CN113454042A - 人造石材产品及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种人造石材产品及其制造方法。人造石材产品材料包括陶瓷粉、玻璃砂和粘合剂。

Description

人造石材产品及其制造方法
相关申请的交叉引用
没有。
技术领域
本发明涉及人造石材产品及其制造方法，尤其涉及基于陶瓷的人造石材产品及其制造方法。
背景技术
人造石材产品可用于多种用途，包括台面，地板，家具表面，建筑装饰面板，墙砖等。许多人造石材产品使用石英砂作为其主要制造成分，并赢得了消费者的青睐，因为它们比某些天然石材具有更少的多孔性和耐用性，但可以实现相似的美学特性。
但是，以石英砂为主要成分的人造石材产品仍然具有几个缺点。例如，它们生产的光泽有限，颜色可能会从人造石材上褪色或渗出，并且通常不适合在户外使用。此外，以石英砂为主要成分的人造石材产品的性能通常受到天然材料石英砂质量的限制。因此，石英砂的质量是可变的，并且可用的石英砂的数量随着时间的推移正在减少。
因此，改进的人造石材产品成为了需要。
发明内容
提供本概述是为了以简化的形式引入各种概念，这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。本发明内容既不旨在标识所要求保护的主题的必要或基本特征，也不旨在限制所要求保护的主题的范围。
一方面，本发明提供了一种人造石材产品，其包括陶瓷粉末，玻璃砂和粘合剂。
另一方面，本发明提供了一种制造人造石材产品的方法，该方法包括将陶瓷粉末，玻璃砂和粘合剂混合以形成混合物；压缩混合物以形成压缩混合物，例如通过振动压缩；和固化该压缩混合物以形成人造石材产品。
附图说明
以下附图示出了本发明公开的主题的实施方式。通过参考以下结合附图的描述，可以理解所要求保护的主题。其中相同的参考数字表示相同的元素，并且其中：
图1是本发明的一种制造人造石材产品的方法示意图。
具体实施方式
除非本文另有定义，否则与本发明结合使用的科学和技术术语应具有本领域普通技术人员通常理解的含义。除非另有说明或上下文另有要求，否则这些定义是在整个本发明中适用。此外，除非上下文另外要求，否则单数术语应包括复数，并且复数术语应包括单数。例如，如果在本发明中使用了一个术语，但在此没有特别定义，则可以使用《IUPAC化学术语汇编》第二版(1997年)中的定义，只要该定义不与任何其他公开内容或定义冲突，或会使应用该定义的任何权利要求不明确或无效。在任何定义或范围内通过引用并入本文的任何文档提供的用法与本文提供的定义或用法冲突，以本文提供的定义或用法为准。
除非在所定义的情况下另有明确说明，否则本文中使用的所有百分比、份数、比率和类似量均以重量定义。
就此而言，为清楚起见，本文中在以下内容中描述了本发明的某些特征。单独方面的上下文也可以在单个方面中组合提供。相反，为简洁起见，在单个方面的上下文中描述的本发明的各种特征也可以单独地或以任何子组合的方式提供。
冠词“一”和“一个”可以与本文所述的组合物、方法或结构的各种元件和组件结合使用。这仅是为了方便起见并给出组合物、方法或结构的一般含义。这样的描述包括“元件或部件中的“一个或至少一个”。此外，如本文所使用的，单数冠词也包括对多个元件或组件的描述，除非从特定的上下文中显而易见的是排除了复数。
术语“约”是指数量、大小、配方、参数和其他数量以及特性不是也不需要是精确的，而是可以根据需要近似和/或更大或更小，反映了公差、转换因子、舍入、测量误差等，以及本领域技术人员已知的其他因素。通常，无论是否明确指出，其数量、大小、配方、参数或其他数量或特性均为“大约”或“近似”。术语“约”还涵盖由于特定的初始混合物导致的组合物的平衡条件不同而不同的量。不论是否用术语“约”修饰，权利要求书均包括等同数量。术语“关于”可能意味着在所报告数值的10％之内，或者在所报告数值的5％之内，或者在所报告数值的2％之内。
如本文所用，术语“包括”、“包含”、“组成”、“构成”，“具有”、“所有”、“拥有”或“装有”或其任何其它变体意欲覆盖非排它性的包含。例如，包括一系列元素的组成，混合物，过程、方法、物品或设备并不仅限于这些元素，还可以包括未明确列出或此类组合物、混合物、过程、方法、物品所固有的其他元素，或器具。
如本文所用，术语“沙”和“粉”是指平均粒径为约10nm至约5mm的颗粒状固体，包括其间的任何范围。
人造石材产品及其制造方法已经开发出来。这些人造石材产品可能适合多种用途，包括用作台面，洗手池，地板等。令人惊讶的是，已发现可以使用陶瓷粉来制造人造石材产品，与使用石英砂作为主要成分制成的人造石材产品相比，这些石材产品可能表现出优异的美学和物理性能。
在一些方面，本发明提供了人造石材产品，其包括陶瓷粉末，玻璃砂和粘合剂。在一些方面，本发明提供了制造人造石材产品的方法，包括混合陶瓷粉，玻璃砂和粘合剂形成混合物；压缩混合物以形成压缩混合物；和固化该压缩混合物以形成人造石材产品。
在一些方面，压缩混合物以形成压缩混合物包括振动压缩。例如，在一些方面，振动压缩在真空条件下，例如在约-0.1MPa的压力下发生。在一些方面，压缩的混合物在约85℃至约1IO℃的温度下固化，例如约85℃，约90℃，约95℃，约100℃，约105℃，约110℃，或它们之间的任何范围。
在某些方面，陶瓷粉包括硅酸铝。例如，在某些方面，陶瓷粉末包括高岭石(Al2Si2O5(OH)4)，偏高岭土(Al2Si2O7)，尖晶石(Si3Al4O12)，石榴石(X3Al2Si3O12，其中X选自Fe2+，Ca2+，Mg2+和Mn2+)或其任意组合。在某些方面，陶瓷粉包含约0.5wt.％至约30wt.％的铝，例如约3wt.％至约10wt.％的铝，例如约0.5wt.％，约1wt.％，约2wt.％，约3wt.％，约4wt.％，约5wt.％，约10wt.％，约15wt.％，约20wt.％，约25wt.％，约30wt.％或任意之间的范围。
在某些方面，在人造石材产品中存在的陶瓷粉末的量为约3wt.％至约90wt.％，例如约30wt.％至约80wt.％，例如约3wt.％，约5wt.％，约10wt.％，约15wt.％，约20wt.％，约25wt.％，约30wt.％，约35wt.％，约40wt.％，约45wt.％，约50wt.％，约55wt.％，约60wt.％，约65wt.％，约70wt.％，约75wt.％，约80wt.％，约85wt.％，约90wt.％或它们之间的任何范围。
在一些方面，陶瓷粉末的平均粒度为约8目至约600目，例如约8目，约10目，约50目，约100目，约150目，约200目，约250目，约300目，约350目，约400目，约450目，约500目，约550目，约600目或它们之间的任何范围。
在一些方面，玻璃砂包括硅酸盐。例如，在一些方面，硅酸盐包含约0.5wt.％至约10wt.％的钙和约0.5wt.％至约10wt.％的钠。例如，在一些方面，硅酸盐包括铝的含量为约0.5wt.％，约1wt.％，约2wt.％，约3wt.％，约4wt.％，约5wt.％，约6wt.％，约7wt.％，约8wt.％，约9wt.％，约10wt.％或任何范围之间。在一些方面，硅酸盐包括钙的含量为约0.5wt.％，约1wt.％，约2wt.％，约3wt.％，约4wt.％，约5wt.％，约6wt.％，约7wt.％，约8wt.％，约9wt.％，约10wt.％或它们之间的任何范围。在某些方面，玻璃砂不包括石英。在一些方面，玻璃砂包含小于5wt.％的石英，例如4wt.％，3wt.％，2wt.％，1wt.％，0.5wt.％或更少。
在一些方面，玻璃砂的平均粒度为约5目至约600目，例如约5目至约150目。例如，在一些方面，玻璃砂的平均粒度为约5目，约10目，约50目，约100目，约150目，约200目，约250目，约300目，约350目。约400目，约450目，约500目，约550目，约600目或它们之间的任何范围。
在一些方面，在人造石产品中存在的玻璃砂的量为约0.5wt.％至约30wt.％。例如，约0.5wt.％，约1wt.％，约1.5wt.％，约2wt.％，约5wt.％，约10wt.％，约15wt.％，约20wt.％，约25wt.％，约30wt.％或它们之间的任何范围。在一些方面，人造石产品中存在的玻璃砂的量为约10wt.％至约50wt.％，例如约10wt.％，约15wt.％，约20wt.％，约25wt.％，约30wt.％，约35wt.％，约40wt.％，约45wt.％，约50wt.％或它们之间的任何范围。
不受任何特定理论的束缚，据信可以调节存在于人造石材产品中的陶瓷粉和玻璃砂的相对量，以调节人造石材产品的物理性能。
在一些方面，粘合剂包括树脂。例如，在一些方面，粘合剂包括醇酸树脂，例如不饱和聚酯树脂，环氧树脂，丙烯酸树脂或其任意组合。例如，在一些方面，不饱和醇酸树脂使用邻苯二甲酸作为原料生产，并且可以包含一个或多个环氧基，羟基，羧基，异氰酸酯和氨基。在一些方面，该树脂可以包括可商购获得的树脂，例如一种或多种可从奥森化学公司(Orson Chemicals)获得的ORCHEMTM树脂。例如，在某些方面，树脂可以包括ORCHEMTM707，中等粘度，低反应性，非预加速，非触变不饱和聚酯树脂；ORCHEMTM727，一种紫外线稳定，中等粘度，低反应性，非预加速，非触变性的不饱和聚酯树脂。在一些方面，树脂可包括可从Interplastic Corporation获得的
Figure BDA0002932318240000071
树脂，例如SIL93BE-956，一种具有紫外线抑制剂的丙烯酸改性(MMA)NPG间苯二甲酸树脂。在一些方面，树脂可包括可从TurkuazPolyester获得的布雷顿型聚酯树脂。在一些方面，该树脂可以包括PolarisTM不饱和聚酯树脂。可从亚什兰购买。在一些方面，粘合剂在人造石材产品中的存在量为约1wt.％至约25wt.％，例如约7wt.％至约15wt.％。例如，在一些方面，粘合剂在人造石材产品中的存在量为约1wt.％，约5wt.％，约7wt.％，约10wt.％，约15wt.％，约20wt.％，约25wt.％或它们之间的任何范围。
在一些方面，人造石材产品还包括一种或多种装饰添加剂。装饰添加剂可包括一种或多种着色颜料，反光材料或骨料。例如，着色颜料可包括着色剂或增白剂，例如二氧化钛(TiO2)，氧化铁颜料，酞菁蓝颜料，珠光颜料，偶氮颜料，镜面颜料及其混合物。
在某些方面，人造石材产品不包含任何石英砂。在一些方面，人造石材产品包含痕量的石英砂作为装饰添加剂。例如，在某些方面，人造石材产品包含少于5wt.％的石英砂，例如4wt.％，3wt.％，2wt.％，1wt.％，0.5wt.％或更少。
在某些方面，人造石材产品的莫氏硬度为5或更高。例如，在一些方面，人造石材产品的莫氏硬度为约5至约8，例如约5，约5.5，约6，约6.5，约7，约7.5，约8，或介于两者之间的任何范围。
在某些方面，人造石产品可被抛光至至少20°的光泽度。例如，在某些方面，人造石材产品可以被抛光至约40°至约70°的光泽度，例如大约40°，约45°，约50°，约55°，约60°，约65°，约70°或它们的任何范围之间。在一些方面，人造石材产品可被磨至小于约10°的光泽度，例如约9°，约8°，约7°，约6°，约5°，约4°，约3°，约2°，约1°，约0°或它们之间的任何范围。在一些方面，通过ASTM D523测量光泽度。
在某些方面，人造石材产品的吸水率小于0.03％，当由ASTM C97/C97M-18测量。
在一些方面，人造石材产品的密度为约2000kg/m3至约3500kg/m3，例如约2000kg/m3，约2500kg/m3，约3000kg/m3，约3500kg/m3，或介于两者之间的任何范围。
在某些方面，人造石材产品的耐磨性大于约36，通过ASTM C241/C241M-15测量。在一些方面，当通过ASTM C241/C241M-15测量时，人造石材的耐磨性为约20至约90，例如约20，约25，约30，约35，约40，约45，约50，约55，约60，约65，约70，约75，约80，约85，约90，或它们之间的任何范围。
在一些方面，人造石产品具有大于约30MPa的断裂模量。在从一些方面来看，人造石材的断裂模量为约30MPa至约100MPa，例如约32MPa至约70MPa。例如，在某些方面，,当通过ASTM C99/C99M-15测量时，人造石材产品的断裂模量为约30MPa，约32MPa，约35MPa，约40MPA，约45MPa，约48MPa，约50MPa，约55MPa，60MPa，约65MPa，约70MPa，约75MPa，约80MPa，约85MPa，约90MPa，约95MPa，约100MPa或它们之间的任何范围。
在一些方面，人造石产品具有大于约25MPa的弯曲强度。在一些方面，当通过ASTMC880/C880M-15测量时，人造石材产品的弯曲强度为约26MPa至约100MPa，例如约26MPa，约30MPa，约35MPa，约40Mpa，约45MPa，约50MPa，约55Mpa，约60MPa，约65MPa，约70MPa，约75MPa，约80MPa，约85MPa，约90MPa，约100MPa或两者之间的任何范围。
在某些方面，根据ASTM C650-04，人造石材产品不受化学物质的影响。在某些方面，人造石材产品通过了ASTM C241-15的耐污染性测试。
实施例
通过参考以下实施例可以更好地理解本发明的实施方案。
实施例1：人造石材产品组成
制备四种混合物，每种混合物包括25wt.％的陶瓷粉，64.5wt.％的玻璃砂，10wt.％树脂和痕量(0.5wt.％)的着色剂或增白剂。
这些混合物中使用的陶瓷粉的组成如下表1所示：
表1：陶瓷粉末成分
混合物编号 钠 铝 硅 氧
1 1.21wt.％ 13.54wt.％ 16.84wt.％ 68.41wt.％
2 1.23wt.％ 18.16wt.％ 16.29wt.％ 64.32wt.％
3 1.19wt.％ 22.93wt.％ 15.68wt.％ 60.20wt.％
4 1.24wt.％ 28.11wt.％ 14.72wt.％ 55.93wt.％
混合物1-4中使用的每种陶瓷粉的平均粒度为约8目至600目。
这些混合物中使用的玻璃砂的成分如下表2所示：
表2：玻璃沙成分
Figure BDA0002932318240000101
混合物1-4中使用的每种玻璃砂的平均粒度为约6目至120目。玻璃砂的粒度分布是使用可商购自W.S.Tyler的
Figure BDA0002932318240000102
机器来测量的，并在下面的表3中显示：
表3：玻璃砂的粒度分布
Figure BDA0002932318240000103
混合物1-4的每一种中使用的树脂是使用邻苯二甲酸制备的不饱和醇酸树脂。在混合物2-4中使用的树脂进一步包括高达50％的高活性基团，例如交联部分，或使树脂和引发剂聚合的基团。着色和增白剂包括二氧化钛(TiO2)，氧化铁，酞菁蓝，珠光颜料和偶氮颜料。
实施例2：制造人造石材产品的方法
实施例1的每种混合物用于产生人造石材产品。图1是制造人造石材产品的方法的示意图。首先，将实施例1的陶瓷粉101，玻璃砂103，着色和增白剂105在非重力混合器107中，特别是在XinYin XJ-1500混合器中以正常机器速度在3分钟下混合，以使这些干燥成分的混合物均匀化。接下来，添加树脂109并混合直至获得均匀的混合物，这是在Xinyin XJ-1500混合机中以正常机器速度混合6分钟后发生的。
接下来，将均质混合物111通过传送带113移动到布料车115中，并且通过布料车将布料均匀地放入布料模架中。接下来，将包含均匀混合物的布通过真空高频振动板117，在真空高频振动板117中，通过在约-0.1MPa的真空条件下进行振动压缩，将布和均匀混合物压制成压缩混合物。
接下来，将压缩混合物送入固化炉119，在此通过在70℃至150℃之间的温度下加热40分钟使其固化以形成人造石材产品。然后，将经过加工的石材产品在环境温度下冷却24小时，然后再进行其他精加工步骤。具体而言，将人造石产品通过增稠设备以确保生产的产品具有均匀的厚度。接下来，使用20目通过对抛光石材产品进行抛光通抛光机用于水的研磨和抛光。接下来，检查人造石材产品的质量，并使用横切和桥切设备将产品切成所需尺寸。最后，将切割后的产品在环境温度下风干1-2分钟，包装并存储在仓库中。
实施例3：人造石材产品的物理特性
接下来，对实施例2的人造石材产品进行表征以确定其物理性能。具体而言，根据下表4中所示的方法测量了每种人造石材产品的莫氏硬度，吸水率，密度，耐磨性，断裂模量，挠曲强度，耐化学物质性和耐污性：
表4：1号混合物人造石材产品的物理特性
物理特性 测试方法 值
莫氏硬度 EN 15771-2010 5
吸水率 ASTM C97/C97M-18 0.03wt.％
密度 ASTM C97/C97M-18 2500kg/m<sup>3</sup>
耐磨性 ASTM C241/C241M-15 36
断裂模量 ASTM C99/C99M-15 48
抗弯强度 ASTM C880C880M-15 40Mpa
对化学物质的抵抗性 ASTM C650-04 不受影响
耐染性 ASTM C241-15 通过
表5：2号混合物人造石材产品的物理特性
Figure BDA0002932318240000121
Figure BDA0002932318240000131
表6：3号混合物人造石材产品的物理特性
物理特性 测试方法 值
莫氏硬度 EN 15771-2010 7
吸水率 ASTM C97/C97M-18 0.02wt.％
密度 ASTM C97/C97M-18 2450kg/m<sup>3</sup>
耐磨性 ASTM C241/C241M-15 55
断裂模量 ASTM C99/C99M-15 68Mpa
抗弯强度 ASTM C880C880M-15 65Mpa
对化学物质的抵抗性 ASTM C650-04 不受影响
耐染性 ASTM C241-15 通过
表7：4号混合物人造石材产品的物理特性
物理特性 测试方法 值
莫氏硬度 EN 15771-2010 8
吸水率 ASTM C97/C97M-18 0.02wt.％
密度 ASTM C97/C97M-18 2500kg/m<sup>3</sup>
耐磨性 ASTM C241/C241M-15 70
断裂模量 ASTM C99/C99M-15 72Mpa
抗弯强度 ASTM C880C880M-15 70Mpa
对化学物质的抵抗性 ASTM C650-04 不受影响
耐染性 ASTM C241-15 通过
从以上结果可以看出，与包含石英砂作为主要成分的人造石材产品相比，实施例2的人造石材产品令人惊讶地显示出改善的物理性能，例如可从Caesarstone Ltd.获得的人造石材产品
Figure BDA0002932318240000132
或者可从Cosentino，S.A.U.获得的
Figure BDA0002932318240000141
产品，或者可从Cambria Company LLC获得的
Figure BDA0002932318240000142
产品。而且，与混合物1相比，混合物2-4的陶瓷粉末和玻璃砂中包含的铝的量增加，与混合物2-4中使用的树脂的高活性基团含量相结合，似乎导致由混合物2-4制成的人造石材的断裂模量和弯曲强度的甚至更大的改进。
虽然已经参考多个实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，本发明不限于这些公开的实施例。相反，可以对本发明进行修改，以结合在此未描述但与本发明的精神和范围相当的任何数量的变化，改变，替换或等效配置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，本发明可以仅包括所述实施例中的一些。因此，本发明不应被认为受前述描述的限制，而是仅受所附权利要求书的范围的限制。

Claims (22)

1.一种人造石材产品，其特征在于，包括陶瓷粉、玻璃砂和粘合剂。
2.如权利要求1所述的人造石材产品，其特征在于，所述陶瓷粉包括硅酸铝。
3.如权利要求1所述的人造石材产品，其特征在于，所述陶瓷粉包括0.5wt.％至30wt.％的铝。
4.如权利要求3所述的人造石材产品，其特征在于，所述陶瓷粉包括3wt.％至10wt.％的铝。
5.如权利要求1所述的人造石材产品，其特征在于，所述陶瓷粉的含量为3wt.％至90wt.％。
6.如权利要求5所述的人造石材产品，其特征在于，所述陶瓷粉的含量为30wt.％至80wt.％。
7.如权利要求6所述的人造石材产品，其特征在于，所述玻璃砂包括硅酸盐。
8.如权利要求7所述的人造石材产品，其特征在于，所述硅酸盐包括为0.5wt.％至10wt.％的钙和0.5wt.％至10wt.％的钠。
9.如权利要求1所述的人造石材产品，其特征在于，所述玻璃砂的含量为10wt.％至80wt.％。
10.如权利要求1所述的人造石材产品，其特征在于，所述玻璃砂的含量为40wt.％至70wt.％。
11.如权利要求1所述的人造石材产品，其特征在于，所述粘合剂包括醇酸树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂或其任意组合。
12.如权利要求1所述的人造石材产品，其特征在于，还包括至少一种装饰添加剂。
13.如权利要求12所述的人造石材产品，其特征在于，所述装饰添加剂包括以下一种或多种：着色颜料、反光材料或矿石或贝壳。
14.如权利要求1所述的人造石材产品，其特征在于，所述产品的莫氏硬度大于5。
15.如权利要求1所述的人造石材产品，其特征在于，当通过ASTM C97/C97M-18测量时，所述产品具有小于0.03％的吸水率。
16.如权利要求1所述的人造石材产品，其特征在于，所述石材产品具有2500kg/m3的密度。
17.如权利要求1所述的人造石材产品，其特征在于，当通过ASTM C241/C241M-15测量时，所述石材产品具有大于36的耐磨性。
18.如权利要求1所述的人造石材产品，其特征在于，当通过ASTM C99/C99M-15测量时，所述石材产品具有至少为32Mpa的断裂模量。
19.如权利要求1所述的人造石材产品，其特征在于，当通过ASTM C880/C880M-15测量时，所述石材产品具有至少26Mpa的弯曲强度。
20.如权利要求1所述的人造石材产品，其特征在于，根据ASTM C650-04，所述石材产品不受化学物质的影响。
21.如权利要求1所述的人造石材产品，其特征在于，其中，根据ASTM C241-15，所述石材产品通过耐污染性。
22.一种制造人造石材产品的方法，其特征在于，包括：将陶瓷粉，玻璃砂和粘合剂混合形成混合物；压缩混合物以形成压缩混合物；和固化该压缩混合物以形成人造石材产品。
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