人造石材料及其相關(guān)產(chǎn)品和方法
【專利摘要】人造石材料以及包含其的產(chǎn)品具有塑料組分和顆粒硫酸鈣填料，其可以是呈硫酸鈣二水合物填料形式的硫酸鈣填料，這提供阻燃性，并且所述填料提供其它加工益處和產(chǎn)品益處。所述人造石材料可通過(guò)將塑料組分與顆粒硫酸鈣填料的混合物轉(zhuǎn)變?yōu)閯傂猿尚托问街频谩?br> 【專利說(shuō)明】人造石材料及其相關(guān)產(chǎn)品和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2012年5月27日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/491，094的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容引入本申請(qǐng)作為參考。本申請(qǐng)要求2012年3月31日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/618，722的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容引入本申請(qǐng)作為參考。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及人造石(cultured stone)材料及其相關(guān)產(chǎn)品和方法,包括顆粒硫酸隹丐填料的用途。
【背景技術(shù)】
[0004]粉末礦物常常作為填料加入至液體樹(shù)脂(塑料)中以改善其性質(zhì)和外觀。填充的產(chǎn)品常常稱之為人造石、合成石或者固體表面材料，這些術(shù)語(yǔ)在本申請(qǐng)中互換使用。單獨(dú)的樹(shù)脂往往是脆性并易于開(kāi)裂，并且是高度可燃的。樹(shù)脂往往是半透明或透明的。所用的樹(shù)脂常常是聚酯樹(shù)脂或丙烯酸類樹(shù)脂。一種早期的人造石材料包括碳酸鈣，呈重質(zhì)碳酸鈣的形式，作為有時(shí)稱之為“人造大理石”的產(chǎn)品的填料。該材料具有呆板的(dead)白堊外觀。氫氧化鋁(ATH已經(jīng)用作填料，并且給予人造石材料半透明度，所得的人造石材料有時(shí)稱之為“人造縞瑪瑙”。一種當(dāng)今常見(jiàn)的人造石(有時(shí)稱之為“人造花崗巖”)將氫氧化鋁填料與有色石粒合并。大量人造石產(chǎn)品以E.1.du Pont de Nemours and Company的Corian?'商標(biāo)出售。
[0005]用于制造人造石材料的樹(shù)脂或塑料組分通常是高度可燃的。這是個(gè)問(wèn)題，對(duì)于設(shè)計(jì)用于廚房環(huán)境諸如廚房工作臺(tái)面和水槽中的人造石產(chǎn)品尤其如此。然而，即使在其它環(huán)境中也可能存在相當(dāng)?shù)闹鹞ｋU(xiǎn)，例如當(dāng)水管工使用火炬來(lái)安裝用于人造石產(chǎn)品的管道(諸如由人造石材料制成的浴缸和淋浴單元)時(shí)。美國(guó)國(guó)際管道暖通機(jī)械認(rèn)證協(xié)會(huì)(International Association of Plumbing and Mechanical Officials)已經(jīng)制定規(guī)范，要求所述管道裝置是耐火的。包含溴、氯和銻的化合物對(duì)于塑料組合物而言是非常有效的阻燃劑。不幸的是，所述組合物當(dāng)暴露于火時(shí)往往發(fā)出毒性和腐蝕性煙氣。氫氧化鋁提供相當(dāng)程度的阻燃性，因?yàn)槠湓诟邷貢r(shí)釋出結(jié)合水，而沒(méi)有與溴、氯和銻的化合物關(guān)聯(lián)的有害排放。氫氧化鋁在約230°C至約430°C的溫度范圍脫水。然而,使用氫氧化鋁存在大量的產(chǎn)品限制和工藝限制以及不期望的環(huán)境后果。
[0006]對(duì)于在人造石中的阻燃有效性，優(yōu)選以高濃度和小粒度使用無(wú)機(jī)氫氧化物阻燃劑諸如氫氧化鋁。55至60wt%濃度以上的載量常常是適宜的。使用細(xì)粒氫氧化鋁，發(fā)現(xiàn)在這樣的高載量時(shí)聚合物太稠以致于不能傾倒，因此所得的人造石產(chǎn)品的力學(xué)性質(zhì)是不可接受的。J M Huber (氫氧化鋁的供應(yīng)商)提供各種等級(jí)的氫氧化鋁，平均粒度范圍16-95微米。出于粘度考慮，更細(xì)的等級(jí)是不推薦的。8微米等級(jí)可以少量使用以提高填料填充密度。一些更昂貴的更細(xì)粒度等級(jí)是表面用硅烷、脂肪酸或其它化學(xué)品處理的，以有助于降低粘度，從而可獲得更高的填料載量。這些添加劑也可用于改善人造石產(chǎn)品的機(jī)械性質(zhì)。然而，即使采用所述的表面處理，細(xì)顆粒氫氧化鋁的載量還是有限的，表面處理顯著地增加了填料的成本。
[0007]關(guān)于氫氧化鋁的另一限制是制得的氫氧化鋁可能具有古銅色并可能包含黑斑，這是因?yàn)榇嬖趤?lái)自加工中的有機(jī)物。商業(yè)氫氧化鋁產(chǎn)品還可能包含少量鐵，這降低了產(chǎn)品的白度。對(duì)于氫氧化鋁的多種其它用途，諸如制備鋁金屬或者制備氧化鋁磨料，無(wú)需氫氧化鋁的高白度。然而，對(duì)于在產(chǎn)品諸如人造縞瑪瑙或人造花崗巖中的用途，需要高白度，并且可能需要特殊處理以從用作人造石填料的氫氧化鋁填料中除去雜質(zhì)。
[0008]氫氧化鋁的使用還帶來(lái)了顯著的環(huán)境問(wèn)題。氫氧化鋁是嚴(yán)格合成的產(chǎn)品，通常使用苛性蘇打從鋁土礦中提取出。在該工藝中，產(chǎn)生大量有毒的“紅漿”，造成環(huán)境危害。而且，由于在其制造中使用苛性蘇打，氫氧化鋁產(chǎn)品往往在PH中是堿性的，這對(duì)于制備人造石材料而目不是優(yōu)選的。
[0009]期望解決與使用氫氧化鋁作為人造石產(chǎn)品中的填料相關(guān)的這些限制中一些或者所有的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的一方面涉及包含塑料組分和顆粒硫酸鈣填料的人造石材料，所述顆粒硫酸鈣填料的重均粒度不大于3微米。
[0011]多種特征精化和補(bǔ)充特征適用于本發(fā)明的第一方面。這些特征精化和補(bǔ)充特征可單獨(dú)或者以任意組合使用。因此，以下特征各自可以但不是必須與第一方面的任何其它特征或組合一起使用。
[0012]所述塑料組分可以是具有適用于固體表面應(yīng)用的性質(zhì)的任何塑料組合物。本申請(qǐng)所用的“塑料組合物”和“樹(shù)脂”或“樹(shù)脂組合物”是相同的，并且是指主要由一種或多種聚合物構(gòu)成并且可包括少量其它組分(例如增塑劑、加工助劑、固化劑和有助于或者參與交聯(lián)的添加劑)的組合物?！八芰辖M分”是指在加工制備人造石材料之前呈其初始形式的、在加工過(guò)程中的以及存在最終的人造石材料中呈固化硬化態(tài)的所述樹(shù)脂組合物。應(yīng)理解在加工期間組合物可能發(fā)生變化，例如由于交聯(lián)或者揮發(fā)性加工助劑的揮發(fā)。所述塑料組分可以是熱塑性的。所述塑料組分可以是熱固性的，這通常是更優(yōu)選的。
[0013]一種優(yōu)選的塑料組分包含聚酯樹(shù)脂。所述聚酯樹(shù)脂可以是熱固性樹(shù)脂。所述聚酯樹(shù)脂可包括一種或多種聚合物，包括在二羧酸(二元酸)和二羥基醇(二元醇)之間的聚合反應(yīng)產(chǎn)物。所述聚酯樹(shù)脂在固化之前最初可以是不飽和的(例如，包含烯鍵不飽和)，并且可具有在固化形成最終的人造石材料期間參與交聯(lián)的不飽和官能度。聚酯樹(shù)脂可基于鄰苯二甲酸或其異構(gòu)體(間苯二甲酸、對(duì)苯二甲酸)或者鄰苯二甲酸酐或其異構(gòu)體(例如，對(duì)苯二甲酸酐)。烯鍵不飽和官能度可在聚酯樹(shù)脂中提供，例如通過(guò)由馬來(lái)酸或用于制備樹(shù)脂的其它不飽和二羧酸單體組分提供的部分。
[0014]另一優(yōu)選的塑料組分包含丙烯酸類樹(shù)脂。丙烯酸類樹(shù)脂可包括一種或多種聚合物，包括丙烯酸類單體材料(例如，丙烯酸、甲基丙烯酸和丙烯酸或甲基丙烯酸的酯)的共聚物。一種優(yōu)選的丙烯酸類樹(shù)脂包括聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)。
[0015]另一優(yōu)選的塑料組分包含聚氨酯樹(shù)脂。另一優(yōu)選的塑料組分包含環(huán)氧樹(shù)脂。又一優(yōu)選的塑料組分包含選自脲醛樹(shù)脂、三聚氰胺甲醛樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂的樹(shù)脂組分。[0016]所述顆粒硫酸鈣填料可包括任何形式的硫酸鈣。在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述硫酸鈣填料中的硫酸鈣呈硫酸鈣二水合物的形式，可稱之為硫酸鈣二水合物填料。硫酸鈣二水合物填料尤其優(yōu)選用于這樣的應(yīng)用，其中阻燃性是重要的。硫酸鈣二水合物填料可用作有效的阻燃劑，因?yàn)樵诟邷貢r(shí)釋出晶體結(jié)構(gòu)中的結(jié)合水。硫酸鈣二水合物通常在約80°C至約180°C的溫度范圍脫水。硫酸鈣二水合物填料往往賦予人造石材料有光澤的“縞瑪瑙”外觀。在其它一些優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述顆粒硫酸鈣填料中的硫酸鈣呈硬石膏(無(wú)水硫酸鈣)形式，其可以是可溶硬石膏或不可溶(所謂的僵燒)硬石膏，對(duì)于許多實(shí)施方案而言不可溶硬石膏通常是更優(yōu)選的。其中硫酸鈣呈硬石膏的形式的顆粒硫酸鈣填料可稱之為硫酸鈣硬石膏填料。當(dāng)阻燃性不重要時(shí)和當(dāng)期望更不透明的白色外觀時(shí)，硫酸鈣硬石膏填料可能是優(yōu)選的。與硫酸鈣二水合物填料相比，硫酸鈣硬石膏填料往往賦予人造石材料更不透明的亮白色外觀。
[0017]所述顆粒硫酸鈣填料的重均粒度可以是不大于2.5微米，或者不大于2微米。所述顆粒硫酸鈣填料的重均粒度可以是至少0.5微米，或者至少I微米。所述顆粒硫酸鈣填料可具有粒度分布使得至少90wt%的所述顆粒硫酸鈣填料粒子不大于10微米，或者不大于7微米，或者不大于6微米，或者不大于5微米或不大于4微米，或者不大于3微米。所述顆粒硫酸鈣填料針對(duì)硫酸鈣材料(例如，硫酸鈣二水合物或硬石膏)而言可具有高純度。所述顆粒硫酸I丐填料的純度可以是至少90%,或者至少95%,或者至少97%,或者至少98%或者至少99%，針對(duì)所述硫酸鈣材料而言。純度為至少某一重量百分?jǐn)?shù)是指硫酸鈣材料至少構(gòu)成所述顆粒硫酸鈣填料的該重量百分?jǐn)?shù)。
[0018]顆粒硫酸鈣二水合物填料的硫酸鈣二水合物可包括硫酸鈣二水合物礦產(chǎn)。礦產(chǎn)是指所述硫酸鈣二水合物是開(kāi)采的硫酸鈣二水合物，其可以已經(jīng)選礦至在顆粒硫酸鈣二水合物填料中存在的具體的粒度和尺寸分布和純度。在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，顆粒硫酸鈣二水合物填料不含，或者基本上不含合成的硫酸鈣二水合物。顆粒硫酸鈣二水合物填料的硫酸鈣二水合物可包括呈石膏礦(gypsum)形式的硫酸鈣二水合物。顆粒硫酸鈣二水合物填料的硫酸鈣二水合物可包括呈透明石膏礦(selenite)形式的硫酸鈣二水合物。
[0019]硫酸鈣硬石膏填料的硬石膏可包括來(lái)自硫酸鈣礦產(chǎn)諸如硫酸鈣二水合物礦產(chǎn)或硫酸鈣半水合物礦產(chǎn)的煅燒的硬石膏。該煅燒可以足夠劇烈以至于形成不可溶硬石膏。
[0020]所述顆粒硫酸鈣填料可包括表面經(jīng)處理的粒子，例如以允許塑料組分具有提高載量的所述顆粒硫酸鈣填料。所述表面經(jīng)處理的粒子可以是用以下中的一種或多種進(jìn)行表面處理的:硅烷、鋁酸酯、鈦酸酯、鋯鋁酸酯和脂肪酸。所述表面經(jīng)處理的粒子的表面處理可包括共價(jià)偶合或者粘附(例如，吸附、物理吸附、化學(xué)吸附)至硫酸鈣粒子表面的材料。或者，所述顆粒硫酸鈣填料的粒子可以是表面未經(jīng)處理的，即粒子的表面未化學(xué)處理來(lái)改變粒子的硫酸鈣材料的表面性質(zhì)。
[0021]所述人造石材料可包括至少30wt%、至少40wt%、至少50wt%、至少60wt%、至少65wt%、至少70wt%、至少80wt%、至少90wt%或至少95wt%的所述顆粒硫酸韓填料。所述人造石材料可包括不超過(guò)96wt%、不超過(guò)95wt%、不超過(guò)90wt%、不超過(guò)80wt%、不超過(guò)70wt%、不超過(guò)65wt%或不超過(guò)60wt%的所述顆粒硫酸I丐填料。在一種實(shí)施方案中，例如對(duì)于熱固性燒鑄應(yīng)用，人造石材料可包括55wt%至70wt%范圍內(nèi)的量的所述顆粒硫酸I丐填料。在另一實(shí)施方案中，例如對(duì)于壓縮模塑應(yīng)用，人造石材料可包括至少95wt%的硫酸鈣填料。[0022]所述人造石材料可包括至少3wt%、至少5wt%、至少10wt%、至少20wt%、至少30wt%、至少35wt%、至少40wt%或者至少50wt%的塑料組分。所述人造石材料可包括不超過(guò)70wt%、不超過(guò)60wt%、不超過(guò)50wt%、不超過(guò)40wt%、不超過(guò)35wt%、不超過(guò)30wt%、不超過(guò)20wt%、不超過(guò)10wt%或者不超過(guò)5wt%的塑料組分。在一種實(shí)施方案中，例如對(duì)于熱固性澆鑄應(yīng)用，人造石材料可包括25wt%至45wt%范圍內(nèi)的量的所述塑料組分。在另一實(shí)施方案中，例如對(duì)于壓縮模塑應(yīng)用，人造石材料可包括不超過(guò)5wt%的聚合物組分。
[0023]人造石材料可包括一種或多種與所述顆粒硫酸鈣填料和所述塑料組分不同的次要組分。所述次要組分可包括裝飾性材料。這樣的次要組分可包括顏料。所述次要組分可包括巖粒。
[0024]顆粒硫酸鈣二水合物填料可以是第一阻燃性填料，所述人造石材料可包括一種或多種與所述顆粒硫酸鈣二水合物填料不同的其它阻燃性填料(例如，第二阻燃性填料、第三阻燃性填料，等等)，例如包括與硫酸鈣二水合物不同的無(wú)機(jī)氫氧化物(hydrate)。所述其它阻燃性填料可具有與硫酸鈣二水合物的脫水溫度范圍不同的脫水溫度范圍，例如其初始脫水溫度高于第一阻燃性填料的初始脫水溫度，或者甚至其初始脫水溫度高于第一阻燃性填料的最終脫水溫度。所述其它阻燃性填料可以是氫氧化鋁或氫氧化鎂。人造石材料可包括兩種或更多種不同的阻燃性填料(例如，硫酸鈣二水合物以及氫氧化鎂和氫氧化鋁中的一者或二者)。氫氧化鎂可呈水鎂石礦物的形式。所述其它阻燃性填料可以呈顆粒形式，例如可以具有任意的如針對(duì)顆粒硫酸鈣二水合物填料所述的粒度和尺寸分布特性，或者可具有與如針對(duì)顆粒硫酸鈣二水合物填料所述的不同的粒度和尺寸分布特性。當(dāng)所述人造石材料包含多于一種的不同的阻燃性填料時(shí)，人造石材料包含的阻燃性填料的總重量百分?jǐn)?shù)(所有的阻燃性填料各自的重量百分?jǐn)?shù)之和)依據(jù)上面針對(duì)顆粒硫酸鈣二水合物填料所述的任意重量百分?jǐn)?shù)。當(dāng)在人造石材料中存在多種不同阻燃性填料時(shí)，顆粒硫酸鈣二水合物填料可以以比每一種其它阻燃性填料大的重量百分?jǐn)?shù)濃度存在。任一的所述其它阻燃性填料可以是表面經(jīng)處理的，例如如上針對(duì)顆粒硫酸鈣填料所述。阻燃性填料是指無(wú)機(jī)材料，其可以是礦物或合成材料，其能夠在熱分解時(shí)釋出水或者以其它方式貢獻(xiàn)阻燃性。在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，人造石材料中的各阻燃性填料包括無(wú)機(jī)氫氧化物。
[0025]所述人造石材料可以呈設(shè)計(jì)用于具體應(yīng)用的剛性成型形式，諸如用于產(chǎn)品或者產(chǎn)品的一部分的具體形式。
[0026]本發(fā)明的第二方面涉及包含人造石材料的產(chǎn)品，所述人造石材料包含塑料組分和顆粒硫酸鈣填料，其中所述顆粒硫酸鈣填料的重均粒度不大于3微米。
[0027]多種特征精化和補(bǔ)充特征適用于本發(fā)明的第二方面。這些特征精化和補(bǔ)充特征可單獨(dú)或者以任意組合使用。因此，以下特征各自可以但不是必須與第二方面的任何其它特征或組合一起使用。
[0028]所述人造石材料可以是根據(jù)本發(fā)明的第一方面的人造石材料，包括針對(duì)本發(fā)明的第一方面所述的任意特征或者任意特征的組合。
[0029]本發(fā)明的第二方面的產(chǎn)品可包括成形為任何產(chǎn)品形式的人造石材料。所述產(chǎn)品可例如是以下的任一種:工作臺(tái)面、水槽、浴缸、浴盆、淋浴單元、模擬磚、瓦、模擬石、壁板、保齡球、紐扣或小雕像。所述產(chǎn)品可以是機(jī)器的支撐基部。
[0030]本發(fā)明的第三方面涉及制備人造石材料的方法。所述方法包括將混合物轉(zhuǎn)變?yōu)閯傂猿尚托问?。所述包含塑料組分和顆粒硫酸鈣填料，其中所述顆粒硫酸鈣填料的重均粒度不大于3微米。
[0031]多種特征精化和補(bǔ)充特征適用于本發(fā)明的第三方面。這些特征精化和補(bǔ)充特征可單獨(dú)或者以任意組合使用。因此，以下特征各自可以但不是必須與第三方面的任何其它特征或組合一起使用。
[0032]所述方法可包括，在所述轉(zhuǎn)變之前，將混合物成形，該成形可包括將所述混合物引入模具的空腔中。所述混合物可填充和呈現(xiàn)模具的形狀。
[0033]所述轉(zhuǎn)變可包括所述塑料組分硬化或凝結(jié)成剛性固體或硬化形式，其將所述顆粒硫酸鈣填料結(jié)合在最終人造石材料的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中。所述轉(zhuǎn)變可包括固化或者凝結(jié)所述混合物，例如對(duì)于熱固性塑料組分是這種情形。所述固化可發(fā)生在所述混合物成形為最終產(chǎn)品的期望形狀之后，諸如在澆鑄操作期間是這種情形，或者可發(fā)生在所述混合物成形為其最終形式的同時(shí)，諸如在壓縮模塑期間是這種情形。固化可涉及混合物的化學(xué)變化。例如，固化可包括塑料組分的聚合物交聯(lián)。所述混合物可包含一種或多種參與所述交聯(lián)的試劑，例如能夠參與和待交聯(lián)聚合物的不飽和官能度交聯(lián)反應(yīng)的具有不飽和官能度的試劑(例如，苯乙烯)。所述轉(zhuǎn)變可包括冷卻時(shí)固化或凝結(jié)，例如對(duì)于熱塑性塑料組分是這種情形。在所述轉(zhuǎn)變期間，塑料組分可從液態(tài)形式轉(zhuǎn)化為固態(tài)形式，或者從低粘度可流動(dòng)形式轉(zhuǎn)化為剛性形式.[0034]所述方法可包括將塑料組分從高溫降溫。這可發(fā)生在所述轉(zhuǎn)變期間，例如對(duì)于熱固性塑料組分是這種情形，或者可發(fā)生在所述轉(zhuǎn)變之后，例如對(duì)于熱塑性塑料組分是這種情形。冷卻之前，所述方法可包括將混合物加熱至高溫。所述加熱可發(fā)生在所述混合物成形為期望形狀之前，例如對(duì)于熱塑性塑料組分是這種情形，或者可發(fā)生在所述成形之后或期間，例如對(duì)于熱塑性塑料組分是這種情形。在所述方法的一種優(yōu)選實(shí)施方案中，混合物尤其是顆粒硫酸鈣二水合物填料的溫度不超過(guò)選自80°C或70°C或60°C的最大溫度。在加工期間保持如此低的最大溫度可避免混合物中的硫酸鈣二水合物的脫水。
[0035]在所述轉(zhuǎn)變之前，所述混合物可具有易流動(dòng)的粘度，例如適于將混合物倒入模具空腔中的粘度。所述混合物可在室溫具有所述易流動(dòng)的粘度，例如對(duì)于熱固性塑料組分是這種情形，或者所述混合物可在高溫時(shí)具有所述易流動(dòng)的粘度，例如對(duì)于熱塑性塑料組分是這種情形。
[0036]所述方法可包括在所述轉(zhuǎn)變之前制備所述混合物。制備所述混合物可包括將所述顆粒硫酸鈣填料與所述塑料組分混合。該制備可包括將所述顆粒硫酸鈣填料和所述塑料組分與一種或多種其它組分例如任意的針對(duì)本發(fā)明的第一方面描述的其它組分(例如，附加的阻燃性填料、裝飾性組分)混合。
[0037]用于所述方法的塑料組分可以是或者具有針對(duì)本發(fā)明的第一方面所述的任意特征或者任意其它特征的組合，例如包含丙烯酸類樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂或其他樹(shù)脂，或者是熱固性或熱塑性的)。在開(kāi)始實(shí)施所述方法時(shí)，塑料組分將呈初始狀態(tài)，其可在加工期間變化，諸如上面針對(duì)本發(fā)明的第一方面所述那樣(例如，由于最初在塑料組分中的材料的揮發(fā)或反應(yīng))。
[0038]所述顆粒硫酸鈣填料可以是或者具有針對(duì)本發(fā)明的第一方面所述的任意特征或者特征的組合。[0039]所述方法可包括適于進(jìn)行該方法的加工的任意方法。該方法可包括澆鑄混合物，例如將混合物倒入模具空腔中。所述方法可包括壓縮模塑混合物。
[0040]根據(jù)本發(fā)明方法制備的人造石材料可以是或者具有針對(duì)本發(fā)明的第一方面所述的任意特征或者任意特征的組合。所述剛性成型形式可以是或者具有針對(duì)本發(fā)明的第一方面或本發(fā)明的第二方面所述的任意特征或者任意特征的組合。
[0041]本發(fā)明的第四方面涉及重均粒度不大于3微米的顆粒硫酸鈣填料在人造石材料中作為阻燃性填料的用途。
[0042]多種特征精化和補(bǔ)充特征適用于本發(fā)明的第四方面。這些特征精化和補(bǔ)充特征可單獨(dú)或者以任意組合使用。因此，以下特征各自可以但不是必須與第四方面的任何其它特征或組合一起使用。
[0043]所述顆粒硫酸鈣填料可以是或者具有針對(duì)本發(fā)明的第一方面所述的任意特征或者任意特征的組合。所述人造石材料可以是或者具有針對(duì)本發(fā)明的第一方面所述的任意特征或者任意特征的組合。人造石材料可以是上面針對(duì)本發(fā)明的第二方面所述的任意制品或其一部分。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0044]圖1是用于制備人造石材料的本發(fā)明方法的一種實(shí)施方式的一般過(guò)程方塊圖。
[0045]圖2是用于制備人造石材料的本發(fā)明方法的另一種實(shí)施方式的一般過(guò)程方塊圖。
[0046]圖3是用于制備人造石材料的本發(fā)明方法的另一種實(shí)施方式的一般過(guò)程方塊圖。
[0047]圖4是用于制備人造石材料的本發(fā)明方法的另一種實(shí)施方式的一般過(guò)程方塊圖。
[0048]圖5是用于制備人造石材料的本發(fā)明方法的另一種實(shí)施方式的一般過(guò)程方塊圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049]本申請(qǐng)所用的“顆?！焙汀邦w粒形式”是指材料呈一批粒子的形式，不論該批粒子是否與其它材料分離，或者與其它材料充分混合(例如，與塑料組分混合的顆粒填料)。
[0050]材料(例如，無(wú)機(jī)氫氧化物填料)的“脫水”是指在晶體結(jié)構(gòu)分解(例如，煅燒)時(shí)從材料的晶體中釋出(放出)結(jié)合水。脫水通常在一溫度范圍內(nèi)發(fā)生，其中所述溫度范圍的下端稱之為“初始脫水溫度”，所述溫度范圍的上端稱之為“最終脫水溫度”。氫氧化物填料脫水與人造石產(chǎn)品相關(guān)的阻燃效果涉及放出的水蒸發(fā)、吸熱和冷卻人造石。水蒸氣還稀釋了人造石的聚合物組分的分解放出的可燃性蒸氣。而且，在放出所有的水之后剩下的礦物基礎(chǔ)(煅燒)是高溫難熔物，其密封聚合物的表面從而熱不能向內(nèi)傳遞，并且可燃蒸氣不能向外傳遞點(diǎn)燃。為了以此方式作用，通常要求55-60wt%或者更高的氫氧化物填料載量。此外，較細(xì)粒度的氫氧化物填料提供較高的表面積用于傳熱，促進(jìn)水的快速有效釋出。
[0051]在述及“塑料組分”時(shí)，提及組分，其可以是混合物，其大部分由一種或多種聚合物構(gòu)成。該術(shù)語(yǔ)用于指在初始加工進(jìn)料和最終人造石材料以及包括所述人造石材料的產(chǎn)品中相同的塑料組分，即使應(yīng)理解所述塑料組分的組成和性質(zhì)可變化并且在制造人造石材料的加工期間的不同點(diǎn)不同，并且可在塑料組分作為加工進(jìn)料、在與顆粒硫酸鈣二水合物填料的初始混合物中、以及在最終人造石材料中之間不同。當(dāng)塑料組分在人造石材料的上下文中稱之為“樹(shù)脂”(例如，丙烯酸類樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、三聚氰胺甲醛樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂)時(shí)，應(yīng)理解提及初始進(jìn)料樹(shù)脂，但是在人造石材料中的塑料組分的組成和性質(zhì)將不是所述初始進(jìn)料樹(shù)脂的組成和性質(zhì)，而是實(shí)際存在于人造石材料中的塑料組分的組成和性質(zhì)，提及進(jìn)料樹(shù)脂僅僅出于便于描述的目的。
[0052]以下討論主要以使用硫酸鈣二水合物填料作為例子，但是除了與阻燃性和硫酸鈣二水合物的結(jié)合水問(wèn)題相關(guān)的之外，該討論也適用于硫酸鈣硬石膏填料。
[0053]硫酸鈣二水合物(CSD)具有多種使其適宜在人造石材料中用作填料的性質(zhì)，尤其當(dāng)期望“縞瑪瑙”效果時(shí)。表I顯示可用于人造石材料中的一些組分的性質(zhì)。從表I中可看出，硫酸鈣二水合物的折射指數(shù)低于和接近于聚酯樹(shù)脂和丙烯酸類樹(shù)脂的折射指數(shù)，低于所列出的用于制備人造石材料的常見(jiàn)礦物填料，還低于其它列出的阻燃性填料。低的折射指數(shù)對(duì)于避免白堊外觀和促進(jìn)較高的透明度是重要的。硫酸鈣二水合物的比重也低于列出的常見(jiàn)礦物填料和其它列出的阻燃性礦物。這提供了一種益處，因?yàn)閷?duì)于硫酸鈣二水合物在塑料組分中的任何給定的重量百分?jǐn)?shù)載量，硫酸鈣二水合物將占據(jù)比其它材料更大的體積。硫酸鈣二水合物的莫氏硬度低于列出的常見(jiàn)礦物填料和其它列出的阻燃性填料，這有利于降低在加工設(shè)備上的磨損。硫酸鈣二水合物具有中性pH，與所列出的常見(jiàn)礦物填料和其它列出的阻燃性填料的顯著的堿性PH構(gòu)成對(duì)比。硫酸鈣二水合物的中性pH提供這樣的優(yōu)點(diǎn):硫酸鈣二水合物填料不應(yīng)與很可能用于制造人造石材料的聚合物或催化劑反應(yīng)。所述反應(yīng)可通過(guò)引起粘度提高、聚合物降解和腐蝕金屬部件而是有害的。
[0054]從環(huán)境上考慮，使用硫酸鈣二水合物礦物(礦料，與合成材料相反)也是有利的。由礦物硫酸鈣二水合物制造填料不涉及與制造合成氫氧化鋁填料相關(guān)的上述環(huán)境問(wèn)題。合成氫氧化鎂(但不是水鎂石)的制造也帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，這通過(guò)使用硫酸鈣二水合物礦物得到避免。當(dāng)從其開(kāi)采硫酸鈣二水合物的礦源是高天然純度時(shí)，使用硫酸鈣二水合物礦物的優(yōu)點(diǎn)是尤其顯著的，這是因?yàn)閮H僅需要最小限度的選礦(其可主要涉及粉碎和篩分至期望小的粒度和尺寸分布)來(lái)制備所期望的顆粒填料?？紤]到目前在所述應(yīng)用中采用大量氫氧化鋁填料，使用硫酸鈣二水合物礦物代替在人造石材料中目前使用的一些或全部氫氧化鋁的環(huán)境益處可以是非常顯著的。
[0055]出乎預(yù)料地發(fā)現(xiàn)，具有非常細(xì)的粒度(重均粒度約2微米)的高純度硫酸鈣二水合物礦物粒子的顆粒填料以填料載量約60wt%與用于人造石制造的代表性熱固性樹(shù)脂(聚酯澆鑄樹(shù)脂)混合得到具有適于在模具中澆鑄加工的易流動(dòng)粘度的混合物。即使未表面處理硫酸鈣二水合物也是如此。在以成型的小雕像形式固化之后，制成的人造石材料顯示優(yōu)良的半透明性。具有優(yōu)良的粘度的適宜的高載量據(jù)信至少部分歸因于硫酸鈣二水合物的顆粒形態(tài)，例如與氫氧化鋁的小板形態(tài)相反。據(jù)信通過(guò)粒度和尺寸分布優(yōu)化(也許為了更好的填充密度，包括雙模式尺寸分布)和/或通過(guò)合適的表面處理可顯著增大該60wt%載量。顆粒形態(tài)還應(yīng)有益于壓力下進(jìn)行的面團(tuán)狀配混物的加工(例如，壓縮模塑)。
[0056]表1: 一些材料的性質(zhì)
【權(quán)利要求】
1.人造石材料，其包含塑料組分和顆粒硫酸鈣填料，所述顆粒硫酸鈣填料的重均粒度不大于3微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的人造石材料，其中所述塑料組分包含聚酯樹(shù)脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的人造石材料，其中所述塑料組分包含丙烯酸類樹(shù)脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的人造石材料，其中所述塑料組分包含聚氨酯樹(shù)脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的人造石材料，其中所述塑料組分包含環(huán)氧樹(shù)脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的人造石材料，其中所述塑料組分包含選自下組的成員:脲醛樹(shù)脂、三聚氰胺甲醛樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的人造石材料，其中所述塑料組分是熱塑性的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的人造石材料，其中所述塑料組分是熱固性的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的人造石材料，其中所述顆粒硫酸鈣填料的重均粒度不大于2微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的人造石材料，其中至少90wt%的所述顆粒硫酸鈣填料的粒子不大于6微米。
11.根據(jù)權(quán)利要求ι-?ο中任一項(xiàng)的人造石材料，其中所述硫酸鈣填料的純度為至少98wt%0
12.根據(jù)權(quán)利要求1-·11中任一項(xiàng)的人造石材料，其中所述顆粒硫酸鈣填料是硫酸鈣二水合物填料。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的人造石材料，其中所述硫酸鈣二水合物填料包含硫酸鈣二水合物礦產(chǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的人造石材料，其中所述顆粒硫酸鈣填料是硫酸鈣硬石膏填料。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)的人造石材料，其中所述顆粒硫酸鈣填料的硫酸鈣粒子是表面經(jīng)處理的。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)的人造石材料，其包含至少30wt%的所述顆粒硫酸鈣填料。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16中任一項(xiàng)的人造石材料，其包含至少50wt%的所述顆粒硫酸鈣填料。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-17中任一項(xiàng)的人造石材料，其包含至少60wt%的所述顆粒硫酸鈣填料。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-18中任一項(xiàng)的人造石材料，其包含不超過(guò)96wt%的所述顆粒硫酸鈣填料。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-19中任一項(xiàng)的人造石材料，其包含至少5wt%的所述塑料組分。
21.根據(jù)權(quán)利要求1-20中任一項(xiàng)的人造石材料，其中所述顆粒硫酸鈣填料是硫酸鈣二水合物填料，且所述硫酸鈣二水合物填料是第一阻燃性填料；并且 所述人造石材料包含與第一阻燃性填料不同的第二阻燃性填料。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的人造石材料，其中第二阻燃性填料的初始脫水溫度高于第一阻燃性填料的初始脫水溫度。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22的人造石材料，其中第二阻燃性填料是氫氧化鎂。
24.根據(jù)權(quán)利要求21或22的人造石材料，其中第二無(wú)機(jī)二水合物填料是氫氧化鋁。
25.根據(jù)權(quán)利要求1-24中任一項(xiàng)的人造石材料，其包含與所述顆粒硫酸鈣填料不同的顆粒裝飾性組分。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的人造石材料，其中所述顆粒裝飾性材料包含巖粒。
27.根據(jù)權(quán)利要求1的人造石材料,其中: 至少90wt%的所述顆粒硫酸鈣填料的粒子不大于10微米；以及 所述硫酸韓填料的純度是至少98wt% ； 所述人造石材料包含至少60wt%的所述顆粒硫酸韓填料； 所述人造石材料包含至少20wt%的所述塑料組分；以及 所述塑料組分包含選自下組的成員:聚酯樹(shù)脂、丙烯酸類樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、三聚氰胺甲醛樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的人造石材料，其中至少90wt%的所述顆粒硫酸鈣填料的粒子不大于6微米。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的人造石材料，其中所述顆粒硫酸鈣填料的重均粒度不大于2微米。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的人造石材料，其中所述顆粒硫酸鈣填料的硫酸鈣粒子是表面經(jīng)處理的。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的人造石材料，其中所述人造石材料包含顆粒裝飾性組分，所述顆粒裝飾性組分包含巖粒。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的人造石材料，其中所述顆粒硫酸鈣填料是硫酸鈣礦產(chǎn)。
33.根據(jù)權(quán)利要求27-32中任一項(xiàng)的人造石材料，其中所述顆粒硫酸鈣填料是硫酸鈣二水合物填料。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的人造石材料，其中所述硫酸鈣二水合物填料是第一阻燃性填料； 所述人造石材料包含與第一阻燃性填料不同的第二阻燃性填料；以及 第一阻燃性填料在人造石材料中存在的重量百分?jǐn)?shù)濃度大于第二阻燃性填料。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的人造石材料，其中第二阻燃性填料是氫氧化鋁。
36.根據(jù)權(quán)利要求34的人造石材料，其中第二阻燃性填料是氫氧化鎂。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的人造石材料，其中所述氫氧化鎂呈水鎂石礦物的形式。
38.根據(jù)權(quán)利要求27-32中任一項(xiàng)的人造石材料，其中所述顆粒硫酸鈣填料是硬石膏填料。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的人造石材料，其中所述硬石膏是不溶性硬石膏。
40.包含根據(jù)權(quán)利要求27-32中任一項(xiàng)的人造石材料的產(chǎn)品，其中所述產(chǎn)品呈選自水槽、浴缸、浴盆和淋浴單元的形式。
41.包含根據(jù)權(quán)利要求1-39中任一項(xiàng)的人造石材料的產(chǎn)品。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的產(chǎn)品，其呈工作臺(tái)面的形式。
43.根據(jù)權(quán)利要求41的產(chǎn)品，其呈水槽的形式。
44.制備人造 石材料的方法，所述方法包括將混合物轉(zhuǎn)變成剛性成型形式，其中所述混合物包含塑料組分和顆粒硫酸鈣填料，所述顆粒硫酸鈣填料的重均粒度不大于3微米。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其包括在所述轉(zhuǎn)變之前，將所述混合物成形。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其中所述成形包括將所述混合物引入模具的空腔中。
47.根據(jù)權(quán)利要求44-46中任一項(xiàng)的方法，其中所述轉(zhuǎn)變包括固化所述混合物。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的方法，其中所述固化包括交聯(lián)所述塑料組分的聚合物。
49.根據(jù)權(quán)利要求44-48中任一項(xiàng)的方法，其中所述轉(zhuǎn)變包括將所述塑料組分從高溫降溫。
50.根據(jù)權(quán)利要求44-49中任一項(xiàng)的方法，其中在所述轉(zhuǎn)變之前，所述混合物具有易流動(dòng)的粘度。
51.根據(jù)權(quán)利要求44-50中任一項(xiàng)的方法，包括在所述轉(zhuǎn)變之前制備所述混合物，所述制備包括混合所述顆粒硫酸鈣填料與所述塑料組分。
52.根據(jù)權(quán)利要求44-51中任一項(xiàng)的方法，其中所述塑料組分包含丙烯酸類樹(shù)脂。
53.根據(jù)權(quán)利要求44-51中任一項(xiàng)的方法，其中所述塑料組分包含聚酯樹(shù)脂。
54.根據(jù)權(quán)利要求44-51中任一項(xiàng)的方法，其中所述塑料組分包含聚氨酯樹(shù)脂。
55.根據(jù)權(quán)利要求44-51中任一項(xiàng)的方法，其中所述塑料組分包含環(huán)氧樹(shù)脂。
56.根據(jù)權(quán)利要求44-51中任一項(xiàng)的方法，其中所述塑料組分包含選自下組的成員:脲醛樹(shù)脂、三聚氰胺甲醛樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂。
57.根據(jù)權(quán)利要求44-56中任一項(xiàng)的方法，其中所述塑料組分是熱固性的。
58.根據(jù)權(quán)利要求44-56`中任一項(xiàng)的方法，其中所述塑料組分是熱塑性的。
59.根據(jù)權(quán)利要求44-58中任一項(xiàng)的方法，其包括澆鑄所述混合物。
60.根據(jù)權(quán)利要求44-58中任一項(xiàng)的方法，其包括壓縮模塑所述混合物。
61.根據(jù)權(quán)利要求44-60中任一項(xiàng)的方法，其中所述顆粒硫酸鈣填料如權(quán)利要求1-39中任一項(xiàng)所述。
62.根據(jù)權(quán)利要求44-61中任一項(xiàng)的方法，其中所述塑料組分如權(quán)利要求1-39中任一項(xiàng)所述。
63.根據(jù)權(quán)利要求44-62中任一項(xiàng)的方法，其中所述剛性成型形式是根據(jù)權(quán)利要求40-43中任一項(xiàng)的產(chǎn)品。
64.根據(jù)權(quán)利要求44-63中任一項(xiàng)的方法，其中所述人造石材料如權(quán)利要求1-39中任一項(xiàng)所述。
65.重均粒度不大于3微米的顆粒硫酸鈣填料在人造石材料中作為填料的用途。
66.根據(jù)權(quán)利要求65的用途，其中所述顆粒硫酸鈣填料如權(quán)利要求1-39中任一項(xiàng)所述。
67.根據(jù)權(quán)利要求65或66的用途，其中所述人造石材料如權(quán)利要求1-39中任一項(xiàng)所述。
68.權(quán)利要求65-67中任一項(xiàng)的用途，其中所述用途是在人造石材料中作為阻燃性填料。
【文檔編號(hào)】E04C2/00GK103827411SQ201280037325
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2012年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月27日
【發(fā)明者】G.C.霍利 申請(qǐng)人:美國(guó)賽爾尼特有限責(zé)任公司