CN103827411A - 人造石材料及其相关产品和方法 - Google Patents

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Abstract

人造石材料以及包含其的产品具有塑料组分和颗粒硫酸钙填料，其可以是呈硫酸钙二水合物填料形式的硫酸钙填料，这提供阻燃性，并且所述填料提供其它加工益处和产品益处。所述人造石材料可通过将塑料组分与颗粒硫酸钙填料的混合物转变为刚性成型形式制得。

Description

人造石材料及其相关产品和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年5月27日提交的美国临时专利申请61/491,094的优先权，其全部内容引入本申请作为参考。本申请要求2012年3月31日提交的美国临时专利申请61/618,722的优先权，其全部内容引入本申请作为参考。
技术领域
本发明涉及人造石(cultured stone)材料及其相关产品和方法，包括颗粒硫酸钙填料的用途。
背景技术
粉末矿物常常作为填料加入至液体树脂(塑料)中以改善其性质和外观。填充的产品常常称之为人造石、合成石或者固体表面材料，这些术语在本申请中互换使用。单独的树脂往往是脆性并易于开裂，并且是高度可燃的。树脂往往是半透明或透明的。所用的树脂常常是聚酯树脂或丙烯酸类树脂。一种早期的人造石材料包括碳酸钙，呈重质碳酸钙的形式，作为有时称之为“人造大理石”的产品的填料。该材料具有呆板的(dead)白垩外观。氢氧化铝(ATH已经用作填料，并且给予人造石材料半透明度，所得的人造石材料有时称之为“人造缟玛瑙”。一种当今常见的人造石(有时称之为“人造花岗岩”)将氢氧化铝填料与有色石粒合并。大量人造石产品以E.I.du Pont de Nemours andCompany的商标出售。
用于制造人造石材料的树脂或塑料组分通常是高度可燃的。这是个问题，对于设计用于厨房环境诸如厨房工作台面和水槽中的人造石产品尤其如此。然而，即使在其它环境中也可能存在相当的着火危险，例如当水管工使用火炬来安装用于人造石产品的管道(诸如由人造石材料制成的浴缸和淋浴单元)时。美国国际管道暖通机械认证协会(International Association ofPlumbing and Mechanical Officials)已经制定规范，要求所述管道装置是耐火的。包含溴、氯和锑的化合物对于塑料组合物而言是非常有效的阻燃剂。不幸的是，所述组合物当暴露于火时往往发出毒性和腐蚀性烟气。氢氧化铝提供相当程度的阻燃性，因为其在高温时释出结合水，而没有与溴、氯和锑的化合物关联的有害排放。氢氧化铝在约230℃至约430℃的温度范围脱水。然而，使用氢氧化铝存在大量的产品限制和工艺限制以及不期望的环境后果。
对于在人造石中的阻燃有效性，优选以高浓度和小粒度使用无机氢氧化物阻燃剂诸如氢氧化铝。55至60wt%浓度以上的载量常常是适宜的。使用细粒氢氧化铝，发现在这样的高载量时聚合物太稠以致于不能倾倒，因此所得的人造石产品的力学性质是不可接受的。J M Huber(氢氧化铝的供应商)提供各种等级的氢氧化铝，平均粒度范围16-95微米。出于粘度考虑，更细的等级是不推荐的。8微米等级可以少量使用以提高填料填充密度。一些更昂贵的更细粒度等级是表面用硅烷、脂肪酸或其它化学品处理的，以有助于降低粘度，从而可获得更高的填料载量。这些添加剂也可用于改善人造石产品的机械性质。然而，即使采用所述的表面处理，细颗粒氢氧化铝的载量还是有限的，表面处理显著地增加了填料的成本。
关于氢氧化铝的另一限制是制得的氢氧化铝可能具有古铜色并可能包含黑斑，这是因为存在来自加工中的有机物。商业氢氧化铝产品还可能包含少量铁，这降低了产品的白度。对于氢氧化铝的多种其它用途，诸如制备铝金属或者制备氧化铝磨料，无需氢氧化铝的高白度。然而，对于在产品诸如人造缟玛瑙或人造花岗岩中的用途，需要高白度，并且可能需要特殊处理以从用作人造石填料的氢氧化铝填料中除去杂质。
氢氧化铝的使用还带来了显著的环境问题。氢氧化铝是严格合成的产品，通常使用苛性苏打从铝土矿中提取出。在该工艺中，产生大量有毒的“红浆”，造成环境危害。而且，由于在其制造中使用苛性苏打，氢氧化铝产品往往在pH中是碱性的，这对于制备人造石材料而言不是优选的。
期望解决与使用氢氧化铝作为人造石产品中的填料相关的这些限制中一些或者所有的问题。
发明内容
本发明的一方面涉及包含塑料组分和颗粒硫酸钙填料的人造石材料，所述颗粒硫酸钙填料的重均粒度不大于3微米。
多种特征精化和补充特征适用于本发明的第一方面。这些特征精化和补充特征可单独或者以任意组合使用。因此，以下特征各自可以但不是必须与第一方面的任何其它特征或组合一起使用。
所述塑料组分可以是具有适用于固体表面应用的性质的任何塑料组合物。本申请所用的“塑料组合物”和“树脂”或“树脂组合物”是相同的，并且是指主要由一种或多种聚合物构成并且可包括少量其它组分(例如增塑剂、加工助剂、固化剂和有助于或者参与交联的添加剂)的组合物。“塑料组分”是指在加工制备人造石材料之前呈其初始形式的、在加工过程中的以及存在最终的人造石材料中呈固化硬化态的所述树脂组合物。应理解在加工期间组合物可能发生变化，例如由于交联或者挥发性加工助剂的挥发。所述塑料组分可以是热塑性的。所述塑料组分可以是热固性的，这通常是更优选的。
一种优选的塑料组分包含聚酯树脂。所述聚酯树脂可以是热固性树脂。所述聚酯树脂可包括一种或多种聚合物，包括在二羧酸(二元酸)和二羟基醇(二元醇)之间的聚合反应产物。所述聚酯树脂在固化之前最初可以是不饱和的(例如，包含烯键不饱和)，并且可具有在固化形成最终的人造石材料期间参与交联的不饱和官能度。聚酯树脂可基于邻苯二甲酸或其异构体(间苯二甲酸、对苯二甲酸)或者邻苯二甲酸酐或其异构体(例如，对苯二甲酸酐)。烯键不饱和官能度可在聚酯树脂中提供，例如通过由马来酸或用于制备树脂的其它不饱和二羧酸单体组分提供的部分。
另一优选的塑料组分包含丙烯酸类树脂。丙烯酸类树脂可包括一种或多种聚合物，包括丙烯酸类单体材料(例如，丙烯酸、甲基丙烯酸和丙烯酸或甲基丙烯酸的酯)的共聚物。一种优选的丙烯酸类树脂包括聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)。
另一优选的塑料组分包含聚氨酯树脂。另一优选的塑料组分包含环氧树脂。又一优选的塑料组分包含选自脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和酚醛树脂的树脂组分。
所述颗粒硫酸钙填料可包括任何形式的硫酸钙。在一些优选的实施方案中，所述硫酸钙填料中的硫酸钙呈硫酸钙二水合物的形式，可称之为硫酸钙二水合物填料。硫酸钙二水合物填料尤其优选用于这样的应用，其中阻燃性是重要的。硫酸钙二水合物填料可用作有效的阻燃剂，因为在高温时释出晶体结构中的结合水。硫酸钙二水合物通常在约80℃至约180℃的温度范围脱水。硫酸钙二水合物填料往往赋予人造石材料有光泽的“缟玛瑙”外观。在其它一些优选的实施方式中，所述颗粒硫酸钙填料中的硫酸钙呈硬石膏(无水硫酸钙)形式，其可以是可溶硬石膏或不可溶(所谓的僵烧)硬石膏，对于许多实施方案而言不可溶硬石膏通常是更优选的。其中硫酸钙呈硬石膏的形式的颗粒硫酸钙填料可称之为硫酸钙硬石膏填料。当阻燃性不重要时和当期望更不透明的白色外观时，硫酸钙硬石膏填料可能是优选的。与硫酸钙二水合物填料相比，硫酸钙硬石膏填料往往赋予人造石材料更不透明的亮白色外观。
所述颗粒硫酸钙填料的重均粒度可以是不大于2.5微米，或者不大于2微米。所述颗粒硫酸钙填料的重均粒度可以是至少0.5微米，或者至少1微米。所述颗粒硫酸钙填料可具有粒度分布使得至少90wt%的所述颗粒硫酸钙填料粒子不大于10微米，或者不大于7微米，或者不大于6微米，或者不大于5微米或不大于4微米，或者不大于3微米。所述颗粒硫酸钙填料针对硫酸钙材料(例如，硫酸钙二水合物或硬石膏)而言可具有高纯度。所述颗粒硫酸钙填料的纯度可以是至少90%，或者至少95%，或者至少97%，或者至少98%或者至少99%，针对所述硫酸钙材料而言。纯度为至少某一重量百分数是指硫酸钙材料至少构成所述颗粒硫酸钙填料的该重量百分数。
颗粒硫酸钙二水合物填料的硫酸钙二水合物可包括硫酸钙二水合物矿产。矿产是指所述硫酸钙二水合物是开采的硫酸钙二水合物，其可以已经选矿至在颗粒硫酸钙二水合物填料中存在的具体的粒度和尺寸分布和纯度。在一种优选的实施方案中，颗粒硫酸钙二水合物填料不含，或者基本上不含合成的硫酸钙二水合物。颗粒硫酸钙二水合物填料的硫酸钙二水合物可包括呈石膏矿(gypsum)形式的硫酸钙二水合物。颗粒硫酸钙二水合物填料的硫酸钙二水合物可包括呈透明石膏矿(selenite)形式的硫酸钙二水合物。
硫酸钙硬石膏填料的硬石膏可包括来自硫酸钙矿产诸如硫酸钙二水合物矿产或硫酸钙半水合物矿产的煅烧的硬石膏。该煅烧可以足够剧烈以至于形成不可溶硬石膏。
所述颗粒硫酸钙填料可包括表面经处理的粒子，例如以允许塑料组分具有提高载量的所述颗粒硫酸钙填料。所述表面经处理的粒子可以是用以下中的一种或多种进行表面处理的：硅烷、铝酸酯、钛酸酯、锆铝酸酯和脂肪酸。所述表面经处理的粒子的表面处理可包括共价偶合或者粘附(例如，吸附、物理吸附、化学吸附)至硫酸钙粒子表面的材料。或者，所述颗粒硫酸钙填料的粒子可以是表面未经处理的，即粒子的表面未化学处理来改变粒子的硫酸钙材料的表面性质。
所述人造石材料可包括至少30wt%、至少40wt%、至少50wt%、至少60wt%、至少65wt%、至少70wt%、至少80wt%、至少90wt%或至少95wt%的所述颗粒硫酸钙填料。所述人造石材料可包括不超过96wt%、不超过95wt%、不超过90wt%、不超过80wt%、不超过70wt%、不超过65wt%或不超过60wt%的所述颗粒硫酸钙填料。在一种实施方案中，例如对于热固性浇铸应用，人造石材料可包括55wt%至70wt%范围内的量的所述颗粒硫酸钙填料。在另一实施方案中，例如对于压缩模塑应用，人造石材料可包括至少95wt%的硫酸钙填料。
所述人造石材料可包括至少3wt%、至少5wt%、至少10wt%、至少20wt%、至少30wt%、至少35wt%、至少40wt%或者至少50wt%的塑料组分。所述人造石材料可包括不超过70wt%、不超过60wt%、不超过50wt%、不超过40wt%、不超过35wt%、不超过30wt%、不超过20wt%、不超过10wt%或者不超过5wt%的塑料组分。在一种实施方案中，例如对于热固性浇铸应用，人造石材料可包括25wt%至45wt%范围内的量的所述塑料组分。在另一实施方案中，例如对于压缩模塑应用，人造石材料可包括不超过5wt%的聚合物组分。
人造石材料可包括一种或多种与所述颗粒硫酸钙填料和所述塑料组分不同的次要组分。所述次要组分可包括装饰性材料。这样的次要组分可包括颜料。所述次要组分可包括岩粒。
颗粒硫酸钙二水合物填料可以是第一阻燃性填料，所述人造石材料可包括一种或多种与所述颗粒硫酸钙二水合物填料不同的其它阻燃性填料(例如，第二阻燃性填料、第三阻燃性填料，等等)，例如包括与硫酸钙二水合物不同的无机氢氧化物(hydrate)。所述其它阻燃性填料可具有与硫酸钙二水合物的脱水温度范围不同的脱水温度范围，例如其初始脱水温度高于第一阻燃性填料的初始脱水温度，或者甚至其初始脱水温度高于第一阻燃性填料的最终脱水温度。所述其它阻燃性填料可以是氢氧化铝或氢氧化镁。人造石材料可包括两种或更多种不同的阻燃性填料(例如，硫酸钙二水合物以及氢氧化镁和氢氧化铝中的一者或二者)。氢氧化镁可呈水镁石矿物的形式。所述其它阻燃性填料可以呈颗粒形式，例如可以具有任意的如针对颗粒硫酸钙二水合物填料所述的粒度和尺寸分布特性，或者可具有与如针对颗粒硫酸钙二水合物填料所述的不同的粒度和尺寸分布特性。当所述人造石材料包含多于一种的不同的阻燃性填料时，人造石材料包含的阻燃性填料的总重量百分数(所有的阻燃性填料各自的重量百分数之和)依据上面针对颗粒硫酸钙二水合物填料所述的任意重量百分数。当在人造石材料中存在多种不同阻燃性填料时，颗粒硫酸钙二水合物填料可以以比每一种其它阻燃性填料大的重量百分数浓度存在。任一的所述其它阻燃性填料可以是表面经处理的，例如如上针对颗粒硫酸钙填料所述。阻燃性填料是指无机材料，其可以是矿物或合成材料，其能够在热分解时释出水或者以其它方式贡献阻燃性。在一种优选的实施方案中，人造石材料中的各阻燃性填料包括无机氢氧化物。
所述人造石材料可以呈设计用于具体应用的刚性成型形式，诸如用于产品或者产品的一部分的具体形式。
本发明的第二方面涉及包含人造石材料的产品，所述人造石材料包含塑料组分和颗粒硫酸钙填料，其中所述颗粒硫酸钙填料的重均粒度不大于3微米。
多种特征精化和补充特征适用于本发明的第二方面。这些特征精化和补充特征可单独或者以任意组合使用。因此，以下特征各自可以但不是必须与第二方面的任何其它特征或组合一起使用。
所述人造石材料可以是根据本发明的第一方面的人造石材料，包括针对本发明的第一方面所述的任意特征或者任意特征的组合。
本发明的第二方面的产品可包括成形为任何产品形式的人造石材料。所述产品可例如是以下的任一种：工作台面、水槽、浴缸、浴盆、淋浴单元、模拟砖、瓦、模拟石、壁板、保龄球、纽扣或小雕像。所述产品可以是机器的支撑基部。
本发明的第三方面涉及制备人造石材料的方法。所述方法包括将混合物转变为刚性成型形式。所述包含塑料组分和颗粒硫酸钙填料，其中所述颗粒硫酸钙填料的重均粒度不大于3微米。
多种特征精化和补充特征适用于本发明的第三方面。这些特征精化和补充特征可单独或者以任意组合使用。因此，以下特征各自可以但不是必须与第三方面的任何其它特征或组合一起使用。
所述方法可包括,在所述转变之前，将混合物成形，该成形可包括将所述混合物引入模具的空腔中。所述混合物可填充和呈现模具的形状。
所述转变可包括所述塑料组分硬化或凝结成刚性固体或硬化形式，其将所述颗粒硫酸钙填料结合在最终人造石材料的复合材料结构中。所述转变可包括固化或者凝结所述混合物，例如对于热固性塑料组分是这种情形。所述固化可发生在所述混合物成形为最终产品的期望形状之后，诸如在浇铸操作期间是这种情形，或者可发生在所述混合物成形为其最终形式的同时，诸如在压缩模塑期间是这种情形。固化可涉及混合物的化学变化。例如，固化可包括塑料组分的聚合物交联。所述混合物可包含一种或多种参与所述交联的试剂，例如能够参与和待交联聚合物的不饱和官能度交联反应的具有不饱和官能度的试剂(例如，苯乙烯)。所述转变可包括冷却时固化或凝结，例如对于热塑性塑料组分是这种情形。在所述转变期间，塑料组分可从液态形式转化为固态形式，或者从低粘度可流动形式转化为刚性形式.
所述方法可包括将塑料组分从高温降温。这可发生在所述转变期间，例如对于热固性塑料组分是这种情形，或者可发生在所述转变之后，例如对于热塑性塑料组分是这种情形。冷却之前，所述方法可包括将混合物加热至高温。所述加热可发生在所述混合物成形为期望形状之前，例如对于热塑性塑料组分是这种情形，或者可发生在所述成形之后或期间，例如对于热塑性塑料组分是这种情形。在所述方法的一种优选实施方案中，混合物尤其是颗粒硫酸钙二水合物填料的温度不超过选自80℃或70℃或60℃的最大温度。在加工期间保持如此低的最大温度可避免混合物中的硫酸钙二水合物的脱水。
在所述转变之前，所述混合物可具有易流动的粘度，例如适于将混合物倒入模具空腔中的粘度。所述混合物可在室温具有所述易流动的粘度，例如对于热固性塑料组分是这种情形，或者所述混合物可在高温时具有所述易流动的粘度，例如对于热塑性塑料组分是这种情形。
所述方法可包括在所述转变之前制备所述混合物。制备所述混合物可包括将所述颗粒硫酸钙填料与所述塑料组分混合。该制备可包括将所述颗粒硫酸钙填料和所述塑料组分与一种或多种其它组分例如任意的针对本发明的第一方面描述的其它组分(例如，附加的阻燃性填料、装饰性组分)混合。
用于所述方法的塑料组分可以是或者具有针对本发明的第一方面所述的任意特征或者任意其它特征的组合，例如包含丙烯酸类树脂、聚酯树脂或其他树脂，或者是热固性或热塑性的)。在开始实施所述方法时，塑料组分将呈初始状态，其可在加工期间变化，诸如上面针对本发明的第一方面所述那样(例如，由于最初在塑料组分中的材料的挥发或反应)。
所述颗粒硫酸钙填料可以是或者具有针对本发明的第一方面所述的任意特征或者特征的组合。
所述方法可包括适于进行该方法的加工的任意方法。该方法可包括浇铸混合物，例如将混合物倒入模具空腔中。所述方法可包括压缩模塑混合物。
根据本发明方法制备的人造石材料可以是或者具有针对本发明的第一方面所述的任意特征或者任意特征的组合。所述刚性成型形式可以是或者具有针对本发明的第一方面或本发明的第二方面所述的任意特征或者任意特征的组合。
本发明的第四方面涉及重均粒度不大于3微米的颗粒硫酸钙填料在人造石材料中作为阻燃性填料的用途。
多种特征精化和补充特征适用于本发明的第四方面。这些特征精化和补充特征可单独或者以任意组合使用。因此，以下特征各自可以但不是必须与第四方面的任何其它特征或组合一起使用。
所述颗粒硫酸钙填料可以是或者具有针对本发明的第一方面所述的任意特征或者任意特征的组合。所述人造石材料可以是或者具有针对本发明的第一方面所述的任意特征或者任意特征的组合。人造石材料可以是上面针对本发明的第二方面所述的任意制品或其一部分。
附图说明
图1是用于制备人造石材料的本发明方法的一种实施方式的一般过程方块图。
图2是用于制备人造石材料的本发明方法的另一种实施方式的一般过程方块图。
图3是用于制备人造石材料的本发明方法的另一种实施方式的一般过程方块图。
图4是用于制备人造石材料的本发明方法的另一种实施方式的一般过程方块图。
图5是用于制备人造石材料的本发明方法的另一种实施方式的一般过程方块图。
具体实施方式
本申请所用的“颗粒”和“颗粒形式”是指材料呈一批粒子的形式，不论该批粒子是否与其它材料分离，或者与其它材料充分混合(例如，与塑料组分混合的颗粒填料)。
材料(例如，无机氢氧化物填料)的“脱水”是指在晶体结构分解(例如，煅烧)时从材料的晶体中释出(放出)结合水。脱水通常在一温度范围内发生，其中所述温度范围的下端称之为“初始脱水温度”，所述温度范围的上端称之为“最终脱水温度”。氢氧化物填料脱水与人造石产品相关的阻燃效果涉及放出的水蒸发、吸热和冷却人造石。水蒸气还稀释了人造石的聚合物组分的分解放出的可燃性蒸气。而且，在放出所有的水之后剩下的矿物基础(煅烧)是高温难熔物，其密封聚合物的表面从而热不能向内传递，并且可燃蒸气不能向外传递点燃。为了以此方式作用，通常要求55-60wt%或者更高的氢氧化物填料载量。此外，较细粒度的氢氧化物填料提供较高的表面积用于传热，促进水的快速有效释出。
在述及“塑料组分”时，提及组分，其可以是混合物，其大部分由一种或多种聚合物构成。该术语用于指在初始加工进料和最终人造石材料以及包括所述人造石材料的产品中相同的塑料组分，即使应理解所述塑料组分的组成和性质可变化并且在制造人造石材料的加工期间的不同点不同，并且可在塑料组分作为加工进料、在与颗粒硫酸钙二水合物填料的初始混合物中、以及在最终人造石材料中之间不同。当塑料组分在人造石材料的上下文中称之为“树脂”(例如，丙烯酸类树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树脂)时，应理解提及初始进料树脂，但是在人造石材料中的塑料组分的组成和性质将不是所述初始进料树脂的组成和性质，而是实际存在于人造石材料中的塑料组分的组成和性质，提及进料树脂仅仅出于便于描述的目的。
以下讨论主要以使用硫酸钙二水合物填料作为例子，但是除了与阻燃性和硫酸钙二水合物的结合水问题相关的之外，该讨论也适用于硫酸钙硬石膏填料。
硫酸钙二水合物(CSD)具有多种使其适宜在人造石材料中用作填料的性质，尤其当期望“缟玛瑙”效果时。表1显示可用于人造石材料中的一些组分的性质。从表1中可看出，硫酸钙二水合物的折射指数低于和接近于聚酯树脂和丙烯酸类树脂的折射指数，低于所列出的用于制备人造石材料的常见矿物填料，还低于其它列出的阻燃性填料。低的折射指数对于避免白垩外观和促进较高的透明度是重要的。硫酸钙二水合物的比重也低于列出的常见矿物填料和其它列出的阻燃性矿物。这提供了一种益处，因为对于硫酸钙二水合物在塑料组分中的任何给定的重量百分数载量，硫酸钙二水合物将占据比其它材料更大的体积。硫酸钙二水合物的莫氏硬度低于列出的常见矿物填料和其它列出的阻燃性填料，这有利于降低在加工设备上的磨损。硫酸钙二水合物具有中性pH，与所列出的常见矿物填料和其它列出的阻燃性填料的显著的碱性pH构成对比。硫酸钙二水合物的中性pH提供这样的优点：硫酸钙二水合物填料不应与很可能用于制造人造石材料的聚合物或催化剂反应。所述反应可通过引起粘度提高、聚合物降解和腐蚀金属部件而是有害的。
从环境上考虑，使用硫酸钙二水合物矿物(矿料，与合成材料相反)也是有利的。由矿物硫酸钙二水合物制造填料不涉及与制造合成氢氧化铝填料相关的上述环境问题。合成氢氧化镁(但不是水镁石)的制造也带来严重的环境问题，这通过使用硫酸钙二水合物矿物得到避免。当从其开采硫酸钙二水合物的矿源是高天然纯度时，使用硫酸钙二水合物矿物的优点是尤其显著的，这是因为仅仅需要最小限度的选矿(其可主要涉及粉碎和筛分至期望小的粒度和尺寸分布)来制备所期望的颗粒填料。考虑到目前在所述应用中采用大量氢氧化铝填料，使用硫酸钙二水合物矿物代替在人造石材料中目前使用的一些或全部氢氧化铝的环境益处可以是非常显著的。
出乎预料地发现，具有非常细的粒度(重均粒度约2微米)的高纯度硫酸钙二水合物矿物粒子的颗粒填料以填料载量约60wt%与用于人造石制造的代表性热固性树脂(聚酯浇铸树脂)混合得到具有适于在模具中浇铸加工的易流动粘度的混合物。即使未表面处理硫酸钙二水合物也是如此。在以成型的小雕像形式固化之后，制成的人造石材料显示优良的半透明性。具有优良的粘度的适宜的高载量据信至少部分归因于硫酸钙二水合物的颗粒形态，例如与氢氧化铝的小板形态相反。据信通过粒度和尺寸分布优化(也许为了更好的填充密度，包括双模式尺寸分布)和/或通过合适的表面处理可显著增大该60wt%载量。颗粒形态还应有益于压力下进行的面团状配混物的加工(例如，压缩模塑)。
表1：一些材料的性质
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表2显示与表1中所示相同的阻燃性填料和树脂的一些其它性质。如表2中所示，硫酸钙二水合物的脱水温度范围显著低于其它列出的阻燃性填料。该脱水范围与热固性浇铸树脂具体分解所处的分解温度更好地匹配，这提供了优于单独的其它列出的阻燃剂的显著优点。从示出的氢氧化铝和水镁石的脱水温度范围可看出，同时包含颗粒硫酸钙二水合物填料和该其它填料中的一种或二种的人造石材料会在更宽的温度范围内提供甚至更好的保护。具体而言，硫酸钙二水合物和氢氧化铝的脱水温度范围表明使用这两种填料的组合是高度适宜的，因为氢氧化铝的初始脱水温度(230℃)较接近于硫酸钙二水合物(180℃)的最终分解温度。
表2：一些阻燃性填料的性质
现在参考图1-5。相同的附图标记用于指相同的特征。
图1显示本发明的第三方面的方法的一种实施方式的一般过程方块图。如图1中所示，包含塑料组分和硫酸钙二水合物填料的混合物102进行转变104步骤。在转变104期间，混合物102转化为人造石材料的刚性成型形式106。
图2显示本发明的第三方面的方法的另一种实施方式的一般过程方块图。如图2中所示，塑料组分110和硫酸钙二水合物填料112在混合114步骤中混合以制备混合物102。与图1类似地，混合物102通过转变104步骤加工以制备刚性成型形式106。
图3显示本发明的第三方面的方法的另一种实施方式的一般过程方块图。如图3中所示，混合物102在进行转变104制备刚性成型形式106之前进行加热116步骤以提高混合物102的温度至高温。例如当混合物102包含热塑性塑料组分时，图3的过程可以是适宜的，并且转变104可包括在高温成形为期望形状之后冷却混合物。
图4显示本发明的第三方面的方法的另一种实施方式的一般过程方块图。如图4中所示，混合物102进行成形120步骤，期间混合物102在混合物102进行转变104以制备刚性成型形式106之前成形。
图5显示显示本发明的第三方面的方法的另一种实施方式的一般过程方块图。如图5中所示，混合物102进行转变104以制备刚性成型形式106。转变104包括亚步骤：加热124混合物102然后固化126。例如当混合物102包含热固性塑料组分时，图5的过程对于加工混合物102而言可以是适宜的。
出于说明和描述的目的，已经给出前面的关于本发明的讨论，其中披露了用于实施本发明的预期最佳模式。前述不意在限制本发明至本申请中具体披露的一种或多种形式。尽管本发明的说明书已经包括一种或多种实施方式和某些变体和改进的描述，但是其它变体和改进(例如，在理解本发明公开之后本领域技术人员的技术和知识范围内的变体和改进)也是在本发明保护范围内的。意在获得包括备选的实施方式至允许的程度的权利，包括与本申请要求保护的那些替换、互换和/或等价结构、功能、范围或步骤，不论所述替换、互换和/或等价结构、功能、范围或步骤是否公开于本文中，并且不意在公开捐献任何可专利保护的主题。而且，针对任何披露的方面、实施方式、实施方案、变体或配置描述的特征可以与任何其它的方面、实施方式、实施方案、变体或配置的一种或多种特征以任意组合方式进行组合。
术语“包含”、“包括”、“含有”和“具有”以及这些术语的语法变体意在开放和非封闭的(inclusive and nonlimiting)，因为使用所述术语表明存在某种条件或特征，但是不排除还存在任何其它的条件或特征。在提及存在一种或多种组分、亚组分或材料中使用术语“包含”、“包括”、“含有”和“具有”以及这些术语的语法变体还包括并且意在披露了其中术语“包含”、“包括”、“含有”或“具有”(或者所述术语的变体)根据具体情况被任何更窄的术语“基本上由...组成”或“由...组成”或“仅由...组成”(或者所述更窄术语的适宜的语法变体)代替的更具体的实施方式。例如，表述“塑料组分包含丙烯酸类树脂”还包括并且还公开了“塑料组分基本上由丙烯酸类树脂组成”、“塑料组分由丙烯酸类树脂组成”和“塑料组分仅由丙烯酸类树脂组成”的更具体的更窄的实施方式。已经出于说明的目的给出了各种特征的实例，并且术语“实例”、“例如”等表明说明性实例是非限制性的，并且不理解或解释为将特征限制至任何具体的实例。在数字之前的术语“至少”(例如，“至少1”)是指该数或者大于该数。术语“至少一份(portion)”是指所有的或者比所有的少的一份。术语“至少一部分”是指所有的或者比所有的少的一部分。

Claims (68)

1.人造石材料，其包含塑料组分和颗粒硫酸钙填料，所述颗粒硫酸钙填料的重均粒度不大于3微米。
2.根据权利要求1的人造石材料，其中所述塑料组分包含聚酯树脂。
3.根据权利要求1的人造石材料，其中所述塑料组分包含丙烯酸类树脂。
4.根据权利要求1的人造石材料，其中所述塑料组分包含聚氨酯树脂。
5.根据权利要求1的人造石材料，其中所述塑料组分包含环氧树脂。
6.根据权利要求1的人造石材料，其中所述塑料组分包含选自下组的成员：脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和酚醛树脂。
7.根据权利要求1-6中任一项的人造石材料，其中所述塑料组分是热塑性的。
8.根据权利要求1-6中任一项的人造石材料，其中所述塑料组分是热固性的。
9.根据权利要求1-8中任一项的人造石材料，其中所述颗粒硫酸钙填料的重均粒度不大于2微米。
10.根据权利要求1-9中任一项的人造石材料，其中至少90wt%的所述颗粒硫酸钙填料的粒子不大于6微米。
11.根据权利要求1-10中任一项的人造石材料，其中所述硫酸钙填料的纯度为至少98wt%。
12.根据权利要求1-11中任一项的人造石材料，其中所述颗粒硫酸钙填料是硫酸钙二水合物填料。
13.根据权利要求11的人造石材料，其中所述硫酸钙二水合物填料包含硫酸钙二水合物矿产。
14.根据权利要求1-11中任一项的人造石材料，其中所述颗粒硫酸钙填料是硫酸钙硬石膏填料。
15.根据权利要求1-14中任一项的人造石材料，其中所述颗粒硫酸钙填料的硫酸钙粒子是表面经处理的。
16.根据权利要求1-15中任一项的人造石材料，其包含至少30wt%的所述颗粒硫酸钙填料。
17.根据权利要求1-16中任一项的人造石材料，其包含至少50wt%的所述颗粒硫酸钙填料。
18.根据权利要求1-17中任一项的人造石材料，其包含至少60wt%的所述颗粒硫酸钙填料。
19.根据权利要求1-18中任一项的人造石材料，其包含不超过96wt%的所述颗粒硫酸钙填料。
20.根据权利要求1-19中任一项的人造石材料，其包含至少5wt%的所述塑料组分。
21.根据权利要求1-20中任一项的人造石材料，其中所述颗粒硫酸钙填料是硫酸钙二水合物填料，且所述硫酸钙二水合物填料是第一阻燃性填料；并且
所述人造石材料包含与第一阻燃性填料不同的第二阻燃性填料。
22.根据权利要求21的人造石材料，其中第二阻燃性填料的初始脱水温度高于第一阻燃性填料的初始脱水温度。
23.根据权利要求21或22的人造石材料，其中第二阻燃性填料是氢氧化镁。
24.根据权利要求21或22的人造石材料，其中第二无机二水合物填料是氢氧化铝。
25.根据权利要求1-24中任一项的人造石材料，其包含与所述颗粒硫酸钙填料不同的颗粒装饰性组分。
26.根据权利要求25的人造石材料，其中所述颗粒装饰性材料包含岩粒。
27.根据权利要求1的人造石材料，其中：
至少90wt%的所述颗粒硫酸钙填料的粒子不大于10微米；以及
所述硫酸钙填料的纯度是至少98wt%；
所述人造石材料包含至少60wt%的所述颗粒硫酸钙填料；
所述人造石材料包含至少20wt%的所述塑料组分；以及
所述塑料组分包含选自下组的成员：聚酯树脂、丙烯酸类树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和酚醛树脂。
28.根据权利要求27的人造石材料，其中至少90wt%的所述颗粒硫酸钙填料的粒子不大于6微米。
29.根据权利要求28的人造石材料，其中所述颗粒硫酸钙填料的重均粒度不大于2微米。
30.根据权利要求29的人造石材料，其中所述颗粒硫酸钙填料的硫酸钙粒子是表面经处理的。
31.根据权利要求30的人造石材料，其中所述人造石材料包含颗粒装饰性组分，所述颗粒装饰性组分包含岩粒。
32.根据权利要求31的人造石材料，其中所述颗粒硫酸钙填料是硫酸钙矿产。
33.根据权利要求27-32中任一项的人造石材料，其中所述颗粒硫酸钙填料是硫酸钙二水合物填料。
34.根据权利要求33的人造石材料，其中所述硫酸钙二水合物填料是第一阻燃性填料；
所述人造石材料包含与第一阻燃性填料不同的第二阻燃性填料；以及
第一阻燃性填料在人造石材料中存在的重量百分数浓度大于第二阻燃性填料。
35.根据权利要求34的人造石材料，其中第二阻燃性填料是氢氧化铝。
36.根据权利要求34的人造石材料，其中第二阻燃性填料是氢氧化镁。
37.根据权利要求36的人造石材料，其中所述氢氧化镁呈水镁石矿物的形式。
38.根据权利要求27-32中任一项的人造石材料，其中所述颗粒硫酸钙填料是硬石膏填料。
39.根据权利要求38的人造石材料，其中所述硬石膏是不溶性硬石膏。
40.包含根据权利要求27-32中任一项的人造石材料的产品，其中所述产品呈选自水槽、浴缸、浴盆和淋浴单元的形式。
41.包含根据权利要求1-39中任一项的人造石材料的产品。
42.根据权利要求41的产品，其呈工作台面的形式。
43.根据权利要求41的产品，其呈水槽的形式。
44.制备人造石材料的方法，所述方法包括将混合物转变成刚性成型形式，其中所述混合物包含塑料组分和颗粒硫酸钙填料，所述颗粒硫酸钙填料的重均粒度不大于3微米。
45.根据权利要求44的方法，其包括在所述转变之前，将所述混合物成形。
46.根据权利要求45的方法，其中所述成形包括将所述混合物引入模具的空腔中。
47.根据权利要求44-46中任一项的方法，其中所述转变包括固化所述混合物。
48.根据权利要求47的方法，其中所述固化包括交联所述塑料组分的聚合物。
49.根据权利要求44-48中任一项的方法，其中所述转变包括将所述塑料组分从高温降温。
50.根据权利要求44-49中任一项的方法，其中在所述转变之前，所述混合物具有易流动的粘度。
51.根据权利要求44-50中任一项的方法，包括在所述转变之前制备所述混合物，所述制备包括混合所述颗粒硫酸钙填料与所述塑料组分。
52.根据权利要求44-51中任一项的方法，其中所述塑料组分包含丙烯酸类树脂。
53.根据权利要求44-51中任一项的方法，其中所述塑料组分包含聚酯树脂。
54.根据权利要求44-51中任一项的方法，其中所述塑料组分包含聚氨酯树脂。
55.根据权利要求44-51中任一项的方法，其中所述塑料组分包含环氧树脂。
56.根据权利要求44-51中任一项的方法，其中所述塑料组分包含选自下组的成员：脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂和酚醛树脂。
57.根据权利要求44-56中任一项的方法，其中所述塑料组分是热固性的。
58.根据权利要求44-56中任一项的方法，其中所述塑料组分是热塑性的。
59.根据权利要求44-58中任一项的方法，其包括浇铸所述混合物。
60.根据权利要求44-58中任一项的方法，其包括压缩模塑所述混合物。
61.根据权利要求44-60中任一项的方法，其中所述颗粒硫酸钙填料如权利要求1-39中任一项所述。
62.根据权利要求44-61中任一项的方法，其中所述塑料组分如权利要求1-39中任一项所述。
63.根据权利要求44-62中任一项的方法，其中所述刚性成型形式是根据权利要求40-43中任一项的产品。
64.根据权利要求44-63中任一项的方法，其中所述人造石材料如权利要求1-39中任一项所述。
65.重均粒度不大于3微米的颗粒硫酸钙填料在人造石材料中作为填料的用途。
66.根据权利要求65的用途，其中所述颗粒硫酸钙填料如权利要求1-39中任一项所述。
67.根据权利要求65或66的用途，其中所述人造石材料如权利要求1-39中任一项所述。
68.权利要求65-67中任一项的用途，其中所述用途是在人造石材料中作为阻燃性填料。
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