Состав формовочного материала для керамической плитки Российский патент 2020 года по МПК C04B33/00 C04B33/13 

Изобретение относится к строительным материалам, в частности, к самоочищающимся составам формованных изделий, применяющихся в качестве кирпича, облицовочного материала, а также покрытий пола в зонах интенсивного движения.

Изобретение относится к строительным материалам, загрязненная поверхность которых легко очищается за счет воды, растекающейся по всей поверхности и смывающей грязь.

Любая атмосферная влага - туман, утренняя роса, дождь - постоянно образует на поверхности плитки тонкую пленку воды, которая, стекая с вертикальных или наклонных плоскостей фасада, увлекает за собой грязь, не дает ей накапливаться. А активный кислород, выделяющийся под воздействием ультрафиолета, расщепляет органические загрязнители.

Изобретение обеспечивает высокую эффективность самоочищения и расширяет ассортимент материалов, используемых в качестве активных компонентов самоочищающихся строительных материалов.

Известна сырьевая смесь для изготовления облицовочной керамической плитки, которая содержит породу углеобогащения, термообработанную при 570-600°С, глину, а в качестве плавня - иловую часть отходов обогащения железных руд, химический состав которой, мас. %: SiO₂ - 42,45; Al₂O₃ - 14,54; СаО - 14,88; MgO - 4,52; FeO - 8,06; Fe₂O₃ - 9,46; SO₃ - 0,98; R₂O - 3,25; MnO - 0,49; TiO₂ - 0,73; P₂O₅ - 0,64%, при следующем соотношении компонентов, мас. %: порода углеобогащения, термообработанная при 570-600°С, 90-70, глина 5-20, иловая часть отходов обогащения железных руд 5-10 (патент RU 2 258 684 С1, C04B 33/00, опубл. 20.08.2008).

Недостатками данного состава являются многокомпонентность, что усложняет технологический процесс изготовления, низкая прочность на сжатие (15-18 МПа), высокое водопоглощение (10,1-11,5%) и энергоемкость производства, связанная с необходимостью термообработки породы углеобогащения, высоким давлением прессования (25-35 МПа) и необходимостью проведения стадии глазурования изделий. При этом на поверхности плитки со временем накапливается грязь и бактерии, требующие санитарной обработки. В связи с этим появились патенты на изобретение покрытий, обеспечивающих самоочищение поверхностей плиток.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления керамических облицовочных плиток из состава, включающего мас. % глину: 45-75%, пирофиллит 9-23 %, алюминий 3,5-5%, флюорит 2,5-4 %, каолин 6-20 %, датолит 2-5%. Из данного состава формуют плитки, термообработку ведут от 25 до 650°С со скоростью 4-5,5 град/мин, а затем со скоростью 45-50 град/мин до температуры самовоспламенения плитки (1050-1150°С) с последующей экзотермической выдержкой в течение 10-15 мин и охлаждением (патент RU 1815943 A1, C04B 33/00, опубл. 1996.02.10).

Недостатком данного состава является многокомпонентность формовочного состава, отсутствие самоочищающего эффекта, степень загрязнения, требующая постоянного ухода.

Задачей данного изобретения является получение формованного строительного материала, таких как черепица, кирпич, строительная керамика с повышенным сроком действия самоочищающегося эффекта.

Сущность изобретения заключается в том, что состав формовочного материала для керамической плитки, включающий глину бентонитовую, силикат кальция, алюмокалиевые квасцы и оксид кальция в следующих соотношениях компонентов (мас. %) :

Глина бентонитовая 35-50 Силикат кальция 25-30 Алюмокалиевые квасцы 15-20 Оксид кальция 10-15.

Изобретение позволяет сохранить структуру формованного изделия даже при воздействии на поверхность его внешних факторов. Структура изделия и, соответственно, самоочищающейся поверхности уникальна благодаря своим свойствам:

- гидрофобность поверхности изделия;

- сохранение формы и структуры изделия даже при внешних воздействиях.

Изобретение повышает эффект самоочищающейся поверхности за счет того, что в состав формовочного материала вводятся алюмокалиевые квасцы, при прокаливании которых уже при 700-800°С после процесса десульфуризации происходит полиморфный переход метастабильной формы оксида алюминия в оксид алюминия C - δ-Al₂O₃, обладающий сильным окислительно-каталитическим действием.

Оксид алюминия С способствует образованию высокоразвитой специфической поверхности формованного изделия и является катализатором на поверхности плитки. При поглощении квантов (ультрафиолетовое облучение) проявляет дезинфицирующие свойства.

Оксид кальция определяет прочность готового формованного материала.

Содержание оксида кальция в формовочном материале увеличивается при разложении силиката кальция - источника оксида кремния в общем составе.

Характеристика исходных материалов

Бентонит по физико-химическим показателям должен соответствовать нормам для марки СК (строительная керамика), указанным в таблице 1 (ГОСТ 7032-75 Глина бентонитовая для тонкой и строительной керамики).

В работе используется бентонитовая глина карбонатно-палыгорскитовая, имеющая химический состав (таблица 2):

Таблица 2

Химический состав бентонитовой карбонатно-палыгорс-китовой глины

Наименование. SIO₂ TIO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ MgO CaO Na₂O K₂O P₂O₅ SO₃ FeO H₂O Карбонатно-палыгорскитовая глина 46,79 - 8,63 - 2,74 10,08 - 1,60 1,99 - 3,41 24,33

Алюмокалиевые квасцы (таблица 3) - мелкий кристаллический порошок белого цвета (ГОСТ 4329-77), белые гигроскопические кристаллы, хорошо растворимые в воде. Образует кристаллогидрат - алюмокалиевые квасцы.

Таблица 3

Характеристика алюмокалиевых квасцов

Наименование показателя Чистый (ч.) ОКП 26 2126 0371 02 1. Массовая доля алюмокалиевых квасцов [AlK(SО₄)₂·12H₂О], % Не менее 96,0 2. Массовая доля нерастворимых в воде веществ, %, не более 0,010 3. Массовая доля аммонийных солей (NH₄), %, не более 0,010 4. Массовая доля хлоридов (Сl), %, не более 0,0040 5. Массовая доля железа (Fe), %, не более 0,0020 6. Массовая доля тяжелых металлов (Рb), %, не более 0,0020 7. Массовая доля мышьяка (As), %, не более 0,00010 8. Массовая доля натрия (Na), %, не более Не нормируется 9. рН раствора препарата с массовой долей 5% 3

Оксид кальция CaO - кристаллическое соединение белого цвета (ГОСТ 8677-76). По физико-химическим показателям оксид кальция должен соответствовать нормам, указанным в таблице 4.

Таблица 4

Физико-химические показатели оксида кальция

Наименование показателя Норма Чистый (ч.) ОКП 26 1121 0351 06 1. Массовая доля оксида кальция (СаО), %, не менее 96,0 2. Массовая доля углекислого кальция (СаСО₃), %, не более 2,5 3. Массовая доля нерастворимых в соляной кислоте веществ, %, не более 0,02 4. Массовая доля общего азота (N), %, не более 0,06 5. Массовая доля сульфатов (SO₄), %, не более 0,05 6. Массовая доля хлоридов (Сl), %, не более 0,010 7. Массовая доля железа (Fe), %, не более 0,02 8. Массовая доля тяжелых металлов (Рb), %, не более 0,010 9. Массовая доля суммы калия и натрия (K+Na), %, не более Не нормируется

Характеристика силиката кальция CaSiO₃ приводится в таблице 5.

Таблица 5

Характеристика силиката кальция CaSiO₃

Наименование показателя Норма 1. Происхождение Jilin, China 2. Наименование HUAKUANG 3. Модели HK-WP 4. CAS No 13983-17-0 5. Степень чистоты 93% мин 6. СЧ CaSiO3 7. Внешний вид Белый порошок 8. Тип Уплотненной 9. Размер частиц 325 сетки

Пример конкретного изготовления формованного изделия и экспериментальные результаты отработки.

При изготовлении облицовочных плиток формование изделий производили пластичным способом. Глину раздробили и в смесителе перемешали с предварительно измельченными остальными компонентами в расчетных массовых соотношениях. Смесь приобрела вид однородной пластичной массы.

Формовка пластической массы производится прессованием с получением плитки размером 50×150 мм.

Формованное изделие - плитка - в сушильной установке при начальной температуре 25°С обдувается воздухом с плавным повышением температуры до 700°С в течение 3-4 часов. При этом на поверхности полуфабриката образуется влага, которая быстро испаряется и удаляется системой вентиляции. Кроме того к этому времени достигается полная десульфуризация алюмокалиевых квасцов. Далее со скоростью 15-20 градусов в минуту повышается температура до 1050°С и далее продолжается термообработка в течение 30 минут. При прокаливании уже при 700-80°С после процесса десульфуризации происходит полиморфный переход метастабильной формы оксида алюминия в оксид алюминия C, который на поверхности плитки создает самоочищающий эффект, механизм которого заключается в том, что вода подтекает под грязь на поверхности плитки, смывая ее, и кроме того, при поглощении квантов возникает реакция, которая расщепляет грязь на плитке.

После прокаливания изделие охлаждается и подвергается испытаниям.

После охлаждения плитки нет необходимости покрывать оксидокерамическим покрытием, так как вся внутренняя структура изделия аналогична внешней.

Результаты испытаний приведены в таблице 6.

Таблица 6

Результаты испытаний керамической плитки

№
состава самоочищающейся плитки Компоненты исходной смеси Физические показатели Глина Пиро-филлит Као-лин Флюо-рит Дато-лит Глина бенто-нито-вая Сили-кат каль-ция Алюмо-калие-вые квасцы Оксид каль-ция Предел прочнос-ти на изгиб, МПа Предел прочнос-ти на излом, кг Водо-
погло-
щение,
% Контактный угол смачивания каплей воды объемом 10 мкл Специфи-ческая поверхность
в диапазоне,
м²/г 1 60 20 12 8 60,3 130,2 - 149° 110 2 50 25 15 10 63,7 155,1 - 142° 120 3 42 27 18 13 60,4 187,2 - 155° 140 4 35 30 20 15 62,4 149,6 0,1 130° 113 5 30 32 22 16 61,3 151,3 - 145° 113 Патент 1815943 46-75 9-23 6-20 2,5-4 2-5 49,6-60,1 85,4-119,5 0,6-1,2 25-200

Изобретение относится к строительным материалам, в частности к самоочищающимся формованным материалам. Состав формовочного материала для керамической плитки, включающий глину, дополнительно включает силикат кальция, алюмокалиевые квасцы и оксид кальция, причем глину бентонитовую, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глина бентонитовая 35-50, силикат кальция 25-30, алюмокалиевые квасцы 15-20, оксид кальция 10-15. Технический результат - увеличение срока действия самоочищающего эффекта. 1 пр., 6 табл.

Состав формовочного материала для керамической плитки, включающий глину, отличающийся тем, что дополнительно включает силикат кальция, алюмокалиевые квасцы и оксид кальция, а глина используется бентонитовая, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глина бентонитовая 35–50 Силикат кальция 25–30 Алюмокалиевые квасцы 15–20 Оксид кальция 10-15