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制造瓷磚的工藝的制作方法

文檔序號:11849316閱讀:1056來源:國知局
本文涉及制造瓷磚的工藝,其特征在于,向陶瓷原材料添加水性漿料,所述水性漿料包含蒙脫石類可膨脹粘土、粘合劑和單價(jià)陽離子的水溶性鹽。現(xiàn)有技術(shù)瓷磚的生產(chǎn)通常涉及以下步驟:I)混合陶瓷原材料;II)對陶瓷原材料進(jìn)行濕研磨;III)對由此獲得的陶瓷粉漿進(jìn)行噴霧干燥;IV)通過壓制粉狀中間體形成生坯片;V)對生坯片進(jìn)行干燥;VI)對經(jīng)干燥的生坯片的上表面進(jìn)行上釉;VII)對經(jīng)上釉的生坯片進(jìn)行燒制。可用于制備陶瓷粉漿的陶瓷原材料是典型的陶瓷原材料,并且是如下兩種基本類型:·粘土狀材料(通常是陶土(chinaclay)和紅色可玻璃化粘土);·補(bǔ)充材料(通常是長石、似長石、長石砂、石英、偉晶巖等),其具有熔融和/或惰性特征。研磨的目的是實(shí)現(xiàn)陶瓷原材料的尺寸減小并且使得它們均質(zhì)化,直到實(shí)現(xiàn)最終恒定的粒度分布;通常來說,在研磨之后的殘留物在63微米(230目)篩上是約為0.5-10重量%(wt%),這取決于陶瓷材料的特性。濕研磨提供了經(jīng)濕研磨的陶瓷原材料,也稱作陶瓷粉漿,含有約30-40重量%的水。后續(xù)步驟是對陶瓷粉漿進(jìn)行噴霧干燥。噴霧干燥的目的是實(shí)現(xiàn)粉漿中所含水的部分蒸發(fā)(將水含量降低至4-7重量%),同時(shí)形成球形顆粒。用于玻璃化單次燒制瓷磚的噴霧干燥粉末的典型粒度分布是70-80重量%的顆粒落在425-180微米的范圍內(nèi)。通過壓制形成瓷磚體的目的是獲得生坯片上盡可能致密化的粉末,兼容燒制過程中可能出現(xiàn)的黑心斑或脫氣問題;通常來說,形成瓷磚體的具體壓力約為200-450kg/cm2。干燥是加工相,其消除了新形成的瓷磚中的殘留壓制水分;通過輥道線收集來自壓制的瓷磚體并輸送到提供在通道內(nèi)的干燥器,其向干燥區(qū)散發(fā)熱空氣??梢允褂贸S玫母煞ɑ驖穹ㄊ┩考夹g(shù)來進(jìn)行上釉。在窯中采用預(yù)先限定的燒制循環(huán)來進(jìn)行燒制;燒制循環(huán)和溫度通常分別落在20-60’和1100-1250℃的范圍內(nèi),這取決于待燒制的陶瓷物質(zhì)的特性以及瓷磚自身的尺寸。陶瓷生坯片體的形成和干燥代表了制品制造中的關(guān)鍵操作。在前述步驟中通常加入添加劑來減少壓制和干燥過程中產(chǎn)生的缺陷。常見的添加劑是粘合劑和塑化劑。加入粘合劑的具體目的是與粉狀原材料粘牢(cement)在一起,并增加經(jīng)干燥的生坯片的機(jī)械抗性。它們通常是有機(jī)特性的(例如,磨拉石、木質(zhì)素磺酸鹽、淀粉及其衍生物);無機(jī)粘合劑也是已知且可用的(粘合劑粘土)。添加塑化劑的具體目的是增加粉漿在形成瓷磚過程中尺寸和形狀發(fā)生改變的能力。已知的有機(jī)塑化劑是二醇,例如聚乙二醇、聚乙烯醇和聚丙烯酸酯。不幸的是,添加大量有機(jī)添加劑增加了陶瓷體中的有機(jī)物質(zhì)含量,并且經(jīng)驗(yàn)表明,采用過多有機(jī)物的經(jīng)壓制的瓷磚體非常容易發(fā)生黑心斑問題。無機(jī)塑化劑也是已知的。無機(jī)塑化劑的例子是特定的粘土,例如球粘土或?qū)儆谝晾?綠泥石和/或伊利石-高嶺石粘土類的粘土,但是它們的較高成本和周期性短缺限制了它們的使用。已知蒙脫石類膨脹粘土(例如膨潤土)展現(xiàn)出塑性和粘結(jié)性質(zhì),并且在瓷磚的制造中將它們加入到陶瓷原材料會同時(shí)增加生坯強(qiáng)度和干燥強(qiáng)度。出于這些原因,在研磨之前,陶瓷原材料偶爾結(jié)合作為粉末的少量膨潤土。但是,膨潤土類的化學(xué)性質(zhì)變化很大,并且在將它們加入到粉漿之前,必須在實(shí)驗(yàn)室中對它們進(jìn)行測試并且在工廠進(jìn)行小心控制,因?yàn)樗鼈儗τ谔沾苫旌衔锏恼扯群土髯冃蕴匦缘膹?qiáng)烈影響會對研磨過程產(chǎn)生劇烈影響。除此之外,膨潤土在干燥過程中收縮更為厲害,從而它們開裂的可能性更高,因此僅可以添加有限量的膨潤土。現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)可以將蒙脫石類膨脹粘土、單價(jià)陽離子的水溶性鹽和特定的有機(jī)粘合劑配制成液體形式,作為特定的可澆注水性漿料,其可以無難度地添加到陶瓷原材料。本發(fā)明的水性漿料作為塑化劑和粘合劑,不會引起黑心斑問題,具有可預(yù)測的性能,并且由于其對于陶瓷原材料混合物或者陶瓷粉漿的粘度的小影響,不需要任何預(yù)先實(shí)驗(yàn)室測試以及同時(shí)增加了生坯體和干燥瓷磚體的強(qiáng)度。此外,漿料作為易于澆注的液體,不僅可以在原材料的混合過程中添加,還可以在研磨步驟之后的下放階段期間進(jìn)行添加,不會導(dǎo)致形成會需要進(jìn)一步的長時(shí)間且存在困難的過濾步驟的凝膠或殘留物。膨脹粘土的漿料是已知的,并且被用于例如造紙部門。美國專利US5,0153,34描述了一種組合物,其包含水可分散性膠狀硅質(zhì)材料(例如膨脹粘土),緊密結(jié)合低分子量水可溶性高電荷密度有機(jī)聚合物(例如聚丙烯酸或聚胺)。以硅質(zhì)材料的干重計(jì),聚合物濃度為0.5-25%。美國專利US5,266,538提供了蒙脫石粘土的提升固體水性漿料,例如高至50重量%的固體,含有有效濃度的單價(jià)鹽。單價(jià)鹽優(yōu)選是氯化鈉。US2007131372提供了含頁硅酸鹽材料和膠粘劑的水性漿料,其具有低于100cps的最終赫科勒斯表觀粘度。這些漿料可含有20-55重量%的固體頁硅酸鹽材料含量。膠粘劑的例子包括各種形式的松脂(單獨(dú)使用或者結(jié)合其他材料),例如木質(zhì)素磺酸鹽、妥爾油脂肪酸、苯乙烯化合物、含氟烴、丙烯酸乳液和苯乙烯丙烯酸酯、硬脂酸酯和硬脂酸。EP1329484描述了一種粘土漿料,其包含蒙脫石類粘土、限定的膦酸酯添加劑和水,其特別適用于作為混凝土的抗?jié)B添加劑。蒙脫石粘土漿料含有至少2重量%的粘土以及約0.5-15重量%的一種或多種膦酸酯,以蒙脫石粘土的重量計(jì)。就本申請的申請人所知道的是,沒有描述將本文的漿料用于生產(chǎn)瓷磚或者它們的具體配方。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本發(fā)明的主要目的是提供一種水性漿料組合物,其包含:a)5-30重量%的蒙脫石類膨脹粘土;b)10-30重量%的粘合劑,其選自:木質(zhì)素磺酸鹽、萘磺酸鹽-甲醛縮合物鹽、單糖和低聚糖、水可溶性淀粉、水可溶性纖維素衍生物,及其混合物;c)0.1-10重量%的單價(jià)陽離子的水可溶性鹽。本發(fā)明的另一個(gè)目的是制造瓷磚的方法,其包括如下步驟:I)混合陶瓷原材料;II)對陶瓷原材料進(jìn)行濕研磨;III)對由此獲得的陶瓷粉漿進(jìn)行噴霧干燥;該方法的特征在于,在步驟I)期間或者在步驟II)之后并且在步驟III)之前,加入0.2-3重量%,優(yōu)選0.4-2重量%的所述水性漿料。具體實(shí)施方式優(yōu)選地,水性漿料包含:a)10-20重量%的蒙脫石類膨脹粘土;b)15-25重量%的所述粘合劑;c)0.5-5重量%的所述單價(jià)陽離子的鹽。通常來說,本發(fā)明的水性漿料包含35-84.5重量%的水。蒙脫石類膨脹粘土屬于眾所周知的三層粘土礦物質(zhì)類,其含有夾在兩層二氧化硅四面體之間的氧化鋁或氧化鎂八面體中心層,并且具有基于葉臘石的理想化學(xué)式,其通過用更低價(jià)態(tài)的陽離子取代部分Al+3、Si+4或Mg+2進(jìn)行改性,得到整體陰離子晶格電荷。蒙脫石類膨脹粘土包括蒙脫土,其包括膨潤土、貝得石、綠脫石、皂石和鋰蒙脫石。膨脹粘土通常具有80-150毫當(dāng)量/100g干礦物質(zhì)的陽離子交換能力,并且可以較為容易地分散在水中。根據(jù)本發(fā)明的用途,蒙脫石類膨脹粘土優(yōu)選是鈉或鋰形式(其可以是天然存在的,但是更通常來說,通過對天然存在的堿土粘土進(jìn)行陽離子交換獲得)或者是氫形式(其可以通過堿金屬或者堿土金屬粘土的無機(jī)酸處理獲得)。此類鈉、鋰或氫形式的粘土當(dāng)水合時(shí)通常具有增加它們的基面距離的性質(zhì),以促進(jìn)被稱為膨脹的現(xiàn)象。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明,膨潤土是優(yōu)選的蒙脫石類膨脹粘土,鈉膨潤土是特別優(yōu)選的。適用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的粘合劑b)是:木質(zhì)素磺酸鹽、萘磺酸鹽-甲醛縮合物鹽、單糖和低聚糖、水可溶性淀粉、水可溶性纖維素衍生物,例如羧甲基纖維素和羥乙基纖維素,及其混合物。單糖和低聚糖的例子是糖類,例如葡萄糖和蔗糖;糖醇,例如山梨糖醇;糊精和麥芽糊精。這些粘合劑是本領(lǐng)域常用的,并且是本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的。用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的特別優(yōu)選的粘合劑是木質(zhì)素磺酸鈉或木質(zhì)素磺酸鉀。木質(zhì)素磺酸鹽是生產(chǎn)木紙漿的副產(chǎn)物。當(dāng)有機(jī)木質(zhì)素分子與強(qiáng)極性磺酸基團(tuán)在亞硫酸鹽化制漿期間結(jié)合時(shí),木質(zhì)素磺酸鹽以它們的鈉鹽、鈣鹽或銨鹽的形式容易地溶解在水中。木質(zhì)素磺酸鹽可以是泛黃色的粉末,具有可變的組成并且還具有可變的分子尺寸。木質(zhì)素磺酸鹽的典型重均分子量約為30,000道爾頓(Da),其典型的數(shù)均分子量約為3000道爾頓。萘磺酸鹽-甲醛縮合物鹽,也稱作NSF,已知有一段時(shí)間了,還被廣泛地描述作為不同部門中的分散劑。通常來說,這些材料是通過熔融萘與發(fā)煙硫酸縮合形成具有不同位置異構(gòu)體的萘磺酸衍生物制得的。然后在約為90℃的溫度使得磺酸衍生物與水和甲醛縮合,之后通過添加堿金屬或銨的氫氧化物或碳酸鹽轉(zhuǎn)變成鹽。適用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的萘磺酸鹽甲醛縮合物鹽的重均分子量優(yōu)選約為10,000Da。適合于實(shí)施本發(fā)明的羧甲基纖維素可選自在陶瓷領(lǐng)域常用的且本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的那些。優(yōu)選用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的羧甲基纖維素的取代度包括0.5-1.5,更優(yōu)選0.6-1.2。優(yōu)選地,在水中2重量%,60rpm以及20℃時(shí),其布氏LVT粘度為5-300mPa*s,更優(yōu)選為5-50mPa*s。優(yōu)選的粘合劑是木質(zhì)素磺酸鹽、萘磺酸鹽-甲醛縮合物鹽、糖、糖醇、羧甲基纖維素,及其混合物。水性漿料還包括單價(jià)陽離子的水溶性鹽c),其降低了蒙脫石粘土的膨脹能力并且降低了漿料的粘度,因而降低了陶瓷粉漿的粘度。在一些情況下,可以使用含二價(jià)或更高價(jià)態(tài)陽離子(例如鈣)的鹽,但是這些二價(jià)離子傾向于與初始存在于可膨脹粘土中的單價(jià)離子發(fā)生交換,并且這會抑制粘土的后續(xù)膨脹。因此,通常優(yōu)選鹽的陽離子是單價(jià)的,例如,銨或堿金屬。可用的鹽的例子是銨鹽(具體來說,NH4+、四-C1-C4-烷基銨和四-C1-C4-烯基銨鹽,其中,一個(gè)或多個(gè)烷基或烯基基團(tuán)被-OH基團(tuán)所取代)或者氯、溴、磷酸(一元、二元和三元磷酸)的堿金屬鹽,及其混合物。具體地例子是氯化鈉或氯化鉀、溴化鈉或溴化鉀、磷酸二氫鈉或磷酸二氫鉀、磷酸一氫鈉或磷酸一氫鉀、四烷基氯化銨、氯化膽堿,及其混合物。優(yōu)選地,單價(jià)陽離子是鈉、鉀或膽堿。鹽優(yōu)選是氯化鈉、氯化鉀、氯化膽堿,更優(yōu)選是氯化鉀。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中,本發(fā)明的水性漿料還包含0.5-5重量%,優(yōu)選1-3重量%的分散劑,其選自本領(lǐng)域常用的那些。分散劑的例子是(甲基)丙烯酸聚合物,通常以鈉鹽形式提供;磷酸鹽和聚磷酸鹽,例如三聚磷酸鈉、偏硅酸鈉;二硅酸鈉;液體硅酸鈉;及其混合物。特別優(yōu)選的分散劑是重均分子量低于20,000Da,優(yōu)選低于10,000Da,例如1000-6000Da的(甲基)丙烯酸聚合物。本發(fā)明的水性漿料中還可存在常用的陶瓷添加劑。添加劑的例子是消泡劑、香味劑、防腐劑以及染料等。通過如下方式制備水性漿料:首先將鹽c)、粘合劑b)和任選的添加劑溶解在水中,之后分散于蒙脫石類可膨脹粘土a)的溶液中。粘土-粘合劑混合物以最小剪切進(jìn)行攪拌,優(yōu)選是在加入粘土?xí)r進(jìn)行。發(fā)現(xiàn)混合的剪切越低,可以實(shí)現(xiàn)的固體含量越高。可以采用能夠產(chǎn)生低剪切混合的任何混合裝置。通常來說,最終水性漿料的布氏粘度(25℃,20rpm)低于3000mPa*s,優(yōu)選為500-1500mPa*s。重要的是,要注意到本發(fā)明的漿料具有低粘度和高固體含量。它們還是穩(wěn)定的,特征在于延長的使用壽命。上文所述的水性漿料可用于根據(jù)本發(fā)明的方法來制造瓷磚。如上文所述,可以在步驟I)中加入漿料。根據(jù)該實(shí)施方式,陶瓷原材料與水性漿料的結(jié)合通常是通過使得陶瓷原材料和其他添加劑(例如,抗絮凝劑)與漿料小心混合形成均勻混合物所實(shí)現(xiàn)的。然后使得陶瓷原材料的混合物經(jīng)受濕研磨。可以使用連續(xù)工藝或者不連續(xù)工藝進(jìn)行該步驟。在研磨結(jié)束時(shí),對粉漿進(jìn)行篩分并輸送到貯槽,由此將它們泵送到噴霧器。還可在研磨和噴霧干燥之間的任意時(shí)刻將本發(fā)明的水性漿料添加到粉漿,甚至是直接在貯槽和霧化器之間的傳輸線中。在步驟III)中,當(dāng)粉漿在霧化器中加熱時(shí),通過升溫?zé)峥諝庵鶎ζ溥M(jìn)行干燥,形成小的、自由流動的顆粒,產(chǎn)生適用于成形的粉末。用于生產(chǎn)瓷磚的工藝還包括如下步驟:對粉狀中間體進(jìn)行壓制以形成生坯片,對生坯片進(jìn)行干燥,對經(jīng)干燥的生坯片的上表面上釉,以及最終對經(jīng)過上釉的瓷磚體進(jìn)行燒制??梢酝ㄟ^常規(guī)技術(shù)和程序來完成制備瓷磚的這些后續(xù)步驟。相比于直接采用蒙脫石類可膨脹粘土來制造瓷磚的現(xiàn)有技術(shù)工藝,本發(fā)明的瓷磚制造工藝具有數(shù)個(gè)優(yōu)勢。具體來說,性能優(yōu)于采用粉末形式的相應(yīng)蒙脫石可獲得的情況,但是沒有對粉末進(jìn)行處理的不便性。本發(fā)明的工藝適用于生產(chǎn)任何種類的瓷磚,例如,墻磚、地磚、瓷器、瓷制瓷器、粗瓷器、瓦片、貼面磚,其可以是單次燒制或者兩次燒制。以下非限制性實(shí)施例顯示了采用根據(jù)本發(fā)明的漿料的示例性水性漿料和工藝。實(shí)施例實(shí)施例1-3采用表1所記載的市售可得組分來制備根據(jù)本發(fā)明的三種水性漿料。表1組分(%w/w)實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3KCl0.40.41.5木質(zhì)素磺酸鈉25-15NSF-20膨潤土203020ReotanHS--5.0殺生物劑0.10.10.1香料0.3-0.2染料0.10.10.1消泡劑--0.1水至100至100至100根據(jù)以下過程制備漿料:·將鹽溶解在水中;·加入粘合劑;·在攪動下溶解,然后添加分散劑和其他添加劑(如果存在的話);·在5分鐘后,在攪動下,將膨潤土逐漸倒入混合物中;·在均質(zhì)化10分鐘后,將漿料過篩100微米篩。溶解測試在研磨之前,對陶瓷原材料混合物評估漿料的效果。用表2中記載的瓷磚4的市售可得的陶瓷原材料來制備混合物。通過確定沒有任何添加劑制備的混合物(空白)、用1重量%的實(shí)施例3的漿料制備的混合物(實(shí)施例3A)以及用0.2重量%的實(shí)施例3的相同膨潤土粉末制備的混合物(實(shí)施例B,具有與實(shí)施例3A的漿料相同量的膨潤土)的福特粘度(ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D1200-10)來評估懸浮液的作用。通過裝有八個(gè)葉片葉輪的高速機(jī)械攪拌器在320rpm下將混合物攪拌10分鐘的方式進(jìn)行均質(zhì)化。得到以下結(jié)果:空白*實(shí)施例3A實(shí)施例B*福特粘度(秒)2728>60*比較例結(jié)果顯示包含實(shí)施例3的漿料的陶瓷原材料混合物的粘度的優(yōu)異穩(wěn)定性。使用根據(jù)本發(fā)明的漿料能夠避免高粘度以及由此可能會產(chǎn)生的問題,例如難以研磨,以及使得粉漿移動通過各個(gè)工藝步驟。對于表2所述的瓷磚1的陶瓷原材料研磨所獲得的陶瓷粉漿進(jìn)行類似測試。對沒有添加劑的粉漿(空白)、具有1重量%的實(shí)施例3的漿料(實(shí)施例3B)以及具有0.2重量%的實(shí)施例3的相同膨潤土粉末的粉漿(實(shí)施例C,具有與實(shí)施例3B的漿料相同量的膨潤土)進(jìn)行測試。通過裝有八個(gè)葉片葉輪的高速機(jī)械攪拌器在320rpm下將混合物攪拌10分鐘的方式進(jìn)行均質(zhì)化。在均質(zhì)化之后,在配衡的63微米ASTM篩(100目)上過篩250g的每種粉漿,不溶材料(殘留物)的量通過在105℃的烘箱中下干燥2小時(shí)后的重量差來測定。得到以下結(jié)果:空白*實(shí)施例3B實(shí)施例C*殘留物(重量%)0.40.41*比較例結(jié)果顯示,含有實(shí)施例3的漿料的陶瓷原材料混合物具有較低的殘留物含量。存在高濃度的殘留物在工藝的后續(xù)步驟中產(chǎn)生問題,并且迫使用戶在噴霧干燥之前對粉漿進(jìn)行二次過濾。強(qiáng)度測試對于用根據(jù)表2所記載的市售可得陶瓷原材料制備的瓷磚體來確定本發(fā)明的漿料的性能,其中,(份數(shù))表示(重量份數(shù))以及(重量%)表示重量百分比。表2將實(shí)施例1-3的漿料添加到通過研磨陶瓷原材料獲得的陶瓷粉漿中,并采用機(jī)械攪拌器小心地均質(zhì)化。在均質(zhì)化之后,粉漿在75-80℃烘箱中調(diào)節(jié)過一夜,再次研磨得到尺寸小于0.75mm的顆粒。在研磨過程結(jié)束時(shí),陶瓷粉漿的水含量約為6重量%。生坯瓷磚體(5cmx10cm,0.5cm厚)采用如下方式制備:實(shí)驗(yàn)室液壓機(jī)(南尼蒂,Mod.MignonSS/EA(Nannetti,Mod.MignonSS/EA))對墻磚體(瓷磚1-3)施加約300kg/cm2的壓力,以及對標(biāo)準(zhǔn)生坯瓷磚體(瓷磚4-7)施加約400kg/cm2的壓力。采用相同程序和單獨(dú)的陶瓷原材料來制備對比生坯片。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)測試方法ISO10545-4,采用實(shí)驗(yàn)室撓度計(jì)(南尼蒂,Mod.FM96(Nannetti,Mod.FM96))來確定生坯片體的斷裂模量(MOR)。在110℃的烘箱干燥過一夜之后,對余下的瓷磚體確定干燥瓷磚體的MOR。斷裂模量是瓷磚體的強(qiáng)度指數(shù)。結(jié)果表示為根據(jù)本發(fā)明制備的瓷磚體相比于對比瓷磚體的強(qiáng)度的%增加,見表3。表3瓷磚1瓷磚2瓷磚3瓷磚4瓷磚5瓷磚6瓷磚7%生坯強(qiáng)度+14,1+35,3+70,6+11,1+13,1+5,0+6,0%干燥強(qiáng)度+41,8+49,1+75,3+19,4+43,5+11,4+16,8當(dāng)前第1頁1 2 3 
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