復合材料的制作方法
【專利說明】復合材料
[0001] 引言
[0002] 本發(fā)明涉及復合材料，特別是來源于廢物產(chǎn)品的復合材料，且特別是自身可再循 環(huán)的復合材料。本發(fā)明還涉及制造復合材料的方法、以及包含復合材料的成形的物品。
【背景技術】
[0003] 存在對裝飾性建筑材料和表面比如內(nèi)部瓷磚或外部瓷磚、覆蓋層、面磚、及表面臺 面（例如工作臺面、桌面及類似物）的廣泛需求，以提供審美上令人愉悅的內(nèi)部和外部環(huán) 境。傳統(tǒng)材料比如片材石材（例如石材覆蓋層）和陶瓷瓷磚通常已經(jīng)滿足此需求。然而， 對礦物資源的有限供應和填埋區(qū)廢物不斷增加的數(shù)量的上升的意識，已經(jīng)引起新的更可持 續(xù)的復合材料的創(chuàng)新，所述復合材料包含家庭和工業(yè)的廢料。此外，由于原材料典型地經(jīng)過 長距離運輸以便生產(chǎn)相關的裝飾性建筑材料，所以存在解決由此施加的成本和能量負擔的 需求。
[0004] 更可持續(xù)的復合材料包括Corian⑩（從Du Pont可商購）和.S.ile:stone?i (從 Cosentino 可商購）。
[0005] Codatt徵是固體的非多孔性材料，包含約33%的丙烯酸類樹脂（PMMA-聚甲基丙 烯酸甲酯）和約66%的天然礦物（例如三水合鋁）。Corian?作為片材或以成形的形式 被供應。
[0006] Silestone'?.是稠密的非多孔性石材樣材料，包含約93%的粉狀石英，且剩余物由 樹脂粘合劑（不飽和的聚酯樹脂）和顏料構成。樹脂粘合劑與石英變硬以充分地將石英集 料結合在一起。
[0007] 盡管Corian⑩和激Iestone酸是成功的產(chǎn)品，但本發(fā)明人認識到對具有改進的環(huán) 境可持續(xù)性的可選擇的復合材料的需求。特別地，Corian_?和Silestone?復合材料不能 直接地再循環(huán)，因為二者都包含粘合劑，所述粘合劑在它們可以被有效地再循環(huán)之前，必 須首先在昂貴的和費力的預處理步驟中被除去。因此，由于不經(jīng)濟的再循環(huán)工藝，廢棄的 Corian?和Si:le_ne?趨向于被送往填埋區(qū)。此外，盡管Corian?:和Siiestone?產(chǎn)品確 實包含某些廢棄的/再循環(huán)的原材料，但總的廢物含量小于75wt%。
[0008] 因此本發(fā)明的目標是解決現(xiàn)有技術的問題中的至少一個。
[0009] 本發(fā)明的另一目標是提供具有改進的可再循環(huán)性的復合材料。
[0010] 本發(fā)明的另一目標是提供具有比現(xiàn)有技術的那些更高的廢物/再循環(huán)物 (recyclate)含量同時仍然維持復合材料的結構完整性和審美質(zhì)量的復合材料。
[0011] 本發(fā)明的另一目標是利用在其他情況下將被送往填埋區(qū)或低價值的應用（例如 用在道路中）的廢料（比如陰極射線管）。
[0012] 本發(fā)明的另一目標是提供展示獨特的審美質(zhì)量以及能夠被改性以產(chǎn)生多種審美 外觀和紋理外觀的復合材料。
[0013] 本發(fā)明的另一目標是提供具有較簡單的加工要求（特別地在生產(chǎn)成形的物品（例 如瓷磚）中）的復合材料。例如，本發(fā)明的目標是提供可以被鑄造（例如鑄造成成形的物 品）使得其在加熱時保持其輪廓和紋理（因此不必需要燒制支撐模具（firing support mould))的復合材料。此外，本發(fā)明的目標是提供復合材料，所述復合材料在加熱之后（例 如在形成成形的物品期間），在冷卻期間不需要退火，從而使得更有效的熱量回收、用水快 速冷卻、以及通過窯的高生產(chǎn)率成為可能。
[0014] 發(fā)明概述
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了復合材料，所述復合材料包含：
[0016] 玻璃組分；和
[0017] 非玻璃礦物組分；
[0018] 其中所述復合材料包含小于5wt%的合成粘合劑。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的另外的方面（其代表第一方面的變型），提供了復合材料，所述復合 材料包含：
[0020] 玻璃組分；和
[0021] 非玻璃礦物組分；
[0022] 其中所述復合材料包含小于5wt%的合成粘合劑；
[0023] 其中所述復合材料包含至少20wt%的非玻璃礦物組分。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了復合材料，所述復合材料包含：
[0025] 玻璃組分；和
[0026] 非玻璃礦物組分；
[0027] 其中所述復合材料包含至少75wt%的廢料。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的另外的方面（其代表第二方面的變型），提供了復合材料，所述復合 材料包含：
[0029] 玻璃組分；和
[0030] 非玻璃礦物組分；
[0031] 其中所述復合材料包含至少75wt%的廢料；
[0032] 其中所述復合材料包含至少20wt%的非玻璃礦物組分。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了制造復合材料的方法，所述方法包括以下的步 驟：
[0034] i)提供共混混合物，所述共混混合物包含玻璃組分和非玻璃礦物組分；
[0035] ii)使共混混合物經(jīng)受加熱以生產(chǎn)復合材料；
[0036] 其中所述共混混合物包含至少75wt%的廢料。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的另外的方面（其代表第三方面的變型），提供了制造復合材料的方 法，所述方法包括以下的步驟：
[0038] iii)提供共混混合物，所述共混混合物包含玻璃組分和非玻璃礦物組分；
[0039] iv)使共混混合物經(jīng)受加熱以生產(chǎn)復合材料；
[0040] 其中所述共混混合物包含至少75wt %的廢料；
[0041] 其中所述復合材料包含至少20wt%的非玻璃礦物組分。
[0042] 根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了制造復合材料的方法，所述方法包括以下的步 驟：
[0043] i)提供共混混合物，所述共混混合物包含玻璃組分和非玻璃礦物組分；
[0044] ii)使共混混合物經(jīng)受加熱以生產(chǎn)復合材料；
[0045] 其中所述共混混合物包含小于5wt%的合成粘合劑。
[0046] 根據(jù)本發(fā)明的另外的方面（其代表第四方面的變型），提供了制造復合材料的方 法，所述方法包括以下的步驟：
[0047] iii)提供共混混合物，所述共混混合物包含玻璃組分和非玻璃礦物組分；
[0048] iv)使共混混合物經(jīng)受加熱以生產(chǎn)復合材料；
[0049] 其中所述共混混合物包含小于5wt%的合成粘合劑；
[0050] 其中所述復合材料包含至少20wt%的非玻璃礦物組分。
[0051] 根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了通過根據(jù)第三或第四方面的方法中的任一種可獲 得的、獲得的、或直接獲得的復合材料。
[0052] 根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了包含如本文所描述的復合材料的成形的物品。
[0053] 根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了如本文描述的復合材料用于提供裝飾性表面的用 途。
[0054] 根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供了包含玻璃組分和遍及所述復合材料分散的鉛組分 的復合材料。
[0055] 根據(jù)本發(fā)明的第九方面，提供了加鉛的玻璃陰極射線管（CRT)用于生產(chǎn)復合材料 的用途。
[0056] 根據(jù)本發(fā)明的第十方面，提供了加鉛的玻璃陰極射線管（CRT)用于生產(chǎn)抗微生物 表面的用途。
[0057] 除非另外陳述，否則本發(fā)明的任何方面的特征（包括任選的、適宜的、和優(yōu)選的特 征），還可以是本發(fā)明的任何其他方面的特征（包括任選的、適宜的、和優(yōu)選的特征）。
[0058] 本發(fā)明的復合材料具有任何現(xiàn)有材料都不提供的豐富的、獨特的、審美的精飾 (finish)。此外，由于制造工藝的耐受性，投入的材料（包括任何添加劑）和粒徑可以被容 易地調(diào)整以獲得寬范圍的不同的審美的精飾、紋理和顏色。由于本發(fā)明的復合材料可以被 用于審美的用途（例如用于表面裝飾或觀賞性部件），因此在此提供完全新的視覺體驗。
[0059] 本發(fā)明的復合材料在結構上是非常堅固的，且充當用于許多現(xiàn)有產(chǎn)品例如陶瓷瓷 磚、石材覆蓋層、表面臺面（例如工作臺面）等的可選擇的材料。復合材料具有低多孔性， 是抗風化的且因此在外部和內(nèi)部應用兩者中都是高度耐用的。
[0060] 本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，通過將其獨特的加工技術應用到玻璃和非玻璃礦物的共混混合 物中，使用非常高比例（在某些情況下為100%)的廢棄的和/或再循環(huán)的材料可以獲得優(yōu) 良的復合材料。特別地，臟的未分類的廢物例如通常被送往低價值的應用或填埋區(qū)的廢物， 可以被使用以獲得高質(zhì)量的復合材料，從而有效地利用以其他方式不可用的廢物流。
[0061] 此外，結構上穩(wěn)定的且有用的復合材料可以在沒有合成粘合劑的情況下被生產(chǎn)， 所述合成粘合劑傳統(tǒng)地被包括以使復合材料的相關組分結合到一起。對于本發(fā)明，相關組 分之間的強的結合在制造期間被形成。因此，本發(fā)明的復合材料是自身可再循環(huán)的，而不需 要預處理以除去所述粘合劑。這也增加了這些復合材料的環(huán)境可持續(xù)性。
[0062] 另外的優(yōu)點是本發(fā)明的復合材料能夠在鑄造（例如鑄造成本發(fā)明的成形的物品） 和加熱之后保持其立體輪廓和紋理，從而能夠形成成形的物品而無需任何燒制支撐模具。 這顯著地減少加工負擔和對模具的要求。
[0063] 本發(fā)明的另外的優(yōu)點是本地來源的原材料而非經(jīng)過長距離運輸?shù)牟牧峡梢员徊?用。這減少在其他情況下施加的成本和能量負擔。
[0064] 本發(fā)明的另外的優(yōu)點是在加熱/窯烘烤（kiln-baking)之后在復合材料的冷卻時 不需要退火。這提供顯著的能量節(jié)約和制造時間的減少。特別地，此減少的退火要求促進 熱量回收、快速的水冷卻、并且能夠更快速地運送通過連續(xù)燒制的窯的隧道。
[0065] 最后，復合材料制造工藝的副產(chǎn)品可以被再循環(huán)且被再引入到相同的制造工藝 中，從而提供完全地環(huán)境可持續(xù)的工藝。
[0066] 附圖簡述
[0067] 為了更好地理解本發(fā)明，并且示出本發(fā)明的實施方案如何能夠被付諸實施，現(xiàn)在 通過實施例的方式參考以下的示意圖，其中：
[0068] 圖1是圖示制造復合材料的方法的實施方案的工藝流程圖，
[0069] 圖2是圖示在圖1的實施方案中采用的窯燒制斜坡（kiln firing ramp)的線狀 圖。
[0070] 發(fā)明詳述
[0071] 定義
[0072] 本文中，"玻璃組分"包括玻璃，即易碎的且光學上透明的無定形的非結晶固體。
[0073] 本文中，"原始玻璃（virgin glass) "指的是非再循環(huán)的玻璃。
[0074] 本文中，"非玻璃礦物組分"指的是不被歸類為玻璃的無機非金屬材料。這典型地 包括陶瓷、陶瓷釉及類似物，且在某些實施方案中還可以包括石材和/或采石場廢物。
[0075] 本文中，"陶瓷"被定義為通過熱被熔融且隨后被冷卻的無機非金屬材料。
[0076] 本文中，"餐具"指的是典型地包含陶瓷材料的陶器及類似物。
[0077] 本文中，"衛(wèi)生器具"指的是包含陶瓷材料的浴室家具（例如抽水馬桶、水池、浴 缸）及類似物。
[0078] 本文中，"釉"，也稱為陶瓷釉，是熔融到陶瓷材料的表面的玻璃質(zhì)層/涂層（或搪 瓷（enamel))。釉通常被用于對所述陶瓷材料著色、裝飾、強化或防水。釉典型地以適當?shù)?比例包含二氧化硅（作為玻璃形成劑）、氧化鋁（作為網(wǎng)絡改性劑）、以及金屬氧化物（作 為熔劑）。
[0079] 本文中，術語"熔融的"指的是材料通過被熔化到一起（例如在窯中）而被結合。
[0080] 本文中，"廢物"指的是已經(jīng)被處置的材料。
[0081] 本文中，"再循環(huán)物"指的是可能地在除去某些雜質(zhì)或不需要的材料的處理步驟之 后已經(jīng)被再循環(huán)的廢料。
[0082] 本文中，"粘合劑"被定義為獨立地凝固和變硬以便將材料結合到一起的物質(zhì)。其 可以包括膠合劑（例如波特蘭水泥（Portland cement)、石膏）、天然樹脂、以及合成