CN102010181B - 一种建筑陶瓷干压粉体成形高强度坯体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑陶瓷干压粉体成形高强度坯体，由基础坯料和复合添加剂组成；所述复合添加剂为羟甲基丙基纤维素和两性淀粉的组合，其用量为基础坯料的0.4～1.2％，按重量比羟甲基丙基纤维素∶两性淀粉＝1～4∶1～4。本发明还公开了上述高强度坯体的制备方法。本发明有效提高了坯体强度，可获得质量符合要求的高强度坯体，同时有利于提高产品的合格率、降低生产成本，而且工艺简单、易于控制，有利于推广和应用。

Description

一种建筑陶瓷干压粉体成形高强度坯体及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑陶瓷技术领域，尤其涉及一种具有高强度的建筑陶瓷干压粉体成形坯体及其制备方法。

背景技术

近年来，随着我国经济建设的快速发展，建筑行业得到了迅猛发展，从而也促进了建筑陶瓷技术的不断进步和发展，随之而来各种新型的建筑瓷砖应运而生。其中，大规格超薄瓷砖（如3.5～5mm×1000mm×2000mm）作为近年来研制的新型产品，与传统的墙地砖及微晶玻璃相比具有以下优势：

(1)大规格超薄瓷砖其重量只有普通墙地砖的1/4，在建筑装饰中可显著减轻载荷重量。

(2)使用的原料可以减少2/3以上，因此可以减少对矿藏的开采，不仅降低了生产成本，而且有利于保护自然资源。

(3)大规格超薄瓷砖其传热快而均匀，与传统墙地砖相比烧成温度低、烧成周期短，因此可以节约能源和减少有害气体的排放。

(4)与微晶玻璃相比，大规格超薄瓷砖不仅价格较低，而且在功能上具有优势。由于大规格超薄瓷砖其厚度只有3.5～5mm，因而表现出较好的弹性，可以装饰于具有一定弧度要求的场所。

因此，大规格超薄瓷砖的研究开发具有广阔的应用前景。

而对于这类瓷砖的生产，由于其规格大且超薄，因此对生坯的强度提出了很高的要求，然而，仅仅依靠基础配方的调整很难满足这一要求。目前，经研究表明，通过在坯体中加入高分子增强添加剂能够有效提高坯体的强度，其作用机理是：使用高分子材料包裹陶瓷颗粒表面，使得陶瓷颗粒之间可借助有机高分子而产生氢键作用，以解决未使用添加剂时陶瓷颗粒之间仅依靠范德华力和毛细管力结合而使坯体强度较低的问题，从而有效提高了坯体的起模强度（坯体刚脱离模具后所具有的强度）和干燥强度（坯体经过一定干燥制度处理后的强度）。现有技术高分子增强添加剂的使用，坯体起模强度和干燥强度通常分别可以达到1.7～2.0MPa和6～8MPa。然而，对于大规格超薄瓷砖，其坯体的起模强度和干燥强度通常分别需要在2.8MPa和12.0MPa以上，显然，现有技术添加剂的使用仍然难以满足大规格超薄瓷砖的工艺要求，生产过程中通常表现为生坯在生产线上或窑炉中容易破损，从而降低了产品的合格率，大大增加了生产成本。

使用高分子添加剂，其种类及分子量的大小对产品强度有着直接的影响。例如，分子量过大会导致分子链过长、弹性大，在粉体干压成形时坯料颗粒之间阻力大，使得坯体致密度下降，从而导致强度降低；分子量过小则不能起到有效包裹坯体颗粒的作用，同样导致坯体强度的降低。因此，针对大规格超薄瓷砖，如何有效提高坯体强度以很好地满足其生产工艺要求，仍然是摆在我们面前急需解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用复合添加剂的建筑陶瓷干压粉体成形坯体，以提高坯体强度，为大规格超薄瓷砖的成形技术提供前提保障。本发明的另一目的在于提供上述高强度坯体的制备方法，以获得质量符合要求的高强度坯体，同时提高产品的合格率，降低生产成本。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种建筑陶瓷干压粉体成形高强度坯体，由基础坯料和复合添加剂组成；所述复合添加剂为羟甲基丙基纤维素和两性淀粉的组合，其用量为基础坯料的0.4～1.2%，按重量比羟甲基丙基纤维素∶两性淀粉=1～4∶1～4。本发明高强度坯体采用羟甲基丙基纤维素和两性淀粉组成的复合添加剂，利用两者高分子特性提高生坯强度的同时，结合两性淀粉具有阳离子和阴离子基团的特性，与水分子之间结合而产生氢键，使得两性淀粉具有较大的粘结力，从而更进一步提高坯体强度。优选地，所述羟甲基丙基纤维素的分子量为9.0×10⁵～1.2×10⁶；两性淀粉的粘度为300～600mpa.s。

本发明高强度坯体可采取如下进一步措施：所述基础坯料按重量百分比其组成为：粘土30～35%、钾长石10～20%、石英5～10%、低温瓷石40～45%、膨润土1～3%。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的上述建筑陶瓷干压粉体成形高强度坯体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将所述基础坯料加入快速球磨机中球磨15～20min；

(2)然后将所述复合添加剂加入快速球磨机中与基础坯料一起混合球磨3～5min；

(3)料浆经过喷雾造粒，然后粉料干压成形而获得生坯；

(4)生坯脱模后在100～120℃下干燥60～100min即得产品。

本发明制备方法中复合添加剂与基础坯料的混合对提高坯体强度起到关键的作用。混合时间过长会使高分子聚合物在球磨过程中发生降解或分子链断裂，从而导致长链的高分子链变短，降低了高分子聚合物与陶瓷颗粒之间的粘附力，从而降低了增强效果。而混合时间过短则会使高分子聚合物难以在陶瓷颗粒之间形成空间架状结构，高分子聚合物与陶瓷颗粒之间的粘附力减小，同样降低了坯体强度。为此，本发明制备方法中复合添加剂在坯料球磨一段时间后再加入，然后与坯料混合一定的时间，以有效提高聚合物与颗粒之间的粘附力和坯体强度。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用具有中等分子量的羟甲基丙基纤维素和两性淀粉组成的复合添加剂，克服了单一添加剂以及分子量过长或过短等问题所带来的缺点，长分子链的羟甲基丙基纤维素和以支链为主中等聚合度的两性淀粉相结合形成了连续的空间架状结构，对坯体中的颗粒起到了很好的包裹作用；同时，两性淀粉通过其阳离子和阴离子基团，与水分子之间结合而产生氢键，使得两性淀粉具有较大的粘结力，从而可以获得更高的生坯强度（起模强度和干燥强度），满足了大规格超薄瓷砖的生产工艺要求。

2、本发明制备方法中复合添加剂在坯料球磨一段时间后再加入，避免了高分子聚合物球磨时间过长发生降解而导致长链断裂、聚合物与陶瓷颗粒之间粘附力下降的现象。之后加入复合添加剂再与坯料球磨一定的时间，可促使高分子聚合物在陶瓷颗粒之间形成连续的空间架状结构，将陶瓷颗粒紧紧包裹，从而增强了聚合物与颗粒之间的粘附力，有效提高了坯体强度。

3、本发明工艺简单、易于控制，从而有利于推广和应用。

下面将结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

具体实施方式

实例一：

本实施例高强度坯体，其基础坯料按重量百分比的组成为：粘土30%、钾长石15%、石英8%、低温瓷石44%、膨润土3%；复合添加剂按照重量比的组成为：羟甲基丙基纤维素(分子量9.0×10⁵)∶两性淀粉(粘度600mpa.s)=1∶3，其用量为基础坯料的0.6%。

本实施例高强度坯体的制备方法如下：

(1)将基础坯料加入快速球磨机中球磨20min；

(2)然后将复合添加剂加入快速球磨机中与基础坯料一起混合球磨3min；

(3)料浆经过喷雾造粒，然后粉料在压力680MPa下干压成形而获得规格为3.5～5mm×1000mm×2000mm的生坯；

(4)生坯脱模后在120℃干燥60min即得产品。

本实施例大规格超薄坯体的起模和干燥三点弯曲强度分别为3.3MPa和15.5MPa。

实施例二：

本实施例高强度坯体，其基础坯料按重量百分比的组成为：粘土30%、钾长石18%、石英10%、低温瓷石40%、膨润土2%；复合添加剂按照重量比的组成为：羟甲基丙基纤维素(分子量1.2×10⁶)∶两性淀粉(粘度300mpa.s)=1∶3，其用量为基础坯料的0.8%。

本实施例高强度坯体的制备方法如下：

(1)将基础坯料加入快速球磨机中球磨15min；

(2)然后将复合添加剂加入快速球磨机中与基础坯料一起混合球磨5min；

(3)料浆经过喷雾造粒，然后粉料在压力680MPa下干压成形而获得规格为3.5～5mm×1000mm×2000mm的生坯；

(4)生坯脱模后在100℃干燥100min即得产品。

本实施例大规格超薄坯体的起模和干燥三点弯曲强度分别为3.2MPa和15.0MPa。

实施例三：

本实施例高强度坯体，其基础坯料按重量百分比的组成为：粘土33%、钾长石16%、石英9%、低温瓷石41%、膨润土1%；复合添加剂按照重量比的组成为：羟甲基丙基纤维素(分子量1.0×10⁵)∶两性淀粉(粘度500mpa.s)=2∶1，其用量为基础坯料的1.2%。

本实施例高强度坯体的制备方法与实施例一不同之处在于：步骤(4)中生坯脱模后在110℃干燥80min即得产品。

本实施例大规格超薄坯体的起模和干燥三点弯曲强度分别为3.2MPa和14.6MPa。

实施例四：

本实施例高强度坯体，其基础坯料按重量百分比的组成为：粘土30%、钾长石17%、石英10%、低温瓷石40%、膨润土3%。复合添加剂按照重量比的组成为：羟甲基丙基纤维素(分子量9.5×10⁵)∶两性淀粉(粘度400mpa.s)=1∶3，其用量为基础坯料的0.4%。

本实施例高强度坯体的制备方法与实施例一不同之处在于：步骤(1)球磨时间为17min；步骤(4)生坯脱模后在120℃下干燥70min即得到产品。

本实施例大规格超薄坯体的起模和干燥三点弯曲强度分别为3.5MPa和16.0MPa。

实施例五：

本实施例高强度坯体，其基础坯料按重量百分比的组成为：粘土30.5%、钾长石15%、石英9%、低温瓷石44%、膨润土1.5%。复合添加剂按照重量比的组成为：羟甲基丙基纤维素(分子量1.0×10⁵)∶两性淀粉(粘度500mpa.s)=1∶1，其用量为基础坯料的0.6%。

本实施例高强度坯体的制备方法与实施例一不同之处在于：步骤(4)中生坯脱模后在105℃干燥80min即得产品。

本实施例大规格超薄坯体的起模和干燥三点弯曲强度分别为3.1MPa和13.5MPa。

实施例六：

本实施例高强度坯体，其基础坯料按重量百分比的组成为：粘土32.5%、钾长石18%、石英8.5%、低温瓷石40%、膨润土1%。复合添加剂按照重量比的组成为：羟甲基丙基纤维素(分子量1.0×10⁵)∶两性淀粉(粘度500mpa.s)=2∶1，其用量为基础坯料的0.6%。

本实施例高强度坯体的制备方法同实施例一。

本实施例大规格超薄坯体的起模和干燥三点弯曲强度分别为3.0MPa和13.0MPa。

实施例七：

本实施例高强度坯体，其基础坯料按重量百分比的组成为：粘土32.5%、钾长石13%、石英7%、低温瓷石45%、膨润土2.5%。复合添加剂按照重量比的组成为：羟甲基丙基纤维素(分子量9.0×10⁵)∶两性淀粉(粘度600mpa.s)=3∶1，其用量为基础坯料的0.6%。

本实施例高强度坯体的制备方法与实施例一不同之处在于：步骤(4)中生坯脱模后在110℃干燥100min即得产品。

本实施例大规格超薄坯体的起模和干燥三点弯曲强度分别为3.3MPa和15.2MPa。

本发明一种建筑陶瓷干压粉体成形高强度坯体及其制备方法，各组分的用量及工艺参数不局限于上述列举的实施例。

Claims (5)

1.一种建筑陶瓷干压粉体成形高强度坯体，其特征在于：由基础坯料和复合添加剂组成；所述复合添加剂为羟甲基丙基纤维素和两性淀粉的组合，其用量为基础坯料的0.4～1.2%，按重量比羟甲基丙基纤维素∶两性淀粉=1～4∶1～4。

2.根据权利要求1所述的建筑陶瓷干压粉体成形高强度坯体，其特征在于：所述羟甲基丙基纤维素的分子量为9.0×10⁵～1.2×10⁶。

3.根据权利要求1所述的建筑陶瓷干压粉体成形高强度坯体，其特征在于：所述两性淀粉的粘度为300～600mPa.s。

4.根据权利要求1或2或3所述的建筑陶瓷干压粉体成形高强度坯体，其特征在于：所述基础坯料按重量百分比其组成为：粘土30～35%、钾长石10～20%、石英5～10%、低温瓷石40～45%、膨润土1～3%。

5.权利要求1-4之一所述建筑陶瓷干压粉体成形高强度坯体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将所述基础坯料加入快速球磨机中球磨15～20min；

(2)然后将所述复合添加剂加入快速球磨机中与基础坯料一起混合球磨3～5min；

(3)料浆经过喷雾造粒，然后粉料干压成形而获得生坯；

(4)生坯脱模后在100～120℃下干燥60～100min即得产品。