仿大理石团块图案人造石的制备方法及其制备的人造石

摘要

一种仿大理石团块图案的人造石之制备方法，包括如下步骤：a)搅拌制备两种以上的泥料，其中至少有一种为团块泥料，所述团块泥料的塑性范围是：用手掌紧握泥料捏成的泥团，由30cm高度自由落体掉到硬地面上，该泥团不会像散沙般松散开，而是破裂成两个或再多的团块，其中不小于5mm块径的团块占据该落地泥团料总重量的80％以上；b)将步骤a)制备的两种以上的泥料汇合并进行制形搅拌，使得团块泥料在搅拌作用下被撕裂但仍保持团块结构的同时，被另外的泥料分散隔离开来；c)抽真空并布料至模具；d)真空振动压实；固化。该方法制备的人造石，具有形态与位置随机分布的团块纹理，外观进一步类似于天然石材。

说明书

技术领域

本发明涉及人造石及其制备方法，属于材料加工领域。

背景技术

树脂型人造石，本文中简称为人造石，是利用天然石材碎料，经树脂组合物(含引发剂、促进剂等)粘结，再经抽真空振动密实成型而做成的一种装饰坯(块、板)料。人造石的坯(块、板)料经切割、铣磨、抛光等加工后，最终做成各种装饰板材、异型材。人造石是近年来石材中发展较快的一种新品种，兼备大理石的天然质感和坚固质地，陶瓷的光洁细腻，木材的易加工性，可广泛应用于各类建筑物的地面、墙面、台面的装饰，在建材行业有广泛的发展前景。

目前的人造石与天然石材颜色及质感相似，但缺点是颜色单调，花纹简单。现阶段的生产工艺方法是，将不饱和聚酯树脂、固化助剂、天然大理石碎石料、颜料以及填料(亦即细微粉状大理石)等投入到搅拌机中混合均匀，而后于真空状态下卸料至模具中，继而进行真空振动压型，再固化、切割、抛光，即得到人造石板面，其图案特征基本上限于石料颗粒成斑点状分布，类似天然花岗石，如图1所示。亦可用玻璃碎粒、贝壳等代替部分天然石碎石料来生产人造石板材，但得到的版面仍然是斑点状类型的。虽可人为调配颜色来增加一些花样，但始终不能解决整体花纹单调的固有缺点。

人造石发展至今市场上产品花色依然单调的状况，已明显不能满足人造石产业进一步发展的需要。其改进方向应是外观尽可能仿真于天然石材，从而取代那些资源日趋匮乏的天然石材，真正意义上达到仿于天然石材，而又优于天然石材。

团块图案的天然大理石装饰价值高而广受市场欢迎，形势需要开发制备这种类型人造石的技术方法。

发明内容

针对上述需要，本发明提供一种仿大理石团块图案人造石的制备方法，由其获得的人造石具有形态与位置随机分布的团块状纹理，外观上进一步类似于天然石材。

本发明提供的技术方案描述如下：

一种仿大理石团块图案的人造石之制备方法，包括如下步骤：

a)通过均化搅拌制备两种以上的泥料，所述两种以上的泥料中至少有一种为团块泥料，

所述团块泥料的塑性范围是：用手掌紧握该泥料捏成的泥团，由30cm高度自由落体掉到地面上，该泥团不会像散沙般松散开，而是破裂成两个或者两个以上的团块，其中不小于5mm块径的团块占据该落地泥团料总重量的80％以上；

b)将步骤a)制备的两种以上的泥料汇合并进行制形搅拌，使得团块泥料在搅拌作用下被撕裂但仍保持团块结构的同时，被另外的泥料分散隔离开来；

c)抽真空并布料至模具；

d)真空振动压实；固化。

步骤c)、d)中，所述真空的真空度为-0.077MPa以上。

优选地，步骤d)中的固化为常温固化。

所述团块泥料的配方中包括：

骨料          30～80

填料          20～50

树脂组合物    4～8；

以上表达系以配合料总重为100重量份计。

优选地，所述骨料其粒度对应的目数为4目～400目，其品种为大理石、石英石、花岗石中的至少一种。

优选地，所述填料其粒度对应的目数为400目以至更细，其品种为大理石、石英石、花岗石中的至少一种。

优选地，所述不饱和聚酯树脂组合物中包含不饱和聚酯树脂、引发剂和促进剂。

本发明所提供的人造石的制备方法与现有技术相比，能够制备出具有形态与位置随机分布的团块纹理，其边沿或清晰鲜明类似马铃薯，或毛刺缺凹丛生类似带土的草根团，事实上跟天然大理石的团块图案别无二致。

附图说明

图1为现有技术中图案类似天然花岗石的人造石面板的照片。

图2为小颗粒圆球状泥料示意。

图3a和图3b分别为团块泥料在制形搅拌前和后的两种状态示意。

图4a和图4b分别为条纹泥料在制形搅拌前和后的两种状态示意。

图5是基于本发明方法制备之人造石的照片。

具体实施方式

为了本领域的技术人员能够更好地理解本发明，下面将进行进一步的阐述。

一种仿大理石团块图案的人造石之制备方法，包括如下步骤：

a)通过均化搅拌制备两种以上的泥料，所述两种以上的泥料中至少有一种为团块泥料，

所述团块泥料的塑性范围是：用手掌紧握该泥料捏成的泥团，由30cm高度自由落体掉到地面上，该泥团不会像散沙般松散开，而是破裂成两个或者两个以上的团块，其中不小于5mm块径的团块占据该落地泥团料总重量的80％以上；

b)将步骤a)制备的两种以上的泥料汇合并进行制形搅拌，使得团块泥料在搅拌作用下被撕裂但仍保持团块结构的同时，被另外的泥料分散隔离开来；

c)抽真空并布料至模具；

d)真空振动压实；固化。

分述如下：

a)通过均化搅拌制备两种以上的泥料，所述两种以上的泥料中至少有一种为团块泥料，

所述团块泥料的塑性范围是：用手掌紧握该泥料捏成的泥团，由30cm高度自由落体掉到地面上，该泥团不会像散沙般松散开，而是破裂成两个或者两个以上的团块，其中不小于5mm块径的团块占据该落地泥团料总重量的80％以上。

所述泥料由配合料制备，配合料搅拌均匀就可以得到泥料。配合料中含有两大类成分，一类是树脂组合物，一类是骨料和填料。树脂组合物一般包括树脂、引发剂、促进剂等，其中引发剂、促进剂用量很小，二者含量合计往往低于树脂含量的2％。树脂一般选用不饱和聚酯树脂。所述骨料其粒度对应的目数为4目～400目，其品种为大理石、石英石、花岗石中的至少一种。所述填料其粒度对应的目数为400目以至更细，其品种为大理石、石英石、花岗石中的至少一种。粒度为400目以至更细的粉体称为细粉，细粉粒度越细越利于泥料塑性增高，但是相应的吸树脂率也越高，尽管即使细到1500目的细粉原则上也可使用，但是过高的树脂用量使得经济上成本过高而丧失产品实用价值。

需要说明的是，只要是能够通过均化搅拌制备出的团块泥料，都是能够实现本发明的。另外，泥料的配合料中，还包括或不包括少量特别装饰效果的掺加料，如碎镜面玻璃颗粒、贝壳或贝壳碎块之类；再者，还包括或不包括着色用的色料，不论是无机色素或是有机色素均可选用。对于本发明的团块图案制备目的而言，骨料或填料究竟是大理石或者以其它石材品种如石英石、花岗石部分或全部替代之，都不会受到影响；但是花岗石或石英之类高硬度石材的骨料或填料一旦掺进来，就会使得荒料的排锯切割加工变得格外困难甚至是行不通，另外还增加整个体系的硬度构成之复杂性，从而导致抛光性能变差；因而，荒料法人造石中现行通用工艺中仅只使用大理石骨料和填料。

本发明人在开发研究中认识到，人造石配合料中各种成分对于泥料工艺性能和产品特性的影响不同。骨料粗而互相之间空隙大，渗透树脂的能力强，同时颗粒粗又导致内摩擦系数较大并趋于松散堆积状态，不容易压实紧密；另一方面，骨料强度高，可以促进人造石产品强度提高，而且充分压实后的产品压缩变形性小。

基于骨料的上述弊端，人造石泥料中必须加入一定数量的填料，填料的细粉状态决定了其一系列特点，如内摩擦阻力小而粘聚力大，渗透树脂能力小，赋予泥料较大的可塑性。但另一方面，填料由于比表面大因而吸树脂能力强，可是过量的树脂会导致人造石产品膨胀系数大，易翘曲等弊病，故填料使用量必须控制在一定的范围。

因此，团块人造石泥料的骨料与填料必须保证有合理的级配，当然针对最终产品版面的图案效果，该级配同时也还需满足装饰细节目的的要求；级配良好的泥料，其树脂用量可实现最大程度上的节约，内摩擦系数适中，可塑性适宜，容易压实。因而团块泥料中骨料、填料和树脂组合物各自含量应满足一定的配合关系，具体如下

骨料          (30～80)

填料          (20～50)

树脂组合物    (4～8)；

以上表达系以配合料总重为100重量份计。

树脂型人造石行业中，泥料是对于整个配合料在搅拌混合状态下物料的统称；而工艺方法则分为板法和荒料法两大类：在真空振动压制成型阶段，所用模具可分为两大类：当模具腔为扁平板状时即直接压制成薄板状原板，此种工艺称作为板法工艺；当模具腔为长宽高都很大的大块立体形状时，压制成的大块立体中间产品习惯上称为荒料，其体积一般在3～3.5立方米，再经过排锯之类机械切割后才得到薄板状板材，此种工艺称作为荒料法工艺。

在本发明中，将搅拌按照功能分为均化搅拌与制形搅拌两种，前者用来制备泥料，后者用来将泥料加工成为所期望的形状与状态，上述的“发明内容”中，虽然某一种团块泥料经过均化搅拌后即已经具备了团块结构，但是，只有再经过制形搅拌加工，这种泥料团块才可能被另一种泥料有效分散隔离开来(亦即制形为有效的、能形成最终图案单元的团块)，才会在最终的产品板面上得以显露出其团块形状。

本发明的核心是，在使泥料具有合适塑性的条件下，经过得当的制形搅拌获得所述的团块状图案；本发明中团块是指泥料中含有的斑团状图案单元，其长度与平均直径之比不大于4；前边“发明内容”中步骤a)、b)即属于本发明的核心内容；而步骤c)、d)则仅仅只是为了工艺方法描述完整性而添补的常规步骤，其中涉及到的任何情况与参数都一概不具备创造性，相应均不对本发明构成实质意义。本发明并不直接涉及整个配方：配方中会含有许多种类的成分，而本发明仅集中关注能决定泥料塑性的成分，亦即骨料、填料和树脂组合物，一个人造石配方只要这三者各自的含量合适从而保障泥料具备本发明所要求的合适塑性，即可适用于本发明；当然，可在后边的实施例中看到若干具体配方。

制备合适的泥料是本发明的关键步骤。在研发过程中，发明人致力于泥料粘结性能、塑性与搅拌作用下团块纹理图案花色的形成规律和制备工艺研究，所依赖的基础是泥料具有适宜的塑性，只要泥料塑性适合就适用于本发明。

关于泥料的粘结特性、塑性与工艺可以这样理解：可将泥料的粘结特性理解为维持适当形状的内聚力，并可认为跟物理学的粘度概念对应；当然，在物理学中粘度的定义为，粘滞性流体中各层之间在剪切力作用下阻碍层状流动的能力或特性。不过，人造石泥料绝不是简单液体，其主体是由具有复杂颗粒组成与级配的固体物跟具有随时间延长表现出反应进程特性的多元液体有机物的混合，是十分复杂的多相固体跟多相液体的混合体系，因此其粘结特性(或粘度)难以采用简单的仪器测量，例如工业中流行的“定体积液体从标准容器细口径下落孔流出之时间测定”的恩氏粘度计就失效无用。因此，本发明中转而采用流动变形特性方面的描述来形容泥料的粘结特性与塑性，同时，也运用手捏感觉、手掌紧握用力捏成的泥料团经过适当高度自由落体碰撞到水泥地面或硬板上后的变形特点--碎裂松散开来或因塑性足够而不散裂仍为一整体但是外形被适度撞扁甚或进而流展摊平的程度--来描述；实践经验证明，这样基于塑性变形能力来描述的分类，可以对搅拌下泥料中花纹图案的形成与控制之实验或作业起到指导作用。

因此，我们将人造石泥料分为以下几种类型，其依照塑性由低到高依次变化：

(1)散沙状泥料，荒料法压制时不能压制密实，不适合人造石荒料法压制。

(2)小颗粒圆球状泥料，颗粒直径通常≤5mm，此状态的泥料在人造石板面上呈现众多分散的小圆点状，且由于小颗粒难以在搅拌机内受到充分剪切，以致树脂难以搅拌分散均匀，结果颗粒有内核与外圈的特征差异，表现在颜色与质感二者之一或二者同时不均一的特点。

(3)团块泥料，小颗粒逐渐粘连成越来越大团块，有利于人造石压制，但该种团块在搅拌桨剪切力的作用下，易开裂松散开，该泥料经手掌紧握捏成的团，从适当高度例如大约30cm高度自由落体掉到硬板上(或地面上)，即会散裂形成较小的次生团块，其中不小于5mm块径的团块占据该落地泥团料总重量的80％以上。目前荒料法人造石工艺中对泥料压制大多采取此状态。

(4)条纹泥料，条纹泥料的特点是：泥料手感柔软，塑性较高并有一定范围，用手掌握捏形成的泥料团由30cm高度自由落体掉到地面或硬板上产生的现象来表述所述塑性的范围，其下限所对应的现象是，该泥料团不会碎裂并且受撞击这一侧被局部拍平，而其上限所对应的现象是，该泥料团除不碎和被局部拍平外，还自由落体撞地(或坠落到硬板上)后在30秒时间内不会自动摊平；处于这样塑性范围的泥料在搅拌机剪切力的作用下和泥料互相挤压时不易裂开，于是被迫塑性变形，拉成为长细条纹的形式，而又由于该状态下泥料不能自由流动，在搅拌时扩散和分散均匀的能力较差，当有不少于两个颜色的这种泥料共存时不易被搅拌均匀而形成均一颜色板面，因此适合于多色彩条纹人造石品种的生产。

(5)泥浆状泥料，其特点可描述为，从适当高度例如大约30cm高度自由落体掉到硬板上，不但不会碎裂，而且在30秒时间内即可自动摊平，亦即，该状态下泥料呈现可流动状态，易搅拌均匀，但基于其树脂需用量过多而成本太高和压制设备的泥料粘壁污染或清理困难等诸多原因，一般也不实际用于荒料法人造石产品的生产。

本发明中，通过均化搅拌制备的单一一种泥料(步骤b1))必定是团块泥料，而均化搅拌制备的两种以上的泥料(步骤b2))中，至少有一种为团块泥料，这两种场合中的团块泥料也就是上述第(3)种泥料；具备了团块泥料的塑性特征，就有了制备形态与位置随机分布的团块纹理人造石之基础。

团块泥料的制备是比较容易实现的，调整配合料中的不饱和聚酯树脂(连同其引发剂与促进剂)浆液和骨料、填料的比例，通过均化搅拌达到均匀之后可以进行测试，符合上述第(3)点所述泥料的特征即可判定为团块泥料。稍后的实施例中所述泥料之塑性均通过这样的判定。

b)将步骤a)制备的两种以上的泥料汇合并进行制形搅拌，使得团块泥料在搅拌作用下被撕裂但仍保持团块结构的同时，被另外的泥料分散隔离开来。

若不如此实现有效隔离，而是简单地将均化搅拌制备好的团块泥料直接经历后续步骤c)、d)制成了人造石，则会因为缺乏有效的分散隔离条件，在最终的产品板面上就不能或难以显露出清楚的团块纹理，达不到团块纹理的工艺目的。

此步骤为所述的两种以上泥料经混成、制形搅拌获得能保障所述最终的团块图案之环节。

发明人研究发现，不同的泥料在进行制形搅拌的过程中会呈现不同的图案变化规律。

参见图2，画面为小颗粒圆球状泥料的示意。

参见图3a与图3b，其为团块泥料在制形搅拌前和后的两种状态示意。

参见图4a与图4b，其为条纹泥料在制形搅拌前和后的两种状态示意。

从图3a、3b和图4a、4b的比较可知，团块泥料在制形搅拌之后，由于剪切作用而适度裂开，成为独立的较小型团块泥料；而条纹泥料在制形搅拌作用下保持为整体不碎裂但发生了变形，被拉伸变长，成为不规则的条状纹理。

在此步骤b)中，需要注意的问题是，对团块泥料的制形搅拌时间不宜过长，随搅拌时间延长团块泥料的演化程度处于不断变化的过程之中，其中既发生大团块适度碎裂的同时被另一种泥料有效分散隔离的过程，也可能发生次生的较小团块再次并聚为更大团块的情况(这尤其是指两种及至多种不同颜色的团块泥料共混制形搅拌场合)，只要能够使得团块泥料在适度的搅拌作用下成为目标所需要的团块状态即可，技术人员可以通过观察泥料表面团块纹理来粗略判断搅拌达到的程度，再结合试验实践中积累的经验规律，对照所需要达到的纹理效果，来选择在适当的时间停止搅拌。因为，如果制形搅拌时间过长，那么团块泥料也会和其他泥料混合过分而不会有明显的区别，也就不再具有所追求的团块纹理图案。“使得团块泥料在搅拌作用下被撕裂但仍保持团块结构的同时，被另外的泥料分散隔离开来。”是对搅拌程度的限制性描述，即在团块泥料形成的分散隔离开的团块消失之前，此期间内任意时刻停止搅拌而进行后续步骤，都可以制备出团块状图案的人造石。

需指出，制形搅拌过程中团块泥料的形态演化，是在非常复杂的搅拌作用因素之综合作用下与运动状态中发生的，在此过程的任一时刻，所形成的繁多团块之具体情况远比所述图3a、3b示意的复杂，本发明将此特点概括为形态随机与位置随机，简称为形态与位置随机，其含义例如为：在形态方面其边沿或清晰鲜明整齐而类似鹅卵石、或毛刺缺凹丛生而类似连泥带土拔出地面的草根坨，甚至同一个团块上垂直于某一个方向的截面也是或大或小变化不定等；在位置方面其分布或密集或疏远、或靠边或居中等；因此，凡是依照本发明所述方法制备成的人造石，其团块图案不论是否处于本专利说明书文字、绘图、照片所描述特征范围之内或外，均属于本发明范围之中。图5是基于本发明方法制备之人造石的照片，画面中的团块图案繁衍变幻，如实体现了本发明标题中“仿大理石团块......”的丰富含义。

c)抽真空并布料至模具。

此步骤为一个常规的步骤。当团块泥料经过制形搅拌步骤b)形成有效分散隔离开的团块之后，在有控制的不至于明显改变已经形成团块图案的搅拌状态下，例如尽量缓慢搅拌，使泥料通过下料口布料至模具中；跟条纹图案的目的无关，真空度的高低表现在影响残留气孔率，通常为-0.077MPa以上，优选为-0.096MPa以上。

d)真空振动压实；固化。

此步骤为一个常规的步骤。真空度要求与意义同上。将模具送至压制室，在高频振动和压头施加的一定压力的状态下将泥料压实，在此过程中，团块状泥料可以进一步流动，还仍可在压头的振动和挤压作用下产生进一步的变形，能够加强团块版面的形成效果。

压实以后进行固化，脱模之后就可以得到人造石。固化可以采用常温固化，加热固化亦可，优选使用常温固化，常温固化是静置于一个车间或者特定场所的环境温度下固化。

脱模的人造石一般还需要进行后续处理才能够实际使用，例如切割、抛光等处理。

下面结合实施例进行进一步的说明。

以下的各实施例中，所有的骨料和填料虽然商品名各不相同，但在品种上都是大理石(含方解石)；XG-815粉和UF-315粉都是商品的全称，尽管其中没有注明筛号，但日常的抽检数据表明，二者各自重量的90％以上以至于95％以上都能通过400目筛，因而实质上属于本发明中所称的“填料”。

实施例1

本实施例中需要用到3个搅拌机：1号搅拌机、2号搅拌机和3号搅拌机(亦即主搅拌机)。

1号搅拌机中：加载原料总重4.25吨，配方为华南牌80目(商品目数，下同)雪花白52.7wt％，XG-815粉(广西贺州旭光化工有限公司，下同)40wt％，拜耳乐黑0.18wt％，莲花牌不饱和聚酯树脂7wt％，邦腾引发剂0.1wt％，邦腾促进剂0.02wt％。

2号搅拌机中：加载原料总重4.25吨，配方为华南牌80目雪花白52.41wt％，XG-815粉40wt％，拜耳乐黄0.1wt％，钛白粉0.37wt％，莲花牌不饱和聚酯树脂7wt％，邦腾引发剂0.1wt％，邦腾促进剂0.02wt％。

将以上两个搅拌机中的原料分别以5转/分钟的转速均化搅拌10分钟后制成各自对应的两种颜色团块泥料，同时开启1号搅拌机和2号搅拌机的下料门，利用皮带将两种泥料下到3号搅拌机(亦即主搅拌机)中，此时3号搅拌机内的搅拌桨不动，下料完毕后开启3号搅拌机，3号搅拌机转速为2转/分钟，制形搅拌2分钟，此时两种团块在搅拌桨的作用下于一定程度上破裂且互相穿插，但并不被拉长。抽真空至-0.096MPa以上，之后开启主搅拌机的下料门，将泥料布料至模具中，送模具至压制室，利用高频振荡和压头压力将泥料压实。将压制好的泥料放置于室温下固化24h脱模，室温环境下固化10天以后，利用排锯切割成厚度18mm的板材，并经过磨抛机械抛光后得到具有两种颜色且各自均为团块状图案的人造石板面。

实施例2

本实施例中需要用到4个搅拌机：1号搅拌机、2号搅拌机、3号搅拌机和4号搅拌机(亦即主搅拌机)。

1号搅拌机中：加载原料总重3吨，配方为金福牌60目(商品目数，下同)白钻晶21wt％，金福牌80目白钻晶36wt％，UF-315粉(广东清远清鑫化工有限公司，下同)36wt％，拜耳黄0.38wt％，群青0.02wt％，莲花牌树脂6.5wt％，邦腾引发剂0.09wt％，邦腾促进剂0.01wt％。

2号搅拌机中：加载原料总重3吨，配方为金福牌60目白钻晶21wt％，金福牌80目白钻晶36wt％，UF-315粉36wt％，钛白粉0.4wt％，莲花牌树脂6.5wt％，邦腾引发剂0.09wt％，邦腾促进剂0.01wt％。

3号搅拌机中：加载原料总重3吨，配方为金福牌80目白钻晶56.5wt％，UF-315粉36wt％，拜耳乐红0.05wt％，拜耳乐黄0.03wt％，钛白粉0.82wt％，莲花牌树脂6.5wt％，邦腾引发剂0.09wt％，邦腾促进剂0.01wt％。

将以上三个搅拌机中的原料分别以5转/分钟的转速均化搅拌10分钟后制成各自对应的三种颜色团块状泥料，利用皮带将搅拌机1号、2号和3号中各自的泥料下料到4号搅拌机(亦即主搅拌机)中，下料过程中开动4号搅拌机且转速定为2转/分钟，下料完毕后继续制形搅拌1.5分钟，此后操作同实施例1。

如此获得的人造石板面上呈现复杂的团块状图案，其中共有三种颜色，各自分别对应于1号～3号搅拌机中的原始泥料。

图5是基于本发明方法制备的人造石之照片。画面上可明显看出团块结构，此人造石在制造中共包含二种团块泥料，分别为褐色与黑色，其中形成了一个个斑团的褐色团块泥料所占比例较小，从而被比例大很多的黑色团块泥料有效分散隔离开来，而黑色团块泥料则因为没有能够实现所述的有效分散隔离，结果就只是构成了模糊一片的背景。

从图5与图1的对比可以看出，本发明所提供的人造石之制备方法与现有技术相比，能够制备出具有形态与位置随机分布的团块纹理的人造石，使得人造石进一步近似于天然石材。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。