CZ13557U1 - Deskový dekorativní obkladový materiál - Google Patents

Description

Deskový dekorativní obkladový materiál

Oblast techniky

Předložené technické řešení se týká deskového dekorativního obkladového materiálu, většinou z oxidů různých kovů, silikátů, odpadů průmyslové výroby, určeného zejména pro vnitřní i vnější úpravu budov.

Dosavadní stav techniky

Pod názvem „cryoxtalín“ je znám dekorativní obkladový materiál zvýšené pevnosti a způsob jeho výroby. Tento materiál obsahuje 50 až 70 % obj. A1₂O₃ ve formě jemně disperzního prášku o velikosti částic pod 0,1 μιη, rovnoměrně rozděleného po celém objemu. Dále jsou známa barevná skla, jednoduché a složité silikáty, chemicky inertní látka o teplotě tání 350 až 550 °C a katalyzátor krystalizace skla, viz například patent EA 001529. Nevýhodou výše uvedeného materiálu, který je nejbližším ze stavu techniky k předloženému řešení, je jeho vysoká výrobní cena, která je daná délkou jeho tepelného zpracování, v jehož průběhu musí v materiálu vzniknout velký počet dostatečně velkých krystalů (do 1,5 mm) speciálního krystalizujícího se skla, které mezi sebou váže jednotlivé částice A1₂O₃. Za tímto účelem se v průběhu výroby tohoto materiálu provádí časově i nákladově náročná etapa směrové krystalizace, vyžadující velmi pomalý průchod polotovaru teplotní zónou při vysoké teplotě a velmi přísné dodržení absolutní hodnoty této teploty.

Je rovněž znám způsob výroby deskového keramického materiálu, obsahujícího 10 až 50 % obj. A1₂O₃, 30 % obj. SiO₂ a 50 až 60 % obj. směsi CaO, MgO a B₂O₃ ve formě jemně disperzního slinutého prášku. Tento způsob spočívá v tavení výchozí suroviny při teplotě 850 až 1000 °C a následném chlazení na pokojovou teplotu, viz patent EP 0242226.

Nedostatkem tohoto způsobu je nutnost používat při tepelném zpracování přísně kontrolovanou okysličenou atmosféru, což tento způsob značně komplikuje a při konstrukci vyžaduje použití zařízení, materiálů a jednotlivých těles, včetně topných, která jsou schopna dlouho pracovat v okysličené atmosféře. Navíc se v případě konečného produktu vzhledem k nevysoké tavící teplotě jedná o slinutý kompozitní materiál s poměrně nízkými pevnostními vlastnostmi, které neumožňují jeho použití v mnoha oblastech stavebního průmyslu.

Podstata technického řešení

Nevýhody současného stavu techniky jsou do značné míry odstraněny složením deskového dekorativního materiálu, obsahujícího jako základní složky oxidy hliníku, křemíku, vápníku, barevné a/nebo bezbarvé sklo podle tohoto předloženého řešení. Podstata technického řešení spočívá v tom, že deskový dekorativní materiál obsahuje homogenní, objemově rovnoměrně rozdělenou směs jemně disperzních prášků o velikosti částic do 5 pm o složení 45 až 70 % obj. A1₂O₃, a/nebo NH₄A1(SO₄)₃ 12H₂O a/nebo hlinitanu K, Mg, Na, Ca, 10 až 25 % obj. CaO, 7 až 10 % obj. SiO₂, s doplňujícími složkami 0 až 5 % obj. B₂O₃, 0 až 5 % obj. LiCl, 5 až 10 % obj. LiF a přísadami krystalizujícími sklo a/nebo barvicími přísadami na základě oxidů kovů, kde horní vrstva o tloušťce 1/5 až 1/3 celkové tloušťky materiálu obsahuje 40 až 70 % celkového objemu krystalizujícího se skla a/nebo barvicí přísady na základě oxidů kovů, přičemž vnitřní struktura je částečně krystalická s mezerami, které jsou vyplněny amorfní fází.

Je výhodné, že při ohřevu tohoto materiálu při dostatečně nízkých teplotách se vytvářejí taveniny některých přísad. Zejména LiCl má teplotu tání 887 K, LiF má 1121 K a B₂O₃ má teplotu krystalizace 723 K. Tím dochází při ohřevu ke vzniku taveniny, která zaplňuje prostor mezi granulemi výchozí vsázky, čímž se zvyšuje hustota konečného výrobku. Při ochlazování jako jeden z posledních krystalizuje oxid boru a v souvislosti s tím teplotní napětí, která vznikají při vyšších teplotách, se na tavenině tohoto materiálu uvolňují a zbytková napětí v konečném

-1 CZ 13557 Ul výrobku jsou minimalizována. Ekonomickou výhodou je skutečnost, že základní složkou je kysličník hlinitý, který vzniká jako vedlejší produkt, přičemž náklady na použité přísady jsou velmi nízké, což zejména platí o CaO.

Žáruvzdorná forma pro výrobu deskového dekorativního obkladového materiálu je z materiálu, jehož koeficient tepelné roztažnosti je menší než u vyráběného materiálu, tak, aby se po ukončení tepelného zpracování materiálu bočnice formy volně oddělily od formy. Forma může být z keramického materiálu, například na bázi oxidu zirkonu.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení bude blíže vysvětleno pomocí připojených výkresů a následujícího popisu příkladů jeho provedení. Na obr. 1 je schematicky znázorněna struktura hotového deskového obkladového materiálu, na obr. 2 časově - teplotní křivka technologického procesu a na obr. 3 je příklad uspořádání rozebíratelné žáruvzdorné formy pro výrobu deskového obkladového materiálu podle tohoto technického řešení.

Příklady provedení technického řešení

Příklad 1

Nejdříve se zhotoví výchozí směs jemně disperzních prášků následujícího složení: 55 % obj. A1₂Oj, 20 % obj. CaO, 7 % obj. SiO₂, 3 % obj. LiCl, 5 % obj. LiF, 7 % obj. krystalizující barevné sklo, která se smíchá se 2 až 7 % obj. vodního skla až vznikne homogenní směs. Připravená směs se nasype do žáruvzdorné formy, přičemž při sypání je do horní vrstvy přidáno ještě 3 % obj. krystalizujícího barevného skla. Nasypaná směs se navlhčí 3 až 5 % obj. 30% roztoku LiOH. Poté se provádí vibrační utěsnění směsi ve formě a následně předběžný prohřev v atmosféře CO₂ na teplotu 470 K. Při tomto procesu vzniká gel kyseliny křemičité, který vyplňuje prostor mezi částicemi jiných složek směsi a spojuje je, čímž zvyšuje mechanickou pevnost směsi. Přídavek roztoku LiOH převádí veškerý volný SiO₂ do aktivního stavu.

Tímto způsobem připravená forma s výchozí směsí vstupuje do pece, kde probíhá předběžný prohřev rychlostí 30 až 50 K/min na teplotu 1100 až 1150 K. Při této teplotě nastává prodleva, potřebná k roztavení LiF a LiCl, jejichž tavenina vyplňuje volný prostor mezi částicemi, navíc probíhá proces iontové výměny na částicích sklogranulátu, který je ve směsi rovněž obsažen.

Poté probíhá ohřev na maximální teplotu 1650 až 1800 K, jejíž hodnota je dána obsahovým poměrem A1₂O₃ - CaO - SiO₂ ve výchozím polotovaru. Doba trvání prodlevy při této teplotě je určena tloušťkou výchozího polotovaru a je zpravidla 10 až 40 minut. Dále probíhá prudké ochlazení na teplotu 1400 až 1550 K, při které rovněž nastává prodleva, aby sklo, jež má ještě dostatečně nízkou viskozitu, bylo rovnoměrně objemově rozděleno ve formě kapalné amorfní fáze. V závislosti na tloušťce polotovaru trvá prodleva 15 až 40 minut. Druhé prudké ochlazení je na teplotu 950 až 1200 K a při této teplotě rovněž nastává prodleva po dobu 15 až 40 minut, během níž probíhá růst krystalů skla, částečná krystalizace, na částicích A1₂O₃, které slouží jako krystalizační centra.

Pak se provádí chlazení výrobku na teplotu o málo zpravidla o 20 až 50 K, nižší než je dolní chladicí teplota skla, použitého ve směsi, tedy 700 až 800 K, a dále se hotový výrobek i s formou umístí do termoizolační nádoby pro konečné ochlazení na pokojovou teplotu. Poté je výrobek vyndán z formy, která je použitelná pro další cyklus.

Na obr. 1 je schematicky znázorněna struktura hotového deskového obkladového materiálu, kde vztahovou značkou jsou označeny granule I jemně disperzního prášku s mikrokrystaly 2 krystalizujícího skla, vytvářející strukturu Sitalového typu. Mezery mezi částicemi A1₂O₃ a

-2CZ 13557 Ul mikrokrystaly 2 jsou vyplněny amorfní fází 3. Na částicích A1₂O₃ je povlak 4, vzniklý v důsledku různých chemicko-fyzikálních procesů během tepelného zpracování výchozí formy.

Na obr. 2 je znázorněna časově - teplotní křivka výše popisovaného technologického procesu s popisem hodnot teplot prodlev a na ose τ jsou uvedeny časové úseky jednotlivých ohřevů a prodlev.

Na obr. 3 je schematicky vyobrazena žáruvzdorná forma se dnem 5 a rozebíratelnými bočnicemi 6. Forma je z keramického materiálu, s výhodou na bázi oxidu zirkonu.

Příklad 2

Zhotoví se výchozí směs analogicky jako v příkladu 1, stím rozdílem, že namísto A1₂O₃ se použije 70 % obj. NH₄A1(SO₄)₂12H₂O, 10 % obj. CaO, 10 % obj. SiO₂, 5 % obj. B₂O₃ a 5 % obj. LiF. Při teplotě přibližně 450 K ztrácí kamenec hlinitoamonný všech 12 molekul krystalové vody a při teplotách 650 až 850 K se síran hlinitoamonný rozkládá na síran hlinitý a plynný amoniak. Při dalším zvýšení teploty postupně probíhá rozklad podle rovnic:

A1₂(SO₄)₃ -a A1₂O(SO₄)₂ -> A1₂O(SO₃)₂ —>

A1₂O(SO₄)₂ + so₃ A!₂O(SO₃)₂ + O₂ A1₂O₃ + 2SO₂ [~ 870 K] [~ 1070 K] [~ 1200 K]

Tímto způsobem ještě před maximální teplotou tepelného zpracování v sestavě výchozí suroviny vzniká potřebné množství oxidu hlinitého. Režim tepelného zpracování se přitom nemění, s výjimkou první prodlevy, která tvoří 10 až 15 minut, přičemž maximální teplota prodlevy se nachází v rozsahu od 1650 do 1700 K. a trvá 20 až 30 minut. Žíhání získaného produktu se nemění.

Příklad 3

Je připravována výchozí směs o složení, analogickém příkladu 1, s tím rozdílem, že namísto 3 % obj. LiCl je použito stejné množství 3 % obj. B₂O₃, který má teplotu tání, krystalizace, 723 K. Všechny předběžné kroky probíhají stejně jako v příkladu 1, avšak při první prodlevě při ohřevu výchozího polotovaru je prováděno horké stlačení pod tlakem 2 až 5.10'¹ MPa. Díky tomu, že při dané teplotě je přítomno přibližně 8 % obj. taveniny LiF a B₂O₃, vzniká po stlačení pevnější struktura výchozího polotovaru. Všechny další kroky tepelného zpracování i jejich sled zůstávají beze změny.

Claims (3)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Deskový dekorativní obkladový materiál, obsahující jako základní složky oxidy hliníku, křemíku, vápníku, barevné a/nebo bezbarvé sklo, vyznačující se tím, že obsahuje homogenní objemově rovnoměrně rozdělenou směs jemně disperzních prášků o velikosti částic do 5 pm o složení 45 až 70 % obj. A1₂O₃, a/nebo NH₄A1(SO₄)₃12H₂O a/nebo hlinitanu K, Mg, Na, Ca, 10 až 25 % obj. CaO, 7 až 10 % obj. SiO₂, s doplňujícími složkami 0 až 5 % obj. B₂O₃, 0až5% obj. LiCl, 5 až 10% obj. LiF a přísadami krystalizujícími sklo a/nebo barvicími přísadami na základě oxidů kovů, kde horní vrstva o tloušťce 1/5 až 1/3 celkové tloušťky materiálu obsahuje 40 až 70 % celkového objemu krystalizujícího se skla a/nebo barvicí přísady na základě oxidů kovů, přičemž vnitřní struktura je částečně krystalická s mezerami, které jsou vyplněny amorfní fází.
2. 2. Žáruvzdorná forma pro výrobu deskového dekorativního obkladového materiálu podle nároku 1, vyznačující se tím, že je z materiálu, jehož koeficient tepelné roztažnosti je

   -3CZ 13557 Ul menší než u vyráběného materiálu, tak, že po ukončení tepelného zpracování materiálu se bočnice formy volně oddělí od formy.
3. 3. Žáruvzdorná forma podle nároku 2, vyznačující se tím, že je z keramického 5 materiálu, například na bázi oxidu zirkonu.