CN105669252B - 一种阻垢功能卫生陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种阻垢功能卫生陶瓷及其制备方法，该陶瓷的组成包括陶瓷釉料、无机抗菌除藻材料、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、无机抗菌除藻材料1~5、远红外辐射材料5~15、海泡石矿物纳米纤维1~3；所述的无机抗菌除藻材料为载铜无机抗菌剂；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。本发明在不改变卫生陶瓷制备工艺的基础上，向卫生陶瓷釉料中添加无机抗菌除藻材料、远红外辐射材料和海泡石矿物纳米纤维，实现了釉面抗菌、阻垢功能化。

Description

一种阻垢功能卫生陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及阻垢功能卫生陶瓷，具体为能抑制釉面水垢形成、抗菌功能卫生陶瓷釉。
背景技术
随着中国城镇改造、房地产开发不断深入，卫生陶瓷行业迎来了一个新的黄金发展时期，越来越多的陶瓷生产企业加入到这一行列中，产业规模迅速扩张，出现了前所未有的“繁荣”。2013年全国卫生陶瓷制品累计总产量达1.95亿件；2014年全国规模以上企业累计生产卫生陶瓷制品超过1.96亿件。但是，卫生陶瓷行业的增长主要得益于中低端产品需求市场的增长，我国生产的卫生陶瓷制品与国际知名品牌如TOTO、科勒相比，产品质量普遍不高，产品价格上不去。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。
卫生洁具长期浸泡在水中，表面会有水垢形成，使表面变得粗糙，容易粘附污垢，既影响美观也易滋生细菌，影响人体健康。水垢的形成一方面是由于钙镁离子的沉淀形成方解石型水垢，另一方面是由于硅藻的繁殖和死亡形成硅石型水垢，因此抑制水垢形成必须同时抑制方解石形成和硅藻繁殖。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抗污性，这种方法增加了生产工序和生产成本，而且对水垢的形成没有抑制作用，水垢层的形成会使抗污性越来越差。201310450589.0公布了一种抗菌卫生陶瓷制备方法，通过在釉料中添加纳米银抗菌剂，使卫生陶瓷具有抗菌性，但这种方法不能抑制表面污垢生成，细菌生存的温床一直存在，并且釉面形成的水垢层银离子难以穿过，抗菌效果不能保证。综上所述，研发抑制釉面水垢形成、阻止污垢沉积和抗菌功能卫生陶瓷釉符合市场需求。
发明内容
本发明的目的在于针对当前技术的不足，提供一种阻垢功能卫生陶瓷及其制备工艺，该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除藻材料、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，使卫生瓷釉面具有抑制釉面水垢形成、阻止污垢沉积和抗菌功能，且成本低，制备工艺简单。
发明的技术方案为：
一种阻垢功能卫生陶瓷，该陶瓷的组成包括陶瓷釉料、无机抗菌除藻材料、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、无机抗菌除藻材料1～5、远红外辐射材料5～15、海泡石矿物纳米纤维1～3；
所述的无机抗菌除藻材料为载铜无机抗菌剂；
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1～5wt％。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0.5～1.5、烧氧化锌0.5～1.5。
所述阻垢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，所得釉浆按比例加入无机抗菌除藻材料、远红外辐射材料和海泡石矿物纳米纤维，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，得到的釉层厚度约0.4～0.6mm的施釉产品；
第三步，烧成
施釉产品烘干后，装入窑炉中，进行烧成，然后自然冷却至室温，得到阻垢功能卫生陶瓷。
所述的烧成步骤具体包括：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：
本发明在原有卫生陶瓷釉配方的基础上，同时添加了无机抗菌除藻材料、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，无机抗菌除藻材料为市售载铜无机抗菌剂，可抑制卫生瓷釉面硅藻的生长，从而抑制硅石水垢的形成，同时赋予釉面抗菌功能；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，抑制釉面方解石水垢的形成，同时降低油水界面张力，防止油脂污垢在釉面沉积；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，延长阻垢和抗菌功能寿命。三种添加剂的加入使釉面具有抑制水垢形成、防止污垢沉积和抗菌功能。
本发明在不改变卫生陶瓷制备工艺的基础上，向卫生陶瓷釉料中添加无机抗菌除藻材料、远红外辐射材料和海泡石矿物纳米纤维，实现了釉面抗菌、阻垢功能化。
本发明各项性能指标为：(1)方解石的生长速率降低60～70％(测试方法参考：汤庆国,等.热处理对铜锌阻垢合金性能的影响[J].材料科学与工艺,2010(3):382-386.)；(2)采用GB/T 24127-2009测试方法，釉面抗藻率大于90％；(3)采用JC/T 897-2002检测方法，大肠杆菌抗菌率大于90％；(4)采用GB/T 3197-82测试方法，维氏硬度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中阻垢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形貌，由图3(a)所示可知，未煅烧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1200℃煅烧后海泡石纳米纤维形貌，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中远红外辐射材料的红外发射图谱。由图4可知，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。
本发明所述的方解石、白云石、锆英石、滑石、长石、石英、高岭土都是组成公知的矿物原料。
以下实施例使用的方解石、白云石、锆英石、滑石、长石、石英、高岭土化学组成参见附表1。
表1 阻垢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：
所述的无机抗菌除藻材料为载铜无机抗菌剂，粒度1～10μm，为公知物质，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载铜麦饭石(见文献：任书霞等.载铜无机抗菌剂的制备及性能[J].硅酸盐学报,2009,28(4),810-813,823.。)，但不意味着本发明仅限定于此。
上述一种阻垢功能卫生瓷，其组成组分中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、玉石中的一种或多种的任意比例混合，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。
上述一种易洁、抗菌功能卫生瓷，其组成组分中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。
实施例1：
阻垢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6、滑石2、长石31、石英26、高岭土2、锆英石11、碳酸钡1、烧氧化锌1、7wt％载铜麦饭石(载铜量)2、3wt％氧化铈掺杂电气石8、海泡石矿物纳米纤维1。
本发明阻垢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％的羧甲基纤维素(CMC)，加水，使水占总质量的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％，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0.4mm得到将施釉产品。
烧成：将施釉产品于110℃烘干后，装入窑炉中，烧成。最高烧结温度为1220℃，烧成时间为7h，煅烧气氛为氧化气氛，冷却方式为自然冷却。
所得阻垢抗菌卫生陶瓷的性能为：(1)方解石的生长速率降低63％(测试方法参考：汤庆国,等.热处理对铜锌阻垢合金性能的影响[J]。材料科学与工艺，2010(3):382-386)；(2)采用GB/T 24127-2009测试方法，釉面抗藻率92％；(3)采用JC/T 897-2002检测方法，大肠杆菌抗菌率93％；(4)采用GB/T 3197-82测试方法维氏硬度680Hv。
由图2为本实施例的阻垢功能卫生陶瓷的烧成工艺为常规烧成工艺，具体升温制度为：
装入窑炉中，室温升温至300℃用时60min，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。
实施例2：
阻垢功能卫生陶瓷包括以下组分(按重量百分比％)：方解石8、白云石6、滑石2、长石30、石英25、高岭土2.5、锆英石12、碳酸钡0.5、烧氧化锌1、7wt％载铜麦饭石3、2wt％氧化镧掺杂麦饭石8、海泡石矿物纳米纤维2。
本发明阻垢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，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％，比重1.7，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0.5mm，得施釉产品。
烧成：所得施釉产品放入窑炉烧结温度为1210℃，烧成时间为7h，煅烧气氛为氧化气氛，冷却方式为自然冷却。
制得样品性能为：(1)方解石的生长速率降低68％(测试方法参考：汤庆国,等.热处理对铜锌阻垢合金性能的影响[J]。材料科学与工艺，2010(3):382-386)；(2)采用GB/T24127-2009测试方法，釉面抗藻率95％；(3)采用JC/T 897-2002检测方法，大肠杆菌抗菌率94％；(4)采用GB/T 3197-82测试方法维氏硬度690Hv。
实施例3：
其它步骤同实施例1，不同之处为方解石、白云石、滑石、长石、石英、高岭土、锆英石、碳酸钡、烧氧化锌、载铜麦饭石、3wt％氧化铈掺杂电气石组分分别变为方解石9、白云石5、滑石3、长石31、石英24、高岭土2、锆英石12、碳酸钡1、烧氧化锌1、7wt％载铜麦饭石4、2wt％氧化钕掺杂70wt％电气石28wt％麦饭石6，海泡石矿物纳米纤维2。最高烧成温度为1200℃。其性能为：釉面方解石晶体生长速率降低65％，抑藻率97％，抗菌率98％，维氏硬度660Hv。
实施例4：
其它步骤同实施例2，不同之处为方解石、白云石、滑石、长石、石英、高岭土、锆英石、碳酸钡、烧氧化锌、载铜麦饭石、2wt％氧化镧掺杂麦饭石、海泡石矿物纳米纤维组分分别变为方解石8、白云石5、滑石1、长石30、石英28、高岭土2.5、锆英石11、碳酸钡1、烧氧化锌1.5、7wt％载铜麦饭石1、2wt％铈掺杂50wt％麦饭石48wt％玉石10、海泡石矿物纳米纤维1。最高烧成温度为1250℃。其性能为：釉面方解石晶体生长速率降低69％，抑藻率96％，抗菌率97％，维氏硬度680Hv。
本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (2)

1.一种阻垢功能卫生陶瓷，其特征为该陶瓷的组成包括陶瓷釉料、无机抗菌除藻材料、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、无机抗菌除藻材料1～5、远红外辐射材料5～15、海泡石矿物纳米纤维1～3；
所述的无机抗菌除藻材料为载铜无机抗菌剂；
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1～5wt％；
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0.5～1.5、烧氧化锌0.5～1.5；
所述的阻垢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，所得釉浆按比例加入无机抗菌除藻材料、远红外辐射材料和海泡石矿物纳米纤维，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，得到的釉层厚度约0.4～0.6mm的施釉产品；
第三步，烧成
施釉产品烘干后，装入窑炉中，进行烧成，然后自然冷却至室温，得到阻垢功能卫生陶瓷。
2.如权利要求1所述的阻垢功能卫生陶瓷，其特征为所述的制备方法中，烧成步骤具体包括：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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