Состав формовочного материала для керамической плитки
COMPOSITION OF MOLDING MATERIAL FOR CERAMIC TILES

Изобретение относится к строительным материалам, в частности, к самоочищающимся составам формованных изделий, применяющихся в качестве кирпича, облицовочного материала, а также покрытий пола в зонах интенсивного движения.
Изобретение относится к строительным материалам, загрязненная поверхность которых легко очищается за счет воды, растекающейся по всей поверхности и смывающей грязь.
Любая атмосферная влага - туман, утренняя роса, дождь - постоянно образует на поверхности плитки тонкую пленку воды, которая, стекая с вертикальных или наклонных плоскостей фасада, увлекает за собой грязь, не дает ей накапливаться. А активный кислород, выделяющийся под воздействием ультрафиолета, расщепляет органические загрязнители.
Изобретение обеспечивает высокую эффективность самоочищения и расширяет ассортимент материалов, используемых в качестве активных компонентов самоочищающихся строительных материалов.
2
2
3
2
3
3
2
2
2
5
Известна сырьевая смесь для изготовления облицовочной керамической плитки, которая содержит породу углеобогащения, термообработанную при 570-600°С, глину, а в качестве плавня - иловую часть отходов обогащения железных руд, химический состав которой, мас. %: SiO - 42,45; AlO- 14,54; СаО - 14,88; MgO - 4,52; FeO - 8,06; FeO- 9,46; SO- 0,98; RO - 3,25; MnO - 0,49; TiO- 0,73; PO- 0,64%, при следующем соотношении компонентов, мас. %: порода углеобогащения, термообработанная при 570-600°С, 90-70, глина 5-20, иловая часть отходов обогащения железных руд 5-10 (патент RU 2 258 684 С1, C04B 33/00, опубл. 20.08.2008).
Недостатками данного состава являются многокомпонентность, что усложняет технологический процесс изготовления, низкая прочность на сжатие (15-18 МПа), высокое водопоглощение (10,1-11,5%) и энергоемкость производства, связанная с необходимостью термообработки породы углеобогащения, высоким давлением прессования (25-35 МПа) и необходимостью проведения стадии глазурования изделий. При этом на поверхности плитки со временем накапливается грязь и бактерии, требующие санитарной обработки. В связи с этим появились патенты на изобретение покрытий, обеспечивающих самоочищение поверхностей плиток.
Наиболее близким техническим решением является способ изготовления керамических облицовочных плиток из состава, включающего мас. % глину: 45-75%, пирофиллит 9-23 %, алюминий 3,5-5%, флюорит 2,5-4 %, каолин 6-20 %, датолит 2-5%. Из данного состава формуют плитки, термообработку ведут от 25 до 650°С со скоростью 4-5,5 град/мин, а затем со скоростью 45-50 град/мин до температуры самовоспламенения плитки (1050-1150°С) с последующей экзотермической выдержкой в течение 10-15 мин и охлаждением (патент RU 1815943 A1, C04B 33/00, опубл. 1996.02.10).
Недостатком данного состава является многокомпонентность формовочного состава, отсутствие самоочищающего эффекта, степень загрязнения, требующая постоянного ухода.
Задачей данного изобретения является получение формованного строительного материала, таких как черепица, кирпич, строительная керамика с повышенным сроком действия самоочищающегося эффекта.
Сущность изобретения заключается в том, что состав формовочного материала для керамической плитки, включающий глину бентонитовую, силикат кальция, алюмокалиевые квасцы и оксид кальция в следующих соотношениях компонентов (мас. %) :
Глина бентонитовая
35-50
Силикат кальция
25-30
Алюмокалиевые квасцы
15-20
Оксид кальция
10-15.
Изобретение позволяет сохранить структуру формованного изделия даже при воздействии на поверхность его внешних факторов. Структура изделия и, соответственно, самоочищающейся поверхности уникальна благодаря своим свойствам:
- гидрофобность поверхности изделия;
- сохранение формы и структуры изделия даже при внешних воздействиях.
2
3
Изобретение повышает эффект самоочищающейся поверхности за счет того, что в состав формовочного материала вводятся алюмокалиевые квасцы, при прокаливании которых уже при 700-800°С после процесса десульфуризации происходит полиморфный переход метастабильной формы оксида алюминия в оксид алюминия C - δ-AlO, обладающий сильным окислительно-каталитическим действием.
Оксид алюминия С способствует образованию высокоразвитой специфической поверхности формованного изделия и является катализатором на поверхности плитки. При поглощении квантов (ультрафиолетовое облучение) проявляет дезинфицирующие свойства.
Оксид кальция определяет прочность готового формованного материала.
Содержание оксида кальция в формовочном материале увеличивается при разложении силиката кальция - источника оксида кремния в общем составе.
Характеристика исходных материалов
Бентонит по физико-химическим показателям должен соответствовать нормам для марки СК (строительная керамика), указанным в таблице 1 (ГОСТ 7032-75 Глина бентонитовая для тонкой и строительной керамики).
В работе используется бентонитовая глина карбонатно-палыгорскитовая, имеющая химический состав (таблица 2):
Таблица 2
Химический состав бентонитовой карбонатно-палыгорс-китовой глины
Наименование.
SIO<sub>2</sub>
TIO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
MgO
CaO
Na<sub>2</sub>O
K<sub>2</sub>O
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
SO<sub>3</sub>
FeO
H<sub>2</sub>O
Карбонатно-палыгорскитовая глина
46,79
-
8,63
-
2,74
10,08
-
1,60
1,99
-
3,41
24,33
Алюмокалиевые квасцы (таблица 3) - мелкий кристаллический порошок белого цвета (ГОСТ 4329-77), белые гигроскопические кристаллы, хорошо растворимые в воде. Образует кристаллогидрат - алюмокалиевые квасцы.
Таблица 3
Характеристика алюмокалиевых квасцов
Наименование показателя
Чистый (ч.) ОКП 26 2126 0371 02
1. Массовая доля алюмокалиевых квасцов [AlK(SО<sub>4</sub>)<sub>2</sub>·12H<sub>2</sub>О], %
Не менее 96,0
2. Массовая доля нерастворимых в воде веществ, %, не более
0,010
3. Массовая доля аммонийных солей (NH<sub>4</sub>), %, не более
0,010
4. Массовая доля хлоридов (Сl), %, не более
0,0040
5. Массовая доля железа (Fe), %, не более
0,0020
6. Массовая доля тяжелых металлов (Рb), %, не более
0,0020
7. Массовая доля мышьяка (As), %, не более
0,00010
8. Массовая доля натрия (Na), %, не более
Не нормируется
9. рН раствора препарата с массовой долей 5%
3
Оксид кальция CaO - кристаллическое соединение белого цвета (ГОСТ 8677-76). По физико-химическим показателям оксид кальция должен соответствовать нормам, указанным в таблице 4.
Таблица 4
Физико-химические показатели оксида кальция
Наименование показателя
Норма
Чистый (ч.) ОКП 26 1121 0351 06
1. Массовая доля оксида кальция (СаО), %, не менее
96,0
2. Массовая доля углекислого кальция (СаСО<sub>3</sub>), %, не более
2,5
3. Массовая доля нерастворимых в соляной кислоте веществ, %, не более
0,02
4. Массовая доля общего азота (N), %, не более
0,06
5. Массовая доля сульфатов (SO<sub>4</sub>), %, не более
0,05
6. Массовая доля хлоридов (Сl), %, не более
0,010
7. Массовая доля железа (Fe), %, не более
0,02
8. Массовая доля тяжелых металлов (Рb), %, не более
0,010
9. Массовая доля суммы калия и натрия (K+Na), %, не более
Не нормируется
3
Характеристика силиката кальция CaSiO приводится в таблице 5.
Таблица 5
3
Характеристика силиката кальция CaSiO
Наименование показателя
Норма
1. Происхождение
Jilin, China
2. Наименование
HUAKUANG
3. Модели
HK-WP
4. CAS No
13983-17-0
5. Степень чистоты
93% мин
6. СЧ
CaSiO3
7. Внешний вид
Белый порошок
8. Тип
Уплотненной
9. Размер частиц
325 сетки
Пример конкретного изготовления формованного изделия и экспериментальные результаты отработки.
При изготовлении облицовочных плиток формование изделий производили пластичным способом. Глину раздробили и в смесителе перемешали с предварительно измельченными остальными компонентами в расчетных массовых соотношениях. Смесь приобрела вид однородной пластичной массы.
Формовка пластической массы производится прессованием с получением плитки размером 50×150 мм.
Формованное изделие - плитка - в сушильной установке при начальной температуре 25°С обдувается воздухом с плавным повышением температуры до 700°С в течение 3-4 часов. При этом на поверхности полуфабриката образуется влага, которая быстро испаряется и удаляется системой вентиляции. Кроме того к этому времени достигается полная десульфуризация алюмокалиевых квасцов. Далее со скоростью 15-20 градусов в минуту повышается температура до 1050°С и далее продолжается термообработка в течение 30 минут. При прокаливании уже при 700-80°С после процесса десульфуризации происходит полиморфный переход метастабильной формы оксида алюминия в оксид алюминия C, который на поверхности плитки создает самоочищающий эффект, механизм которого заключается в том, что вода подтекает под грязь на поверхности плитки, смывая ее, и кроме того, при поглощении квантов возникает реакция, которая расщепляет грязь на плитке.
После прокаливания изделие охлаждается и подвергается испытаниям.
После охлаждения плитки нет необходимости покрывать оксидокерамическим покрытием, так как вся внутренняя структура изделия аналогична внешней.
Результаты испытаний приведены в таблице 6.
Таблица 6
Результаты испытаний керамической плитки
№состава самоочищающейся плитки
Компоненты исходной смеси
Физические показатели
Глина
Пиро-филлит
Као-лин
Флюо-рит
Дато-лит
Глина бенто-нито-вая
Сили-кат каль-ция
Алюмо-калие-вые квасцы
Оксид каль-ция
Предел прочнос-ти на изгиб, МПа
Предел прочнос-ти на излом, кг
Водо-погло-щение,%
Контактный угол смачивания каплей воды объемом 10 мкл
Специфи-ческая поверхностьв диапазоне,м<sup>2</sup>/г
1
60
20
12
8
60,3
130,2
-
149°
110
2
50
25
15
10
63,7
155,1
-
142°
120
3
42
27
18
13
60,4
187,2
-
155°
140
4
35
30
20
15
62,4
149,6
0,1
130°
113
5
30
32
22
16
61,3
151,3
-
145°
113
Патент 1815943
46-75
9-23
6-20
2,5-4
2-5
49,6-60,1
85,4-119,5
0,6-1,2
25-200