ES2332441A1 - Procedimiento para la fabricacion de un articulo de piedra aglomerada con resistencia termica. - Google Patents

Procedimiento para la fabricacion de un articulo de piedra aglomerada con resistencia termica. Download PDF

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Abstract

La presente invención describe un procedimiento para fabricar un artículo de piedra aglomerada con elevada resistencia térmica, como un tablero para construcción o decoración. El procedimiento comprende las etapas de: poner en contacto (i) la carga inorgánica con un material refractario nanoparticulado con elevada conductividad térmica; (ii) añadir un ligante a base de una resina de poliéster; (iii) mezclar hasta obtener una masa de fabricación homogénea; (iv) distribuir una parte de dicha masa sobre un soporte; (v) prensado de la parte de masa distribuida en una prensa de vibro-compactación en condiciones de vacío; y (vi) endurecimiento de la masa por polimerización de la resina de poliéster.

Description

Procedimiento para la fabricación de un artículo de piedra aglomerada con resistencia térmica.
\global\parskip0.930000\baselineskip
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un nuevo procedimiento para la obtención de un artículo de piedra aglomerado con propiedades térmicas mejoradas que comprende una etapa de vibro-compresión al vacío y posteriormente una etapa de calentamiento. La invención se refiere asimismo al artículo de piedra aglomerado obtenible mediante dicho procedimiento y a su empleo en construcción y decoración, por ejemplo en suelos, escaleras interiores, y superficies de trabajo en general.
Antecedentes de la invención
En la patente ES 2187313 B1 se describe un procedimiento para la fabricación de tablones de piedra artificial especialmente aplicables en construcción y/o decoración que comprenden: (i) una carga inorgánica constituida por una mezcla de triturados de distinta granulometría de materiales tales como sílices, cristales, granitos, cuarzo, ferrosilíceo, entre otros, y (ii) una resina de poliéster. La resina se encuentra inicialmente en forma de polímeros (antes de su entrecruzamiento), en estado líquido, y se mezcla con la carga inorgánica homogéneamente. La masa homogénea resultante se somete a prensado mediante vibro-compresión al vacío y posteriormente se endurece por calentamiento.
En particular los artículos de piedra aglomerada, que utilizan resinas de poliéster ortoftálico no presentan buena resistencia a la temperatura. Esta desventaja se pone de manifiesto cuando se ponen en contacto con un foco de calor, mediante la aparición de marcas en superficie y un amarilleamiento de la superficie, que conlleva a un empeoramiento de las propiedades mecánicas del artículo. Cuando dicho artículo se utiliza por ejemplo como encimera de cocina, resulta de especial importancia reducir o eliminar esta desventaja, ya que cuando se pone en contacto con objetos recién sacados del fuego pueden producir marcas irreversibles sobre la superficie de trabajo o incluso su fractura.
Se ha planteado en el estado de la técnica el uso de resinas alternativas a las resinas de poliéster ortoftálico, que presentan una resistencia a la temperatura más elevada. Sin embargo, esta alternativa presenta el inconveniente de que, en general, son resinas que tienen un precio elevado, lo cual repercute en el precio final del artículo, y dificulta su comercialización. Asimismo, el empleo en general de estas resinas alternativas implica, por otro lado, el empeoramiento de otras propiedades de estos artículos de piedra aglomerada.
A la vista de lo expuesto sigue por tanto existiendo la necesidad en el estado de la técnica de proporcionar un procedimiento alternativo para obtener artículos de piedra artificial con buena resistencia térmica.
En este sentido los inventores han descubierto sorprendentemente que la incorporación de un determinado material inorgánico refractario en forma de polvo, con un tamaño de partícula inferior a 1 micra, junto con la carga inorgánica utilizada en el procedimiento de obtención de un artículo de piedra aglomerada, permite obtener un artículo de piedra aglomerada con buena conductividad térmica, lo que facilita la dispersión del calor y, de este modo, su resistencia a la degradación térmica.
Objeto de la invención
Un objeto, por tanto, de la presente invención se refiere a un nuevo procedimiento para fabricar un artículo de piedra aglomerada que comprende añadir material inorgánico refractario en forma de polvo con un tamaño de partícula medio no superior a 1 micra junto con la carga inorgánica utilizada en el procedimiento de obtención de un artículo de piedra.
Otro objeto de la presente invención se refiere a un artículo de piedra aglomerada obtenible mediante el procedimiento de la invención.
Un objeto adicional se refiere al empleo de dicho artículo en construcción y decoración.
Descripción de la invención
La presente invención proporciona en un aspecto un procedimiento para la obtención de un artículo de piedra aglomerada con buena conductividad térmica a partir de una masa de fabricación que comprende un ligante, una carga inorgánica y un material inorgánico refractario nanoparticulado que presenta una elevada conductividad térmica. En ade-
lante a la carga inorgánica junto con el material inorgánico refractario en polvo, se le denomina la carga 
\hbox{inorgánica total.}
El procedimiento, en adelante procedimiento de la invención, comprende una etapa de prensado por vibro-compresión al vacío de la masa de fabricación y su posterior endurecimiento por calor con una forma y dimensiones determinadas en el procedimiento. El artículo de piedra aglomerada obtenido es adecuado para su utilización en construcción y decoración, como por ejemplo, suelos, escaleras interiores, y superficies de trabajo en general, como encimeras de cocina.
El procedimiento de la invención, comprende añadir un material inorgánico refractario en polvo con un tamaño de partícula medio no superior a 1 micra a la carga inorgánica.
\global\parskip1.000000\baselineskip
La presente invención en adelante se refiere al material inorgánico refractario en polvo con un tamaño de partícula medio no superior a 1 micra como material nanoparticulado o material refractario nanoparticulado. En una realización preferente, el tamaño medio de partícula está comprendido entre 1 nm y 1000 nm. El material nanoparticulado se añade a la carga inorgánica en una cantidad comprendida entre 0,2% y 35% en peso respecto al peso total de la masa de fabricación.
En general el material refractario nanoparticulado puede ser en principio cualquier material refractario que presente un coeficiente de conductividad térmica superior al de los materiales usados en la carga inorgánica, como son el cuarzo cristalino (5-7 W/(m K)) y la sílice amorfa (0.8-2 W/(m K)). En general, los materiales con una conductividad térmica superior a 10 W/(m K), pueden ser utilizados para poner en práctica la presente invención, potenciándose el efecto que se busca cuanto mayor sea este valor.
En una realización particular dicho material se selecciona del grupo formado por alúmina (Al_{2}O_{3}), magnesia (MgO), berilia (BeO), circonia (ZrO_{2}), óxido de cinc (ZnO), óxido de titanio (TiO_{2}), nitruro de aluminio (AlN), nitruro de boro (BN), carburo de silicio (SiC), Al, Si, Ag, Wo, Pt, Pd, Ni, In, Cu, las aleaciones Si-Ge, Ag-Pd, Ag-Pt, Cu-Mb y sus mezclas. En una realización particular el componente es alúmina cuyo coeficiente de conductividad térmica es 36-40 W/(m K). En otra realización particular es nitruro de aluminio cuyo coeficiente es 140-180 W/(m K).
La carga inorgánica utilizada es convencional y puede comprender, por ejemplo, una mezcla de triturados de granulometría convencional y variable de uno o más materiales convencionalmente utilizados en la fabricación de artículos de piedra aglomerada. Entre los materiales se pueden citar a modo de ejemplo, mármol, dolomita, sílice, cristal, espejo, cristobalita, granito, cuarzo opaco, cuarzo cristalino, feldespato, basalto, y material ferrosilíceo, entre otros. La carga inorgánica se selecciona de modo que sea compatible con el promotor de adherencia utilizado en el ligante. La carga inorgánica se obtiene bien de forma comercial o bien seleccionando y triturando los materiales inorgánicos de partida hasta la granulometría deseada y mezclándolos en las proporciones adecuadas para obtener el aspecto final deseado del artículo de piedra aglomerado.
En una realización particular se utilizan una de las siguientes cargas inorgánicas totales, en uno de los siguientes porcentajes preferidos:
\bullet
30-35% de cristobalita micronizada;
\bullet
20-60% de sílice micronizada;
\bullet
4-8% de cuarzo triturado;
\bullet
0,2-35% de material refractario (alúmina),
de modo que la suma de los porcentajes seleccionados sea obviamente el 100% de la carga inorgánica total de la masa de fabricación.
Los porcentajes señalados arriba se expresan en peso con respecto al peso total de la masa de fabricación. El porcentaje exacto de cada material y de cada granulometría dependerá de las características estéticas del artículo a obtener y del efecto visual que se quiera conseguir.
El ligante se prepara de forma convencional, generalmente siguiendo las instrucciones del producto comercial adquirido en cada caso. Dicho ligante constituye entre el 6% y el 15% en peso respecto al peso de la totalidad de la masa de fabricación y comprende generalmente:
Una resina de poliéster instaurado obtenible de forma comercial, preferentemente una resina de poliéster insaturado ortoftálico,
un catalizador,
un acelerador,
un promotor de adherencia y opcionalmente
un aditivo tal como un colorante y/o un agente biocida
y/o un filtro ultravioleta.
Todos los componentes son convencionales.
La instalación para la puesta en práctica del procedimiento es una instalación convencional. El ligante y la carga mineral total, se mezclan en las mezcladoras planetarias hasta a correcta homogeneización, y posteriormente el conjunto se mezcla en el anillo de homogeneización. Se obtiene así la denominada masa de fabricación.
El procedimiento de la invención comprende además las siguientes etapas convencionales:
\bullet
distribuir una parte de la masa de fabricación sobre un soporte;
\bullet
moldeo y prensado de la masa en una prensa de vibro-compactación en condiciones de vacío;
\bullet
endurecimiento de la masa por aplicación de calor.
En este sentido, la masa de fabricación homogénea se lleva mediante una cinta trasportadora hasta un distribuidor que coloca sobre un soporte una parte de masa en forma deseada como por ejemplo en forma de tablero. El tamaño del molde utilizado será el que determine el tamaño del tablero, mientras que el grosor lo fijará la cantidad de masa que se disponga en el molde. El molde se protege con un papel o film polimérico y se conduce a continuación a una prensa de vibro-compresión al vacío, donde el material se compacta durante unos minutos.
Una vez prensado, el tablero se conduce a un horno, cuya temperatura de consigna se coloca entre los 30 y 150ºC, desencadenándose el entrecruzamiento de la resina de poliéster, lo que proporciona la dureza al tablero. El tiempo de residencia en el horno oscila entre los 20 y 120 minutos.
Una vez endurecida la masa mediante la aplicación de calor, el artículo endurecido obtenido se puede someter a una serie de operaciones posteriores y convencionales propias de la elaboración de cualquier piedra natural, para su acabado final; dichas etapas comprenden enfriar el producto obtenido y tratamientos mecánicos como calibrar, pulir y cortar según las dimensiones finales deseadas.
Generalmente el artículo de piedra aglomerado fabricado presenta forma de tabla ya que se suele destinar a la construcción de superficies de trabajo, como encimeras de cocina, en las que interesa una eficaz disipación de calor, escaleras, suelos, baños, mesas etc. No obstante el artículo obtenido mediante el procedimiento de la invención puede fabricarse con cualquier forma y dimensiones y espesores que se deseen.
En una realización preferida el artículo obtenido es una tabla, más preferiblemente una tabla de aglomerado de cuarzo. Los artículos de piedra aglomerada obtenibles por el procedimiento de la invención constituyen un aspecto adicional de la invención.
De acuerdo con el procedimiento de la presente invención, la diferente apariencia de los tableros se controla mediante la variación de la composición y la granulometría de los distintos materiales de la carga inorgánica, además del empleo de diferentes tipos de pigmentos.
Es importante que el material refractario se homogeneice por completo en todo el artículo de piedra aglomerada. Debido a su tamaño nanométrico, estas partículas presentan una superficie específica muy elevada, que permite aumentar significativamente la conductividad térmica del aglomerado, y así la disipación del calor.
Cabe destacar que el artículo de piedra aglomerada obtenido por el procedimiento de la invención, soporta temperaturas más elevadas que las que soporta un artículo convencional, sin que se noten cambios en el aspecto de la superficie ni se produzcan roturas. Esto se deduce de los resultados experimentales presentados en los Ejemplos.
Por último en un aspecto adicional, la invención se refiere al empleo de un artículo aglomerado obtenido mediante el procedimiento de la invención en construcción y decoración, como por ejemplo en la construcción de superficies de trabajo, como encimeras de cocina, en las que interese una eficaz disipación de calor, escaleras, suelos, baños, mesas etc.
A continuación se presentan ejemplos ilustrativos de la invención que se exponen para una mejor comprensión de la misma y en ningún caso deben considerarse una limitación del alcance de la misma.
Ejemplos Ejemplo 1 Obtención de tablas con resistencia térmica
Se ha realizado la fabricación de varias tablas con propiedades de resistencia térmica mejoradas a partir de una masa de 1800 Kg, con la siguiente composición:
-
Ligante de resina de poliéster insaturada: 10%
-
Sílice micronizada: 28%.
-
Cuarzo triturado: 61%
-
Al_{2}O_{3} (tamaño medio de partícula = 13 nm): 1%
Ejemplo 2 Obtención de tablas con resistencia térmica
Se ha realizado la fabricación de varias tablas con propiedades de resistencia térmica mejoradas a partir de una masa de 1800 Kg, con la siguiente composición:
-
Ligante de resina de poliéster insaturada: 10.5%
-
Sílice micronizada: 28%.
-
Cuarzo triturado: 61%
-
AlN (tamaño medio de partícula = 100 nm): 0.5%
En los ejemplos 1 y 2 se obtuvieron 10 tablas de 3 m de largo por 1.40 m de ancho por 2 cm de grosor. Las muestras realizadas según el ejemplo 1 y el ejemplo 2 se sometieron a los procedimientos normales de calibrado y pulido, y se sometieron a posteriores estudios térmicos dirigidos a comparar sus propiedades con las tablas convencionales. Las tablas convencionales se prepararon del mismo modo que las de la presente invención pero sin la incorporación a la masa de fabricación de material inorgánico refractario en forma de polvo. Los ensayos realizados y los resultados obtenidos se muestran a continuación.
La Tabla 1 muestra, por un lado, para un tiempo de exposición de 10 minutos sobre un foco caliente, la temperatura máxima que soporta la muestra expuesta sin que se noten cambios en el aspecto de la superficie, manteniéndose constante esta temperatura durante todo el ensayo. Por otro lado, también se muestran los resultados de ensayos en los que se ha expuesto el material a un foco caliente que se enfría sobre la superficie durante 10 minutos
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 1
1
En la Tabla 2 se muestra el número de roturas producidas en muestras con la formulación convencional y en muestras obtenidas en los ejemplos 1 y 2. Para los ensayos se utilizaron probetas de 30 x 30 cm de 1.2 cm de espesor, las cuales se sometieron a choque térmico por contacto con una fuente caliente a 220ºC que se deja enfriar hasta temperatura ambiente.
TABLA 2
2

Claims (13)

1. Procedimiento para la fabricación de un artículo de piedra aglomerada que comprende añadir un material inorgánico refractario en polvo con un tamaño de partícula medio no superior a 1 micra a la carga inorgánica utilizada en el procedimiento.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el material inorgánico refractario se selecciona del grupo formado por alúmina, magnesia, berilia, circonia, óxido de cinc, óxido de titanio, nitruro de aluminio, nitruro de boro, carburo de silicio, Al, Si, Ag, Wo, Pt, Pd, Ni, In, Cu, las aleaciones Si-Ge, Ag-Pd, Ag-Pt, Cu-Mb y sus mezclas.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que el material refractario es alúmina o nitruro de aluminio.
4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el material refractario presenta un tamaño medio de partícula comprendido entre 1 nm y 1000 nm.
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el material refractario se añade en una cantidad comprendida entre 0,2 y 35% en peso con respecto al peso total de la masa de fabricación.
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la carga inorgánica total presenta la siguiente composición:
\bullet
30-35% de cristobalita micronizada;
\bullet
20-60% de sílice micronizada;
\bullet
4-8% de cuarzo triturado;
\bullet
0,2-35% de alúmina,
\vskip1.000000\baselineskip
de modo que la suma de los porcentajes seleccionados de los materiales sea el 100% de la carga inorgánica total de la masa de fabricación.
7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, que comprende además las siguientes etapas:
(i) añadir el ligante a la carga inorgánica total;
(ii) mezclar hasta obtener una masa de fabricación homogénea;
(iii) distribuir una parte de la masa de fabricación sobre un soporte;
(iv) prensado de la masa en una prensa de vibro-compactación en condiciones de vacío;
(v) endurecimiento de la masa por aplicación de calor;
(vi) enfriamiento del artículo de piedra aglomerada obtenido, y opcionalmente
(vii) tratamiento mecánico del artículo.
\vskip1.000000\baselineskip
8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, 7 en el que la masa de fabricación presenta la siguiente composición, donde los porcentajes se expresan en peso con respecto al peso total de la masa de fabricación:
3 
\newpage
9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, 7 en el que la masa de fabricación presenta la siguiente composición, donde los porcentajes se expresan en peso con respecto al peso total de la masa de fabricación:
5 
\vskip1.000000\baselineskip
10. Artículo de piedra aglomerado obtenido según el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
11. Articulo según la reivindicación 10, de cuarzo aglomerado.
12. Artículo según cualquiera de las reivindicaciones 10 - 11, en forma de tabla, solería o aplacado.
13. Empleo de un artículo según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en construcción o decoración.
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