CN102659348B - 人造石英石板材原料和利用其制备人造石英石的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人造石英石板材原料以及利用该石英石板材原料制备石英石的方法。该人造石英石板材原料由基体物料和添加剂组成，所述基体物料的各组分含量按重量百分比计为：石英砂20～70％、石英粉20～70％、不饱和聚酯树脂8～12％、色浆0.3～0.7％；所述添加剂包括复合固化剂和偶联剂，所述复合固化剂重量等于所述不饱和聚酯树脂重量的0.8～2.0％，所述偶联剂重量等于所述不饱和聚酯树脂重量的0.5～1.5％，其中，所述复合固化剂为中温固化剂和高温固化剂混合而成，所述复合固化剂中中温固化剂与高温固化剂的重量比的比值为1/9～3/7。实践证明，利用该石英石板材原料制备人造石英石低成本，高效率，产品的综合性能优良。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料制备技术领域，具体是指一种人造石英石板材原料和利用其制备人造石英石的方法。
背景技术
人造石英石作为最新型的人造建材，有着高强度、高硬度、耐高温、防腐蚀、抗老化、易清洁、耐磨、材质精纯、无辐射等天然石材无可比拟的优势。在天然石材作为不可再生资源日渐枯竭的今日，人造石英石是其最好的替代品，同时，人造石英石可采用废旧玻璃作为原料，因而在保护环境的同时实现了资源再利用，这些优势让人造石英石成为建筑装饰行业的新贵，被广泛的应用到橱柜、卫浴、办公室和大型商场的地面、墙面装饰以及家居行业。
目前，制约人造石英石发展的主要因素就是其产品品质和高的制造成本两大因素。影响人造石英石产品重量的因素很多，主要有原材料配份、制造设备和制造工艺几个方面，固化作为制造工艺中的成型环节，对石英石的石质、综合力学性能有着极其重要的影响。本发明之前，申请号为201010528311.7的发明专利公开了一种石英石板材原料，包括占石英石板材总重量百分比60～63％的5-100目粒径的石英砂和废旧玻璃料等无机硅材料、28～32％的320-3000目石英石粉、7-9％的不饱和树脂、及0.4-0.6％的色料和偶联剂；重量占树脂用量的0.5-1％的紫外线吸收剂、0.5-1％的分解剂、0.8-1％的固化剂；该发明生产的石英石板材利用石英砂、粉和废旧玻璃粒料等无机硅材料与不饱和树脂，在真空状态下振动加压压制，中温条件下固化合成，克服了现有人造石在长期室外强光下使用中发生老化的问题，具有良好的物理和化学性能。该发明采用过氧化-2-乙基己酸叔丁酯作固化剂，该固化剂所制造的产品力学性能较好，受到广泛青睐，但是该固化剂存在不足之处：固化所需温度高，在100℃以上，因而固化能耗大，对设备要求高，在此高温条件下，原料中为染色而加入的有机颜料色浆会发生化学变化，最终影响制品的表观色泽；另外，固化时高温反应剧烈，板材内应力大，容易出现开裂的现象严重影响制品的力学性能。有些生产者在制造石英石时选用固化温度较低的中温固化体系固化剂，但是由于中温体系固化剂的制备和运输技术不是很成熟，存在一定的危险性，且所制备产品的力学性能要相对逊色，也在行业中应用较少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题针对现有技术不足，提供一种人造石英石板材原料以及利用该石英石板材原料制备石英石的方法，利用该石英石板材原料制备人造石英石低成本，高效率，产品的综合性能优良。
为解决上述技术问题，本发明的人造石英石板材原料，它由基体物料和添加剂组成，所述基体物料的各组分含量按重量百分比计为：石英砂20～70％、石英粉20～70％、不饱和聚酯树脂8～12％、色浆0.3～0.7％；所述添加剂包括复合固化剂和偶联剂，所述复合固化剂重量等于所述不饱和聚酯树脂重量的0.8～2.0％，所述偶联剂重量等于所述不饱和聚酯树脂重量的0.5～1.5％，其中，所述复合固化剂为中温固化剂和高温固化剂混合而成，所述复合固化剂中中温固化剂与高温固化剂的重量比的比值为1/9～3/7。所述中温固化剂是指引发不饱和聚酯树脂交联反应的临界温度为40≤t＜100℃的固化剂，所述高温固化剂是指引发不饱和聚酯树脂交联反应的临界温度为t≥100℃的固化剂。
优选地，所述添加剂中还包括有促进剂，所述促进剂重量等于所述复合固化剂重量的20～30％。
进一步地，所述复合固化剂中，中温固化剂为过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮或过氧化二苯甲酰中的一种或几种；所述高温固化剂为过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯或叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯中的一种或几种。
还优选地，所述促进剂为十二烷基硫醇；所述偶联剂为有机硅烷偶联剂。
进一步地，当所述复合固化剂中含有过氧化二苯甲酰或过氧化苯甲酰时，选用N，N-二甲基苯胺作促进剂；当所述复合固化剂中含有过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二叔丁基或过氧化二异丙苯时，选用异辛酸钴或环烷酸钴作促进剂。
再优选地，所述石英砂由4目＜粒度≤6目、6目＜粒度≤8目、8目＜粒度≤16目、16目＜粒度≤20目、20目＜粒度≤40目、40目＜粒度≤70目和70目＜粒度≤140的7种颗粒级配中的一种或几种构成。
进一步地，所述石英粉由300目＜粒度≤400目、400目＜粒度≤1250目和1250目＜粒度≤3000目的三种颗粒级配构成，所述三种颗粒级配在石英粉中的重量百分比依次为95～98％、1～4％和1～4％。
利用本发明人造石英石板材原料制备人造石英石的方法，它依次包括以下步骤：
1)按照各组分的重量含量配备原料，混合后搅拌均匀；
2)将原料均匀平铺在模板上；
3)将模板送入真空振动成型压机中振荡压制成型；
4)将成型后的板材送入固化炉加热固化，固化炉内温度控制在80～110℃，固化时间为1～2小时，使板材完全固化；
5)固化后的板材出炉脱模，堆放冷却后，即可得到人造石英石。
本发明的人造石英石板材原料中各组分含量的选择原理和利用该人造石英石板材原料制备人造石英石方法中各步骤工艺参数控制的原理如下：
本发明的人造石英石采用粗颗粒石英砂作为板材的骨料，保证产品拥有类似于天然石英的优良性能，同时采用石英粉用于填充颗粒间的空隙，其中选用三种颗粒级配在石英粉还在很大程度上增加了板材在压制时的流动性，保证了产品拥有高密度和高硬度。不饱和聚酯树脂主要作为连接体，少量的作为填充体，用来填充石英粉不能填充的更小空隙；固化剂是一类可以引发热固性树脂发生交联反应形成空间网状结构的催化剂，在达到一定温度后固化剂开始引发不饱和聚酯树脂固化，使板材成为可以后续加工的具有坚硬质地的石材。通常，按照固化剂引发不饱和聚酯树脂交联反应的临界温度来分，可以将固化剂分为常温引发剂、中温引发剂和高温引发剂三大类，临界温度t＜40℃的为常温引发剂，临界温度为40≤t＜100℃的为中温固化剂，临界温度为t≥100℃的为高温固化剂。本发明的复合固化剂为中温固化剂和高温固化剂混合而成，所述复合固化剂中中温固化剂与高温固化剂的重量比值为为1/9～3/7，选择此配比的原理在于，采用高温引发剂作为主固化体系，其添加量要取较大比列，旨在提高板材的固化度和后固化性能，中温固化剂的添加可以降低复合固化体系的成本、同时降低引发温度和能耗、提高生产效率。更具体的，中温固化剂为过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮或过氧化二苯甲酰中的一种或几种；所述高温固化剂为过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯或叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯中的一种或几种。另外，本发明添加剂中还可以添加与固化剂相对应的促进剂，促进剂能够降低固化剂引发不饱和聚酯树脂交联反应的临界温度，使引发剂在更低的温度下释放出自由基，从而引发不饱和聚酯树脂的固化，进一步降低能耗，提高生产效率。所添加促进剂的重量等于所述复合固化剂重量20～30％即可达到有益的效果。所述促进剂可以选用十二烷基硫醇，因为十二烷基硫醇能对于上述所有的过氧化物类引发剂都起作用。优选地，当所述复合固化剂中含有过氧化二苯甲酰或过氧化苯甲酰时，可以选用N，N-二甲基苯胺作促进剂；当所述复合固化剂中含有过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二叔丁基或过氧化二异丙苯时，可选用异辛酸钴或环烷酸钴作促进剂。偶联剂用于在树脂和石英砂以及石英粉之间形成牢固的化学键，从而提高树脂对于基体骨料的连接力，使制品成为一个物理相上的整体。
本发明的人造石英石板材原料通过将中温固化剂和高温固化剂复合使用，有效降低人造石英石固化剂的成本，降低制备过程中的反应能耗；避免了传统的人造石英石采用高温固化剂容易引起制品变色、制品内应力大易开裂和采用中温固化剂引起制品弹性模量和硬度不够的问题。同时，本发明的人造石英石板材原料制备人造石英石的方法操作简单，条件温和，能耗低。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的人造石英石板材原料和利用其制备人造石英石的方法作进一步详细描述。
实施例1
一种人造石英石板材原料，由基体物料和添加剂组成，基体物料的各组分含量按重量百分比计为：石英砂20％、石英粉70％、不饱和聚酯树脂9.5％，色浆0.5％，添加剂包括重量为不饱和聚酯树脂重量的2.0％复合固化剂和重量为不饱和聚酯树脂重量的1.5％的偶联剂，复合固化剂为过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)和过氧化苯甲酰(BPO)组成，TBPB与BPO的重量比为9∶1，不添加促进剂，偶联剂为市场上购买的商品号为KH570的有机硅烷偶联剂；石英砂由4目＜粒度≤6目、6目＜粒度≤8目、8目＜粒度≤16目、16目＜粒度≤20目、20目＜粒度≤40目、40目＜粒度≤70目和70目＜粒度≤140的7种颗粒级配构成，这7种颗粒级配在石英砂中的重量百分比依次为15％，15％，15％，15％，15％，15％，10％；石英粉由300目＜粒度≤400目、400目＜粒度≤1250目和1250目＜粒度≤3000目的三种颗粒级配构成，这三种颗粒级配在石英粉中的重量百分比依次为95％、2％和3％。
采用上述人造石英石板材原料制备人造石英石的方法，依次包括以下步骤：
1)按照各组分的重量含量配备原料，混合后搅拌均匀；
2)将原料均匀平铺在模板上；
3)将模板送入真空振动成型压机中振荡压制成型；
4)将成型后的板材送入固化炉加热固化，固化炉内温度控制在100℃，固化时间为1小时，使板材完全固化；
5)固化后的板材出炉脱模，堆放冷却后，即可得到人造石英石。
经检测，制备时加热固化温度比单纯使用TBPB作为引发剂降低了10℃，烘烤时间却缩短了0.5h；对所制备的人造石英石进行力学性能测试，弯曲强度比单纯使用BPO作为引发剂提高了8MPa，弹性模量提高了4GPa。
实施例2
一种人造石英石板材原料，由基体物料和添加剂组成，基体物料的各组分含量按重量百分比计为：石英砂70％、石英粉20％、不饱和聚酯树脂9.7％，色浆0.3％，添加剂包括重量为不饱和聚酯树脂重量的1.0％复合固化剂和重量为不饱和聚酯树脂重量的0.5％的偶联剂，复合固化剂为过氧化苯甲酰(BPO)、过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)和过氧化二异丙苯组成，BPO重量与TBPB和过氧化二异丙苯重量之和的比值为3/7，添加占BPO重量20％的N，N-二甲基苯胺以及重量占TBPB和过氧化二异丙苯重量之和20％的异辛酸钴作促进剂，偶联剂为市场上购买的商品号为KH580的有机硅烷偶联剂；石英砂由8目＜粒度≤16目、16目＜粒度≤20目、20目＜粒度≤40目、40目＜粒度≤70目和70目＜粒度≤140的5种颗粒级配构成，这5种颗粒级配在石英砂中的重量百分比依次为20％，20％，20％，20％，20％；石英粉由300目＜粒度≤400目、400目＜粒度≤1250目和1250目＜粒度≤3000目的三种颗粒级配构成，这三种颗粒级配在石英粉中的重量百分比依次为95％、1％和4％。
将上述人造石英石板材原料制备成人造石英石，其制备步骤按实施例1的方法，只是将第4)步中固化炉内温度控制在95℃，固化时间为0.8小时。
经检测，制备时加热固化温度比单纯使用TBPB作为引发剂降低了15℃，烘烤时间却缩短了0.6h；对所制备的人造石英石进行力学性能测试，弯曲强度比单纯使用BPO作为引发剂提高了5MPa，弹性模量提高了2GPa。
实施例3
一种人造石英石板材原料，由基体物料和添加剂组成，基体物料的各组分含量按重量百分比计为：石英砂60％、石英粉30％、不饱和聚酯树脂9.3％，色浆0.7％，添加剂包括重量为不饱和聚酯树脂重量的0.8％复合固化剂和重量为不饱和聚酯树脂重量的1.0％的偶联剂，复合固化剂为过氧化甲乙酮和过氧化-2-乙基己酸叔丁酯组成，过氧化甲乙酮和过氧化-2-乙基己酸叔丁酯的重量比为1/4，添加重量占复合固化剂总重量28％的环烷酸钴作促进剂，偶联剂为市场上购买的商品号为KH580的有机硅烷偶联剂；石英砂由4目＜粒度≤6目、6目＜粒度≤8目、8目＜粒度≤16目、16目＜粒度≤20目、20目＜粒度≤40目、40目＜粒度≤70目和70目＜粒度≤140的7种颗粒级配构成，这7种颗粒级配在石英砂中的重量百分比依次为15％，15％，15％，15％，15％，15％，10％；石英粉由300目＜粒度≤400目、400目＜粒度≤1250目和1250目＜粒度≤3000目的三种颗粒级配构成，这三种颗粒级配在石英粉中的重量百分比依次为95％、1％和4％。
将上述人造石英石板材原料制备成人造石英石，其制备步骤按实施例1的方法，只是将第4)步中固化炉内温度控制在95℃，固化时间为1.2小时。
经检测，制备时加热固化温度比单纯使用过氧化甲乙酮作为引发剂降低了15℃，烘烤时间却缩短了0.4h；对所制备的人造石英石进行力学性能测试，弯曲强度比单纯使用过氧化甲乙酮作为引发剂提高了5MPa，弹性模量提高了3.5GPa。
实施例4
一种人造石英石板材原料，由基体物料和添加剂组成，基体物料的各组分含量按重量百分比计为：石英砂65％、石英粉25％、不饱和聚酯树脂9.6％，色浆0.4％，添加剂包括重量为不饱和聚酯树脂重量的1.6％复合固化剂和重量为不饱和聚酯树脂重量的1.2％的偶联剂，复合固化剂为过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)和过氧化苯甲酰(BPO)组成，TBPB与BPO的重量比的比值为3/7，添加重量占复合固化剂重量25％的十二烷基硫醇作促进剂，偶联剂为市场上购买的商品号为KH570的有机硅烷偶联剂；石英砂由4目＜粒度≤6目、6目＜粒度≤8目、8目＜粒度≤16目、16目＜粒度≤20目、20目＜粒度≤40目、40目＜粒度≤70目和70目＜粒度≤140的7种颗粒级配构成，这7种颗粒级配在石英砂中的重量百分比依次为15％，15％，15％，15％，15％，15％，10％；石英粉由300目＜粒度≤400目、400目＜粒度≤1250目和1250目＜粒度≤3000目的三种颗粒级配构成，这三种颗粒级配在石英粉中的重量百分比依次为95％、2％和3％。
将上述人造石英石板材原料制备成人造石英石，其制备步骤按实施例1的方法，只是将第4)步中固化炉内温度控制在90℃，固化时间为0.7小时。
经检测，制备时加热固化温度比单纯使用TBPB作为引发剂降低了20℃，烘烤时间却缩短了1h；对所制备的人造石英石进行力学性能测试，弯曲强度比单纯使用BPO作为引发剂提高了4.5MPa，弹性模量提高了5GPa。
实施例5
一种人造石英石板材原料，由基体物料和添加剂组成，基体物料的各组分含量按重量百分比计为：石英砂60％、石英粉30％、不饱和聚酯树脂9.5％，色浆0.5％，添加剂包括重量为不饱和聚酯树脂重量的2.0％复合固化剂和重量为不饱和聚酯树脂重量的1.5％的偶联剂，复合固化剂为过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)和过氧化苯甲酰(BPO)组成，TBPB与BPO的重量比的比值为1/4，添加促进剂十二烷基硫醇，用量为复合固化剂重量的30％，偶联剂为市场上购买的商品号为KH570的有机硅烷偶联剂；石英砂由4目＜粒度≤6目、6目＜粒度≤8目、8目＜粒度≤16目、16目＜粒度≤20目、20目＜粒度≤40目、40目＜粒度≤70目和70目＜粒度≤140的7种颗粒级配构成，这7种颗粒级配在石英砂中的重量百分比依次为15％，15％，15％，15％，15％，15％，10％；石英粉由300目＜粒度≤400目、400目＜粒度≤1250目和1250目＜粒度≤3000目的三种颗粒级配构成，这三种颗粒级配在石英粉中的重量百分比依次为98％、1％和1％。
将上述人造石英石板材原料制备成人造石英石，其制备步骤按实施例1的方法，只是将第4)步中固化炉内温度控制在80℃，固化时间为0.8小时。
经检测，制备时加热固化温度比单纯使用TBPB作为引发剂降低了30℃，烘烤时间却缩短了1h；对所制备的人造石英石进行力学性能测试，弯曲强度比单纯使用BPO作为引发剂提高了2MPa，弹性模量提高了5.5GPa。
Claims (9)
1.一种人造石英石板材原料，其特征在于：它由基体物料和添加剂组成，所述基体物料的各组分含量按重量百分比计为：石英砂20~70%、石英粉20~70%、不饱和聚酯树脂8~12%、色浆0.3~0.7%；所述添加剂包括复合固化剂和偶联剂，所述复合固化剂重量等于所述不饱和聚酯树脂重量的0.8~2.0%，所述偶联剂重量等于所述不饱和聚酯树脂重量的0.5~1.5%，其中，所述复合固化剂为中温固化剂和高温固化剂混合而成，所述中温固化剂与高温固化剂的重量比值为1/9~3/7；所述石英砂由4目＜粒度≤6目、6目＜粒度≤8目、8目＜粒度≤16目、16目＜粒度≤20目、20目＜粒度≤40目、40目＜粒度≤70目和70目＜粒度≤140的7种颗粒级配中的一种或几种构成。
2.根据权利要求1所述人造石英石板材原料，其特征在于：所述添加剂中还包括有促进剂，所述促进剂重量等于所述复合固化剂重量的20~30%。
3.根据权利要求1所述人造石英石板材原料，其特征在于：所述复合固化剂中，中温固化剂为过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮或过氧化二苯甲酰中的一种或几种；所述高温固化剂为过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯或叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述人造石英石板材原料，其特征在于：所述复合固化剂中，中温固化剂为过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮、过氧化环己酮或过氧化二苯甲酰中的一种或几种；所述高温固化剂为过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯或叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯中的一种或几种。
5.根据权利要求1或2所述人造石英石板材原料，其特征在于：所述偶联剂为有机硅烷偶联剂。
6.根据权利要求2或4所述人造石英石板材原料，其特征在于：所述促进剂为十二烷基硫醇。
7.根据权利要求2或4所述人造石英石板材原料，其特征在于：当所述复合固化剂中含有过氧化二苯甲酰或过氧化苯甲酰时，选用N,N-二甲基苯胺作促进剂；当所述复合固化剂中含有过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基已酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二叔丁基或过氧化二异丙苯时，选用异辛酸钴或环烷酸钴作促进剂。
8.根据权利要求1或2所述人造石英石板材原料，其特征在于：所述石英粉由300目＜粒度≤400目、400目＜粒度≤1250目和1250目＜粒度≤3000目的三种颗粒级配构成，所述三种颗粒级配在石英粉中的重量百分比依次为95~98%、1~4%和1~4%。
9.一种权利要求1所述人造石英石板材原料制备人造石英石的方法，其特征在于，它依次包括以下步骤：
1）按照各组分的重量含量配备原料，混合后搅拌均匀；
2）将原料均匀平铺在模板上；
3）将模板送入真空振动成型压机中振荡压制成型；
4）将成型后的板材送入固化炉加热固化，固化炉内温度控制在80~110℃，固化时间为1~2小时，使板材完全固化；
5）固化后的板材出炉脱模，堆放冷却后，即可得到人造石英石。
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