CN117865607A - 一种自愈合无机人造石及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自愈合无机人造石及其制备方法与应用，所述自愈合无机人造石以骨料、无机粘接剂、粉煤灰、减水剂、渗透结晶型添加剂、水以及乳液等为原料经过搅拌、压制、养护、定厚抛光后制得。本发明利用原料粉煤灰中未反应的掺合料与渗透结晶组分发生络合反应，形成硅酸盐类产物，来修复无机人造石可能产生的裂缝；乳液选用本征型自修复高分子材料，利用其动态可逆共价键、双硫键、多重氢键、超分子π‑π堆叠中的至少一种对无机人造石的内部微裂纹进行修补。最终，本发明利用多种愈合方式进行协同作用，大大提高无机人造石自愈合性能，从而提高材料的稳定性与使用寿命；且对无法肉眼可见的微裂纹以及表面开裂两种裂纹方式均有明显愈合效果。
Description
技术领域
本发明涉及建筑装饰材料领域，尤其是涉及一种自愈合无机人造石及其制备方法与应用。
背景技术
无机人造石是一种建筑装饰材料，由水泥等无机粘接剂与骨料、矿物掺合料、外加剂等材料混合、压制而成，使用范围多样，可制成工艺品、装饰品或用作建筑装饰材料。
相关技术中，无机人造石在运输或者碰撞过程中，容易产生无法肉眼可见的微裂纹，或者出现表面裂纹等情况，大大影响了无机人造石的稳定性以及使用寿命。
因此，解决无机人造石因裂纹所造成的产品使用稳定性不足以及寿命降低等问题，具有重要的实际意义。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种自愈合无机人造石及其制备方法与应用，旨在解决目前无机人造石因裂纹所造成的产品使用稳定性不足以及寿命降低等问题。
本发明的第一方面，提出了一种自愈合无机人造石，包括以下原料组分：骨料、无机粘接剂、粉煤灰、减水剂、渗透结晶型添加剂、水以及乳液。
在本发明的一些实施方式中，所述乳液选自本征型自修复高分子材料中的一种或多种。
根据本发明实施例的自愈合无机人造石，至少具有以下有益效果：本发明提供的自愈合无机人造石，以骨料、无机粘接剂、粉煤灰、减水剂、渗透结晶型添加剂、水以及乳液等为原料经过搅拌、压制、养护、定厚抛光后制得。粉煤灰在前期养护过程中，存在着大量的掺合料并未发生反应，本发明利用原料中未反应的掺合料与渗透结晶组分发生络合反应，形成硅酸盐类产物，来修复无机人造石可能产生的裂缝；且选用的骨料大多为无机人造石废料压制而成，其成分为水泥水化产物，且水泥水化程度并未达到100％，其本身也具有一定的活性，使得人造石废料具有进一步进行水化的能力，对于损伤的修补具有一定作用；乳液选用本征型自修复高分子材料，其具有多重氢键，可以利用其动态可逆共价键、双硫键、多重氢键、超分子π-π堆叠中的至少一种对无机人造石的内部微裂纹进行修补。最终，本发明提供的自愈合无机人造石，可利用多种愈合方式进行协同作用，大大提高材料自愈合性能，从而提高材料的稳定性与使用寿命；且对无法肉眼可见的微裂纹以及表面开裂两种裂纹方式均有明显愈合效果。
在本发明的一些实施方式中，所述的自愈合无机人造石包括以下重量份的原料组分：
在本发明的一些实施方式中，所述骨料选自碳酸钙粉料、矿石、砂石中的一种或多种，还可以选自天然石材废料或建筑垃圾。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述碳酸钙粉料包括20～120目碳酸钙粉料。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述骨料选自碳酸钙粉料以及矿石的混合料。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述骨料可以选择碳酸钙粉料250～40份，矿石20～40份。
本发明选用的骨料大多为无机人造石废料压制而成，其成分为水泥水化产物，且水泥水化程度并未达到100％，其本身也具有一定的活性，使得人造石废料具有进一步进行水化的能力，对于损伤的修补具有一定作用，可协同其他原料组分产生愈合效果。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述的自愈合无机人造石原料包括按重量份计300～400份的骨料。
在本发明的一些实施方式中，所述无机粘接剂选自普通硅酸盐水泥中的至少一种，例如可以为普通PI I52.5硅酸盐水泥。骨料和硅酸盐水泥相互作用，在水的作用下会发生反应，之间产生一个强大的粘合力，有利于提高无机人造石的抗拉和抗折强度。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述的自愈合无机人造石原料包括按重量份计150～180份的水泥。
在本发明的一些实施方式中，所述减水剂选自聚羧酸类减水剂中的至少一种。减水剂可以减少拌合用水量，减少固化时间，降低制品内部孔隙率，以提高无机人造石的强度与耐久性。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述减水剂选自高效聚羧酸减水剂。高效聚羧酸减水剂具有低掺量、高分散性、高减水率等特点，无机人造石的抗压强度得到大幅度的提高；由于人造石内部的硅酸盐等原料会与水发生水化反应，得到水化产物CH和水化硅酸钙，影响人造石的性能，而通过添加减水剂对水进行吸收，使得水化产物的结构变得比较致密，提高无机人造石的强度。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述的自愈合无机人造石原料包括按重量份计10～15份的聚羧酸减水剂，例如具体可以是约15份。
在本发明的一些实施方式中，所述渗透结晶型添加剂选自RBS1500高渗透结晶型防水剂、AC122型添加剂、DPS型渗透结晶防水剂、M1500型水性渗透型无机防水剂、K11型防水涂料中的至少一种。本发明选用的渗透结晶型添加剂大多为水泥基渗透结晶防水剂或水性渗透性无机防水剂，其多以碱金属硅酸盐溶液为基料，加入催化剂、助剂、惰性材料，经混合反应制备而成，可深度渗透入材料内部，与游离的碱物质发生化学反应，形成结晶体，从而有效封堵材料内部所有毛细孔通道和裂纹，起到防水、防腐、防尘、防磨损、延长材料使用寿命的功能。本发明利用渗透结晶型添加剂中的渗透结晶组分，与粉煤灰中存在的大量未反应的掺合料发生络合反应，形成硅酸盐类产物，来修复无机人造石可能产生的裂缝，起到自愈合的作用。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述的自愈合无机人造石原料包括按重量份计20～30份的渗透结晶型添加剂。
在本发明的一些实施方式中，所述乳液选自本征型自修复高分子材料，所述本征型自修复高分子材料的分子量为5000～5000万。
在本发明的一些实施方式中，所述本征型自修复高分子材料选自丙烯酸乳液、丁苯乳液、聚氨酯乳液、环氧树脂乳液中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述本征型自修复高分子材料选自聚氨酯乳液，更优选为乙烯基聚氨酯乳液。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述的自愈合无机人造石原料包括按重量份计30～50份的乙烯基聚氨酯乳液。
本发明所述本征型自修复高分子材料选自具有多重氢键的丙烯酸乳液、丁苯乳液、聚氨酯乳液、环氧树脂乳液中的至少一种(分子量5000～5000万)，其修复机理为动态可逆共价键、双硫键、多重氢键、超分子π-π堆叠中的至少一种。本发明的无机人造石原料中加入上述本征型自修复高分子材料组分，可以利用其动态可逆共价键、双硫键、多重氢键、超分子π-π堆叠中的至少一种对无机人造石的内部微裂纹进行修补。
在本发明的一个具体的实施例中，所述的自愈合无机人造石包括以下重量份的原料组分：
本发明的第二方面，提出了上述的自愈合无机人造石的制备方法，包括步骤：
S1、按照各原料组分的重量份数，将骨料、无机粘接剂、粉煤灰以及渗透结晶型添加剂倒入搅拌机内，以50～100rpm的转速搅拌3～5分钟，混合均匀后制得混合干料；
S2、将减水剂、水、乳液混合均匀后加入到所述混合干料中，以100～300rpm的转速搅拌5～15min，搅拌均匀后制得混合料；
S3、将得到的所述混合料倒入模具中压制，脱模后进行养护、定厚抛光，得到所述自愈合无机人造石。
本发明提供的制备方法，生产工艺简单，生产效率高；赋予了无机人造石自愈合能力，进而提高材料稳定性并延长材料使用寿命，达到降低成本目的。不仅如此，本发明的系统配方及工艺方法还填补了无机人造石领域并未有自愈合相关产品的空白。
在本发明的一些实施方式中，所述养护包括蒸汽养护或者自然养护。
在本发明的一些实施方式中，养护时间为48～72h。
在本发明的一些实施方式中，步骤S3中，将所述混合料倒入模具中，采用真空振动的方式压制。
在本发明的一个具体的实施例中，所述自愈合无机人造石的制备方法包括步骤：按重量份数分别称量各原料组分，将骨料、水泥、粉煤灰以及渗透结晶型添加剂倒入搅拌机中在60rpm的转速下慢速搅拌3分钟，混合均匀制得混合干料；将水、减水剂、乳液均匀加入搅拌机中润湿所得混合干料，在120rpm的转速下搅拌5～10分钟，搅拌均匀制得混合料；将制得的混合料均匀放置在模具中并采用真空振动压制成型，脱模，进行蒸汽养护或自然养护后，进行定厚抛光，得到所述自愈合无机人造石。
本发明的制备方法，基于前述的自愈合无机人造石及其配方，因此前述的自愈合无机人造石的各原料组分以及重量份数均可适用于所述的自愈合无机人造石的制备方法，在此不作赘述。
本发明的第三方面，提出了上述的自愈合无机人造石在建筑装饰领域中的应用。
本发明的自愈合无机人造石的配方和工艺制备方法，主要应用于建筑装饰材料领域，其可利用多种愈合方式进行协同作用，大大提高材料自愈合性能，从而提高材料的稳定性与使用寿命；且对无法肉眼可见的微裂纹以及表面开裂两种裂纹方式均有明显愈合效果。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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。
以下实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所有试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
本实施例中自愈合无机人造石的各原料组分按重量份计包括：硅酸盐水泥160份，粉煤灰30份，20～120目碳酸钙粉料300份，矿石20份，DPS型渗透结晶防水剂20份，水20份，减水剂15份，乙烯基聚氨酯乳液40份。
按上述组分称量各原料，将硅酸盐水泥、碳酸钙粉料、矿石、渗透结晶型添加剂倒入搅拌机中在100rpm的转速下慢速搅拌5分钟，混合均匀制得混合干料；将水、减水剂、乳液混合均匀并加入搅拌机中润湿所得混合干料，在200rpm的转速下搅拌12分钟，搅拌均匀制得混合料；将制得的混合料均匀放置在模具中并采用真空振动压制成型，脱模；进行自然养护48后，进行定厚抛光，得到所述自愈合无机人造石。
实施例2
本实施例中自愈合无机人造石的各原料组分按重量份计包括：硅酸盐水泥150份，粉煤灰40份，20～120目碳酸钙粉料300份，矿石20份，DPS型渗透结晶防水剂20份，水20份，减水剂15份，乙烯基聚氨酯乳液40份。
按上述组分称量各原料，将硅酸盐水泥、碳酸钙粉料、矿石、渗透结晶型添加剂倒入搅拌机中在100rpm的转速下慢速搅拌5分钟，混合均匀制得混合干料；将水、减水剂、乳液混合均匀并加入搅拌机中润湿所得混合干料，在200rpm的转速下搅拌12分钟，搅拌均匀制得混合料；将制得的混合料均匀放置在模具中并采用真空振动压制成型，脱模；进行自然养护48后，进行定厚抛光，得到所述自愈合无机人造石。
实施例3
本实施例中自愈合无机人造石的各原料组分按重量份计包括：硅酸盐水泥150份，粉煤灰40份，20～120目碳酸钙粉料300份，矿石20份，DPS型渗透结晶防水剂30份，水20份，减水剂15份，乙烯基聚氨酯乳液40份。
按上述组分称量各原料，将硅酸盐水泥、碳酸钙粉料、矿石、渗透结晶型添加剂倒入搅拌机中在100rpm的转速下慢速搅拌5分钟，混合均匀制得混合干料；将水、减水剂、乳液混合均匀并加入搅拌机中润湿所得混合干料，在200rpm的转速下搅拌12分钟，搅拌均匀制得混合料；将制得的混合料均匀放置在模具中并采用真空振动压制成型，脱模；进行自然养护48后，进行定厚抛光，得到所述自愈合无机人造石。
实施例4
本实施例中自愈合无机人造石的各原料组分按重量份计包括：硅酸盐水泥150份，粉煤灰40份，20～120目碳酸钙粉料300份，矿石20份，DPS型渗透结晶防水剂30份，水20份，减水剂15份，乙烯基聚氨酯乳液50份。
按上述组分称量各原料，将硅酸盐水泥、碳酸钙粉料、矿石、渗透结晶型添加剂倒入搅拌机中在100rpm的转速下慢速搅拌5分钟，混合均匀制得混合干料；将水、减水剂、乳液混合均匀并加入搅拌机中润湿所得混合干料，在200rpm的转速下搅拌12分钟，搅拌均匀制得混合料；将制得的混合料均匀放置在模具中并采用真空振动压制成型，脱模；进行自然养护48后，进行定厚抛光，得到所述自愈合无机人造石。
对比例1
本对比例中自愈合无机人造石的各原料组分按重量份计包括：硅酸盐水泥190份，20～120目碳酸钙粉料300份，矿石20份，水20份，减水剂15份，丁乙烯苯乙烯共聚乳胶40份。
按上述组分称量各原料，将硅酸盐水泥、碳酸钙粉料、矿石倒入搅拌机中在100rpm的转速下慢速搅拌5分钟，混合均匀制得混合干料；将水、减水剂、乳胶混合均匀并加入搅拌机中润湿所得混合干料，在200rpm的转速下搅拌12分钟，搅拌均匀制得混合料；将制得的混合料均匀放置在模具中并采用真空振动压制成型，脱模；进行自然养护48后，进行定厚抛光，得到无机人造石。
对比例2
本对比例中自愈合无机人造石的各原料组分按重量份计包括：硅酸盐水泥160份，粉煤灰30份，20～120目碳酸钙粉料300份，矿石20份，水20份，减水剂15份，丁乙烯苯乙烯共聚乳胶40份。
按上述组分称量各原料，将硅酸盐水泥、粉煤灰、碳酸钙粉料、矿石倒入搅拌机中在100rpm的转速下慢速搅拌5分钟，混合均匀制得混合干料；将水、减水剂、乳胶混合均匀并加入搅拌机中润湿所得混合干料，在200rpm的转速下搅拌12分钟，搅拌均匀制得混合料；将制得的混合料均匀放置在模具中并采用真空振动压制成型，脱模；进行自然养护48后，进行定厚抛光，得到无机人造石。
对比例3
本对比例中自愈合无机人造石的各原料组分按重量份计包括：硅酸盐水泥190份，20～120目碳酸钙粉料300份，矿石20份，DPS型渗透结晶防水剂20份，水20份，减水剂15份，丁乙烯苯乙烯共聚乳胶40份。
按上述组分称量各原料，将硅酸盐水泥、碳酸钙粉料、矿石、渗透结晶型添加剂倒入搅拌机中在100rpm的转速下慢速搅拌5分钟，混合均匀制得混合干料；将水、减水剂、乳胶混合均匀并加入搅拌机中润湿所得混合干料，在200rpm的转速下搅拌12分钟，搅拌均匀制得混合料；将制得的混合料均匀放置在模具中并采用真空振动压制成型，脱模；进行自然养护48后，进行定厚抛光，得到无机人造石。
对比例4
本对比例中自愈合无机人造石的各原料组分按重量份计包括：硅酸盐水泥190份，20～120目碳酸钙粉料300份，矿石20份，水20份，减水剂15份，乙烯基聚氨酯乳液40份。
按上述组分称量各原料，将硅酸盐水泥、碳酸钙粉料、矿石倒入搅拌机中在100rpm的转速下慢速搅拌5分钟，混合均匀制得混合干料；将水、减水剂、乳液混合均匀并加入搅拌机中润湿所得混合干料，在200rpm的转速下搅拌12分钟，搅拌均匀制得混合料；将制得的混合料均匀放置在模具中并采用真空振动压制成型，脱模；进行自然养护48后，进行定厚抛光，得到无机人造石。
分别测试对比例1-4所制备得到的无机人造石以及实施例1-4所制备得到的自愈合无机人造石弯曲强度，以及在2J能量冲击下预制损伤后测养护前后弯曲强度，检测方法参考JC/T908-2013，具体测试结果见下表1：
表1
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种自愈合无机人造石，其特征在于，包括以下原料组分：骨料、无机粘接剂、粉煤灰、减水剂、渗透结晶型添加剂、水以及乳液；所述乳液选自本征型自修复高分子材料中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的自愈合无机人造石，其特征在于，所述的自愈合无机人造石包括以下重量份的原料组分：
3.根据权利要求1所述的自愈合无机人造石，其特征在于，所述骨料选自碳酸钙粉料、矿石、砂石中的一种或多种；和/或，所述无机粘接剂选自普通硅酸盐水泥；和/或，所述减水剂选自聚羧酸类减水剂；和/或，所述渗透结晶型添加剂选自RBS1500高渗透结晶型防水剂、AC122型添加剂、DPS型渗透结晶防水剂、M1500型水性渗透型无机防水剂、K11型防水涂料中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的自愈合无机人造石，其特征在于，所述碳酸钙粉料包括20～120目碳酸钙粉料。
5.根据权利要求1所述的自愈合无机人造石，其特征在于，所述本征型自修复高分子材料的分子量为5000～5000万。
6.根据权利要求5所述的自愈合无机人造石，其特征在于，所述本征型自修复高分子材料选自丙烯酸乳液、丁苯乳液、聚氨酯乳液、环氧树脂乳液中的至少一种。
7.一种如权利要求1-6任一所述的自愈合无机人造石的制备方法，其特征在于，包括步骤：按照各原料组分的重量份数，将骨料、无机粘接剂、粉煤灰以及渗透结晶型添加剂倒入搅拌机内，以50～100rpm的转速搅拌3～5分钟，混合均匀后制得混合干料；将减水剂、水、乳液混合均匀后加入到所述混合干料中，以100～300rpm的转速搅拌10～15min，搅拌均匀后制得混合料；将得到的所述混合料倒入模具中压制，脱模后进行养护、定厚抛光，得到所述自愈合无机人造石。
8.根据权利要求7所述的自愈合无机人造石的制备方法，其特征在于，所述养护包括蒸汽养护、自然养护；和/或，养护时间为48～72h。
9.根据权利要求7所述的自愈合无机人造石的制备方法，其特征在于，将所述混合料倒入模具中，采用真空振动的方式压制。
10.一种如权利要求1-6任一所述的自愈合无机人造石在建筑装饰领域中的应用。
Priority Applications (1)
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| CN202410028464.7A CN117865607A (zh) | 2024-01-09 | 2024-01-09 | 一种自愈合无机人造石及其制备方法与应用 |
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