CN102126828B - 一种无铅、无镉低温熔块和电气石—堇青石质保健陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无铅、无镉低温熔块和电气石—堇青石质保健陶瓷材料及其制备方法。以电气石、堇青石为主要原料配以一定量的无铅、无镉低温环保熔块粘附在堇青石质多孔陶瓷的表面和孔道表面，在650～800℃下共同作用形成常温下具有高远红外性能的低膨胀电气石—堇青石质陶瓷保健材料，该材料具备使饮用水PH值迅速升高变弱碱性的特性，可作为饮用水相关保健领域的辅助材料。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷材料技术领域，具有涉及一种无铅、无镉低温熔块和电气石—堇青石质保健陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
电气石不仅富含人类必须的矿物质，而且能够在远红外波段（8～14μm）发射出较高的红外辐射，能释放出与天然山川湖泊相近数量的负离子，因此电气石材料是一类良好的保健型材料，将其运用到实际生活中具有较高实用价值和社会意义。将电气石材料放入饮用水中其良好的远红外性能和负电性能促进水活化，影响水体的PH值，所含的微量矿物离子能溶入水中易于被人体吸收。
然而，电气石相关陶瓷材料在原料的选择和烧制上与大部分普通陶瓷有区别。在原料上，普通陶瓷原料中粘土是保证材料成型性能和高温烧结性能的基础，因此烧制一般的陶瓷产品需要上千度的高温，而电气石具有在较低温度（700℃～800℃）分解的特性，内部质点膨胀和分解后的电气石将大大破坏其原有的矿物特性，因此，在烧制温度上，电气石材料需要较低的温度，但是如此对烧制温度的限定必然导致制备原料的特殊性。首先，普通陶瓷中常用的高岭土这些可塑性原料不可用，同时普通的熔剂性原料（如长石）由于不能产生液相也达不到高温粘结粉料的目的。因此需要引入在烧制过程中能够在较低温度熔融并粘结电气石粉体的辅助材料。
低温熔块便是这么一类原料，低温熔块中含有大量的B、Li、Pb等熔剂性离子从而获得了低温熔融的特性，这类原料已被大量应用在普通陶瓷的釉料中以降低釉的熔融温度、提高釉面质量。将低温熔块作为熔剂性原料引入电气石质材料中，能够保证电气石粉料在其结构未被破坏的温度下粘结，形成具有一定使用强度的电气石质陶瓷制品。
但是，传统的低温熔块为了降低其温度大量使用含铅、镉的化学物质，虽然能达到降低熔融温度的作用，但铅、镉的化学物质含有剧毒。因此，本发明着力于研究始熔温度在650～800℃、无铅、无镉低温熔块作为电气石陶瓷材料产品的高温粘结剂。
电气石改善水质，主要是依靠其表面几微米电气石层与水的直接接触作用。将电气石材料做成电气石实心陶瓷球或直接使用电气石原矿，往往导致产品成本上升和资源浪费等问题。同时，电气石实心陶瓷球使普通水改性呈弱碱性的作用周期往往过长，致使产品开发应用受到了极大的限制。为了达到快速改变水体活性和PH值的目的，以增加电气石层与水的作用面积为出发点，将多孔陶瓷作为载体，通过煅烧的方式将电气石层附着在多孔陶瓷孔道的内外表面，以增加电气石层与水的接触面积，使得活化水的能力进一步提高。
由于电气石与熔块混合后膨胀系数较大，经过长时间使用后，附着在具备低热膨胀系数的堇青石或者莫来石等材质的多孔陶瓷上易脱落。为了提高电气石层的热性能同时改善其与各类材质多孔陶瓷基体的匹配性，将电气石层与膨胀系数较小的堇青石粉料进行复合，通过改变堇青石、电气石与熔块的配比调节电气石—堇青石吸附层的热膨胀系数以适应于各种材质的多孔陶瓷基体材料。堇青石是一类红外性能非常优异的无机非金属材料，其降低了附着层的热膨胀系数同时保持了电气石层的高远红外性能，将此材料放入环境中，附着层能经受住冷热水交替而不脱落，延长了材料的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是制备出熔融温度在650～800℃的无铅、无镉低温熔块，进而研制一种在常温下使水快速变弱碱性（PH＞7.8）的多孔电气石—堇青石类型保健陶瓷材料，还包括制备这种保健陶瓷材料的方法。
本发明提供的一种无铅、无镉低温熔块，由多种原料熔成玻璃状物质后快速淬冷制得，其特征是原料配方中包含具备强助熔效果的氟化钠、萤石、硝酸钾、硼酸和锂辉石，其质量百分比为：
高岭土：0～5wt%、石英：5～12wt%、钾长石：10～20wt%、钠长石：0～10wt%、锂辉石：8～15wt%、硼酸：30～40wt%、碳酸钙：0～8wt%、碳酸钡：0～8wt%、萤石：4～10wt%、硝酸钾：5～15%、氟化钠1～6wt%。
上述熔块的制备方法是按上述配方进行配料，将其分别过筛、研磨混合后放入坩埚在1250～1300℃下煅烧后快速淬冷，得到熔融温度650～800℃的低温无铅无镉熔块。钾长石、钠长石、锂辉石、硼酸、萤石、硝酸钾、氟化钠、碳酸钡和碳酸钙这些多种熔剂性原料混合构成的多元系统有利于系统液相温度点的降低。同时，具备强助熔效果的氟化钠、萤石、硝酸钾、硼酸和锂辉石的存在以及量的合理配比赋予了熔块800℃以下低温熔融的特性。
本发明提供的电气石—堇青石质保健陶瓷材料，以多孔陶瓷作为载体，在所述多孔陶瓷表面和孔道表面覆有均匀的薄层，其特征在于：所述的薄层，其中的成份包含上述无铅、无镉低温熔块，还包含电气石和堇青石。
上述电气石—堇青石质保健陶瓷材料的薄层中各成份含量可以是按质量百分比为：所述的低温熔块 20～60wt%、电气石 30～70wt%、堇青石 10～40wt%。
上述的多孔陶瓷可以是蜂窝陶瓷，也可以是泡沬陶瓷等比表面较大的其它结构的陶瓷材料。
本发明所提供的电气石—堇青石保健陶瓷材料是以PVA作为临时粘结剂，以上述的无铅、无镉熔块作为高温粘结剂，将所述无铅、无镉熔块的粉体和PVA加入电气石与堇青石的混合粉体后，通过浸渍浆料的方式粘附在多孔陶瓷孔道表面上，再经650～800℃低温烧制后得到制品。
上述制备所述薄层的原料配比按重量比可以为：所述的低温熔块 20～60wt%、电气石 30～70wt%、堇青石 10～40wt%。
本发明提供的低温熔块，其中不含铅、镉有毒元素，经实验证明在低于800℃下即可熔融，可用于制备各种低温环保陶瓷的助熔材料。
本发明提供的电气石—堇青石质保健陶瓷材料，以多孔陶瓷作为载体，通过煅烧的方式将电气石和堇青石同时附着在多孔陶瓷的内外表面，一方面在提高电气石层的热性能同时改善其与多孔陶瓷基体的匹配性，可使附着层能经受住冷热水交替而不脱落，延长材料的使用寿命，另一方面利用堇青石、电气石的高远红外性能，使该材料具有常温高远红外发射率的功能，常温下8～14μm红外波段辐射率到达0.90～0.97，利用电气石的负离子特性影响水体PH值以及水分子的活性，同时由于利用了多孔陶瓷比表面积大的特点增加了电气石层与水的接触面积，在常温下放入饮用水中能提高水的活性，防止形成大的水分子团，使得水的PH值迅速升高变成弱碱性。将此材料放入环境中，可通过与水的作用广泛应用于日常生活的人体保健，成为饮水器具的辅助保健型材料，此外该产品的常温高远红外发射率的特点也能将其归于红外陶瓷行列，应用于红外医疗保健领域。
具体实施方式
低温无铅无镉熔块实施例1～4：
按下表1组成配制原料，经过过筛、研磨混合后在1250～1300℃下煅烧后快速淬冷，得到了熔融温度650～800℃的低温无铅无镉熔块。
表1 ：
| 实例1 | 实例2 | 实例3 | 实例4 | |
| (wt%) | 5 | 0 | 0 | 0 |
| 石英(wt%) | 9 | 10 | 7 | 8 |
| 钾长石 (wt%) | 20 | 20 | 18 | 18 |
| 钠长石(wt%) | 0 | 6 | 6 | 8 |
| 锂辉石(wt%) | 14 | 12 | 12 | 10 |
| 硼酸(wt%) | 30 | 32 | 35 | 33 |
| 碳酸钙(wt%) | 8 | 6 | 6 | 2 |
| 碳酸钡(wt%) | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 萤石(wt%) | 6 | 4 | 4 | 6 |
| 硝酸钾(wt%) | 4 | 5 | 8 | 10 |
| 氟化钠(wt%) | 1 | 2 | 1 | 2 |
| 烧制温度（℃） | 1280 | 1280 | 1280 | 1280 |
| 熔融温度（℃） | 800 | 750 | 700 | 650 |
电气石陶瓷材料实施例1～4：
取表1中实例4中熔块，按下表2组成配制原料，经过过筛、研磨混合后，利用PVA作为常温临时粘结剂，加入阿拉伯树胶悬浮剂，将混合粉料加入水制成具备一定悬浮性能的料浆。将16孔/cm2的堇青石质蜂窝陶瓷切割成1 cm×1 cm小块后，浸渍在该料浆中，数分钟后取出、干燥，经过700℃煅烧后，得到了多孔电气石—堇青石陶瓷材料。
表2：
| 配方1 | 配方2 | 配方3 | 配方4 | |
| 电气石 (wt%) | 30 | 40 | 30 | 70 |
| 堇青石粉(wt%) | 10 | 20 | 40 | 10 |
| 熔块粉(wt%) | 60 | 40 | 30 | 20 |
根据上述各实例测量得到陶瓷材料在常温下8～14μm远红外波段辐射率见下表3：
表3：
| 陶瓷材料 | 配方1 | 配方2 | 配方3 | 配方4 |
| 辐射率 | 0.908 | 0.932 | 0.950 | 0.968 |
在常温下，将按表2的配方1、2、3、4所制得的样品放入烧杯内略带酸性的水中，用溴百里酚蓝酸碱指示剂指示水的酸碱性变化情况，经过经过8min后，颜色变化由黄变蓝，说明水由弱酸性变为弱碱性。
取表1中其它实例1、2、3进行上述同样试验，得到的结果与上述实验结果基本相同。
Claims (5)
1.一种无铅、无镉低温熔块，由多种原料熔融后快速淬冷制得的玻璃状物质，其特征是原料配方中包含具备强助熔效果的氟化钠、萤石、硝酸钾、硼酸和锂辉石，其质量百分比为：
高岭土：0～5wt%、石英：5～12wt%、钾长石：10～20wt%、钠长石：0～10wt%、锂辉石：8～15wt%、硼酸：30～40wt%、碳酸钙：0～8wt%、碳酸钡：0～8wt%、萤石：4～10wt%、硝酸钾：5～15%、氟化钠1～6wt%。
2.一种电气石—堇青石质保健陶瓷材料，以多孔陶瓷作为载体，在所述多孔陶瓷表面和孔道表面覆有均匀的薄层，其特征在于：所述的薄层，其中的成份包含如权利要求1所述无铅、无镉低温熔块，还包含电气石和堇青石。
3.根据权利要求2所述的电气石—堇青石质保健陶瓷材料，其特征在于：所述的薄层，其质量百分比组成为：
所述的低温熔块 20～60wt%、电气石 30～70wt%、堇青石 10～40wt% 。
4.根据权利要求2或3所述的电气石—堇青石质保健陶瓷材料，其特征在于：所述的多孔陶瓷为蜂窝陶瓷。
5.制备如权利要求2或3所述电气石—堇青石质保健陶瓷材料的方法，其特征在于：以PVA作为临时粘结剂，以所述的无铅、无镉低温熔块作为高温粘结剂，将所述无铅、无镉低温熔块的粉体和PVA加入电气石与堇青石的混合粉体后，通过浸渍浆料的方式粘附在多孔陶瓷表面和孔道表面，再经650～800℃低温烧制后得到制品。
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