) не сопровождается хорошим наполнением пресс-формы. Происходит нарушение ортогональности изделий. С другой стороны, поскольку обрабатываемые материалы не обладают пластичностью, изделия, при удалении из пресс-формы для последующего отжига, имеют очень низкую механическую прочность, приводящую к разлому (сколам) на краях и углах в тех случаях, когда получают форматы больше 3х3 см, 4х4 см и т.д.

В других способах, описанных в уровне техники, для получения конечного слоистого изделия используют природный камень, как, например, в случае патентной заявки WO-A-9100402, в которой описан способ получения слоистого плиточного изделия, который включает использование природного камня в виде листа с большим количеством керамических подложек, которые сцепляются с природным камнем с помощью клейкого слоя. Получающееся слоистое изделие имеет одну поверхность из природного камня, а другую поверхность из керамической подложки, и его можно нарезать в форме плиток.

С другой стороны, в заявке на Европейский патент ЕР-А-0305193 описан способ изготовления ячеистых стеклянных плиток, покрытых пленками. Указанный способ включает формование материала, состоящего, по существу, из остекловывающегося минерала и пенообразователя в блоке, например плитке, покрытие блока слоем материала, который стеклует минерал, нагревание покрытого блока при температуре плавления слоя покрытия и затем нагревание до температуры размягчения стеклуемого минерала.

В свою очередь, в патенте США №4818731 поставлена задача получения цветных фритт, использование которых расширяет многообразие различных цветов и декоративных узоров, которые могут быть получены на искусственных камнях. В этом документе описана цветная фритта, полученная путем плавления композиции материала, содержащей: расстекловывающее вещество, краситель, который представляет собой соединение с ионами металлов, и боросиликатное стекло. В соответствии с патентом США №4818731 при получении цветных фритт ключевым этапом описанного процесса является быстрое охлаждение, которому подвергают смесь после плавления с целью предотвращения кристаллизации. Указанное переохлаждение осуществляют путем введения расплавленной смеси непосредственно в воду или же путем немедленной заливки ее в стальной сосуд. В заключение цветную фритту, полученную при переохлаждении, размалывают до частиц с диаметром от 0,5 до 5,0 мм. Эти цветные фритты образуют основной компонент, из которого получают декоративный искусственный камень. В указанном патенте также описан способ изготовления искусственного камня с использованием упомянутых цветных фритт, в котором указанные цветные фритты сами по себе или смешанные по меньшей мере с одним видом слюды, которая включает фтористую слюду, спекают так, что цветные фритты расстекловываются, а указанные цвета расстеклованных фритт становятся различимыми. Механизм, посредством которого передается цвет, заключается в том, что при смешивании стекловидного компонента с красителем и плавлении оксид металла, который составляет краситель, растворяется в расплавленном стекле и придает цвет фритте. Этот способ обеспечивает возможность изготовления искусственного камня, который имеет широкое разнообразие цветов и видов. В качестве расстекловывающего вещества используют фтористые соли, например фторид щелочного металла или щелочноземельного металла. Необязательно, можно добавлять другие, не фторированные вещества, такие как оксиды каолина, циркония, титана и соединения лития.

Следовательно, в уровне техники отсутствует подходящий материал, из которого можно изготавливать крупноформатные изделия стекловидного или стеклокристаллического типа и который также обеспечивает возможность получения большого разнообразия цветов и декоративных узоров на указанных изделиях, например получения такого же внешнего вида, как у мрамора с прожилками по всей массе, а не только на поверхности.

Объекты изобретения

Целью настоящего изобретения является обеспечение основного материала для изготовления стекловидных или стеклокристаллических изделий, которые имеют достаточную стабильность размеров для получения не подвергавшихся термообработке изделий любого формата, формы или размера, которые также имеют повышенное сопротивление истиранию, химическую стойкость и стойкость к выцветанию и которые имеют неограниченное разнообразие цветов и декоративных узоров, например, как мрамор.

Другим дополнительным объектом настоящего изобретения являются изделия различных форматов из указанного стекловидного или стеклокристаллического материала.

Еще одним объектом изобретения является способ изготовления таких изделий стекловидного или стеклокристаллического типа из указанного материала.

Наконец, еще одним объектом изобретения является применение указанного стекловидного или стеклокристаллического основного материала и изделий, полученных из них, для применения в промышленности, главным образом, в строительстве и, в частности, в качестве элементов для покрытия полов, фасадов или стен, не считая использования в качестве декоративного материала.

Описание изобретения

Настоящее изобретение относится к формуемому основному материалу для изготовления обожженных стекловидных или стеклокристаллических изделий, отличающему тем, что он представляет собой гранулированный материал с размером частиц в диаметре меньше 2000 мкм, предпочтительно меньше 1000 мкм, который содержит по меньшей мере

от 60 до 99,89% по массе первого компонента, выбранного из композиции фритты, эмалевой композиции, стекла или их смесей,

от 0,1 до 5% по массе органического связующего вещества, которое имеет температуру разложения ниже границы температуры спекания основного материала;

и тем, что указанный материал находится в виде гранул с содержанием влаги меньше 3% по массе.

Функция органического связующего вещества заключается в придании не подвергавшемуся термообработке формованному изделию пластичности и механического сопротивления, которые обеспечивают возможность формования крупноформатных изделий и обращения с ними и, кроме того, гарантируют, что изделие не разрушается при извлечении из формовочного устройства. В соответствии с изобретением является существенным, что связующее вещество имеет более низкую температуру разложения по сравнению с границей температуры спекания основного материала, так что указанный связующий материал разлагается до того, как изделие стекловидного или стеклокристаллического типа, получаемое из материала по изобретению, преобразуется во время отжига в непроницаемый продукт. Указанную границу температуры спекания определяют с помощью тепловой микроскопии. В случае, если температура разложения связующего вещества выше границы температуры спекания основного материала, то, поскольку не все связующее вещество разлагается и часть его остается в конечном отожженном материале, указанное изделие будет вздутым и деформированным.

Назначением связующего вещества является выполнение механической функции, которая поэтому заключается в связывании всей массы, в частности во время стадии механического формования изделий, и в обеспечении возможности получения изделия любого формата или размера. Указанное органическое связующее вещество выбирают из группы, которую образуют следующие семейства:

- синтетические водные дисперсии пластиков: например, сополимеры или гомополимеры винилацетата, сополимеры винила, сополимеры винилэтилена, акриловые дисперсии или акриловые производные и стироловые производные, тройные сополимеры акрила, этилена и винилацетата, тройные сополимеры акрила, этилена и винилхлорида, сополимеры винила и этиленацетата и т.д.,

- синтетические смолы,

- природные смолы: например, этерифицированные канифоли, гидрогенизированные смоляные эфиры и т.д.;

- полисахариды и модифицированные полисахариды;

- поливиниловый спирт;

- воски, полиэтиленгликоли, полипропиленгликоли и т.д.;

- силиконы и производные силиконов;

- производные целлюлозы: например, карбоксиметилцеллюлоза;

- алкиловые смолы.

Точно так же можно использовать сочетания и смеси связующих веществ из продуктов перечисленных семейств.

Связующее вещество можно добавлять в виде дисперсии, в виде раствора или даже в твердом состоянии. В предпочтительном варианте осуществления изобретения синтетическая водная дисперсия, такая как, например, водная дисперсия сополимера эфира акриловой кислоты, используется в качестве связующего вещества.

Количество связующего вещества составляет от 0,1 до 5% по массе, предпочтительно от 1 до 3% по массе. В более предпочтительном варианте осуществления количество связующего вещества составляет 2% по массе.

Существенная особенность материала по изобретению заключается в том, что он должен быть в виде гранул с содержанием влаги меньше 3%, предпочтительно 2,5% по массе.

Материал по настоящему изобретению может также содержать по меньшей мере суспендирующий агент. Указанный суспендирующий агент, сам по себе известный, может быть неорганическим, таким как каолин, бентонит, глина и т.д., или он может быть органическим, таким как производное целлюлозы, ксантановая смола, акриловые производные и т.д. Количество присутствующего суспендирующего агента может составлять от 0,01 до 20% по массе. В предпочтительном варианте осуществления изобретения указанным суспендирующим агентом является каолин. В случае, когда используется органический суспендирующий агент, его температура разложения должна быть ниже границы температуры спекания основного материала.

Материал по изобретению может содержать по меньшей мере краситель, сам по себе известный. Красители, которые можно использовать, выбирают из неорганических пигментов, которые являются смесями кальцинированных оксидов, красящих оксидов, например оксид хрома; из растворимых солей, таких как, например, органические соли неорганических оксидов; или из добавок цветных фритт. Краситель может быть добавлен в твердом виде, в виде раствора в том случае, когда он представляет собой растворимую соль, или в виде дисперсии. В предпочтительном варианте осуществления этим красителем является неорганический пигмент. Указанный краситель присутствует в количестве от 0,01 до 15% по массе. Краситель может быть покрытием гранул основного материала или же он может быть частью самой массы гранул основного материала.

Дополнительным объектом настоящего изобретения является способ получения указанного выше основного материала, включающий:

- первую стадию, на которой получают первую смесь путем смешивания по меньшей мере первого компонента, выбранного из композиции фритты, эмалевой композиции, стекла или смесей любых из них, по меньшей мере с органическим связующим веществом, выбранным из перечисленных выше связующих веществ, и осуществляют мокрый помол до получения размера частиц диаметром меньше 1000 мкм, и

- вторую стадию, на которой получают гранулированный материал с гранулами диаметром меньше 2000 мкм, предпочтительно меньше 1000 мкм, который содержит от 60 до 99,89% по массе первого компонента и от 0,1 до 5% по массе органического связующего материала, подвергая первую смесь гранулированию и сушке до содержания влаги меньше 3% по массе. Предпочтительно на первой стадии связующее вещество добавляют в виде водной дисперсии.

Для получения измельченного материала, который используют в качестве первого компонента на первой стадии способа, можно применить любое устройство, известное в данной области техники, и предпочтительно применяют шаровую мельницу с употреблением воды в количестве от 20 до 45% по массе относительно количества твердого материала. В предпочтительном варианте осуществления содержание воды составляет 35% относительно количества твердого материала. На этой стадии получают однородную смесь с подходящим гранулометрическим составом. В результате помола образуется измельченный материал, остаток которого на сите 45 мкм составляет от 0,1 до 40% по массе. Предпочтительно, остаток на сите 45 мкм составляет от 15 до 20% по массе.

В альтернативном варианте осуществления способа настоящего изобретения на первой стадии способа может быть добавлен по меньшей мере краситель и/или по меньшей мере суспендирующий агент.

Другим дополнительным объектом настоящего изобретения является способ изготовления изделий стекловидного или стеклокристаллического типа различных форматов, включающий:

- изготовление формованного материала путем загрузки основного материала, полученного по любому из пунктов 1-14, в механическое формовочное устройство;

- отжиг формованного материала.

Механическое формование можно осуществлять любым способом, известным в данной области техники, таким как прессование, экструзия и т.д. В предпочтительном варианте осуществления его делают прессованием, прикладывая давление от 350 до 600 кг/см².

Кроме того, в соответствии с вариантом осуществления изобретения основной материал подвергают предварительному формованию с образованием по меньшей мере формы, которая имеет по меньшей мере физическую характеристику, отличающуюся от указанных выше характеристик, например размер больше 2000 мкм.

Чтобы получать различные цвета, оттенки цветов и/или геометрические или затейливые узоры на поверхностном слое, но предпочтительно во всем объеме отожженных изделий, можно смешивать по меньшей мере две фракции, выбранные из

- первой фракции описанного выше основного материала,

- второй фракции описанного выше основного материала и/или

- третьей фракции описанного выше основного материала,

где первая фракция, вторая фракция и третья фракция различаются по меньшей мере первой характеристикой, выбранной из размера гранул, степени влажности, присутствия красителя, содержания красителя, присутствия суспендирующего агента, содержания суспендирующего агента, содержания связующего вещества и физических характеристик.

Следовательно, первая фракция может быть, например, нейтрального цвета, а вторая фракция может быть цветной, или первая фракция может содержать первый краситель специфического цвета, а вторая фракция содержит краситель специфического второго цвета, так что смесь фракций в формовочном устройстве после прессования и отжига дает изделие с равномерным оттенком и/или окраской, когда смесь обеих фракций равномерная и когда первая фракция и вторая фракция различаются только типом или содержанием красителя, и участки или узоры с заметно различающимися оттенками и/или цветами будут при менее однородной смеси обеих фракций, или же неравномерная окраска получается в тех случаях, когда фракции имеют различные составы (например, содержания связующего вещества, различные связующие вещества с разной связующей способностью, разную степень влажности, различные гранулометрические составы и т.д.).

Одну или обе из указанных выше фракций можно смешивать с третьей фракцией, которая, в свою очередь, имеет свойства, отличающиеся от свойств первой фракции и второй фракции, например имеет больший размер гранул по сравнению с размером гранул первой фракции и второй фракции, связующее вещество имеет большую или меньшую связующую способность, большее относительное содержание связующего вещества, другой краситель, разное содержание красителей, наличие или отсутствие, тип и/или содержание суспендирующего агента или даже третья фракция может быть подвергнута предварительному формованию, сама по себе или при сочетании других указанных выше различающихся свойств, с образованием предварительно формованных заготовок различных форм и структур, например в виде геометрических тел, регулярных или хаотичных линий, скоплений, аморфных кусочков, которые после формования остаются видимыми на отожженном изделии.

Для отжига не подвергавшиеся термообработке изделия, полученные в результате формования, можно обычным образом поместить на огнеупор или в случае использования туннельной печи (печи непрерывного действия) с сеткой на огнеупорную сетку. В том случае, когда используется огнеупор, огнеупор можно предварительно покрыть смесью обычного сцепляющего материала, например каолином.

Необязательно, также обычным образом можно произвести отделку отожженного материала путем подшлифовки, полирования изделия или снятия фаски. Стадия подшлифовки и полирования будет зависеть от конечного вида, который изделие должно иметь.

На стадии отжига печь выбирают из печей непрерывного или дискретного действия, либо муфельных или не муфельных печей. Указанный отжиг проводят в течение интервала времени от 15 до 120 мин, хотя этот интервал времени в значительной степени будет зависеть от типа используемой печи, и отжиг осуществляют при максимальной температуре, которая представляет собой температуру плавления формованного материала, обычно находящуюся в пределах от 700 до 1300°С.

С помощью способа настоящего изобретения можно получать стекловидные или стеклокристаллические изделия любых форматов и размеров. Например, можно получать большие панели, которые можно использовать непосредственно или которые для использования можно разрезать на изделия подходящего размера. Изделия, полученные из стекловидного или стеклокристаллического материала по изобретению, могут иметь вид просвечивающего или непрозрачного стекла или они могут иметь вид мрамора или природного камня и в случае, когда основной материал содержит третью фракцию описанного выше типа, они могут иметь видимые узоры, которые, например, могут имитировать прожилки природного камня, такого как, например, мрамор.

Еще одним дополнительным объектом настоящего изобретения является применение стекловидного или стеклокристаллического материала или любого материала, полученного из указанного материала, в соответствии с любым из вариантов осуществления описанного способа для получения строительных материалов и, в частности, в виде элементов для покрытия полов, фасадов или стен, или в качестве декоративного материала.

Область промышленного применения материалов, которые могут быть получены с помощью настоящего способа, очень широкая вследствие многообразия размеров, которые можно получать, а также вследствие неограниченного множества декоративных узоров и цветов.

Кроме того, благодаря материалу по настоящему изобретению обеспечивается возможность получения декоративных эффектов во время стадии механического формования, позволяющей перенести указанные декоративные узоры во всю массу, вследствие чего достигается существенное преимущество по сравнению с уровнем техники. Это преимущество заключается в сохранении внешнего вида изделия, если поверхность истирается или изделие разделено на секции. Это обеспечивает имитацию, например, внешнего вида природного камня не только на поверхности изделий, но также и на их сторонах, что особенно интересно, когда стороны изделий видимы, когда они расположены, например, на углах или когда изделие используется в качестве покрытия или "плиты".

Существенное преимущество способа настоящего изобретения по сравнению с уровнем техники заключается в том, что стадия механического формования может осуществляться без воды (сухой метод) и это является результатом добавления связующего вещества, способного связывать всю массу при очень низкой влажности.

Еще одно дополнительное преимущество заключается в том, что многообразие декоративных узоров и цветов намного шире, чем имеется, например, в природных камнях.

Другие преимущества материалов и изделий, полученных из них в соответствии с настоящим изобретением, по сравнению с такими материалами, как, например, мрамор, заключаются в том, что они имеют большее сопротивление истиранию, не говоря уже о большей стойкости к воздействию химикатов, таких как кислоты и основания, и даже большей стойкости к выцветанию.

Варианты осуществления изобретения

Настоящее изобретение будет пояснено следующими примерами.

Пример 1

Изготавливали смесь прозрачной фритты А, содержащую:

и каолин в качестве суспендирующего вещества в количественном отношении от 94,12% до 3,92%. Указанную смесь размалывали в шаровой мельнице при использовании воды в количестве 35% по отношению к количеству твердого материала. Помол продолжали до получения на сите 45 мкм остатка от 15 до 20%.

После измельчения к смеси добавляли водную дисперсию сополимера эфира акриловой кислоты в процентной концентрации 1,96% по массе.

Полученную смесь высушивали и гранулировали с получением гранул, имеющих содержание влаги от 0 до 2% по отношению к сухой основе и размеры от 0 до 1 мм.

Пример 2

Фракцию сухого гранулированного материала, полученного в соответствии с примером 1, покрывали неорганическим пигментом, в качестве которого использовали SiO₂, ZnO, V₂O₃, создающим голубой оттенок. Количество пигмента составляло от 0,01 до 1% по массе по отношению ко всей смеси.

Пример 3

Нейтральный гранулированный материал, полученный в соответствии с примером 1, и окрашенный материал из примера 2 загружали в обычное механическое формовочное устройство, конкретно в пресс, и формовали изделия форматом 60×40×1,5 см.

Не подвергавшиеся термообработке изделия помещали на огнеупор, предварительно покрытый смесью обычного сцепляющего материала, такого как каолин, и подвергали их циклическому отжигу при максимальной температуре от 1000 до 1050°С в течение 55 мин.

В заключение осуществляли стадию отделки, зависящую от требуемого конечного внешнего вида изделия, путем полирования, шлифования или снятия фаски.

Пример 4

Форму заполняли нейтральным гранулированным материалом, полученным в соответствии с примером 1, а материал, полученный в соответствии с примером 2, осаждали в указанную форму после пропускания его вдоль решетки, которая дозировала его таким образом, что отбирались нерегулярные полоски, которые будут образовывать прожилки. Таким образом, получали законченное изделие с внешним видом мрамора с прожилками.

Пример 5

Форму заполняли нейтральным гранулированным материалом, полученным в соответствии с примером 1, а материал, полученный в соответствии с примером 2, подвергали предварительному формованию, осаждали в указанную форму таким образом, что после прессования и последующего отжига получали изделие с украшением в виде геометрических фигур.

Пример 6

Форму заполняли нейтральным гранулированным материалом, полученным в соответствии с примером 1, а материал, полученный в соответствии с примером 2, осаждали в указанную форму с помощью мобильного сопла (форсунки) таким образом, что получали изделие с декорированием подобных или различных геометрических фигур.

Пример 7

Использовали способ, аналогичный способу примера 6, но в форму одновременно осаждали различные материалы таким образом, что после прессования и последующего отжига получали изделие с украшением в виде геометрических фигур.

Реферат

Настоящее изобретение раскрывает основной материал для изготовления отожженных стекловидных или стеклокристаллических изделий. Он представляет собой гранулированный материал с размерами гранул с диаметром меньше 2000 мкм и содержит по меньшей мере от 60 до 99,89% по массе первого компонента, выбранного из композиции фритты, эмалевой композиции, стекла или их смесей, от 0,1 до 5% по массе органического связующего вещества, которое имеет температуру разложения ниже границы температуры спекания основного материала; и указанный материал состоит из гранул с содержанием влаги меньше 3% по массе. Связующее вещество выбирают из группы, состоящей из синтетических водных дисперсий, природных смол, восков, полиэтиленгликолей, полипропиленгликолей, силиконов, алкиловых смол и их смесей. Раскрыты способ изготовления изделий и их применение. Технический результат изобретения - возможность получения крупноформатных изделий с большим разнообразием цветов и декоративных узоров. 5 н. и 26 з.п. ф-лы.

Формула