CN103922600A - 一种电气石/玻璃复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电气石/玻璃复合材料及其制备方法。该复合材料的原料重量百分比为：电气石5~30%，玻璃70~95%；所述电气石是指铁电气石、锂电气石或镁电气石中的至少一种；所述玻璃的重量百分比组成为：Bi₂O₃40~70%；B₂O₃10~20%；Al₂O₃1~7%；ZnO10~20%；CaO5~10%；SiO₂1~13%，以上组分的重量百分比之和为100%。该复合材料的制备方法采用以下工艺：1）制备玻璃小颗粒；2）制备电气石/玻璃复合材料；将电气石与玻璃混合均匀，在600~900℃下烧制并保温，从而获得一种具有较高远红外发射性能的电气石/玻璃复合材料。

Description

一种电气石/玻璃复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及无机材料技术领域，具体为一种电气石/玻璃复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来，远红外保健产品越来越受到人们的青睐和厚爱。中国专利申请200410012274.9号公开了一种含有电气石的复合材料。该复合材料是由电气石、铁氧永磁、偶联剂和环氧树脂复合而成的，并将其整合到寝具中，可以实现生态健康的睡眠，达到促进健康的目的。但是该复合材料只是简单的将电气石粉和磁性材料混合在一起，且采用树脂固化，因电气石粉易团聚，分散性不好，应用到寝具中效果不佳。中国专利申请200710027741.9号公开的一种具有远红外及负离子功能的陶瓷膜净水器，其陶瓷膜滤芯配料由于含有电气石粉和麦饭石粉，使其具有远红外波段的电磁辐射、产生负离子以及释放人体所需的有益元素的功能，从而产出对人体有保健作用的饮用水。但是由于陶瓷烧结温度高，制备工艺复杂，且陶瓷表面易受污染，不便清洗和再生，长期使用存在诸多不便，存在着一定的局限性。中国专利申请200910096190.0号公开了一种竹炭-电气石远红外复合材料，该复合材料是由竹炭和电气石组成的，远红外发射率高达0.93，但是该制备方法电气石使用量较大（40-60%），烧结条件要求较苛刻，生产成本高，不利推广应用。中国专利申请200820191704.1号公开了一种新型玻璃片。该玻璃片由玻璃基层和电气石粉涂层组成，具有释放负离子和发射远红外线的功能，能够有效屏蔽电磁辐射，灭菌进而改善室内空气环境。但是该玻璃片只是将电气石粉涂在玻璃基体上，电气石粉很容易脱落，功能性和效果持久性较差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种电气石/玻璃复合材料及其制备方法。该复合材料成本低、功能多、可循环利用，且具有长久发射有益于人体健康的远红外线、活化水分子、释放负离子和净化空气等功能；该复合材料的制备工艺简单，使用设备少，生产能耗低，有益环保，适于工业化应用。

本发明解决所述复合材料技术问题的技术方案是：设计一种电气石/玻璃复合材料，其特征在于该复合材料的质量百分比组成为：电气石：5~30%，玻璃：70~95%，以上组分的重量百分比之和为100%，所述电气石是指铁电气石、锂电气石或镁电气石中的至少一种；所述玻璃的重量百分比组成为：Bi₂O₃ 40~70%；B₂O₃ 10~20%；Al₂O₃ 1~7%；ZnO 10~20%；CaO 5~10%；SiO₂ 1~13%，各组分的重量百分比之和为100%。

本发明解决所述制备方法技术问题的技术方案是：设计一种电气石/玻璃复合材料的制备方法，该制备方法采用本发明所述电气石/玻璃复合材料质量百分比组成和如下工艺：

1）制备玻璃小颗粒

    （1）配料：按玻璃重量百分比分别称取Bi₂O₃ 40~70%；B₂O₃ 10~20%；Al₂O₃ 1~7%；ZnO 10~20%；CaO 5~10%和SiO₂ 1~13%，各组分的重量百分比之和为100%；

    （2）混料：采用球磨混合工艺混料，混料时间为10~15min；

    （3） 熔制：在高温炉中熔制，熔化温度为600~900℃，保温时间60~200min，得到玻璃液；     

    （4）冷却：将玻璃液水淬急冷后烘干，得到的玻璃小颗粒待用；

2）制备电气石/玻璃复合材料

首先将所述质量百分比的电气石和玻璃小颗粒用球磨方法混合均匀，混料时间为10~15min；再将混合均匀的电气石粉/玻璃粉复合粉体置于高温炉内，以5~20℃/min的升温速率升温到200~500℃，恒温烧结60~180min；然后以5~20℃/min的升温速率升温到600~850℃，恒温烧结100~240min；最后空冷至室温，即制成电气石/玻璃复合材料。 

与现有技术相比，本发明基于玻璃的制备方法，所制备的电气石/玻璃复合材料具有成本低、功能多、可循环利用等优点，特别是具有长久发射有益于人体健康的远红外线功能，且有利环保。本发明电气石/玻璃复合材料不仅解决了直接使用电气石造成的极大浪费，而且解决了电气石在水处理领域的使用和回收问题，扩大了电气石应用范围。本发明复合材料的制备方法工艺简单，使用设备少，生产能耗低，有益环保，适于工业化应用。本发明的推广应用将利于环境保护和避免资源的浪费。

附图说明

图1为本发明电气石/玻璃复合材料一种实施例（实施例2）的扫描电子显微镜分析照片图；在图1中可以清楚看见的小颗粒为电气石颗粒；

图2 为本发明电气石/玻璃复合材料一种实施例（实施例3）制备的电气石/玻璃复合材料与常规的玻璃粉和铁电气石粉在5~20μm光谱区的远红外发射对比图谱；其中，1：电气石/玻璃复合材料；2：玻璃粉；3：铁电气石粉。

图3为本发明电气石/玻璃复合材料一种实施例（实施例3）制备的电气石/玻璃复合材料与常规的玻璃粉和铁电气石粉以及空白对照组对去离子水表面张力的影响；其中，1：空白对照组；2：玻璃粉；3：铁电气石粉；4：电气石/玻璃复合材料。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明。

本发明设计的一种电气石/玻璃复合材料（简称复合材料，参见图1、2、3），其特征在于该复合材料的原料质量百分比组成为：电气石：5~30%，玻璃：70~95%，以上组分的重量百分比之和为100%，所述电气石是指铁电气石、锂电气石或镁电气石中的至少一种；所述玻璃的重量百分比组成为：Bi₂O₃ 40~70%；B₂O₃ 10~20%；Al₂O₃ 1~7%；ZnO 10~20%；CaO 5~10%；SiO₂ 1~13%，各组分的重量百分比之和为100%。

本发明复合材料的进一步特征在于所述电气石是经过提纯和超细粉碎的电气石，平均粒径0.5~5μm。

本发明同时设计了一种电气石/玻璃复合材料的制备方法（简称制备方法），该制备方法采用本发明所述电气石/玻璃复合材料质量百分比组成和如下制备工艺：

1）制备玻璃小颗粒

    （1）配料：按所述玻璃的重量百分比分别称取Bi₂O₃ 40~70%；B₂O₃ 10~20%；Al₂O₃ 1~7%；ZnO 10~20%；CaO 5~10%和SiO₂ 1~13%，各组分的重量百分比之和为100%；

    （2）混料：采用球磨混合工艺混料，混料时间为10~15min；

    （3） 熔制：在高温炉中熔制，熔化温度为600~900℃，保温时间60~200min，得到玻璃液；     

    （4）冷却：将玻璃液水淬急冷后烘干，得到的玻璃小颗粒待用；

2）制备电气石/玻璃复合材料

首先将所述质量百分比的电气石和玻璃小颗粒用球磨方法混合均匀，混料时间为10~15min；再将混合均匀的电气石粉/玻璃粉复合粉体置于高温炉内，以5~20℃/min的升温速率升温到200~500℃，恒温烧结60~180min；然后以5~20℃/min的升温速率升温到600~850℃，恒温烧结100~240min；最后空冷至室温，即制成电气石/玻璃复合材料。

为混均，稳定性能，本发明所述电气石是经过提纯和超细粉碎的电气石，平均粒径0.5~5μm。

本发明复合材料具有硬度大、耐压、耐磨以及耐酸、耐碱等优点，能够发射远红外线、活化水分子和释放负离子，负离子能够中和尘埃中的正电，使尘埃落地，从而达到净化空气的目的。

图2为本发明电气石/玻璃复合材料一种实施例制备的电气石/玻璃复合材料与常规玻璃粉和铁电气石粉的远红外发射对比图谱，由图2可以看出，在5~20μm光谱区，电气石/玻璃复合材料（图2中曲线1）的远红外发射率高于常规的铁电气石粉（图2中曲线3）和玻璃粉（图2中曲线2）的远红外发射率。

图3为本发明电气石/玻璃复合材料一种实施例制备的电气石/玻璃复合材料与常规的玻璃粉和铁电气石粉以及空白对照组对去离子水表面张力的影响，由图3可以看出，与去离子水作用一小时后，电气石/玻璃复合材料（图3中曲线4）使水的表面张力下降最大，铁电气石粉（图3中曲线3）次之，玻璃粉（图3中曲线2）和空白对照组（图3中曲线1）对去离子水表面张力无明显影响，水表面张力降低，水分子簇变小，而水的活性增强。

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于详细具体描述本发明技术方案，并不限制本申请权利要求的保护范围。

实施例1

1）制备玻璃小颗粒：

    （1）配料：按玻璃的重量百分比分别称取：Bi₂O₃ 40%；B₂O₃ 20%；Al₂O₃ 7%；ZnO 20%；CaO 10%；SiO₂ 3%； 

    （2）混料：将按所述重量百分比称量的各组分采用球磨混合，混料时间为10min；

    （3）熔制：将上述物料置于高温炉中，熔化温度为600℃，保温时间2小时，得到玻璃液； 

    （4）冷却：将玻璃液水淬急冷后烘干，得到的玻璃小颗粒待用。

2）制备电气石/玻璃复合材料：复合材料的重量百分比配方组成是铁电气石5%，玻璃95% %；电气石和玻璃用球磨的方法混合 均匀，混料时间为10min；将混合均匀的电气石粉/玻璃粉复合粉体置于高温炉内，以20℃/min的升温速率升温到400℃，恒温烧结1小时，然后以10℃/min的升温速率升温到600℃，恒温烧结2小时，最后空冷至室温，即制成本发明所述的电气石/玻璃复合材料。

用上述方法制得的电气石/玻璃复合材料硬度大、耐压、耐磨以及耐酸、耐碱。经检测，该复合材料的远红外发射率为0.8567。用该复合材料可以制成具有净化空气功能的建筑装饰材料。

实施例2

1）制备玻璃小颗粒：

    （1）配料：按玻璃重量百分比分别称取：Bi₂O₃ 50%；B₂O₃ 15%；Al₂O₃ 4%；ZnO 12%；CaO 6%；SiO₂ 13%；

    （2）混料：将按所述重量比称量的原料采用球磨混合，混料时间为15min；

    （3）熔制：将上述物料置于高温炉中，熔化温度为700℃，保温时间2小时，得到玻璃液； 

    （4）冷却：将玻璃液水淬急冷后烘干，得到的玻璃小颗粒待用。

 2）制备电气石/玻璃复合材料：配方组成是铁电气石10%，玻璃90%；电气石和玻璃用球磨的方法混合均匀，混料时间为15min；将混合均匀的电气石粉/玻璃粉复合粉体置于高温炉内，以5℃/min的升温速率升温到200℃，恒温烧结2小时，然后以10℃/min的升温速率升温到700℃，恒温烧结3小时，最后空冷至室温，制成电气石/玻璃复合材料。

用上述方法制得的电气石/玻璃复合材料性能稳定，便于应用，并且制备工艺简单，使用设备少，生产能耗低。经检测，该复合材料的远红外发射率为0.8956。将该复合材料用于水处理，可以达到降低水表面张力，活化水分子的目的。

实施例3

1）制备玻璃小颗粒：

    （1）配料：按玻璃的重量百分比分别称取：Bi₂O₃ 65%；B₂O₃ 10%；Al₂O₃ 3%；ZnO 10%；CaO 5%；SiO₂ 7%；

    （2）混料：将按所述重量比称量的原料采用球磨混合，混料时间为10min；

    （3）熔制：将上述物料置于高温炉中，熔化温度为900℃，保温时间2小时，得到玻璃液； 

    （4）冷却：将玻璃液水淬急冷后烘干，得到的玻璃小颗粒待用。

2）制备电气石/玻璃复合材料：其重量百分比配方组成是铁电气石15%，玻璃85%；电气石和玻璃用球磨的方法混合均匀，混料时间为13min；将混合均匀的电气石粉/玻璃粉复合粉体置于高温炉内，以20℃/min的升温速率升温到400℃，恒温烧结3小时，然后以5℃/min的升温速率升温到700℃，恒温烧结3小时，最后空冷至室温，即制成电气石/玻璃复合材料。

用上述方法制得的电气石/玻璃复合材料成本低、功能多、可循环利用，特别是具有长久发射有益于人体健康的远红外线功能。经检测，该复合材料的远红外发射率为0.9193。

实施例4

1）制备玻璃小颗粒：

    （1）配料：按玻璃重量百分比分别称取：Bi₂O₃70%；B₂O₃ 10%；Al₂O₃ 1%；ZnO 10.5%；CaO 7.5%；SiO₂ 1%；

    （2）混料：将按所述重量比称量的原料采用球磨混合，混料时间为15min；

    （3）熔制：将上述物料置于高温炉中，熔化温度为900℃，保温时间2小时，得到玻璃液； 

    （4）冷却：将玻璃液水淬急冷后烘干，得到的玻璃小颗粒待用。

 2）制备电气石/玻璃复合材料：其配方组成是锂电气石20%，玻璃80%；电气石和玻璃用球磨的方法混合均匀，混料时间为15min；将混合均匀的电气石粉/玻璃粉复合粉体置于高温炉内，以10℃/min的升温速率升温到200℃，恒温烧结1小时，然后以10℃/min的升温速率升温到600℃，恒温烧结4小时，最后空冷至室温，即制成电气石/玻璃复合材料。

用上述方法制得的电气石/玻璃复合材料，经检测，其远红外发射率为0.9083。将该复合材料制备成各种形状来使用，可以用于多种保健产品的填料，不仅环保，而且效果显著，具有极高的市场价值。

实施例5

1）制备玻璃小颗粒：

    （1）配料：按玻璃重量百分比分别称取：Bi₂O₃ 65%；B₂O₃ 10%；Al₂O₃ 3%；ZnO 10%；CaO 5%；SiO₂ 7%； 

    （2）混料：将按所述重量比称量的原料采用球磨混合，混料时间为10min；

    （3）熔制：将上述物料置于高温炉中，熔化温度为800℃，保温时间2小时，得到玻璃液； 

    （4）冷却：将玻璃液水淬急冷后烘干，得到的玻璃小颗粒待用。

2）制备电气石/玻璃复合材料：配方组成是锂电气石30%，玻璃70%；电气石和玻璃用球磨的方法混合均匀，混料时间为10min；将混合均匀的电气石粉/玻璃粉复合粉体置于高温炉内，以10℃/min的升温速率升温到400℃，恒温烧结1小时，然后以10℃/min的升温速率升温到850℃，恒温烧结2小时，最后空冷至室温，即制成所述电气石/玻璃复合材料。

用上述方法制得的电气石/玻璃复合材料兼具天然电气石矿物和玻璃二者的优异性能，可循环利用，解决了直接使用电气石造成的极大浪费，具有广阔的推广前景。经检测，该复合材料的远红外发射率为0.8714。    

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种电气石/玻璃复合材料，其特征在于该复合材料的原料质量百分比组成为：电气石：5~30%，玻璃：70~95%，以上组分的重量百分比之和为100%，所述电气石是指铁电气石、锂电气石或镁电气石中的至少一种；所述玻璃的重量百分比组成为：Bi₂O₃ 40~70%；B₂O₃ 10~20%；Al₂O₃ 1~7%；ZnO 10~20%；CaO 5~10%；SiO₂ 1~13%，各组分的重量百分比之和为100%。

2. 根据权利要求1所述的电气石/玻璃复合材料，其特征在于所述电气石是经过提纯和超细粉碎的电气石，平均粒径0.5~5μm。

3.根据权利要求1所述的电气石/玻璃复合材料，其特征在于所述复合材料的重量百分比组成为：电气石15%，玻璃85%；所述电气石是铁电气石；所述玻璃的重量百分比组成为：Bi₂O₃ 65%；B₂O₃ 10%；Al₂O₃ 3%；ZnO 10%；CaO 5%；SiO₂ 7%。

4.根据权利要求1所述的电气石/玻璃复合材料，其特征在于所述复合材料的重量百分比组成为：电气石20%，玻璃80%；所述电气石是锂电气石；所述玻璃的重量百分比组成为：Bi₂O₃70%；B₂O₃ 10%；Al₂O₃ 1%；ZnO 10.5%；CaO 7.5%；SiO₂ 1%。

5.一种如权利要求1~4任一项所述电气石/玻璃复合材料的制备方法，其特征在于所述的制备工艺采用以下工艺步骤：    

1）制备玻璃小颗粒

    （1）配料：按所述玻璃的重量百分比组成分别称取Bi₂O₃ 40~70%；B₂O₃ 10~20%；Al₂O₃ 1~7%；ZnO 10~20%；CaO 5~10%；SiO₂ 1~13%，各组分的重量百分比之和为100%；

    （2）混料：采用球磨混合工艺混料，混料时间为10~15min；

    （3） 熔制：在高温炉中熔制，熔化温度为600~900℃，保温时间60~200min，得到玻璃液；     

    （4）冷却：将玻璃液水淬急冷后烘干，得到玻璃小颗粒待用；

2）制备电气石/玻璃复合材料

首先将所述质量百分比的电气石和玻璃小颗粒用球磨方法混合均匀，混料时间为10~15min；再将混合均匀的电气石粉/玻璃粉复合粉体置于高温炉内，以5~20℃/min的升温速率升温到200~500℃，恒温烧结60~180min；然后以5~20℃/min的升温速率升温到600~850℃，恒温烧结100~240min；最后空冷至室温，即制成电气石/玻璃复合材料。