способ изготовления нескользящих напольных покрытий

Формула изобретения

1. Способ изготовления нескользящих напольных покрытий из минеральных материалов, например природного камня, тонкокаменных керамических изделий, искусственного камня или керамики, посредством процесса, включающего облучение импульсным лазерным излучением, при котором на поверхности напольных покрытий вследствие направленного воздействия лазерных импульсов образуются микрократеры, обладающие способностью вакуум-присоса, имеющие статистическое распределение и незаметные для человеческого глаза, отличающийся тем, что поверхность напольных покрытий или плит, полученную путем такого лазерного структурирования, подвергают последующей целенаправленной гидромеханической обработке, которая заключается в том, что на поверхность структурированных лазерным излучением напольных покрытий или плит по меньшей мере дважды распыляют жидкость, при этом по меньшей мере одна операция распыления служит для растворения частиц на поверхности микрократеров и тем самым для ее увеличения, а последняя операция распыления служит для очистки и/или нейтрализации поверхности напольных покрытий или плит от распыленных ранее жидкостей.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что последующую гидромеханическую обработку проводят только в углублениях напольных покрытий или плит.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что последующую гидромеханическую обработку проводят только в микрократерах, образованных импульсами лазерного излучения.

4. Способ по одному или более из пп. 1-3, отличающийся тем, что после каждого процесса распыления проводят по меньшей мере одну операцию, при которой нанесенную жидкость равномерно распределяют по поверхности напольных покрытий или плит, а избыточную нанесенную жидкость удаляют с этой поверхности, после чего проводят по меньшей мере одну операцию сушки.

5. Способ по одному или более из пп. 1-4, отличающийся тем, что последующую гидромеханическую обработку проводят таким образом, что на поверхность напольных покрытий или плит дважды наносят жидкости методом распыления, при этом второй процесс распыления служит для очистки и/или нейтрализации поверхности напольного покрытия или плит от первой нанесенной жидкости, после первой и второй операций распыления проводят операцию, при которой нанесенную жидкость равномерно распределяют по поверхности напольных покрытий или плит, а избыточную нанесенную жидкость удаляют с этой поверхности, а в заключение проводят по меньшей мере одну операцию сушки.

6. Способ по одному или более из пп. 1-5, отличающийся тем, что на одной или нескольких операциях распыления, которые служат для растворения и тем самым для увеличения поверхности микрократеров, в качестве распыляемой жидкости используют кислоту.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что в качестве кислоты используют неорганическую кислоту.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что в качестве кислоты используют галогеноводородную кислоту.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что в качестве кислоты используют плавиковую кислоту HF.

10. Способ по одному или более из пп. 6-9, отличающийся тем, что применяемая кислота является разбавленной кислотой.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что применяемая кислота представляет собой водный раствор с концентрацией не более 50% от максимально возможной концентрации кислоты в воде.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что применяемая кислота представляет собой водный раствор с концентрацией не более 10% от максимально возможной концентрации кислоты в воде.

13. Способ по одному или более из пп. 1-12, отличающийся тем, что последнюю операцию распыления проводят таким образом, чтобы нейтрализовать жидкость, нанесенную при предыдущей операции распыления.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что жидкость, наносимая на последней операции распыления, является нейтральной или щелочной.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что величина рН жидкости, наносимой на последней операции распыления, составляет не более 9.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что жидкость, наносимая на последней операции распыления, является водой с рН 7, при этом применяемое количество воды превышает количество жидкости, наносимой на непосредственно предшествующей операции распыления.

17. Способ по одному или более из пп. 1-16, отличающийся тем, что после последней операции распыления проводят операцию, с помощью которой полностью удаляют жидкость, нанесенную во время последней операции распыления, с поверхности, из углублений и микрократеров на поверхности напольных покрытий или плит.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что жидкость, наносимую на последней операции распыления, удаляют с поверхности напольных покрытий или плит с помощью газового потока, который характеризуется высоким давлением или высокой скоростью течения.

19. Способ по одному или более из пп. 1-18, отличающийся тем, что за исключением последней операции распыления процесс равномерного распределения соответствующей жидкости на поверхности напольных покрытий или плит проводят таким образом, чтобы указанная нанесенная жидкость оставалась только в углублениях или микрократерах, но не на остальной полированной поверхности.

20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что за исключением последней операции распыления распределение соответствующей распыленной жидкости и удаление избыточной распыленной жидкости производят с помощью щетки или ракеля.

21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что в случае применения щеток используют вращающиеся щетки с мягкой щетиной, низкой скоростью вращения и небольшим усилием прижима.

22. Способ по одному или более из пп. 1-21, отличающийся тем, что после последней операции распыления применяют операцию, обеспечивающую равномерное распределение и полное удаление распыленной жидкости или ее смеси с одной или несколькими жидкостями, нанесенными при предыдущих операциях распыления, с полированной поверхности напольных покрытий или плит, а также из углублений и микрократеров, при этом в данном случае операции, указанные в п. 17 или 18, могут опускаться.

23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что равномерное распределение осуществляют с помощью щеток.

24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что вращающиеся щетки имеют высокую скорость вращения и относительно большое усилие прижима.

25. Способ по любому из пп. 4-24, отличающийся тем, что заключительную сушку производят с помощью теплоэлектровентиляторов.

26. Способ по п. 25, отличающийся тем, что на теплоэлектровентиляторы подают нагретый и отфильтрованный отработанный воздух, поступающий от вытяжных устройств импульсных лазеров, используемых в способе.

27. Способ по одному или более из пп. 1-26, отличающийся тем, что процесс проводят непрерывно на одной установке, при этом скорость всего процесса или скорость подачи напольных покрытий или плит во время всего процесса или при прохождении через всю установку, включая время воздействия соответствующих жидкостей на напольные покрытия или плиты, определяется скоростью процесса лазерной обработки, и за исключением последней операции распыления для этого случая при распылении применяют сильные неразбавленные кислоты, а жидкость, применяемую на последней операции распыления, подбирают в соответствии с указанными кислотами.

28. Способ по одному или более из пп. 1-27, отличающийся тем, что измеряют величину рН жидкости, выходящей с последней операции распыления, и используют эту величину для регулирования основности жидкости, распыляемой на последней операции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу изготовления нескользящих напольных покрытий из минеральных материалов, в частности из природного камня, тонкокаменной керамики, искусственного камня или другой керамики.

Особенностью области применения изобретения является повышение или получение противоскользящего эффекта на полах, отполированных до зеркального блеска и имеющихся, в частности, в общественных или доступных для широкой публики зданиях, а также в таких помещениях, где возможно пролитие на пол каких-либо жидкостей.

Подскальзывание является одной из наиболее частых причин несчастных случаев в Германии. Тяжесть таких несчастных случаев, как правило, недооценивают. Для повышения безопасности при хождении необходимо, чтобы подошвы обуви и полы препятствовали скольжению. В особенности это требуется в тех случаях, когда на полу находятся средства, способствующие скольжению. Однако во многих общественных и частных помещениях в качестве представительного напольного покрытия принято использовать плиты из натурального и искусственного камня как в сухих, так и во влажных и переходных условиях. При этом свойства, препятствующие скольжению, целесообразно привести в соответствие с архитектурной эстетикой. Оценку сопротивления скольжению проводят в соответствии со стандартом DIN 51097 - (Определение свойств, препятствующих скольжению. Пешеходные зоны с влажной нагрузкой. Способ определения. Наклонные плоскости) и со стандартом DIN 51130 (Определение свойств, препятствующих скольжению. Рабочие помещения и рабочие участки с повышенной опасностью скольжения. Способ определения. Наклонные плоскости) с помощью наклонной плоскости.

Существуют также специальные приборы для измерения неустановившихся коэффициентов трения [Сравнительное исследование Fb 701 "Измерения неустановившихся коэффициентов трения на полах" (Сводное издание Федерального ведомства по охране труда)].

Для получения или повышения противоскользящих свойств на полах из природного или искусственного камня существуют различные способы. Их применение зависит главным образом от того, в каких условиях должно использоваться или уже используется напольное покрытие (внутренние помещения, наружные участки, ожидаемая степень загрязнения и т.д.). Ниже приведено краткое описание важнейших способов.

Поверхность обрабатывают струей материала, который обеспечивает желательную шероховатость, под высоким давлением. Материал в струе, имеющий более или менее высокую плотность, создает неравномерную шероховатость и сильное матирование поверхности (DE 3139427).

При пламенном напылении генерируют высокоэнергетическое пламя горючего газа и кислорода, которое обеспечивает кратковременный нагрев обрабатываемой поверхности. Под влиянием пламени в верхней зоне камня происходит разбрызгивание кварца и расплавление частиц породы, которые затем застывают в стеклообразной форме и в сравнительно свободном виде прилипают к поверхности (DE 3545064).

Насечку производят с помощью специального инструмента (ударного молотка), который снабжен несколькими равномерно расположенными режущими кромками. При непрерывном движении обрабатываемых изделий молоток с определенной частотой ударяет по поверхности (DE 3933843).

Описанные выше или аналогичные способы, в которых применяют абразивные средства или режущий инструмент, несколько повышают безопасность хождения, однако также, в частности, приводят к образованию менее полированной поверхности из-за существенной потери блеска и к связанному с этим уменьшению эстетической ценности.

Нанесение покрытия на поверхность для снижения скольжения приводит к тому, что на обработанной поверхности образуются узелки волокна (DE 3342266). Этот способ не приводит к изменению оптических свойств, однако обеспечивает лишь ограниченную стойкость, поскольку не позволяет избежать истирания.

При химическом травлении поверхности природного камня жидкие кислотные вещества воздействуют в первую очередь на частицы полевого шпата (Информационный лист Федерального союза по безопасности движения, Отдел общественной работы). Глубина повреждения поверхности составляет лишь несколько микрон, кварц практически сохраняется. Потеря блеска зависит от длительности воздействия, изменение оптических свойств необходимо предварительно проверять на пробной поверхности.

Однако применение данного способа ограничено минеральными напольными покрытиями. Химический состав и концентрацию травильного раствора необходимо подбирать в соответствии с разными видами напольного покрытия. Вследствие длительного времени обработки и необходимости точного поддержания концентрации этот способ можно применять лишь с большими трудностями или вообще невозможно использовать в производстве напольных плит или облицовочных плиток. При неправильном применении и сборе жидких кислотосодержащих веществ возникает повышенная опасность с точки зрения условий труда и охраны окружающей среды.

В DE 19518270 и WO 96/36469 также описано нескользящее напольное покрытие и способ его изготовления, при этом противоскользящий эффект обработки достигается таким образом, что на поверхности напольного покрытия, предпочтительно плит из природного камня или керамики, с помощью лазерного излучения создается густая сеть микрократеров, которые не должны быть заметны для человеческого глаза. Такое решение представляет собой существенное усовершенствование по сравнению с предшествующим состоянием техники.

При этом повышение противоскользящего эффекта, что является желательным, например, во влажных помещениях, можно обеспечить при облучении лазером за счет повышения плотности кратеров, а также увеличения продольных размеров и глубины кратера. Однако недостатком этого является возможность заметного ухудшения оптических свойств и, соответственно, потери блеска. Еще один недостаток заключается в том, что повышение плотности кратеров и увеличение их размеров связаны с уменьшением скорости технологического процесса. Кроме того, максимальной импульсной мощности обычных импульсных лазеров часто оказывается недостаточно для увеличения размеров кратеров.

В связи с вышеизложенным задачей настоящего изобретения является способ изготовления нескользящего напольного покрытия, который позволяет повысить противоскользящий эффект и обеспечивает отсутствие, с одной стороны, ухудшения внешнего вида поверхности, а с другой стороны, снижения скорости технологического процесса, и, кроме того, позволяющий сохранить все достоинства лазерного структурирования по отношению к другим способам противоскользящей обработки.

В соответствии с изобретением эта задача решается способом, изложенным в пунктах 1-28 формулы изобретения.

Существенным фактором при этом является то, что нескользящее напольное покрытие, получаемое известным способом согласно DE 19518270 или WO 96/36469, подвергается последующей непрерывной гидромеханической обработке. Эту последующую гидромеханическую обработку можно предпочтительно производить на той же самой установке непосредственно после лазерной обработки при сохранении скорости технологического процесса, при этом весь процесс может происходить непрерывно и включать две стадии (лазерная обработка и дополнительная гидромеханическая обработка).

Однако в определенных случаях может оказаться предпочтительным разделять обе операции, то есть проводить процесс дискретно, если, например, гидромеханическую обработку напольных покрытий требуется провести непосредственно на месте их применения. Предпочтительные варианты реализации такого способа приведены в пунктах 2-28 формулы изобретения.

Согласно способу, предлагаемому в настоящем изобретении, обработанную лазерным излучением поверхность напольных покрытий или плит, подаваемых в горизонтальном направлении, в процессе непрерывной подачи по меньшей мере один раз кратковременно опрыскивают кислой, предпочтительно слегка подкисленной жидкостью.

После каждого такого опрыскивания нанесенную жидкость предпочтительно при помощи щетки или ракеля равномерно распределяют по поверхности напольного покрытия или плит, а избыточную жидкость удаляют.

Указанный процесс равномерного распределения предпочтительно выполняют таким образом, чтобы распыляемая жидкость оставалась только в углублениях и микрократерах, образующихся в результате лазерной обработки, а не на полированной поверхности напольного покрытия или плит. При этом количественную дозировку жидкости выбирают такой, чтобы она примерно соответствовала объему углублений и микрократеров.

Микроскопическая поверхность кратера в результате воздействия лазерного излучения является очень грубой и вследствие этого очень большой по отношению к объему кратера. Поэтому в кратерах, полученных в результате лазерной обработки, и в микропорах, имеющихся в различных видах плит несмотря на полировку, создаются очень хорошие условия для воздействия разбавленной кислоты. Согласно изобретению значение рН и время воздействия разбавленной кислоты на напольное покрытие в отличие от хемотехнической обработки выбирают таким образом, чтобы не повреждать полированную поверхностность, однако благодаря хорошим условиям воздействия внутри кратеров происходит растворение частиц поверхности и увеличение объема. Предпочтительно увеличивать те кратеры, которые находятся в зоне полевого шпата плит из природного камня и каменной керамики.

При этом необходимо указать, что время воздействия кислой жидкости, наносимой при распылении, зависит от многих факторов, в частности от:

- скорости процесса,

- длины прохода между первой операцией распыления и последней операцией распыления, которая служит для очистки от продуктов предшествующих процессов распыления и

- концентрации кислоты.

Важным обстоятельством является то, что воздействие кислоты, которая в отдельных случаях применения может также быть концентрированной, происходит, по возможности, только в углублениях и микрократерах, не повреждая остальной полированной поверхности.

После гидромеханической обработки и последующего кратковременного воздействия кислоты на кратеры, которые продолжаются предпочтительно от 60 до 150 с, плиты снова опрыскивают жидкостью, в данном случае с максимально возможным давлением, и еще раз очищают щетками. Для обеспечения полной нейтрализации в зависимости от рН первой жидкости вторая жидкость может быть водой или иметь даже слабо щелочной характер (например, разбавленная щелочь).

В предпочтительном варианте выполнения изобретения непрерывно определяют величину рН выходящей жидкости и используют эту величину в качестве параметра для регулирования значения рН промывной жидкости.

Благодаря тому, что распределение кислоты происходит при механически усиленном воздействии щеток, одновременно из кратеров удаляются остатки минеральных компонентов напольных плит, которые в противном случае уменьшали бы объем кратеров.

После промывки или нейтрализации производят сушку плит горячим воздухом.

Большое достоинство способа согласно изобретению заключается в сохранении всех положительных факторов лазерного структурирования напольных покрытий или плит и существенном повышении противоскользящего эффекта.

Приведенные ниже примеры исполнения более подробно поясняют изобретение.

Пример 1

Вариант реализации способа согласно примеру 1 схематично представлен на фиг.1. Напольные плиты из каменной керамики с размерами 60601,5 см, подвергнутые противоскользящей обработке импульсным лазерным излучением, подвергают последующей обработке на специальной установке согласно настоящему изобретению. При этом плиты 1 перемещают ленточным транспортером 2 с относительно высокой скоростью 3 м/мин. С помощью распылителя 3 в виде балки через ряд форсунок шириной 58 см на полированную поверхность 5 плит с микрократерами 6 наносят жидкость 4, представляющую собой разбавленную кислоту с содержанием кислоты 50% от максимально возможной концентрации. На расстоянии 10 см от распылителя по ходу движения плит располагают вращающуюся щетку 7 с мягкой щетиной. Вращающаяся щетка 7 равномерно распределяет жидкость 4 в микрократерах 6 и в естественных углублениях плиты 1, а также одновременно удаляет избыточную кислоту с поверхности 5. На расстоянии 50 см от распылителя 1 располагают второй распылитель 8 в виде балки, который наносит на поверхность 5 плиты разбавленную щелочь 9 с концентрацией, обеспечивающей нейтрализацию применяемой кислоты. Аналогично распылителю 3 за распылителем 8 также располагают вращающуюся щетку 10, которая, однако, вращается с более высокой скоростью и имеет большее давление прижима. За счет этого одновременно с равномерным распределением и интенсивной нейтрализацией нанесенной жидкости 4 происходит удаление жидкости из углублений и с поверхности плиты. Непосредственно за щеткой 10 плиты 1 подают наклонно вверх под углом 30^o, а в направлении, противоположном движению плит, на поверхность плит под углом 30^o к поверхности плит направляют поток 11 сжатого воздуха из щелевого сопла 12, который удаляет остатки жидкости как с поверхности 5, так и из микрократеров 6 и из других углублений. После этого производят дополнительную сушку плит (в частности, удаление остатков влаги из возможных пор) с помощью одного или нескольких теплоэлектровентиляторов 13 и дальнейшую транспортировку плит 1, например, на операцию упаковки.

Пример 2

Вариант реализации способа согласно примеру 2 схематично представлен на фиг. 2. С рабочей позиции 14, где с помощью импульсного лазерного излучения проводят противоскользящую обработку поверхности путем целенаправленного получения микрократеров 6, гранитные плиты 1, обработанные лазерным излучением и имеющие размеры 30301 см, непрерывно подают двумя рядами, то есть с общей шириной 60 см, по ленточному транспортеру 20 на участок 21 дополнительной обработки. Скорость подачи плит 1, технологически обусловленная лазерной обработкой, составляет 0,6 м/мин. На участке 16 сушки плиты 1 вначале проходят под распылителем 3 в виде балки, который также оснащен рядом форсунок шириной 58 см, однако диаметр отверстия в этих форсунках в пять раз меньше, чем в примере 1. При этом на полированную поверхность плит 5 с микрократерами и естественными углублениями 6 наносят жидкость 4, представляющую собой разбавленную кислоту с содержанием кислоты 10% от максимально возможной концентрации. Объем нанесенной жидкости 4 примерно на 15% превышает объем имеющихся кратеров и углублений. На расстоянии примерно 15 см от распылителя 3 по ходу движения плит устанавливают вращающуюся щетку 7 с мягкой щетиной. В данном случае ось щетки располагают под углом 80^o к направлению подачи. Вращающаяся щетка равномерно распределяет жидкость 4 в микрократерах и в естественных углублениях 6, а также удаляет избыточную жидкость с поверхности. На расстоянии, составляющем в данном случае 1 м от распылителя 3, находится второй распылитель 8 в виде балки, который наносит на поверхность 5 плиты разбавленную щелочь 9 в количестве, десятикратно превышающем соответствующее содержание применяемой разбавленной кислоты. Непосредственно после распылителя 8 также находится вращающаяся щетка 10, аналогичная по расположению щетке 7. Она имеет более жесткую щетину, скорость вращения, в 10 раз большую, чем у щетки 7, и сильнее прижата к поверхности плиты. Распылитель 8 и щетка 10 совместно установлены на устройстве 14, при этом расстояние от устройства 14 до распылителя 3 можно регулировать. Это требуется для того, чтобы иметь возможность изменять необходимое время воздействия в соответствии с желательной степенью препятствия скольжению с учетом различных материалов плит при заданной скорости процесса. По окончании последней операции нанесения жидкости и обработки щеткой проводят еще одну операцию промывки, при которой воду из щелевого сопла 15 подают на поверхность 5 плиты со скоростью потока 10 л/мин. При этом обеспечивается полное удаление с поверхности плиты 5 и из микрократеров и углублений 6, возможных остатков уже нейтрализованных смесей жидкостей 9 и 4, а также возможных остаточных механических загрязнений и осадков. Затем плиты проходят участок 16 сушки, где осуществляется сушка плит путем обдува горячим воздухом из теплоэлектровентиляторов 17, а также за счет облучения инфракрасным излучением 18. Между рабочими зонами щетки 10 и щелевого сопла 15, а также между щелевым соплом 15 и участком 16 сушки устанавливают по одному пластмассовому ракелю 19, которые служат в качестве скребков для сброса жидкостей.

Подразумевается, что после каждой операции мокрой обработки (1 и 2 распыление и очистка щетками, операция промывки) жидкости собирают и обрабатывают отдельно, а затем после соответствующей обработки подают на циркуляцию или на утилизацию стоков.