可用于建筑和装饰的基于火山岩颗粒的混合物、层压制品和板及其制备方法

摘要

本发明涉及用于在固体基底上制造岩片的混合物，以用于装饰目的。该混合物包括凝集剂的粘合组合物，所述凝集剂包含颗粒大小为1微米至5微米的火山岩颗粒和聚合物混合物，所述火山岩颗粒和聚合物混合物的组合量足以起到板层的其他成分的粘合剂的作用；其量足以稳定所述组合物的硅酸盐化合物；和使组合物湿润和流化的量的水。所述混合物可以含有用于形成板层或形状的其他成分，并且可以形成为可用于建造和装饰建筑物的板或在板上形成，所述板由用上述混合物制造的岩片和固体基底构成。本发明还公开了用于制备上述混合物和可用于建造和装饰建筑的表面板的方法。

说明书

本发明的技术领域

本发明涉及建筑和装饰的技术领域，尤其是关于建筑物的修整和装饰，因为其是岩片和板的混合物，可用于建筑表面和其他物体的修整和装饰。本发明还涉及其制造方法。这些产品由火山岩颗粒制得。 

发明背景

由于其很美观并且由于可以由人容易地雕刻和切割的事实，火山岩(volcanic rocks)一直是高价值的材料。这使得它们供不应求，并且其在现代建筑中的使用已经变得更为昂贵，因此使得它们成为只用于豪华建筑中的奢侈产品。这些岩石也称为火成岩或碎屑火成岩，例如，由爆发事件中从火山喷发的碎片状火山产物构成的岩石。 

墨西哥的土壤侵蚀部分地是由于采石场开采共计71800万吨的火山岩引起的，其已经在国境内造成了超过3700万吨无用固体残留物的环境污染(INEGI，经济和生态学统计，2004)。 

已知几种具有天然岩石外观的板材，但这些只是仿制品：当我们触摸、嗅闻和观察它们时，它们不是岩石的事实变得明显。这些石板通常用于为了节约安装的时间和成本的目的的大部分由预制建筑材料制成的建筑中。 

在这一类别中，还存在具有天然岩石覆盖的铝、聚苯乙烯和其他材料板，相对于其重量和支撑它们的板，所述天然岩石覆盖是以有限的大小获取的。这些岩石使用合成的胶粘剂粘附在板上，因此制备它们的制造方法具有非常高的成本，并且它们的外形尺寸受限于得到它们的岩石的大小，从而使得所述片材和制造方法在大小和形状方面受到限制。 

天然火山岩板存在数千年了，它们最重要的缺点在于它们的重量，因 而难以运输和安放。从天然火山岩获取的板材在操作时通常比较易碎：震动或碰撞可使其破裂。由于这个原因，它们必须制成足够厚以使得它们可以更牢固并且抗裂。当将它们放置在墙上时，这些板材通常具有巨大的重量，这使得难以或不可能在不引起其自身或墙壁的损伤的情况下安装。它们安放于其上的墙壁必须足够结实和牢固，以能够支撑板材的重量。即使这样，由于安放时产生的持续撞击，这些板材仍然存在断裂的风险。 

由于上述的不便利性，需要可用于装饰并且基于火山岩颗粒的改良岩石板，而本发明现在提供了这些岩石板及其配方和制造方法。 

发明概述

本发明涉及各种粘合组合物和混合物，其用于形成用作建筑构造或用于建筑构造中的制品。 

在一个实施方式中，本发明涉及用于制造层压制品的粘合组合物，其包含凝集剂，所述凝集剂包含粒度为1微米至5微米的火山岩颗粒和聚合物混合物，其组合量足以作为用于层压制品的其他成分的粘合剂；其量足以稳定所述组合物的硅酸盐化合物；和使所述组合物湿润和流化的量的水。 

在这种粘合组合物中，火山岩颗粒以25％至50％的量存在；聚合物混合物以10％至40％的量存在；和硅酸盐以1％至10％的量存在，所述量是基于干组合物的重量。将水加入以使得所述组合物能够与其他材料结合以形成用于制造层压制品的混合物。所述混合物包含所述粘合组合物和岩石、塑料、玻璃、木材、金属或矿物的固体颗粒状材料的填充物。 

另一个实施方式涉及用于制造层压制品的优选混合物，其包含以高于混合物50％的量存在的直径为1微米至3mm的火山岩颗粒；含有聚合物混合物的凝集剂，所述聚合物混合物的量足以用作岩石颗粒的粘合剂；其量足以稳定所述混合物的硅酸盐化合物；和使混合物湿润和流化的量的水。 

所述岩石颗粒有利地以混合物的约58％至88％的量存在，并且岩石 颗粒以多种不同粒度级(size fraction)存在，包括具有1微米至5微米的粒度并且以混合物重量的18％至28％的量存在的第一粒度级；具有0.25mm至1.75mm的粒度并且以混合物重量的10％至20％的量存在的第二粒度级；和具有2mm至5mm的粒度并且以混合物重量的30％至40％的量存在的第三粒度级。 

所述凝集剂优选是乳化的，并且以混合物重量的8％至25％的量存在。该试剂包含重量比为1∶4至3∶2，优选1∶1至2∶3的水分散性嵌段共聚物和乙烯基聚合物。水分散性聚合物粉末包含混合物重量的4％至10％的量的嵌段共聚物；和混合物重量的4％至15％的量的乙烯基聚合物。 

优选的嵌段共聚物是丙烯酸丁酯和苯乙烯共聚物，而所述乙烯基共聚物包含以混合物重量的约3％至10％的量存在的乙烯基丙烯酸共聚物(vinyl acrylic co-polymer)和以混合物重量的约1％至5％的量存在的聚乙酸乙烯基酯树脂的组合。 

所述混合物还包括硅酸盐化合物以提高混合物的稳定性。该化合物优选是混合物重量的约1％至5％的量的水合硅酸镁。硅酸盐化合物也可以是高岭土，例如，Al₂Si₂O₅(OH)₄。 

所述混合物包括约15重量％至30重量％的量的水以利于成分的处理和混合。 

本发明还涉及通过将这些混合物中的一种形成所期望的形状并且使成形的混合物干燥而制备的制品。其形式可以包括具有抛光至所期望的精整度(finish)的外表面的片、板、瓦片、柱或束。还可以使用密封剂处理抛光的成品。所述制品可以包括金属、玻璃、木材或纤维强化物，或可以提供在塑料、木材、金属、无机矿物、陶瓷或混凝土的基体上，所述基体任选含有用于固定所述制品在地面或建筑上的胶粘剂。所述制品可以制备成建筑物或其他结构的内部或外部结构部件。 

本发明的另一个实施方式涉及制备混合物的方法，包括提供每千克火山岩颗粒约0.1至0.4升的量的水并将混合物均质化。凝集剂优选是乳化的，并且所述混合物在以500至1000rpm运行的常规混合器中均质化30至120分钟。 

可以将均质化的混合物制成各种不同的制品。本发明包括形成装饰岩石制品的方法，包括将均质化的混合物形成所期望的形状并且使成形的混合物干燥。可以通过浇铸或模制将所述均质化的混合物形成所期望的形状。通常，将干燥的混合物抛光至所期望的精整度，任选地随后施用密封剂。该方法还包括将均质化的混合物在基体上成形；将干燥的混合物抛光至所期望的精整度；并且任选地对基体提供胶粘剂以将制品固定在地面、墙壁或结构的侧面上。该材料还可以用于形成结构的那些部分。 

附图简述

在以下描述中，以及表格和附图中，清楚地描述了表征用于建筑和装饰的基于火山岩颗粒的混合物、岩片和板，以及本发明的制造方法的详细内容，其中： 

图1是与市售产品相比，说明了本发明的板的重量的图。 

图2说明了本发明的板和一些市售产品之间的导热性的性能。 

图3显示了本发明的板对盐酸和一些市售产品的抗性。 

图4说明了与一些其他市售产品相比较的本发明的板的安装时间。 

发明详述 

本发明提供了利用火山岩(即，火成岩或碎屑火成岩)的美观和高观赏价值，以及在世界的有限区域中发现的火山岩沉积物产生的废物制得的产品。当开采这些沉积物时，由于不能100％利用从沉积物中取出的火山岩的事实，产生了大量的火山岩废物，并且形成了大的环境污染。 

本发明现在回收利用这种火山岩废品以形成新的和有用的岩石面板产品。这些产品利用了获取大块火山岩时产生的废物来形成具有与天然火山岩板相同特征的人造火山岩板，从而将这些废物转化成取代100％天然火山岩板的火山岩板，而且除了本文中所述的其他属性以外，还具有不产生污染并且更轻的优点。 

本发明的板具有多种所期望的特征。它们具有与天然火山岩石头或大块岩石(dimensional rock)相同的外观、质地、颜色和气味，但它们比 天然火山岩板轻至少50％。由于使用了具有这种性质的火山岩，它们还耐酸雨(盐酸、硫酸和硝酸)。它们抗紫外线并且在期望时可以用于屏蔽这些射线。所述板是功能性的，能容易且快速地安装在任何预先制造或传统的元件上。 

本发明涉及用于制备可以用于建筑和装饰的在固体基底上的岩片的混合物，所述混合物优选由火山岩颗粒、乙烯基-丙烯酸共聚物、聚乙酸乙烯基酯树脂、丙烯酸丁酯和苯乙烯共聚物、水合硅酸镁和水形成。 

本发明还涉及由上述混合物制得的用于装饰表面的石片。另一个实施方式涉及用于建筑和用于装饰建筑物的板，其包括上述岩石片和固体基底。 

此外，用于制备上述混合物的特定方法包括i)以常规方式混合不同的火山岩颗粒；ii)以每4kg火山岩颗粒1升水润湿所述火山岩颗粒；iii)加入全部的乙烯基-丙烯酸共聚物、聚乙酸乙烯基酯树脂、丙烯酸丁酯和苯乙烯共聚物，以及水合硅酸镁，和iv)用常规不锈钢混合器以500至1000rpm下30至120分钟制备均匀的混合物。 

本发明还包括用于制备上述板的特定方法，所述方法包括：i)在固体基底上划定岩片将要铺设的区域，为此目的，在固体基底上提供周界边缘；ii)以均匀的方式将步骤1、2、3和4中所描述的混合物添加在前一阶段划定的区域上，直至周界边缘内的区域被覆盖；iii)使混合物敞开干燥24至72小时的时间；iv)根据修整类型：粗糙或光滑，用钻石杯(diamond cup)粗磨该板；v)清洗掉层压板的所有残留物，优选通过真空清洗；vi)在该片上施加一层防水性密封剂和vii)使防水性密封剂敞开干燥3小时。为了更快地固化，可以使用热或其他形式的能量，例如微波，来干燥所述材料。 

实施例

以下实施例显示了怎样配制本发明的粘合组合物和混合物来制备各种制品。 

本发明从获自废物的火山岩颗粒开始，并且进行测试以找到火山岩颗 粒和凝集剂的最佳组合。凝集剂通常是以乳液以及树脂的形式商业销售的共聚物。还使用水来润湿所述颗粒，并且以每4千克颗粒1升水的比率来补足混合物的体积。结果显示于表1中。 

如表1中可见的，这些测试显示了由于所赋予的较高的塑性以及更短的干燥时间和没有明显的裂缝，凝集剂的最佳组合是丙烯酸丁酯和苯乙烯+聚乙酸乙烯基酯树脂+乙烯基-丙烯酸共聚物的组合。发现最短的可接受干燥时间是72小时，因为发现没有凝集剂提供短于72小时的干燥时间。 

表1 

与火山岩颗粒混合的几种不同的凝集剂的性能 

塑性以0-10的评分测量，其中最高的值表示高塑性。 

一旦发现凝集剂的最佳组合，则通过另外的测试确定每种组份的最佳量或浓度。对于该目的进行的实验使用不同量的各组份直至确定最佳 剂量。这些测试的结果显示于表2中。 

为了赋予这种混合物更高的防水性，加入了其他组份，特别是碱性水合硅酸盐，如水合硅酸镁或高岭土，以提供与火山熔岩相似的胶质混合物，但在室温下具有粘附和熔化在任何材料上的性能，并且干燥时具有与天然火山岩相同的物理特征，因此其可以耐受与天然大块岩石相同的修整。 

当分析所讨论的混合物的不同组份的剂量时，发现当10-40％的所有共聚物结合硅酸盐和水一起使用时，显著量的颗粒/每平方厘米分离，最佳范围为1％至10％，除了水(其相应的范围为1％至20％)。 

将共聚物和水合硅酸镁以超过40％使用时，片的外观不理想，因为过量的那些添加剂使得火山岩颗粒的浮突(relief)消失。这些剂量对于装饰目的不是优选的，尽管所得到的板呈现出良好的硬度。这些板可以用于其他应用中，如期望耐磨性或抗磨性但不需要装饰外观的情况中。 

表2 

提供混合物组份的不同剂量的性能 

PD-分离的颗粒。外观基于1至5的评分分级，其中更高的值对应于更佳外观；硬度基于1至10的评分分级。 

发现了共聚物可以与水混合(参见表3)，并且获自粉碎岩石的细火山岩粉末含有无机粘合剂(无机功能性矿物)，其在与水以及丙烯酸丁酯和苯乙烯共聚物混合时，发生了改变，这使其具有更高的内聚力、 粘附性和柔韧性。使用这种组合，基底板可以与天然火山岩层压，但在它们干燥时，在片中形成了裂缝，导致该片具有低的耐磨性和防水性。因此，聚乙酸乙烯基酯乳液中的树脂与乙烯基-丙烯酸共聚物一起加入时，提高了混合物的稳定性，由此提高了其粘附性、耐磨性和防水性。因此，所得到的板没有呈现出破裂或裂缝。 

表3 

不同火山岩颗粒的无机粘合剂的百分比 

如在表3中看到的，发现火山岩颗粒的最佳组合是1mm+3mm或3mm+1mm+3微米的组合。此外，2mm+1mm+2微米的组合以及1mm+5微米+1微米或1mm至5mm+0.25mm至1.75mm+2mm至5mm的组合也显示出优异的结果，因此本发明中也考虑这些组合。然而，对于任意一个特定的配方，要考虑结合力和外观以确定最佳混合物。通常，通过使用更小的粒度来获得更强的粘合，而基于破裂或裂缝(来自固化过程中混合物内气体的蒸发)的不存在以及所得到的与未加工石头的相似性来判断外观。必须注意，太多的小颗粒产生裂缝，而较大的颗粒大小赋予成品以天然外观。 

使用本文中公开的优选混合物，在固体基底上进行层压，并且进行了几个测试后，确定以下的方法是最佳的：i)在固体基底上划定岩片将要铺设的区域界限，为此目的，在固体基底上提供周界边缘；ii)以均匀的方式将1、2、3和4中所述的混合物添加在前一阶段中划定的区域上，直至周界边缘内的区域被覆盖；iii)使混合物敞开干燥24至72小时的时间；iv)根据所期望的修整类型：粗糙或光滑，用钻石杯粗磨所述板；v)清洗掉层压板的所有残留物，优选通过真空清洗；vi)在片上施加一层防水性密封剂和vii)使防水性密封剂敞开干燥3小时。所述周界边缘可以是刚性条带或板条，其高度取决于所期望的岩片厚度。 

制备用于制造具有火山岩外观的岩片的混合物的方法包括以下步骤： 

i)以常规方式将形成火山岩颗粒的部分的不同颗粒混合。 

ii)以每4kg火山岩颗粒1升水润湿所述火山岩颗粒部分。 

iii)加入所有的乙烯基-丙烯酸共聚物、聚乙酸乙烯基酯树脂、丙烯酸丁酯和苯乙烯共聚物，以及水合硅酸镁，和 

iv)用常规不锈钢混合器混合，优选在500rpm至1000rpm下混合 30至120分钟。 

本领域技术人员知道这些优选的条件可以根据特定的配方和待制备的最终制品来按照需要改变。例如，可以根据混合物的最终组份来改变均质化的速度和时间，并且这些成分可以根据待制备的产品的大小分批加入或一次性全部加入。所述凝集剂优选在与其他组份混合之前进行乳化。此外，混合物设定的最终硬化条件的干燥或固化时间可以根据相对于其他组份浓度添加的水量而改变。 

所获得的混合物大致与冷的火山熔岩相似，其具有粘附和熔化在任何材料上的特性。干燥后，其具有与天然火山岩相同的硬度和物理特征，因此我们可以对其施用相同的修整处理。重要的是，配方的90％来自天然产物。 

因此，本发明还包括可用于装饰建筑表面以及其他物体表面的板，其中这样的石板包括用已经描述的混合物制得的岩片。 

由本专利申请中所示方法获得的板优选是在现代建筑工程中使用天然岩石的解决方法，由于其外形尺寸、重量和结构，现代建筑工程从来不能被由天然火山岩制得的传统的板覆盖，因为天然火山岩板的重量以及在一定高度放置的限制因素。 

这种板内在特征使其成为具有在建筑业中和用于装饰的许多应用的产品。这种板具有天然大块岩石的所有优点(颜色从不改变，具有天然岩石的外观、气味和质地)，并且没有重量方面的缺陷，因为其是轻得多的产品(重量减轻高达70％)，并且可以用作用于建筑、购物中心、学校、医院和住宅的建筑物正面。作为装饰元素，其可以用于室内和室外墙面，以及用于天花板灯线盒。其可以用于无限量的目的，其唯一的限制就是想象。用于层压所述板的混合物使得我们可以施用胶状混合物，而不是必须使用用于粘附的网，并且在其干燥时，岩石与所用的板的材料一起熔化，形成独特的内聚。用钻石杯粗磨使其看上去象用钻石盘抛光过的装饰用大块岩石。 

在板上可以获得的层压的品种等于在全世界不同的火山岩沉积物中发现的天然岩石的类型和颜色的范围。 

以下连同附图一起进一步描述本文中讨论的板的优点，可以证明通过任意一种常规产品不能获得这样的结果。特别地，板的重量比由单独的天然火山岩制得的低70％。其外观、质地、颜色和气味与只用天然岩石制得的板相同。本发明的板具有柔韧性以及提供绝热、抗酸性、耐高温性、防水性、抗细菌、真菌和其他潮湿相关生物的作用和抗UV照射的能力(即，其颜色从不改变)。该板还可以用于提供隔音，并且其提供了在任何类型的重质或轻质材料上的简单且快速的安装。 

这些火山岩层压板可以用作用于建筑、购物中心、学校、医院和住宅的建筑物正面。作为装饰元素，其可以用于室内和室外墙面，以及用于天花板灯线盒。其可以用于无限量的目的，唯一的限制就是想象。它们最大的优点之一是易于安装，因为它们可以以相同的简单性和通过使用用于安装石膏板的相同常规框架和螺丝钉安装在室内和室外。对于室外用途，它们可以与水泥板一样容易地安装，并且可以使用用于水泥板的相同常规框架和螺丝钉。在拱腹的情况中，它们可以与普通拱腹一样容易地安装并使用相同的用于其安装的常规系统。 

这些板具有优于固体石板的其他优点：它们可以用螺丝钉、粘附剂或砂浆直接粘附于墙面上而不是必须使用框架。它们还可以用于制备家具和装饰物品，如桌子和工作台面。 

重要的是强调以下事实：之前所述的混合物可以应用于固体物体表面(如，容器、瓶子、盒子或任何其他固体表面)以装饰它们。为了进行这个应用，所述表面必须简单地清洁过，然后通过直接接触施加混合物，然后必须使其干燥并随后对其粗磨。在从其清洗掉所产生的灰尘后，添加防水性密封剂，并且用岩石层压制品完成物体的装饰。 

因为最终的制品和产品优选是岩石建筑，它们能够用作建筑构造中的承重或结构元件。可以按照需要将混合物加固以用于这些应用。还可以使用本文中公开的粘合组合物和除了岩石以外的其他固体颗粒状材料的填充剂，并且仍然能够制备制品和层压制品。合适的替代填充材料包括塑料、木材、玻璃、金属或矿物。这些填充材料可以是任何选定的大小，以对制品或层压制品提供美学或功能的外观或结构。 

粘合组合物由可以组合以将所述填充剂保持在固体的致密产物中的组份形成，所述固体的致密产物可以作为本文中所述的岩石层压制品的替代品形成所期望的制品。特别地，粘合组合物利用了具有1至5微米的相对小的粒度的火山岩颗粒和聚合物混合物的组合，其以用作层压层的其他组份的粘合剂的组合量一起发挥作用。基于干的粘合剂组合物来确定这些组份的量，并且火山岩颗粒以25％至50％的量存在，而聚合物混合物以10％至40％的量存在。本文中所述的用于混合物的任何一种聚合物混合物可以用于粘合剂组合物中。粘合剂组合物的另一组份是本文中所述类型的硅酸盐，并且以1％至10％的量来使用以稳定粘合剂组合物。将这些组份与使组合物湿润和流化的的量的水混合在一起。接着，将粘合剂组合物与填充材料结合在一起。通常，将约40重量％至60重量％的粘合剂与约40重量％至60重量％的填充剂混合以形成混合物，所述混合物然后可以用与本发明的岩石混合物相同的方式用于形成层压制品或其他制品。 

所得到的产品可以根据使用者的期望改变，并且它们可以以多种不同的方式来使用。混合物自身可以浇注在结构的地面上，并且使其干燥，然后抛光和密封得到最终质地或精整度。可以通过将混合物施加于合适的基体上来形成瓦片和面板，所述基体包括木材、塑料、钢材、铝、水泥、陶瓷或其他能够将浇注部分移动或运输至所期望位置的支持材料中的任何一种。支持物的背侧可以包括用于将瓦片固定在地面或墙面上的胶粘剂。当使用相对薄的面板时，可以使用螺丝钉或螺栓将这些固定在结构上。可以在面板中提供孔或洞以用于接收螺栓或其他安装硬件。还可以将瓦片或面板固定在钢结构上，其用于构造带有面板或瓦片的建筑物，从而提供建筑的装饰面。 

还可以通过模制或浇注成所期望的构型将混合物成形成制品。以这种方式，可以制备各种块、立方体、杆或其他形状。可以通过抛光来修整制品的暴露面或不进行抛光，这取决于所期望的最终质地和精整度。在完成所需修整后，可以应用常规的混凝土或陶瓷密封剂。 

将混合物形成产品时，可以使用各种强化材料，包括玻璃纤维、钢棒 或板条，或可以包括木材、玻璃、陶瓷或其他石材的填充物，这取决于所期望的外观和强度的要求。 

由于所述混合物的多用途和易于施用，可以容易地制得特定的建筑产品，包括墙面、块或墙面元件、喷泉、管子、窗户或门框，或者其他负重或装饰元件。这些产品防潮、耐酸或酸雨、耐海水和其他环境条件，同时由于其耐用的特性，其美观性能够保持多年。