CN102307828B - 增强的天然或聚结石板状元件及其多层保护性涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了增强的天然或聚结石板状元件及其多层保护性涂层。增强的天然或聚结石板状元件包括：天然或聚结石材的基底(1)；保护所述基底(1)抵御作用于元件上的化学和机械磨损试剂影响的多层涂层，所述多层涂层包括3个单个或多个成膜组合物层。

Description

增强的天然或聚结石板状元件及其多层保护性涂层
发明领域
本发明涉及天然或聚结的石板状元件，尤其是作为砖块(tile board)或板(slab)，包括大理石或其他碳酸钙基石材类基底作为平面元件。
本发明的一方面，通过包括数个设置在与暴露面层或元件表面重叠的目标保护层之上的特殊保护性涂层，使得所述天然或聚结石板状元件的耐磨性或耐化学性得以显著改善，其随后被设置时，作为建筑物或结构表面的覆盖物。这些石头元件的多层保护性涂层保护基底免于擦伤、磨损和机械冲击，并抵御可影响基底结构的外部化学试剂影响。施加的防护性涂层还使得可以使用相对薄的天然或聚结石板作为基底，尤其是包括高比例回收颗粒的大理石。
在本发明的实施方案中，提供天然或聚结石砖或石板，其成品表面通过重叠设置的保护层得以保护，该保护层除了具有保护功能，还使所述成品具有良好外观。成品可采用任何设计图案，尤其是真实木材外观。
背景技术
天然和聚结石头元件广泛地用于建筑业中，其应用涉及从地板、壁板到厨房、工作台面等各个方面。某些天然和聚结平面石头元件，特别是包含大理石或其他碳酸钙基类石材的元件的主要缺点之一，是其较低的耐划擦性、耐磨性、耐化学侵蚀性和耐紫外线侵蚀性。
已有许多方案来保护天然和聚结石板状元件。
DE-A-102004023153提供了通过粘合剂层在天然或铸石构件的表面或基体上施加硼硅玻璃保护层的方法。该发明提供了一种提高天然或铸石表面的耐磨性和耐化学性的方案，但是该施加硼硅玻璃薄层的方案显著区别于本发明提供的方案，也不能提供类似的有益效果。
US-B-6205727提出了在石板的可见表面使用增强层。对于大理石板和花岗岩板，特别是薄板，增强层由优选以垫子形式的非缠绕玻璃线以及耐受大气和化学试剂影响的透明树脂构成。获得的增强平板具有小厚度，其中沿着前表面的负向抗挠曲性得以大大增强，当背面也被增强时，其中沿着平板后表面或不可见表面的正向抗挠曲性也得以增强。该发明还提到使用极细石英玻璃粉来增加耐划擦性或耐磨性。为了增加成品的UV抗性还可以使用补充有UV线吸收剂和或所谓UV线清除剂的环氧或丙烯酸树脂。
耐磨表面保护层广泛地用于层状材料行业，其中US-B-3663341、US-B-3756901、US-B-4255480、DE-A-2107091。US-A-2008/0014343描述了具有改进的抗划擦性的制品，如木材基制品或汽车表面，包括纳米颗粒基添加剂；还公开了一种成膜组合物，其包括树脂、多种纳米颗粒、表面活性材料和聚合物分散剂。
US-B-6955834涉及一种对于坚硬表面进行改性的耐久涂层及其施加工艺，并公开了一种在硬表面上涂层的材料，所述涂料包括有效量的非感光纳米颗粒。虽然所公开涂层适用于石材表面，包括花岗岩、大理石、砂岩等等，但是该发明主要涉及并要求保护一种汽车车体板。
US-B-6896958公开了一种透明成膜组合物，其包含分散在交联树脂中的表面处理纳米晶颗粒，并提供一种基本透明的耐磨涂层，其形成在基底上，例如地板和台面、汽车车体板。
EP-B-1122334中公开了一种形成具有Al2O3层的涂层体的方法。通过在高温和受控气氛下的化学汽相淀积来进行涂层。
EP-1160283提供了一种用于在基底上形成耐磨易清洗涂层的组合物，其包括碳氟聚合物组分和珐琅形成组分的混合物，所述珐琅形成组分包括约15重量％至约30重量％的Al2O3。涂层主要施加到车辆板上，但也公开了用于覆盖陶瓷和石材。
作为一种常规的解决问题的方法，US-B-6896934涉及一种复合涂料组合物，可以获得与基底(例如陶瓷)的附着良好的非粘结性聚合物涂层，施加一种或多种包含粘合剂树脂的底涂层以更好地将碳氟聚合物顶涂层粘着于基底。与本发明前文一致，术语底涂层和底漆可理解为具有特殊的含义。
US-B-5431962、JP61286281和DDA3223043公开了混凝土基底，其具有多层涂层以保护基底免于磨损。
本发明提供一种天然或聚结的石板状元件，尤其是一种具有保护性多层涂层的作为砖或平板的平面元件，所述涂层经过特殊处理以合适地增强和保护石质基底，因此该基底可以比其他本领域中已知的板状元件薄。本发明还提供了一种聚结石板状元件，具有特殊的表面，尤其是木质的，其暴露表面受所述多层保护性涂层保护。
发明内容
本发明提供通过在天然或聚结石材表面施加一个或数个保护层来增强天然或聚结石板状元件耐磨性和耐化学性的方法，同时赋予其抗冲击性。由此提供一种板状元件，如瓷板或大板(large board)，其可安装在处于非友好型环境的区域内(涉及侵蚀性药剂)，而且如果所述元件安装在地板上，其必须耐受各种冲击，如由人步行引起的。
因此，本发明提供了增强的天然或聚结石板状元件，其包含：
-天然或聚结的石材基底；和
-多层涂层，其保护所述基底抵御作用于元件的化学和多种机械磨损试剂的影响；
按照本发明的建议，所述多层涂层包含3个或更多的单个的或多个成膜组合物层，其包括：
-提供划擦保护的上层；
-提供抗冲击性的缓冲中间层；和
-与所述基底邻接的提供耐磨性的下层。
对于一个实施方案，所述上层包括嵌入树脂中的耐划擦纳米颗粒，所述树脂选自聚酯树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂和环氧树脂或它们的组合；所述下层提供了包括Al2O3或碳化硅颗粒等，以及丙烯酸聚合物的耐磨层。
在另一个实施方案中，保护性多层涂层也增加了相对于具体化学物质如酸的耐受性。
在另一个实施方案中，所述多层涂层也提供UV保护，为此目的，其由含有UV稳定剂和/或抗氧剂组分的树脂形成。
关于所述耐划擦纳米颗粒，在一个优选方案中，所述上层包含SiC、BN、B4N、氧化铝或其组合。
在本发明的元件的一个实施方案中，所述缓冲中间层由环氧和/或丙烯酸树脂组成。
为了增强所述基底和所述多层涂层之间的粘合，本发明的元件包含位于它们之间的底漆涂层。
所述多层涂层通常是透明的或半透明的，以使基底的暴露面具有良好的可见性(在使用底漆涂层的情况下，所述底漆涂层也是透明的或半透明的)，或者可看到位于其上的设计图案，这取决于实施方案。
与所述实施方案有关，本发明的元件包含在所述底漆涂层和所述多层涂层之间的有设计图案的罩面层或印刷层(finish or printing layer)，由于多层涂层的透明性或半透明性，可以从外部可见所述设计图案。
取决于所述设计图案的颜色，本发明的元件包含在所述底漆涂层和所述印刷层之间的由一种或多种油漆层形成的底涂层，所述油漆层具有底色(通常为白色)以衬托所述设计图案，在一个实施方案中所述设计图案具有真实木材外观。
如果使用印刷层，所述印刷层通常是颜色不同于所述基底或所述底涂层油漆层的颜色的油漆层。
在一个实施方案中，所述油漆层通过加热干燥水性油漆形成。
关于获得所述层的方式，在一个实施方案中，通过在所述基底上通过辊沉积涂布然后固化。
取决于用途，本发明提供的元件具有5至12个层或膜，其中每个层或膜为20-30g/m2并且为10-30微米；根据试验测试，发明人认为为获得良好性能，整组的层的厚度应小于150微米。
可选地，为了提高由树脂制成的所述层对于所述基底表面的粘合性，在本发明的元件中，对所述多层涂层所处的基底表面进行电晕处理。
在一些实施方案中，所述基底是回收材料(如淤泥)聚结铸石，所述铸石具有6至30mm之间的厚度。一些实施方案可能包括一种或数种由有机或无机粘结剂聚结的回收材料，例如铸石。
在一个优选方案中，本发明提供了一种板或砖，无论是否由元件本身构成，或如果本发明的元件是大板的话，切割大板成为较小的片。当基底是聚结物时，本发明主要还可以提供宽大的板以覆盖大面积。
附图说明
当结合附图阅读时，前述的优点及其他的优点和特点可通过参考以下说明性而非限定的实施方案的详细说明来更好地理解，其中：
图1是一个实施方案中，本发明元件的截面侧视图。
发明详述
图1给出了本发明的详细示意图，其中增强的天然或聚结石板状元件包含：
-天然或聚结的石材基底1；
-基本上透明的或半透明的多层涂层，保护所述基底1抵御作用于元件上的化学和机械磨损试剂的影响；
对于所示实施方案，所述多层涂层包含3个单一的成膜组合物层，其包含：
-提供划擦保护的上层6；
-提供抗冲击性的缓冲中间层5；和
-邻近所述基底1的提供耐磨性的下层4。
图1的元件还包括在所述基底1和所述多层涂层之间的底漆涂层2a，以增强它们之间的粘合性，在所述底漆涂层上方有具有设计图案的罩面层或印刷层3，在这种情况下所述设计图案具有真实木材外观。
在所述底漆涂层2a和所述印刷层3之间具有白色底涂层2b以衬托所述设计图案。
在图1中显示的实施方案显示具有无吸引力的天然或聚结石材表面的基底1，例如从回收石料中获得，在这种情况下，通过包括所提到的印刷层3将其展示表面转换为具有美感的表面。
实际上例如由回收淤泥聚结的铸石形成基底1。所述基底可以是小(slight)的，从而可以搬运。对于重新利用在聚结石材生产过程中产生的淤泥和其他废料，其提供了环境友好且经济可行的解决方案，避免或显著减少了这些废料的废弃处理。
在其他未显示的实施方案中，基底本身具有良好的美学外观，不使用所述印刷层3和所述底涂层2b。由于树脂/磨损保护性颗粒多层涂层4、5、6的透明性，天然或聚结石材表面的外观不受影响或几乎不受影响。因此，产品可以作为经典的天然或聚结石材上市，但产品性能提高。
一些天然的和大多数树脂粘结的聚结石材的一个缺点是耐候性差，更具体地说对于UV光的耐受性低，导致随时间推移，质量劣化。通过在表面保护层中引入UV稳定剂和/或抗氧化剂，可改善其对于UV光的耐受性。由于这些UV稳定剂用于天然或聚结石材元件的薄表面保护层中，可使用较高浓度的UV稳定剂而不会导致最终产品成本过度增加。例如在树脂粘结的聚结石材元件中，为了保护树脂充分地免于UV劣化，需要使用较高浓度的UV稳定剂。由于在整个聚结石材基体中使用树脂，这意味着最终产品的成本显著增加。然而通过仅在表面保护层中施加UV稳定剂，可显著降低成本的增加。
本发明与之前的发明的区别在于以下两方面。与现有的涉及天然或聚结石材元件的发明相比，所公开的技术方案都没有公开同时提供耐磨性(耐划擦性和耐磨损性)和抗冲击性，而本发明通过施加具有用树脂粘合剂聚结的高耐磨性Al2O3颗粒制成的上层6的保护性多层涂层来提供上述性能。另一方面，现有的使用嵌入树脂混合物的高耐磨性Al2O3颗粒来提供的磨损保护和化学保护的技术方案还仅是预想，并仅用于层状材料和/或聚结木制品应用中，其在性能方面与天然石材和聚结石材显著不同。
对聚结石材和对层状材料或木质材料提供保护性面层的主要差别之一是分子结构显著不同，因此在聚结石材上粘着表面保护层更为复杂。为了增强树脂基保护性多层涂层4、5、6与天然和聚结石材表面的基底1的粘合性，可使用各种表面处理。例如利用电晕处理，可增加聚结石材表面的表面能。这将增加聚结石材表面的极性，由此极性树脂会更好地粘着。
实验部分
进行若干测试以获得对所述天然/聚结石材表面的显著改进。首先利用不同种类的树脂将购买的含有刚玉颗粒的非彩色覆盖纸施加到大理石基复合石材上。利用邻苯二甲酸聚酯手工将覆盖纸施加到复合大理石的抛光面无法获得期望效果，这是由于使用少量的树脂，覆盖纸无法获得透明的外观。另一方面当更多树脂施加到试样上直至获得透明外观时，试件上表面完全被聚酯树脂覆盖，导致原大理石复合石材的耐划擦性和表面硬度下降。使用不同种类的树脂，例如丙烯酸树脂和环氧树脂，重复测试，但结果根本没有改善。
在双层带压制工艺中重复测试，以改善透明效果。然而测试并不成功，在双层带的低压(＜10巴)下，覆盖材料对表面的粘结性不好，在高压(＞10巴)下大理石复合材料无法耐受高压和破坏。
由于使用覆盖纸的测试结果不佳，测试了一种新的方案，在各种树脂中以各种比例混合的类似石英粉的耐磨颗粒。在聚酯树脂基体中添加5重量％的石英粉，并将其施加到大理石复合石表面，形成完全透明的保护漆。然而由于石英填料的低用量，表面性能(在莫氏硬度表中＜3)与原大理石复合材料试件相比并未改善，其在莫氏硬度表中具有2-3的表面硬度。当石英粉的含量增加到50％时，莫氏硬度得到改善，但表面层变得不透明，因此在特定应用中其用处不大。对于不同的树脂如丙烯酸树脂和环氧基树脂进行类似的测试，但测试结果相近或更差。
设计了新的测试，其中数个不同复合材料的″微层″施加到复合大理石表面上，由此最终得到本发明的元件，用图1说明一个实施方案。使用滚漆机施加每层厚度仅数微米的多个层，即层2a、2b、3、4、5和6。
独立的测试表明通过规范UNE EN 438-2测试耐划擦性，利用表面保护层处理的大理石复合石的该性能从1.7N提高到6.0N，这意味着为了在试件上得到可见的划痕，需要将四倍于未受保护的大理石基复合材料的压力施加到受保护的试件上。
独立的测试表明通过规范UNE 48250：1992进行耐磨性测试，利用表面保护层处理的大理石复合石的磨蚀量从106mg/1000转减少到56mg/1000转，这意味着在受保护的大理石复合材料试件上施加相同量的磨蚀转数，与原未受保护的大理石复合石相比，仅一半量的材料被从试件上磨蚀掉。
还进行了与冲击吸收性能有关的测试，表明本发明的元件由于中间层5而具有良好的冲击吸收反应。
总体的结论是通过应用本发明的多层保护性涂层，耐磨性、耐划擦性和抗冲击性都得到显著改善。
本领域技术人员在不背离本发明所附权利要求范围的情况下，可以对所述的实施方案进行变化和改进。

Claims (12)

1.增强的天然或聚结石板状元件，其包括：
-天然或聚结石材的基底(1)；和
-多层涂层，其保护所述基底(1)抵御作用于所述元件上的化学和机械磨损试剂的影响；
其特征在于，所述多层涂层包含至少3个单个或多个成膜组合物层(4-6)，所述成膜组合物层包括∶
-提供划擦保护的上层(6)，其包括嵌入树脂中的耐划擦颗粒，所述树脂选自聚酯树脂、三聚氰胺树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂和环氧树脂或其组合；
-提供抗冲击性的缓冲中间层(5)，其由环氧树脂和/或丙烯酸树脂制成；和
-提供耐磨性的与所述基底(1)邻接的下层(4)，其包括Al2O3、或碳化硅颗粒，以及丙烯酸聚合物，
其中每一个所述层或膜都具有20-30g/m2和10-30微米，
所述耐划擦纳米颗粒包括SiC、BN、B4N、氧化铝或其组合。
2.如权利要求1所述的元件，其在所述基底(1)和所述多层涂层之间包括底漆涂层(2a)以提高它们之间的粘合性。
3.如前述权利要求任一项所述的元件，其中所述多层涂层(4-6)基本上是透明的。
4.如权利要求2所述的元件，其在所述底漆涂层(2a)和所述多层涂层(4-6)之间包含具有设计图案的罩面层或印刷层(3)，其中所述多层涂层(4-6)是透明的或半透明的，以使所述罩面层具有良好可见性。
5.如权利要求4所述的元件，其在所述底漆涂层(2a)和所述印刷层之间包括底涂层(2b)，所述底涂层(2b)由至少一个具有底色、用于衬托所述设计图案的油漆层形成，所述油漆层(2b，3)通过加热干燥水性油漆形成。
6.如权利要求5所述的元件，其中所述设计图案具有真实木材外观。
7.如权利要求1所述的元件，其中通过在基底(1)上沉积并随后固化获得所述层。
8.如前述权利要求任一项所述的元件，其中对所述多层涂层所处的基底表面进行电晕处理，以改善由树脂制成的所述层与所述基底表面的粘合性。
9.如权利要求1所述的元件，其中所述多层涂层还包括UV保护层，所述多层涂层包括含有UV稳定剂和/或抗氧剂组分的树脂以提供所述UV保护。
10.如前述权利要求任一项所述的元件，其中所述元件是板或砖。
11.如前述权利要求任一项所述的元件，其中所述基底(1)是铸石和/或淤泥的回收材料聚结物。
12.如权利要求10或11中任一项所述的元件，其中所述基底的厚度在6mm至30mm之间。
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