СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ В ФОРМЕ ПЛИТ ИЛИ БЛОКОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ АКРИЛОВОГО СВЯЗУЮЩЕГО
METHOD OF MAKING ARTICLES IN FORM OF SLABS OR BLOCKS USING ACRYLIC BINDER

Настоящее изобретение относится к новому способу изготовления изделий, полученных из конгломерата, состоящего из обломков камней, в частности к новому способу, основанному на известной технологии уплотнения при помощи вакуумного вибропрессования.
Настоящее изобретение также относится к таким образом полученным изделиям.
В течение многих лет была известна технология (которая объединяет способ и установку) изготовления изделий, полученных из конгломерата, состоящего из обломков камней, в частности, в форме плит или блоков, при этом упомянутая технология по существу заключается в следующих операциях (обращаясь в данном случае к изготовлению плит, не рассматривая его в качестве ограничения):
- получение первоначальной смеси, состоящей из гранулята с выбранным и предварительно определенным размером зерна и связующего, которое в общем случае может представлять собой цементное связующее или состоять из отверждающейся смолы, при этом гранулят выбирают из числа камнеподобных материалов и/или материалов, подобных измельченному камню, и причем смесь частично состоит из неорганического материала, предпочтительно высокодисперсного кварца (размер зерна составляет приблизительно 400 меш), известного в промышленной практике как «заполнитель»;
- осаждение смеси на временную подложку в форме слоя с предварительно определенной толщиной;
- приложение к слою смеси, выдерживавшейся в предварительно определенном вакууме, давления уплотнения, сопровождаемое колебательным движением с предварительно определенной частотой, а именно, говоря вкратце, уплотнение при помощи вакуумного вибропрессования слоя смеси;
- отверждение получающегося в результате уплотненного изделия (чему предшествует фаза схватывания в случае цементного связующего).
Пример данной технологии изготовления плит, связанных при использовании смолы сложного полиэфира, в промышленности известен под наименованием Bretonstone.
Настоящее изобретение относится к вышеупомянутой технологии для того случая, когда связующее представляет собой синтетическую смолу. В вышеупомянутой обычно используемой технологии синтетическая смола, обычно используемая в качестве связующего, представляет собой смолу сложного полиэфира, которая придает продукту оптимальные физические/механические свойства и характеристики блеска и не имеет избыточной стоимости.
Однако использование смол сложных полиэфиров сопровождается появлением вовсе не малозначительных проблем и недостатков, таких как неудовлетворительная стойкость к воздействию ультрафиолетового излучения, что в результате приводит к ухудшению внешнего вида поверхности изделий (пожелтение смолы, потеря прозрачности, изменение окраски), когда после установки по месту они подвергнутся воздействию солнечных лучей в течение продолжительного периода времени. Следовательно, изделия, полученные при использовании смолы сложного полиэфира, используют для внешней облицовки в малой степени, и они в основном ограничиваются теми продуктами, которые получают из гранулята высокоокрашенного камня с поверхностью, характеризующейся отсутствием блеска.
В качестве альтернативы смоле сложного полиэфира также можно было бы использовать эпоксидную смолу или, говоря правильнее, эпоксидную систему, состоящую из смолы и соответствующего отвердителя, но на практике на данную альтернативу оказывают влияние различные проблемы и недостатки с точки зрения применения в промышленности.
Собственно говоря, помимо того, что эпоксидная система имеет стоимость, приблизительно в три раза превышающую стоимость смолы сложного полиэфира, при незначительном увеличении механической прочности, существуют и вовсе не малозначительные недостатки, такие как низкая стойкость к воздействию атмосферных факторов и растворителей. Кроме того, настолько же значительные осложнения возникают во время отверждения изделий с учетом высокой сложности управления данной реакцией.
Было бы желательно иметь возможность применения технологии Bretonstone при изготовлении изделий, которые можно было бы использовать не только для внутренней облицовки, но также и для внешней облицовки, где можно было бы использовать органическое связующее, способное сочетать высокую стойкость к воздействию ультрафиолетового излучения с качеством смолы сложного полиэфира.
Собственно говоря, в сопоставлении с цементными связующими органические связующие демонстрируют значительные преимущества, например, и не в последнюю очередь, высокую механическую прочность, достижения которой можно добиться.
Теоретически решение данной проблемы могло бы заключаться в использовании акриловой или метакриловой смолы с учетом исключительной стойкости данной категории смол, таких как полиметилметакрилат, к воздействию УФ-излучения. Достаточно принять во внимание тот факт, что данные смолы, также известные под наименованием Plexiglas или Lexan, обычно используют для изготовления линз очков или прозрачных листов со стеклоподобным внешним видом именно вследствие их исключительной стойкости к воздействию солнечных лучей при одновременном сохранении их прозрачности также и по истечении очень продолжительных времен воздействия.
В прошлом предпринималось множество попыток использования в вышеупомянутой технологии в качестве метакрилатного связующего либо акриловых смол (в форме жидких акриловых форполимерных смол, диспергированных в метакрилате), либо также смесей смол сложных полиэфиров и акриловых смол, но при получении совершенно неудовлетворительных результатов.
Основная причина данного отсутствия успеха заключается в определенных характеристиках метакрилата - всегда присутствующих у данных соединений - которые, как оказалось, делают его непригодным для использования как во время вакуумного виброуплотнения, так и во время последующего горячего отверждения.
Мономерный метакрилат, присутствующий в данных соединениях в качестве растворителя, является очень летучим, более летучим, чем стирол, используемый в смоле сложного полиэфира. Поэтому во время вакуумного виброуплотнения метакрилат сразу же испаряется, что делает уплотнение смеси практически невозможным.
Использование жидких акриловых смол в результате также приводит к возникновению настолько же серьезных недостатков, поскольку с учетом испарения метакрилата в практически безвоздушной среде, которая образуется во время проведения стадии виброуплотнения, окраска уплотненного изделия полностью изменяется.
Дополнительные недостатки возникают во время последующего горячего отверждения, поскольку нагревание, которое предшествует отверждению, также вызывает преждевременное испарение метакрилата с одновременными изменением окраски и растрескиванием конечного продукта.
Дополнительная проблема, связанная с использованием акриловых и метакриловых смол, заключается в загрязнении окружающей среды, поскольку люди обладают исключительно высокой чувствительностью к запаху паров метакрилатов, так что данные пары, присутствуя даже в незначительных количествах, делают среду абсолютно непереносимой для производственных рабочих, что представляет собой очень серьезную проблему в случае промышленной установки, которая производит изделия плиты при использовании вышеупомянутой технологии.
Поэтому до настоящего времени использование обычных акриловых и метакриловых смол, то есть тех из них, в основе которых лежит использование мономерного метакрилата в качестве растворителя, не нашло себе сферы практического применения в вышеупомянутой технологии, а получение соответствующих изделий проведали при использовании в качестве связующего исключительно смолы сложного полиэфира.
В настоящее время обнаружено - и это и составляет предмет настоящего изобретения - то, что вышеупомянутая проблема полностью решается привлекательным для промышленности образом при использовании способа изготовления изделий, основанного на вышеупомянутой технологии и поэтому реализуемого в соответствии со стадиями, указанными выше, при этом упомянутый способ характеризуется тем, что:
- связующее, используемое при получении исходной смеси, представляет собой водную акриловую смолу, а именно водную дисперсию акрилового форполимера в форме капель с диаметром вплоть до приблизительно 100 нанометров;
- часть заполнителя состоит из гидравлического связующего в количестве, достаточном для фиксации воды, присутствующей в вышеупомянутой водной дисперсии акриловой смолы; и
- после стадии виброуплотнения сформованное начерно изделие подвергают воздействию стадии отверждения и последующей вулканизации в таких условиях, которые позволяют предотвратить удаление воды смеси вследствие испарения; и
- после стадии вулканизации сформованное начерно изделие подвергают обработке в виде постепенного нагревания вплоть до приблизительно 90-120°С в течение приблизительно 5-24 часов для того, чтобы обеспечить завершение пленкообразования для акрилового полимера и добиться его сшивания.
Три последние характеристические стадии способа, соответствующего настоящему изобретению, а именно добавление гидравлического связующего, вулканизация без потерь воды и высокотемпературное сшивание, в результате приводят к получению непористого изделия. Собственно говоря, если во время реализации вышеупомянутого обычно используемого способа смолу сложного полиэфира заменить на вышеупомянутую водную дисперсию акрилового форполимера, в среднем содержащую 55-60% воды, то тогда после проведения стадии вакуумного виброуплотнения (как уже упоминалось, на нее больше уже не будут оказывать негативное влияние проблемы, связанные с использованием акриловой смолы) вода, которая останется в смеси, должна быть из сформованного начерно уплотненного изделия удалена. Обычно для того, чтобы провести данную операцию, изделие нагревают таким образом, чтобы вода бы испарялась и в то же самое время частицы акрилового полимера коалесцировали бы, образуя, в частности, гель, а после этого сшиваясь.
Изделие, которое получают таким образом, является уплотненным и демонстрирует хорошую механическую прочность, но оно характеризуется пористостью в области 10% (об.), что соответствует пустым пространствам, оставляемым испарившейся водой.
При замене части обычно используемого заполнителя гидравлическим связующим в количестве, достаточном для фиксации воды, присутствующей в смоле, с одной стороны, пористость уменьшается до практически пренебрежимых значений, так что получающееся в результате изделие будет демонстрировать наличие очень ограниченной пористости при поглощении воды в области 0,3-0,4% (мас.), и в то же самое время улучшенными будут также и свойства полученного изделия.
В качестве гидравлического связующего может быть использовано любое одно из известных связующих, таких как цемент, гипс, известь, пуццолан и их смеси.
В особенности выгодным для данного варианта использования оказался портландцемент, а смесь портландцемента и высокореакционноспособного мета-каолина, например смесь, содержащая 80% портландцемента и 10-20% высокореакционноспособного мета-каолина, оказалась еще более выгодной и поэтому предпочтительной.
Если добавление гидравлического связующего и, в частности, смеси портландцемента и высокореакционноспособного мета-каолина проводить, выдерживая низкое массовое соотношение вода/связующее (например, на уровне порядка 0,15-0,20) для того, чтобы связующее поглотило бы почти что всю воду, присутствующую в смеси, то тогда будет получен желательный эффект гидратации внешней оболочки гранул цемента в то время, как они останутся безводными внутри.
Преимущества настоящего изобретения могут быть лучше оценены по результатам следующего далее испытания.
Плита, изготовленная при использовании вышеупомянутой технологии и содержащая мелкозернистый песок, связанный при использовании смолы сложного полиэфира, обычно характеризуется рассчитанным на объем составом, подобным нижеследующему:
смола сложного полиэфира
19%
заполнитель с зерном 400 меш
23%
(порошкообразный кварц)
кварцсодержащий песок (0,1-1,2 мм)
58%
Если смолу сложного полиэфира заменить на водную акриловую смолу, то тогда последняя обычно будет демонстрировать уровень содержания воды, равный приблизительно 55-60%, где акриловый форполимер будет диспергирован в форме капель в количестве, эквивалентном 40-45%.
Поэтому вышеупомянутый состав смеси модифицируют следующим образом:
вода
10%
диспергированный акриловый
9%
форполимер
заполнитель с зерном 400 меш
23%
(порошкообразный кварц)
кварцсодержащий песок (0,1-1,2 мм)
58%
Если после виброуплотнения воду будет необходимо удалить при помощи нагревания сформованной начерно плиты, то тогда, как уже упоминалось, это в результате приведет к получению уплотненного изделия, обладающего механической прочностью, но характеризующегося пористостью, приблизительно равной 10% (об.), что соответствует пустым пространствам, оставленным испарившейся водой.
При проведении операций в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения и поэтому при замене существенной части заполнителя или всего заполнителя портландцементом с массовым соотношением вода/связующее, равным приблизительно 0,15-0,20, вышеупомянутый состав становится следующим:
вода
10%
дисперсный акриловый форполимер
9%
портландцемент
16%
заполнитель с зерном 400 меш
7%
(порошкообразный кварц)
кварцсодержащий песок (0,1-1,2 мм)
58%
Данный состав использовали для изготовления плит при использовании вышеупомянутой технологии, включающей уплотнение при помощи вакуумного вибропрессования, обеспечивая добавление к первоначальной смеси 2,5-4%, при расчете на массу цемента, обычной «суперпластифицирующей добавки» - продукта, который известен в технологии изготовления цементной продукции и широко доступен в коммерческих масштабах.
В соответствии с вышеупомянутой технологией таким образом полученную смесь осаждают в форме слоя желательной толщины на временную подложку и переводят на стадию виброуплотнения, которую в соответствии с данным изобретением проводят для слоя смеси, заключенного между двумя листами материала пластика, которые непроницаемы для водяного пара.
После виброуплотнения сформованную начерно плиту, которая все еще заключена между двумя листами непроницаемого материала пластика, которые, кроме того, герметизированы по кромкам для получения герметизированного покрытия, подвергают воздействию стадии отверждения и последующей вулканизации продолжительностью приблизительно в одну неделю.
В ходе вулканизации почти что всю воду, присутствующую в смеси, фиксируют при использовании портландцемента для того, чтобы частицы акрилового полимера могли бы подвергаться коалесценции с последующим пленкообразованием.
В конце периода вулканизации сформованная начерно плита уже демонстрирует хорошую консистенцию при разумном сопротивлении изгибу и растяжению вследствие действия механизма гидратации цемента и благодаря пленкообразованию для полимера.
После этого плиту переводят на конечную стадию, где проводят постепенное нагревание таким образом, чтобы не допустить возникновения интенсивных термических ударов, негативно воздействующих на плиту, вплоть до приблизительно 90-120°С в течение приблизительно 5-24 часов для того, чтобы обеспечить завершение пленкообразования для акрилового полимера и добиться его сшивания.
В то же самое время чрезвычайно малое количество остаточной воды удаляется в результате испарения, но не оставляет каких-либо следов ощутимой пористости.
На основании исследования получающегося в результате продукта плиты после охлаждения определяют следующие далее характеристики:
2
- предел прочности при изгибе и растяжении 38-42 Н/мм;
- очень ограниченная пористость при водопоглощении 0,3-0,4%;
- высокая стойкость к воздействию УФ-излучения, подтверждаемая отсутствием признаков ухудшения качества по истечении 1000 часов, проведенных в приборе для проведения ускоренного старения, называемом «veterometer».
В дополнение к преимуществам, демонстрируемым свойствами, указанными выше, необходимо подчеркнуть то, что использование водного акрилового связующего является приемлемым с экологической точки зрения.
При использовании способа, соответствующего настоящему изобретению, также можно изготавливать и блоки, которые после этого подвергают распилу.
В данном случае вместо двух листов пластика, непроницаемых для водяного пара и герметизируемых по их кромкам для получения покрытия, для схватывания блока предпочтительно использовать пакет, изготовленный из того же самого материала с получением оболочки, герметизированной вдоль ее раствора.
После проведения стадии отверждения и последующей вулканизации, которая в данном случае также продолжается в течение приблизительно одной недели, получают сформованный начерно блок, который обладает прочностью, достаточной для эффективного разрезания на плиты. Затем после распила плиты переводят на конечный этап, где проводят постепенное нагревание, избегая воздействия на них интенсивных термических ударов, вплоть до приблизительно 90-120°С в течение приблизительно 5-24 часов для того, чтобы обеспечить завершение пленкообразования для акрилового полимера и добиться его сшивания.
Также можно предусмотреть и добавление к составу, соответствующему настоящему изобретению, органофункционального силана (который в данном случае добавляют к воде, в которой суспендируют акриловый форполимер в количестве, равном 1-2% (мас.) при расчете на количество акриловой смолы). Таким образом улучшают адгезию между акриловым связующим и кремнесодержащими инертными веществами, и в конечном счете увеличивается механическая прочность конечного изделия.
Изобретение было описано в связи с предпочтительным вариантом реализации, при этом необходимо понимать то, что без отклонения от его объема возможными являются и могут быть предусмотрены концептуально эквивалентные модификации и варианты.
В частности, данные варианты могут относиться к компоненту или компонентам, которые частично заменяют заполнитель, исполняя функцию фиксации воды, таким как пуццолановый цемент и/или высокореакционноспособный мета-каолин, при том условии, что фиксирующее действие преобразуется в образование твердой фазы, что вносит свой вклад в механическую прочность изделия плиты и предотвращает конечное формирование неприемлемой степени пористости.
Как уже упоминалось, если вместо этого будет требоваться изделие плита, характеризующееся наличием ощутимой пористости, то тогда будет достаточно опустить стадию добавления вещества, фиксирующего воду, в частности портландцемента, предусмотрев во время реализации способа наличие стадии удаления воды в результате испарения.