CN103313951B - 防滑玻璃板及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及包含至少一个玻璃片材的玻璃板,其至少一个面具有至少一个包含嵌在基于玻璃基质中的陶瓷粒子的粗糙区域,所述粒子具有至少等于0.415的未夯实堆密度/真密度比、使得d90小于或等于130微米的粒度分布,以及小于50%的孔隙率。本发明还涉及制造所述防滑板的方法及其作为地板的用途。
Description
本发明涉及防滑玻璃板领域。
玻璃板具有坚固性质并可用做地面元件,尤其是地板、楼梯踏板、阳台砖、入口坡道板、通道板或桥面板。但是,这些板可能很滑,特别是当它们是湿的时,对于某些用途,必须使它们具有一定的粗糙度以令它们防滑。
已知将具有粗糙表面的材料粘结到该玻璃上,例如以可以根据规则或不规则的图案设置在整体玻璃或仅其一部分上的点或带形式。但是,这种材料是较不耐磨,具有剥落和丧失其粗糙性的趋势。
提供有包含具有边缘锐利的粒子(尤其是金属硅酸盐或氧化物颗粒)的玻璃配粉组成的表面涂层的玻璃板也是已知的(EP-A-0 513 707)。边缘锐利的粒子的比例为5至30%不等,所述粒子具有50微米的平均颗粒尺寸和250微米的最大颗粒尺寸。尽管此类板有利具有有利的防滑性质,但是以下事实仍然存在:所述粒子因其非常锐利的边缘而具有在摔倒时导致受伤的风险。此外,这些粒子往往从玻璃配粉中脱离,留下具有切削边缘的空腔—因此潜在危险的—在其中积聚污垢。
DE 196 29 241 C2描述了用于打算嵌入地面中的投光器的防滑玻璃板。该板包含2至14重量%的基于颗粒尺寸为10至150微米和/或200至400微米的刚玉、氧化锆、碳化硅、氮化硼、金刚石或钛的磨料颗粒。在实施例1中,该磨料粒子以含有96%的玻璃配粉、2%的颗粒尺寸为280微米的刚玉和2%的颗粒尺寸为110微米的刚玉的糊料形式通过丝网印刷进行施加。特别是在行人通过的作用下,所述粒子快速失去它们的棱角特征。
DE 100 03 404 C2描述了一种涂有多孔层的防滑玻璃或陶瓷板,所述多孔层含有从该层上凸出的玻璃或陶瓷粒子。所述粒子具有球形形状和光滑表面,其被认为是降低受伤的风险和改善该板的清洁。
WO 2008/023128提出了包含由玻璃配粉和5至30重量%的具棱角陶瓷粒子组成的粗糙表面涂层的防滑玻璃元件,其尺寸为50至250微米,平均尺寸为100微米。
本发明的一个目的是提供表现出良好的耐用性并可容易清洁的玻璃板,该玻璃板特别具有良好的耐磨性,足以提供防滑性质而不具有受伤风险的锐利边缘,以及高透明度。
为了实现这一目的,本发明提供包含至少一个玻璃片材的玻璃板,该玻璃片材的至少一个面具有至少一个包含嵌在基于玻璃配料的基质中的陶瓷粒子的粗糙区域,所述粒子具有至少等于0.415的未夯实堆密度与其真密度的比率、使得d90小于或等于130微米的粒度分布,以及小于50%的孔隙率。
必不可少的是,所述粒子具有这三个特征以便能够用于本发明的玻璃板中。
术语“粗糙区域”理解为是指相对于裸玻璃片材的表面具有提高的粗糙度的区域。
术语“粒子”在这里理解为是指具有足够锐利的边缘以使行人可以在其上行走而不打滑但是在摔倒时不会受伤的具棱角粒子。所述粒子还具有高硬度,尤其是大于16 GPa,以及高压碎强度。
术语“d90”具有在粉末领域中公知的含义,也就是说限定了尺寸,使得90重量%的粒子具有小于d90的尺寸。在该领域,无差别地使用术语“粒子”和“颗粒”。类似地,如下文所述,术语“d50”和“d10”定性了尺寸,使得50重量%和10重量%的所述粒子分别具有小于d50和d10的尺寸。
在本发明的范围中,措辞“基于玻璃配料的基质”应理解为是指在足够温度下熔融玻璃配粉以允许形成具有足够低的以令液体无法穿过所述层的开口孔隙率的玻璃层所得到的产品。作为一般规则,该基质不具有开口孔隙率。
术语“玻璃配料”理解为是指具有粉末形式并基于可任选地是颜料的氧化物的可玻璃化组合物。
符合本发明的陶瓷粒子由非有机非金属材料组成,这种材料还包括玻璃。所述陶瓷优选含有至少一种选自氧化物,尤其是氧化铝和氧化锆(二氧化锆)、氮化物,尤其是氮化硅、碳化物,尤其是碳化硅以及硼化物,尤其是硼化锆的化合物。氧化物是优选的,更特别为氧化铝,有利地为α-Al2O3(刚玉),以及氧化锆。
所述陶瓷粒子可以由单一陶瓷构成的粒子或由不同陶瓷构成的粒子的混合物组成。
根据本发明,所述陶瓷粒子具有至少等于0.415,优选至少等于0.420的在下文解释的条件下测得的未夯实堆密度(densité non tassée)(DNT)与其真密度(massevolumique)的比率。
粒子的未夯实堆密度尤其表征颗粒的形状。粒子的形状越趋于球形,未夯实堆密度值就越高。选择用于表征所述陶瓷粒子的比(所述粒子的未夯实堆密度对其真密度的比)考虑了各材料的化学性质,各材料具有不同的真密度。
对于优选的刚玉粒子,该未夯实堆密度/真密度比至少等于0.425,优选至少等于0.435。
还根据本发明,所述陶瓷粒子具有使得d90小于或等于130微米,优选d50为90至120微米,有利地为90至100微米,并且更好地d10小于或等于40微米的粒度分布。
仍然根据本发明,在下文报道的条件下测得的粒子孔隙率小于或等于50%,优选小于或等于20%,有利地小于或等于5%,尤其小于或等于2%且更好小于0.5%。
由刚玉制成的优选陶瓷粒子可以通过氧化铝在电弧炉中的熔融进行操作的已知方法获得。氧化铝的凝固通过直立电极进行控制。使用具有极高纯度(大约99.9重量%)的氧化铝允许获得“白色”刚玉,因其极低的杂质(尤其是铁)含量,该刚玉具有特别适于目的用途的中性色。
将通过前述方法获得的固化产物粉碎、研磨并筛分以便仅保留具有所需未夯实堆密度/真密度比、所需粒度分布和所需孔隙率的粒子。由此获得的刚玉粒子具有钝的边缘并因此具有极低的受伤风险。
如上所述,该玻璃配料是基于能够获得玻璃的氧化物的粉末,该玻璃将形成陶瓷粒子嵌在其中的基质。所述氧化物可以包括含锰、铬、铜和/或钛的颜料。
通常,出于与环保有关的原因,该玻璃配粉不含有氧化铅PbO。
该玻璃配粉优选是含有二氧化硅SiO2以及氧化铋Bi2O3和/或氧化锌ZnO的玻璃配料。玻璃配料中SiO2的比例优选为35至75重量%, Bi2O3的比例为20至40重量%,更好为25至30%,ZnO的比例为4至10重量%。
本发明的玻璃片材可以由任何类型的玻璃组成,例如钠钙硅玻璃,特别是通过浮法获得的玻璃。
本发明的另一主题是制造上述玻璃板的方法。该方法包括这样的步骤,所述步骤在于:制备包含所述一种或多种玻璃配粉、陶瓷粒子和有机介质的糊料,通过丝网印刷在玻璃上施加由此获得的糊料,任选干燥该玻璃片材,以及在允许烧制该玻璃配料的温度下处理所述片材。
丝网印刷是公知的印刷技术,其使用由织物(在其上复制要在玻璃上印刷的图案)和刮刀(允许施加足以令糊料经由与要印刷的图案对应的开口穿过该网屏网孔并在玻璃片材上沉积所述糊料的剪切力)组成的丝网印刷网屏。
用于丝网印刷的糊料通过混合所述一种或多种玻璃配粉、陶瓷粒子和有机介质获得。
如上所述,所述陶瓷粒子可由单一类型的陶瓷组成,或由多种类型的陶瓷的粒子混合物组成。
糊料中陶瓷粒子的量占该玻璃配粉重量的15至25%,优选等于20%。
有机介质允许调节糊料的粘度并在随后的烧制步骤之前暂时固定玻璃配粉和陶瓷粒子。该介质必须能够自该步骤开始时就被除去以便不会在最终的基质中产生孔隙。
通常,该有机介质包含至少一种溶剂,例如萜烯醇(“松油”)的混合物。其可以还包括一种或多种改善所述陶瓷粒子和玻璃配料在该玻璃板上的暂时固定的树脂。
在引入陶瓷粒子之前,该丝网印刷糊料的粘度通常为50至70泊,优选为大约60泊。
该丝网印刷网屏必须具有与存在于该糊料中的陶瓷粒子尺寸相适合的网孔开口:其必须足够大以使得所有所述粒子穿过该网屏,但不能过大以便不使它们“淹没”在玻璃配粉中,因为在这种情况下,所述粒子不再能提供所希望粗糙特征。
构成该丝网印刷网屏的线可以是由钢或聚合材料,例如聚酯制成的线。它们的直径为80至140微米,优选为大约100微米。
在通过丝网印刷法印刷后沉积在玻璃上的湿糊料的平均厚度可以在50至250微米的大范围内变化,但优选不超过100微米,并有利地不超过60微米。
经印刷的玻璃片材随后使用本领域技术人员已知的方法干燥,例如通过红外灯,以除去在有机介质中所含的一种或多种溶剂。干燥温度通常为70至155℃,优选至少等于140℃。
经干燥的玻璃片材随后在所谓“烧制”的温度下进行处理,该温度允许该玻璃配粉熔融以形成将所述陶瓷粒子固定在玻璃片材的表面上的玻璃层。烧制温度必须足够高以烧制该玻璃配粉,并任选使该玻璃淬火,但是不能过高以使得该玻璃片材不具有任何不合意的可见变形。通常,烧制温度为600至700℃,优选为620至650℃。
包含粗糙图案的玻璃片材可以单独使用。在这种情况下,优选地,该片材已预先在使得该最终玻璃至少进行增韧且优选进行淬火的温度条件下进行了热处理,使得该玻璃片材可以完全安全地使用。
优选地,尤其出于人身安全原因,该玻璃片材通过一个或多个具有热粘合性的热塑性材料片材与一个或多个其它玻璃片材结合以形成层压玻璃板。
作为热塑性材料片材的实例,可以提及聚乙烯醇缩丁醛(PVB)丁酸酯片材、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)片材和聚氨酯片材。
层压板中的玻璃片材的数量取决于其尺寸和对其施加的机械应力。通常,该板包含最多6个玻璃片材,包括含有粗糙图案的玻璃片材,优选包含2至4个玻璃片材。
该玻璃片材和热塑性材料的片材使用已知方法结合,尤其是使用压热器。
用于测定在本发明的玻璃板中包括的陶瓷粒子的特性的测量方法为如下:
根据ANSI B74.4(1992)标准使用“A”设备测量未夯实堆密度(DNT)。未夯实堆密度定义为规定体积内所含粒子的质量,以g/cm3表示。用于进行该测量的装置包括不锈钢漏斗,其尺寸由该标准设定,以及粒子在离开漏斗时排入其中的呈气球形式存在的制动机械装置。漏斗排放区的最低点与粒子落入其中的容量为100立方厘米的圆筒底部之间的距离也由该标准预先规定。
该未夯实堆密度必须在18至30℃的温度下测量。用想要测量其未夯实堆密度的粒子完全充满150毫升烧杯,随后将其完全排空到该封闭漏斗中。回收圆筒位于漏斗出口下正中位置。在打开制动机械装置时,粒子自由落入圆筒中,随后将圆筒称重。由此通过取圆筒中所含粒子的净重对圆筒体积(其为100 cm3)的比来计算未夯实堆密度。
作为实例在下表中给出了构成在用于本发明的板中使用的陶瓷粒子的化合物的真密度:
化合物 | 真密度(g/cm3) |
刚玉 | 3.97 |
氧化锆(二氧化锆) | 5.6 |
碳化硅 | 3.21 |
氮化硅 | 3.44 |
硼化锆 | 6.1 |
通过根据ASTM E11标准使用装有130、106和40微米筛目尺寸的泰勒分析筛的Ro-Tap筛分机的筛分测量粒度。该筛分机用该标准中预先规定的振荡数和拍击数进行操作。
通过氦比重测定法测量粒子的孔隙率(PG),根据下式计算:
PG = (DG - DP / DG) × 100
其中:
DG代表粒子密度;
DP代表粉末密度。
测量防滑性:
•根据2003年2月的EN 1341标准(标准1),其模拟潮湿环境(100%相对湿度)中平放的鞋在待受试表面上的滑动状态:低滑移系数代表非常滑的状态;
•根据ASTM 1679-04标准(标准2),其代表其中当潮湿(100%相对湿度)时鞋跟在水平的待受试表面上滑动的状态。
在颜色(改变和/或漂白)和在玻璃基质中存在缺陷(裂纹、虹彩、剥离)方面视觉评估在EN 1096-2标准的条件下在潮湿(40℃;100%相对湿度)-含盐(SO2)环境中的耐受性。
通过下面的非限制性实施例描述本发明。
实施例1
以允许获得其粘度为大约60泊(使用VT550 Haake粘度计;转速:23.2 rpm测得)的糊料的量将有机介质(标号801022;由Ferro销售)添加到100重量份的玻璃配粉中。
该玻璃配粉具有下列组成(以重量百分比计):54%的SiO2;28.5%的Bi2O3;8%的Na2O;3.5%的Al2O3;和3%的TiO2,余量由BaO、CaO、K2O、P2O5、SrO和ZnO构成。
接着,向糊料中添加20重量份的白色刚玉粒子,随后将获得的混合物在机械混合器中均化。
该白色刚玉粒子具有1.74 g/cm3的未夯实堆密度和3.97 g/cm3的真密度,即0.438的未夯实堆密度/真密度比,并具有使得d90 = 123微米、d50 = 95微米且d10 < 40微米的粒度分布和小于0.5%的孔隙率。
在丝网印刷装置中使用前述糊料,所述丝网印刷装置包含由含32根线/厘米的100微米直径的聚酯线的织物组成的网屏、碳刮刀和热淬火的钠钙硅玻璃片材。
使用三种丝网印刷网屏,它们允许提供具有不同形状与尺寸的粗糙图案:
a)在玻璃片材整个表面上的唯一图案(均匀);
b)侧边为4毫米并相隔4毫米的多个正方形图案;
c)多个宽度10毫米的连续线条,间隔10毫米。
沉积在该玻璃上的潮湿糊料的平均厚度为50至60微米。
将玻璃片材放入在大约145至155℃的温度运行的装有红外灯的干燥装置中以除去在有机介质中所含的有机溶剂并巩固该粗糙图案。
该片材随后放置在630℃的炉中,在那里玻璃配粉熔融并形成嵌有白色刚玉粒子的基质。
在获得的片材上:
- 在潮湿-含盐环境中处理之前,在下表中给出了防滑性的值:
图案 | 标准1 | 标准2 |
a)均匀 | 58 | 1 |
b)方块 | 35 | 0.8 |
c)线条 | 30 | 0.9 |
- 在潮湿-含盐环境中处理后:
•防滑性(根据前述标准1和2测得)没有改变;
•观察到无裂纹,非常轻微的颜色变化(漂白),无虹彩,无玻璃配粉基的基质的剥落。
实施例2(对比例)
在经改变的实施例1的条件下进行操作,条件改变在于使用:
- ZnO基玻璃配粉(标号VJN 957,由Ferro销售);
- 具有等于1.02 g/cm3的未夯实堆密度(即0.257的未夯实堆密度/真密度比)和60微米的d50的白色刚玉粒子;
- 包含43根线/厘米的网屏、橡胶刮刀、沉积的糊料的平均厚度为50微米。
在获得的玻璃片材上:
- 在潮湿-含盐环境中处理之前,在下表中给出了防滑性的值:
图案 | 标准1 | 标准2 |
a)均匀 | 35 | 0.8 |
- 在潮湿-含盐环境中处理后:
•防滑性(根据前述标准1和2测得)没有改变;
•观察到大量裂纹,显著的颜色变化(漂白),虹彩,但是无玻璃配粉基的基质的剥落。
实施例3(对比例)
在经改变的实施例1的条件下进行操作,条件改变在于白色刚玉粒子具有184微米的d50。
在丝网印刷装置中施加该糊料时发现,一部分粒子没有穿过该网屏的网孔,这使得无法正确在该玻璃片材上印刷图形。
Claims (21)
1.包含至少一个玻璃片材的玻璃板,其至少一个面具有至少一个包含嵌在玻璃基质中的陶瓷粒子的粗糙区域,其特征在于所述粒子具有至少等于0.415的未夯实堆密度/真密度比、使得d90小于或等于130微米的粒度分布,以及小于50%的孔隙率;其中措辞“玻璃基质”理解为是指在足以允许形成玻璃层的温度下熔融玻璃配粉所得到的产品,该玻璃层具有足够低的以令液体无法穿过所述层的开口孔隙率,并且陶瓷粒子的量占该玻璃配粉重量的15至25%。
2.如权利要求1所要求保护的玻璃板,其特征在于所述陶瓷粒子由含有至少一种选自氧化物、氮化物、碳化物和硼化物的化合物的陶瓷组成。
3.如权利要求2所要求保护的玻璃板,其特征在于所述陶瓷是氧化铝、氧化锆、氮化硅或碳化硅。
4.如权利要求2所要求保护的玻璃板,其特征在于所述陶瓷是氧化铝和氧化锆。
5.如权利要求3所要求保护的玻璃板,其特征在于该氧化铝为α-Al2O3。
6.如权利要求1至5之一所要求保护的玻璃板,其特征在于该未夯实堆密度/真密度比至少等于0.420。
7.如权利要求1至5之一所要求保护的玻璃板,其特征在于所述粒子是具有至少等于0.425的未夯实堆密度/真密度比的刚玉粒子。
8.如权利要求1至5之一所要求保护的玻璃板,其特征在于所述粒子是具有至少等于0.435的未夯实堆密度/真密度比的刚玉粒子。
9.如权利要求1至5之一所要求保护的玻璃板,其特征在于所述陶瓷粒子具有使得d50为90至120微米的粒度分布。
10.如权利要求9所要求保护的玻璃板,其特征在于所述陶瓷粒子具有使得d50为90至100微米的粒度分布。
11.如权利要求9所要求保护的玻璃板,其特征在于所述陶瓷粒子具有使得d10为小于或等于40微米的粒度分布。
12.如权利要求7所要求保护的玻璃板,其特征在于所述粒子的孔隙率小于或等于20%。
13.如权利要求7所要求保护的玻璃板,其特征在于所述粒子的孔隙率小于或等于5%。
14.如权利要求7所要求保护的玻璃板,其特征在于所述粒子的孔隙率小于或等于2%。
15.如权利要求7所要求保护的玻璃板,其特征在于所述粒子的孔隙率小于0.5%。
16.如权利要求1至5之一所要求保护的玻璃板,其特征在于该玻璃配粉不含铅,并且其包含二氧化硅SiO2,以及氧化铋Bi2O3和/或氧化锌ZnO。
17.如权利要求16所要求保护的玻璃板,其特征在于玻璃配粉以下列以重量%计的比例包含:
SiO2 35 - 75%
Bi2O3 20 - 40%
ZnO 4 - 10%。
18.如权利要求1至5之一所要求保护的玻璃板,其特征在于将该玻璃片材进行增韧或淬火。
19.用于制造如权利要求1至18之一所要求保护的玻璃板的方法,包括下列步骤:
- 制备包含一种或多种玻璃配粉、陶瓷粒子和有机介质的糊料;
- 通过丝网印刷在玻璃上施加由此获得的糊料;
- 任选干燥该玻璃片材;和
- 在用于烧制该玻璃配粉的温度下处理所述片材。
20.如权利要求1至18之一所要求保护的板用作防滑板的用途。
21.如权利要求1至18之一所要求保护的板用作地板的用途。
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