[发明专利]人造石材料及其相关产品和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年5月27日提交的美国临时专利申请61/491,094的优先权，其全部内容引入本申请作为参考。本申请要求2012年3月31日提交的美国临时专利申请61/618,722的优先权，其全部内容引入本申请作为参考。

技术领域

本发明涉及人造石(cultured stone)材料及其相关产品和方法，包括颗粒硫酸钙填料的用途。

背景技术

粉末矿物常常作为填料加入至液体树脂(塑料)中以改善其性质和外观。填充的产品常常称之为人造石、合成石或者固体表面材料，这些术语在本申请中互换使用。单独的树脂往往是脆性并易于开裂，并且是高度可燃的。树脂往往是半透明或透明的。所用的树脂常常是聚酯树脂或丙烯酸类树脂。一种早期的人造石材料包括碳酸钙，呈重质碳酸钙的形式，作为有时称之为“人造大理石”的产品的填料。该材料具有呆板的(dead)白垩外观。氢氧化铝(ATH已经用作填料，并且给予人造石材料半透明度，所得的人造石材料有时称之为“人造缟玛瑙”。一种当今常见的人造石(有时称之为“人造花岗岩”)将氢氧化铝填料与有色石粒合并。大量人造石产品以E.I.du Pont de Nemours and Company的商标出售。

用于制造人造石材料的树脂或塑料组分通常是高度可燃的。这是个问题，对于设计用于厨房环境诸如厨房工作台面和水槽中的人造石产品尤其如此。然而，即使在其它环境中也可能存在相当的着火危险，例如当水管工使用火炬来安装用于人造石产品的管道(诸如由人造石材料制成的浴缸和淋浴单元)时。美国国际管道暖通机械认证协会(International Association of Plumbing and Mechanical Officials)已经制定规范，要求所述管道装置是耐火的。包含溴、氯和锑的化合物对于塑料组合物而言是非常有效的阻燃剂。不幸的是，所述组合物当暴露于火时往往发出毒性和腐蚀性烟气。氢氧化铝提供相当程度的阻燃性，因为其在高温时释出结合水，而没有与溴、氯和锑的化合物关联的有害排放。氢氧化铝在约230℃至约430℃的温度范围脱水。然而，使用氢氧化铝存在大量的产品限制和工艺限制以及不期望的环境后果。

对于在人造石中的阻燃有效性，优选以高浓度和小粒度使用无机氢氧化物阻燃剂诸如氢氧化铝。55至60wt%浓度以上的载量常常是适宜的。使用细粒氢氧化铝，发现在这样的高载量时聚合物太稠以致于不能倾倒，因此所得的人造石产品的力学性质是不可接受的。J M Huber(氢氧化铝的供应商)提供各种等级的氢氧化铝，平均粒度范围16-95微米。出于粘度考虑，更细的等级是不推荐的。8微米等级可以少量使用以提高填料填充密度。一些更昂贵的更细粒度等级是表面用硅烷、脂肪酸或其它化学品处理的，以有助于降低粘度，从而可获得更高的填料载量。这些添加剂也可用于改善人造石产品的机械性质。然而，即使采用所述的表面处理，细颗粒氢氧化铝的载量还是有限的，表面处理显著地增加了填料的成本。

关于氢氧化铝的另一限制是制得的氢氧化铝可能具有古铜色并可能包含黑斑，这是因为存在来自加工中的有机物。商业氢氧化铝产品还可能包含少量铁，这降低了产品的白度。对于氢氧化铝的多种其它用途，诸如制备铝金属或者制备氧化铝磨料，无需氢氧化铝的高白度。然而，对于在产品诸如人造缟玛瑙或人造花岗岩中的用途，需要高白度，并且可能需要特殊处理以从用作人造石填料的氢氧化铝填料中除去杂质。

氢氧化铝的使用还带来了显著的环境问题。氢氧化铝是严格合成的产品，通常使用苛性苏打从铝土矿中提取出。在该工艺中，产生大量有毒的“红浆”，造成环境危害。而且，由于在其制造中使用苛性苏打，氢氧化铝产品往往在pH中是碱性的，这对于制备人造石材料而言不是优选的。

期望解决与使用氢氧化铝作为人造石产品中的填料相关的这些限制中一些或者所有的问题。

发明内容

本发明的一方面涉及包含塑料组分和颗粒硫酸钙填料的人造石材料，所述颗粒硫酸钙填料的重均粒度不大于3微米。

多种特征精化和补充特征适用于本发明的第一方面。这些特征精化和补充特征可单独或者以任意组合使用。因此，以下特征各自可以但不是必须与第一方面的任何其它特征或组合一起使用。