CN106277979A - 一种高强度无机石英石板材及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高强度无机石英石板材及其制备方法和应用，该板材包括如下重量份的各组分：无机聚合物胶凝材料A组分2～30份，无机聚合物胶凝材料B组分5～40份，骨料40～100份，憎水剂0.5～2.0份，分散剂0.2～1.0份；还包括增韧材料和缓凝剂，所述增韧材料和缓凝剂分别为所述无机聚合物胶凝材料A组分和无机聚合物胶凝材料B组分二者总重量的1％～12％、0.5％～5％；所述增韧材料为玻璃纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维和PVC网中的至少一种。本发明提供的无机石英石板材具有高强度的特点可用于地面铺装。

Description

一种高强度无机石英石板材及其制备和应用

技术领域

本发明涉及一种无机人造石英石，特别是涉及一种高强度无机人造石英石板材及其制备方法，属于建筑装饰材料技术领域。

背景技术

近年来，人造石英石因其良好的装饰性、高硬度和高耐磨性而被广泛应用于橱柜台面、墙面和其它各种台面装修中，然而在石材用量最大的地面装修领域却鲜少应用。这主要是由于，现有技术中人造石英石胶结材料主要为有机不饱和树脂，使得有机石英石存在耐候性差、不耐老化、防火性能差、易变形的不足，特别是应用于地面装修时在潮湿及外力作用下易出现起鼓、翘曲和变形等现象。同时，随着使用时间的延长，有机石英石中的甲醛等有毒有害组分将会溶出和释放，进而对人体健康产生巨大伤害。在天然石材资源日益紧缺，人造石材行业面临转型升级的背景下，开发绿色环保、性能优异的无机人造石成为人造石材发展的趋势。

传统无机人造石，如水磨石，因装饰性和耐磨性较差，已无法满足日益丰富多样的装饰设计要求。此外，相比有机石英石，传统无机石英石板材韧性较差，抗折强度低，当厚度低于15mm时，加工和运输过程中易产生开裂，为保证较高的成品率，其厚度往往须超过18mm，从而造成工程成本的增加和资源的浪费，这也成为无机石英石在地面应用时需解决的关键问题。

因此，开发一种不易变形、具有高抗折强度的可在地面铺装工程中应用的无机石英石非常有必要。

发明内容

本发明为弥补现有技术中存在的一些不足，提供一种可用于地面铺装的高强度无机石英石板材。

本发明为达到其目的，采用的技术方案如下：

一种高强度无机石英石板材，包括如下重量份的各组分：无机聚合物胶凝材料A组分2～30份，无机聚合物胶凝材料B组分5～40份，骨料40～100份，憎水剂0.5～2.0份，分散剂0.2～1.0份；还包括增韧材料和缓凝剂，所述增韧材料和缓凝剂分别为所述无机聚合物胶凝材料A组分和无机聚合物胶凝材料B组分二者总重量的1％～12％、0.5％～5％；所述增韧材料为玻璃纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维和PVC网中的至少一种。

优选的，所述缓凝剂为碳酸锂、氯化钡、硫酸铝或硫酸钡中的至少一种。地聚合物是一种不同于硅酸盐水泥的新型碱激发胶凝材料，主要由低聚态—Si—O—，—Al—O—分子基团缩聚形成，其终产物以共价键和离子键为主。因此，地聚合物的力学性能、耐久性能优异，具有早强、高强、高抗蚀、工艺简单等优点，但同时也存在凝结过快的缺点，因而使得碱激发材料的工程应用受到较大限制，若不采取措施调节该材料的凝结时间，无机石英石的搅拌、布料和压制成型工艺将无法实现。常用水泥类缓凝剂，如石膏、酒石酸及木钙类、葡萄糖酸钠类不适用于该体系，无明显缓凝效果。本发明优选的缓凝剂可很好的适用于碱激发胶凝材料体系，可起到调节无机聚合物胶凝材料的凝结时间的良好效果，有效的解决了本发明无机石英石的生产制备中的存在凝结过快的问题。

优选的，所述无机聚合物胶凝材料A组分为矿渣、粉煤灰、赤泥、煤矸石、沸石粉、煅烧高岭土及膨润土中的至少一种。

优选的，所述无机聚合物胶凝材料B组分为碱金属磷酸盐水溶液、碱金属氢氧化物水溶液、碱金属硅酸盐水溶液中一种或几种混合而成。

优选的，所述碱金属为钾或钠，碱金属磷酸盐水溶液、碱金属氢氧化物水溶液或碱金属硅酸盐水溶液的质量浓度优选在10～40％。

优选的，所述骨料为硅砂颗粒、玻璃颗粒、硅粉中的一种或两种以上的混合物。

作为一种具体实施方式，所述憎水剂为粉末有机硅憎水剂，例如为型号HE328、Sitren P750的憎水剂。相比有机石英石，无机石英石板材为亲水性材料，吸水率较大，使得地面铺贴时粘结材料中的水分容易通过石材中的孔隙迁移、蒸发，同时将材料体系中的碱性离子带至表面，从而在石材表面引起泛碱、变色甚至局部破坏等现象，制约其工程应用。掺加与地聚物材料体系相容性较好的憎水剂，可降低无机石英石的吸水率，从而降低应用过程的技术风险。

作为一种具体实施方式，还包括0.1～1.0重量份的颜料。

优选的，分散剂优选自羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、六偏磷酸钠中的至少一种，可以有效改善纤维在无机石英石物料中的分散效果。颜料采用本领域常规颜料即可。

本发明第二方面提供一种制备如上文所述的高强度无机石英石板材的方法，包括如下步骤：

1)将骨料、无机聚合物胶凝材料A组分、增韧材料、分散剂依次加入搅拌机搅拌均匀，将缓凝剂、憎水剂加入无机聚合物胶凝材料B组分中，然后加入所述搅拌机中搅拌均匀至流动态；

2)将步骤1)的物料布料到模具中；

3)将步骤2)布好料的模具传送至压机，抽真空至-0.09～-0.1MPa，然后在真空状态下对物料进行振动压制，压头压强为6～10MPa；

4)将步骤3)压制好的物料连同模具输送至高温养护箱进行养护，养护温度为60～100℃，养护时间1～2h。

5)对步骤4)固化的板材进行定厚、打磨抛光、防护处理制得成品。

作为一种具体实施方式，防护处理包括表面防污和底面防护两个步骤，防护剂采用有机硅烷、有机氟碳、有机氟硅及石材晶硬剂中的一种或两种的混合物。

本发明的高强度无机石英石板材可应用于地面铺装。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

本发明开发了一种既能有效改善有机人造石易变形、不耐老化的缺点，具有高抗折强度和低吸水率，又有优异的装饰效果，可在地面铺装工程应用的新型无机石英石。

本发明在胶结体系中加入玻璃纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维和PVC网中的至少一种作为增韧材料，可以大大提高无机石英石的抗折强度，有效地解决了传统无机石英石存在脆性大、抗折强度低的问题。在制备本发明的无机石英石板材过程中，增韧材料在胶结料中的分散是一个关键问题，本发明所开发的制备方法借由其步骤1)的操作可有效解决增韧材料的分散问题。

本发明采用无机地聚合物胶凝材料取代有机树脂和传统水泥作为胶结材料，采用缓凝剂调节无机聚合物胶凝材料凝结时间，以控制拌合物的粘度状态，保证可压实性，尽量减少无机石英石内部孔隙。采用纤维增韧技术，大大提高无机石英石的抗折强度，为了保证纤维的均匀分散，常规方法可从搅拌工艺、减小纤维长度和增大纤维直径入手，但是玻璃纤维、聚丙烯纤维的直径无法无限制增大，长度也不能无限制减小，故仅靠适当延长搅拌时间，减小纤维长度和增大纤维直径来提高纤维分散效果是有限的。为此，本发明采用了优选的纤维分散剂可以很好地解决纤维在无机石英石物料中的分散性问题。

本发明所制备的无机石英石能满足地面铺装时对石材不同厚度(最小15mm)的铺贴应用要求；而传统的石英石板材其厚度需在18mm以上，才能拥有较好的强度，本发明的石英石板材在厚度变薄的情况下依然具有较好的强度，不必厚切，可有效节约材料。此外，本发明的无机石英石板材吸水率较低，可达到1％以下。

附图说明

图1是纤维增韧对无机石英石抗折强度的影响。

具体实施方式

本发明提供的高强度无机石英石板材，通过无机聚合物胶凝材料A组分、无机聚合物胶凝材料B组分、增韧材料等所形成的胶结体系制备的无机石英石板材可有效解决现有传统无机石英石板材韧性差、抗折强度低的缺陷。本发明的无机石英石板材抗折强度好，可在板厚低至15mm时仍能满足地面铺装所需的抗折强度。增韧材料选自玻璃纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维和PVC网中的至少一种，其添加量为无机聚合物胶凝材料A组分和无机聚合物胶凝材料B组分二者总重量的1％～12％。

本发明配方体系中，无机聚合物胶凝材料A组分可为矿渣、粉煤灰、赤泥、煤矸石、沸石粉、煅烧高岭土及膨润土中的至少一种。无机聚合物胶凝材料B组分可为碱金属磷酸盐水溶液、碱金属氢氧化物水溶液、碱金属硅酸盐水溶液中一种或几种混合而成。

本发明的配方体系中，缓凝剂优选为碳酸锂、氯化钡、硫酸铝或硫酸钡中的至少一种，可很好的适用于本发明的碱激发胶凝材料体系，可起到调节无机聚合物胶凝材料的凝结时间的良好效果，可避免凝结过快，使得制备工艺中的搅拌、布料、压制成型等工艺操作得以有序进行，提高工艺可操作性，从而保证产品性能。

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明：

实施例1～4

实施例1～4的配方参见如下表1所示。

实施例1～4无机石英石板材的制备按照如下步骤：

1)将骨料、无机聚合物胶凝材料A组分、增韧材料、分散剂依次加入搅拌机搅拌均匀，将缓凝剂、憎水剂等其余组分加入无机聚合物胶凝材料B组分中，然后加入所述搅拌机中搅拌均匀至流动态；

2)将步骤1)的物料采用人工或自动布料机布料到模具中；

3)将步骤2)布好料的模具通过传送带传送至压机，抽真空至-0.09～-0.1MPa，然后在真空状态下对物料进行振动压制，压头压强为6～10MPa；

4)将步骤3)压制好的物料连同模具通过传送带输送至高温养护箱进行养护，养护温度为60～100℃，养护时间1～2h。

5)对步骤4)固化的板材进行定厚、打磨抛光、防护处理制得成品。护处理包括表面防污和底面防护两个步骤，防护剂可以采用有机硅烷、有机氟碳、有机氟硅或石材晶硬剂中的一种或两种的混合物。

表1

对照例

按照上表1的配方称取各组分，然后参照实施例1～4的制备方法进行制备，不再赘述。

对实施例1-3和对照例的产品进行抗折强度检测，抗折强度参照标准《天然饰面石材试验方法第2部分：干燥、水饱和弯曲强度试验方法》(GB/T 9966.2-2001)进行，石材厚度15mm，试验结果见附图1，从检测结果可见，本发明制备的无机石英石板材具有较高的抗折强度。图1中仅示出了实施例1～3的检测结果，实施例4经检测同样具有较高的抗折强度，不再赘述。

实施例5,

实施例5考察了本发明配方体系中的缓凝剂对无机聚合物胶凝材料浆体凝结时间的影响。

实验操作如下：

称取无机聚合物胶凝材料A组分20份，无机聚合物胶凝材料B组分30份，其中B组分溶液浓度为30％。按表2中的掺量(按A组分重量百分比计)称取缓凝剂，在搅拌机中依次加入A组分和缓凝剂，搅拌15s，接着加入B组分，低速搅拌60s后再快速搅拌120s停机。依据标准《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》(GB/T 1346-2011)测试无机聚合物胶凝材料浆体的凝结时间。

该实施例中，无机聚合物胶凝材料A组分具体为煅烧高岭土15份、粉煤灰5份，无机聚合物胶凝材料B组分具体为质量浓度30％的硅酸钾水溶液，缓凝剂具体为碳酸锂和氯化钡。

实验结果入下表2所示：

表2缓凝剂对无机聚合物胶凝材料浆体凝结时间的影响

从表2可见，本发明优选的缓凝剂可有效调节无机聚合物胶凝材料凝结时间，以控制拌合物的粘度状态，保证可压实性，为后续的搅拌、布料和压制成型等工艺步骤得以实现，从而提高工艺可操作性及有效提高产品性能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种高强度无机石英石板材，其特征在于，包括如下重量份的各组分：无机聚合物胶凝材料A组分2～30份，无机聚合物胶凝材料B组分5～40份，骨料40～100份，憎水剂0.5～2.0份，分散剂0.2～1.0份；还包括增韧材料和缓凝剂，所述增韧材料和缓凝剂分别为所述无机聚合物胶凝材料A组分和无机聚合物胶凝材料B组分二者总重量的1％～12％、0.5％～5％；

所述增韧材料为玻璃纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维和PVC网中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的高强度无机石英石板材，其特征在于，所述缓凝剂为碳酸锂、氯化钡、硫酸铝或硫酸钡中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的高强度无机石英石板材，其特征在于，所述无机聚合物胶凝材料A组分为矿渣、粉煤灰、赤泥、煤矸石、沸石粉、煅烧高岭土及膨润土中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的高强度无机石英石板材，其特征在于，所述无机聚合物胶凝材料B组分为碱金属磷酸盐水溶液、碱金属氢氧化物水溶液、碱金属硅酸盐水溶液中一种或几种混合而成。

5.根据权利要求4所述的高强度无机石英石板材，其特征在于，所述碱金属为钾或钠，碱金属磷酸盐水溶液、碱金属氢氧化物水溶液或碱金属硅酸盐水溶液的质量浓度优选为10～40％。

6.根据权利要求1所述的高强度无机石英石板材，其特征在于，所述骨料为硅砂颗粒、玻璃颗粒、硅粉中的一种或两种以上的混合物。

7.根据权利要求1所述的高强度无机石英石板材，其特征在于，所述憎水剂为粉末有机硅憎水剂。

8.根据权利要求1所述的高强度无机石英石板材，其特征在于，还包括0.1～1.0重量份的颜料；和/或，所述分散剂优选为羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、六偏磷酸钠中的至少一种。

9.一种制备如权利要求1～8任一项所述的高强度无机石英石板材的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将骨料、无机聚合物胶凝材料A组分、增韧材料、分散剂依次加入搅拌机搅拌均匀，将缓凝剂、憎水剂加入无机聚合物胶凝材料B组分中，然后加入所述搅拌机中搅拌均匀至流动态；

2)将步骤1)的物料布料到模具中；

3)将步骤2)布好料的模具传送至压机，抽真空至-0.09～-0.1MPa，然后在真空状态下对物料进行振动压制，压头压强为6～10MPa；

4)将步骤3)压制好的物料连同模具输送至高温养护箱进行养护，养护温度为60～100℃，养护时间1～2h；

5)对步骤4)固化的板材进行定厚、打磨抛光、防护处理制得成品。

10.权利要求1～9任一项所述的高强度无机石英石板材主要应用于地面铺装工程。