СПОСОБ ОКРАШИВАНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1999 года по МПК C04B41/50 C04B33/14 

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано для окрашивания керамических изделий, преимущественно лицевого кирпича.

Известны способы объемного окрашивания лицевого кирпича металлическими рудами и окислами металлов путем их введения в шихту в сухом порошкообразном виде или в виде шликера [1]. При этом наибольшее распространение в качестве окрашивающих добавок получили марганцевая руда, двуокись марганца, железная руда, окись железа, хромитовая руда, в частности хромит железа и двуокись титана.

Недостатками известных способов являются высокие материальные затраты, связанные с потреблением большого количества добавок, необходимых для окрашивания всей шихты; низкое качество окрашивания, наличие на поверхности кирпича пятен, связанные с пластическими свойствами глины и трудностью получения гомогенной массы на основе глины.

Известно использование отходов металлургических производств, например, марганцесодержащих отходов [2] в качестве красящих добавок в шихту.

За счет использования дешевых материалов обеспечивается снижение материальных затрат. Но это отрицательно влияет на качество окрашивания.

Известен способ нанесения цветного покрытия за счет выполнения кирпича двухслойным с формированием основного бруса из обычной шихты и нанесением поверхностного слоя толщиной 3 - 6 мм из лицевой массы на основе светложгущейся глины с добавлением кварцевого стекла, в которую дли придания изделию цвета вводят красители, в частности двуокись марганца, окись хрома, окись кобальта, двуокись титана и др. окислы металлов [3].

Двухслойный кирпич формуют на ленточном вакуум-прессе. При этом лицевой слой наносят с помощью второго ленточного пресса или методом вибрации в виброкамере. Шихту для лицевого слоя приготавливают шликерным способом с многократным измельчением и смешиванием компонентов.

Способ позволяет значительно сократить расход красителей.

Недостатками известного способа являются сложный и трудоемкий, требующий специального оборудования процесс подготовки лицевой массы, нанесения массы на брус и термической обработки; недостаточно высокие прочностные характеристики, наличие тенденции лицевого слоя к отслаиванию при перепадах температур, низкая ударная прочность и т.п.

Аналогичными способу по [3] преимуществами и недостатками характеризуется способ получения ангобированного кирпича путем нанесения на сырец ангоба - тонкого слоя из шихты на основе беложгущейся или цветной глины со стеклобоем, песком, красителями и т.п. [4].

Известен способ окрашивания лицевого кирпича внедрением в его поверхностный слой минеральных солей и окислов металлов в процессе обжига в печи, в частности периодической печи, путем подачи их в топку и протягивания через садку кирпича печными газами [5]. При этом могут использоваться те же соли и окислы металлов, что и при объемном окрашивании по [1].

Способ обеспечивает низкие затраты красителей.

Недостатками известного способа являются низкое качество окрашивания изделий, в частности наличие неравномерности и пятен на окрашенной поверхности, низкий уровень внедрения красителей в поверхностный слой, связанные с неравномерностью обтекания садка с кирпичом пламенем и газами в печи; сложность практической реализации способа, связанная с использованием специально оборудованной периодической печи, трудностью управления процессом и регулирования среды обжига; загрязнение окружающей среды.

Известен наиболее близкий к заявляемому техническому решению, выбранный в качестве ближайшего аналога способ окрашивания и/или упрочнения лицевого кирпича путем пропитки поверхностного слоя сухого кирпича водным раствором соли или окисла металла с последующей повторной сушкой и обжигом [6].

Поверхностный слой сухого кирпича обладает достаточно хорошей впитывающей способностью, что позволяет с минимальными затратами красителей путем опрыскивания, окунания или облива заготовок пропитывать поверхностный слой водным раствором красителей или веществ, которые в процессе обжига при реакции с глиняной массой приобретают нужную окраску.

Недостатками известного способа окрашивания керамических изделий типа лицевого кирпича являются усложнение и удлинение технологического процесса и необходимость дополнительного оборудования, связанные с установкой устройства для пропитки перед печью для обжига и транспортировкой пропитанных заготовок назад на вход сушильной камеры; неравномерность окрашивания, связанная с неравномерностью впитывания водного раствора красителей из-за неравномерной плотности глиняной массы в поверхностном слое.

Задачей изобретения является разработка способа окрашивания керамических изделий типа лицевого кирпича пропиткой поверхностного слоя красителями, который, за счет улучшения впитывающей способности поверхностного слоя, обеспечил бы качественное окрашивание без усложнения и удлинения технологического процесса изготовления кирпича.

Поставленная задача решается за счет того, что при использовании признаков известного способа окрашивания керамических изделий, в частности лицевого кирпича, путем пропитки поверхностного слоя изделия водным раствором минеральной соли и/или окислами металла, его сушки и обжига, в соответствии с изобретением, производят пропитку поверхностного слоя свежеотформованного изделия и в водный раствор минеральной соли и/или окисла металла дополнительно вводят поверхностно-активное вещество (ПАВ).

Предпочтительный вариант для окрашивания лицевого кирпича из кембрийской глины с получением оттенков цветов светло-коричневого - коричневого - темно-коричневого предполагает облив свежеотформованного глиняного бруса водным раствором хлорида марганца и натриевой соли карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) в качестве ПАВ, содержащим, мас.%
Хлорид марганца - 0,5 - 40,0
КМЦ - 0,5 - 6,0
Вода - Остальное
Вариант для окрашивания лицевого кирпича из кембрийской глины с получением оттенков цветов красного - серого - темно-серого - черного предполагает облив свежеотформованного бруса водным раствором сульфата марганца и натриевой соли карбоксиметилцеллюлоза в качестве ПАВ, содержащим, мас.%:
Сульфат марганца - 0,5 - 25
КМЦ - 0,5 - 4,0
Вода - Остальное
Использование в качестве добавки в водный раствор ПАВ обеспечивает эффективное повышение впитывающей способности влажной глиняной массы. С точки зрения современных представлений [7], это объясняется тем, что увлажненная водой глина представляет собой капиллярно-пористую коллоидную массу, состоящую из трехфазной дисперсной системы, включающей твердые частицы, воду и воздух. Воздух, адсорбированный на поверхности глиняных частиц, оказывает замедляющее действие на влагопроводность массы. В присутствии ПАВ происходит гидрофилизация капилляров глиняной массы, что увеличивает ее влагопроводность, а при увлажнении - впитывающую способность.

При обливе свежеотформованного бруса водным раствором соли и/или окисла металла добавка ПАВ обеспечивает их эффективное впитывание и равномерное распределение в поверхностном слое бруса. Это позволяет производить качественное окрашивание без дополнительного оборудования и нарушение обычного технологического процесса, при котором производят пропитку поверхностного слоя свежеотформованного глиняного бруса его обливом, например, обливом бруса с помощью насосного аппарата и ванны составом, предотвращающим образование высолов, с последующей резкой бруса на кирпичи, а также сушкой и обжигом.

Выбор КМЦ в качестве добавки ПАВ в водный раствор красителей определяется ее свойствами и практикой применения в производстве керамических изделий.

Выбор хлорида марганца и сульфата марганца в качестве красителей, а также процентного их соотношения в растворе определяется их эффективностью, подтверждаемой практикой их использования для керамических изделий из кембрийской глины при объемном окрашивании.

Более подробно заявляемое техническое решение рассматривается на примерах его выполнения.

Окрашивание производили при изготовлении лицевого кирпича из кембрийской глины в соответствии с технологическим процессом, включающим приготовление шихты из глины, приготовление раствора для поверхностной обработки заготовок, формирование глиняного бруса на вакуум - прессе, нанесение раствора на глиняный брус путем облива его с помощью насосного аппарата, резку бруса на кирпичи с помощью струнного аппарата, сушку отформованного кирпича в туннельной сушилке при t до 95^oC, обжиг кирпича в туннельной печи при t до 950-970^oC.

Облив производили водными растворами с использованием в качестве красителей хлорида марганца и сульфата марганца с добавкой КМЦ в качестве ПАВ с пропорциональным их увеличением в растворе.

При обливе раствором, содержащим хлорид марганца и натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, после сушки и обжига получали
при содержании хлорида марганца 10 мас.% и КМЦ - 2 мас. % - наиболее четко выраженную окраску светло-коричневого цвета;
при содержании хлорида марганца 15 мас.% и КМЦ 3 мас.% - окраску коричневого цвета,
при содержании хлорида марганца 25 мас. % и КМЦ 3,5 мас.% - окраску темно-коричневого цвета.

При обливе свежеотформованного бруса раствором, содержащим сульфат марганца и КМЦ после сушки и обжига получили
при содержании сульфата марганца 5 мас.% и КМЦ 1,5 мас.% окраску красного с сероватым отливом цвета;
при содержании сульфата марганца 8 мас.% и КМЦ 2,0 мас.% - окраску серого цвета с темным отливом;
при содержании сульфата марганца 15 мас.% и КМЦ 2,5 мас.% - окраску темно-серого цвета;
при содержании сульфата марганца 25 мас.% и КМЦ 3,0 мас.% - окраску черного цвета.

Во всех случаях имела место равномерность окрашенной поверхности.

Разрушение образцов показало проникновение красителей в поверхностный слой на глубину 3 - 4 мм, в зависимости от содержания в растворе КМЦ.

Для облива использовали насосный аппарат, применяемый для пропитывания поверхностного слоя веществом, предотвращающим высолы.

Заявляемое техническое решение полностью выполняет задачу, стоящую перед изобретением.

Заявляемое техническое решение с характеризующими его отличительными признаками на настоящее время в Российской Федерации и за границей не известно и отвечает требованиям критерия "Новизна".

Заявляемое техническое решение является оригинальным, не вытекает очевидным образом из существующего уровня техники и отвечает требованиям критерия "изобретательский уровень".

Заявляемый способ может быть реализован в условиях серийного промышленного производства с использованием известных технических средств, технологий и материалов и отвечает требованиям критерия "промышленная применимость".

Литература
1. И.А. Альперович. Производство лицевого глиняного кирпича. Обзор. М., ВНИИЭСМ, 1978, с. 19-26.

2. Валишев Р.Ш. и др. Использование шлаков черной и цветной металлургии для производства лицевого кирпича. Реферативная информация, серия "Промышленность керамических стеновых материалов и пористых заполнителей". М., ВНИИЭСМ, 1973, вып. 10.

3. Производство двухслойного облицовочного кирпича. Техническая информация, серия "Промышленность керамических стеновых материалов и пористых заполнителей" М., ВНИИЭСМ, 1974, вып. 1.

4. А.с. СССР N 1244134, МКИ: C 04 B 41/86, 1986.

5. Окрашивание кирпича газовым пламенем. РЖ "Химия", М., ВИНИТИ, 1957, 23943
6. Способ производства цветного лицевого кирпича Реферативная информация, серия "Промышленность керамических стеновых материалов и пористых заполнителей. М., ВНИИЭСМ, 1979, вып. 9, с. 31.

7. И. С. Кашкаев и др. Производство лицевых керамических изделий. М., Стройиздат, 1977, с. 52-54.

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано для окрашивания керамических изделий, преимущественно лицевого кирпича. Способ окрашивания лицевого кирпича состоит в пропитке его поверхностного слоя водным раствором минеральной соли и/или окисла металла, его сушке и обжиге. При этом производят пропитку поверхностного слоя свежеотформованного кирпича и в водный раствор минеральной соли и/или окисла металла дополнительно вводят поверхностно-активное вещество. Способ окрашивания керамических изделий типа лицевого кирпича пропиткой поверхностного слоя красителями обеспечивает качественное окрашивание без усложнения и удлинения технологического процесса изготовления кирпича. 2 з.п.ф-лы.

1. Способ окрашивания керамических изделий, в частности лицевого кирпича, путем пропитки поверхностного слоя изделия водным раствором минеральной соли и/или окисла металла, его сушки и обжига, отличающийся тем, что производят пропитку поверхностного слоя свежеотформованного изделия и в водный раствор минеральной соли и/или окисла металла дополнительно вводят поверхностно-активное вещество (ПАВ). 2. Способ по п.1 для окрашивания лицевого кирпича из кембрийской глины, отличающийся тем, что окрашивание производят обливом свежеотформованного глиняного бруса водным раствором хлорида марганца и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) в качестве ПАВ, при этом для получения оттенков цветов светло-коричневого - темно-коричневого используют раствор, содержащий мас.%:
Хлорид марганца - 0,5 - 40,0
КМЦ - 0,5 - 6,0
Вода - Остальное
3. Способ по п.1 для окрашивания лицевого кирпича из кембрийской глины, отличающийся тем, что окрашивание производят обливом свежеотформованного глиняного бруса водным раствором сульфата марганца и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в качестве ПАВ, при этом для получения оттенков цветов красного - серого - темно-серого - черного используют раствор, содержащий, мас. %:
Сульфат марганца - 0,5 - 25
КМЦ - 0,5 - 4,0
Вода - Остальное