复合材料的制作方法
【专利说明】复合材料
[0001] 引言
[0002] 本发明涉及复合材料，特别是来源于废物产品的复合材料，且特别是自身可再循 环的复合材料。本发明还涉及制造复合材料的方法、以及包含复合材料的成形的物品。
【背景技术】
[0003] 存在对装饰性建筑材料和表面比如内部瓷砖或外部瓷砖、覆盖层、面砖、及表面台 面（例如工作台面、桌面及类似物）的广泛需求，以提供审美上令人愉悦的内部和外部环 境。传统材料比如片材石材（例如石材覆盖层）和陶瓷瓷砖通常已经满足此需求。然而， 对矿物资源的有限供应和填埋区废物不断增加的数量的上升的意识，已经引起新的更可持 续的复合材料的创新，所述复合材料包含家庭和工业的废料。此外，由于原材料典型地经过 长距离运输以便生产相关的装饰性建筑材料，所以存在解决由此施加的成本和能量负担的 需求。
[0004] 更可持续的复合材料包括Corian⑩（从Du Pont可商购）和.S.ile:stone?i (从 Cosentino 可商购）。
[0005] Codatt徵是固体的非多孔性材料，包含约33%的丙烯酸类树脂（PMMA-聚甲基丙 烯酸甲酯）和约66%的天然矿物（例如三水合铝）。Corian?作为片材或以成形的形式 被供应。
[0006] Silestone'?.是稠密的非多孔性石材样材料，包含约93%的粉状石英，且剩余物由 树脂粘合剂（不饱和的聚酯树脂）和颜料构成。树脂粘合剂与石英变硬以充分地将石英集 料结合在一起。
[0007] 尽管Corian⑩和激Iestone酸是成功的产品，但本发明人认识到对具有改进的环 境可持续性的可选择的复合材料的需求。特别地，Corian_?和Silestone?复合材料不能 直接地再循环，因为二者都包含粘合剂，所述粘合剂在它们可以被有效地再循环之前，必 须首先在昂贵的和费力的预处理步骤中被除去。因此，由于不经济的再循环工艺，废弃的 Corian?和Si:le_ne?趋向于被送往填埋区。此外，尽管Corian?:和Siiestone?产品确 实包含某些废弃的/再循环的原材料，但总的废物含量小于75wt%。
[0008] 因此本发明的目标是解决现有技术的问题中的至少一个。
[0009] 本发明的另一目标是提供具有改进的可再循环性的复合材料。
[0010] 本发明的另一目标是提供具有比现有技术的那些更高的废物/再循环物 (recyclate)含量同时仍然维持复合材料的结构完整性和审美质量的复合材料。
[0011] 本发明的另一目标是利用在其他情况下将被送往填埋区或低价值的应用（例如 用在道路中）的废料（比如阴极射线管）。
[0012] 本发明的另一目标是提供展示独特的审美质量以及能够被改性以产生多种审美 外观和纹理外观的复合材料。
[0013] 本发明的另一目标是提供具有较简单的加工要求（特别地在生产成形的物品（例 如瓷砖）中）的复合材料。例如，本发明的目标是提供可以被铸造（例如铸造成成形的物 品）使得其在加热时保持其轮廓和纹理（因此不必需要烧制支撑模具（firing support mould))的复合材料。此外，本发明的目标是提供复合材料，所述复合材料在加热之后（例 如在形成成形的物品期间），在冷却期间不需要退火，从而使得更有效的热量回收、用水快 速冷却、以及通过窑的高生产率成为可能。
[0014] 发明概述
[0015] 根据本发明的第一方面，提供了复合材料，所述复合材料包含：
[0016] 玻璃组分；和
[0017] 非玻璃矿物组分；
[0018] 其中所述复合材料包含小于5wt%的合成粘合剂。
[0019] 根据本发明的另外的方面（其代表第一方面的变型），提供了复合材料，所述复合 材料包含：
[0020] 玻璃组分；和
[0021] 非玻璃矿物组分；
[0022] 其中所述复合材料包含小于5wt%的合成粘合剂；
[0023] 其中所述复合材料包含至少20wt%的非玻璃矿物组分。
[0024] 根据本发明的第二方面，提供了复合材料，所述复合材料包含：
[0025] 玻璃组分；和
[0026] 非玻璃矿物组分；
[0027] 其中所述复合材料包含至少75wt%的废料。
[0028] 根据本发明的另外的方面（其代表第二方面的变型），提供了复合材料，所述复合 材料包含：
[0029] 玻璃组分；和
[0030] 非玻璃矿物组分；
[0031] 其中所述复合材料包含至少75wt%的废料；
[0032] 其中所述复合材料包含至少20wt%的非玻璃矿物组分。
[0033] 根据本发明的第三方面，提供了制造复合材料的方法，所述方法包括以下的步 骤：
[0034] i)提供共混混合物，所述共混混合物包含玻璃组分和非玻璃矿物组分；
[0035] ii)使共混混合物经受加热以生产复合材料；
[0036] 其中所述共混混合物包含至少75wt%的废料。
[0037] 根据本发明的另外的方面（其代表第三方面的变型），提供了制造复合材料的方 法，所述方法包括以下的步骤：
[0038] iii)提供共混混合物，所述共混混合物包含玻璃组分和非玻璃矿物组分；
[0039] iv)使共混混合物经受加热以生产复合材料；
[0040] 其中所述共混混合物包含至少75wt %的废料；
[0041] 其中所述复合材料包含至少20wt%的非玻璃矿物组分。
[0042] 根据本发明的第四方面，提供了制造复合材料的方法，所述方法包括以下的步 骤：
[0043] i)提供共混混合物，所述共混混合物包含玻璃组分和非玻璃矿物组分；
[0044] ii)使共混混合物经受加热以生产复合材料；
[0045] 其中所述共混混合物包含小于5wt%的合成粘合剂。
[0046] 根据本发明的另外的方面（其代表第四方面的变型），提供了制造复合材料的方 法，所述方法包括以下的步骤：
[0047] iii)提供共混混合物，所述共混混合物包含玻璃组分和非玻璃矿物组分；
[0048] iv)使共混混合物经受加热以生产复合材料；
[0049] 其中所述共混混合物包含小于5wt%的合成粘合剂；
[0050] 其中所述复合材料包含至少20wt%的非玻璃矿物组分。
[0051] 根据本发明的第五方面，提供了通过根据第三或第四方面的方法中的任一种可获 得的、获得的、或直接获得的复合材料。
[0052] 根据本发明的第六方面，提供了包含如本文所描述的复合材料的成形的物品。
[0053] 根据本发明的第七方面，提供了如本文描述的复合材料用于提供装饰性表面的用 途。
[0054] 根据本发明的第八方面，提供了包含玻璃组分和遍及所述复合材料分散的铅组分 的复合材料。
[0055] 根据本发明的第九方面，提供了加铅的玻璃阴极射线管（CRT)用于生产复合材料 的用途。
[0056] 根据本发明的第十方面，提供了加铅的玻璃阴极射线管（CRT)用于生产抗微生物 表面的用途。
[0057] 除非另外陈述，否则本发明的任何方面的特征（包括任选的、适宜的、和优选的特 征），还可以是本发明的任何其他方面的特征（包括任选的、适宜的、和优选的特征）。
[0058] 本发明的复合材料具有任何现有材料都不提供的丰富的、独特的、审美的精饰 (finish)。此外，由于制造工艺的耐受性，投入的材料（包括任何添加剂）和粒径可以被容 易地调整以获得宽范围的不同的审美的精饰、纹理和颜色。由于本发明的复合材料可以被 用于审美的用途（例如用于表面装饰或观赏性部件），因此在此提供完全新的视觉体验。
[0059] 本发明的复合材料在结构上是非常坚固的，且充当用于许多现有产品例如陶瓷瓷 砖、石材覆盖层、表面台面（例如工作台面）等的可选择的材料。复合材料具有低多孔性， 是抗风化的且因此在外部和内部应用两者中都是高度耐用的。
[0060] 本发明人已发现，通过将其独特的加工技术应用到玻璃和非玻璃矿物的共混混合 物中，使用非常高比例（在某些情况下为100%)的废弃的和/或再循环的材料可以获得优 良的复合材料。特别地，脏的未分类的废物例如通常被送往低价值的应用或填埋区的废物， 可以被使用以获得高质量的复合材料，从而有效地利用以其他方式不可用的废物流。
[0061] 此外，结构上稳定的且有用的复合材料可以在没有合成粘合剂的情况下被生产， 所述合成粘合剂传统地被包括以使复合材料的相关组分结合到一起。对于本发明，相关组 分之间的强的结合在制造期间被形成。因此，本发明的复合材料是自身可再循环的，而不需 要预处理以除去所述粘合剂。这也增加了这些复合材料的环境可持续性。
[0062] 另外的优点是本发明的复合材料能够在铸造（例如铸造成本发明的成形的物品） 和加热之后保持其立体轮廓和纹理，从而能够形成成形的物品而无需任何烧制支撑模具。 这显著地减少加工负担和对模具的要求。
[0063] 本发明的另外的优点是本地来源的原材料而非经过长距离运输的材料可以被采 用。这减少在其他情况下施加的成本和能量负担。
[0064] 本发明的另外的优点是在加热/窑烘烤（kiln-baking)之后在复合材料的冷却时 不需要退火。这提供显著的能量节约和制造时间的减少。特别地，此减少的退火要求促进 热量回收、快速的水冷却、并且能够更快速地运送通过连续烧制的窑的隧道。
[0065] 最后，复合材料制造工艺的副产品可以被再循环且被再引入到相同的制造工艺 中，从而提供完全地环境可持续的工艺。
[0066] 附图简述
[0067] 为了更好地理解本发明，并且示出本发明的实施方案如何能够被付诸实施，现在 通过实施例的方式参考以下的示意图，其中：
[0068] 图1是图示制造复合材料的方法的实施方案的工艺流程图，
[0069] 图2是图示在图1的实施方案中采用的窑烧制斜坡（kiln firing ramp)的线状 图。
[0070] 发明详述
[0071] 定义
[0072] 本文中，"玻璃组分"包括玻璃，即易碎的且光学上透明的无定形的非结晶固体。
[0073] 本文中，"原始玻璃（virgin glass) "指的是非再循环的玻璃。
[0074] 本文中，"非玻璃矿物组分"指的是不被归类为玻璃的无机非金属材料。这典型地 包括陶瓷、陶瓷釉及类似物，且在某些实施方案中还可以包括石材和/或采石场废物。
[0075] 本文中，"陶瓷"被定义为通过热被熔融且随后被冷却的无机非金属材料。
[0076] 本文中，"餐具"指的是典型地包含陶瓷材料的陶器及类似物。
[0077] 本文中，"卫生器具"指的是包含陶瓷材料的浴室家具（例如抽水马桶、水池、浴 缸）及类似物。
[0078] 本文中，"釉"，也称为陶瓷釉，是熔融到陶瓷材料的表面的玻璃质层/涂层（或搪 瓷（enamel))。釉通常被用于对所述陶瓷材料着色、装饰、强化或防水。釉典型地以适当的 比例包含二氧化硅（作为玻璃形成剂）、氧化铝（作为网络改性剂）、以及金属氧化物（作 为熔剂）。
[0079] 本文中，术语"熔融的"指的是材料通过被熔化到一起（例如在窑中）而被结合。
[0080] 本文中，"废物"指的是已经被处置的材料。
[0081] 本文中，"再循环物"指的是可能地在除去某些杂质或不需要的材料的处理步骤之 后已经被再循环的废料。
[0082] 本文中，"粘合剂"被定义为独立地凝固和变硬以便将材料结合到一起的物质。其 可以包括胶合剂（例如波特兰水泥（Portland cement)、石膏）、天然树脂、以及合成