CN101612753A - 纳米型合成洞石的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料－人造合成石加工领域，具体是一种纳米型合成洞石的生产方法。解决了现有人造合成石表面缺乏微粒封闭、内部缺乏微孔结构的问题，步骤如下：1.集料搅拌，将矿物砂、石粉与粘结剂充分混合；2.加料混合，向混合基料内添加轻质材料－玻化微珠，并进行充分混合；3.综合布料，同时利用喷涂器具向混合基料上喷涂混合色浆；4.振动成型，锯切研磨，得光面大板；5.表层复合：配置纳米聚酯表层料，利用喷涂器具将混溶物喷涂于光面大板的板面上；6.烘干分切。工艺过程合理，实施性强，加工出的合成洞石产品具有轻质、保温、抗菌、自洁净和再现天然洞石神韵的优点，适用于中高档次的墙面、地面及台面装饰。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料-人造合成石加工领域，具体是一种纳米型合成洞石的生产方法。
背景技术
目前的人造大理石(岗石)，是用大理石矿砂、碳酸钙粉及不饱和聚酯树脂为主原料，用真空、振动和压缩工艺进行荒料成型，经固化、锯切、研磨和分切的后续流程制作成密度达2.5g/cm3的装饰面砖。这种用莫氏硬度在3.5度左右的大理石为骨料制作的合成产品，虽然存在耐磨性较差与防渗性较差的不足，但在其石粒的透明性与防滑性的优点下使其广泛用于室内的地面装饰，并在微晶化与纹理化的工艺改进中，在国内迅速发展成4000万平米/年的生产能力。为适应以厨柜台面装饰为代表的高硬度产品的市场需求，近三年来又迅猛地掀起发展人造石英石的市场浪潮。因其薄板成型设备市场价位过高与国内自行研制的设备至今仍不完全过关，在我国南方出现了用实体面材人造石成型设备及较高的树脂用量而简易合成石英石的产品。现行的人造合成石技术及工艺研发的重点是侧重于高硬度产品合成、废料利用、电磁振动成型和岗石配制幻彩类花色，例如：专利号为200520111444.9的名称为“合成石的配制纹理装置”的中国专利，是在荒料成型机内装设辊压器与喷涂器具，对单一基体色彩的混合料进行动态喷涂而提升“梦幻莎安娜”类岗石的花色效果；专利号为200810054684.8的名称为“电磁型人造石英石成型装置”的中国专利，是用六组电磁铁对压板形成六点循环冲击的振动方式，以其内在的频率叠加与揉压振动过程达到高密度的薄板成型效果；专利号为200710139531.9的名称为“微晶合成石”的中国专利，是用属于矿山及工业废料的黑曜石、磁铁矿选矿的尾矿砂和碎陶瓷磨制的细粉作为原料，并用黑曜石等膨化非闭孔颗粒作为轻质产品的骨料合成为硬质或软质的新产品，其成型中用磁化处理还可形成一定的磁性。
由此，可以看出，现行人造石(岗石)的生产方法仅对合成产品的密实度，物理指标和外观效果进行研究改进，而对建筑物墙面所需要的轻质、保温、环保、超薄和低成本还缺乏深入的研究，使得现有人造石(岗石)的实体结构表面缺乏微粒封闭、内部缺乏微孔结构，无法实现轻质、保温、环保等目的，不能完全满足墙面装饰的市场要求。
因此为适应市场需求，具有隔热性与良好的墙面装饰性能的天然洞石出现在市场上，天然洞石属于陆相沉积岩，是一种多孔的碳酸钙沉积物。由于天然洞石中有许多无规则孔洞，因此具有隔热性与良好的墙面装饰性能。但由于洞石的天然属性，即为天然，必然量少，因而无法满足市场的大需求量的要求。
发明内容
本发明为了解决现有人造合成石表面缺乏微粒封闭、内部缺乏微孔结构的问题，提供了一种纳米型合成洞石的生产方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：纳米型合成洞石的生产方法，生产步骤如下：
1、集料搅拌，将矿物砂、石粉与粘结剂充分混合得到混合基料；矿物砂、石粉与粘结剂的选用及配比量按照现有人造合成石加工工艺的要求即可，矿物砂除采用常用大理石、石英石外，亦可根据需要选用黑曜岩、松脂岩、玉石、金红石、硅石等矿石粒，以矿石粒的自色改善最终产品的视觉效果；石粉多采用碳酸钙粉或石英粉；粘结剂多采用铝酸盐水泥或不饱和聚酯树脂。
具体实施时，可以在步骤1进行集料搅拌的同时，根据需要添加颜料，且颜料添加量为混合基料总质量的0.1％～0.55％；
2、加料混合，向混合基料内添加轻质材料-玻化微珠，并进行充分混合，且玻化微珠添加量为混合基料总质量的1～10％的玻化微珠；
3、综合布料，并在布料同时，利用喷涂器具向传输中混合基料上喷涂混合色浆；步骤3中的混合色浆内添加有改性纳米粉料，且改性纳米粉料的添加量为混合色浆总质量的1％～3％；混合色浆的配置为本技术领域的技术人员所公知，一般采用颜料、不饱和聚酯树脂、稀释剂配置而成；
4、振动成型，锯切研磨，得光面大板；
5、表层复合：a、配置纳米聚酯表层料，用改性纳米粉料与聚酯树脂按1～10∶100的质量比例配制成混溶物；b、利用喷涂器具将混溶物喷涂于光面大板的板面上，厚度为0.02～1.0mm；所述改性纳米粉料为经过改性处理的纳米二氧化钛粉料(TiO2)、纳米氧化锌粉料(ZnO)、纳米二氧化硅粉料(SiO2)、纳米碳酸钙粉料(CaCO3)的一种或几种以任意比例混合而成；聚酯树脂采用不饱和聚酯树脂或环氧树脂；
6、烘干分切，将经步骤5表层复合处理后的大板经烘干工序处理后，分切为小板，即得到加工成品。
所述集料搅拌、综合布料、振动成型、锯切研磨和烘干分切的加工工序与现有人造石加工工艺相同，为本领域的技术人员所熟知。且本发明所述生产方法中加料混合、表层复合的加工工序对于本领域的技术人员来说，无实施难点，能够实现。
步骤5中，所述改性纳米粉料是用硅烷偶联剂等有机材料对纳米粉料(如：纳米二氧化钛粉料TiO2、纳米氧化锌粉料ZnO、纳米二氧化硅粉料SiO2、或纳米碳酸钙粉料CaCO3)的颗粒表面进行由亲水性改变为亲油性的处理，并经烘干而成粉体，纳米粉料的改性处理可由专业生产厂家应用专用器具完成；且改性纳米粉料要严格按照1～10∶100的质量比例与聚酯树脂配制，如果改性纳米粉料的用量过小，会因粉料微粒的分布及表层封闭性不够而不具备必要的抗老化等功能；如果改性纳米粉料的用量过大，则很难达到均匀混溶及用于液态喷涂的需要。
纳米聚酯表层料内添加有矿物砂及石粉，并混合成散状混合料，与添加有玻化微珠的混合基料共同成型为10～30mm厚度的复合板材，且矿物砂及石粉的总添加质量为改性纳米粉料与聚酯树脂总质量的3～15倍。
与现有技术相比，本发明在混合基料中添加的玻化微珠是一种具有高性能的新型无机轻质绝热材料，是一种酸性玻璃质溶岩矿物质(松脂岩矿砂)经过特种技术处理和生产工艺加工形成的内部多孔、表面玻化封闭，呈球状体的细径颗粒，粒径为0.1～2mm，其容重为100kg/m3左右，不仅大幅度降低了合成石产品的质量，克服了合成石产品质量沉重的缺陷，还使合成石产品在足够的物理指标下具有保温性能；并且，在以本发明所述生产方法加工过程中，大板在研磨后，其板面上会由于玻化微珠的部分切面而显露出小的孔洞及孔隙，与天然洞石相似，不但为大板板面的表层复合处理提供了独特条件，使得大板板面能与表层紧密复合，而且在合成石产品用于墙面装饰时，具有观赏性；为避免玻化微珠破碎，在集料搅拌后，再将玻化微珠与混合基料混合。
另外，本发明增设表层复合处理过程，应用粒径为1～100nm而具有光电效应和界面效应的超微材料-纳米粉料，且在本发明中应用的纳米二氧化钛粉料具有排气净化与去除污物的特点，纳米氧化锌粉料具有紫外线屏蔽与抗菌性能，纳米二氧化硅粉料具有自洁净与提高力学强度的优点，纳米碳酸钙粉料也具有提高涂膜力学强度及低成本的优点；四者均对光线具有屏蔽防护作用，将上述纳米粉料分散在聚酯树脂中，在步骤4制得的大板表面喷涂可以形成一个较薄的纳米涂层，该涂层与大板表面通过Si-OH键牢固结合，并由于纳米粉料颗粒易于同其它原子结合，并在其协同作用下，使得上述纳米涂层的硬度、光洁度和抗老化等性能得到提高，进而使得本发明所述方法生产的合成石产品具有氧化分解能力、抗紫外线、环保性能和高表层力学强度等有益的功效，具有奇异的洁亮与绿色环保性能，能满足人们对健康空间的需求；总之，本发明所述方法加工出的合成洞石既保留了石头产品可研磨致亮的优点，还具有相似木质的特点，并再现了天然洞石愈万年造化的神韵，能满足建筑市场对超薄壁石的需求。
本发明工艺过程合理，实施性强，加工出的合成洞石产品具有轻质、保温、抗菌、自洁净和再现天然洞石神韵的优点，并以近似于木质的性能与宜于分切成薄板的特点适用于中高档次的墙面、地面及台面装饰。
附图说明
图1为本发明所述生产方法的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
纳米型合成洞石的生产方法，生产步骤如下：
1、集料搅拌，按质量百分比，将40～120网目的大理石砂72％、400～1500网目的碳酸钙粉21％、不饱和聚酯树脂为7％、以及混合有两种色彩的占混合基料总质量0.5％的颜料充分混合得到混合基料；
2、加料混合，向混合基料内添加粒径为0.1～2mm的轻质材料-玻化微珠，并进行充分混合，且玻化微珠添加量为混合基料总质量4％的玻化微珠；
3、综合布料，并在布料同时，利用喷涂器具向传输中混合基料上喷涂棕色混合色浆；步骤3中的混合色浆内添加有改性纳米粉料-改性纳米二氧化钛粉料Ti02，且改性纳米粉料的添加量为混合色浆总质量的3％；
4、振动成型，锯切研磨，得10mm厚度的光面大板；
5、表层复合：a、配置纳米聚酯表层料，用改性纳米二氧化钛粉料(TiO2)与环氧树脂按3∶100的质量比例配制成混溶物；b、利用喷涂器具将混溶物喷涂于光面大板的板面上，厚度为0.02～0.5mm；且所述纳米聚酯表层料可以由专业生产厂家提供。
6、烘干分切，将经步骤5表层复合处理后的大板经烘干工序处理后，分切为小板，即得到加工成品。
实施例中，本发明采用双搅拌与双转向布料工艺，其主机结构及工艺过程是：在一体的布料室的上部对称装设两台双水平轴搅拌机，分别在其下料口配置均流控制的圆辊及其逆向运转的两条传输带；按步骤1中各组分的质量配比关系，在两台搅拌机内分别加入40～120网目的大理石砂72％、400～1500网目的碳酸钙粉21％、不饱和聚酯树脂为7％、混合有两种色彩的占混合基料总质量0.5％的颜料后，提速至15～20r/min的转速进行其非真空条件的搅拌；在12～15min时间的搅拌过程后，将其体积约为混合基料1/2、质量为混合基料总质量4％的玻化微珠分别加入，关闭密封门进行真空抽制，并进行3～6mim的10～12r/min的真空混合；在辊压器的圆辊与传输带的运转中及混合基料的转向传输时，开启喷涂器具将混合色浆以雾状对运输中的混合基料进行动态喷涂染色；随混合基料模箱的往复运行，混合基料以每层2～6cm的厚度同步进行料体的逐层分布；然后，经常规的振动成型、脱模养护、锯切、定厚和研磨工序制成光面的大板；用两组喷涂器具将步骤5配置的纳米聚酯表层料以喷涂方式喷涂于大板板面，与大板板面表层复合，将表层料在大板表层固化后形成的厚度控制在0.02～0.5mm之间；并经80～95℃的加温固化烘干后，将大板分切成20～120cm宽度且厚度为0.8cm的小板，得到相似于木质材料及木质图案的轻质墙面装饰面砖。
实施例2
纳米型合成洞石的生产方法，生产步骤如下：
1、集料搅拌，将5～100网目级配的大理石颗粒为32％，铝酸盐水泥及水共为68％，以及混合有多种色彩的占混合基料总质量0.1％的颜料充分混合得到混合基料；
2、加料混合，向混合基料内添加粒径为0.1～2mm的轻质材料-玻化微珠，并进行充分混合，且玻化微珠添加量为混合基料总质量10％的玻化微珠；
3、综合布料，并在布料同时，利用喷涂器具向传输中混合基料上喷涂棕色混合色浆；步骤3中的混合色浆内添加有改性纳米粉料-改性纳米二氧化钛粉料TiO2，且改性纳米二氧化钛粉料的添加量为混合色浆总质量的2％；
4、振动成型，锯切研磨，得8mm厚度的光面大板；
5、表层复合：a、配置纳米聚酯表层料，用改性纳米粉料与聚酯树脂按6∶100的质量比例配制成混溶物；所述改性纳米粉料为经过改性处理的纳米二氧化钛粉料(TiO2)、纳米二氧化硅粉料(SiO2)按1∶1的质量比例配制而成；聚酯树脂采用不饱和聚酯树脂；配置时，先用3000～6000r/min的高剪切力混合机将两种改性纳米粉料分散于不饱和聚酯树脂中，可以在不饱和聚酯树脂中适量添加稀释剂，再用20～106KHZ的超声波进行15min时间的空化分散，即得到纳米聚酯表层料喷涂液；b、利用喷涂器具将纳米聚酯表层料喷涂液喷涂于光面大板板面上，与光面大板板面复合，使光面大板表层厚度达0.05～1.0mm，并在表层固化后进行抛光加工；
6、烘干分切，将经步骤5表层复合处理后的大板经烘干工序处理后，分切为小板，即得到加工成品。
本实施例中，玻化微珠的配比量较大，其颗粒的体积占混合基料的主体，在步骤4经研磨后的光面大板的板面上会呈现较多的微孔及微隙。本实施例可用现行的单一双水平轴搅拌机实现，并在搅拌机布料斗内配置专利号为ZL200520111444.9的辊压器，与喷涂器具对加工中的产品进行动态纹理配制而形成互相渗透的洞石仿真效果。
实施例3
纳米型合成洞石的生产方法，生产步骤如下：
1、集料搅拌，将10～100网目级配的石英石、400～800网目级配的石英粉、不饱和聚酯树脂充分混合得到混合基料；
2、加料混合，向混合基料内添加粒径为0.1～2mm的轻质材料-玻化微珠，并进行充分混合，且玻化微珠添加量为混合基料总质量1％的玻化微珠；
3、表层复合：a、按照实施例2中的方法配置纳米聚酯表层料，用改性纳米粉料与聚酯树脂按10∶100的质量比例配制成混溶物；所述改性纳米粉料为经过改性处理的纳米二氧化钛粉料(TiO2)、纳米二氧化锌粉料(ZnO)按任意质量比例配制而成；聚酯树脂采用不饱和聚酯树脂；并在纳米聚酯表层料内适量配用5～40网目的松脂岩、玉石、金红石与400～800网目的石英粉及颜料，且配用质量为改性纳米粉料与聚酯树脂总质量的3～15倍，用犁刀式搅拌机混合成表层复合用的散状混合料，使改性纳米粉料与聚酯树脂的质量占纳米聚酯表层料总质量的10％；
4、综合布料，在薄板成型机配套的布料框内先铺放厚度为2～5mm的纳米聚酯表层料，再将混和基料覆盖于上面；经真空振动的压制方式成型为厚度达8～30mm的复合毛板；并在布料同时，利用喷涂器具向传输中混合基料与纳米聚酯表层料上喷涂棕色混合色浆；步骤4中的混合色浆内添加有改性纳米粉料-改性纳米二氧化钛粉料TiO2，且改性纳米二氧化钛粉料的添加量为混合色浆总质量的1％；
5、振动成型，得12mm厚度的毛面大板；
6、烘干分切，将经步骤5表层复合处理后的复合毛板经中温固化、双面定厚、连续磨机的研磨抛光制成镜面的复合石英石板，根据需要分切为小板。虽然复合毛板在定厚及研磨中要有1mm厚度的磨削量，但其表层仍在石英石的颗粒之间的缝隙处构成网络状的较浓厚的纳米分布，其石英颗粒自身的微隙也在纳米树脂的渗透中形成纳米级填充，从而，以散状表层料压成适用于台面与地面的复合板材具有超洁亮及防污的优点。通过本实施例可知，表层复合处理工序除以喷涂方式实现外，还可以本实施例中的分层布料且一体的压制方式实现。
Claims (6)
1、一种纳米型合成洞石的生产方法，其特征在于生产步骤如下：
①、集料搅拌，将矿物砂、石粉与粘结剂充分混合得到混合基料；
②、加料混合，向混合基料内添加轻质材料-玻化微珠，并进行充分混合，且玻化微珠添加量为混合基料总质量的1％～10％的玻化微珠；
③、综合布料，并在布料同时，利用喷涂器具向传输中混合基料上喷涂混合色浆；
④、振动成型，锯切研磨，得光面大板；
⑤、表层复合：a、配置纳米聚酯表层料，用改性纳米粉料与聚酯树脂按1～10∶100的质量比例配制成混溶物；b、利用喷涂器具将混溶物喷涂于光面大板的板面上，厚度为0.02～1.0mm；
⑥、烘干分切，将经步骤⑤表层复合处理后的大板经烘干工序处理后，分切为小板，即得到加工成品。
2、根据权利要求1所述的纳米型合成洞石的生产方法，其特征在于：步骤③中的混合色浆内添加有改性纳米粉料，且改性纳米粉料的添加量为混合色浆总质量的1％～3％。
3、根据权利要求1所述的纳米型合成洞石的生产方法，其特征在于：在步骤①进行集料搅拌的同时，根据需要添加颜料，且颜料添加量为混合基料总质量的0.1％～0.55％。
4、根据权利要求1或2所述的纳米型合成洞石的生产方法，其特征在于：所述改性纳米粉料为经过改性处理的纳米二氧化钛粉料、纳米氧化锌粉料、纳米二氧化硅粉料、纳米碳酸钙粉料的一种或几种以任意比例混合而成；聚酯树脂采用不饱和聚酯树脂或环氧树脂。
5、根据权利要求1所述的纳米型合成洞石的生产方法，其特征在于：矿物砂采用大理石、石英石、黑曜岩、松脂岩、玉石、金红石、硅石中的一种或几种；石粉采用碳酸钙粉或石英粉；粘结剂采用铝酸盐水泥或不饱和聚酯树脂。
6、根据权利要求1所述的纳米型合成洞石的生产方法，其特征在于：纳米聚酯表层料内添加有矿物砂及石粉，并混合成散状混合料，与添加有玻化微珠的混合基料共同成型为10～30mm厚度的复合板材，且矿物砂及石粉的总添加质量为改性纳米粉料与聚酯树脂总质量的3～15倍。
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