CN103408330A - 采用铝溶胶对陶瓷表面进行修饰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采用铝溶胶对陶瓷表面进行修饰的方法，包括有以下步骤：1）表面涂覆：先对陶瓷胚体表面进行预处理，然后采用刷涂工艺将铝溶胶涂覆到陶瓷胚体表面；2）低温预处理：于烘箱中烘干；3）高温烧结：将低温预处理后的陶瓷胚体置于空气气氛，烧结。本发明有以下优点：（1）不易开裂且促进烧结；（2）无需在涂层中再添加抗菌剂，经济环保；（3）采用溶胶-凝胶法制备铝溶胶，工艺简单，操作方便，显著增强陶瓷的抗污抗菌性，自洁和易洁性能，反应过程可控，且能将铝溶胶直接涂覆陶瓷胚体表面，整个制备周期短。且铝溶胶可以任意比例与水溶合，长时间贮放性能不变，使用十分方便。

Description

采用铝溶胶对陶瓷表面进行修饰的方法

技术领域

本发明属于表面修饰剂领域，具体涉及采用铝溶胶对陶瓷表面进行修饰的方法。

背景技术

随着人们对生活质量要求的不断提高和环保意识的逐渐增强，人们对传统的建筑卫生陶瓷制品，提出了更高的要求，主要集中体现在陶瓷制品的抗污抗菌、自清洁等方面。日常生活中常用的方法是采用表面活性剂、碱性除垢剂或酸性除垢剂之类的清洁剂，用清洁刷反复地洗擦其表面。但该法使得清洗频率高，工作量大，特别是清洗污水含较多使水体富营养化的成分，导致水污染。为了避免较为烦琐的清洗和得到更为清洁的表面，提高制品的抗污抗菌、自清洁能力可有效的提高人们生活质量，降低环境负荷。

目前主要是以人工合成的涂层材料对陶瓷表面进行修饰达到提高陶瓷的抗污抗菌、自清洁能力。人工合成的涂层材料主要分为无机和有机两大类，由于有机类涂层材料存在抗污抗菌性比较弱，耐热性、稳定性比较差，且自身分解的产物和挥发物可能对人体有害，不适合用于高温加工等缺点，限制了其使用，因而逐渐被无机类的涂层材料所替代。传统的无机类涂层修饰剂主要是由银、铜、锌等金属离子担载于沸石、磷酸锆、易熔玻璃、硅胶、活性炭等载体组成。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提出一种采用铝溶胶对陶瓷表面进行修饰的方法，提高陶瓷表面疏水性，显著增强陶瓷的抗污抗菌性，自洁和易洁性能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：采用铝溶胶对陶瓷表面进行修饰的方法，包括有以下步骤：

1）表面涂覆：先对陶瓷胚体表面进行预处理，然后采用刷涂工艺将铝溶胶涂覆到陶瓷胚体表面；

2）低温预处理：将经过涂覆的陶瓷胚体置于80℃～100℃的烘箱中烘干，干燥时间为2～5h；

3）高温烧结：将低温预处理后的陶瓷胚体置于空气气氛，升温速率为1～8℃/min的程序由室温升至1100℃～1200℃，恒温2～5h的条件下烧结。

按上述方案，所述的铝溶胶的制备方法，包括如下步骤：

1）将异丙醇铝和异丙醇按摩尔比为：异丙醇铝：异丙醇=1:1～2混合，经过超声处理，得到前驱液；

2）将步骤1）中的前驱液缓慢滴加到初温50℃～70℃的水中，恒温70℃～80℃，搅拌30min～60min；

3）加入硝酸作为胶溶剂，硝酸加入量按摩尔比计为：异丙醇铝：硝酸=1:0.15～0.3，恒温反应30min～60min，即可得到透明稳定的铝溶胶。

按上述方案，铝溶胶的平均粒径范围为20nm～60nm，铝溶胶的固含量为8％～12％。

本发明的反应机理是：以异丙醇铝为原料，采用溶胶-凝胶法制备铝溶胶时，主要发生的是异丙醇铝的水解，反应过程如下：

水解反应：

Al(C₃H₇O)₃+H₂O→Al(C₃H₇O)₂OH+C₃H₇OH            (1)

随着水解程度的加深，还会发生如下反应：

Al(C₃H₇O)₂OH+H₂O→Al(C₃H₇O)(OH)₂+C₃H₇OH        (2)

Al(C₃H₇O)(OH)₂+H₂O→Al(OH)₃+C₃H₇OH             (3)

总反应为：

2Al(C₃H₇O)₃+H₂O→Al₂O₃·H₂O+6C₃H₇OH            (4)

在异丙醇铝的水解过程中，通过控制反应条件使反应基本停留在（1）式，阻止难溶Al(OH)₃的生成，使反应向有利于生成AlOOH的方向进行，得到的铝溶胶，其形成示意图如图1。在将其涂覆到陶瓷胚体表面，由于在AlOOH凝胶中含有大量游离水，同时AlOOH自身又含有结构水，因此在AlOOH凝胶的热处理和陶瓷化过程中会发生一系列物相变化，AlOOH首先会脱水形成γ-Al₂O₃，在高温条件下γ-Al₂O₃又会转化成a-Al₂O₃，相变的同时伴随着晶粒长大及体积收縮形成蠕虫状多孔结构，抑制a-Al₂O₃晶粒的过分长大及促进致密化。在高温烧结中，膜层中残余的Al-OH基团脱水，亲水基团-OH减少，使得膜层更加致密,疏水性增强。膜内-OH间脱水，大量的羟基之间发生缩聚反应，膜层孔隙变小，从而减小了膜层表面吸附，剩余的羟基由含甲基的基团所取代，并填充和修饰表面孔隙，在陶瓷表面形成一层致密均匀的氧化铝膜层，起到表面修饰的作用。

本发明采用一种全新的无机涂层材料铝溶胶对陶瓷表面进行修饰，主要有以下优点：

（1）用铝溶胶作为表面修饰剂，经高温烧结后的主要产物是α-Al₂O₃，其耐热性和稳定性都很好，且铝溶胶无毒环保，不易开裂且促进烧结，不像有机物在挥发或裂解过程中对制品造成显微缺陷；

（2）铝溶胶作为典型的无机溶胶，具备显著的抗菌能力，因此无需在涂层中再添加抗菌剂，经济环保；

（3）采用溶胶-凝胶法制备铝溶胶，工艺简单，操作方便，显著增强陶瓷的抗污抗菌性，自洁和易洁性能，反应过程可控，且能将铝溶胶直接涂覆陶瓷胚体表面，整个制备周期短。且铝溶胶可以任意比例与水溶合，长时间贮放性能不变，使用十分方便。

附图说明

图1为本发明的铝溶胶形成机理示意图；

图2为本发明的铝溶胶的TEM图片；

图3为所得产品的光学显微镜图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

1）以异丙醇铝、异丙醇、硝酸和水为原料，各原料的摩尔比为：异丙醇铝：异丙醇：硝酸：水=1:1:0.15:100；按照上述关系计算并称取各原料；

2）将异丙醇铝和异丙醇按上述比例混合，超声处理半小时，得到前驱液；将制得的前驱液缓慢滴加到初温为60℃的水中，恒温70℃，搅拌30min；再加入硝酸（其体积比为1:1）作为胶溶剂，恒温反应30min，即可得到透明稳定的铝溶胶，铝溶胶的固含量为8％～12％。如图2所示为铝溶胶的TEM图片，从图中可以看出铝溶胶的粒径为20-60nm；

3）涂覆：先对陶瓷胚体表面进行预处理，然后采用刷涂工艺将所上述制得的铝溶胶涂覆到陶瓷胚体表面；将上述经过涂覆的陶瓷胚体置于85℃的烘箱中烘干，干燥时间为3h；然后把陶瓷胚体体置于通空气气氛，升温速率为5℃/min的程序由室温升至1100℃，恒温3h的条件下烧结。

如图3（a）所示，可以看出陶瓷表面形成一层致密均匀的氧化铝膜层，起到表面修饰的作用。如图3（b）是未经涂覆的陶瓷表面，有许多微孔。

实施例2

1）以异丙醇铝、异丙醇、硝酸和水为原料，各原料的摩尔比为：异丙醇铝：异丙醇：硝酸：水=1:2:0.3:200；按照上述关系计算并称取各原料；

2）将异丙醇铝和异丙醇按上述比例混合，超声处理半小时，得到前驱液；将制得的前驱液缓慢滴加到初温为70℃的水中，恒温80℃，搅拌30min；再加入硝酸（体积比为1:1）作为胶溶剂，恒温反应30min，即可得到透明稳定的铝溶胶，铝溶胶的固含量为8％～12％；

3）涂覆：先对陶瓷基体表面进行预处理，然后采用刷涂工艺将所上述制得的铝溶胶涂覆到陶瓷胚体表面；将上述经过涂覆的陶瓷胚体置于90℃的烘箱中烘干，干燥时间为4h。然后把陶瓷胚体置于通空气气氛，升温速率为6℃/min的程序由室温升至1140℃，恒温3h的条件下烧结。

Claims (3)

1.采用铝溶胶对陶瓷表面进行修饰的方法，包括有以下步骤：

1）表面涂覆：先对陶瓷胚体表面进行预处理，然后采用刷涂工艺将铝溶胶涂覆到陶瓷胚体表面；

2）低温预处理：将经过涂覆的陶瓷胚体置于80℃～100℃的烘箱中烘干，干燥时间为2～5h；

3）高温烧结：将低温预处理后的陶瓷胚体置于空气气氛，升温速率为1～8℃/min的程序由室温升至1100℃～1200℃，恒温2～5h的条件下烧结。

2.按权利要求1所述的采用铝溶胶对陶瓷表面进行修饰的方法，其特征在于所述的铝溶胶的制备方法，包括如下步骤：

1）将异丙醇铝和异丙醇按摩尔比为：异丙醇铝：异丙醇=1:1～2混合，经过超声处理，得到前驱液；

2）将步骤1）中的前驱液缓慢滴加到初温50℃～70℃的水中，恒温70℃～80℃，搅拌30min～60min；

3）加入硝酸作为胶溶剂，硝酸加入量按摩尔比计为：异丙醇铝：硝酸=1:0.15～0.3，恒温反应30min～60min，即可得到透明稳定的铝溶胶。

3.按权利要求2所述的采用铝溶胶对陶瓷表面进行修饰的方法，其特征在于铝溶胶的平均粒径范围为20nm～60nm，铝溶胶的固含量为8％～12％。

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