制备陶瓷组合物的方法技术

本发明专利技术公开了一种以在陶瓷加工过程中添加选择的高分子添加剂为基础，由陶瓷生坯制造具有改善的密实度、生坯密度、生坯强度和表面抛光性能的模拟石和矿物样材料的方法。重均分子量为３００００－１００００００、玻璃化温度为－５０－＋９０℃、且吸湿性低的高分子添加剂对提高由粒度大的中间体加工而成的陶瓷产品的性能特别有用。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在例如石状和矿物质物料之类模拟天然物质制造过程中赋予增加的可塑性、密度和强度的高分子添加剂。特别地，本专利技术涉及特定聚合物和矿物基料的用途，以提供例如瓷砖和具有花岗岩或大理石纹理瓷砖的陶瓷组合物生坯，其具有改善的密实度、生坯密度、生坯强度和表面抛光性能。通常，人们将陶瓷材料用于制备轻质、坚固、耐热和耐化学性的产品，用作色谱介质、助磨剂、磨料、催化剂、吸附剂、餐具、砖、电子元件、建筑部件和机器零件。目前对陶瓷材料的需求是模拟矿物样材料，例如天然石，特别是花岗岩或大理石的外观，用于生产地板、砖、柜台(counter tops)、污水槽、温泉浴场、卫生陶器、建筑制品和其它装饰材料。在生产瓷砖时，粉状陶瓷材料经过高压处理制得所谓的生坯。为了制得陶瓷生坯，压制陶瓷物料或使该物料经过高压处理的方法之一是进行压制。压制方法包括干压成型法、等静压成型法和半湿压成型法。使用这些方法，可以将这些生坯制成不同形状和大小。在干压形成瓷砖时，首先将陶瓷材料加工成浆液，转变成颗粒，然后压制成不同形状和大小的生坯。在半湿压成型法中，将陶瓷材料加工成湿混合料，经压制形成不同形状和大小的生坯。通常，生坯的性能影响成品瓷砖的性能。典型地通过烧结生坯制成成品。如果生坯的生坯密度太低，成品瓷砖的机械性能，例如硬度和韧性，将变小。如果生坯强度太低，生坯加工将变得难以进行或无法进行。因此，人们希望得到具有足够的生坯密度和生坯强度的陶瓷生坯。陶瓷材料在加工过程中的压制程度决定了生坯密度。例如，在干压成型法中，颗粒的密实度决定生坯密度。颗粒的密实度可以通过向颗粒组合物中引入可塑性而得到改善。陶瓷颗粒中缺少可塑性将导致颗粒的硬度增加。硬度增加将减少颗粒的密实度，并且因此减少压制后生坯的密度；生坯密度低导致烧结后的火力密度低，因此降低了最终陶瓷产品的机械强度。颗粒硬度增加也可能造成压制生坯的表面抛光粗糙，给烧结后最终陶瓷产品带来潜在的缺陷。当颗粒粒度大时，在增加生坯密度和改善表面抛光中可塑性变得甚为重要；例如，为了在某些抛光陶瓷材料中获得所需的花岗岩样或大理石纹理，优选使用粒度大的颗粒。随着颗粒变大，需要增加的可塑性以将大颗粒压制成致密的生坯。在压制具有花岗岩样或大理石纹理、并且其中颗粒可能大到几毫米的瓷砖中，该可塑性起着决定性的作用。由于生坯强度提供了生坯必需的操作特性，因此生坯强度在瓷砖生坯中起着同样重要的作用。生坯强度也可以受到生坯中陶瓷材料的密实度的影响。在其它因素相同的情况下，较高的密实度获得较高的生坯强度。用于增加密实度，从而增加陶瓷生坯的生坯密度和生坯强度的一个方法是使用增塑剂作为生坯制备过程中的加工助剂。普通增塑剂包括水、乙二醇、聚乙二醇、甘油、邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二甲酯(James S.Reed，《陶瓷加工原理》第2版，John Wiley and Sons，p 204 New York，1995)。这些增塑剂或是水溶性的或是水不溶性的。由于水不溶性增塑剂不能掺合到水基陶瓷浆液中，因此该增塑剂不适用于瓷砖的压制成型。由于水溶性增塑剂对湿度变化比较敏感，即它们吸湿，因此这些水溶性增塑剂也同样较低程度地受到需要。因此，借助使用这些水溶性增塑剂的方法制得的陶瓷生坯在密实度、生坯密度、生坯强度、收缩量和粘模方面随湿度变化而呈现出可变性(Whitman等人，《干压粘合剂的湿度敏感性》论文No.SXVIIb-92-94，美国陶瓷学会第96届年会印第安那波利斯，IN，April 25，1994)。此外，由于前述增塑剂或是小分子或是分子量很低的聚合物，因此在加工过程中它们对陶瓷粉末提供很小的粘性或者没有粘性。使用这些增塑剂制得的陶瓷生坯的强度很小。美国专利4968460公开了用作陶瓷材料粘结剂的几类乳液聚合物，其中包括丙烯酸酯聚合物，具有-100℃-+120℃的玻璃化温度。当陶瓷生坯受到能量处理步骤，例如电子束辐射、X-射线辐射、紫外线辐射、50℃-200℃的热处理或热压组合作用时，这些粘结剂就赋予陶瓷生坯以增加的生坯强度和生坯密度；在生产陶瓷生坯过程中，额外的处理增加了时间和费用。本专利技术通过使用选择的具有分子量高、Tg低且吸湿性低的高分子添加剂，试图克服制备陶瓷组合物中使用现有技术添加剂所产生的缺陷低的Tg保证了矿物基料被充分地增塑，高分子量/低吸湿性能提供了足够的生坯强度。本专利技术提供一种，其中包括(a)形成微粒材料混合物，包括以混合物总重量为基准计0.1-20wt％的高分子添加剂和至少40wt％的矿物基料，为粒状，粒度为0.5-10mm；(b)压制颗粒以形成生坯；和(c)烧结生坯；其中高分子添加剂选自一种或多种重均分子量为30000-1000000、以高分子添加剂重量为基准计吸附的水分低于6％的吸湿性、且玻璃化温度为-50-+90℃的聚合物。优选生坯为至少10cm宽×至少10cm长×至少0.2cm厚的平板。本专利技术还提供了一种如上所述的方法，其中重复步骤(a)2-5次，颗粒中每种微粒材料混合物所使用的基料都不同，接着进行步骤(b)，其中将颗粒的每种不同微粒材料混合物喂入压制装置；并且还包括至少一种平均粒度小于0.5mm的微粒材料混合物。在另一实施方式中，本专利技术提供了一种用于陶瓷组合物的生坯组合物，包括(a)以生坯组合物总重量为基准计50-99.9wt％的矿物基料；和(b)以生坯组合物总重量为基准计0.1-20wt％的高分子添加剂，该添加剂选自一种或多种重均分子量为30000-1000000、以高分子添加剂重量为基准计吸附的水分低于6％的吸湿性、且玻璃化温度为-50-+90℃的聚合物。本专利技术的方法用于制备包括瓷砖在内适用于形成模拟矿物样制品的各种陶瓷组合物。我们已发现，在陶瓷加工步骤中配制生坯组合物时使用选择的高分子添加剂，使粒度大的颗粒的密实度得到改善，中间体和生坯组合物的生坯密度和生坯强度也得到改善。这里使用的词语“微粒材料”指的是形状为分离颗粒或分开碎片的任意材料，例如丸、珠、粉、颗粒和碎片。这里使用的词语“烷基(甲基)丙烯酸酯”指的是相应的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯；相似地，词语“(甲基)丙烯酸”指的是丙烯酸或甲基丙烯酸以及相应的衍生物，例如酯或酰胺；并且将丙烯酰基和甲基丙烯酰基称作“(甲基)丙烯酰基”。这里使用的所有百分比，除非另有说明都为以所涉及的聚合物或组合物总重量为基准计的重量百分比(wt％)。这里使用的词语“共聚物”指的是含有两种或多种单体或单体型单元的聚合组合物。这里使用的“乳液型聚合物”指的是通过乳液聚合技术制备的水不溶性聚合物。这里使用的“玻璃化温度”或“Tg”意思是在该温度或之上时，玻璃状聚合物将经受聚合物链的链段运动。聚合物的玻璃化温度可以通过以下的Fox等式(《美国物理协会公报》，1(3)，第123页，1956)计算出1Tg=w1Tg(1)+w2Tg(2)]]>对共聚物来说，w1和w2指的是两种共聚单体的重量分数，Tg(1)和Tg(2)指的是两种相应均聚物的玻璃化温度。对含有三种或多种单体的聚合物来说，须添加其它项(wn/Tg(n))。聚合物的Tg还可以通过不同技术测定，包括例如差示扫描量热法(DSC)。适用于本专利技术方法的高分子添加剂具有-50℃-+90℃的玻璃化温度，，优选-5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备陶瓷组合物的方法，其中包括：（ａ）形成其中包括以混合物总重量为基准计０．１－２０ｗｔ％的高分子添加剂和至少４０ｗｔ％的矿物基料的粒状且粒度为０．５－１０ｍｍ的微粒材料混合物；（ｂ）压制这些颗粒以形成生坯；和（ｃ）烧结生坯 ；其中高分子添加剂选自一种或多种重均分子量为３００００－１００００００、以高分子添加剂重量为基准计吸附的水分低于６％的吸湿性、且玻璃化温度为－５０－＋９０℃的聚合物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：唐迅，吴贤亮，LK莫尔纳，
申请(专利权)人：罗姆和哈斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]