Способ получения безобжиговых декоративных материалов на основе волластонита

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к способам получения декоративных отделочных материалов на основе волластонита. Технический результат - создание экономичного и экологически чистого способа получения безобжиговых декоративных строительных материалов на основе волластонита. Способ получения безобжиговых декоративных материалов на основе волластонита характеризуется тем, что осуществляют сухое перемешивание в соотношении 3:1 - 1:1 армирующего наполнителя - высокоигольчатого волластонита с содержанием основного минерала не менее 90% и каустического магнезита, измельченного до крупности с остатком на сите 008 не более 15% с содержанием оксида магния не менее 75%, с последующим затворением полученной сухой смеси до влажности 10-12% раствором соли хлористого магния с количеством сухой соли в растворе, взятой в количестве 3-5% от веса сухой смеси волластонита и магнезита, формованием изделий заданной формы методом пластического формования и твердением в нормальных атмосферных условиях не менее 48 ч, при этом в качестве армирующего наполнителя используют волластонит с содержанием элементарных игл с отношением длины иглы к диаметру 5-20 не менее 50%, в том числе с содержанием игл с отношением длины к диаметру 10-20 не менее 15%.

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к способам получения отделочных материалов на основе волластонита.

Известен способ получения облицовочных декоративных плит для внешней и внутренней отделки, включающий приготовление связующей массы из смеси глины и жидкого стекла, перемешивание связующей массы с гранитной крошкой и измельченным стеклом, прессование массы, сушку, обжиг при 1000-1100^oC. (SU N 1265176, опубл. 23.10.86).

Низкое водопоглощение конечных изделий (1,08-1,98%), высокая прочность при изгибе (25,1-32,2 МПа), высокая морозостойкость (более 100 циклов) по мнению авторов достигается добавлением в формуемую массу отсевов гранита и стеклобоя крупностью не более 0,2 мм.

Недостатком способа является необходимость спекания массы при 1000-1100^oC для получения требуемых физико-химических свойств, что требует повышенного расхода электроэнергии и увеличивает стоимость конечных изделий.

Известен также способ изготовления декоративных керамических элементов на основе жидкого стекла, этилсиликата и алюмосиликата (SU N 1288173, опубл. 07.02.87).

По этому способу предварительно готовят связующее на основе жидкого стекла и этилсиликата, затем полученную массу растворяют в воде. Полученное жидкое связующее смешивают с алюмосиликатным наполнителем крупностью 0,01-1,25 мм и отвердителем. Методом пластического формования формуют изделие заданной формы и отверждают изделие при естественной выдержке на воздухе. Затем на изделие наносят глазурное покрытие и обжигают при температуре 950^oC. По мнению авторов, для получения изделий с заданными физико-механическими свойствами (водопоглощение 19,6%, удельный вес - 1,4-1,6 г/см³, морозостойкость - 3-5 циклов, усадка - 1,7%) необходимо смешивать компоненты в определенных авторами соотношениях и использовать наполнитель-алюмосиликат заданной крупности.

Недостатком способа является невозможность получения заданных физико-механических декоративных элементов без обжига, что затрудняет, например, проведение реставрационных работ, в ходе которых требуется, как правило, заделка дефектов реставрируемого изделия сложной конфигурации пластичным составом с высокой адгезией к реставрируемому материалу без обжига по месту. Недостатком является также необходимость обжига керамических элементов для приобретения или необходимых конечных физико-механических свойств, что требует повышенного расхода электроэнергии.

В предлагаемых способах (1, 2) получения декоративных элементов конечные физико-механические свойства изделий достигнуты за счет высокотемпературного спекания отформованных и высушенных изделий. Предлагаемый способ решает задачу создания экономичного и экологически чистого способа получения безобжиговых декоративных строительных материалов на основе волластонита.

Способ получения безобжиговых декоративных материалов на основе волластонита, характеризуется тем, что осуществляют сухое перемешивание в соотношении 3: 1 - 1:1 армирующего наполнителя - высокоигольчатого волластонита с содержанием основного минерала не менее 90% и каустического магнезита, измельченного до крупности с остатком на сите N 008 не более 15% с содержанием оксида магния не менее 75%, с последующим затворением полученной сухой смеси до влажности 10-12% раствором соли хлористого магния с количеством сухой соли в растворе, взятой в количестве 3-5% от веса сухой смеси волластонита и магнезита, формованием изделий заданной формы методом пластического формования и твердением в нормальных атмосферных условиях не менее 48 ч, при этом в качестве армирующего наполнителя используют волластонит с содержанием элементарных игл с отношением длины иглы к диаметру 5-20 не менее 50%, в том числе с содержанием игл с отношением длины иглы к диаметру 10-20 - не менее 15%.

Сущность способа заключается в том, что измельченный каустический магнезит с остатком не сетке N 008 не более 15% с содержанием окиси магния не менее 75% с удельным весом 3,1-3,6 г/см³ перемешивают в соотношении 1:3 - 1: 1 с высокоигольчатым волластонитом с содержанием основного минерала не менее 90% с содержанием элементарных игл с отношением длины иглы к диаметру 5-20 не менее 50%, в том числе с содержанием игл с отношением длины иглы к диаметру 10-20 не менее 15%. Полученную однородную сухую смесь затворяют раствором соли хлористого магния, взятой в пересчете на сухую соль в количестве 3-5% от веса сухой смеси каустического магнезита и волластонита, увлажняют смесь до влажности 10-12%, формуют смесь методом пластического формования в изделия заданной формы. Отформованная влажная смесь начинает набирать прочность при твердении в естественных воздушных условиях через 20 мин после формования, окончательную прочность при минимальной объемной усадке изделие набирает после 2 суток твердения при нормальных условиях (давление воздуха - 0,1 МПа, температура - 297 К). Прочность при сжатии изделий после набора окончательной прочности при твердении в нормальных условиях составляет не менее 38,5 МПа, при статическом изгибе - не менее 10,7 МПа, объемное расширение при твердении - не более 0,5%, удельный вес - 1,6-1,85 г/см³ (в зависимости от соотношения магнезита и волластонита в сухой смеси), морозостойкость изделий - не менее 30 циклов.

Высокоигольчатый волластонит, введенный в рецептуру в качестве армирующего наполнителя, придает формуемой массе повышенную пластичность, улучшает формуемость влажной смеси, уменьшает адгезию воздушной массы к форме, повышает прочностные свойства изделий, уменьшает до минимальных значений водопоглощение за счет затворения исходной сухой смеси меньшим количеством воды в составе раствора хлористого магния и образования высокопористой структуры изделия с закрытой системой пор, при этом вся влага, используемая для затворения сухой смеси, используется при твердении для образования гидрата окиси магния и оксихлорида магния, что обеспечивает высокую конечную прочность изделия, которая значительно усиливается армирующим действием высокоигольчатого волластонита.

Ввиду того, что компоненты сухой смеси - волластонит и магнезит - имеют высокую степень белизны (96-98%), введением в сухую массу различных природных пигментов в количестве 3-7% от веса сухих компонентов можно варьировать цветовую гамму декоративных изделий.

Преимуществом данного способа также является отсутствие необходимости термообработки изделий, так как окончательные высокие прочностные свойства изделий формируются за счет хорошего совмещения волластонита с формуемой массой и армирующих свойств игольчатого волластонита, что повышает экономичность способа, а также позволяет осуществлять реставрационные работы по предлагаемому способу в любых погодных условиях. Влажная смесь на основе магнезита и волластонита до твердения хорошо совмещается за счет высокой адгезии с любым из обычно применяемых для изготовления декоративных изделий материалом (гипс, мрамор, гранит, диабаз, магнезит, бетон), за счет повышенной пластичности хорошо заполняет все микронеровности и микротрещины в реставрируемом изделии, что способствует повышению водостойкости и морозостойкости изделия. При увеличении содержания волластонита в сухой смеси в соотношении с каустическим магнезитом более чем 3:1 несколько уменьшаются прочностные свойства за счет дефицита связующего, при уменьшении содержания волластонита в сухой смеси в соотношении с каустическим магнезитом менее 1:1 увеличивается удельный вес конечных изделий при незначительном увеличении прочностных показателей. При уменьшении количества сухой соли хлористого магния, используемой в виде водного раствора для затворения сухой смеси магнезита и волластонита, менее 3% по отношению к количеству магнезита и волластонита в сухой смеси процесс твердения влажной смеси протекает более медленно и изделие имеет более низкие прочностные показатели из-за образования недостаточного количества оксихлорида магния при твердении. При увеличении содержания соли хлористого магния более 3% от веса магнезита и волластонита в сухой смеси физико-механические свойства конечного изделия существенно не меняются, но могут возникать соляные "высолы" на поверхности декоративного изделия из-за образования избыточного количества оксихлорида магния. При использовании волластонита в сухой смеси с содержанием элементарных игл с отношением длины иглы к диаметру 5-20 менее 50%, в том числе с содержанием игл с отношением длины иглы к диаметру 10-20 менее 15%, увеличение объема изделия при твердении изделия составляет более 0,5%, что может привести к возникновению трещин в твердеющем изделии.

Примеры осуществления способа.

Пример 1. 1700 г высокоигольчатого волластонита с содержанием основного вещества 91% с количеством элементарных иголок с отношением длины иглы к диаметру 5-20-50%, в том числе с содержанием игл с отношением длины иглы к диаметру 10-20-15%, перемешивают с 567 г каустического магнезита с содержанием основного вещества 75%, затворяют сухую смесь 259 мл раствора соли хлористого магния с концентрацией 262 г/л (3% от веса сухой смеси магнезита и волластонита в пересчете на сухую соль) до влажности смеси 10%, формуют смесь в изделие требуемой формы методом пластического формования. Через 2 суток твердения на воздухе при нормальных условиях (давление атмосферного воздуха 0,1 МПа, температура - 293 К) прочность изделия на сжатие - 30 МПа, на изгиб - 8 МПа, удельные вес - 1,6 г/см³, морозостойкость - 25 циклов.

Пример 2. 2000 г высокоигольчатого волластонита с содержанием основного минерала 95% с количеством элементарных игл с отношением длины иглы к диаметру 5-20-60%, в том числе с отношением длины иглы к диаметру 10-20-20%, перемешивают с 200 г каустического магнезита с содержанием основного вещества 80%, затворяют смесь 457 мл раствора соли хлористого магния с концентрацией 262 г/л (3% от веса сухой смеси магнезита и волластонита в пересчете на сухую соль) до влажности 10%. Методом пластического формования формуют изделие заданной формы. Через 2 суток твердения на открытом воздухе при нормальных условиях прочность изделия на сжатие - 38 МПа, на изгиб - 10 МПа, удельный вес - 1,85 г/см³, морозостойкость - 35 циклов.

Пример 3. 3000 г высокоигольчатого волластонита с содержанием основного вещества 97% с количеством элементарных игл с отношением длины иглы к диаметру 5-20-70%, в том числе с отношением длины иглы к диаметру 10-20-30%, перемешивают с 2000 г каустического магнезита с содержанием основного вещества 85%, затворяют смесь 583 мл раствора соли хлористого магния с концентрацией 428 г/л (5% от веса сухой смеси магнезита и волластонита в пересчете на сухую соль) до влажности 12%. Методом пластического формования формуют изделие заданной формы.

Через 2 суток твердения при нормальных условиях прочность на сжатие изделия - 35 МПа, на изгиб - 9,5 МПа, удельный вес - 1,8 г/см³, морозостойкость - 35 циклов.

Формула изобретения

Способ получения безобжиговых декоративных материалов на основе волластонита, характеризующий тем, что осуществляют сухое перемешивание в соотношении 3:1 - 1:1 армирующего наполнителя - высокоигольчатого волластонита с содержанием основного минерала не менее 90% и каустического магнезита, измельченного до крупности с остатком на сите 008 не более 15% с содержанием оксида магния не менее 75%, с последующим затворением полученной сухой смеси до влажности 10 - 12% раствором соли хлористого магния с количеством сухой соли в растворе, взятой в количестве 3 - 5% от веса сухой смеси волластонита и магнезита, формованием изделий заданной формы методом пластического формования и твердением в нормальных атмосферных условиях не менее 48 ч, при этом в качестве армирующего наполнителя используют волластонит с содержанием элементарных игл с отношением длины иглы к диаметру 5 - 20 не менее 50%, в том числе с содержанием игл с отношением длины иглы к диаметру 10 - 20 не менее 15%.