АРМИРОВАННЫЙ ПЛАСТИНЧАТЫЙ ЭЛЕМЕНТ ИЗ ПРИРОДНОГО ИЛИ КОНГЛОМЕРАТНОГО КАМНЯ И ЕГО МНОГОСЛОЙНОЕ ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ
REINFORCED NATURAL OR CONGLOMERATED STONE PLATE-LIKE ELEMENT AND MULTILAYERED PROTECTIVE COATING THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к пластинчатым элементам из природного или конгломератного камня, в частности к плоским элементам, таким как керамическая плитка или пластина, содержащим в качестве основы мрамор или другой тип камня на основе карбоната кальция.
В первом общем аспекте настоящего изобретения износостойкость или химическая стойкость указанных пластинчатых элементов из природного или конгломератного камня существенно повышена за счет особого защитного покрытия, содержащего несколько специальных защитных слоев, нанесенных на лицевую поверхность элемента во время схватывания последнего, который используют в качестве покрытия поверхности здания или конструкции. Это многослойное защитное покрытие каменного элемента защищает основу от царапания, износа и механических воздействий, а также от воздействия внешних химических веществ, которые могут отрицательно повлиять на структуру основы. Нанесенное защитное покрытие также позволяет использовать в качестве основы относительно тонкую пластину из природного или конгломератного камня, в частности мрамора, содержащую значительную долю повторно используемых частиц.
Одним из вариантов осуществления настоящего изобретения обеспечивается керамическая плитка или пластина из природного или конгломератного камня, на лицевой поверхности которой имеется покрывной слой, защищенный указанными нанесенными защитными слоями, которые, несмотря на защитную функцию, не мешают зрительному восприятию указанного покрывного слоя. Покрывной слой может иметь любой рисунок, в частности выглядеть как древесина.
Уровень техники
Элементы из природного или конгломератного камня широко используются в строительной промышленности, спектр вариантов их использования простирается от панелей для пола и стен до крышек кухонных столов и прилавков. Одним из основных недостатков некоторых плоских элементов из природного или конгломератного камня, особенно, содержащих мрамор или другой тип камня на основе карбоната кальция, является относительно низкая стойкость к царапанию, износу, воздействию химических веществ и УФ-излучению.
Предложено много способов защиты пластинчатых элементов из природного или конгломератного камня.
В DE-А-102004023153 предлагается способ нанесения защитного слоя из боросиликатного стекла, присоединенного к поверхности или основе конструкционного элемента из природного или искусственного камня посредством связующего слоя. Данное изобретение обеспечивает решение проблемы и износостойкости, и химической стойкости поверхности природного или искусственного камня, однако подход, заключающийся в нанесении тонкого слоя боросиликатного стекла существенно отличается от подхода, используемого в настоящем изобретении, и не обеспечивается сходных преимуществ.
В US-В-6205727 предлагается наносить армирующий слой на видимую поверхность плит из каменного материала. Для плит из мрамора и гранита, особенно тонких плит, армирующий слой состоит из нескрученных стеклянных нитей, предпочтительно, в форме мата и прозрачной смолы, стойкой к воздействию атмосферных факторов и химических веществ. Получают армированную плиту, обладающую малой толщиной, характеризующуюся значительно повышенной прочностью на отрицательный изгиб вдоль лицевой поверхности и, одновременно, прочностью на положительный изгиб вдоль задней, невидимой, поверхности, когда задняя поверхность также армирована. В данном описании изобретения также упоминается об использовании чрезвычайно тонкодисперсного стеклянного или кварцевого порошка для повышения стойкости к царапанию или абразивному износу. Указано, что эпоксидные или акриловые смолы, наполненные поглотителями УФ-излучения и/или, так называемыми, акцепторами УФ-излучения, повышают стойкость готового продукта к УФ-излучению.
Наносимые на поверхность износостойкие защитные слои широко используют при изготовлении слоистых материалов, среди прочих можно назвать US-B-3663341, US-B-3756901, US-B-4255480, DE-A-2107091. В US-A-2008/0014343 описана повышенная стойкость к царапанию изделий, таких как изделия на древесной основе, или автомобильных поверхностей, в которых присутствует добавка на основе наночастиц, и описана пленкообразующая композиция, содержащая смолу, множество наночастиц, поверхностно-активный материал и полимерное диспергирующее вещество.
US-B-6955834 относится к долговечному покрытию для модификации твердых поверхностей и к способу его нанесения, в этом документе описан материал покрытия для твердых поверхностей, каковой материал покрытия содержит эффективное количество несветочувствительных наночастиц. Хотя указано, что нанесение данного покрытия может быть осуществлено на каменные поверхности, включая гранит, мрамор, песчаник и т.д., это изобретение, главным образом, относится к и заявляет права на панель кузова автомобиля.
В US-B-6896958 описана прозрачная пленкообразующая композиция, содержащая нанокристаллические частицы с обработанной поверхностью, диспергированные в сшиваемой смоле, обеспечивающая, по существу, прозрачное, стойкое к абразивному износу покрытие, получаемое на основе, такой как напольные покрытия, столешницы для кухонных столов и панели кузова автомобилей.
2
3
В ЕР-В-1122334 описан способ получения панели с покрытием в виде слоя AlO. Нанесение этого покрытия осуществляют путем химического осаждения из паровой фазы при высокой температуре и в регулируемой атмосфере.
2
3
В ЕР-1160283 описана композиция, предназначенная для получения стойкого к износу, легкоочищаемого покрытия на основе, содержащей смесь фторполимерного компонента и компонента, образующего эмаль, каковой компонент, образующий эмаль, содержит по весу от, примерно, 15% до, примерно, 30% AlO. Это покрытие наносят, главным образом, на панели кузова транспортных средств, однако, также описано использование в качестве покрытия для керамики и камня.
В US-B-6896934, относящемся к композициям гибридных покрытий, в качестве известного способа для устранения затруднений при получении антипригарного полимерного покрытия, которое хорошо сцепляется с основой, такой как керамика, указан способ нанесения одного или более грунтового слоя, содержащего адгезивные смолы для улучшения сцепления фторполимерных верхних слоев с основой. Как и в этом предшествующем уровне техники, в данном изобретении термин грунтовой слой следует понимать именно в этом конкретном значении.
В US-B-5431962, JP61286281 и DDA3223043 описана бетонная основа, снабженная многослойным покрытием, предназначенным для защиты основы от абразивного износа.
Настоящим изобретением обеспечивается пластинчатый элемент из природного или конгломератного камня, такой как керамическая плитка или пластина, с защитным многослойным покрытием, специально разработанным с целью надлежащего армирования и защиты каменной основы, которая, следовательно, может быть тоньше, чем другие пластинчатые элементы, уже известные в данной области. Кроме того, данным изобретением также обеспечивается пластинчатый элемент из конгломератного камня с покрывным слоем, в частности древесным, на лицевой поверхности, который остается под покровом указанного многослойного защитного покрытия.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение позволяет решить проблему повышения и износостойкости, и химической стойкости пластинчатых элементов из природного или конгломератного камня путем нанесения на поверхность природного или конгломератного камня одного или нескольких защитных слоев, что также способствует повышению ударопрочности, таким образом, обеспечивается пластинчатый элемент, такой как керамическая плитка или большая плита, который может быть установлен в неблагоприятных в отношении агрессивного воздействия условиях внешней среды, где он должен выдерживать различные виды ударного воздействия, такие как при хождении по нему людей, если указанный элемент установлен на полу.
Таким образом, настоящим изобретением обеспечивается армированный пластинчатый элемент из природного или конгломератного камня, содержащий:
- основу из природного или конгломератного материала; и
- многослойное покрытие, обеспечивающее защиту указанной основы от воздействия химических веществ и различных изнашивающих механических факторов, которые могут действовать на этот элемент.
Что касается данного подхода настоящего изобретения, указанное многослойное покрытие содержит три или более слоя, образованных одной или множеством пленкообразующих композиций, включающих:
- верхний слой, обеспечивающий защиту от царапания;
- амортизирующий промежуточный слой, обеспечивающий ударопрочность; и
- нижний слой, прилегающий к указанной основе, обеспечивающий стойкость к абразивному износу.
2
3
В одном из вариантов осуществления изобретения указанный верхний слой включает стойкие к царапанию наночастицы, окруженные смолой, подбираемой как полиэфирная, меламиновая, фенольная, акриловая и эпоксидная смола или любое их сочетание; и указанный нижний слой, обеспечивающий стойкость к абразивному износу, включает частицы AlO или карбида кремния и т.п. плюс акриловый полимер.
В другом варианте осуществления изобретения защитное многослойное покрытие также обеспечивает повышение стойкости к конкретным химическим веществам, таким как кислоты.
В еще одном варианте осуществления изобретения многослойное покрытие также обеспечивает защиту от УФ-излучения, с этой целью оно содержит смолу с УФ-стабилизаторами и/или антиокислительные компоненты.
4
Что касается указанных стойких к царапанию наночастиц, верхний слой содержит, в предпочтительном варианте осуществления изобретения, наночастицы SiC, BN, BN, оксид алюминия или их сочетание.
В одном из вариантов осуществления элемента, обеспечиваемого настоящим изобретением, указанный амортизирующий промежуточный слой изготовлен из эпоксидной и/или акриловой смолы.
Для усиления сцепления между указанной основой и указанным многослойным покрытием, элемент, обеспечиваемый настоящим изобретением, включает грунтовой слой, расположенный между ними.
Многослойное покрытие, вообще, прозрачно или светопроницаемо и позволяет хорошо видеть лицевую поверхность основы (в этом случае указанный грунтовой слой, если его используют, также прозрачен или светопроницаем) или позволяет воспринимать нанесенный на нее рисунок, в зависимости от варианта осуществления изобретения.
Что касается указанного варианта осуществления изобретения, обеспечиваемый настоящим изобретением элемент включает, между указанным грунтовым слоем и указанным многослойным покрытием, покрывной или печатный слой, имеющий некоторый рисунок, который можно видеть снаружи благодаря указанной прозрачности или светопроницаемости многослойного покрытия.
В зависимости от цвета или цветов указанного рисунка, обеспечиваемый настоящим изобретением элемент включает, между указанным грунтовым слоем и указанным печатным слоем, подложку, образованную одним или более красочным слоем фонового цвета (как правило, белого), для выделения указанного рисунка, который, в одном из вариантов осуществления изобретения, выглядит как древесина.
Указанный печатный слой, вообще, представляет собой печатный слой, по меньшей мере, одного цвета, отличающегося от цвета указанной основы или указанного красочного слоя подложки, если таковой имеется.
Указанный красочный слой, в одном из вариантов осуществления изобретения, образован высушиваемой при нагревании краской на водной основе.
Что касается способа получения указанных слоев, в одном из вариантов осуществления изобретения их наносят на указанную основу, например, при помощи вальцов, после чего отверждают.
2
В зависимости от применения, обеспечиваемый изобретением элемент снабжают слоями или пленками, число которых составляет от пяти до двенадцати, где каждый из указанных слоев или пленок характеризуется 20-30 г/м и 10-30 мкм, при этом авторы настоящего изобретения, в соответствии с экспериментальными испытаниями, считают, что толщина всей группы слоев, достаточная для получения хороших эксплуатационных характеристик, должна быть менее 150 мкм.
Как вариант, а также для улучшения сцепления указанных слоев, изготовленных из смолы, с указанной поверхностью основы, в обеспечиваемом настоящим изобретением элементе, поверхность основы, на которую нанесено указанное многослойное покрытие, подвергнута обработке коронным разрядом.
В некоторых вариантах осуществления изобретения указанная основа представляет собой конгломератный искусственный камень из повторно используемого материала (такого как шлам) толщиной от 6 до 30 мм. В некоторых вариантах осуществления изобретения указанная основа может включать один или несколько повторно используемых материалов, соединенных органическим или неорганическим связующим, например каменное литье.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения обеспечивается плита или плитка, либо представляющая собой сам элемент, либо полученная путем нарезки плиты на более мелкие куски, если обеспечиваемый изобретением элемент представляет собой плиту. Настоящее изобретение также может обеспечивать большие плиты, предназначенные для облицовки больших площадей, главным образом, когда основа является конгломератной.
Краткое описание чертежей
Указанные выше и другие преимущества и отличительные особенности изобретения станут понятнее при рассмотрении следующего далее подробного описания пояснительных, но не носящих ограничительного характера вариантов осуществления изобретения в сочетании с прилагаемым чертежом, на котором:
Фиг.1 представляет собой поперечный разрез на виде сбоку обеспечиваемого настоящим изобретением элемента в одном из вариантов его осуществления.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 настоящее изобретение показано в деталях; представленный на этом изображении армированный пластинчатый элемент из природного или конгломератного камня включает:
- основу 1 из природного или конгломератного каменного материала;
- по существу, прозрачное или светопроницаемое многослойное покрытие, обеспечивающее защиту указанной основы 1 от химических веществ и изнашивающих механических факторов, которые могут воздействовать на этот элемент;
указанное многослойное покрытие включает, в показанном варианте осуществления изобретения, три слоя, образованных одной пленкообразующей композицией, включающих:
- верхний слой 6, обеспечивающий защиту от царапания;
- амортизирующий промежуточный слой 5, обеспечивающий ударопрочность; и
- нижний слой 4, прилегающий к указанной основе 1, обеспечивающий стойкость к абразивному износу.
Показанный на фиг.1 элемент также включает расположенный между указанной основой 1 и указанным многослойным покрытием грунтовой слой 2а, предназначенный для усиления сцепления между ними, поверх которого находится покрывной или печатный слой 3, имеющий рисунок, который, в данном случае, выглядит как древесина.
Между указанным грунтовым слоем 2а и печатным слоем 3 находится белая подложка 2b для выделения указанного рисунка.
В поясняемом на фиг.1 варианте осуществления изобретения основа 1 имеет непривлекательную поверхность природного или конгломератного камня, например, полученного из повторно используемого каменного материала, которому в случае лицевой поверхности придают более эстетичный вид при помощи указанного печатного слоя 3.
Это имеет место, например, когда основа 1 представляет собой литой конгломератный камень из повторно используемого шлама. Указанная основа также может быть тонкой, что не затрудняет манипулирование. Таким образом, возможно безвредное для окружающей среды и рентабельное решение проблемы утилизации образующегося шлама и других отходов процесса производства конгломератного камня, устраняющее или значительно снижающее необходимость захоронения подобных отходов.
В других, не показанных вариантах осуществления изобретения, в которых основа сама по себе имеет приятный эстетичный вид, указанный печатный слой 3 и указанную подложку 2b не используют. Благодаря прозрачности многослойного покрытия из смолы/защищающих от износа частиц 4, 5, 6 внешний вид поверхности природного или конгломератного камня не изменяется или почти не изменяется. Следовательно, продукт может быть предложен к продаже как классический природный или конгломератный камень, но с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
Одним из слабых мест некоторых природных и большинства конгломератных связанных смолой каменных материалов является низкая стойкость к атмосферным воздействиям, более конкретно, стойкость к воздействию УФ-излучения, приводящего, со временем, к снижению качества. Путем введения УФ-стабилизаторов и/или антиокислителей в защищающий поверхность слой можно повысить стойкость к УФ-излучению. Благодаря тому что УФ-стабилизаторы используются в тонком защищающем поверхность слое на элементе из природного или конгломератного камня, можно применять относительно высокую концентрацию УФ-стабилизаторов без неоправданного увеличения стоимости конечного продукта. Например, в элементах из связанного смолой конгломератного камня для достаточной защиты смолы от разрушения под действием УФ-излучения необходимо использовать УФ-стабилизаторы в относительно высокой концентрации. Поскольку смола находится во всей матрице конгломератного камня, это значительно увеличивает стоимость конечного продукта. Однако, вводя УФ-стабилизаторы только в защищающий поверхность слой, такой прирост стоимости можно существенно уменьшить.
2
3
2
3
Настоящее изобретение отличается от предшествующих изобретений следующими двумя особенностями. В существующих изобретениях, относящихся к элементам из природного или конгломератного камня, ни одно из раскрываемых решений не обеспечивает износостойкости (стойкости к царапанию и абразивному износу), а также защиты от ударных воздействий, таким образом, как это предлагается в настоящем изобретении, а именно путем нанесения защитного многослойного покрытия, верхний слой 6 которого состоит из чрезвычайно износостойких частиц AlO, соединенных смолой. С другой стороны, имеющиеся решения в отношении защиты от износа и химического воздействия при помощи чрезвычайно износостойких частиц AlO в смеси со смолой являются только предположениями и предусматривают применение для ламинированной и/или конгломератной древесины, что по свойствам значительно отличается от материалов, представляющих собой природный или конгломератный камень.
Одно из главных отличий снабжения защищающими поверхность слоями конгломератного камня, а не ламинированных материалов или материалов на деревянной основе заключается в существенном различии молекулярных структур, следовательно, сложнее осуществить сцепление защищающего поверхность слоя с материалом из конгломератного камня. Для усиления сцепления между защитным многослойным покрытием 4, 5, 6 на основе смолы с поверхностью основы 1 из природного или конгломератного камня, поверхность может быть подвергнута обработке различным образом. Например, при использовании обработки коронным разрядом может быть увеличена поверхностная энергия поверхности конгломератного камня. Таким образом, повышается полярность поверхности конгломератного камня, и полярные смолы лучше сцепляются с ней.
Экспериментальная часть
Было проведено несколько испытаний, направленных на достижение значительного усовершенствования поверхности природного/конгломератного камня, как описано выше. Сначала выпускаемую серийно бесцветную бумагу оверлей, содержащую частицы корунда, нанесли на составной камень на основе гранита, используя различные типы смол. Нанесение вручную бумаги оверлей на полированную поверхность составного мраморного камня с ортофталевым полиэфиром не принесло желаемых результатов, так как при использовании небольшого количества смолы бумага оверлей не выглядела прозрачной. С другой стороны, при нанесении на испытательный образец большего количества смолы была достигнута прозрачность, верхняя поверхность испытательного образца была полностью покрыта полиэфирной смолой, что было причиной снижения стойкости к царапанию и твердости поверхности по сравнению с исходным составным мраморным камнем. Испытания были повторены с различными типами смол, такими как акриловые и эпоксидные смолы, однако результаты не улучшились.
Были проведены испытания, воспроизводящие этот процесс в дублировочном прессе, чтобы повысить прозрачность. Тем не менее, испытания не были успешными, так как при низких давлениях пресса (<10 бар) наложенный материал плохо прилипал к поверхности, а при высоких давлениях (>10 бар) составной мраморный материал не выдерживал этих давлений и разрушался.
Из-за неудовлетворительных результатов испытаний с использованием бумаги оверлей была проверена новая концепция, заключающаяся в смешивании высокоабразивных частиц, таких как кварцевый порошок, с различными типами смол в разных пропорциях. При нанесении смеси 5% вес. кварцевого порошка с полиэфирной смолой на поверхность составного мраморного камня был получен полностью прозрачный защитный лак. Тем не менее, из-за небольшого количества кварцевого наполнителя свойства поверхности (<3 твердости по шкале Мооса) не были улучшены по сравнению с исходным мраморным композитом, который обладал твердостью поверхности 2-3 по шкале Мооса. Когда концентрацию кварцевого порошка увеличили до 50%, твердость по шкале Мооса повысилась, но поверхностный слой стал непрозрачным, следовательно, бесполезным для предусматриваемого варианта применения. Аналогичные испытания провели для таких смол, как смолы на акриловой и эпоксидной основе, однако результаты были такими же, или худшими.
Был разработан план испытаний, в ходе которых несколько «микрослоев» различных композиционных материалов наносили на поверхность составного мраморного камня и, в конце концов, получили элемент настоящего изобретения, который, в одном из вариантов своего осуществления, поясняется фиг.1. Для нанесения нескольких слоев толщиной лишь несколько микрон каждый, в данном случае слоев 2а, 2b, 3, 4, 5 и 6, использовали вальцовый механизм для нанесения лака.
Независимые испытания показали, что при применении стандарта испытаний UNE EN 438-2 по стойкости к царапанию соответствующий параметр для снабженного защищающим поверхность слоем составного мраморного камня увеличился с 1,7 Н до 6,0 Н, что означает, что для получения видимых царапин на испытательном образце нужно было приложить к защищенному образцу почти в четыре раза большее давление, чем к незащищенному мраморному композиту.
Независимые испытания показали, что при применении стандарта испытаний UNE48250:1992 по стойкости к абразивному износу износ снабженного защищающим поверхность слоем составного мраморного камня уменьшился с 106 до 56 мг/1000 циклов, что означает, что при том же количестве циклов абразивных испытаний защищенный испытательный образец мраморного композита теряет только половину материала по сравнению с исходным незащищенным составным мраморным камнем.
Также были проведены испытания характеристик поглощения энергии удара, которые показали, что элемент настоящего изобретения, благодаря наличию промежуточного слоя 5, обладает хорошими характеристиками поглощения энергии удара.
Общий вывод: при нанесении многослойного защитного покрытия, описанного в настоящем изобретении, значительно повышается износостойкость, стойкость к царапанию и ударопрочность.
Специалисты в данной области могут внести в описанные варианты осуществления изобретения изменения и модификации, не выходящие за объем настоящего изобретения, описанный в прилагаемой формуле изобретения.