IT201800003001A1

IT201800003001A1 - Procedimento per la realizzazione di manufatti in forma di lastra o blocco con un legante induribile, e manufatti così ottenuti.

Info

Publication number: IT201800003001A1
Application number: IT102018000003001A
Authority: IT
Inventors: Luca Toncelli
Original assignee: Luca Toncelli
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2019-08-23

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo "Procedimento per la realizzazione di manufatti in forma di lastra o blocco con un legante induribile, e manufatti così ottenuti"

La presente invenzione ha per oggetto un procedimento per la realizzazione di manufatti in forma di lastra o blocco con un legante induribile, e i manufatti così ottenuti.

In particolare, la presente invenzione ha per oggetto un procedimento per la realizzazione di manufatti in lastra o blocco, in cui l’impasto iniziale è costituito da granuli di materiale lapideo o litoide aventi granulometria predeterminata e un legante induribile organico e/o inorganico.

È noto realizzare questo tipo di manufatti ad esempio tramite laminazione, pressatura, estrusione, o tramite il procedimento BRETONSTONE<®>.

La laminazione viene impiegata ad esempio nella fabbricazione di lastre ceramiche, di lastre di resina caricate con filler minerali come l’idrossido di alluminio o il carbonato di calcio. In questo processo, l’impasto da compattare viene ad esempio distribuito al di sopra di un nastro trasportatore, che può essere in acciaio, e poi viene schiacciato da uno o più cilindri in acciaio soggetti ad una forza premente dall’alto di tipo idraulico o pneumatico.

La pressatura utilizzata ad esempio per la fabbricazione di lastre ceramiche. In questo procedimento, l’impasto da compattare viene distribuito sopra ad un supporto, ad esempio un nastro trasportatore, e successivamente viene schiacciato da un battente di pressa avente estensione superficiale leggermente più grande del manufatto da ottenere. L’estrusione viene impiegata per la fabbricazione di lastre ceramiche o di lastre di resina caricata con filler minerali come l’idrossido di alluminio o il carbonato di calcio. L’impasto da formare viene estruso attraverso una matrice avente la sagoma della sezione trasversale della lastra, spinto da un sistema premente a vite o a pressione idraulica. A valle della matrice, il manufatto estruso va ad appoggiarsi ad esempio su un nastro trasportatore.

Per quanto riguarda il sistema BRETONSTONE<®>, un impasto costituito da aggregati di materiale lapideo e un legante viene versato in un supporto temporaneo, e sottoposto ad una vibrazione con contemporanea compressione sotto vuoto (vibrocompressione sotto vuoto).

Parte essenziale di questo procedimento è la vibrocompressione sotto vuoto, che consente di poter utilizzare una quantità minima di legante, e di conseguenza la massima quantità di aggregati lapidei o litoidi, ottenendo una lastra dall’aspetto molto naturale.

Con questo procedimento è possibile realizzare lastre aventi dimensioni anche di 2,1 m x 3,6 m e uno spessore che può arrivare a 30 mm e oltre. Considerando ora i possibili ingredienti dell’impasto iniziale, questi possono comprendere aggregati, filler, leganti, additivi e coloranti.

Gli aggregati sono normalmente costituiti da minerali naturali, che possono essere di natura silicea come il quarzo, i graniti, i porfidi, il basalto, le quarziti, le sabbie silicee, oppure di natura calcarea come marmi, dolomie, pietre colorate, ecc.

Questi materiali possono essere impiegati sotto forma di sabbie o granulati di varie dimensioni, in funzione degli aspetti estetici e delle caratteristiche fisico-meccaniche che si intendono ottenere nei prodotti finiti.

Talvolta, a fini estetici, in formulazione possono essere inseriti anche granuli di vetri colorati, per quanto non molto resistenti al graffio avendo durezza Mohs normalmente non superiore a 4, oppure altri elementi decorativi quali conchiglie frantumate. Talvolta i granulati di vetro vengono impiegati anche in percentuali elevate per conseguire particolari effetti estetici, anche se si ottengono dei manufatti che hanno scarsa resistenza al graffio e all’abrasione.

I filler, o cariche minerali, sono materiali che vengono utilizzati insieme al legante per formare la cosiddetta pasta legante. I filler sono normalmente costituiti da materiali lapidei di varia natura, finemente macinati, come ad esempio silice ventilata o il feldspato ventilato per gli agglomerati formati con aggregati silicei, e il carbonato di calcio oppure l’idrossido di alluminio per gli agglomerati formati con aggregati calcarei.

Ampia diffusione commerciale hanno conseguito i manufatti realizzati impiegando quale aggregato e filler il quarzo macinato rispettivamente in sabbia e polvere sottile. La trasparenza del quarzo consente di realizzare, con l’opportuna aggiunta di pigmenti colorati, manufatti di elevato pregio estetico, molto resistenti al graffio/abrasione e agli agenti chimici quali gli acidi d’uso quotidiano (acido citrico contenuto nel succo di limone, acido acetico componente dell’aceto, ecc.).

Il legante di natura organica comunemente impiegato è una resina, ad esempio una resina poliestere insatura, oppure una resina acrilico o acrilico-uretanica, oppure anche resine di derivazione vegetale quali oli di semi epossidati con anidridi.

In alternativa è possibile utilizzare un legante di natura cementizia.

Come ben noto al tecnico del ramo, nel caso di una resina, l’indurimento avviene preferibilmente per apporto di calore all’interno di un forno, mentre nel caso di un legante cementizio si deve procedere con la maturazione della lastra.

Gli additivi sono componenti che si aggiungono in piccole quantità agli impasti per ottenere determinati risultati, come ad esempio i catalizzatori e gli acceleranti per l’indurimento della resina oppure i pigmenti colorati.

Procedimenti di questo tipo sono descritti nei brevetti italiani n. 1117346, e 1056388.

L’arte nota, anche se ampiamente utilizzata ed apprezzata, non è esente da inconvenienti.

Un inconveniente particolarmente fastidioso consegue all’utilizzo, quali aggregati e filler, di materiali come il quarzo, le quarziti o le sabbie silicee o più in generale all’utilizzo di materiali che durante lavorazioni del manufatto finale, come il taglio della lastra, danno origine alla formazione di polveri di biossido di silicio (SiO2) allo stato cristallino.

Queste polveri, quando disperse nell’atmosfera, possono essere molto dannose nei confronti dell’uomo se inalate, dando origine ad una malattia polmonare chiamata silicosi.

La problematica è ben nota al tecnico del ramo, e di norma, la persona che effettua la lavorazione dovrebbe indossare dispositivi di protezione personale adatti ad evitare l’inalazione della polvere.

Il problema tuttavia non sussiste se durante la lavorazione, ad esempio di taglio o sagomatura, viene convogliata acqua nella zona di contatto tra utensile e materiale, poiché si impedisce che le sostanze dannose in forma polverulenta possano propagarsi nell’aria.

Tuttavia, non sempre questi due accorgimenti (uso di dispositivi di protezione personale e/o irrorazione con acqua della zona di lavorazione) vengono rispettati, e quindi si sente la necessità di fabbricare a monte un prodotto finale avente le proprietà meccaniche e/oppure cromatiche desiderate, ma completamente estraneo allo sviluppo di sostanze nocive per gli operatori, cercando quindi di prevenire gli effetti che comportamenti scorretti potrebbero determinare con gravi danni per la loro salute.

Lo scopo della presente invenzione è quello di risolvere almeno parzialmente gli inconvenienti della tecnica nota, in relazione all’ampio uso industriale del quarzo come aggregato e filler.

Un primo compito della presente invenzione è quello di rendere disponibile un metodo per la produzione di manufatti realizzati senza l’impiego del quarzo ma che abbiano caratteristiche estetiche e prestazionali analoghe a quelle dei prodotti contenenti quarzo e che non diano origine a polveri di biossido di silicio cristallino durante operazioni di lavorazione meccanica. Un secondo compito della presente invenzione è quello di rendere disponibile un manufatto realizzato senza l’impiego del quarzo ma che abbia caratteristiche estetiche e prestazionali analoghe a quelle dei prodotti contenenti quarzo e che non dia origine a polveri di biossido di silicio cristallino durante operazioni di lavorazione meccanica.

Lo scopo e i compiti sono raggiunti con un uso di aggregati secondo la rivendicazione 1, con un procedimento secondo la rivendicazione 10, e con un manufatto secondo la rivendicazione 25.

I vantaggi e le caratteristiche della presente invenzione appariranno chiaramente dalla descrizione dettagliata che segue di alcuni esempi di realizzazione, forniti a titolo esplicativo e non limitativo.

In particolare si è pensato di utilizzare aggregati e filler sintetici molto duri e semitrasparenti o biancastri, con aspetto simile al quarzo, ma contenenti biossido di silicio sostanzialmente solo in forma amorfa in un procedimento per la realizzazione di manufatti in forma di lastra o blocco, in luogo degli aggregati e/o filler provenienti dalla macinazione del quarzo, che durante le operazioni di lavorazione meccanica come il taglio potrebbero provocare i problemi sopra menzionati.

In buona sostanza, si è pensato di utilizzare aggregati e filler sintetici molto duri e semitrasparenti o biancastri, con aspetto simile al quarzo, ma comprendenti biossido di silicio sostanzialmente solo in forma amorfa in luogo del quarzo che durante il procedimento di lavorazione meccanica (della lastra o del blocco) svilupperebbe invece polveri di biossido di silicio cristallino.

L’aggregato e il filler sintetico contenente biossido di silicio sostanzialmente solo in forma amorfa può essere uno speciale vetro amorfo, chiamato in gergo “fritta”, molto duro e semitrasparente o biancastro, con aspetto simile al quarzo; biossido di silicio in forma cristallina potrebbe eventualmente essere presente solo in tracce, e comunque in quantità inferiori all’1% in peso.

Una fritta con queste caratteristiche può essere ottenuta mediante fusione a circa 1550°C di una miscela di polveri di minerali naturali selezionati. Il materiale fuso che trabocca dal forno fusorio viene investito direttamente da un getto d’acqua per il raffreddamento veloce, poi viene essiccato, macinato e separato nelle frazioni granulometriche desiderate.

Le frazioni granulometriche più sottili vengono utilizzate come filler.

In accordo ad una possibile forma di realizzazione della presente invenzione, l’aggregato e filler sintetico con durezza ≥ 5 Mohs contenente biossido di silicio sostanzialmente solo in forma amorfa può costituire almeno il 70% in peso degli aggregati e filler dell’impasto iniziale. Vantaggiosamente, l’aggregato e filler sintetico con durezza ≥ 5 Mohs contenente biossido di silicio sostanzialmente solo in forma amorfa può costituire tra il 70% e il 100% in peso degli aggregati e filler dell’impasto iniziale.

Vantaggiosamente, la fritta di vetro con durezza ≥ 5 Mohs utilizzata può avere la seguente composizione chimica:

- 48% < SiO2 < 73%,

- 12% < CaO < 30%,

- 1,5% < MgO <11%,

- 1,0% < Al2O3 < 19%, e

- 0% < ZrO2 < 20%.

Oppure, la fritta di vetro con durezza ≥ 5 Mohs utilizzata può avere la seguente composizione chimica:

- 43% < SiO2 < 80%,

- 5% < CaO < 30%,

- 0% < MgO <12%,

- 0% < Al2O3 < 25%, e

- 0% < ZrO2 < 20%,

- 0% < Na2O < 12%,

- 0% < K2O < 10%.

Eventualmente la fritta può contenere anche i seguenti ulteriori componenti:

- 0% < B2O3 < 10%,

- 0% <ZnO < 10%,

- 0% < BaO < 10%,

- 0% < Li2O < 5%,

- 0% < P2O5 < 5%.

Vantaggiosamente, la fritta con durezza ≥ 5 Mohs può avere un colore ad alto grado di bianchezza (con L > 95) oppure traslucido. Questi colori sono analoghi a quelli del quarzo che viene utilizzato negli impasti iniziali di tipo noto.

A tale scopo la quantità di cromofori deve essere particolarmente bassa per cui, la predetta composizione chimica può inoltre comprendere:

- Fe2O3 < 0,1%; e

- TiO2 < 0,1%.

La durezza dei granuli di fritta può essere preferibilmente maggiore di 5 Mohs e ancora più preferibilmente maggiore di 6 Mohs.

La fritta utilizzata è inoltre resistente agli acidi (ad esclusione dell’acido fluoridrico) e ha una buona resistenza alle basi forti. Inoltre è caratterizzata da una totale inerzia chimica, e da una completa insolubilità in acqua, anche a caldo, senza necessità di ulteriori trattamenti termici.

Vantaggiosamente, non avviene alcuna cessione degli eventuali metalli presenti.

Inoltre, la fritta utilizzata ha una buona resa in macinazione con una limitata tendenza a produrre polvere o scaglie quando macinata.

Particolarmente vantaggioso è mantenere l’impasto pastoso. Secondo una possibile forma di realizzazione della presente invenzione la resina legante utilizzata è in quantità inferiore al 30% in peso.

Le altre fasi del procedimento per la realizzazione del manufatto rimangono sostanzialmente le stesse dell’arte nota.

Per quanto riguarda la laminazione, dopo che l’impasto è stato preparato, viene distribuito in larghezza sopra ad un nastro trasportatore, in modo che la sua superficie superiore possa essere sottoposta all’azione premente di almeno un cilindro. L’azione premente può essere realizzata mediante mezzi idraulici o pneumatici.

In una possibile variante di questo procedimento, l’impasto una volta distribuito su un nastro trasportatore può essere compattato da un secondo nastro premente, opposto al primo e sincrono con esso, soggetto ad azione di schiacciamento.

Vantaggiosamente, in modo in sé noto al tecnico del ramo, tra nastro ed impasto e tra impasto e l’almeno un cilindro (o nastro) premente possono essere inseriti fogli distaccanti in materiale antiaderente.

Nel caso in cui l’impasto venga utilizzato in un procedimento di pressatura, questo viene distribuito in larghezza sopra ad un supporto, ad esempio un nastro di trasporto, e poi viene sottoposto ad una azione di pressatura da parte di un battente di pressa. Vantaggiosamente il battente di pressa può avere una estensione superficiale maggiore rispetto al manufatto da ottenere. In accordo ad una possibile forma di realizzazione della presente invenzione, la forza premente viene sviluppata attraverso mezzi idraulici. Vantaggiosamente, tra nastro ed impasto e tra battente della pressa ed impasto possono essere frapposti fogli distaccanti in materiale antiaderente.

Per quanto riguarda l’estrusione, l’impasto preparato viene estruso attraverso una matrice avente la sagoma della sezione trasversale della lastra. L’apparato comprende inoltre un elemento premente, che può essere ad esempio di tipo a vite oppure idraulico. In accordo ad una possibile forma di realizzazione, una volta che il manufatto è stato estruso, si appoggia ad esempio su un nastro trasportatore, essendo eventualmente frapposto un film in materiale antiaderente.

Nel caso invece del procedimento BRETONSTONE<® >dopo che l’impasto iniziale è stato preparato, questo viene depositato all’interno di un supporto temporaneo, che può essere un cosiddetto stampo a vassoio (nel caso di una lastra) o una cassaforma (nel caso di un blocco).

Successivamente, la superficie dell’impasto può essere coperta con un foglio di materiale simile a quello formante lo stampo a vassoio, o un coperchio nel caso di una cassaforma per la produzione di blocchi.

Il supporto contenente l’impasto viene successivamente inserito all’interno di una campana in cui viene creato il vuoto, e l’impasto sottoposto attraverso un battente di pressa ad una vibrocompressione sotto vuoto.

Vantaggiosamente il vuoto creato può avere una pressione residua compresa tra 10 e 25 mbar. Vantaggiosamente la vibrocompressione sotto vuoto può durare tra 30 e 70 secondi.

Una volta che l’operazione di vibrocompressione sotto vuoto è terminata, viene ripristinata la pressione atmosferica e viene aperta la campana.

La lastra che può essere ottenuta attraverso uno dei metodi appena descritti, viene quindi trasferita in un forno di catalisi, nel caso venga utilizzata resina come legante, o viene lasciata maturare nel caso venga utilizzato un legante cementizio.

Una volta che il manufatto è indurito, viene eventualmente estratto dal supporto e viene avviato alle fasi di finitura.

Sono quindi evidenti i vantaggi che è possibile ottenere rispetto ai metodi tradizionali per la realizzazione di manufatti in forma di lastre o blocchi secondo l’arte nota.

In primo luogo è possibile realizzare manufatti con estetica pregevole resistenti al graffio e agli agenti chimici, che durante operazioni di lavorazione meccanica come il taglio non diano luogo alla formazione di polvere di biossido di silicio in forma cristallina.

In secondo luogo, impedendo la formazione di questo componente, si riesce a ovviare preventivamente alle conseguenze dovute ad eventuali comportamenti scorretti degli operatori durante le operazioni di lavorazione meccanica.

Inoltre è possibile ottenere una lastra dalle caratteristiche estetiche, meccaniche e prestazionali molto simili a quelle realizzate col quarzo, attualmente molto diffuse ed apprezzate dal mercato.

Alle forme di realizzazione descritte sopra, la persona esperta potrà, al fine di soddisfare specifiche esigenze, apportare modifiche e/o sostituzioni di elementi descritti con elementi equivalenti, senza per questo uscire dall’ambito delle rivendicazioni allegate.

Claims

Rivendicazioni 1. Uso di aggregati e filler sintetici di aspetto lapideo in un procedimento per la realizzazione di manufatti in forma di lastra o blocco, ottenuti a partire da un impasto iniziale comprendente aggregati ed eventualmente filler ed un legante, in cui detti aggregati e filler sintetici hanno durezza maggiore o uguale a 5 Mohs, e contengono biossido di silicio sostanzialmente solo in forma amorfa, essendo il biossido di silicio in forma cristallina presente in quantità inferiori all’1% in peso, per ridurre la quantità di polveri di biossido di silicio in forma cristallina prodotta durante le lavorazioni meccaniche di tali manufatti.
2. Uso di aggregati e filler sintetici secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti manufatti sono ottenuti con un procedimento in cui l’impasto iniziale viene sottoposto ad una vibrocompressione sotto vuoto e successivamente ad una fase in cui avviene l’indurimento del legante.
3. Uso secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l’aggregato sintetico comprendente biossido di silicio sostanzialmente solo in forma amorfa è una fritta.
4. Uso secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto aggregato e filler sintetici costituiscono almeno il 70% in peso degli aggregati e filler dell’impasto iniziale.
5. Uso secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto aggregato e filler sintetici costituiscono tra il 70% e il 100% in peso degli aggregati e filler dell’impasto iniziale.
6. Uso secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l’aggregato e filler sintetici hanno la seguente composizione chimica: 48% < SiO2 < 73%, 12% < CaO < 30%, 1,5% < MgO <11%, 1,0% < Al2O3 < 19%, e 0% < ZrO2 < 20%, lo SiO2 presente essendo sostanzialmente soltanto in forma amorfa e comunque con eventuale contenuto di SiO2 in forma cristallina inferiore all’1% in peso.
7. Uso secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l’aggregato e filler sintetici hanno la seguente composizione chimica: 43% < SiO2 < 80%, 5% < CaO < 30%, 0% < MgO <12%, 0% < Al2O3 < 25%, e 0% < ZrO2 < 20%, 0% < Na2O < 12%, 0% < K2O < 10%, lo SiO2 presente essendo sostanzialmente soltanto in forma amorfa e comunque con eventuale contenuto di SiO2 in forma cristallina inferiore all’1% in peso.
8. Uso secondo la rivendicazione 6 o 7, caratterizzato dal fatto che la composizione chimica dell’aggregato e dei filler sintetici comprende anche i seguenti ulteriori componenti: 0% < B2O3 < 10% 0% <ZnO < 10% 0% < BaO < 10% 0% < Li2O < 5% 0% < P2O5 < 5%
9. Uso secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 6-8, caratterizzato dal fatto che la composizione comprende inoltre Fe2O3 < 0,1% e TiO2 < 0,1%.
10. Procedimento per la realizzazione di manufatti in forma di lastra o blocco, detti manufatti essendo ottenuti a partire da un impasto iniziale comprendente aggregati e un legante, caratterizzato dal fatto di comprendere aggregati e filler sintetici di aspetto lapideo con durezza maggiore o uguale a 5 Mohs, che contengono biossido di silicio sostanzialmente solo in forma amorfa, essendo il biossido di silicio in forma cristallina presente in quantità inferiori all’1% in peso.
11. Procedimento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che l’impasto iniziale viene sottoposto ad una vibrocompressione sotto vuoto e successivamente ad una fase di indurimento del legante.
12. Procedimento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che l’impasto iniziale viene sottoposto ad un procedimento di laminazione, in cui l’impasto viene distribuito in larghezza sopra ad un nastro trasportatore, in modo che la sua superficie superiore possa essere sottoposta ad una azione premente da parte di un cilindro, oppure da parte di un secondo nastro sincrono, opposto al primo.
13. Procedimento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che l’impasto viene sottoposto ad un procedimento di pressatura in cui l’impasto iniziale viene distribuito in larghezza sopra ad un supporto, e successivamente sottoposto ad una azione di pressatura da parte di un battente di pressa.
14. Procedimento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che l’impasto viene sottoposto ad un procedimento di estrusione attraverso una matrice avente la sagoma della sezione trasversale della lastra.
15. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10-14, caratterizzato dal fatto che almeno il 70% in peso di aggregati e filler è costituito da aggregati e filler sintetici con durezza maggiore o uguale a 5 Mohs, che contengono biossido di silicio sostanzialmente solo in forma amorfa.
16. Procedimento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detti aggregati e filler sintetici costituiscono tra il 70% e il 100% in peso degli aggregati e del filler dell’impasto iniziale.
17. Procedimento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detto aggregato sintetico è fritta amorfa, avente la seguente composizione chimica: 48% < SiO2 < 73%, 12% < CaO < 30%, 1,5% < MgO <11%, 1,0% < Al2O3 < 19%, e 0% < ZrO2 < 20%, lo SiO2 presente essendo sostanzialmente soltanto in forma amorfa e comunque con eventuale contenuto di SiO2 in forma cristallina inferiore all’1% in peso.
18. Procedimento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detto aggregato sintetico è fritta amorfa, avente la seguente composizione chimica: 43% < SiO2 < 80%, 5% < CaO < 30%, 0% < MgO <12%, 0% < Al2O3 < 25%, e 0% < ZrO2 < 20%, 0% < Na2O < 12%, 0% < K2O < 10%, lo SiO2 presente essendo sostanzialmente soltanto in forma amorfa e comunque con eventuale contenuto di SiO2 in forma cristallina inferiore all’1% in peso.
19. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 17-18, caratterizzato dal fatto che la composizione chimica dell’aggregato e dei filler sintetici comprende anche i seguenti ulteriori componenti: 0% < B2O3 < 10% 0% <ZnO < 10% 0% < BaO < 10% 0% < Li2O < 5% 0% < P2O5 < 5%
20. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 17-19, caratterizzato dal fatto che la composizione chimica comprende inoltre Fe2O3 < 0,1% e TiO2 < 0,1%.
21. Procedimento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che il legante utilizzato è di natura organica.
22. Procedimento secondo la rivendicazione 21, caratterizzato dal fatto che il legante organico utilizzato è una resina poliestere insatura.
23. Procedimento secondo la rivendicazione 22, caratterizzato dal fatto che la resina utilizzata è in quantità inferiore al 30% in peso.
24. Procedimento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che il legante è di natura cementizia.
25. Manufatto ottenuto con un procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10-23.