СПОСОБ ОКРАШИВАНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2002 года по МПК C04B33/14 C04B41/80 

Изобретение относится к строительству, в частности к производству строительных материалов, и может быть использовано для окрашивания керамических изделий, преимущественно для окрашивания лицевого кирпича.

Известен способ окрашивания лицевого кирпича путем пропитки поверхностного слоя сухого кирпича-сырца водным раствором соли или окисла металла с последующей повторной сушкой и обжигом (Способ производства цветного лицевого кирпича. Реферативная информация, серия "Промышленность керамических стеновых материалов и пористых заполнителей", М.: ВНИИЭСМ, 1979, вып.9, с. 31).

Недостаток известного способа заключается в усложнении и удлинении технологического процесса из-за необходимости повторной сушки и обжига кирпича. Кроме того, неравномерная плотность высушенной глиняной массы в поверхностном слое кирпича обуславливает неравномерность впитывания водного раствора красителей, что, в свою очередь, обуславливает неравномерность окрашивания поверхности изделия. Это не обеспечивает стабильности в получении требуемого цвета при окрашивании поверхности керамических изделий и снижает качество окрашивания. Кроме того, в известном способе интенсивность окрашивания определяется концентрацией окрашивающих реагентов в растворе, что сужает спектр получаемых окрашиваемых цветов из-за ограниченной растворимости окрашивающих реагентов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ окрашивания керамических изделий, в соответствии с которым окрашивающим составом пропитывают поверхностный слой свежеотформованного керамического изделия, после чего изделие сушат и обжигают. При этом окрашивающий состав, которым осуществляют пропитку, представляет собой водный раствор окрашивающих соединений: минеральной соли и/или окисла металла, в который дополнительно вводят поверхностно-активное вещество (ПАВ) (РФ, патент 2130443, С 04 В 41/50, 33/14, публ. 20.05.99).

Недостаток известного способа заключается в следующем. Использование окрашивающих соединений в виде водного раствора затрудняет их равномерную концентрацию в поверхностном слое в необходимом количестве для получения требуемого цвета, что объясняется подвижностью ионов в растворе. Последнее способствует частичному переходу окрашивающих соединений с поверхности изделия в тело изделия, что ухудшает однотонность окраски поверхности изделия, а также снижает стабильность получаемого при окрашивании цвета при одинаковом исходном составе компонентов окрашивающего состава. Варьирование интенсивностью окраски в известном способе обеспечивается варьированием концентрации окрашивающих соединений в растворе. Однако увеличение концентрации окрашивающего соединения ограничено его растворимостью, что сужает спектр получаемых окрашиваемых цветов. Применение ПАВ позволяет снизить миграцию окрашивающего соединения в тело изделия с его поверхности. При этом эффективность повышается с увеличением концентрации ПАВ, что приводит к увеличению вязкости состава и затрудняет работу с ним и в конечном итоге приводит к отклонению от требуемого цвета, снижает качество окраски из-за неравномерности нанесения состава.

Таким образом, выявленные в результате патентных исследований аналог и наиболее близкий к предлагаемому способы окраски керамических изделий при осуществлении не обеспечивают достижение технического результата, заключающегося в стабильности получения требуемого цвета при окрашивании поверхности керамических изделий, в повышении качества окрашивания, в расширении спектра цветов, получаемых при окрашивании.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания способа окрашивания керамических изделий, осуществление которого позволяет достичь технический результат, заключающийся в стабильности получения требуемого цвета при окрашивании поверхности керамических изделий, в повышении качества окрашивания, в расширении спектра цветов, получаемых при окрашивании.

Суть изобретения заключается в том, что в способе окрашивания керамических изделий, включающем нанесение на поверхность свежеотформованного изделия окрашивающего соединения, сушку и обжиг, кроме того, для окрашивания используют цинкосодержащее соединение и клеящее соединение, при этом используют окрашивающее и цинкосодержащее соединения, малорастворимые или нерастворимые в воде, для чего готовят суспензию из цинкосодержащего соединения, окрашивающего соединения и разведенного водой клеящего соединения, затем суспензию наносят на поверхность свежеотформованного изделия, после чего изделие сушат и обжигают.

Технический результат достигается следующим образом. Нанесение окрашивающего состава на поверхность свежеотформованного изделия обеспечивает его более равномерное распределение по поверхности, что повышает качество окрашивания. Это обуславливается более равномерной плотностью глиняной массы в поверхностном слое свежеотформованного изделия. Применение в предлагаемом способе окрашивающего и цинкосодержащего соединений, малорастворимых или нерастворимых в воде, позволяют использовать окрашивающий состав в виде суспензии. Разведение клеящего соединения водой обеспечивает возможность приготовления на его основе суспензии из цинкосодержащего соединения и окрашивающего соединения (суспензию готовят из цинкосодержащего соединения, окрашивающего соединения и разведенного водой клеящего соединения). Использование в предлагаемом способе окрашивающего состава в виде суспензии позволяет снизить зависимость качества окраски от состава и свойств глины в изделиях-сырцах, а также от качества поверхности свежеотформованного изделия, что обеспечивает стабильность получения требуемого цвета при окрашивании поверхности керамических изделий и повышает качество окрашивания. Это объясняется тем, что состав глины, поступающей на переработку неоднороден и непостоянен и содержит в себе глины с совершенно отличными характеристиками. В следствие того, что в процессе подготовки глины не удается достичь ее гомогенизации, состав и свойства глины в изделиях-сырцах нестабильны. Это отражается на процессе впитывания окрашивающего раствора при нанесении его на поверхность свежеотформованного изделия. В результате интенсивность окрашивания при нанесении одного и того же раствора различна. Благодаря тому, что в предлагаемом способе окрашивающий состав представляет из себя суспензию, компоненты которой малорастворимы или нерастворимы в воде, равномерность окрашивания и стабильность интенсивности окрашивания повышаются, поскольку в данном случае толщина слоя окрашивающего состава и его равномерность не зависят от свойств глины, а миграция окрашивающего соединения в тело изделия исключается или имеет место в незначительном количестве. Это объясняется тем, что использование клеящего соединения для приготовления красящего состава обеспечивает закрепление на окрашиваемой поверхности микрочастиц суспензии. В этом случае клеящее соединение выполняет функцию поверхностно активного вещества, способствует быстрому впитыванию жидкой фазы суспензии в тело изделия и активному заполнению частицами дисперсной фазы суспензии всех полостей в поверхностном слое изделия. В результате обеспечивается закрепление дисперсной фазы на поверхности и в поверхностном слое изделия, что создает максимальный контакт на границе двух твердых фаз и улучшает процесс обжига, что повышает качество окрашивания поверхности изделия. Поскольку микрочастицы дисперсной фазы суспензии при нанесении окрашивающего состава заполняют все неровности поверхности, поры, капилляры, выравнивается цвет при окрашивании, что также повышает качество окрашивания. Кроме того, благодаря заполнению пор и капилляров микрочастицами суспензии, преграждаются пути для миграции окрашивающего соединения в тело изделия, что обеспечивает их требуемую концентрацию на поверхности, повышает стабильность в получении требуемого цвета при окрашивании поверхности керамических изделий и повышает качество окрашивания. Благодаря операции сушки изделия происходит уплотнение нанесенного слоя суспензии и фиксация окрашивающего состава в поверхностном слое изделия, что так же повышает качество окрашивания. В процессе обжига изделия происходит химическое взаимодействие окислов железа материала изделия с реагентами окрашивающего состава, закрепленными на поверхности и в поверхностном слое изделия. Цинкосодержащее соединение в процессе обжига плавится или находится в высокоактивном состоянии, близком к плавлению. Именно за счет повышенной активности и происходит взаимодействие цинкосодержащего соединения с окислами железа с образованием шпинели (Fe₂O₃•ZnO). При получении других цветов (серых - с использованием марганцевых соединений, или бежевых - с использованием окиси хрома) взаимодействие окрашивающего соединения с основным черепком обеспечивается за счет высокой активности цинкосодержащего соединения, которое способствует вступлению твердых окрашивающих соединений, например соединений марганца или хрома, в реакции с поверхностным слоем изделия, приводящих к окрашиванию. Это и позволяет использовать для окрашивания малорастворимые и нерастворимые окрашивающие соединения, а сам окрашивающий состав - в виде суспензии. При этом введение в окрашивающий состав цинкосодержащего соединения позволяет обеспечить стабильность получения требуемого цвета при окрашивании поверхности керамических изделий и повысить качество окрашивания, поскольку в процессе окрашивания при достижении температуры обжига, цинкосодержащее соединение частично обесцвечивает окись железа материала изделия, обуславливающую его красный цвет, т. е. снижает интенсивность исходной окраски поверхности. Введение окрашивающих соединений обеспечивает формирование в процессе обжига определенного цвета. Расширение спектра цветовой гаммы в предлагаемом способе обеспечивается благодаря возможности снятия ограничения по увеличению концентрации окрашивающих соединений, поскольку в предлагаемом способе широко варьировать концентрацией окрашивающего соединения позволяет использование окрашивающего состава в виде суспензии, в отличие от прототипа, где повышение концентрации ограничено растворимостью ингредиентов окрашивающего состава. Качество окрашивания повышается также за счет практического отсутствия высолов на поверхности готового изделия. Можно предположить, что благодаря повышенной активности цинкосодержащего соединения, содержащиеся в глине водорастворимые соли спекаются в окрашиваемом слое.

Из вышеизложенного следует, что предлагаемый способ окрашивания керамических изделий при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в стабильности получения требуемого цвета при окрашивании поверхности керамических изделий, в повышении качества окрашивания, в расширении спектра цветов, получаемых при окрашивании.

Предлагаемый способ окрашивания керамических изделий осуществляют следующим образом. В предлагаемом способе окрашивания используют цинкосодержащее и окрашивающее соединения, малорастворимые или нерастворимые в воде, и клеящее соединение. Для окрашивания готовят суспензию из цинкосодержащего соединения, окрашивающего соединения и разведенного водой клеящего соединения. Готовую суспензию наносят на поверхность свежеотформованного изделия. После чего изделие сушат и обжигают.

В качестве окрашивающих соединений могут быть использованы, например, минеральные соли или окислы металлов, малорастворимые или нерастворимые в воде.

Во все примерах выполнения способа суспензию готовят следующим образом. Исходные ингредиенты для приготовления суспензии берут в кристаллическом виде. Измельчают их, например, в шаровой мельнице. Отдельно разводят в воде клеящее соединение (обычно по инструкции к нему). После чего смешивают измельченные цинкосодержащее соединение и окрашивающее соединение с разведенным в воде клеящим соединением. Суспензию тщательно перемешивают до получения однородной массы.

В приведенных примерах производили окрашивание лицевого кирпича из кембрийской глины. На поверхность свежеотформованного глиняного бруса наносили путем облива окрашивающий состав, приготовленный в виде суспензии в соответствии с предлагаемым способом. В качестве клеящего соединения использовали натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ). КМЦ разводили по инструкции: на 400 г клея брали 3-3,5 л воды.

Пример 1. При обливе суспензией, содержащей, мас.%: ZnF₂ - 12,9; соединения марганца в пересчете на MnO₂ - 0,5; КМЦ - 1,38, получали светло-серый цвет.

При содержании соединений марганца в пересчете на MnO₂ - 1,3 получали цвет серый.

Пример 2. При обливе суспензией, содержащей, мас.%: ZnF₂ - 12,9; соединения хрома в пересчете на Сr₂O₃ - 0,06; КМЦ - 1,38, получали цвет светло-бежевый.

При содержании соединений хрома в пересчете на Cr₂O₃ - 0,13 получали цвет бежевый.

Кроме того, в качестве цинкосодержащих соединений могут применятся арсенид цинка, гидроксид цинка, оксид цинка, карбонат цинка, нерастворимые в воде неорганические соединения цинка и другие.

В качестве клеящих соединений: водные растворы поливинилового спирта, метилцеллюлозы, водные дисперсии полимеров, мучной и крахмальный клейстеры.

Пример 3. При обливе суспензией, содержащей, мас.%: карбонат цинка 6,0-4,8; соединения хрома в пересчете на Cr₂O₃ - 0,06; крахмал 1-12; остальное - вода, получали цвет светло-бежевый.

При содержании соединений хрома в пересчете на Cr₂O₃ - 0,13 получали цвет бежевый.

Пример 4. При обливе суспензией, содержащей, мас.%: арсенид цинка 5-44; соединения хрома в пересчете на Cr₂O₃ - 0,13; поливиниловый спирт 5-30; вода остальное, получали цвет бежевый.

Пример 5. Гидроксид цинка 4,5-40; MnO₂ - 1,3; дисперсия поливинилацетата (ПВА) 30-70; остальное - вода, получили цвет серый.

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано для окрашивания керамических изделий, преимущественно лицевого кирпича. Для окрашивания готовят суспензию из нерастворимых цинкосодержащего и окрашивающего соединений и разведенного водой клеящего соединения. Готовую суспензию наносят на поверхность свежеотформованного изделия. После чего изделие сушат и обжигают. Способ обеспечивает стабильность требуемого цвета при окрашивании поверхности керамических изделий, повышение качества окрашивания, расширение спектра цветов.

Способ окрашивания керамических изделий, включающий нанесение на поверхность свежеотформованного изделия суспензии из окрашивающего соединения и разведенного водой клеящего соединения, его сушки и обжига, отличающийся тем, что суспензия дополнительно содержит цинкосодержащее соединение и для ее приготовления используют малорастворимые и нерастворимые в воде окрашивающее и цинкосодержащее соединения.