CN105985141A - 一种改性纳米触媒氧化锌抗菌陶瓷的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改性纳米触媒氧化锌抗菌陶瓷的制备方法，将无菌抗菌剂即改性纳米触媒氧化锌抗菌液或粉体加入釉中，制备的多功能陶瓷釉，使得所制得抗菌陶瓷兼具有抗菌和防霉效用且消毒效果快、杀菌力强、耐久性好、没有二次污染、稳定性好、除臭、释放负离子、远红外保健等兼容性功能，其抗菌率达99.99％，防霉等级为0级，释放负离子1500个/cm³。具体为：制得的陶瓷应用十分广泛；陶瓷表面颜色不会失真或变色；能长期有效地发挥抗菌作用；氧化锌与陶瓷基础釉很容易融为一体；在自然光照下，改性纳米触媒氧化锌就能持久发挥抗菌、防霉、除臭、释放负离子、远红外保健等多项功能。

Description

一种改性纳米触媒氧化锌抗菌陶瓷的制备方法

技术领域

本发明涉及一种改性纳米触媒氧化锌抗菌陶瓷的制备方法。

背景技术

由于环境恶化、地球变暖促使细菌滋生，传染病的感染和发病率也逐步上升。尤其诸如SARS病毒、禽流感的肆虐更让人们认识到居家环境的净化、清洁的空气、有效的保护水资源等都与健康息息相关。随着科技进步和人民生活水平的提高，改善生存环境、提高生存质量、珍爱身体健康的要求日益增长。而陶瓷制品是人们生活常备用品，与人们生活息息相关，开发和生产具有抗菌保健功能的陶瓷，将成为未来陶瓷发展一个必然的趋势。所谓抗菌陶瓷主要是在陶瓷釉中引进无机抗菌保洁剂，以其良好的耐热性，安全性等特点，来实现陶瓷产品的保洁杀菌，防污等功效。抗菌陶瓷材料中的核心是无机抗菌剂。无机抗菌剂一般含有银、锌铜等金属离子成分和无机载体，如沸石、磷酸盐、羟基磷灰石、可溶性玻璃等，通过缓释作用达到抗菌长效性。

现有技术中制作出来的大部分陶瓷：不能抑制病菌的增长，不具有抗菌效果；不能防止有害物的积累，防污效果差；不能够消除人体分泌的多糖组分，从而到达陶瓷表面产生的各种有色污垢自洁的目的。

即使由加入其他无机抗菌剂的陶瓷釉制得陶瓷仍然存在以下缺点：

(1)陶瓷表面颜色失真、变色。如当载银无机抗菌材料涂覆于陶瓷表面或加入陶瓷釉中时，引起陶瓷表面颜色失真，使得陶瓷表面的光泽度变差。银离子虽然具有极强的抗菌活性，但由于化学性质太活泼，对光和热比较敏感，特别是经紫外线照射易还原为黑色的单质银，从而影响着白色或浅色制品的外观。

(2)耐久性较差。部分无机抗菌剂制得陶瓷由于烤制的温度较低，使得无机抗菌剂与陶瓷表面的结合力不够，日常表现为耐久性较差。

(3)部分无机抗菌剂与陶瓷基础釉很难融为一体。

(4)光触媒系抗菌剂中，目前普遍使用的是纳米二氧化钛，虽然也兼具有抗菌和防霉效用且消毒效果快、杀菌力强、耐久性好、没有二次污染、稳定性好等特点，但其必须在紫外光的条件下才能起作用。

发明内容

为了解决现有抗菌陶瓷表面颜色失真、变色；耐久性较差；部分无机抗菌剂与陶瓷基础釉很难融为一体；必须在紫外光的条件下才能起作用的缺陷。

本实用发明提供以下技术方案：

一种改性纳米触媒氧化锌抗菌陶瓷的制备方法，包括如下制作步骤：

(1)制取改性触媒氧化锌粉：首先对触媒氧化锌进行改性，改性方法是将触媒氧化锌粉散于含有2％的聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯的异丙醇中，通过砂磨处理达到单颗粒分散状态，在分散液中加入四乙氧基硅烷，保持体系温度高于60℃且不会沸腾，滴加入水，搅拌陈化5～20min，冷却至室温，过滤，去离子水淋洗至滤液的电导率小于8μS/cm，得到滤饼后，通过异丙醇淋洗，干燥粉碎煅烧而得表面无机处理的改性触媒氧化锌粉；

(2)制取改性纳米触媒氧化锌：将上述(1)步骤制得的改性触媒氧化锌粉置于自身重量4-11倍、39℃-78℃的去离子水中，搅拌均匀制成氧化锌溶液；向氧化锌溶液中通入CO₂气体，同时搅拌，加热到80℃-92℃，保持温度200-400分钟，然后停止通入CO₂气体，加热；将反应后的溶液过滤水后所得物在400℃以下温度进行烘干，然后粉碎；将粉碎物粉碎置于245-605℃焙烧获得改性纳米触媒氧化锌；

(3)按以下组分的质量百分比：长石30-70％，石英15-35％，滑石子6-14％，熟滑石粉6-14％，氧化钡1-5％，经过粉碎、混合球磨、过筛制成；制成陶瓷釉料，然后将质量百分比0.2-10％的(2)步骤所制取的改性纳米触媒氧化锌粉加入釉料中；

(4)将加入改性纳米触媒氧化锌粉的釉浆料均匀地喷在陶瓷素胚上，进行烘干；

(5)在800-1380℃中，烧制10-20小时制得改性纳米触媒氧化锌抗菌陶瓷。

所述改性纳米触媒氧化锌的平均粒径为23nm。

所述改性纳米触媒氧化锌的抗菌机理有两种：

(1)催化抗菌机理，即改性纳米触媒氧化锌在自然光的照射下，在水和空气中能自行分解出带负电的电子(e-)，同时留下了带正电的空穴(h+)，这种空穴可以激发空气中的氧变为活性氧，有极强的化学活性，能与多种微生物发生氧化反应，从而把细菌杀死；

(2)金属离子溶出抗菌机理：氧化锌中的锌离子会逐渐的游离出来，当它和细菌体相接触时，就会和细菌体内活性蛋白酶相结合使其失去活性，从而将细菌杀死。

以下为试验条件相同，用不同组分的原料的对比试验数据：

下表为所用原料组分比例相同，氧化锌改性过程不同试验条件对比数据：

本发明的有益效果：本发明将无菌抗菌剂即改性纳米触媒氧化锌抗菌液或粉体加入釉中，制备的多功能陶瓷釉，使得所制得抗菌陶瓷兼具有抗菌和防霉效用且消毒效果快、杀菌力强、耐久性好、没有二次污染、稳定性好、除臭、释放负离子、远红外保健等兼容性功能，其抗菌率达99.99％，防霉等级为0级，释放负离子1500个/cm³。具体为：(1)由于只加入无机抗菌剂改性纳米触媒氧化锌，制得的陶瓷应用十分广泛，可应用于日用瓷、卫浴、建筑瓷等领域；(2)由于未使用载银无机抗菌材料，烧制出的陶瓷表面颜色不会失真或变色；(3)改性纳米触媒氧化锌由于其持久抗菌性，能长期有效地发挥抗菌作用，因而耐久性很好；(4)与其他抗菌剂相比，氧化锌与陶瓷基础釉很容易融为一体，当粒径达到触媒级别时更容易融为一体，使制得的陶瓷均匀度好；(5)改性纳米触媒氧化锌与其他光触媒系抗菌剂相比，在自然光照下，改性纳米触媒氧化锌就能持久发挥抗菌、防霉、除臭、释放负离子、远红外保健等多项功能。

具体实施方式

下面结合本发明的优选实施例进一步说明本发明。

实施例1

一种改性纳米触媒氧化锌抗菌陶瓷的制备方法，包括如下制作步骤：

(1)制取改性触媒氧化锌粉：首先对触媒氧化锌进行改性，改性方法是将触媒氧化锌粉散于含有2％的聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯的异丙醇中，通过砂磨处理达到单颗粒分散状态，在分散液中加入四乙氧基硅烷，保持体系温度高于60℃且不会沸腾，滴加入水，搅拌陈化5min，冷却至室温，过滤，去离子水淋洗至滤液的电导率小于8μS/cm，得到滤饼后，通过异丙醇淋洗，干燥粉碎煅烧而得表面无机处理的改性触媒氧化锌粉；

(2)制取改性纳米触媒氧化锌：将上述(1)步骤制得的改性触媒氧化锌粉置于自身重量4倍、39℃的去离子水中，搅拌均匀制成氧化锌溶液；向氧化锌溶液中通入CO₂气体，同时搅拌，加热到80℃，保持温度200分钟，然后停止通入CO₂气体，加热；将反应后的溶液过滤水后所得物在400℃以下温度进行烘干，然后粉碎；将粉碎物粉碎置于245℃焙烧获得改性纳米触媒氧化锌；所述改性纳米触媒氧化锌的平均粒径为23nm。

(3)按以下组分的质量百分比：长石35.8％，石英35％，滑石子14％，熟滑石粉14％，氧化钡1％，经过粉碎、混合球磨、过筛制成；制成陶瓷釉料，然后将质量百分比0.2％的(2)步骤所制取的改性纳米触媒氧化锌粉加入釉料中；

(4)将加入改性纳米触媒氧化锌粉的釉浆料均匀地喷在陶瓷素胚上，进行烘干：

(5)在800℃中，烧制10小时制得改性纳米触媒氧化锌抗菌陶瓷。

所述改性纳米触媒氧化锌的抗菌机理有两种：

(1)催化抗菌机理，即改性纳米触媒氧化锌在自然光的照射下，在水和空气中能自行分解出带负电的电子(e-)，同时留下了带正电的空穴(h+)，这种空穴可以激发空气中的氧变为活性氧，有极强的化学活性，能与多种微生物发生氧化反应，从而把细菌杀死；

(2)金属离子溶出抗菌机理：氧化锌中的锌离子会逐渐的游离出来，当它和细菌体相接触时，就会和细菌体内活性蛋白酶相结合使其失去活性，从而将细菌杀死。

实施例2

一种改性纳米触媒氧化锌抗菌陶瓷的制备方法，包括如下制作步骤：

(1)制取改性触媒氧化锌粉：首先对触媒氧化锌进行改性，改性方法是将触媒氧化锌粉散于含有2％的聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯的异丙醇中，通过砂磨处理达到单颗粒分散状态，在分散液中加入四乙氧基硅烷，保持体系温度高于60℃且不会沸腾，滴加入水，搅拌陈化12min，冷却至室温，过滤，去离子水淋洗至滤液的电导率小于8μS/cm，得到滤饼后，通过异丙醇淋洗，干燥粉碎煅烧而得表面无机处理的改性触媒氧化锌粉；

(2)制取改性纳米触媒氧化锌：将上述(1)步骤制得的改性触媒氧化锌粉置于自身重量7倍、60℃的去离子水中，搅拌均匀制成氧化锌溶液；向氧化锌溶液中通入CO₂气体，同时搅拌，加热到85℃，保持温度300分钟，然后停止通入CO₂气体，加热；将反应后的溶液过滤水后所得物在400℃以下温度进行烘干，然后粉碎；将粉碎物粉碎置于425℃焙烧获得改性纳米触媒氧化锌；所述改性纳米触媒氧化锌的平均粒径为23nm；

(3)按以下组分的质量百分比：长石50％，石英25％，滑石子10％，熟滑石粉10％，氧化钡3％，经过粉碎、混合球磨、过筛制成；制成陶瓷釉料，然后将质量百分比2％的(2)步骤所制取的改性纳米触媒氧化锌粉加入釉料中；

(4)将加入改性纳米触媒氧化锌粉的釉浆料均匀地喷在陶瓷素胚上，进行烘干；

(5)在1090℃中，烧制15小时制得改性纳米触媒氧化锌抗菌陶瓷。

所述改性纳米触媒氧化锌的抗菌机理有两种：

(1)催化抗菌机理，即改性纳米触媒氧化锌在自然光的照射下，在水和空气中能自行分解出带负电的电子(e-)，同时留下了带正电的空穴(h+)，这种空穴可以激发空气中的氧变为活性氧，有极强的化学活性，能与多种微生物发生氧化反应，从而把细菌杀死；

(2)金属离子溶出抗菌机理：氧化锌中的锌离子会逐渐的游离出来，当它和细菌体相接触时，就会和细菌体内活性蛋白酶相结合使其失去活性，从而将细菌杀死。

实施例3

一种改性纳米触媒氧化锌抗菌陶瓷的制备方法，包括如下制作步骤：

(1)制取改性触媒氧化锌粉：首先对触媒氧化锌进行改性，改性方法是将触媒氧化锌粉散于含有2％的聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯的异丙醇中，通过砂磨处理达到单颗粒分散状态，在分散液中加入四乙氧基硅烷，保持体系温度高于60℃且不会沸腾，滴加入水，搅拌陈化20min，冷却至室温，过滤，去离子水淋洗至滤液的电导率小于8μS/cm，得到滤饼后，通过异丙醇淋洗，干燥粉碎煅烧而得表面无机处理的改性触媒氧化锌粉；

(2)制取改性纳米触媒氧化锌：将上述(1)步骤制得的改性触媒氧化锌粉置于自身重量11倍、78℃的去离子水中，搅拌均匀制成氧化锌溶液；向氧化锌溶液中通入CO₂气体，同时搅拌，加热到92℃，保持温度400分钟，然后停止通入CO₂气体，加热；将反应后的溶液过滤水后所得物在400℃以下温度进行烘干，然后粉碎；将粉碎物粉碎置于605℃焙烧获得改性纳米触媒氧化锌；所述改性纳米触媒氧化锌的平均粒径为23nm；

(3)按以下组分的质量百分比：长石58％，石英15％，滑石子6％，熟滑石粉6％，氧化钡5％，经过粉碎、混合球磨、过筛制成；制成陶瓷釉料，然后将质量百分比10％的(2)步骤所制取的改性纳米触媒氧化锌粉加入釉料中；

(4)将加入改性纳米触媒氧化锌粉的釉浆料均匀地喷在陶瓷素胚上，进行烘干；

(5)在1380℃中，烧制20小时制得改性纳米触媒氧化锌抗菌陶瓷。

所述改性纳米触媒氧化锌的抗菌机理有两种：

(1)催化抗菌机理，即改性纳米触媒氧化锌在自然光的照射下，在水和空气中能自行分解出带负电的电子(e-)，同时留下了带正电的空穴(h+)，这种空穴可以激发空气中的氧变为活性氧，有极强的化学活性，能与多种微生物发生氧化反应，从而把细菌杀死；

(2)金属离子溶出抗菌机理：氧化锌中的锌离子会逐渐的游离出来，当它和细菌体相接触时，就会和细菌体内活性蛋白酶相结合使其失去活性，从而将细菌杀死。

所述改性纳米触媒氧化锌的抗菌机理有两种：

(1)催化抗菌机理，即改性纳米触媒氧化锌在自然光的照射下，在水和空气中能自行分解出带负电的电子(e-)，同时留下了带正电的空穴(h+)，这种空穴可以激发空气中的氧变为活性氧，有极强的化学活性，能与多种微生物发生氧化反应，从而把细菌杀死；

(2)金属离子溶出抗菌机理：氧化锌中的锌离子会逐渐的游离出来，当它和细菌体相接触时，就会和细菌体内活性蛋白酶相结合使其失去活性，从而将细菌杀死。

3个实施例中，所制取的改性纳米触媒氧化锌抗菌陶瓷材料于2014年7月23日，送至广东省微生物分析检测中心，样品规格及批号HQFL20140628，检测项目负离子浓度，报告编号2014FM3200，检测方法负离子仪直读，接样方式及数量，送检1个；样品状态和特性，液体；检测日期2014年8月19日，签发日期2014年9月15日；分析检测结果：检测项目，负离子浓度(出风口5cm处)，检测结果，1.5×10³个/cm³；

3个实施例中，所制取的改性纳米触媒氧化锌抗菌陶瓷材料在广东省微生物分析检测中心，检测防霉等级为0级；接样日期2014年8月4日，检测日期2014年8月4日-2014年9月9日；签发日期2014年9月10日；报告编号：2014FM3378。

3个实施例中，所制取的改性纳米触媒氧化锌抗菌陶瓷材料在广东省微生物分析检测中心，检测抗细菌功能，报告编号：2014FM3199，签发日期2014年7月29日抗菌率大于99.99％。

本发明将无菌抗菌剂即改性纳米触媒氧化锌抗菌液或粉体加入釉中，制备的多功能陶瓷釉，使得所制得抗菌陶瓷兼具有抗菌和防霉效用且消毒效果快、杀菌力强、耐久性好、没有二次污染、稳定性好、除臭、释放负离子、远红外保健等兼容性功能，其抗菌率达99.99％，防霉等级为0级，释放负离子1500个/cm³。具体为：(1)由于只加入无机抗菌剂改性纳米触媒氧化锌，制得的陶瓷应用十分广泛，可应用于日用瓷、卫浴、建筑瓷等领域；(2)由于未使用载银无机抗菌材料，烧制出的陶瓷表面颜色不会失真或变色；(3)改性纳米触媒氧化锌由于其持久抗菌性，能长期有效地发挥抗菌作用，因而耐久性很好；(4)与其他抗菌剂相比，氧化锌与陶瓷基础釉很容易融为一体，当粒径达到触媒级别时更容易融为一体，使制得的陶瓷均匀度好；(5)改性纳米触媒氧化锌与其他光触媒系抗菌剂相比，在自然光照下，改性纳米触媒氧化锌就能持久发挥抗菌、防霉、除臭、释放负离子、远红外保健等多项功能。

以上所述，仅为发明较佳实施例而已，故不能依此限定发明实施的范围，即依发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明覆盖的范围内。

Claims (2)

1.一种改性纳米触媒氧化锌抗菌陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下制作步骤：

(1)制取改性触媒氧化锌粉：首先对触媒氧化锌进行改性，改性方法是将触媒氧化锌粉散于含有2％的聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯的异内醇中，通过砂磨处理达到单颗粒分散状态，在分散液中加入四乙氧基硅烷，保持体系温度高于60℃且不会沸腾，滴加入水，搅拌陈化5～20min，冷却至室温，过滤，去离子水淋洗至滤液的电导率小于8μS/cm，得到滤饼后，通过异丙醇淋洗，干燥粉碎煅烧而得表面无机处理的改性触媒氧化锌粉；

(2)制取改性纳米触媒氧化锌：将上述(1)步骤制得的改性触媒氧化锌粉置于自身重量4-11倍、39℃-78℃的去离子水中，搅拌均匀制成氧化锌溶液；向氧化锌溶液中通入CO₂气体，同时搅拌，加热到80℃-92℃，保持温度200-400分钟，然后停止通入CO₂气体，加热；将反应后的溶液过滤水后所得物在400℃以下温度进行烘干，然后粉碎；将粉碎物粉碎置于245-605℃焙烧获得改性纳米触媒氧化锌；

(3)按以下组分的质量百分比：长石30-70％，石英15-35％，滑石子6-14％，熟滑石粉6-14％，氧化钡1-5％，经过粉碎、混合球磨、过筛制成；制成陶瓷釉料，然后将质量百分比0.2-10％的(2)步骤所制取的改性纳米触媒氧化锌粉加入釉料中；

(4)将加入改性纳米触媒氧化锌粉的釉浆料均匀地喷在陶瓷素胚上，进行烘干；

(5)在800-1380℃中，烧制10-20小时制得改性纳米触媒氧化锌抗菌陶瓷。

2.根据权利要求1所述改性纳米触媒氧化锌抗菌陶瓷的制备方法，其特征在于：所述改性纳米触媒氧化锌的平均粒径为23nm。