人工大理石的制造方法
技术领域
本发明涉及一种人工大理石的制造方法,尤其涉及外观看似天然大理石的人工大理石的制造方法。
背景技术
天然大理石(花岗岩),其外观优雅,因而广泛应用于墙壁材料、地板材料、甲板等,但是,却存在质量重,硬而难以加工,难以得到尺寸大的大理石等问题。
目前公开有,对不饱和聚酰树脂、乙烯基酯树脂、热固性丙烯酸树脂、环氧树脂等热固性树脂掺合着色剂后注入到金属模具内,进行加热、硬化,从而制造人工大理石的方法和,将由甲基丙烯酸甲酯为主成分的聚合性成分、氢氧化铝、桥联性单体以及着色颜料组成的组合物的聚合硬化物,粉碎成小颗粒、中颗粒、大颗粒,并且混合不同颜色的颗粒后,掺合到聚合性成分、氢氧化铝、桥联性单体以及聚合引发剂,从而制造人工大理石的方法(日本专利文献1、日本专利文献2)。
【日本专利文献1】日本专利公开公报特开2007-83578号
【日本专利文献2】日本专利公报特许第3192955号
然而,日本专利文献1、2所记载的人工大理石,其外观虽然优于基体材料的表面上粘贴有图案薄膜的石材,但是与天然大理石的外观相比,仍然让人们感觉到是人造的,因此该点有待改善。
发明内容
本发明鉴于上述问题而作,其目的在于提供一种能够制造外观看似天然大理石的人工大理石的人工大理石制造方法。
本发明所涉及的人工大理石的制造方法,其特征在于,包括:将含有15~40重量%的热塑性树脂、85~60重量%的水合金属化合物的组合物进行剪切的同时进行熔融、搋合,使其固化得到复合坯料,接着将该复合坯料进行粉碎,从而准备基础中间片的工序;将含有15~40重量%的热塑性树脂、85~60重量%的水合金属化合物的组合物和着色剂进行剪切的同时进行熔融、搋合,使其固化得到着色复合坯料,接着将该着色复合坯料进行粉碎,从而准备着色中间片的工序;对上述基础中间片或者着色中间片的表面进行着色,从而准备第1、第2表面着色中间片的工序;适当地将上述基础中间片以及着色中间片中的一种和,上述第1表面着色中间片、上述着色中间片以及上述第2表面着色中间片中的至少一种进行组合,并且投入到加热成形型箱内,利用加热成形压力机从上方向型箱内挤压,使其熔融、流动,而且成为一体的工序。
本发明的特征之一在于,将不同颜色的颗粒状、片状或者块状基础中间片或者着色中间片,排列在加热面上的加热成形型箱内,利用加热成形压力机从上方进行加压,使中间片的树脂进行流动,并且互相成为一体,此时,使颜色(着色剂)进行流动。
只要不同颜色的中间片进行流动,或者中间片进行流动的同时着色剂在其边界部分进行流动,就能够制造出表面模样看似天然大理石的人工大理石。
将复合坯料或者着色复合坯料的颗粒状、片状或者块状中间片和,其表面上形成有着色剂的表面层的表面着色中间片,排列在成形模面上并且进行加压,使中间片以及表面着色中间片和着色剂进行流动,并且使中间片以及表面着色中间片互相成为一体,从而得到外观看似天然大理石的人工大理石。
着色剂,与作为原材料的树脂混合后只要能够在树脂的表面形成表面层,何种着色剂均可,但是考虑到耐热性,优选矿物性颜料。而且,作为复合坯料以及着色复合坯料的树脂,可以采用聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、丙烯酸树脂等热塑性树脂(包括自然分解性塑料)。
作为热塑性树脂,根据用途可以选择聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET,PETE)、聚氯乙烯(PVC)、聚乳酸(PLA)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨基甲酸乙酯(PU)、聚苯乙烯(PS)、饱和聚酰、ABS树脂(ABS)、丙烯酸树脂(PMMA)、聚缩醛类树脂(POM)等各种热塑性树脂。
作为复合材料予以添加的水合金属化合物,可以选择氢氧化铝(分解开始温度为200℃,吸热量为470cal/g)、氢氧化钙(分解开始温度为380℃,吸热量为222cal/g)、氢氧化镁(分解开始温度为340℃,吸热量为320cal/g)、铝酸钙(分解开始温度为250℃,吸热量为340cal/g)等各种添加物,而且在不妨碍该种水合金属化合物的物理性质的范围内,可以并用各种难燃剂,即可以适当地使用ZnO、硼酸铅、锡酸铅、炭黑、硝酸铜、硝酸铁、磺酸金属盐、磷氮基化合物、纳米复合材料(Nanocomposite filler)、气相二氧化硅(fumed silica)、PAN等。
在热塑性树脂和水合金属化合物的组合,重要的是,使水合金属化合物的分解温度低于热塑性能树脂的分解温度,而且考虑到分解温度和吸热量,可以混合2种以上予以使用。
由于针对热属性树脂的水合金属化合物的混合量极高,为70重量%,因此,为了均匀地混合两者,热塑性树脂和水合金属化合物的种类以及混合比率调整为最适,以使树脂通过混合时的剪切所产生的热量进行熔融,并且与水合金属化合物混合充分。而且,为了调整中间片的熔融流动物理性质,以便对粉碎的中间片进行加热、压缩,使其流动并且成为一体,有时会混合2种以上的热塑性树脂。例如,为了调整热塑性树脂的流动性,有时会混合橡胶。
对热塑性树脂和高混合量的水合金属化合物的组合物进行搋合时,可以利用加压捏合机进行剪切的同时均匀地进行搋合,但是,利用其他搅拌机,则一次无法搋合均匀。为此,可以将不均匀的搅拌物进行粉碎,并将其返还到搅拌机重复进行搋合,从而得到几乎均匀的搅拌物。
而且,向复合坯料以及着色复合坯料的树脂中,虽然添加水合金属化合物(第1填充剂),但是这些化合物中的水分经加热被分解,能够使大理石具有难燃性或不燃性。尤其,针对15~25重量%的热塑性树脂使用85~75重量%的水合金属化合物,则可得到不燃性人工大理石。
而且,还可以添加碳酸钙。为了使人工大理石具有杀菌、除菌效果,作为第2填充剂还可以添加银纳米颗粒、钛颗粒、含有Ag+的沸石颗粒。在本发明,虽然可以将着色剂以及第2填充剂直接与树脂以及第1填充剂进行混合,但是,以母料形式予以添加,更有利于提高色素以及第2填充剂的分散性。
第1填充剂的量,没有特别的限制。经本发明的发明人确认,添加整体的70重量%以上的第1填充剂,仍然能够制造人工大理石。第2填充剂,可以将获得必要的杀菌以及除菌效果所需的量,分批进行混合,添加银纳米颗粒时其添加量为100~10000ppm,优选100~1000ppm。
作为复合坯料以及着色复合坯料的树脂,可以使用自然分解性塑料,例如聚乳酸系自然分解性塑料、脂肪族聚酰系自然分解性塑料、经加热能够软化熔融的其他已知的自然分解性塑料。
尤其,使用聚乳酸系自然分解性塑料时,进行加热该聚乳酸系自然分解性塑料则软化,导致粘附性增加,因而难以使用加热的滚筒进行加工,但是向软化的聚乳酸系自然分解性塑料添加并混合水合金属化合物,则可以降低自然分解性塑料的粘附性,因此能够加工成任意的形状。
重要的是,复合坯料以及着色复合坯料的树脂和水合金属化合物或着色剂,以分状组合物的形式予以使用,并且在搅拌机进行剪切的同时进行熔融、搋合。水合金属化合物的使用量为85~60重量%,大于热塑性树脂,是因为单纯的混合机,无法将树脂和水合金属化合物进行搋合。
粉碎操作,可以使用已知的破碎机。加压操作,较为理想的是,使用加压成形型箱和加压成形压力机,向型箱内进行挤压式加压。另外,将中间片向加热成形型箱挤压,使其熔融、流动时,如有空气进入,会成为破裂等的原因。因此,较为理想的是,中间片软化成一定程度之后,稍微开放压力机,放出空气。
形成着色中间片的斑纹模样时,先利用浅颜色的着色剂形成浅颜色的斑纹模样之后,再添加与上述着色剂的颜色相同而比上述着色剂的颜色更浓的着色剂,形成颜色浓的斑纹模样,从而再现人工大理石的流动模样内的颜色的浓浅。
着色中间片,还可以搋合成均匀的颜色后,进行固化得到着色复合坯料,接着将该着色复合坯料进行粉碎而制成。
而且,对基础中间片或者着色中间片的整个表面或者一部分表面进行着色,制造第1或第2表面着色中间片,则可以在人工大理石的流动模样的周围形成有颜色的边界。
基础中间片、第1、第2表面着色中间片以及着色中间片的形状,虽然无特别的限制,但是,如果采用颗粒状、薄片状、块状,可以形成与上述中间片的容积相对应的点状或者岛屿状流动模样。
向基础中间片添加单个或者多个不同的着色剂,并将其混合成斑纹模样,则可以在由基础中间片形成的流动模样的周围形成单颜色或者多种颜色的边界。
而且,向基础中间片添加上述第1或第2表面着色中间片,则可以对基础中间片或者着色中间片所形成的流动模样的边界进行着色。
将粉碎之前的复合坯料或者着色复合坯料切断成带状后,将中间片投入到加热成形型箱内,并且将带状复合坯料或者着色复合坯料***到上述中间片之间,利用加热成形压力机,使其熔融、流动,而且成为一体,则可以在人工大理石内形成线状流动模样。
本发明还提供人工大理石的原料,该原料用于制造外观模样看似天然大理石的人工大理石,并且包括,将含有15~40重量%的热塑性树脂、85~60重量%的水合金属化合物的组合物进行剪切的同时进行熔融、搋合,使其固化得到复合坯料,接着将该复合坯料进行粉碎而制成的基础中间片;将含有15~40重量%的热塑性树脂、85~60重量%的水合金属化合物的组合物和着色剂进行剪切的同时进行熔融、搋合,使其固化得到着色复合坯料,接着将该着色复合坯料进行粉碎而制成的着色中间片;以及,对基础中间片或者着色中间片的表面进行着色的第1、第2表面着色中间片中的至少一种。
在该原料中,着色中间片,可以着色为单一颜色或者多种颜色的斑纹模样。而且,着色中间片的斑纹模样,可以着色成相同却具有浓浅的颜色。表面着色中间片,对基础中间片或者着色中间片的整个表面或者一部分表面进行着色而制成。
本发明还提供一种人工大理石,该人工大理石以15~40重量%的热塑性树脂和85~60重量%的水合金属化合物为主成分,并且通过着色剂,外观模样形成为看似天然大理石的点状或者线状的流动模样。
该人工大理石的流动模样,可以具有颜色的浓浅。而且,流动模样,可以是斑纹模样。在流动模样的***,可以形成有颜色的边界。在流动模样之间,可以形成线状流动模样。
附图说明
图1是本发明所涉及的人工大理石制造方法的最佳实施方式的模式图。
图2是第2实施方式的模式图。
图3是第3实施方式的模式图。
图4是第4实施方式的模式图。
图5是通过上述实施方式获得的人工大理石的外观的示意图。
图6是通过上述实施方式获得的人工大理石的外观的示意图。
图7是通过上述实施方式获得的人工大理石的外观的示意图。
图8是通过上述实施方式获得的人工大理石的外观的示意图。
图中:
10搅拌机 11破碎机
12加热成形压力机 12A加热成形型箱
20、20′着色复合坯料 20″复合坯料
21、21′着色中间片 21″基础中间片
22第1表面着色中间片 22′第2表面着色中间片
具体实施方式
下面,根据附图所示的具体例子,详细说明本发明。图1表示本发明所涉及的人工大理石制造方法的最佳实施方式。在制造人工大理石时,准备水合金属化合物,例如氢氧化铝或氢氧化镁,或者准备碳酸钙。该水合金属化合物或者碳酸钙,使用平均外径在10μm~35μm之间的粉状物。
而且,还准备大理石坯料的树脂,例如,适当大小的粉状聚丙烯或者聚乙烯等热塑性树脂。这些树脂,可以是上述树脂中的一种,也可以是两种树脂的混合。而且,作为大理石坯料的树脂,还可以使用聚乳酸系自然分解性塑料。
另一方面,启动搅拌机10的加热器,使搅拌机10内部的温度上升到热塑性树脂的熔融温度,如100℃~300℃的范围内。如图1(a)所示,将粉状的热塑性树脂、水合金属化合物(填充剂)以及适当颜色的颜料(着色剂)的粉状组合物投入到搅拌机10内,进行搅拌、剪切的同时使其熔融。粉状组合物,可以一次性地进行投入,也可以分数次进行投入。通过剪切温度充分上升时,可将加热器的加热温度调整为比热塑性树脂的熔融温度稍低的温度。
进行搋合的目的是,使软化/熔融的热塑性树脂和氢氧化铝以及着色剂混合均匀,但是投入到搅拌机10之前,可以预先将复合坯料的原料通过加热器加热至适当温度。
而且,在熔融的状态下长时间对热塑性树脂进行加热,树脂将会丧失原有的物理性质,因此,优选充分熔化之后,在短时间内完成搋合。本发明的发明人通过实验得出,开始熔融至完成搋合的优选时间为5分钟~30分钟,然而,由于该温度根据加热温度或热塑性树脂的物理性质而改变,因此,通过实验获取最佳时间为佳。
如图1(b)、(c)所示,搋合充分之后,取出着色复合坯料20,在破碎机11将其粉碎成适当尺寸,例如一边长度为3mm~40mm左右的颗粒状、片状或块状,从而得到着色中间片。由于该颗粒状、片状或者块状着色中间片21,通过后续工序中的加压进行流动,因而其尺寸没有特别的限制。
如图1(d)所示,利用上述制造方法,制造出不同颜色,如白色、黑色、茶色、浅蓝色的颗粒状、片状或块状的着色中间片21。
获得多种颜色的颗粒状、片状或块状的着色中间片21之后,如图1(e)所示,将其排列在经加热的加热成形面上的加热成形型箱12A内,并且利用加热成形压力机12向型箱12A内进行挤压的同时进行加热。如此一来,不同颜色的颗粒状、片状或块状的着色中间片21进行流动,形成点状或岛屿状的流动模样,并且互相成为一体,因此待温度下降之后,取出并对其表面进行研磨,则可以得到的表面模样看似经过抛光的天然大理石,例如“七彩米黄(Breccia Aurora)”,“大白花(Arabescato)”的人工大理石。
另外,在该加热成形加压时,用水溶解颜料之后,通过喷射等适当地进行添加,则可以在流动模样的周围形成着色的边界。
而且,如果将加工成板状的着色复合坯料20剪成带状,将其***到加热成形型箱12A内的颗粒状、片状或块状着色中间片21之间,然后进行加热成形加压,则可以在点状、岛屿状流动模样之间形成线状的流动模样,从而能够制造外观模样看似天然大理石“黑白根(Nero Marquina)”的人工大理石。
图2表示第2实施方式,该图中,与图1相同的符号,表示与图1相同或者相当的部分。在本例子中,将不同颜色的多个颜料添加到搅拌机10中,并且在颜料混合均匀之前停止搋合,如图2(b)所示,制造出大理石(marble)状搅拌物20′,并在破碎机11将其进行粉碎。如图2(d)所示,利用上述制造方法,制造出白色、黑色、茶色、浅蓝色等颜色呈斑纹模样的颗粒状、片状或块状的着色中间片21′。
获得多个呈斑纹模样的颗粒状、片状或块状的着色中间片21′之后,如同第1实施方式进行加热、加压,并对其表面进行研磨,则可以得到表面模样看似经过抛光的天然大理石,例如“台湾蛇纹”“细白花(BiancoCarrara)”“挪威红(Norwegian Rose)”的人工大理石。
本例子中,虽然制造了大理石状着色复合坯料20′,但是,将单颜色的颜料搅拌混合成斑纹模样从而制造着色复合坯料之后,将其进行粉碎得到斑纹模样颜色的颗粒状、片状或块状的着色中间片,也能够制造相同的人工大理石。
制造着色复合坯料20′时,先利用浅颜色的颜料形成浅颜色的斑纹模样之后,用水溶解与上述颜料的颜色相同而比上述颜料的颜色更浓的颜料,通过喷射进行添加,形成颜色浓的斑纹模样,则可以在人工大理石的流动模样内再现颜色的浓浅。
图3表示第3实施方式,该图中,与图1相同的符号,表示与图1相同或者相当的部分。在本例子中,将粉状热塑性树脂和水合金属化合物投入到搅拌机10中进行搅拌、剪切的同时使其熔融获得复合坯料20″,将该复合皮料20″进行粉碎得到基础中间片21″,将颗粒状、片状或块状的着色中间片21″和颜料(着色剂)投入到搅拌机进行搅拌,从而在基础中间片21″的整个表面(也可以是一部分表面)形成颜料的表面层,接着如同第1实施方式,对白色、黑色、茶色、浅蓝色的颗粒状、片状或块状的第1表面着色中间片22′进行加热、加压,并对其表面进行研磨,则可以得到表面模样看似经过抛光的天然大理石的人工大理石。
图4表示第4实施方式,该图中,与图1以及图2相同的符号,表示与图1以及图2相同或者相当的部分。在本例子中,将第1或者第2实施方式的不同颜色,如白色、黑色、茶色、浅蓝色的颗粒状、片状或块状的着色中间片21(也可以是斑纹模样的颗粒状、片状或块状的着色中间片21′)和颜料一同投入到搅拌机进行搅拌,从而在颗粒状、片状或块状的着色中间片21的表面形成颜料的表面层,接着如同第1实施方式,对所获得的白色、黑色、茶色、浅蓝色的颗粒状、片状或块状的第2表面着色中间片22″′进行加热、加压,并对其表面进行研磨,则可以得到表面模样看似经过抛光的天然大理石的人工大理石。
图5至图8表示通过本发明的方法制造出来的人工大理石的外观。
利用上述实施方式的方法,制造出的氢氧化铝为70重量%,聚乳酸系自然分解性塑料为30重量%的人工大理石板,其表面极其光滑,而且可在1.5mm以上的范围上任意设定其厚度。
而且,取代聚乳酸系自然分解性塑料,使用乙烯乙酸乙烯(EVA)作为大理石坯料的树脂,获得了由80重量%的氢氧化铝以及20重量%的EVA组成的表面极其光滑的人工大理石,而且该人工大理石可在1.5mm以上的范围上任意设定其厚度。
针对85~60重量%的水合金属化合物,在15~40重量%范围内使用聚丙烯或聚乙烯和乙烯乙酸乙烯(EVA)的混合物,则可以任意调整人工大理石的硬度。
经本发明的发明人的试制,能够再现“黄窿石(TravertinoRomano)”、“Svevo Royal”、“新米黄(PerlatoSicilia)”、“Botticiono Semi-Classico”、“粉蝶石(PerlinoRosato)”、“MarronBrown”、“爵士白(Volakas white)”、“古典米黄(antique beige)”、“万寿红(Rosso Magnaboschi)”、“火山红(RossoAlicante)”、“意大利褐色(italian brown)”、“柏斯高灰(Fior Di Pesco)”、“西施红(RosaGirona)”等各种天然大理石的外观模样。