專利名稱：無機(jī)人造合成石材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于人造石材領(lǐng)域，具體涉及無機(jī)人造合成石材及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前市場上裝飾裝修用的人造合成石材主要包括人造石和石英石兩類，人造石一般以主要成分為碳酸鈣質(zhì)礦物的天然石材或石粉為集料；而石英石以石英砂或石英粉為集料。人造石和石英石均以不飽和聚脂樹脂為膠結(jié)劑，因此又稱為樹脂型人造石材或有機(jī)人造石材，具有重量輕、厚度薄、強(qiáng)度高、加工性能好、光澤度高、顏色均勻、多花色圖案、裝飾性好等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于廚衛(wèi)、墻面、地面等室內(nèi)裝飾工程中。然而，樹脂型人造石材在生產(chǎn)過程中存在有刺激性氣味、有毒等問題，在使用過程中存在耐高溫性能差、耐堿耐鹽腐蝕性能差、耐老化性能差、易產(chǎn)生體積變形等問題，在常溫正常使用情況下其使用年限為5 10年，不能用于溫度偏高的灶臺(tái)，防火等級(jí)要求高的公共場所，紫外線照射、冷熱交替的室外環(huán)境等。無機(jī)人造合成石材可有效地改善樹脂型人造石材的上述缺點(diǎn)，傳統(tǒng)的無機(jī)人造合成石材主要指水泥型人造合成石材如水磨石，但是由其裝飾效果較差，很難滿足裝飾設(shè)計(jì)的要求，已基本被市場淘汰。因此，開發(fā)新型的無機(jī)人造合成石材，既能有效地改善樹脂型人造石材的缺點(diǎn)，又具有優(yōu)異的裝飾效果，將具有廣泛的應(yīng)用前景。土壤聚合物是由堿激發(fā)鋁硅酸鹽反應(yīng)生成的無機(jī)膠結(jié)材料，可用作無機(jī)人造合成石材的膠結(jié)劑，具有原材料來源廣泛、低碳環(huán)保、無毒無污染、成本低廉、硬化體強(qiáng)度高、耐酸堿鹽腐蝕能力強(qiáng)、耐候性能和耐久性能優(yōu)異、耐高溫性能好的優(yōu)點(diǎn)。但這類膠結(jié)劑應(yīng)用于無機(jī)人造合成石材時(shí)在使用過程中會(huì)出現(xiàn)泛白泛堿現(xiàn)象，嚴(yán)重影響裝飾效果和使用性，而且抗污性能也較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種生產(chǎn)過程無毒環(huán)保、成本較低、 使用性能優(yōu)異，裝飾效果好的無機(jī)人造合成石材及其制備方法。本發(fā)明針對(duì)以土壤聚合物作為無機(jī)膠結(jié)劑制備的人造合成石材在使用過程中出現(xiàn)的泛白泛堿現(xiàn)象和抗污性能較差的問題，采用優(yōu)化裝飾性集料、石材顆粒、石粉、偏高嶺土粉的級(jí)配，形成連續(xù)粒級(jí)的緊密堆積；采用提高壓制成型時(shí)的壓力，以提高石材的密實(shí)度；采用加溫養(yǎng)護(hù)提高早期反應(yīng)程度；并在表面涂敷防護(hù)劑等技術(shù)措施來加以解決。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案。一種無機(jī)人造合成石材，以天然大理石材及石粉為集料，或者以石英砂及石英粉為集料，再利用硅酸堿溶液激發(fā)偏高嶺土生成土壤聚合物作為無機(jī)膠結(jié)劑制備。本發(fā)明所述無機(jī)人造合成石材包含以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的各組分 偏高嶺土6 12%，
硅酸堿溶液9 15%，
4天然石材集料裝飾性集料調(diào)凝劑
45 70%, 15 30%, 0 0· 6%, 0 0· 6%, 0 0· 2%ο
無機(jī)顏料纖維或纖維網(wǎng)本發(fā)明所述天然石材集料有兩種，其中第一種是以不同粒級(jí)連續(xù)級(jí)配的天然大理石顆粒及粉體為主，可加入方解石、石灰石或白云石中的一種或兩種以上的顆粒及粉體組成的集料；第二種是以不同粒級(jí)連續(xù)級(jí)配的石英砂及石英粉為主，可加入花崗巖顆粒及粉體組成的集料。本發(fā)明所述裝飾性集料為玻璃顆粒、琥珀顆粒、貝殼碎片、鏡片或馬賽克中的一種或兩種以上。本發(fā)明所述硅酸堿溶液為硅酸鈉溶液或硅酸鉀溶液；所述硅酸堿溶液的模數(shù)為 1. 0 2. 0 ；所述硅酸堿溶液中氧化硅與氧化鈉或氧化鉀的質(zhì)量濃度之和為30 45%。本發(fā)明所述調(diào)凝劑為硼砂、氧化鋅、硫酸鋅或氯化鋇中的一種或兩種以上；所述纖維或纖維網(wǎng)為丙綸纖維、腈綸纖維、聚丙烯纖維或尼綸纖維中的一種。本發(fā)明還提供一種無機(jī)人造合成石材的制備方法，包括以下步驟
首先將調(diào)凝劑和無機(jī)顏料溶解在硅酸堿溶液中制成混合漿液，然后將偏高嶺土粉體、 第一種天然石材集料、裝飾性集料和纖維混合并攪拌均勻得到混合干物料；將上述混合漿液加入混合干物料中，加蓋密封后開始抽真空至-0. 085 -0. IOOMPa,并在真空下攪拌 10^20分鐘，將物料均勻卸至模具中，在密封狀態(tài)下抽真空至-0. 090 -0. lOOMPa，在真空下振動(dòng)壓制3 6分鐘，成型得到人造大理石荒料；再將帶有模具的荒料室溫自然養(yǎng)護(hù)1 3天，然后在密封條件下于100 150°C養(yǎng)護(hù)2 6小時(shí)；再經(jīng)過脫模、拉鋸切割、打磨拋光、 表面防護(hù)，制得無機(jī)人造大理石板材；
或者首先將調(diào)凝劑和無機(jī)顏料溶解在硅酸堿溶液中制成混合漿液，然后將偏高嶺土粉體和第二種天然石材集料混合并攪拌均勻，再將裝飾性集料均勻覆蓋在其上得到混合干物料；然后將混合漿液均勻潑灑在混合干物料層表面，加蓋密封并攪拌3飛分鐘后在模板中布料，在密封狀態(tài)下抽真空至-0. 090 -0. lOOMPa，在真空下振動(dòng)壓制3 6分鐘，成型得到人造石英石板材胚體；室溫自然養(yǎng)護(hù)1 2天，然后在密封條件下于100 150°C養(yǎng)護(hù)2、 小時(shí)，打開密封后靜置廣2天；再經(jīng)過打磨拋光、表面防護(hù)，制得無機(jī)人造石英石板材。本發(fā)明所述布料的過程為將物料卸到自動(dòng)行走布料機(jī)內(nèi)，在布料機(jī)的底部鋪設(shè)好紙板，在紙板上放置模板，將物料均勻布在模板中，再在料層的上表面蓋上紙板和壓邊； 有需要時(shí)在料層離底部三分之一高度的地方布一層纖維網(wǎng)。本發(fā)明所述偏高嶺土粉體的制備過程如下將工業(yè)高嶺土于700 850°C動(dòng)態(tài)下煅燒15 45分鐘，制得具有堿激發(fā)反應(yīng)活性的偏高嶺土，經(jīng)粉磨加工得到偏高嶺土粉體； 所述偏高嶺土粉體的激光粒度分析D9tl為3 10 μ m,活性Al2O3質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2(Γ35% ；所述活性Al2O3質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的定義為具有反應(yīng)活性的Al2O3含量占偏高嶺土質(zhì)量的百分比。本發(fā)明所述表面防護(hù)是指石材拋光后，經(jīng)自然風(fēng)干，在板材正反側(cè)六面均勻涂覆硅烷類防護(hù)劑后，對(duì)正表面進(jìn)行拋光；或在板材正反側(cè)六面均勻噴涂液態(tài)硅烷類防護(hù)劑。本發(fā)明的無機(jī)人造合成石材的干燥壓縮強(qiáng)度大于80MPa，干燥彎曲強(qiáng)度可達(dá)l(Tl5MPa ；體積密度不小于2. 2g/cm3,吸水率不大于2. 0%，拋光后鏡向光澤度大于70。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)本發(fā)明以硅酸堿溶液激發(fā)偏高嶺土反應(yīng)生成土壤聚合物作為無機(jī)膠結(jié)劑，擴(kuò)展了用作人造石材膠結(jié)劑的原料資源；
(2)本發(fā)明的制備方法中使用的無機(jī)膠結(jié)劑成本較低，在生產(chǎn)過程中無毒無害，綠色環(huán)保；制備的無機(jī)人造合成石材性能優(yōu)異，裝飾效果好；
(3 )本發(fā)明的無機(jī)人造合成石材具有良好的耐酸堿鹽腐蝕及耐高溫性能，體積變形小， 耐久性優(yōu)異；
(4 )本發(fā)明的無機(jī)人造合成石材在使用過程中的泛白泛堿情況較弱，抗污性較強(qiáng)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不限于此。實(shí)施例1
將工業(yè)高嶺土在工業(yè)回轉(zhuǎn)爐中于850°C下煅燒15分鐘，粉磨加工得到偏高嶺土粉體 (D9。=8. 32 μ m，活性指數(shù) 30%)；
將0. 3%硼砂調(diào)凝劑和0. 2%鐵紅無機(jī)顏料加入9%硅酸鈉溶液(模數(shù)1. 0,質(zhì)量濃度 30%)、中攪拌均勻得到混合漿液；
將6%偏高嶺土粉體、70%大理石顆粒及粉體、15%馬賽克及貝殼碎片的混合裝飾性集料和0. 2%聚丙烯纖維混合均勻制成混合干物料；
將上述混合漿液加入混合干物料中，加蓋密封后開始抽真空至-0. lOOMPa，并在真空下攪拌10分鐘；將物料均勻卸至模具中，在密封狀態(tài)下抽真空至-0. 090MPa,在真空下振動(dòng)壓制6分鐘，成型得到人造大理石荒料；
將帶有模具的荒料室溫自然養(yǎng)護(hù)3天，然后在密封條件下于150°C養(yǎng)護(hù)2小時(shí)；再經(jīng)過脫模、拉鋸切割、打磨拋光、表面涂覆硅烷防護(hù)劑，制得無機(jī)人造大理石板材。經(jīng)測試，所制得的無機(jī)人造大理石板材的干燥壓縮強(qiáng)度為83. 8MPa，彎曲強(qiáng)度為 10. 6MPa ；體積密度為2. 21g/cm3,吸水率為2. 0%，拋光后鏡向光澤度為70。實(shí)施例2
將工業(yè)高嶺土在工業(yè)回轉(zhuǎn)爐中于750°C下煅燒35分鐘，粉磨加工得到偏高嶺土粉體 (D9。=3. 28 μ m，活性指數(shù) 20%)；
將0. 6%鉻黃無機(jī)顏料加入10%硅酸鈉溶液(模數(shù)1. 6，質(zhì)量濃度40%)中攪拌均勻制成混合漿液；
將8%偏高嶺土粉體、6 石灰石和方解石的混合顆粒及粉體、20%玻璃和琥珀顆粒的混合裝飾性集料混合均勻制成混合干物料；
將上述混合漿液加入混合干物料中，加蓋密封后開始抽真空至-0. 085MPa，并在真空下攪拌20分鐘；將物料均勻卸至模具中，在密封狀態(tài)下抽真空至-0. lOOMPa，在真空下振動(dòng)壓制3分鐘，成型得到人造大理石荒料；
將帶有模具的人造大理石荒料養(yǎng)護(hù)1天，然后在密封條件下于100°C養(yǎng)護(hù)6小時(shí)；再經(jīng)過脫模、拉鋸切割、打磨拋光、表面噴涂液態(tài)硅烷防護(hù)劑，制得無機(jī)人造大理石板材。
經(jīng)測試，所制得的無機(jī)人造大理石板材的干燥壓縮強(qiáng)度為104. 6MPa，彎曲強(qiáng)度為 12. 5MPa ；體積密度為2. 32g/cm3，吸水率為1. 9%，拋光后鏡向光澤度為80。實(shí)施例3
將工業(yè)高嶺土在工業(yè)回轉(zhuǎn)爐中于700°C下煅燒45分鐘，粉磨加工得到偏高嶺土粉體 (D9。=9. 56 μ m，活性指數(shù) 26%)；
將0. 3%氧化鋅和0. 3%氯化鋇調(diào)凝劑加入15%硅酸鉀溶液(模數(shù)1. 4，質(zhì)量濃度38%)， 中攪拌均勻制成混合漿液；
將1 偏高嶺土粉體、45%石英砂及石英粉和花崗巖的混合集料攪拌均勻，將28%玻璃顆粒和鏡片的混合裝飾性集料均勻覆蓋在其上得到混合干物料；
在混合干物料層表面均勻潑灑混合漿液，加蓋密封后攪拌3分鐘，布料，在密封狀態(tài)下抽真空至-0. lOOMPa，在真空下振動(dòng)壓制3分鐘，成型得到人造石英石板材胚體；
將人造石英石板材胚體室溫自然養(yǎng)護(hù)1天，然后在密封條件下于100°C養(yǎng)護(hù)4小時(shí)，而后靜置2天，打磨拋光，在表面涂覆硅烷防護(hù)劑，制得無機(jī)人造石英石板材。經(jīng)測試，所制得的無機(jī)人造石英石板材的干燥壓縮強(qiáng)度為92. 3MPa，彎曲強(qiáng)度為 11. 6MPa ；體積密度為2. 26g/cm3,吸水率為2. 0%，拋光后鏡向光澤度為80。實(shí)施例4
將工業(yè)高嶺土在工業(yè)回轉(zhuǎn)爐中于800°C下煅燒30分鐘，粉磨加工得到偏高嶺土粉體 (D9。=5. 67 μ m，活性指數(shù) 28%)；
將0. 4%硫酸鋅調(diào)凝劑和0. 4%銅綠無機(jī)顏料加入1 硅酸鈉溶液(模數(shù)1. 2，質(zhì)量濃度 35%)中攪拌均勻制成混合漿液；
將10%偏高嶺土粉體、53%石英砂及石英粉攪拌混合均勻，將25%玻璃顆粒和馬賽克的混合裝飾性集料均勻覆蓋在其上得到混合干物料；
在混合干物料層表面均勻潑灑混合漿液，加蓋密封后攪拌5分鐘，布料并在料層離底部三分之一高度的地方布一層尼綸纖維網(wǎng)，在密封狀態(tài)下抽真空至-0. 095MPa，在真空下振動(dòng)壓制5分鐘，成型得到人造石英石板材胚體；
將人造石英石板材胚體室溫自然養(yǎng)護(hù)2天，然后在密封條件下于120°C養(yǎng)護(hù)3小時(shí)，而后靜置1天，打磨拋光，在表面噴涂液態(tài)硅烷防護(hù)劑，制得無機(jī)人造石英石板材。經(jīng)測試，所制得的無機(jī)人造石英石板材的干燥壓縮強(qiáng)度為110. OMPa，彎曲強(qiáng)度為 14. 8MPa ；體積密度為2. 35g/cm3，吸水率為1. 75%，拋光后鏡向光澤度為85。實(shí)施例5
將工業(yè)高嶺土在工業(yè)回轉(zhuǎn)爐中于800°C下煅燒25分鐘，粉磨加工得到偏高嶺土粉體 (D9。=7. 23 μ m，活性指數(shù) 35%)；
將0. 2%氯化鋇調(diào)凝劑和0. 5%鐵紅無機(jī)顏料加入11%硅酸鉀溶液(模數(shù)2. 0，質(zhì)量濃度 45%)中攪拌均勻制成混合漿液；
將9%偏高嶺土粉體、50%石英砂及石英粉攪拌混合均勻，將30%貝殼碎片和粗石英顆粒的混合裝飾性集料均勻覆蓋在其上得到混合干物料層；
在混合干物料層表面均勻潑灑混合漿液，加蓋密封后攪拌4分鐘，布料并在料層離底部三分之一高度的地方布一層腈綸纖維網(wǎng)，在密封狀態(tài)下抽真空至-0. 090MPa，在真空下振動(dòng)壓制6分鐘，成型得到人造石英石板材胚體；將人造石英石板材胚體室溫自然養(yǎng)護(hù)2天，然后在密封條件下于150°C養(yǎng)護(hù)2小時(shí)，而后靜置2天，打磨拋光，在表面噴涂液態(tài)硅烷防護(hù)劑，制得無機(jī)人造石英石板材。
經(jīng)測試，所制得的無機(jī)人造石英石板材的干燥壓縮強(qiáng)度為98. 5MPa，彎曲強(qiáng)度為 13. OMPa ；體積密度為2. 34g/cm3,吸水率為1. 8%，拋光后鏡向光澤度為75。
權(quán)利要求
1.一種無機(jī)人造合成石材，其特征在于，所述無機(jī)人造合成石材是以天然大理石材及石粉為集料，或者以石英砂及石英粉為集料，再利用硅酸堿溶液激發(fā)偏高嶺土生成土壤聚合物作為無機(jī)膠結(jié)劑制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無機(jī)人造合成石材，其特征在于，所述無機(jī)人造合成石材包含以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的各組分偏高嶺土6 12%，硅酸堿溶液9 15%，天然石材集料45 70%，裝飾性集料15 30%，調(diào)凝劑(Γ0.6%，無機(jī)顏料(Γ0. 6%，纖維或纖維網(wǎng)(Γ0. 2%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無機(jī)人造合成石材，其特征在于，所述天然石材集料有兩種， 其中第一種是以不同粒級(jí)連續(xù)級(jí)配的天然大理石顆粒及粉體為主，可加入方解石、石灰石或白云石中的一種或兩種以上的顆粒及粉體組成的集料；第二種是以不同粒級(jí)連續(xù)級(jí)配的石英砂及石英粉為主，可加入花崗巖顆粒及粉體組成的集料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無機(jī)人造合成石材，其特征在于，所述裝飾性集料為玻璃顆粒、琥珀顆粒、貝殼碎片、鏡片或馬賽克中的一種或兩種以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無機(jī)人造合成石材，其特征在于，所述硅酸堿溶液為硅酸鈉溶液或硅酸鉀溶液；所述硅酸堿溶液的模數(shù)為1. 0 2. 0 ；所述硅酸堿溶液中氧化硅與氧化鈉或氧化鉀的質(zhì)量濃度之和為30 45%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無機(jī)人造合成石材，其特征在于，所述調(diào)凝劑為硼砂、氧化鋅、硫酸鋅或氯化鋇中的一種或兩種以上；所述纖維或纖維網(wǎng)為丙綸纖維、腈綸纖維、聚丙烯纖維或尼綸纖維。
7.權(quán)利要求廣6之一所述的無機(jī)人造合成石材的制備方法，其特征在于，包括以下步驟首先將調(diào)凝劑和無機(jī)顏料溶解在硅酸堿溶液中制成混合漿液，然后將偏高嶺土粉體、 第一種天然石材集料、裝飾性集料和纖維混合并攪拌均勻得到混合干物料；將上述混合漿液加入混合干物料中，加蓋密封后開始抽真空至-0. 085 -0. IOOMPa,并在真空下攪拌 10^20分鐘，將物料均勻卸至模具中，在密封狀態(tài)下抽真空至-0. 090 -0. lOOMPa，在真空下振動(dòng)壓制3 6分鐘，成型得到人造大理石荒料；再將帶有模具的荒料室溫自然養(yǎng)護(hù)1 3天，然后在密封條件下于100 150°C養(yǎng)護(hù)2 6小時(shí)；再經(jīng)過脫模、拉鋸切割、打磨拋光、 表面防護(hù)，制得無機(jī)人造大理石板材；或者首先將調(diào)凝劑和無機(jī)顏料溶解在硅酸堿溶液中制成混合漿液，然后將偏高嶺土粉體和第二種天然石材集料混合并攪拌均勻，再將裝飾性集料均勻覆蓋在其上得到混合干物料；然后將混合漿液均勻潑灑在混合干物料層表面，加蓋密封并攪拌3飛分鐘后在模板中布料，在密封狀態(tài)下抽真空至-0. 090 -0. lOOMPa，在真空下振動(dòng)壓制3 6分鐘，成型得到人造石英石板材胚體；室溫自然養(yǎng)護(hù)1 2天，然后在密封條件下于100 150°C養(yǎng)護(hù)2、 小時(shí)，打開密封后靜置廣2天；再經(jīng)過打磨拋光、表面防護(hù)，制得無機(jī)人造石英石板材。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無機(jī)人造合成石材制備方法，其特征在于，所述布料的過程為將物料卸到自動(dòng)行走布料機(jī)內(nèi)，在布料機(jī)的底部鋪設(shè)好紙板，在紙板上放置模板，將物料均勻布在模板中，再在料層的上表面蓋上紙板和壓邊；有需要時(shí)在料層離底部三分之一高度的地方布一層纖維網(wǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無機(jī)人造合成石材制備方法，其特征在于，所述偏高嶺土粉體的制備過程如下將工業(yè)高嶺土于700 850°C動(dòng)態(tài)下煅燒15 45分鐘，制得具有堿激發(fā)反應(yīng)活性的偏高嶺土，經(jīng)粉磨加工得到偏高嶺土粉體；所述偏高嶺土粉體的激光粒度分析D90為3 10 μ m,活性Al2O3質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20 35%。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無機(jī)人造合成石材制備方法，其特征在于，所述表面防護(hù)是指石材拋光后，經(jīng)自然風(fēng)干，在板材正反側(cè)六面均勻涂覆硅烷類防護(hù)劑后，對(duì)正表面進(jìn)行拋光；或在板材正反側(cè)六面均勻噴涂液態(tài)硅烷類防護(hù)劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了無機(jī)人造合成石材及其制備方法。本發(fā)明的人造合成石材以硅酸堿溶液激發(fā)偏高嶺土反應(yīng)生成土壤聚合物作為無機(jī)膠結(jié)劑，主要含有偏高嶺土、硅酸堿溶液、天然石材集料，裝飾性集料、調(diào)凝劑、無機(jī)顏料和纖維；其制備方法為首先將調(diào)凝劑、無機(jī)顏料溶解在硅酸堿溶液中制成混合漿液，將偏高嶺土、天然石材集料、裝飾性集料、纖維與混合漿液攪拌均勻后，經(jīng)入?；虿剂稀⒄婵障抡駝?dòng)并壓制成型、養(yǎng)護(hù)、切割、打磨拋光、表面防護(hù)，制得人造合成石材。本發(fā)明的人造合成石材不僅具有與樹脂型人造石材媲美的裝飾性，而且無毒環(huán)保、成本低廉；耐受大多數(shù)酸堿鹽腐蝕，耐高溫，耐久性能優(yōu)異；明顯地防止了長期使用下的泛白泛堿現(xiàn)象，抗污染能力也較強(qiáng)。
文檔編號(hào)B28B1/087GK102557571SQ201210005418
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者葉門康, 文梓蕓, 晏錦, 殷素紅 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)