用壓實無機顆粒使混凝土著色的方法

專利名稱：用壓實無機顆粒使混凝土著色的方法
技術領域：
本發明涉及一種采用壓實無機顆粒使粘結性體系著色的方法，其中所述壓實無機顆粒含有無機顏料和分散劑。具體地講，本發明包括一種用壓實無機顆粒使粘結性體系著色的方法，其中所述壓實無機顆粒是由如下方法制成的，該方法由下列步驟組成；(a)混合至少一種無機顏料和至少一種分散劑；(b)壓實所得混合物；(c)磨碎所述的壓實混合物和(d)將磨碎的壓實混合物分級成為至少三種物料流，即至少一種篩上物流、至少一種篩下物流和至少一種壓實無機顆粒的產物流；且其中粘結性體系中的壓實無機顆粒的著色效果等于或超過粉末標準。
本發明背景象金屬氧化物類的無機顏料，例如，鐵氧化物，是建筑、油漆、塑料以及其他工業慣用的著色成分。這些用于著色的無機顏料通常經充分混合而被摻入預定的應用體系如粘結性體系中。顏料的一些關鍵性能是顏料在整個應用體系中的分散性、與顏料有關的著色效果和操作的簡易性。
分散性是度量顏料顆粒能夠均勻而完全混合在應用體系中時容易性的一種量度。顏料顆粒在分散性差時能夠引起顏料顆粒的強烈聚集，這將會導致最終產物出現表面缺陷，顏色條紋，不均勻著色或顯色不完全。
著色效果是對照粉末顏料標準度量的著色程度的一種量度。粉末顏料標準被定義為在應用體系中僅使用原始無機顏料時所能達到的著色效果，其中所述原始無機顏料是摻入本發明壓實氧化鐵顏料中的無機顏料。例如，為了測量本發明產物壓實顏料在粘結性體系中的著色效果，將等量的粉末狀原始無機顏料和產物壓實氧化鐵顏料分散進入兩種獨立的但等體積的混凝土中。使用原始無機顏料粉末所能達到得的著色效果是產物壓實顏料/混凝土體系要與之對比的基準。
操作簡便性考慮到了與顏料在應用體系中的貯藏、運輸和混合有關的困難。顏料或顆粒的機械穩定性對于顆粒良好地貯存、運輸和進入粘結性體系的用量是至關重要的。機械穩定性是由各個顆粒內的高粘結力產生的，它取決于在顆粒成形中所用的壓實壓力。值得注意的是達到良好分散性和良好機械穩定性的目標是相互矛盾的一對。
象金屬氧化物那樣的許多無機顏料的問題是它們通常不能很好地分散在粘結性體系中。為了提供適于許多應用體系的一種具有高度分散性和著色性的顏料顆粒，曾進行過許多的努力。例如，通過用無機添加劑涂覆顆粒，已知可以將無機顏料顆粒進行表面改進，以便改進其在若干應用體系中的著色和加工性能。例如，參見歐洲專利87113450.8(Burow等人)；美國專利5,059,250(Burow等人)；美國專利4,053,325(Vanderheiden)；美國專利4,753,679(Damiano等人)；美國專利4,952,617(Ayala等人)以及美國專利4,946,505(Jungk)。
美國專利5,484,481(Linde等人)提供了另一種途徑。該文獻公開一種用成粒無機顏料使建筑材料包括混凝土的著色方法。所用成粒無機顏料是以壓實顆粒形式公開的，該顆粒是以一定順序使用四種獨立裝置，即混合器、壓實機、粗磨床和旋盤制成的。該參考文獻特別指出單一各裝置或以其他組合方式都不能產生該發明的顆粒顏料。此外，該參考文獻還特別教導不循環篩上物和篩下物。換句話說，該文獻指出從旋轉盤落下的所有的物料基本上均是大小適合的終產物。
盡管對改進顏料顆粒在各種各樣應用體系中的性能有以前的許多努力，但更有效的方法一直在考慮中。理想的是提供一種用于粘結性體系著色的含有無機顏料的壓實無機顆粒，其中該顆粒具有至少等于粉末標準的著色效果。
本發明概述目前我們已經發現了一種可使粘結性體系著色的方法，包括將壓實無機顆粒分散到粘結性體系中；其中所述壓實無機顆粒含有無機顏料和分散劑，其中所述壓實無機顆粒是由下列方法制成的，該方法包括(a)混合至少一種無機顏料和至少一種分散劑，(b)壓實該混合物，(c)磨碎所得的壓實混合物和(d)將磨碎的壓實混合物分級成為至少三種物料流，即至少一種篩上物流、至少一種篩下物流和至少一種壓實無機顆粒的產物流。
本發明的目的在于提供一種適合使粘結性體系著色的方法，包括將壓實無機顆粒分散到粘結性體系中；其中所述壓實無機顆粒在粘結性體系中的著色效果等于或超過粉末標準。
本發明另一個目的是提供一種使粘結性體系著色的方法，包括將壓實無機顆粒分散到粘結性體系中，其中所述壓實無機顆粒包含至少一種無機顏料和至少一種分散劑的混合物，其中所述混合物經介于500-1700psi(磅/平方英寸)壓力而得到了壓實。
本發明再一目的是提供一種使粘結性體系著色的方法，包括將壓實無機顆粒分散到粘結性體系中，其中所述壓實無機顆粒含有氧化鐵顏料。
本發明另一目的是提供一種使粘結性體系著色的方法，包括將壓實無機顆粒分散到粘結性體系中，其中所述壓實無機顆粒含有木素磺酸鹽。
本發明又一目的是提供一種使粘結性體系著色的方法，包括將壓實無機顆粒分散到粘結性體系中，其中所述壓實無機顆粒基本上不含水。
本發明另一目的是提供一種使粘結性體系著色的方法，包括將壓實無機顆粒分散到粘結性體系中，其中所述壓實無機顆粒基本上由至少一種無機顏料和至少一種分散劑組成。所述無機顏料它選自按照ASTM C979-82的所有顏料，優選鐵氧化物、鉻氧化物、鈷藍、混合金屬氧化物、炭黑、鈦氧化物及其混合物；所述分散劑選自按Ramachandran著的《混凝土混合物手冊》(Concrete AdmixturesHandbook，Noyes 1984)中稱為增塑劑和超級增塑劑的所有化學品，優選硬脂酸鹽、乙酸鹽、烷基酚、纖維素制品、木質素、丙烯酸類、環氧樹脂、尿烷、硫酸鹽、磷酸鹽、甲醛縮合物、硅酸鹽、硅烷、硅氧烷、鈦酸鹽及其混合物。
本發明另一目的是提供一種使粘結性體系著色的方法，包括將壓實無機顆粒分散到粘結性體系中；其中所述壓實無機顆粒具有介于30-80目的粒徑。
本發明另一目的是提供一種使混凝土著色的方法，包括(a)提供一種壓實無機顆粒，其中所述壓實無機顆粒是由下列方法制成的，該法包含(a.1)混合至少一種無機顏料和至少一種分散劑，(a.2)壓實所得混合物，(a.3)磨碎所得經壓實的混合物和(a.4)將磨碎的壓實混合物分級成為至少三種物料流，即至少一種篩上物流、至少一種篩下物流和至少一種壓實無機顆粒的產物流；(b)在足以使所述壓實無機顆粒于混凝土中能形成均勻分散體的條件下所述壓實無機顆粒與混凝土混合和(c)使所得混合物固化；其中所述壓實無機顆粒在混凝土中的著色效果等于或超過粉末標準。
本發明的這些和其他目的都可由所述壓實無機顆粒達到，該壓實無機顆粒包含無機顏料和分散劑；其中所述壓實無機顆粒是由下列方法制成的，包括(a)混合至少一種無機顏料和至少一種分散劑，(b)壓實所得混合物，(c)將所得經壓實的混合物磨碎和(d)再將被磨碎的壓實混合物分級成為至少三種物料流、即至少一種篩上物流，至少一種篩下物流和至少一種壓實無機顆粒的產物流。
本發明認識到壓實無機顆粒的粒徑和用來壓實顆粒的壓力影響著該顆粒在添加到粘結性體系中時的分散性和著色效果。
本發明的這些和其他種種優點在有關下列作為非限制性實施例公開的本發明某些實施方案的描述下將變得更加明顯。本發明最佳實施方案的詳細描述下文詳細描述目前完成本發明最好的預定方式。這種描述不具限制性的意義，僅起到說明本發明一般原理的作用。本發明的各種特征和優點在參閱下列詳細描述后將會更加容易理解。
簡單地說，本發明是一種使粘結性體系著色的方法，包括將壓實無機顆粒分散于粘結性體系中；其中所述壓實無機顆粒包括至少一種無機顏料和至少一種分散劑；其中所述壓實無機顆粒是由下列方法制成的，該法包括(a)混合至少一種無機顏料和至少一種分散劑，(b)壓實所得混合物，(c)磨碎所得的經壓實的混合物和(d)將磨碎的壓實混合物分級成為至少三種物料流，即至少一種篩上物流、至少一種篩下物流和至少一種壓實無機顆粒的產物流；且其中所述壓實無機顆粒在粘結性體系中的著色效果等于或超過粉末標準。
本發明的經壓實無機顆粒可以采用眾所周知的加工技術而分散在粘結性的體系中。
用于制備壓實無機顆粒的至少一種無機顏料選自按照ASTMC979-82的所有顏料，優選鐵氧化物、鉻氧化物、鈷藍、混合金屬氧化物、炭黑、鈦氧化物及其混合物，最好的是氧化鐵。
用于制tlf壓實無機顆粒的至少一種分散劑選自按照Ramachandran著的《混凝土混合物手冊》(Concrete AdmixturesHandbook，Noyes 1984)中稱為增塑劑和超級增塑劑中的所有化學品，優選硬脂酸鹽、乙酸鹽、烷基酚、纖維素制品、木質素、丙烯酸類、環氧樹脂、尿烷、硫酸鹽、磷酸鹽、甲醛縮合物、硅酸鹽、硅烷、硅氧烷、鈦酸鹽及其混合物，最好的是木素磺酸鹽。
分散劑應當以足夠提供含有介于0.5-10wt％分散劑的壓實無機顆粒的數量添加，優選分散劑含量介于2-5wt％；當分散劑是木素磺酸鹽時，分散劑的含量最好是約3wt％。
可采用眾所周知的技術來混合至少一種無機顏料和至少一種分散劑。例如，使用帶有各成分定體積加料器的連續湍流增強器來將各成分混合。用另一種方法，各成分可在30加侖的帶狀混合器內混合20-30分鐘，其轉速為每分鐘約50轉。各成分也可以在10-20,000磅的鼓式混合器內以每分鐘2-5轉的轉速混合10-20小時。這些實例不具有限制性意義，僅為了提供說明。本技術領域的普通技術人員將會理解也可采用其他的混合方法。
至少一種無機顏料和至少一種分散劑的混合物可用已知的壓實技術予以壓實。例如，可采用Hosokawa Bepex MS-60壓實機將多種成分進行壓實。用于形成壓實無機顆粒的壓實強度范圍應當在500-1700psi內。優選方案是，壓實強度范圍應在500-700psi內。優選方案是，輥之間的間隙應為約0.04″和輥速應為每分鐘約5.5-12.5轉。最好的方案是，所用壓實強度應當使產物壓實無機顆粒在粘結性體系中的著色效果超過粉末標準。
由磨碎步驟出來的物料，優選具有介于12-400目的粒徑分布，其中粒徑介于30-80目的收率為約40％。從磨碎步驟出來的壓實物料按照其大小使用已知技術可進行分級。例如，可用帶有30目頂篩和80目底篩的大篩(即，Kason篩K48-2-CS)進行分級，所述大篩具有清理環和刮板刷。
分級物料可被分成至少三種物料流。優選方案是，將物料分級分成至少一種含有粒徑低于80目顆粒的篩下物流，至少一種含粒徑在約30目以上顆粒的篩上物流，以及至少一種含有粒徑介于30-80目顆粒的產物流。
可優選將上述至少一種篩下物流中的篩下物返回到上述其中將至少一種無機顏料和至少一種分散劑相混合的步驟中。
可優選將上述至少一種篩上物流中的篩上物進行再成粒并將已成粒的任何篩上物進行分級，任何篩下物都可以返回混合步驟，并將剩余物料與上述至少一種產物流混合。
用于本發明方法的壓實無機顆粒應基本上不含水。特別是，所用壓實無機顆粒優選含有低于0.3wt％的水。
在一個優選的實施方案中，本發明屬于將混凝土著色的方法，包括(a)提供經壓實的無機顆粒，其中所述壓實無機顆粒是由下列方法制成的，該法包括(a.1)混合無機顏料和分散劑，(a.2)壓實所得混合物，(a.3)將所得經壓實的混合物磨碎和(a.4)將磨碎的壓實混合物分級成為至少三種物料流，即至少一種篩上物流、至少一種篩下物流和至少一種壓實無機顆粒的產物流；(b)在足以使所述壓實無機顆粒在混凝土中形成均勻分散體的條件下使所述壓實無機顆粒與混凝土混合；以及(c)使所得混合物固化；其中壓實無機顆粒在混凝土中的著色效果等于或超過粉末標準。
在下列實施例中，壓實無機顆粒是按本發明制成的。進行對比試驗以證實與粉末標準相比壓實無機顆粒的分散性和著色性能有改進。
具體地講，按照下列方法在水泥中進行著色效果的試驗(a)將1151g砂(閃黃色)、575g粗集料(1/4″方解石)和4.5g顏料混合1分鐘；(b)往混合物中添加150g水泥(Keystone I型)并混合1分鐘；(c)往混合物中添加105g水(Easton City)并混合2分鐘；(d)由最終混合物制備兩個園盤；(e)使兩個園盤在濕度恒溫器內固化20-4小時；(f)通過把園盤放在CS-5多點式分光光度計上并且從每個園盤取三個面的著色讀數來測量顏料的著色效果。
使用上述程序制備兩套園盤。第一套園盤含有原始無機顏料粉末而第二套園盤含有本發明產物壓實無機顆粒。采用含原始無機顏料粉末制成的園盤作為標準，將含有本發明產物壓實無機顆粒的園盤與該標準比較。
現通過實施例對本發明予以說明，這些實施例僅用來說明而不是限制。實施例1用兩臺K-tron定體積加料器給TCJS-8湍流增強器加料。預置加料器能產生97％的紅色氧化鐵(RB-4097)和3％木素磺酸鹽(823Lignosite)的混合物。將湍流增強器的旋轉速度設定為每分鐘2500轉并且使出料射入高強度加料螺桿中，其轉速為每分鐘70轉。來自該螺桿的出料被加到MS-60輥式壓實機中，該壓實機具有0.04″的輥間間隙、18安培負荷和900pis壓實強度。物料通過速率為900Ib./hr。壓實物料以壓實條狀物的形式從輥式壓實機出來，隨后以每分鐘1000轉的速度在#RD-8-P32型的破碎磨機內旋轉磨碎，該機具有22個錘和0.085″篩子。從磨機出來的產物被加至Kason大篩，其型號為#K48-2-CS，具有30目的頂篩和裝有工作刮板刷的80目底篩。從大篩收集的產物中，有43.43％是具有粒徑介于30-80目的產物物料。
將從大篩收集到的30-80目產物壓實無機顆粒混合于混凝土體系中且將其著色效果與粉末標準比較。具體地講，產物壓實無機顆粒使用下列程序混于混凝土體系中(a)將1151g沙(閃黃色)、575g粗集料(1/4″方解石)和4.5g顏料混合1分鐘；(b)往混合物中添加150g水泥(Keystone I型)且混合1分鐘；(c)往混合物中添加105g水(Easton City)并混合兩分鐘；(d)用最終混合物制備兩個園盤；(e)使兩個盤在濕度恒溫器中固化20-4小時；(f)通過將園盤放在CS-5多點式分光光度計上并且在每個園盤上取三面著色讀數來測量顏料的著色效果。
把上述程序用于制備兩套園盤。第一套園盤含有原始無機顏料粉末而第二套園盤含有本發明產物壓實無機顆粒。取使用原始無機顏料粉末制成的園盤作為標準，將含本發明產物壓實無機顆粒的園盤與該標準進行對比。目測兩套園盤的顏色，可確定使用本發明產物壓實無機顆粒制成的園盤比使用原始無機顏料粉末制成的園盤更紅些且色調更亮些。目視觀察的結果能為分光光度計數據所證實。實施例2型號為#IM-16的批量帶式混合器裝有48.5磅的黃色氧化鐵(YO-2087)和1.5磅的木素磺酸鹽(823Lignosite)。使上述成分混合30分鐘。把所得到的混合物加料到MS-60壓實機內，設定該機有0.04″間隙的棒狀輥面、棒狀輥速度為每分鐘5.5轉、18安培負荷、1000磅的壓實強度并與真空體系連接。從混合器出來的產物被加入高壓螺桿加料器中，設定該加料器在無負荷下為75rpm和5.5安培。經過螺桿加料器的物料通過速率為1500 lbs./hr。將從螺桿加料器出來的物料裝入RD-8成粒機中，該成粒機被設定在750rpm，該機具有22個錘和0.85″篩子。成粒的物料被輸送加到Kason大篩中，該篩具有30目的頂篩和50目的底篩以及刮板刷和清理環。從大篩收集到的產物中，有29.2％是具有介于30-50目粒徑的產物物料。
把從大篩收集到的30-50目產物壓實無機顆粒混于混凝土體系中并使其著色效果與粉末標準進行比較。具體地講，產物壓實顆粒使用下列程序混于混凝土體系中(a)使1151g砂(閃黃色)、575g粗集料(1/4″方解石)和4.5g顏料混合1分鐘；(b)往混合物中添加150g水泥(Keystone I型)并混合1分鐘；(c)往混合物中添加105g水(Easton City)并混合2分鐘；(d)用最終混合物制備兩個園盤；(e)使兩個盤在濕度恒溫器中固化20-4小時；(f)通過把園盤放在多點式CS-5分光光度計上并且從每個園盤取三個著色讀數來測量顏料的著色效果。
把上述程序用于制備兩套園盤。第一套園盤含原始無機顏料粉末而第二套園盤含本發明產物壓實無機顆粒。選取用原始無機顏料粉末制成的園盤作為標準，將含本發明產物壓實無機顆粒的園盤與該標準進行比較。由分光光度計數據證實的兩套園盤的目測顏色觀察結果，可確定使用本發明產物壓實無機顆粒制成的園盤比使用原始無機顏料粉末制成的園盤更黃些且色調更亮些。
結合上述實施方案本發明已得到公開，其它實施方案對于所屬領域的一般技術人員來說是顯而易見的。本發明不限于上述特別提及的實施方案，為確定本發明的精神和范圍，應參閱的是所附的權利要求書而非上文的討論，權利要求書確立了本申請所要求的排他權。
權利要求
1.一種用于粘結性體系著色的方法，包括將壓實無機顆粒分散于粘結性體系中；其中所述壓實無機顆粒包含無機顏料和分散劑；其中所述壓實無機顆粒是由下列方法制成的，該方法包括(a)混合無機顏料和分散劑，(c)壓實所得的混合物，(c)磨碎所得的壓實混合物，和(d)將上述磨碎的壓實混合物分級成為至少三種物料流，即至少一種篩上物流、至少一種篩下物流和至少一種壓實無機顆粒的產物流；以及其中壓實無機顆粒在粘結性體系中的著色效果等于或超過粉末標準。
2.按權利要求1所述的方法，其中無機顏料和分散劑的混合物是用每平方英寸500-1700磅的強度進行壓實的。
3.按權利要求1所述的方法，其中無機顏料和分散劑的混合物是用能導致所述壓實無機顆粒具有超過粉末標準的著色效果的壓實強度進行壓實的。
4.按權利要求1所述的方法，其中無機顏料選自鐵氧化物、鉻氧化物、鈷藍、混合金屬氧化物、炭黑、鈦氧化物及其混合物。
5.按權利要求1所述的方法，其中使用足夠量的分散劑以提供含介于0.5-10wt％分散劑的壓實無機顆粒。
6.按權利要求1所述的方法，其中分散劑選自硬脂酸鹽、乙酸鹽、烷基酚、纖維素制品、木質素、丙烯酸類、環氧樹脂、尿烷、硫酸鹽、磷酸鹽、甲醛縮合物、硅酸鹽、硅烷、硅氧烷、鈦酸鹽及其混合物。
7.按權利要求1所述的方法，其中分散劑是木素磺酸鹽。
8.按權利要求7所述的方法，其中使用足夠量的分散劑以提供含介于0.5-10wt％木素磺酸鹽的壓實無機顆粒。
9.按權利要求1所述的方法，其中壓實無機顆粒基本上不含水。
10.按權利要求1所述的方法，其中壓實無機顆粒含低于0.3wt％的水。
11.按權利要求1所述的方法，其中壓實無機顆粒基本上由以下物質組成至少一種選自鐵氧化物、鉻氧化物、鈷藍、混合金屬氧化物、炭黑、鈦氧化物及其混合物的無機顏料；和至少一種選自硬脂酸鹽、乙酸鹽、烷基酚、纖維素制品、木質素、丙烯酸類、環氧樹脂、尿烷、硫酸鹽、磷酸鹽、甲醛縮合物、硅酸鹽、硅烷、硅氧烷、鈦酸鹽及其混合物的分散劑。
12.按權利要求1所述的方法，其中在所述至少一種產物流中的壓實無機顆粒的尺寸介于30-80目。
13.按權利要求1所述的方法，其中在所述至少一種產物流中的壓實無機顆粒的尺寸介于30-50目。
14.按權利要求1所述的方法，其中在所述至少一種篩下物流中的壓實無機顆粒被返回到(a)，在那里將它們與無機顏料和分散劑混合并且壓實。
15.按權利要求1所述的方法，其中將在所述至少一種篩上物流中的壓實無機顆粒再成粒。
16.按權利要求15所述的方法，其中被再成粒的物料具有介于30-80目的粒徑。
17.按權利要求15所述的方法，其中被再成粒的物料具有介于30-50目的粒徑。
18.按權利要求15所述的方法，其中將再成粒的物料與在所述至少一種產物流中的壓實無機顆粒混合。
19.一種使混凝土著色的方法，包括(a)提供一種經壓實的無機顆粒，其中所述經壓實的無機顆粒是由下列方法制成的，該法包括(a.1)混合無機顏料和分散劑，(a.2)壓實所得的混合物，(a.3)磨碎所得的壓實混合物，和(a.4)將磨碎的壓實混合物分級成為至少三種物料流，即至少一種篩上物流、至少一種篩下物流和至少一種壓實無機顆粒的產物流；(b)在足以使所述壓實無機顆粒于混凝土中形成均勻分散體的條件下使所述壓實無機顆粒與混凝土混合；和(c)使所得混合物固化；其中壓實無機顆粒在混凝土中的著色效果等于或超過粉末標準。
全文摘要
一種使用壓實無機顆粒使粘結性體系著色的方法,其中所述壓實無機顆粒含無機塑料和分散劑。特別是,使用壓實無機顆粒使粘結性體系著色的方法,其中所述壓實無機顆粒是由下列方法制成的,該法包含:(a)混合無機顏料和分散劑,(b)壓實混合物,(c)磨碎壓實混合物和(d)分級壓實混合物成為至少一種篩上物流,至少一種篩下物流和至少一種壓實無機顆粒的產物流;且其中壓實無機顆粒在粘結性體系中的著色效果等于或超過粉末標準。
文檔編號C04B18/02GK1266415SQ98808129
公開日2000年9月13日 申請日期1998年8月7日 優先權日1997年8月11日
發明者詹姆斯·T·威爾 申請人:伊萊門蒂斯顏料公司