CN102557571A

CN102557571A - 无机人造合成石材及其制备方法

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Publication number: CN102557571A
Application number: CN2012100054182A
Authority: CN
Inventors: 文梓芸; 殷素红; 晏锦; 叶门康
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明公开了无机人造合成石材及其制备方法。本发明的人造合成石材以硅酸碱溶液激发偏高岭土反应生成土壤聚合物作为无机胶结剂，主要含有偏高岭土、硅酸碱溶液、天然石材集料，装饰性集料、调凝剂、无机颜料和纤维；其制备方法为：首先将调凝剂、无机颜料溶解在硅酸碱溶液中制成混合浆液，将偏高岭土、天然石材集料、装饰性集料、纤维与混合浆液搅拌均匀后，经入模或布料、真空下振动并压制成型、养护、切割、打磨抛光、表面防护，制得人造合成石材。本发明的人造合成石材不仅具有与树脂型人造石材媲美的装饰性，而且无毒环保、成本低廉；耐受大多数酸碱盐腐蚀，耐高温，耐久性能优异；明显地防止了长期使用下的泛白泛碱现象，抗污染能力也较强。

Description

无机人造合成石材及其制备方法

技术领域

本发明属于人造石材领域，具体涉及无机人造合成石材及其制备方法。

背景技术

目前市场上装饰装修用的人造合成石材主要包括人造石和石英石两类，人造石一般以主要成分为碳酸钙质矿物的天然石材或石粉为集料；而石英石以石英砂或石英粉为集料。人造石和石英石均以不饱和聚脂树脂为胶结剂，因此又称为树脂型人造石材或有机人造石材，具有重量轻、厚度薄、强度高、加工性能好、光泽度高、颜色均匀、多花色图案、装饰性好等特点，可广泛应用于厨卫、墙面、地面等室内装饰工程中。然而，树脂型人造石材在生产过程中存在有刺激性气味、有毒等问题，在使用过程中存在耐高温性能差、耐碱耐盐腐蚀性能差、耐老化性能差、易产生体积变形等问题，在常温正常使用情况下其使用年限为5～10年，不能用于温度偏高的灶台，防火等级要求高的公共场所，紫外线照射、冷热交替的室外环境等。

无机人造合成石材可有效地改善树脂型人造石材的上述缺点，传统的无机人造合成石材主要指水泥型人造合成石材如水磨石，但是由其装饰效果较差，很难满足装饰设计的要求，已基本被市场淘汰。因此，开发新型的无机人造合成石材，既能有效地改善树脂型人造石材的缺点，又具有优异的装饰效果，将具有广泛的应用前景。

土壤聚合物是由碱激发铝硅酸盐反应生成的无机胶结材料，可用作无机人造合成石材的胶结剂，具有原材料来源广泛、低碳环保、无毒无污染、成本低廉、硬化体强度高、耐酸碱盐腐蚀能力强、耐候性能和耐久性能优异、耐高温性能好的优点。但这类胶结剂应用于无机人造合成石材时在使用过程中会出现泛白泛碱现象，严重影响装饰效果和使用性，而且抗污性能也较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种生产过程无毒环保、成本较低、使用性能优异，装饰效果好的无机人造合成石材及其制备方法。

本发明针对以土壤聚合物作为无机胶结剂制备的人造合成石材在使用过程中出现的泛白泛碱现象和抗污性能较差的问题，采用优化装饰性集料、石材颗粒、石粉、偏高岭土粉的级配，形成连续粒级的紧密堆积；采用提高压制成型时的压力，以提高石材的密实度；采用加温养护提高早期反应程度；并在表面涂敷防护剂等技术措施来加以解决。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案。

一种无机人造合成石材，以天然大理石材及石粉为集料，或者以石英砂及石英粉为集料，再利用硅酸碱溶液激发偏高岭土生成土壤聚合物作为无机胶结剂制备。

本发明所述无机人造合成石材包含以下质量分数的各组分：

偏高岭土 6～12%，

硅酸碱溶液 9～15%，

天然石材集料 45～70%，

装饰性集料 15～30%，

调凝剂 0~0.6%，

无机颜料 0~0.6%，

纤维或纤维网 0~0.2%。

本发明所述天然石材集料有两种，其中第一种是以不同粒级连续级配的天然大理石颗粒及粉体为主，可加入方解石、石灰石或白云石中的一种或两种以上的颗粒及粉体组成的集料；第二种是以不同粒级连续级配的石英砂及石英粉为主，可加入花岗岩颗粒及粉体组成的集料。

本发明所述装饰性集料为玻璃颗粒、琥珀颗粒、贝壳碎片、镜片或马赛克中的一种或两种以上。

本发明所述硅酸碱溶液为硅酸钠溶液或硅酸钾溶液；所述硅酸碱溶液的模数为1.0～2.0；所述硅酸碱溶液中氧化硅与氧化钠或氧化钾的质量浓度之和为30～45%。

本发明所述调凝剂为硼砂、氧化锌、硫酸锌或氯化钡中的一种或两种以上；所述纤维或纤维网为丙纶纤维、腈纶纤维、聚丙烯纤维或尼纶纤维中的一种。

本发明还提供一种无机人造合成石材的制备方法，包括以下步骤：

首先将调凝剂和无机颜料溶解在硅酸碱溶液中制成混合浆液，然后将偏高岭土粉体、第一种天然石材集料、装饰性集料和纤维混合并搅拌均匀得到混合干物料；将上述混合浆液加入混合干物料中，加盖密封后开始抽真空至-0.085～-0.100MPa，并在真空下搅拌10~20分钟，将物料均匀卸至模具中，在密封状态下抽真空至-0.090～-0.100MPa，在真空下振动压制3～6分钟，成型得到人造大理石荒料；再将带有模具的荒料室温自然养护1～3天，然后在密封条件下于100～150^oC养护2～6小时；再经过脱模、拉锯切割、打磨抛光、表面防护，制得无机人造大理石板材；

或者首先将调凝剂和无机颜料溶解在硅酸碱溶液中制成混合浆液，然后将偏高岭土粉体和第二种天然石材集料混合并搅拌均匀，再将装饰性集料均匀覆盖在其上得到混合干物料；然后将混合浆液均匀泼洒在混合干物料层表面，加盖密封并搅拌3~5分钟后在模板中布料，在密封状态下抽真空至-0.090～-0.100MPa，在真空下振动压制3～6分钟，成型得到人造石英石板材胚体；室温自然养护1～2天，然后在密封条件下于100～150℃养护2~4小时，打开密封后静置1~2天；再经过打磨抛光、表面防护，制得无机人造石英石板材。

本发明所述布料的过程为：将物料卸到自动行走布料机内，在布料机的底部铺设好纸板，在纸板上放置模板，将物料均匀布在模板中，再在料层的上表面盖上纸板和压边；有需要时在料层离底部三分之一高度的地方布一层纤维网。

本发明所述偏高岭土粉体的制备过程如下：将工业高岭土于700～850℃动态下煅烧15～45分钟，制得具有碱激发反应活性的偏高岭土，经粉磨加工得到偏高岭土粉体；所述偏高岭土粉体的激光粒度分析D₉₀为3~10μm，活性Al₂O₃质量百分数为20~35%；所述活性Al₂O₃质量百分数的定义为具有反应活性的Al₂O₃含量占偏高岭土质量的百分比。

本发明所述表面防护是指：石材抛光后，经自然风干，在板材正反侧六面均匀涂覆硅烷类防护剂后，对正表面进行抛光；或在板材正反侧六面均匀喷涂液态硅烷类防护剂。

本发明的无机人造合成石材的干燥压缩强度大于80MPa，干燥弯曲强度可达10~15MPa；体积密度不小于2.2g/cm³，吸水率不大于2.0%，抛光后镜向光泽度大于70。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）本发明以硅酸碱溶液激发偏高岭土反应生成土壤聚合物作为无机胶结剂，扩展了用作人造石材胶结剂的原料资源；

（2）本发明的制备方法中使用的无机胶结剂成本较低，在生产过程中无毒无害，绿色环保；制备的无机人造合成石材性能优异，装饰效果好；

（3）本发明的无机人造合成石材具有良好的耐酸碱盐腐蚀及耐高温性能，体积变形小，耐久性优异；

（4）本发明的无机人造合成石材在使用过程中的泛白泛碱情况较弱，抗污性较强。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明，但本发明要求保护的范围并不限于此。

实施例1

将工业高岭土在工业回转炉中于850℃下煅烧15分钟，粉磨加工得到偏高岭土粉体（D₉₀=8.32μm，活性指数30%）；

将0.3%硼砂调凝剂和0.2%铁红无机颜料加入9%硅酸钠溶液（模数1.0，质量浓度30%）、中搅拌均匀得到混合浆液；

将6%偏高岭土粉体、70%大理石颗粒及粉体、15%马赛克及贝壳碎片的混合装饰性集料和0.2%聚丙烯纤维混合均匀制成混合干物料；

将上述混合浆液加入混合干物料中，加盖密封后开始抽真空至-0.100MPa，并在真空下搅拌10分钟；将物料均匀卸至模具中，在密封状态下抽真空至-0.090MPa，在真空下振动压制6分钟，成型得到人造大理石荒料；

将带有模具的荒料室温自然养护3天，然后在密封条件下于150^oC养护2小时；再经过脱模、拉锯切割、打磨抛光、表面涂覆硅烷防护剂，制得无机人造大理石板材。

经测试，所制得的无机人造大理石板材的干燥压缩强度为83.8MPa，弯曲强度为10.6MPa；体积密度为2.21g/cm³，吸水率为2.0%，抛光后镜向光泽度为70。

实施例2

将工业高岭土在工业回转炉中于750℃下煅烧35分钟，粉磨加工得到偏高岭土粉体（D₉₀=3.28μm，活性指数20%）；

将0.6%铬黄无机颜料加入10%硅酸钠溶液（模数1.6，质量浓度40%）中搅拌均匀制成混合浆液；

将8%偏高岭土粉体、62%石灰石和方解石的混合颗粒及粉体、20%玻璃和琥珀颗粒的混合装饰性集料混合均匀制成混合干物料；

将上述混合浆液加入混合干物料中，加盖密封后开始抽真空至-0.085MPa，并在真空下搅拌20分钟；将物料均匀卸至模具中，在密封状态下抽真空至-0.100MPa，在真空下振动压制3分钟，成型得到人造大理石荒料；

将带有模具的人造大理石荒料养护1天，然后在密封条件下于100^oC养护6小时；再经过脱模、拉锯切割、打磨抛光、表面喷涂液态硅烷防护剂，制得无机人造大理石板材。

经测试，所制得的无机人造大理石板材的干燥压缩强度为104.6MPa，弯曲强度为12.5MPa；体积密度为2.32g/cm³，吸水率为1.9%，抛光后镜向光泽度为80。

实施例3

将工业高岭土在工业回转炉中于700℃下煅烧45分钟，粉磨加工得到偏高岭土粉体（D₉₀=9.56μm，活性指数26%）；

将0.3%氧化锌和0.3%氯化钡调凝剂加入15%硅酸钾溶液（模数1.4，质量浓度38%），中搅拌均匀制成混合浆液；

将12%偏高岭土粉体、45%石英砂及石英粉和花岗岩的混合集料搅拌均匀，将28%玻璃颗粒和镜片的混合装饰性集料均匀覆盖在其上得到混合干物料；

在混合干物料层表面均匀泼洒混合浆液，加盖密封后搅拌3分钟，布料，在密封状态下抽真空至-0.100MPa，在真空下振动压制3分钟，成型得到人造石英石板材胚体；

将人造石英石板材胚体室温自然养护1天，然后在密封条件下于100℃养护4小时，而后静置2天，打磨抛光，在表面涂覆硅烷防护剂，制得无机人造石英石板材。

经测试，所制得的无机人造石英石板材的干燥压缩强度为92.3MPa，弯曲强度为11.6MPa；体积密度为2.26g/cm³，吸水率为2.0%，抛光后镜向光泽度为80。

实施例4

将工业高岭土在工业回转炉中于800℃下煅烧30分钟，粉磨加工得到偏高岭土粉体（D₉₀=5.67μm，活性指数28%）；

将0.4% 硫酸锌调凝剂和0.4%铜绿无机颜料加入12%硅酸钠溶液（模数1.2，质量浓度35%）中搅拌均匀制成混合浆液；

将10%偏高岭土粉体、53%石英砂及石英粉搅拌混合均匀，将25%玻璃颗粒和马赛克的混合装饰性集料均匀覆盖在其上得到混合干物料；

在混合干物料层表面均匀泼洒混合浆液，加盖密封后搅拌5分钟，布料并在料层离底部三分之一高度的地方布一层尼纶纤维网，在密封状态下抽真空至-0.095MPa，在真空下振动压制5分钟，成型得到人造石英石板材胚体；

将人造石英石板材胚体室温自然养护2天，然后在密封条件下于120℃养护3小时，而后静置1天，打磨抛光，在表面喷涂液态硅烷防护剂，制得无机人造石英石板材。

经测试，所制得的无机人造石英石板材的干燥压缩强度为110.0MPa，弯曲强度为14.8MPa；体积密度为2.35g/cm³，吸水率为1.75%，抛光后镜向光泽度为85。

实施例5

将工业高岭土在工业回转炉中于800℃下煅烧25分钟，粉磨加工得到偏高岭土粉体（D₉₀=7.23μm，活性指数35%）；

将0.2%氯化钡调凝剂和0.5%铁红无机颜料加入11%硅酸钾溶液（模数2.0，质量浓度45%）中搅拌均匀制成混合浆液；

将9%偏高岭土粉体、50%石英砂及石英粉搅拌混合均匀，将30%贝壳碎片和粗石英颗粒的混合装饰性集料均匀覆盖在其上得到混合干物料层；

在混合干物料层表面均匀泼洒混合浆液，加盖密封后搅拌4分钟，布料并在料层离底部三分之一高度的地方布一层腈纶纤维网，在密封状态下抽真空至-0.090MPa，在真空下振动压制6分钟，成型得到人造石英石板材胚体；

将人造石英石板材胚体室温自然养护2天，然后在密封条件下于150℃养护2小时，而后静置2天，打磨抛光，在表面喷涂液态硅烷防护剂，制得无机人造石英石板材。

经测试，所制得的无机人造石英石板材的干燥压缩强度为98.5MPa，弯曲强度为13.0MPa；体积密度为2.34g/cm³，吸水率为1.8%，抛光后镜向光泽度为75。

Claims

1.一种无机人造合成石材，其特征在于，所述无机人造合成石材是以天然大理石材及石粉为集料，或者以石英砂及石英粉为集料，再利用硅酸碱溶液激发偏高岭土生成土壤聚合物作为无机胶结剂制备。

2.根据权利要求1所述的无机人造合成石材，其特征在于，所述无机人造合成石材包含以下质量分数的各组分：

偏高岭土 6～12%，

硅酸碱溶液 9～15%，

天然石材集料 45～70%，

装饰性集料 15～30%，

调凝剂 0~0.6%，

无机颜料 0~0.6%，

纤维或纤维网 0~0.2%。

3.根据权利要求2所述的无机人造合成石材，其特征在于，所述天然石材集料有两种，其中第一种是以不同粒级连续级配的天然大理石颗粒及粉体为主，可加入方解石、石灰石或白云石中的一种或两种以上的颗粒及粉体组成的集料；第二种是以不同粒级连续级配的石英砂及石英粉为主，可加入花岗岩颗粒及粉体组成的集料。

4.根据权利要求3所述的无机人造合成石材，其特征在于，所述装饰性集料为玻璃颗粒、琥珀颗粒、贝壳碎片、镜片或马赛克中的一种或两种以上。

5.根据权利要求4所述的无机人造合成石材，其特征在于，所述硅酸碱溶液为硅酸钠溶液或硅酸钾溶液；所述硅酸碱溶液的模数为1.0～2.0；所述硅酸碱溶液中氧化硅与氧化钠或氧化钾的质量浓度之和为30～45%。

6.根据权利要求5所述的无机人造合成石材，其特征在于，所述调凝剂为硼砂、氧化锌、硫酸锌或氯化钡中的一种或两种以上；所述纤维或纤维网为丙纶纤维、腈纶纤维、聚丙烯纤维或尼纶纤维。

7.权利要求1~6之一所述的无机人造合成石材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的无机人造合成石材制备方法，其特征在于，所述布料的过程为：将物料卸到自动行走布料机内，在布料机的底部铺设好纸板，在纸板上放置模板，将物料均匀布在模板中，再在料层的上表面盖上纸板和压边；有需要时在料层离底部三分之一高度的地方布一层纤维网。

9.根据权利要求8所述的无机人造合成石材制备方法，其特征在于，所述偏高岭土粉体的制备过程如下：将工业高岭土于700～850℃动态下煅烧15～45分钟，制得具有碱激发反应活性的偏高岭土，经粉磨加工得到偏高岭土粉体；所述偏高岭土粉体的激光粒度分析D₉₀为3~10μm，活性Al₂O₃质量百分数为20~35%。

10.根据权利要求9所述的无机人造合成石材制备方法，其特征在于，所述表面防护是指：石材抛光后，经自然风干，在板材正反侧六面均匀涂覆硅烷类防护剂后，对正表面进行抛光；或在板材正反侧六面均匀喷涂液态硅烷类防护剂。