CN111087216A - 一种高强度人造石的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度人造石的制备方法，属于人造石材料技术领域。本发明将苯乙烯和废旧橡胶粉混合，采用乙酸乙酯为液态物理发泡剂，通过挤出造粒制备出复合颗粒作为填料，以高铝水泥作为结构层，在结构层中添加羧基丁苯胶乳，制备出一种高强度人造石；羧基丁苯胶乳结合苯乙烯比例较高，具有较高的粘结力和结膜强度，机械及化学稳定性好，流动性、贮存稳定性均佳，填充量大等优点，将羧基丁苯胶乳添加到结构层中，能改善人造石的韧性，提高其抗压强度、弯曲强度及耐磨性；橡胶粒子在人造石体系中起着增强作用：因此可提高人造石的冲击强度和可塑性，而较大的橡胶粒子能防止单个银纹的生长和断裂，改善人造石的低温柔韧性。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强度人造石的制备方法，属于人造石材料技术领域。
背景技术
人造石具有色彩艳丽、可加工性好、颜色均匀一致，是消费者主要选择的建筑装饰材料之一；而且生产原材料丰富，制备工艺简单，使用性能优异，放射性低，弥补了天然石材资源匮乏和一些性能缺陷，具有广泛的发展前景。
人造石通常是指采用一定的粘接剂，并加入粗细填料，在既定的工艺条件下制备而成的，具有天然石材质地的一种建筑装饰用材料。在多数情况下，人造石是以碳酸钙与氧化硅作为填料，另外根据不同的装饰要求和性能要求也可以采用氢氧化铝、玻璃、陶瓷等作为填料。
树脂型人造石按照粘接剂的不同主要可以分为不饱和聚酯型（UPR）人造石、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）型人造石两类。
PMMA基人造石产品，因为采用氢氧化铝作为填料而具有很强的耐火性能，PMMA基人造石很受人们的喜爱，此类人造石不仅硬度大、抗冲击强度、抗折强度较高，同时还具备很好的耐水性，而且表面光泽度高，外观美观。但是也正因为采用氢氧化铝作为填料从而导致了该类人造石材成本一直居高不下，同时较高难度的生产过程加大了PMMA基人造石材推广生产的难度。不饱和聚酯型石材以大理石碎石、石英砂、方解石或者其他无机填料作为填料，加入树脂作为粘接剂，按照一定的比例混合，再加入促进剂、固化剂、颜料等外加试剂，经充分混合后、注膜、成型、脱模后固化、磨削抛光等加工工序制作而成。不饱和聚酯型人造石具有突出的装饰效果、优良的加工性，而且品光泽好、颜色鲜艳丰富。
不饱和聚酯型人造石和无机型人造石相比，其特点更为突出。第一，树脂型人造石吸水率低、具有优良的抗折能力。第二，树脂型人造石加工方便，可以实现材料之间的无缝接封；易于二次加工，还能制作出拥有各种颜色和花纹或者特殊形状的装饰用材料。第三，树脂型人造石质量轻，有较强的耐酸碱性，并且质地优良、美观。
聚酯型人造石特点突出，但是也存在一定的不足之处。这也是聚酯型人造石在生产过程中需要改进的地方，聚酯型人造石在使用过程中会出现原有花纹被破坏的情况。这一问题最直接的诱因就是表面出现的“斑印”而造成的；因为采用热固性的不饱和聚酯作为粘接剂，当粉料配比无法满足要求时，会使得人造石表面硬度降低以及很差的耐磨性。
复合型人造石板材制品的造价低廉，但是受温度的影响较大，在实际使用过程中容易产生基体层和高分子聚酯层的分离。复合型人造石材，顾名思义，其粘接剂有无机材料同时还有高分子材料。制作过程可分为胚体成型、高分子面材聚合、胶结剂粘接等过程。胚体制备所需材料来源广泛，性能稳定，且价格低廉；而高分子聚合层可以使用某一种单体，也可以是多种单体组合使用。
水泥是无机型人造石材的主要粘接剂，根据粘接剂的种类，可以将无机型人造石分为硅酸盐水泥类、氯氧镁水泥类以及铝酸盐水泥类，石粉以及一些助剂是该类人造石材的主要添加物。石材制品主要经过搅拌、成型、养护、切割、抛光等工艺而制得。相对而言，优异的耐候性能、不燃，是区分不饱和聚酯型人造石材和无机型人造石材的主要因素，有着与天然石材相当的机械性能。因为采用了廉价的无机材料，同时无机型人造石成本也较低。然而，无机型人造石生产周期长、抗折强度低、不耐酸碱，表面光泽度差等缺点严重制约着无机型人造石的应用。
烧结型人造石材是在窑炉中以1000℃左右高温中焙烧而成，它的成型工艺与陶瓷的生产工艺类似。长石、石英砂、辉绿石、方解石、铁矿粉等是烧结型人造石材的主要粉料，并按照比例掺入一定量的高岭土，采用混浆法将配比为石粉∶高岭土=6∶4的比例混合成胚料，用半干法成型，最后送入1000℃的窑炉中煅烧。烧结型人造石的装饰性好，性能稳定，但是需要高温烧结，因而能耗大、造价高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有人造石抗折强度低的问题，提供了一种高强度人造石的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）将废旧橡胶粉和苯乙烯混合均匀，即得混合物，将乙酸乙酯和混合物混合，进行搅拌处理，即得反应液，将反应液进行预固化处理，即得半成品，将半成品进行固化处理，即得反应物；将反应物置于双螺杆挤出机中挤出造粒，即得复合颗粒；
（2）取高铝水泥、复合颗粒、羧基丁苯胶乳、人造石抛光废料、硅烷偶联剂KH-550、交联剂XR-501、去离子水，将高铝水泥、人造石抛光废料和去离子水混合，进行搅拌处理，即得混合溶液A，在混合溶液A中加入复合颗粒、羧基丁苯胶乳、硅烷偶联剂KH-550和交联剂XR-501，进行搅拌处理，即得混合浆料；
（3）将混合浆料倒入事先涂好凡士林的模具中，在常温下固化3～4h后脱模，即得坯体，将坯体置于烘箱中恒温固化处理，冷却至室温，即得固化坯体，将固化坯体进行磨削、抛光，即得高强度人造石。
步骤（1）所述的废旧橡胶粉和苯乙烯的质量比为1∶8。
步骤（1）所述的搅拌处理步骤为：按质量比1∶10将乙酸乙酯和混合物混合，在搅拌速度为300～500r/min下搅拌5～10min。
步骤（1）所述的预固化处理步骤为：将反应液进行抽真空，并在温度为60～70℃下预固化1～2h。
步骤（1）所述的固化处理步骤为：将半成品升温至温度为75～80℃下固化20～24h。
步骤（1）所述的挤出造粒步骤为：将反应物置于双螺杆挤出机中，在温度为200～210℃，螺杆速度为200～250r/min下挤出造粒。
步骤（2）所述的高铝水泥、复合颗粒、羧基丁苯胶乳、人造石抛光废料、硅烷偶联剂KH-550、交联剂XR-501、去离子水之间的比例分别为：按重量份数计，分别称取20～30份高铝水泥、5～15份复合颗粒、5～10份羧基丁苯胶乳、30～40份人造石抛光废料、1～5份硅烷偶联剂KH-550、1～3份交联剂XR-501、80～100份去离子水。
步骤（2）所述的搅拌处理步骤为：将高铝水泥、人造石抛光废料和去离子水混合，在搅拌速度为400～500r/min下搅拌10～15min。
步骤（2）所述的搅拌处理步骤为：在混合溶液A中加入复合颗粒、羧基丁苯胶乳、硅烷偶联剂KH-550和交联剂XR-501，在搅拌速度为800～900r/min下搅拌1～2h。
步骤（3）所述的恒温固化处理步骤为：将坯体置于温度为100～110℃的烘箱中恒温固化8～10h。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明将苯乙烯和废旧橡胶粉混合，采用乙酸乙酯为液态物理发泡剂，通过挤出造粒制备出复合颗粒作为填料，以高铝水泥作为结构层，在结构层中添加羧基丁苯胶乳，制备出一种高强度人造石；羧基丁苯胶乳是以丁二烯、苯乙烯加少量羧酸及其它助剂，通过乳液聚合生成的共聚物，结合苯乙烯比例较高，具有较高的粘结力和结膜强度，机械及化学稳定性好，流动性、贮存稳定性均佳，填充量大等优点，残留苯类单体甚微，属环保型产品，将羧基丁苯胶乳添加到结构层中，能改善人造石的韧性，提高其抗压强度、弯曲强度及耐磨性；橡胶粒子在人造石体系中起着增强作用：橡胶粒子体积小，数量多，在低温时它们与水泥基体的模量不同，可产生高度的应力集中，诱发大量银纹和剪切带，银纹和剪切带的产生和发展消耗大量的能量，因此可提高人造石的冲击强度和可塑性，而较大的橡胶粒子能防止单个银纹的生长和断裂，使其不致于很快发展为破坏性裂纹，改善人造石的低温柔韧性；
（2）本发明中高铝水泥是一种快硬、高强、耐热及耐腐蚀的胶凝材料，主要特性有早期强度高、附高温和耐腐蚀，采用高铝水泥作为结构层，赋予了人造石高强度、耐腐蚀的性能；又通过添加有机填料聚苯乙烯泡沫颗粒与废旧橡胶粉提高结构层的热膨胀系数，避免了人造石在环境中出现分层及翘曲的现象；废旧橡胶粉的填充作用使聚苯乙烯泡沫孔径向着小孔方向偏移，平均孔径减小，由于孔结构的改善使聚苯乙烯泡沫颗粒的抗压强度提高，使得制备的人造石具有良好的耐候性和机械性以及不燃等优点；
（3）本发明以高铝水泥作为结构层，高铝水泥中的硬化过程主要是（CaO·Al2O3）铝酸钙进行水化产生凝胶层材料的氢氧化铝，这些凝胶体在硬化过程中填充在人造石的那些毛细孔隙中，使结构更加致密结实，硬化形成半透明状的结构密实的且表面光滑有光泽的人造石。
具体实施方式
按质量比1∶8将废旧橡胶粉和苯乙烯混合均匀，即得混合物，按质量比1∶10将乙酸乙酯和混合物混合，在搅拌速度为300～500r/min下搅拌5～10min，即得反应液，将反应液进行抽真空，并在温度为60～70℃下预固化1～2h，即得半成品，将半成品升温至温度为75～80℃下固化20～24h，即得反应物；将反应物置于双螺杆挤出机中，在温度为200～210℃，螺杆速度为200～250r/min下挤出造粒，即得复合颗粒；按重量份数计，分别称取20～30份高铝水泥、5～15份复合颗粒、5～10份羧基丁苯胶乳、30～40份人造石抛光废料、1～5份硅烷偶联剂KH-550、1～3份交联剂XR-501、80～100份去离子水，将高铝水泥、人造石抛光废料和去离子水混合，在搅拌速度为400～500r/min下搅拌10～15min，即得混合溶液A，在混合溶液A中加入复合颗粒、羧基丁苯胶乳、硅烷偶联剂KH-550和交联剂XR-501，在搅拌速度为800～900r/min下搅拌1～2h，即得混合浆料；将混合浆料倒入事先涂好凡士林的模具中，在常温下固化3～4h后脱模，即得坯体，将坯体置于温度为100～110℃的烘箱中恒温固化8～10h，冷却至室温，即得固化坯体，将固化坯体进行磨削、抛光，即得高强度人造石。
实施例1
将废旧橡胶粉和苯乙烯混合均匀，即得混合物，将乙酸乙酯和混合物混合，进行搅拌处理，即得反应液，将反应液进行预固化处理，即得半成品，将半成品进行固化处理，即得反应物；将反应物置于双螺杆挤出机中挤出造粒，即得复合颗粒；取高铝水泥、复合颗粒、羧基丁苯胶乳、人造石抛光废料、硅烷偶联剂KH-550、交联剂XR-501、去离子水，将高铝水泥、人造石抛光废料和去离子水混合，进行搅拌处理，即得混合溶液A，在混合溶液A中加入复合颗粒、羧基丁苯胶乳、硅烷偶联剂KH-550和交联剂XR-501，进行搅拌处理，即得混合浆料；将混合浆料倒入事先涂好凡士林的模具中，在常温下固化3h后脱模，即得坯体，将坯体置于烘箱中恒温固化处理，冷却至室温，即得固化坯体，将固化坯体进行磨削、抛光，即得高强度人造石。废旧橡胶粉和苯乙烯的质量比为1∶8。搅拌处理步骤为：按质量比1∶10将乙酸乙酯和混合物混合，在搅拌速度为300r/min下搅拌5min。预固化处理步骤为：将反应液进行抽真空，并在温度为60℃下预固化1h。固化处理步骤为：将半成品升温至温度为75℃下固化20h。挤出造粒步骤为：将反应物置于双螺杆挤出机中，在温度为200℃，螺杆速度为200r/min下挤出造粒。高铝水泥、复合颗粒、羧基丁苯胶乳、人造石抛光废料、硅烷偶联剂KH-550、交联剂XR-501、去离子水之间的比例分别为：按重量份数计，分别称取20份高铝水泥、5份复合颗粒、5份羧基丁苯胶乳、30份人造石抛光废料、1份硅烷偶联剂KH-550、1份交联剂XR-501、80份去离子水。搅拌处理步骤为：将高铝水泥、人造石抛光废料和去离子水混合，在搅拌速度为400r/min下搅拌10min。搅拌处理步骤为：在混合溶液A中加入复合颗粒、羧基丁苯胶乳、硅烷偶联剂KH-550和交联剂XR-501，在搅拌速度为800r/min下搅拌1h。恒温固化处理步骤为：将坯体置于温度为100℃的烘箱中恒温固化8h。
实施例2
将废旧橡胶粉和苯乙烯混合均匀，即得混合物，将乙酸乙酯和混合物混合，进行搅拌处理，即得反应液，将反应液进行预固化处理，即得半成品，将半成品进行固化处理，即得反应物；将反应物置于双螺杆挤出机中挤出造粒，即得复合颗粒；取高铝水泥、复合颗粒、羧基丁苯胶乳、人造石抛光废料、硅烷偶联剂KH-550、交联剂XR-501、去离子水，将高铝水泥、人造石抛光废料和去离子水混合，进行搅拌处理，即得混合溶液A，在混合溶液A中加入复合颗粒、羧基丁苯胶乳、硅烷偶联剂KH-550和交联剂XR-501，进行搅拌处理，即得混合浆料；将混合浆料倒入事先涂好凡士林的模具中，在常温下固化3h后脱模，即得坯体，将坯体置于烘箱中恒温固化处理，冷却至室温，即得固化坯体，将固化坯体进行磨削、抛光，即得高强度人造石。废旧橡胶粉和苯乙烯的质量比为1∶8。搅拌处理步骤为：按质量比1∶10将乙酸乙酯和混合物混合，在搅拌速度为400r/min下搅拌8min。预固化处理步骤为：将反应液进行抽真空，并在温度为65℃下预固化1h。固化处理步骤为：将半成品升温至温度为78℃下固化22h。挤出造粒步骤为：将反应物置于双螺杆挤出机中，在温度为205℃，螺杆速度为225r/min下挤出造粒。高铝水泥、复合颗粒、羧基丁苯胶乳、人造石抛光废料、硅烷偶联剂KH-550、交联剂XR-501、去离子水之间的比例分别为：按重量份数计，分别称取25份高铝水泥、10份复合颗粒、8份羧基丁苯胶乳、35份人造石抛光废料、3份硅烷偶联剂KH-550、2份交联剂XR-501、90份去离子水。搅拌处理步骤为：将高铝水泥、人造石抛光废料和去离子水混合，在搅拌速度为450r/min下搅拌12min。搅拌处理步骤为：在混合溶液A中加入复合颗粒、羧基丁苯胶乳、硅烷偶联剂KH-550和交联剂XR-501，在搅拌速度为850r/min下搅拌1h。恒温固化处理步骤为：将坯体置于温度为105℃的烘箱中恒温固化9h。
实施例3
将废旧橡胶粉和苯乙烯混合均匀，即得混合物，将乙酸乙酯和混合物混合，进行搅拌处理，即得反应液，将反应液进行预固化处理，即得半成品，将半成品进行固化处理，即得反应物；将反应物置于双螺杆挤出机中挤出造粒，即得复合颗粒；取高铝水泥、复合颗粒、羧基丁苯胶乳、人造石抛光废料、硅烷偶联剂KH-550、交联剂XR-501、去离子水，将高铝水泥、人造石抛光废料和去离子水混合，进行搅拌处理，即得混合溶液A，在混合溶液A中加入复合颗粒、羧基丁苯胶乳、硅烷偶联剂KH-550和交联剂XR-501，进行搅拌处理，即得混合浆料；将混合浆料倒入事先涂好凡士林的模具中，在常温下固化4h后脱模，即得坯体，将坯体置于烘箱中恒温固化处理，冷却至室温，即得固化坯体，将固化坯体进行磨削、抛光，即得高强度人造石。废旧橡胶粉和苯乙烯的质量比为1∶8。搅拌处理步骤为：按质量比1∶10将乙酸乙酯和混合物混合，在搅拌速度为500r/min下搅拌10min。预固化处理步骤为：将反应液进行抽真空，并在温度为70℃下预固化2h。固化处理步骤为：将半成品升温至温度为80℃下固化24h。挤出造粒步骤为：将反应物置于双螺杆挤出机中，在温度为210℃，螺杆速度为250r/min下挤出造粒。高铝水泥、复合颗粒、羧基丁苯胶乳、人造石抛光废料、硅烷偶联剂KH-550、交联剂XR-501、去离子水之间的比例分别为：按重量份数计，分别称取30份高铝水泥、15份复合颗粒、10份羧基丁苯胶乳、40份人造石抛光废料、5份硅烷偶联剂KH-550、3份交联剂XR-501、100份去离子水。搅拌处理步骤为：将高铝水泥、人造石抛光废料和去离子水混合，在搅拌速度为500r/min下搅拌15min。搅拌处理步骤为：在混合溶液A中加入复合颗粒、羧基丁苯胶乳、硅烷偶联剂KH-550和交联剂XR-501，在搅拌速度为900r/min下搅拌2h。恒温固化处理步骤为：将坯体置于温度为110℃的烘箱中恒温固化10h。
对照例：东莞某公司生产的人造石。
将实施例及对照例制备得到的人造石进行检测，具体检测如下：
抗折强度：参照SN/T0308-1993《出口人造石检测方法》，采用长春市智能仪器设备有限公司WSM-20KN电子万能试验机测试人造石的抗折强度。式样尺寸：160mm×80mm×H（H为式样厚度），每组5个试件。
吸水率：参照SN/T0308-1993《出口人造石检验方法》测试成品吸水率，试块尺寸：70mm×70mm×H（H为板材厚度，mm），每组三个试件。测试步骤：将试块放入105±2℃的烘箱中恒温加热24h，在室温冷却30min，称重，准确至0.02g；然后将试件浸入温度为20±5℃的过滤水或蒸馏水中，浸泡48h，将试件取出，用稍微润湿且能吸水的布抹干表面，称重，准确至0.02g。按公式计算吸水率。
表面耐磨度：参照DB44/T768-2010《树脂型人造石板材》附录A检测。称干燥试样的质量准确到0.02g，然后放入到耐磨试验机磨盘上磨225转后，去除试样刷掉粉尘，称其质量准确至0.02g。按公式计算耐磨度。
具体测试结果如表1。
表1性能表征对比表
| 检测项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对照例 |
| 抗折强度/MPa | 28.4 | 29.9 | 28.5 | 13.3 |
| 吸水率/% | 0.14 | 0.13 | 0.15 | 0.23 |
| 质量减少率/% | 2.3 | 2.2 | 2.1 | 16.9 |
由表1可知，本发明制备的人造石具有良好的抗折强度和吸水率。
Claims (10)
1.一种高强度人造石的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将废旧橡胶粉和苯乙烯混合均匀，即得混合物，将乙酸乙酯和混合物混合，进行搅拌处理，即得反应液，将反应液进行预固化处理，即得半成品，将半成品进行固化处理，即得反应物；将反应物置于双螺杆挤出机中挤出造粒，即得复合颗粒；
（2）取高铝水泥、复合颗粒、羧基丁苯胶乳、人造石抛光废料、硅烷偶联剂KH-550、交联剂XR-501、去离子水，将高铝水泥、人造石抛光废料和去离子水混合，进行搅拌处理，即得混合溶液A，在混合溶液A中加入复合颗粒、羧基丁苯胶乳、硅烷偶联剂KH-550和交联剂XR-501，进行搅拌处理，即得混合浆料；
（3）将混合浆料倒入事先涂好凡士林的模具中，在常温下固化3～4h后脱模，即得坯体，将坯体置于烘箱中恒温固化处理，冷却至室温，即得固化坯体，将固化坯体进行磨削、抛光，即得高强度人造石。
2.根据权利要求1所述的一种高强度人造石的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的废旧橡胶粉和苯乙烯的质量比为1∶8。
3.根据权利要求1所述的一种高强度人造石的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的搅拌处理步骤为：按质量比1∶10将乙酸乙酯和混合物混合，在搅拌速度为300～500r/min下搅拌5～10min。
4.根据权利要求1所述的一种高强度人造石的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的预固化处理步骤为：将反应液进行抽真空，并在温度为60～70℃下预固化1～2h。
5.根据权利要求1所述的一种高强度人造石的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的固化处理步骤为：将半成品升温至温度为75～80℃下固化20～24h。
6.根据权利要求1所述的一种高强度人造石的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的挤出造粒步骤为：将反应物置于双螺杆挤出机中，在温度为200～210℃，螺杆速度为200～250r/min下挤出造粒。
7.根据权利要求1所述的一种高强度人造石的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的高铝水泥、复合颗粒、羧基丁苯胶乳、人造石抛光废料、硅烷偶联剂KH-550、交联剂XR-501、去离子水之间的比例分别为：按重量份数计，分别称取20～30份高铝水泥、5～15份复合颗粒、5～10份羧基丁苯胶乳、30～40份人造石抛光废料、1～5份硅烷偶联剂KH-550、1～3份交联剂XR-501、80～100份去离子水。
8.根据权利要求1所述的一种高强度人造石的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的搅拌处理步骤为：将高铝水泥、人造石抛光废料和去离子水混合，在搅拌速度为400～500r/min下搅拌10～15min。
9.根据权利要求1所述的一种高强度人造石的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的搅拌处理步骤为：在混合溶液A中加入复合颗粒、羧基丁苯胶乳、硅烷偶联剂KH-550和交联剂XR-501，在搅拌速度为800～900r/min下搅拌1～2h。
10.根据权利要求1所述的一种高强度人造石的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的恒温固化处理步骤为：将坯体置于温度为100～110℃的烘箱中恒温固化8～10h。
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|---|---|---|---|---|
| CN112011162A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-12-01 | 广西柔石新型建材有限公司 | 一种新型建筑墙体饰面片材材料 |
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