CN101434754A - 厚固体表面层合制品及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种具有3cm或更大厚度的固体表面产品，其实质上没有弯曲，具有均一的表面外观，并大体上没有残存气泡或孔隙。该固体表面物质包括重量百分比为约25至95wt％的聚合物树脂和0到约70wt％填料。一种制造该固体表面物质的方法，包括制备约25至 95wt％的聚合物树脂和0至约70wt％填料构成的混合物；将该混合物注入一个敞开的模具内，厚度为3cm或更大；对该模制混合物上施加真空除去其中的残存空气；和固化该模制混合物以制成厚的固体表面物质。

Description

厚固体表面层合制品及其制造方法

背景技术

本发明涉及由填充聚合物树脂或未填充聚合物树脂制成的装饰性固体表面制品，尤其涉及厚度等于或大于约3cm的固体表面制品。

由颗粒填充树脂制成的装饰性固体表面制品早已众所周知，并通常用于厨房和浴室的表面。通常，这些材料由颗粒填充树脂制成，最平常的树脂是聚酯和丙烯酸酯，而填料的范围广泛，并常常给产品以特别的视觉效果。

这些固体表面产品典型地具有各种各样的外观和颜色，和贯穿该产品整个厚度的图案，赋予其预期的美学外观和用途。这些材料也是硬的、抗热，抗污、抗磨损及抗冲击的，并且损坏时容易维修。

这些产品的常用颜料由小颗粒无机化合物组成，经常是金属氧化物，其为粗糙的球形。有时还会使用其他颜料以及填料和更大片的有色物质或“微粒”以提供不同的视觉效果。三水合氧化铝(ATH)通常作为优选的填料，给产品提供半透明性和白度，以及优异的阻燃性能。

本领域已知和使用了多种方法生产固体表面片材用于厨房和浴室的台面和桌面。许多制造商研发和介绍了他们自己品牌的固体表面物质，例如Du Pont

和Formica Corporation 

绝大多数产品的厚度都是1/2”(1.25cm)。由于制造产品所涉及的成本，他们分配成公称尺寸的片，通过粘结剂连接到更厚、更便宜的基层材料上，比如中密度纤维板、颗粒板、华夫刨花板，然后切割成预期的台面形状等。由于固体表面物质的薄性以及需要更坚固的工作表面，将片材切割并粘结到更厚的基板上则是必要的。因此，固体表面片材的最终成型通常是劳动密集型的。

台面经常用在不同的位置，以提供水平的工作空间。制造传统的固体表面台面材料的方法提供相对薄型的片材，其厚度为1/2”(1.25cm)至约3/4”(1.90cm)。为了提供足够厚度的成品台面，传统地，固体表面片材切割成更小的片，然后粘到固体表面片的边缘和/或端部。该粘结的端部和/或边缘然后必须经过打磨或抛光以除去任何可见的粘结线。这些片粘结在一起生出更厚的边缘和/或端部，并遮蔽粘结在固体表面材料下面的纤维板或颗粒板，然后打磨制成成品。需要切割成小块、安装和将小块粘结到固体表面片上，打磨和抛光这些片都是劳动密集型的，并增加许多制造步骤，从而导致对于消费者来说最终产品更加昂贵。

过去曾经尝试过制造具有更大厚度的(即厚度大于约1.25”/3.0cm)固体表面片材。例如Slocum，美国再出版专利号为27093的专利，教导了制备含有甲基丙烯酸甲酯聚合物和作为催化剂使用的马来酸的半过酸酯的填料，在空气中以低温(即15-40℃)自动固化聚合物。但是这样的产品具有很多个缺点，包括聚合物树脂的不完全固化，固化物质内的残存气泡或孔隙，表面外观的非均一化，以及成品在制成后或在工作位置的切割后的弯曲。因此，本领域仍需要提供一种改进的固体表面材料，其厚度大于先前商业使用的材料，但是不具有先前厚材料的不利特点。

发明内容

本发明说明了需要提供一种固体表面产品，其具有3cm或更大的厚度，且不弯曲，具有均一的表面外观，并大体上没有残存气泡或孔隙。如这里用到的，厚固体表面材料为具有3cm或更大公称厚度的材料。

依照本发明的一个实施方式，提供一种具有3cm或更大厚度的厚固体表面材料，其包括重量百分比约25wt％至约95wt％的聚合物树脂和约0到约70wt％的填料。

虽然可以使用许多不同的热固性聚合物树脂的任意一种，但是优选的方式为，聚合物树脂选自聚酯树脂、聚丙烯酸树脂及其混合物。另外，物质所用填料的组成也可在很宽范围内变化。优选的，填料选自三水合铝、碳酸钙、硫酸钡、氢氧化镁、云母及其混合物。

依据本发明的另一方面，提供一种制造厚固体表面材料的方法，包括将约25wt％至95wt％的聚合物树脂和约0到约70wt％的填料混合形成混合物；将该混合物浇铸到敞开的模具中，厚度为大于或等于3cm；对模制的混合物施加真空，除去其内的残存空气；固化该模制混合物制成厚固体表面材料。

优选，施加的真空小于每平方英寸约3磅(psia)(2.07×10⁴Pa)的绝对压力，或大于约24英寸汞柱的真空，施加约1至3分钟。优选，混合物在室温下先凝胶，然后再在约80℃至100℃的温度下固化约1到4个小时。

由此，本发明的一个特点是提供具有3cm或更厚的固体表面产品及其制造方法。本发明的另一个特点是提供无孔的固体表面产品，其相比于现有技术的产品，具有改善的尺寸稳定性和由此产生的弯曲特性。本发明的另一个特点是提供一种具有相比于现有技术的产品大体较少的气泡或孔隙的固体表面产品。另外，根据以下列详细的说明及附图，本发明的其他特点和优点显而易见。

附图说明

与附图一起阅读时，下列本发明具体实施例的详细说明更易理解，其中相同的结构标注为相同的附图标记，并且其中：

图1是用于本发明实际使用的模具一实施例的侧视剖面概图；

图2是图1模具的顶视概图；

图3为本发明用于实际的真空室的一个实施例的示意侧视图；

图4为放入真空室内的模具的一个实施例的剖面侧视图。

具体实施方式

用于本发明实施例的聚合物树脂并不具体限定，只要其能通过固化形成固体表面材料即可。优选特别用于本发明实践的自由基、热固化树脂为热固性不饱和聚酯树脂和热固性聚丙烯酸树脂及其混合物。术语树脂或“浆”通常指聚合物的未固化液体状态，其中所述聚合物与合适的交联单体一同存在于溶液中。有用的不饱和聚酯树脂的实例为不饱和二元羧酸或不饱和二元羧酸和饱和二元羧酸与二元醇的反应产物，比如分别为马来酸、邻苯二甲酸和一缩二丙二醇。通常，苯乙烯作为聚酯树脂的单体交联剂。有用的聚丙烯酸酯树脂的实例包括不同种类的传统的丙烯酸官能团、丙烯酸官能团局部聚合物、用于共聚的乙烯基单体，除了丙烯酸官能团单体或低聚物。丙烯酸酯官能团单体，优选为(甲基)丙烯酸酯。使用甲基丙烯酸甲酯单体优选用作丙烯酸树脂交联剂。其他有用的热固性聚合物包括环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸聚氨酯(acrylo-urethane)，三聚氰胺及上述混合物。本发明的可浇铸组合物中的液体可聚合组分的总量为约25％至95wt％，优选为约25％至45wt％。

典型的聚合物树脂是不饱和聚酯树脂，其为二元醇和不饱和二元羧酸的反应产物或不饱和二元羧酸和饱和二元羧酸与二元醇的反应产物。二元醇可包括一种或多种如下物质：乙二醇、二甘醇、丙二醇、一缩二丙二醇、新戊二醇、1，3-丙二醇、1，2-丁二醇或1，4-丁二醇。不饱和二元羧酸可以是一种或多种马来酸、富马酸及他们的酸酐。饱和二元羧酸可以是一种或多种邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、己二酸、丁二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、及其他们的酸酐。上述单体并不认为是穷举的，但他们经常用于本领域。本领域技术人员熟知他们的制造方法，并且市面上也有售。最通常用于树脂浆料的聚合物单体的交联剂是苯乙烯，其优选用于本发明。可浇铸浆料组合物的粘度与聚合物的分子量和单体内的浓度有关，而其可以以这种方式变化以控制浆料组合物的流变。

本发明示例的另一聚合物树脂是聚(甲基丙烯酸甲酯)。作为一个可浇铸组合物，其典型的作为聚合物溶液或聚合物浆料优选溶解在甲基丙烯酸甲酯单体中。至于上述聚酯树脂，制备这样的聚合物和其浆料的方法是已知的也是现有技术公知的，同样市面上也见得到。可浇铸浆料组合物的粘度与聚合物分子量和单体中的浓度有关，而其可以变化以控制浆料组合物的流变。

其他用于流动可聚合组分的可聚合聚丙烯酸单体为丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸烷基酯，其中烷基官能团可为1-18碳原子的烷基，但优选为1-4碳原子。合适的丙烯酸单体为丙烯酸甲酯；丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸乙酯；丙烯酸正丙酯、丙烯酸异丙酯和甲基丙烯酸正丙酯和甲基丙烯酸异丙酯；丙烯酸正丁酯、丙烯酸2-丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯和甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸2-丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯；丙烯酸2-乙基己基酯和甲基丙烯酸2-乙基己基酯；丙烯酸环己酯和甲基丙烯酸环己酯；丙烯酸ω-羟烷基酯和甲基丙烯酸ω-羟烷基酯；丙烯酸N，N-二烷氨基烷基酯和甲基丙烯酸N，N-二烷氨基烷基酯；丙烯酸N-(叔丁基)氨基乙基酯和甲基丙烯酸N-(叔丁基)氨基乙基酯；苯乙烯；醋酸乙烯酯；丙烯腈；甲基丙烯腈；丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺；丙烯酸烯丙基酯和甲基丙烯酸烯丙基酯；二乙烯基苯；和二乙烯基甲苯。上述反应单体不视为是为穷举的，但是通常在本领域使用。

当固体表面物质未被填充时，一些实施例中优选包括填料。适合的填料包括如三水合铝、碳酸钙、二氧化钛、硫酸钡、氢氧化镁及滑石，其不视为是穷举的例子，且并不旨在限制本发明的保护范围。填料的量从约0至70wt％。优选，加入组合物的填料的量为约50％至70wt％。

已知固体表面材料包括其他添加剂如颜料、染料、阻燃剂、脱模剂、流体化剂、粘度控制剂、固化剂、抗氧剂、加固剂，及本领域技术人员熟知的类似物。例如，具有不同或对比色的附加颜料也可加入组合物内。少量任何或全部这些添加剂的加入也被考虑。

在固体表面材料的制造过程中，聚合物树脂，优选以浆料的形式任选与填料和其他认为有益的传统助剂混合。约25％至95wt％的聚合物树脂和约0％至70wt％的填料，优选约25％至45wt％的聚合物树脂和约50％至70wt％的填料混合在一起。本发明的一个优选实施例，约80％至90wt％聚酯树脂浆料，和约10％至20wt％聚丙烯酸树脂浆料的混合物用于形成混合物的聚合物成份，其中聚酯树脂往往赋予最终固化产品韧性，丙烯酸树脂往往赋予最终固化产品柔性。可以使用任何适合的混合方法，包括分散性叶片混合机、捏合机、螺杆混合机或双行星式混合机。适合的固化催化剂也优选加入混合物中，同时使用与特定聚合物及加工条件相匹配的催化剂类型和浓度。

浆料混合物从混合室分配并浇铸到适合的敞开模内，所述模的尺寸加工为具有预期的长度、宽度及厚度的固体表面物质片材。图1所示的优选实施例中，模具10的基板12支撑一个平滑平面15，如一个大的窗格玻璃或抛光金属片。该玻璃的典型尺寸为宽至60英寸(152cm)，长至160英寸(406cm)。模具10包括边壁14、16和端壁18和20。优选具有至少一个可移动的边壁16和至少一个可移动的端壁18。这就提供了能被浇铸的固体表面材料片材的尺寸的灵活性。边壁和端壁的高度大于典型的固体表面材料的浇铸厚度。这些壁可以由金属或塑料制成，当浇铸进模具中时，这些壁设计为流体树脂混合物的挡板。在模具的基板和壁上施加适合的脱模剂以帮助固化后固体表面材料脱除。

如图1所示，模具10可被安装上用于移动模具的装置，如位于轨道24上的铸造机轮22。铸造机轮22连接在包括多个调整螺栓28的框26上。调整螺栓用于在浇铸和固化树脂混合物时，将模具保持在一个平坦的水平方向。

如图2最好示出，边壁16和端壁18是可移动的，以调整浇铸组合物的长度和宽度。例如，不同长度的块体30可用来卡紧可移动的边壁和端壁至适合的位置。替换地，可使用其他机械装置，如夹子或螺栓(未示出)以按需调节和卡紧可移动的边壁和端壁。

图3图示了一个用于本发明实际的合适的真空室32。虽然仅示例了一种形式的真空室，显而易见本领域技术人员也可使用其他形式的真空室。室32由合适的材料如钢构成，包括增强肋34。该室可装有合叶门38，其垫有垫圈，从而当门关闭时具有气密性。该室32连接有真空源，比如通过真空管42连接的真空泵40。室32还连接通气阀44以控制室内的真空度，还连接真空表46，以允许操作者监视和调节所需的真空水平。如所示，该室32还装有一可视玻璃48，其能使操作者观察到模制树脂组合混合物内的各向异性颜料颗粒的取向过程。

图4最好的示出，装有浇铸聚合物混合物50的模具10，放入能完全容纳模具的真空室32中。附图所示的示例设备中，模具可被支撑在轨道上有轮的浇铸机上，从而其可以方便地滚进或滚出室32。一旦模具10放入室32中，就使用真空泵40通过真空管42施加真空。随着室内的压力减少，溶解或残存在液体聚合物树脂浆料内的空气和挥发物质(比如单体)就会“沸腾”或从浇铸材料中脱除，其如图4中的垂直箭头(虚线)所示。一般而言，施加的真空度小于约3psia压力。真空施加约1到约3分钟，其一般足够使任何残存或溶解的单体或空气从浇铸物质中脱除。

不是在树脂进模之前对在混合皿内松散的树脂组合物进行真空除气，而是通过使用真空室对模具内的浇铸液体树脂就地进行脱气和除气的一大优点，正如现有技术所教导的，是避免了浇料过程中树脂的再充气，并且目前的除气过程被视为更有效率和更有效果，对比薄膜蒸发过程，至少约50倍的液体树脂表面面积暴露在真空气氛之中。因此，最终的浇铸和固化固体表面产品包括比使用现有方法生产的片材大体上更少的气泡孔隙。

在足够时间的除气过程后，通过停止和隔离真空泵40和打开阀门44解除真空，然后通过打开门38和使模具10从真空室32转出使模具10从真空室32移开。在室温条件下经过一段时间，使浇铸树脂50形成凝胶并硬化，其典型的时间为约30分钟至约3小时。一旦树脂大体上完全固化或固定，固体表面材料片材脱模，放入“后固化”炉(未示出)中，以完成聚合和固化过程。

后固化一般在温度约80-约100℃条件进行约1到约4小时，其取决于固体表面材料的尺寸、厚度和组成。优选，通过在固化材料上方热空气的再循环完成后固化炉的加热。随后一般通过以大约每分钟1F°(0.5℃)的速度降低再循环的炉内空气的温度实现逐步冷却。出炉前，浇铸固化固体表面片材优选先冷却到至少115F°(46℃)。相比于现有技术中的固体表面片材产品，受控制的逐步冷却或退火结果导致最终固化片材大体上减小的内应力，其大幅提高了尺寸的稳定性，并减少了片材弯曲的可能性。所制的固体表面片材随后经过打磨、抛光和修边。

显然，在此使用的术语象“优选”、“通常”、“典型”并不用于限制本发明要求的保护范围或暗示某些特征对本发明的结构和功能是关键的、必需的或甚至重要的。而是，这些术语仅用于明确在本发明的特定实施例中可以或不可以使用的替换的或另外的特征。

为了描述和定义本发明，显然，在此使用的术语“大体上”代表由任何数量上的比较关系、值、计量或其他表示不确定性的内在程度。在此使用的术语“大体上”还代表了数量上的表示可以在一个规定的参考变化的程度，而不引起争议时主题基本功能的变化。

在对本发明进行详细描述及参考具体实施方式进行了说明后，显而易见，任何可能的修改和变化均不脱离后附权利要求限定的本发明的保护范围。更具体地，虽然本发明在此公开的一些方面是优选的或更有利的，但应考虑本发明不必限于这些本发明的优选方面。

Claims (19)

1.一种具有3cm或更大厚度的固体表面材料，包括约25wt％至95wt％的聚合物树脂和约0wt％至70wt％的填料，其中在浇铸后、固化前，所述固体表面材料已被除气和脱气，以减少所述固体表面材料内的孔隙和残存气泡。

2.如权利要求1的固体表面材料，其中所述聚合物树脂占固体表面材料重量的约25wt％到约45wt％和所述填料占固体表面材料重量的约50wt％到约70wt％。

3.如权利要求1的固体表面材料，其中所述聚合物树脂选自聚酯树脂、聚丙烯酸酯树脂、环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸聚氨酯、三聚氰胺及上述物质的混合物。

4.如权利要求3的固体表面材料，其中所述聚合物树脂含有约80wt％至约90wt％的聚酯和约10wt％至约20wt％的聚丙烯酸酯。

5.如权利要求3的固体表面材料，其中所述聚合物树脂含有不饱和聚酯树脂，其选自二元醇和不饱和二元羧酸的反应产物，二元醇和不饱和二元羧酸及饱和二元羧酸的反应产物。

6.如权利要求5的固体表面材料，其中所述二元醇选自乙二醇、二甘醇、丙二醇、一缩二丙二醇、新戊二醇、1，3-丙二醇、1，2-丁二醇或1，4-丁二醇及其混合物。

7.如权利要求5的固体表面材料，其中所述不饱和二元羧酸选自马来酸、富马酸、马来酸酐及富马酸酐。

8.如权利要求5的固体表面材料，其中所述饱和二元羧酸选自邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、己二酸、丁二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、邻苯二甲酸酐、间苯二甲酸酐、对苯二甲酸酐、己二酸酐、丁二酸酐、庚二酸酐、辛二酸酐、壬二酸酐、癸二酸酐及其混合物。

9.如权利要求3的固体表面材料，其中所述聚合物树脂包括聚丙烯酸酯，所述聚丙烯酸酯为一种或多种选自如下单体的反应产物：丙烯酸甲酯；丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸乙酯；丙烯酸正丙酯、丙烯酸异丙酯和甲基丙烯酸正丙酯和甲基丙烯酸异丙酯；丙烯酸正丁酯、丙烯酸2-丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯和甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸2-丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯；丙烯酸2-乙基己基酯和甲基丙烯酸2-乙基己基酯；丙烯酸环己酯和甲基丙烯酸环己酯；丙烯酸ω-羟烷基酯和甲基丙烯酸ω-羟烷基酯；丙烯酸N，N-二烷基氨基烷酯和甲基丙烯酸N，N-二烷基氨基烷基酯；丙烯酸N-(叔丁基)氨基乙基酯和甲基丙烯酸N-(叔丁基)氨基乙基酯；苯乙烯；醋酸乙烯酯；丙烯腈；甲基丙烯腈；丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺；丙烯酸烯丙基酯和甲基丙烯酸烯丙基酯；二乙烯基苯；和二乙烯基甲苯。

10.如权利要求1的固体表面材料，其中所述填料选自三水合铝、碳酸钙、硫酸钡、氢氧化镁、滑石及其混合物。

11.如权利要求1的固体表面材料，进一步包括一种或多种选自如下的助剂：颜料、染料、阻燃剂、脱模剂、流体化剂、粘度控制剂、固化剂、抗氧剂及加固剂。

12.一种制造厚固体表面材料的方法，包括形成约25wt％至约95wt％的聚合物树脂和约0wt％至约70wt％的填料的混合物，浇铸所述混合物至敞开的模具中形成3cm或更大的厚度，对模制混合物施加真空以释放其中的残存气体和挥发物质，固化所述模制混合物以制成厚固体表面材料。

13.如权利要求12所述的方法，其中施加的真空小于每平方英寸约3磅(psia)(2.07×10⁴pa)的绝对压力，施加约1到3分钟。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述混合物在室温下先胶凝，然后在约80℃至约100℃的温度下固化约1到约4个小时。

15.如权利要求14所述的方法，其中该固化的固体表面材料在通过以约每分钟1F°(0.5℃)速度降温直至所述材料到达约115F°(46℃)而固化后冷却。

16.如权利要求12所述的方法，其中所述聚合物树脂占固体表面材料重量的约25wt％至约45wt％和所述填料占固体表面材料重量的约50wt％到约70wt％。

17.如权利要求12所述的方法，其中所述聚合物树脂选自聚酯树脂、聚丙烯酸酯树脂、环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸聚氨酯、三聚氰胺及上述物质的混合物。

18.如权利要求16所述的方法，其中所述聚合物树脂含有约80wt％至约90wt％的聚酯和约10wt％至约20wt％的聚丙烯酸酯。

19.如权利要求12所述的方法，其中所述填料选自三水合铝、碳酸钙、硫酸钡、氢氧化镁、滑石及其混合物。

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