CN117430374A - 一种人造石及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于人造石技术领域，具体公开了一种人造石及其制备方法。人造石，的原料组分按重量份计包括：骨料35‑50份，抗泛碱剂40.5‑63份，不饱和聚酯树脂5‑15份，固化剂0.3‑0.8份；抗泛碱剂包括浮石粉和白炭黑。本发明以浮石粉和白炭黑为抗泛碱剂，制备了具有抗泛碱性的人造石。其中：浮石具有良好的吸放湿性能，其独特的介孔结构能够将水汽锁定在孔洞结构中，不与石材中的硅酸盐类物质发生反应，当环境湿度低时又通过脱附作用释放出水汽，水汽不会聚集在材料表面，从而具备了良好的抗泛碱性能。白炭黑的多孔结构，对于空气中的水汽同样具有一定的吸放湿性能，可与浮石共同作用，抑制人造石表面的泛碱现象。
Description
技术领域
本发明属于人造石技术领域，尤其涉及一种人造石及其制备方法。
背景技术
普通混凝土为硅酸盐，遇空气或者墙体内的水气，发生水解反应，生成的氢氧根与金属离子结合形成溶解度较小的碱性氢氧化物，遇到气温的升高，水蒸气蒸发，将氢氧化物从墙体中析出，随着水分的逐渐蒸发，氢氧化物就被析出于混凝土水泥表面，日积月累，墙面装饰层(如人造石)将形成白色粉末晶体，或与空气中的二氧化碳反应形成白色团块，这一过程称之为“泛碱”。
在多雨的季节，室内空气湿度大，墙面装饰层表面极易形成泛碱现象，因此如何解决石材的泛碱现象一直是业内极为棘手的问题。传统的抵抗材料泛碱的方法主要是在其表面添加一层可以阻止水分进入的材料，但是这样将影响材料表面的装饰效果，很难应用在石材、人造石、陶瓷等材料上。
因此，亟需研发一种自身便具有抗泛碱功能的人造石，而无需在其表面添加一层有利于装饰的防水层。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种人造石及其制备方法，所述人造石采用特定的制备原料，使其自身具备良好的抗泛碱性能，且该人造石具有良好的力学性能。
为解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种人造石，其原料组分按重量份计包括：骨料35-50份，抗泛碱剂40.5-63份，不饱和聚酯树脂5-15份，固化剂0.3-0.8份；所述抗泛碱剂包括浮石粉和白炭黑。
具体地，本发明的人造石通过在骨料中添加一定量的抗泛碱剂浮石粉和白炭黑，以使制得的人造石具备良好的抗泛碱性能。其中：浮石是一种具有高比表面积的介孔结构材料，可作为天然的多孔被动调节空气湿度材料。当室内环境湿度较大时，浮石的多孔结构能够吸附空气中的水汽，并将水汽包裹在孔洞结构中。与其他无机吸附材料不同的是，无机盐类调湿材料通过化学吸附、脱附作用与环境中水汽发生化学作用形成含结晶水的盐类或脱附结晶水，这样就极易导致材料中碱在水脱附的过程中排除形成泛碱现象。而浮石作为天然的吸附材料，是通过孔内凹液面上水的饱和蒸气压与环境水汽压力差来吸附环境湿度，此调节过程为物理吸附过程，浮石的介孔结构能够将水汽包裹住不与人造石中的其他成分发生反应，在环境湿度低的时候，水汽又通过脱附作用释放出来，不会聚集在石材表面，因而可有效抑制石材表面形成泛碱现象。白炭黑为多孔二氧化硅，对于空气中的水汽同样具有一定的吸放湿性能，可与浮石共同作用，抑制人造石表面的泛碱现象。同时，不饱和聚酯树脂具有良好的粘结性能，与固化剂联合使用，可赋予人造石更高的力学强度。
作为上述方案的进一步改进，所述骨料包括陶瓷废料和刚玉砂；所述陶瓷废料与刚玉砂的质量比为(3-8)：1。
优选的，所述陶瓷废料包括抛光废渣或瓷质废渣，这些陶瓷废料均为经高温烧成后的原料，具有较高的力学性能，以其作为人造石的骨料，不仅可有效降低原料成本，更有利于产品力学性能的提高。
作为上述方案的进一步改进，所述浮石粉的粒径为20-50μm，所述白炭黑的粒径为10-100nm；所述陶瓷废料的粒径为20-40μm。
具体地，浮石粉的粒径不宜过小，否则成型时易变形；浮石粉的粒径过大，则抗泛碱性能下降。通过合理控制浮石粉和白炭黑的粒径，以获得最优的抗泛碱性能。同时，不同粒径的浮石粉、白炭黑和陶瓷废料进行级配，有利于增加成型的致密性，从而提高人造石的力学性能。
作为上述方案的进一步改进，所述抗泛碱剂按重量份计包括：浮石粉40-60份和白炭黑0.5-3份。
优选的，所述固化剂为过氧化苯甲酰和/或过氧化二叔丁基。
作为上述方案的进一步改进，所述人造石的原料组分还包括助剂，所述助剂包括硅烷偶联剂、溶剂、抗氧化剂中的至少一种。
优选的，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550。
优选的，所述溶剂为乙酸或乙酸乙酯。
优选的，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010或抗氧化剂1076中一种或多种。
优选的，所述助剂的添加量，按重量份计为0.1-4份。
本发明的第二方面提供了一种人造石的制备方法，包括以下步骤：
(1)将骨料和抗泛碱剂进行球磨、喷雾干燥后，得混合粉料；
(2)在所述混合粉料中加入不饱和聚酯树脂、固化剂和助剂，进行混合、成型，经固化处理，得所述人造石。
优选的，步骤(1)中，所述喷雾干燥的温度为450-550℃；所述混合粉料的含水率为5-7wt％。
优选的，步骤(2)中，所述固化的温度为70-100℃，所述固化的时间为60-120min。
优选的，步骤(2)中，所述成型采用挤压震动成型。
本发明的上述技术方案相对于现有技术，至少具有如下技术效果或优点：
(1)本发明以浮石粉和白炭黑为抗泛碱剂，制备的人造石具有良好的抗泛碱特性。其中：浮石是一种具有高比表面积、多孔结构的材料，利用这种介孔矿物原料的吸附特性，赋予了人造石板材良好的吸放湿性能，而其独特的介孔结构能够将水汽锁定在孔洞结构中，不与石材中的硅酸盐类物质发生反应，当环境湿度低时又通过脱附作用释放出水汽，水汽不会聚集在材料表面，从而具备了良好的抗泛碱性能。白炭黑的多孔结构，对于空气中的水汽同样具有一定的吸放湿性能，可与浮石共同作用，抑制人造石表面的泛碱现象。
(2)本发明以经高温烧成后的陶瓷废料与刚玉砂为骨料，并采用不同粒径的浮石粉、陶瓷废料和白炭黑进行级配，制备了具有高强的人造石，实现抗折强度达32.7-34.5MPa。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述发明内容对本发明作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。同时下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品；未详细提及的工艺步骤或制备方法均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或制备方法。
以下实施例和对比例所采用的不饱和聚酯树脂为中山市干佑化学材料有限公司的不饱和聚酯树脂。
实施例1
一种人造石，按重量份计，其原料组分包括：浮石粉40份、抛光废渣40份、白炭黑1份、刚玉砂5份、不饱和聚酯树脂15份、过氧化苯甲酰0.5份、助剂3份(包括硅烷偶联剂KH5500.5份、乙酸1.5份和抗氧化剂1010 1份)。
其中：浮石粉的粒径为20-50μm，白炭黑的粒径为10-100nm，陶瓷废料的粒径为20-40μm。
一种人造石的制备方法，包括以下步骤：
(1)将浮石粉、抛光废渣、白炭黑和刚玉砂进行湿法球磨，然后在450℃进行喷雾干燥后，得含水率为7wt％的混合粉料；
(2)在步骤(1)制得的混合粉料中加入不饱和聚酯树脂、过氧化苯甲酰、硅烷偶联剂KH550 0.5份、乙酸1.5份和抗氧化剂1010 1份，混合均匀后，将其均匀布料在模具中，然后进行挤压震动，得坯体；最后在70℃进行固化处理120min，得本实施例的人造石。
实施例2
一种人造石，按重量份计，其原料组分包括：浮石粉50份、抛光废渣30份、白炭黑1份、刚玉砂5份、不饱和聚酯树脂15份、过氧化二叔丁基0.5份、助剂3份(包括硅烷偶联剂KH5501份、乙酸1份和抗氧化剂1010 1份)。
其中：浮石粉的粒径为20-50μm，白炭黑的粒径为10-100nm，陶瓷废料的粒径为20-40μm。
一种人造石的制备方法，包括以下步骤：
(1)将浮石粉、抛光废渣、白炭黑和刚玉砂进行湿法球磨，然后在450℃进行喷雾干燥后，得含水率为7wt％的混合粉料；
(2)在步骤(1)制得的混合粉料中加入不饱和聚酯树脂、过氧化二叔丁基、硅烷偶联剂KH5501份、乙酸1份和抗氧化剂1010 1份，混合均匀后，将其均匀布料在模具中，然后进行挤压震动，得坯体；最后在80℃进行固化处理100min，得本实施例的人造石。
实施例3
一种人造石，按重量份计，其原料组分包括：浮石粉50份、抛光废渣30份、白炭黑1份、刚玉砂10份、不饱和聚酯树脂10份、过氧化苯甲酰0.5份、助剂3份(包括硅烷偶联剂KH550 0.5份、乙酸2份和抗氧化剂1010 0.5份)。
其中：浮石粉的粒径为20-50μm，白炭黑的粒径为10-100nm，陶瓷废料的粒径为20-40μm。
一种人造石的制备方法，包括以下步骤：
(1)将浮石粉、抛光废渣、白炭黑和刚玉砂进行湿法球磨，然后在500℃进行喷雾干燥后，得含水率为6wt％的混合粉料；
(2)在步骤(1)制得的混合粉料中加入不饱和聚酯树脂、过氧化苯甲酰、硅烷偶联剂KH550 0.5份、乙酸2份和抗氧化剂1010 0.5份，混合均匀后，将其均匀布料在模具中，然后进行挤压震动，得坯体；最后在90℃进行固化处理80min，得本实施例的人造石。
实施例4
一种人造石，按重量份计，其原料组分包括：浮石粉55份、抛光废渣30份、白炭黑1份、刚玉砂5份、不饱和聚酯树脂8份、过氧化二叔丁基0.5份、助剂2.5份(包括硅烷偶联剂KH550 1份、乙酸1份和抗氧化剂1010 0.5份)。
其中：浮石粉的粒径为20-50μm，白炭黑的粒径为10-100nm，陶瓷废料的粒径为20-40μm。
一种人造石的制备方法，包括以下步骤：
(1)将浮石粉、抛光废渣、白炭黑和刚玉砂进行湿法球磨，然后在450℃进行喷雾干燥后，得含水率为7wt％的混合粉料；
(2)在步骤(1)制得的混合粉料中加入不饱和聚酯树脂、过氧化二叔丁基、硅烷偶联剂KH5501份、乙酸1份和抗氧化剂1010 0.5份，混合均匀后，将其均匀布料在模具中，然后进行挤压震动，得坯体；最后在70℃进行固化处理120min，得本实施例的人造石。
对比例1
一种人造石，按重量份计，其原料组分包括：抛光废渣40份、白炭黑1份、刚玉砂5份、不饱和聚酯树脂15份、过氧化苯甲酰0.5份、助剂3份(包括硅烷偶联剂KH550 0.5份、乙酸1.5份和抗氧化剂1010 1份)。
其中：白炭黑的粒径为10-100nm，陶瓷废料的粒径为20-40μm。
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1的人造石的原料组分中未添加浮石粉，其他原料的种类与用量关系、以及人造石的制备方法均与实施例1相同。
对比例2
一种人造石，按重量份计，其原料组分包括：浮石粉40份、抛光废渣40份、刚玉砂5份、不饱和聚酯树脂15份、过氧化苯甲酰0.5份、助剂3份(包括硅烷偶联剂KH550 0.5份、乙酸1.5份和抗氧化剂1010 1份)。
其中：浮石粉的粒径为20-50μm，陶瓷废料的粒径为20-40μm。
对比例2与实施例1的区别在于，对比例2的人造石的原料组分中未添加白炭黑，其他原料的种类与用量关系、以及人造石的制备方法均与实施例1相同。
对比例3
一种人造石，按重量份计，其原料组分包括：浮石粉40份、抛光废渣40份、白炭黑1份、不饱和聚酯树脂15份、过氧化苯甲酰0.5份、助剂3份(包括硅烷偶联剂KH550 0.5份、乙酸1.5份和抗氧化剂1010 1份)。
其中：浮石粉的粒径为20-50μm，白炭黑的粒径为10-100nm，陶瓷废料的粒径为20-40μm。
对比例3与实施例1的区别在于，对比例3的人造石的原料组分中未添加刚玉砂，其他原料的种类与用量关系、以及人造石的制备方法均与实施例1相同。
性能测试
对实施例1-4及对比例1-3制备的人造石样品进行抗泛盐碱性性能及抗折强度测试，其中抗泛盐碱性性能测试依据JC/T 1024-2007标准进行测试，具体的测试过程为：将人造石固定在标准混凝土板上，放置的倾斜角为(60±5)°，PVC管的开孔方向与流量与试件表面基本垂直，水管与试件的垂直距离为(15±2)cm，将自来水的流量调节到300mL/s，连续喷淋10min；然后将试件放到(50±2)℃电热鼓风干燥箱中烘干4h，取出放在标准试验条件下冷却至室温；再连续喷淋10min。循环21次后，检查试件表面有无可见泛碱；抗折强度依据GB/T 3810.1-2016标准进行测试，测试结果如表1所示。
表1：实施1-4及对比例1-3制备的人造石样品的性能对比表
| 样品 | 抗泛盐碱性 | 弯曲强度(MPa) |
| 实施例1 | 无可见泛碱 | 33.5 |
| 实施例2 | 无可见泛碱 | 32.7 |
| 实施例3 | 无可见泛碱 | 34.5 |
| 实施例4 | 无可见泛碱 | 33.8 |
| 对比例1 | 有大量明显可见泛碱 | 27.6 |
| 对比例2 | 有少量可见泛碱 | 30.4 |
| 对比例3 | 无可见泛碱 | 25.6 |
由表1可知，实施例1-4所制得的人造石均无可见泛碱，且力学强度较佳，弯曲强度可达32.7-34.5MPa。
对比例1和对比例2相对于实施例1分别未添加浮石粉和白碳黑，所制得的人造石均出现泛碱现象；且对比例1由于未添加浮石粉，有大量明显可见泛碱；对比例2由于未添加白炭黑，泛碱现象不及对比例1严重。此现象说明：浮石的抗泛碱效果优于白炭黑，当两者复配使用时，可实现良好的抗泛碱效果。
对比例3相对于实施例1由于未添加刚玉砂，所制得的人造石的弯曲强度较实施例1下降明显。
对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下还可以做出若干简单推演或替换，而不必经过创造性的劳动。因此，本领域技术人员根据本发明的揭示，对本发明做出的简单改进都应该在本发明的保护范围之内。上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的工艺及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。
Claims (10)
1.一种人造石，其特征在于，其原料组分按重量份计包括：骨料35-50份，抗泛碱剂40.5-63份，不饱和聚酯树脂5-15份，固化剂0.3-0.8份；所述抗泛碱剂包括浮石粉和白炭黑。
2.根据权利要求1所述的人造石，其特征在于，所述骨料包括陶瓷废料和刚玉砂；所述陶瓷废料与刚玉砂的质量比为(3-8)：1。
3.根据权利要求1所述的人造石，其特征在于，所述浮石粉的粒径为20-50μm，所述白炭黑的粒径为10-100nm。
4.根据权利要求1或3所述的人造石，其特征在于，所述抗泛碱剂按重量份计包括：浮石粉40-60份和白炭黑0.5-3份。
5.根据权利要求1所述的人造石，其特征在于，所述固化剂为过氧化苯甲酰和/或过氧化二叔丁基。
6.根据权利要求1所述的人造石，其特征在于，所述人造石的原料组分还包括助剂，所述助剂包括硅烷偶联剂、溶剂、抗氧化剂中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的人造石，其特征在于，所述溶剂为乙酸或乙酸乙酯。
8.一种如权利要求1至7任意一项所述的人造石的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将骨料和抗泛碱剂进行球磨、喷雾干燥后，得混合粉料；
(2)在所述混合粉料中加入不饱和聚酯树脂和固化剂，进行混合、成型，经固化处理，得所述人造石。
9.根据权利要求8所述的人造石的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述喷雾干燥的温度为450-550℃；所述混合粉料的含水率为5-7wt％。
10.根据权利要求8所述的人造石的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述固化处理的温度为70-100℃，所述固化处理的时间为60-120min。
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