CN115043617A - 一种人造石及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种人造石及其制备方法。一种人造石及其制备方法，步骤一：按照重量份称取铜尾矿30‑50份、废弃混凝土10‑30份、水泥25‑35份、减水剂0.7‑1.4份、细化助剂3‑12份、苯丙乳液23‑38份、颜料1‑3份以及水25‑40份，备用；该人造石的原料主要为铜尾矿、废弃混凝土，将铜尾矿、废弃混凝土合理利用不仅保护了环境，降低环境污染，还无需购买人造石所需精制填充骨料，降低了生产成本，而且该制备方法中通过在铜尾矿、废弃混凝土球磨过程中添加细化助剂，使得铜尾矿、废弃混凝土能够被充分细化，最终使得制得的人造石结构紧密，力学性能优良。

Description

一种人造石及其制备方法
技术领域
本发明涉及人造石领域，具体涉及一种人造石及其制备方法。
背景技术
人造石是一种人工合成的装饰材料，主要分为有机类人造石材和无机类人造石材两类。目前我国人造石产品主要是以不饱和聚酯树脂制成的有机人造石岗石、有机人造石英石及铝粉作为填充料的实体面材人造石，还有用水泥作为胶凝材料浇筑成型的无机人造石。
随着我国工业化进程的不断加快，工业生产中铜尾矿和废弃混凝土的量不断增加，目前我国对于铜尾矿和废弃混凝土通常采取填埋或露天堆放等方式进行处理，不仅容易造成水土污染等二次污染，并且占用土地资源，堆放场地长期维护经济成本高。
因此，将铜尾矿和废弃混凝土进行回收利用使其作为无机人造石的填充骨料是减少生产以及固废处理成本和降低环境污染的有效手段，但是目前利用铜尾矿和废弃混凝土作为骨料来生产的无机人造石力学性能不够优良，严重限制了含有铜尾矿和废弃混凝土的人造石的发展。
如何改善现有的利用铜尾矿和废弃混凝土作为骨料来生产的无机人造石力学性能不够优良是本发明的关键，因此，亟需一种人造石及其制备方法来解决以上问题。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种人造石及其制备方法：通过将铜尾矿、废弃混凝土、细化助剂以及水加入至球磨罐中进行球磨，得到细化浆料，之后将水泥、减水剂、苯丙乳液以及颜料加入至细化浆料中搅拌混合，得到人造石浆料，之后将人造石浆料倒入至模具中，振动整平后真空压制成型，脱模后得到人造石坯料，最后将人造石坯料进进行蒸汽养护、自然养护，之后进行定厚抛光，得到人造石，解决了现有的利用铜尾矿和废弃混凝土作为骨料来生产的无机人造石力学性能不够优良的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种人造石的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照重量份称取铜尾矿30-50份、废弃混凝土10-30份、水泥25-35份、减水剂0.7-1.4份、细化助剂3-12份、苯丙乳液23-38份、颜料1-3份以及水25-40份，备用；
步骤二：将铜尾矿、废弃混凝土、细化助剂以及水加入至球磨罐中，在球磨速率为200-450r/min的条件下球磨6-10h，得到细化浆料；
步骤三：将水泥、减水剂、苯丙乳液以及颜料加入至细化浆料中，在搅拌速率为1000-1500r/min的条件下搅拌混合1-2h，得到人造石浆料；
步骤四：将人造石浆料倒入至模具中，振动整平后真空压制成型，脱模后得到人造石坯料；
步骤五：将人造石坯料进行蒸汽养护24-48h后进行自然养护5-7d，之后进行定厚抛光，得到该人造石。
作为本发明进一步的方案：所述减水剂为萘系高效减水剂、聚羧酸高性能减水剂中的一种；所述颜料为钛白粉、铁黑粉、铁红粉、铁黄粉、铁棕粉中的一种或两种及两种以上任意比例的混合物；所述苯丙乳液的固含量为45-55％。
作为本发明进一步的方案：所述细化助剂由以下步骤制备得到：
A1：将邻苯二胺、3，4-二羟基苯甲醛、乳酸以及无水乙醚加入至安装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，在温度为75-85℃，搅拌速率为300-500r/min的条件下搅拌反应10-15h，反应结束后将反应产物加入至饱和碳酸氢钠溶液中，搅拌10-20min，之后静置2-3h，之后用乙酸乙酯萃取2-3次，合并萃取液，将萃取液旋转蒸发去除乙酸乙酯，得到中间体1；
A2：将丙烯酸甲酯、二乙醇胺以及无水甲醇加入至安装有搅拌器、温度计以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25-30℃，搅拌速率为300-400r/min的条件下搅拌反应1-2h，之后升温至45-50℃的条件下继续搅拌反应3-5h，反应结束将反应产物旋转蒸发去除甲醇和未反应丙烯酸甲酯，得到中间体2；
A3：将中间体1、中间体2、对甲苯磺酸以及N，N-二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为45-50℃，搅拌速率为350-450r/min的条件下搅拌反应1-2h，之后升温至105-110℃的条件下继续搅拌反应3-5h，反应结束将反应产物旋转蒸发去除反应生成的甲醇和N，N-二甲基甲酰胺，得到中间体3；
A4：将中间体3、N，N-二甲基乙酰胺加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25-30℃，搅拌速率为350-550r/min的条件下搅拌至中间体3完全溶解，之后边搅拌边逐滴加入丁二酸酐的溶液，控制滴加速率为3-5滴/s，滴加完毕后继续搅拌反应6-8h，反应结束后将反应产物旋转蒸发去除N，N-二甲基乙酰胺，得到细化助剂。
作为本发明进一步的方案：步骤A1中的所述邻苯二胺、3，4-二羟基苯甲醛、乳酸以及无水乙醚的用量比0.1mol：0.22-0.25mol：0.15-0.20mol：40-50mL。
作为本发明进一步的方案：步骤A2中的所述丙烯酸甲酯、二乙醇胺以及无水甲醇的用量比为0.12-0.15mol：0.1mol：50-60mL。
作为本发明进一步的方案：步骤A3中的所述中间体1、中间体2、对甲苯磺酸以及N，N-二甲基甲酰胺的用量比为0.1mol：0.4mol：0.4-0.8g：30-40mL。
作为本发明进一步的方案：步骤A4中的所述中间体3、N，N-二甲基乙酰胺以及丁二酸酐溶液的用量比为0.1mol：30-40mL：30-40mL，所述丁二酸酐溶液为丁二酸酐按照0.02-0.1mol：30-40mL溶解于N，N-二甲基乙酰胺所形成的溶液。
作为本发明进一步的方案：一种人造石,所述人造石通过所述的人造石的制备方法制备得到。
本发明的有益效果：
本发明的一种人造石及其制备方法，通过将铜尾矿、废弃混凝土、细化助剂以及水加入至球磨罐中进行球磨，得到细化浆料，之后将水泥、减水剂、苯丙乳液以及颜料加入至细化浆料中搅拌混合，得到人造石浆料，之后将人造石浆料倒入至模具中，振动整平后真空压制成型，脱模后得到人造石坯料，最后将人造石坯料进进行蒸汽养护、自然养护，之后进行定厚抛光，得到该人造石；该人造石的原料主要为铜尾矿、废弃混凝土，将铜尾矿、废弃混凝土合理利用不仅保护了环境，降低环境污染，还无需购买人造石所需精制填充骨料，降低了生产成本，而且通过在铜尾矿、废弃混凝土球磨过程中添加细化助剂，使得铜尾矿、废弃混凝土能够被充分细化，最终使得制得的人造石结构紧密，力学性能优良；
在制备该人造石的过程中也制备了一种细化助剂，首先利用邻苯二胺、3，4-二羟基苯甲醛反应，引入大量的羟基，得到中间体1，之后利用丙烯酸甲酯、二乙醇胺发生迈克尔加成反应，得到一种含有2个羟基和一个酯基的中间体2，之后利用中间体2上的酯基与中间体1上的羟基发生酯交换反应，从而再次引入大量羟基至中间体1上，得到中间体3，最后利用中间体3上的部分羟基与丁二酸酐发生酯化反应，从而向中间体3中引入大量的羧基，形成一种分子结构中含有大量羧基和羟基的细化助剂；该细化助剂的分子结构中含有的大量的羧基和羟基在铜尾矿、废弃混凝土球磨的过程中能够吸附在铜尾矿、废弃混凝土的表面，能够提高铜尾矿、废弃混凝土的分散性，使得后续制得的细化浆料能够均匀分散于苯丙乳液中，提高人造石中各组分的连接紧密性，进而提升其力学性能，降低其出现裂纹甚至破碎的几率，而且能够避免球磨细化后的铜尾矿、废弃混凝土进行团聚，使其在球磨过程中能够持续不断地进行细化，降低人造石结构中出现孔隙的概率，进一步的提升人造石的力学性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例为一种细化助剂的制备方法，包括以下步骤：
A1：将0.1mol邻苯二胺、0.22mol3，4-二羟基苯甲醛、0.15mol乳酸以及40mL无水乙醚加入至安装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，在温度为75℃，搅拌速率为300r/min的条件下搅拌反应10h，反应结束后将反应产物加入至饱和碳酸氢钠溶液中，搅拌10min，之后静置2h，之后用乙酸乙酯萃取2次，合并萃取液，将萃取液旋转蒸发，得到中间体1；
A2：将0.12mol丙烯酸甲酯、0.1mol二乙醇胺以及50mL无水甲醇加入至安装有搅拌器、温度计以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25℃，搅拌速率为300r/min的条件下搅拌反应1h，之后升温至45℃的条件下继续搅拌反应3h，反应结束将反应产物旋转蒸发，得到中间体2；
A3：将0.1mol中间体1、0.4mol中间体2、0.4g对甲苯磺酸以及30mLN，N-二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为45℃，搅拌速率为350r/min的条件下搅拌反应1h，之后升温至105℃的条件下继续搅拌反应3h，反应结束将反应产物旋转蒸发，得到中间体3；
A4：将0.1mol中间体3、30mLN，N-二甲基乙酰胺加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25℃，搅拌速率为350r/min的条件下搅拌至中间体3完全溶解，之后边搅拌边逐滴加入30mL丁二酸酐按照0.02mol：30mL溶解于N，N-二甲基乙酰胺所形成的丁二酸酐溶液，控制滴加速率为3滴/s，滴加完毕后继续搅拌反应6h，反应结束后将反应产物旋转蒸发，得到细化助剂。
实施例2：
本实施例为一种细化助剂的制备方法，包括以下步骤：
A1：将0.1mol邻苯二胺、0.24mol3，4-二羟基苯甲醛、0.18mol乳酸以及45mL无水乙醚加入至安装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，在温度为80℃，搅拌速率为400r/min的条件下搅拌反应12h，反应结束后将反应产物加入至饱和碳酸氢钠溶液中，搅拌15min，之后静置2.5h，之后用乙酸乙酯萃取2次，合并萃取液，将萃取液旋转蒸发，得到中间体1；
A2：将0.13mol丙烯酸甲酯、0.1mol二乙醇胺以及55mL无水甲醇加入至安装有搅拌器、温度计以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为28℃，搅拌速率为350r/min的条件下搅拌反应1.5h，之后升温至48℃的条件下继续搅拌反应4h，反应结束将反应产物旋转蒸发，得到中间体2；
A3：将0.1mol中间体1、0.4mol中间体2、0.6g对甲苯磺酸以及35mLN，N-二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为48℃，搅拌速率为400r/min的条件下搅拌反应1.5h，之后升温至108℃的条件下继续搅拌反应4h，反应结束将反应产物旋转蒸发，得到中间体3；
A4：将0.1mol中间体3、35mLN，N-二甲基乙酰胺加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为28℃，搅拌速率为450r/min的条件下搅拌至中间体3完全溶解，之后边搅拌边逐滴加入35mL丁二酸酐按照0.06mol：35mL溶解于N，N-二甲基乙酰胺所形成的丁二酸酐溶液，控制滴加速率为4滴/s，滴加完毕后继续搅拌反应7h，反应结束后将反应产物旋转蒸发，得到细化助剂。
实施例3：
本实施例为一种细化助剂的制备方法，包括以下步骤：
A1：将0.1mol邻苯二胺、0.25mol3，4-二羟基苯甲醛、0.20mol乳酸以及50mL无水乙醚加入至安装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，在温度为85℃，搅拌速率为500r/min的条件下搅拌反应15h，反应结束后将反应产物加入至饱和碳酸氢钠溶液中，搅拌20min，之后静置3h，之后用乙酸乙酯萃取3次，合并萃取液，将萃取液旋转蒸发，得到中间体1；
A2：将0.15mol丙烯酸甲酯、0.1mol二乙醇胺以及60mL无水甲醇加入至安装有搅拌器、温度计以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为30℃，搅拌速率为400r/min的条件下搅拌反应2h，之后升温至50℃的条件下继续搅拌反应5h，反应结束将反应产物旋转蒸发，得到中间体2；
A3：将0.1mol中间体1、0.4mol中间体2、0.8g对甲苯磺酸以及40mLN，N-二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为50℃，搅拌速率为450r/min的条件下搅拌反应2h，之后升温至110℃的条件下继续搅拌反应5h，反应结束将反应产物旋转蒸发，得到中间体3；
A4：将0.1mol中间体3、40mLN，N-二甲基乙酰胺加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为30℃，搅拌速率为550r/min的条件下搅拌至中间体3完全溶解，之后边搅拌边逐滴加入40mL丁二酸酐按照0.1mol：40mL溶解于N，N-二甲基乙酰胺所形成的丁二酸酐溶液，控制滴加速率为5滴/s，滴加完毕后继续搅拌反应8h，反应结束后将反应产物旋转蒸发，得到细化助剂。
实施例4：
本实施例为一种人造石的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照重量份称取铜尾矿30份、废弃混凝土10份、水泥25份、减水剂0.7份、来自于实施例1中的细化助剂3份、苯丙乳液23份、颜料1份以及水25份，备用；减水剂为萘系高效减水剂；颜料为钛白粉；苯丙乳液的固含量为45％；
步骤二：将铜尾矿、废弃混凝土、细化助剂以及水加入至球磨罐中，在球磨速率为200r/min的条件下球磨6h，得到细化浆料；
步骤三：将水泥、减水剂、苯丙乳液以及颜料加入至细化浆料中，在搅拌速率为1000r/min的条件下搅拌混合1h，得到人造石浆料；
步骤四：将人造石浆料倒入至模具中，振动整平后真空压制成型，脱模后得到人造石坯料；
步骤五：将人造石坯料进行蒸汽养护24h后进行自然养护5d，之后进行定厚抛光，得到该人造石。
实施例5：
本实施例为一种人造石的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照重量份称取铜尾矿40份、废弃混凝土20份、水泥30份、减水剂1.0份、来自于实施例2中的细化助剂7.5份、苯丙乳液30份、颜料2份以及水32份，备用；减水剂为萘系高效减水剂；颜料为钛白粉、铁红粉按照重量比1：1的混合物；苯丙乳液的固含量为50％；
步骤二：将铜尾矿、废弃混凝土、细化助剂以及水加入至球磨罐中，在球磨速率为325r/min的条件下球磨8h，得到细化浆料；
步骤三：将水泥、减水剂、苯丙乳液以及颜料加入至细化浆料中，在搅拌速率为1250r/min的条件下搅拌混合1.5h，得到人造石浆料；
步骤四：将人造石浆料倒入至模具中，振动整平后真空压制成型，脱模后得到人造石坯料；
步骤五：将人造石坯料进行蒸汽养护36h后进行自然养护6d，之后进行定厚抛光，得到该人造石。
实施例6：
本实施例为一种人造石的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照重量份称取铜尾矿50份、废弃混凝土30份、水泥35份、减水剂1.4份、来自于实施例3中的细化助剂12份、苯丙乳液38份、颜料3份以及水40份，备用；减水剂为聚羧酸高性能减水剂；颜料为铁红粉、铁黄粉、铁棕粉按照重量比1：1：1的混合物；苯丙乳液的固含量为55％；
步骤二：将铜尾矿、废弃混凝土、细化助剂以及水加入至球磨罐中，在球磨速率为450r/min的条件下球磨10h，得到细化浆料；
步骤三：将水泥、减水剂、苯丙乳液以及颜料加入至细化浆料中，在搅拌速率为1500r/min的条件下搅拌混合2h，得到人造石浆料；
步骤四：将人造石浆料倒入至模具中，振动整平后真空压制成型，脱模后得到人造石坯料；
步骤五：将人造石坯料进行蒸汽养护48h后进行自然养护7d，之后进行定厚抛光，得到该人造石。
对比例1：
对比例1与实施例6的不同之处在于，不添加细化助剂。
对比例2：
对比例2与实施例6的不同之处在于，使用乙二醇代替细化助剂。
对比例3：
对比例3与实施例6的不同之处在于，使用三乙醇胺代替细化助剂。
将实施例4-6以及对比例1-3的人造石的性能进行检测，检测结果如下表所示：
样品 实施例4 实施例5 实施例6 对比例1 对比例2 对比例3
抗折强度 19.9MPa 20.6MPa 21.5MPa 15.4MPa 18.7MPa 19.0MPa
抗压强度 121.7MPa 122.9MPa 123.6MPa 101.8MPa 117.3MPa 119.6MPa
参阅上表数据，根据实施例6与对比例1-3的比较，可以得知在球磨过程中添加乙二醇、三乙醇胺以及细化助剂均能够有效的提升人造石的力学性能，而且其中细化助剂对人造石的性能提升的更加明显。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种人造石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按照重量份称取铜尾矿30-50份、废弃混凝土10-30份、水泥25-35份、减水剂0.7-1.4份、细化助剂3-12份、苯丙乳液23-38份、颜料1-3份以及水25-40份，备用；
步骤二：将铜尾矿、废弃混凝土、细化助剂以及水加入至球磨罐中，在球磨速率为200-450r/min的条件下球磨6-10h，得到细化浆料；
步骤三：将水泥、减水剂、苯丙乳液以及颜料加入至细化浆料中，在搅拌速率为1000-1500r/min的条件下搅拌混合1-2h，得到人造石浆料；
步骤四：将人造石浆料倒入至模具中，振动整平后真空压制成型，脱模后得到人造石坯料；
步骤五：将人造石坯料进行蒸汽养护24-48h后进行自然养护5-7d，之后进行定厚抛光，得到该人造石。
2.根据权利要求1所述的一种人造石的制备方法，其特征在于，所述减水剂为萘系高效减水剂、聚羧酸高性能减水剂中的一种；所述颜料为钛白粉、铁黑粉、铁红粉、铁黄粉、铁棕粉中的一种或两种及两种以上任意比例的混合物；所述苯丙乳液的固含量为45-55％。
3.根据权利要求1所述的一种人造石的制备方法，其特征在于，所述细化助剂由以下步骤制备得到：
A1：将邻苯二胺、3，4-二羟基苯甲醛、乳酸以及无水乙醚加入至安装有搅拌器、温度计的三口烧瓶中，在温度为75-85℃，搅拌速率为300-500r/min的条件下搅拌反应10-15h，反应结束后将反应产物加入至饱和碳酸氢钠溶液中，搅拌10-20min，之后静置2-3h，之后用乙酸乙酯萃取2-3次，合并萃取液，将萃取液旋转蒸发去除乙酸乙酯，得到中间体1；
A2：将丙烯酸甲酯、二乙醇胺以及无水甲醇加入至安装有搅拌器、温度计以及导气管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25-30℃，搅拌速率为300-400r/min的条件下搅拌反应1-2h，之后升温至45-50℃的条件下继续搅拌反应3-5h，反应结束将反应产物旋转蒸发去除甲醇和未反应丙烯酸甲酯，得到中间体2；
A3：将中间体1、中间体2、对甲苯磺酸以及N，N-二甲基甲酰胺加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及回流冷凝管的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为45-50℃，搅拌速率为350-450r/min的条件下搅拌反应1-2h，之后升温至105-110℃的条件下继续搅拌反应3-5h，反应结束将反应产物旋转蒸发去除反应生成的甲醇和N，N-二甲基甲酰胺，得到中间体3；
A4：将中间体3、N，N-二甲基乙酰胺加入至安装有搅拌器、温度计、导气管以及恒压滴液漏斗的三口烧瓶中，通入氮气保护，在温度为25-30℃，搅拌速率为350-550r/min的条件下搅拌至中间体3完全溶解，之后边搅拌边逐滴加入丁二酸酐的溶液，控制滴加速率为3-5滴/s，滴加完毕后继续搅拌反应6-8h，反应结束后将反应产物旋转蒸发去除N，N-二甲基乙酰胺，得到细化助剂。
4.根据权利要求3所述的一种人造石的制备方法，其特征在于，步骤A1中的所述邻苯二胺、3，4-二羟基苯甲醛、乳酸以及无水乙醚的用量比0.1mol：0.22-0.25mol：0.15-0.20mol：40-50mL。
5.根据权利要求3所述的一种人造石的制备方法，其特征在于，步骤A2中的所述丙烯酸甲酯、二乙醇胺以及无水甲醇的用量比为0.12-0.15mol：0.1mol：50-60mL。
6.根据权利要求3所述的一种人造石的制备方法，其特征在于，步骤A3中的所述中间体1、中间体2、对甲苯磺酸以及N，N-二甲基甲酰胺的用量比为0.1mol：0.4mol：0.4-0.8g：30-40mL。
7.根据权利要求3所述的一种人造石的制备方法，其特征在于，步骤A4中的所述中间体3、N，N-二甲基乙酰胺以及丁二酸酐溶液的用量比为0.1mol：30-40mL：30-40mL，所述丁二酸酐溶液为丁二酸酐按照0.02-0.1mol：30-40mL溶解于N，N-二甲基乙酰胺所形成的溶液。
8.一种人造石,其特征在于，所述人造石通过权利要求1-7任意一项所述的人造石的制备方法制备得到。
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