CN105565667B - 一种易洁抗菌功能卫生陶瓷及其制备方法 - Google Patents

一种易洁抗菌功能卫生陶瓷及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种易洁抗菌功能卫生陶瓷及其制备方法，该陶瓷的组成包括陶瓷釉料、无机抗菌材料、远红外辐射材料和海泡石矿物纳米纤维，其中各组分占陶瓷原料总质量百分含量为：陶瓷釉料77~97、无机抗菌材料1~5、远红外辐射材料5~15和海泡石矿物纳米纤维1~3；所述的无机抗菌材料为无机复合抗菌剂或无机银系抗菌剂；所述的远红外辐射材料为天然矿物材料与稀土材料的复合物；所述的海泡石矿物纳米纤维是海泡石经气流磨粉碎后的产物。本发明明显的提高了卫生陶瓷的易洁性、抗菌性，在不提高生产成本的基础上实现了釉面抗菌易洁功能化。

Description

一种易洁抗菌功能卫生陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及易洁、抗菌功能卫生陶瓷，具体为超级亲水易洁、抗菌功能卫生陶瓷釉。
背景技术
随着快速工业化和城市化的发展进程，我国的卫生陶瓷行业也得到了飞速发展。从20世纪90年代初开始，我国的卫生陶瓷产量一直稳居世界第一。特别是最近10年，随着大规模的工业化生产，我国的卫生陶瓷已经出现了广东、福建、四川和江西等几大卫生瓷产区，使我国成为世界上卫生瓷生产大国和出口大国。2014年，我国卫生陶瓷产量达到1.97亿件，出口约7680万件，出口额32.05亿美元。然而，我国建筑陶瓷和卫生陶瓷中，60-70％是中低档产品，而日本低档产品只占20％，意大利中低档产品仅占到2-4％，与世界著名品牌如TOTO、科勒、美标相比，我国卫生陶瓷品质和档次仍存在差距，价格仅相当于国外同类产品的1/4。若要提高产品的国际竞争力，就需要提高产品的科技附加值。
卫生洁具易粘附污垢，不但影响美观，而且也会成为细菌滋生和繁殖的温床。如果不及时清除污垢和杀灭这些细菌，势必会危及人们的身体健康。201310022848.X公布了一种卫生洁具自洁釉，通过在乳浊釉外层施加自洁釉来增强易洁性，这种方法增加了生产工序和生产成本。201310450589.0公布了一种抗菌卫生陶瓷制备方法，添加纳米银做抗菌剂，提高卫生陶瓷的抗菌性，纳米银在烧成过程中容易氧化变黑，影响釉面白度。综上所述，在不增加生产工序、不降低釉面质量的前提下，研发具有易洁、抗菌功能的卫生陶瓷符合市场需求。
发明内容
本发明的目的在于针对当前技术的不足，提供一种易洁、抗菌功能卫生陶瓷及其制备工艺，该卫生陶瓷在原有卫生陶瓷釉配方的基础上，同时添加了无机抗菌材料、远红外辐射材料和海泡石矿物纳米纤维三种功能性添加剂。得到的陶瓷釉面具有易清洗、抗菌功能，且成本低，制备工艺简单。
本发明的技术方案为：
一种易洁抗菌功能卫生陶瓷，该陶瓷的组成包括陶瓷釉料、无机抗菌材料、远红外辐射材料和海泡石矿物纳米纤维，其中各组分占陶瓷原料总质量百分含量为：陶瓷釉料77～93、无机抗菌材料1～5、远红外辐射材料5～15和海泡石矿物纳米纤维1～3；
所述的无机抗菌材料为无机复合抗菌剂或无机银系抗菌剂；
所述的远红外辐射材料为天然矿物材料与稀土材料的复合物，其中，稀土材料质量为远红外辐射材料总质量的1～5％；
所述天然矿物材料为电气石、麦饭石、玉石中的一种或多种。
所述稀土材料为氧化铈、氧化钕或氧化镧。
所述的海泡石矿物纳米纤维是海泡石经气流磨粉碎后的产物，平均直径小于100nm、纳米级矿物纤维含量大于70％。
所述的陶瓷釉料的组分及其质量百分含量包括：长石30～40、石英20～30、方解石8～12、白云石5～9、锆英石10～15、高岭土2～3、滑石1～4、碳酸钡0.5～1和烧氧化锌0.5～1.5。
所述的易洁抗菌功能卫生陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
第一步，釉料制备
按以上配比称量陶瓷釉料，加入上述陶瓷釉料质量0.3％的羧甲基纤维素(CMC)，再加水，使水占固液总质量的30～45％，以氧化锆球为研磨体，按陶瓷釉料：球＝1：1.5的比例加磨球，在球磨机上进行湿磨，研磨至粒度为2～15μm，过120目筛后得釉浆，所得釉浆再按比例加入无机抗菌材料、远红外辐射材料和海泡石矿物纳米纤维三种功能性添加剂，球磨混料1h，调节釉浆性能参数为：350目筛余0.7％～0.8％，比重1.65～1.75，流动性40±5s；
第二步，施釉
用压力喷釉法将所得釉浆喷到生坯表面，得到的釉层厚度为0.4～0.6mm的施釉产品；
第三步，烧成
将施釉产品于110℃烘干后，装入窑炉中，进行烧成后，自然冷却至室温，得到易洁抗菌功能卫生陶瓷。
所述的烧成步骤具体包括：装入窑炉后，首先通过60min从室温升温至300℃，再经120min升温至800℃，再经150min升温至1110～1150℃，再经60min升温至1200～1250℃，保温30min。
本发明的有益效果是：
本发明在现有卫生陶瓷制备工艺的基础上，直接在卫生陶瓷原料中添加无机抗菌材料、远红外辐射材料和海泡石矿物纳米纤维三种功能性添加剂。其中，无机抗菌材料为市售无机复合抗菌剂或无机银系抗菌剂，可抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌生长和杀菌作用；远红外辐射材料为电气石、麦饭石、玉石中的一种或多种与稀土铈、钕、镧中的一种复合，可提高釉面远红外辐射率，活化水，降低油水界面张力，防止油脂污垢在釉面沉积且易于清洗；海泡石矿物纳米纤维的加入可实现纳米纤维强韧化效果，提高釉面硬度，增强釉面耐刮擦性能，延长易洁、抗菌功能寿命。三种添加剂的加入使釉面具有易洁抗菌功能。
本发明虽然额外加入了无机抗菌材料、远红外辐射材料和海泡石矿物纳米纤维三种功能性的添加剂，但不改变原来工业卫生陶瓷工艺，不用另外设备投入。
本发明明显的提高了卫生陶瓷的易洁性、抗菌性和釉面硬度，在不提高生产成本的基础上实现了釉面抗菌易洁功能化，并提供了一种简单易行的釉面硬度增强方法。
本发明易洁、抗菌功能卫生瓷的内在性能指标：(1)易洁性：采用GB/T 31859-2015检测方法，A＜0.5g/cm2，属于易洁陶瓷；(2)抗菌性：采用JC/T 897-2002检测方法，大肠杆菌的抑菌率大于95％，属于抗菌陶瓷；(3)硬度：采用GB/T 3197-82测试方法，维氏650～700Hv。
本发明的有益效果将在实施例中得到进一步证明。
附图说明
图1为工艺流程图；
图2为实施例1中易洁、抗菌功能卫生陶瓷烧成曲线；
图3为实施例1-5中海泡石矿物纳米纤维煅烧前后微观形貌。其中图3a为煅烧前海泡石纳米纤维微观形貌，由图3(a)可以看出海泡石矿物纳米纤维较细，直径多为0.1μm左右，纤维长度约为2.5～10μm，而且纤维多呈单个状态存在，并且堆积疏松，均匀。图3b为煅烧后海泡石纳米纤维微观形貌，从图3(b)可以看出经1200℃煅烧后的海泡石矿物纳米纤维仍然存在。
图4为实施例1-5中热处理远红外辐射材料的红外发射图谱。由图4可知，此类远红外辐射材料在常温下能发射波长5～20μm的远红外线，经计算其远红外发射率为0.92。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
本发明涉及的所述方解石、白云石、锆英石、滑石、长石、石英、高岭土均为公知材质，
以下实施例使用的具体成份的化学组成参见附表1。
表1易洁、抗菌功能卫生陶瓷釉原料化学组成(wt％)
本发明涉及的三种功能性添加剂均为公知材料，具体如下：
所述的远红外辐射材料为天然矿物材料与稀土材料的复合物，复合方式为公知技术，即稀土硝酸盐溶液与天然矿物材料混合均匀，在马弗炉中加热，最高加热温度为150～500℃，所得远红外辐射材料中稀土氧化物的含量为1～5wt％。
所述天然矿物材料为电气石、麦饭石、玉石中的一种或几种的任意比例混合，粒径均小于15μm。
所述稀土材料为氧化铈、氧化钕、氧化镧中的一种。
所述的海泡石矿物纳米纤维是海泡石经气流磨粉碎后的产物，平均直径小于100nm、平均长径比大于10:1、纳米级矿物纤维含量大于70％。所述海泡石为一种公知的纤维状富镁硅酸盐矿物，属于海泡石-坡缕石粘土矿物族。
所述的无机抗菌材料为无机复合抗菌剂和无机银系抗菌剂中的一种，为公知产品，可以通过公知方法制得或市售购得。本发明实施例使用的为其中的稀土复合磷酸盐无机抗菌材料，(见参考文献：梁金生等,稀土复合磷酸盐无机抗菌材料对陶瓷活化水性能的影响[J].中国稀土学报,2003,21(2),241-243.)，但不意味着本发明仅限定于此。
实施例1：
易洁、抗菌功能卫生陶瓷包括以下组分(按重量百分比％)：方解石10、白云石5，滑石2、长石30、石英25、高岭土2、锆英石11、碳酸钡0.5、烧氧化锌0.5、稀土复合磷酸盐无机抗菌材料3、3wt％氧化铈掺杂电气石10、海泡石矿物纳米纤维1。
本发明易洁、抗菌功能卫生陶瓷的生产工艺，为以下步骤：
釉料制备：将方解石、滑石、长石、石英、高岭土、锆英石、碳酸钡、烧氧化锌按配比混合，加入上述釉料质量比0.3％的羧甲基纤维素(CMC)，加水，使水占固液总质量的35％，以氧化锆球为研磨体，按料：球＝1：1.5的比例加球湿磨，釉料粒度D50为5μm，过120目筛，除铁得釉浆，加入上述三种功能性添加剂，球磨混料1h，调节釉浆性能至合理范围：350目筛余0.7％～0.8％，比重1.65～1.75，流动性40±5s。
施釉：采用压力喷釉法将釉浆喷到生坯表面，釉层厚度0.4～0.6mm，得到施釉产品。
烧成：将施釉产品于110℃烘干后，装入窑炉中，用时60min室温升温至300℃，再经120min升温至800℃，再经150min升温至1150℃，再经60min升温至1220℃，1220℃保温30min，自然冷却。如图2所示。
所得易洁、抗菌功能卫生瓷的主要性能指标：(1)易洁性：采用GB/T31859-2015检测方法，A＝0.3g/cm3，属于易洁陶瓷；(2)抗菌性：采用JC/T 897-2002检测方法，大肠杆菌的抑菌率为96％，属于抗菌陶瓷；(3)采用GB/T 3197-82测试方法维氏硬度：700Hv。
实施例2：
易洁、抗菌功能卫生陶瓷包括以下组分(按重量百分比％)：方解石9、白云石为8、滑石1、长石30、石英26、高岭土1.5、锆英石11、碳酸钡0.5、烧氧化锌1、稀土复合磷酸盐无机抗菌材料2、5wt％氧化镧掺杂麦饭石8、海泡石矿物纳米纤维2。
本发明易洁、抗菌功能卫生陶瓷的生产工艺，为以下步骤：
釉料制备：将方解石、白云石、滑石、长石、石英、高岭土、锆英石、碳酸钡、烧氧化锌按配比混合，加入上述釉料质量比0.3％的CMC，加水，使水占水料总质量的40％，，以氧化锆球为研磨体，按料：球＝1：1.5的比例加磨球，进行湿磨，釉料粒度D50为5μm时，出磨、过120目筛后得釉浆，过筛除铁，加入上述三种功能性添加剂，球磨混料1h，调节釉浆性能至合理范围：350目筛余0.7％，比重1.65，流动性40±5s。
施釉：采用压力喷釉法将釉浆喷到生坯表面，釉层厚度0.6mm，得施釉产品。
烧成：将施釉产品于110℃烘干后，用时60min室温升温至300℃，再经120min升温至800℃，再经150min升温至1150℃，再经60min升温至1240℃，1240℃保温30min，自然冷却。
所得易洁、抗菌功能卫生瓷的主要性能指标：(1)易洁性：采用GB/T31859-2015检测方法，A＝0.4g/cm2，属于易洁陶瓷；(2)抗菌性：采用JC/T 897-2002检测方法，大肠杆菌的抑菌率为95％，属于抗菌陶瓷；(3)GB/T 3197-82测试方法维氏硬度：660Hv。
实施例3：
其它步骤同实施例1，不同之处为方解石和白云石、滑石、长石、石英、高岭土、锆英石、碳酸钡、烧氧化锌、稀土复合磷酸盐无机抗菌材料、3wt％氧化铈掺杂电气石组分分别变为方解石10、白云石6、滑石3、长石30、石英23、高岭土2、锆英石10、碳酸钡0.5、烧氧化锌1、稀土复合磷酸盐无机抗菌材料4、4wt％氧化钕掺杂60wt％电气石36wt％麦饭石9、海泡石矿物纳米纤维1.5。烧成最高温度为1250℃。
其性能为：(1)易洁性：A＝0.3g/cm2；(2)大肠杆菌抑菌率为98％；(3)维氏硬度：660Hv。
实施例4：
其它步骤同实施例2，不同之处为白云石、滑石、长石、石英、高岭土、锆英石、碳酸钡、烧氧化锌、稀土复合磷酸盐无机抗菌材料、3wt％氧化铈掺杂电气石、海泡石矿物纳米纤维组分分别变为方解石8、白云石7、滑石1、长石33、石英26、高岭土1、锆英石10、碳酸钡0.5、烧氧化锌0.5、稀土复合磷酸盐无机抗菌材料3、2wt％铈掺杂50wt％麦饭石48wt％玉石8、海泡石矿物纳米纤维2。烧成最高温度为1240℃。
其性能为：(1)易洁性：A＝0.4g/cm2；(2)大肠杆菌抗菌率为98％；(3)维氏硬度：690Hv。
本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (1)

1.一种易洁抗菌功能卫生陶瓷，其特征为该陶瓷的组成包括陶瓷釉料、无机抗菌材料、远红外辐射材料和海泡石矿物纳米纤维，其中各组分占陶瓷原料总质量百分含量为：陶瓷釉料77～93、无机抗菌材料1～5、远红外辐射材料5～15和海泡石矿物纳米纤维1～3；
所述的无机抗菌材料为无机复合抗菌剂或无机银系抗菌剂；
所述的远红外辐射材料为天然矿物材料与稀土材料的复合物，其中，稀土材料质量为远红外辐射材料总质量的1～5％；
所述的海泡石矿物纳米纤维是海泡石经气流磨粉碎后的产物，平均直径小于100nm、纳米级矿物纤维含量大于70％；
所述的陶瓷釉料的组分及其质量百分含量包括：长石30～40、石英20～30、方解石8～12、白云石5～9、锆英石10～15、高岭土2～3、滑石1～4、碳酸钡0.5～1和烧氧化锌0.5～1.5；
所述天然矿物材料为电气石、麦饭石、玉石中的一种或多种；所述稀土材料为氧化铈、氧化钕或氧化镧；
所述的易洁抗菌功能卫生陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
第一步，釉料制备
按以上配比称量陶瓷釉料，加入上述陶瓷釉料质量0.3％的羧甲基纤维素(CMC)，再加水，使水占固液总质量的30～45％，以氧化锆球为研磨体，按陶瓷釉料：球＝1：1.5的比例加磨球，在球磨机上进行湿磨，研磨至粒度为2～15μm，过120目筛后得釉浆，所得釉浆再按比例加入无机抗菌材料、远红外辐射材料和海泡石矿物纳米纤维三种功能性添加剂，球磨混料1h，调节釉浆性能参数为：350目筛余0.7％～0.8％，比重1.65～1.75，流动性40±5s；
第二步，施釉
用压力喷釉法将所得釉浆喷到生坯表面，得到的釉层厚度为0.4～0.6mm的施釉产品；
第三步，烧成
将施釉产品于110℃烘干后，装入窑炉中，进行烧成后，自然冷却至室温，得到易洁抗菌功能卫生陶瓷；
所述的烧成步骤包括：装入窑炉后，首先通过60min从室温升温至300℃，再经120min升温至800℃，再经150min升温至1110～1150℃，再经60min升温至1200～1250℃，保温30min。
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