CN106517788B - 一种光催化功能w18o49结晶陶瓷釉料组合物及其制备方法 - Google Patents

一种光催化功能w18o49结晶陶瓷釉料组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光催化功能W18O49结晶陶瓷釉料组合物及其制备方法，包括：以质量百分比计算，88～92%粉料A、3～5%W18O49和5～7%高岭土；其中所述粉料A，按重量计，包括SiO2含量59～61%、Al2O3含量5～7%、B2O3含量21～23%、CeO2含量1～3%、MgO含量1～2%、Li2O含量6～7%和Na2O含量2～3%。本发明首次将W18O49引入釉料的制备，不仅所得釉料层表面结晶装饰效果好，而且光催化降解有毒气体的性能优异。

Description

一种光催化功能W18O49结晶陶瓷釉料组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷材料的技术领域，涉及建筑卫生陶瓷或者日用陶瓷表面釉料的制备方法，具体涉及一种光催化功能W18O49结晶陶瓷釉料的制备方法，利用该方法制备的釉料表面具有良好的晶花装饰效果，且具有优异光催化降解功能，在日光光照条件下，能够有效分解吸附于表面的有毒气体如甲醛、氰化氢、氨、苯等，对家居环境的净化具有重要意义。
背景技术
由于工业化进程的不断加快，由涂料等化工产品产生的家居环境中的各类有毒气体如甲醛、CO、挥发性有机物、氨、硫化物和氮氧化物等产生量越来越多，已严重威胁到了人类的健康。据报道，每年仅因建筑涂料引起的急性中毒事件就有1000余起，为了更好地生存，人们对其生活的空气质量提出了高的要求，对环保型建材产品需求量也越来越大。近年来，光催化技术成为日益受到关注的空气净化新技术，具有能耗低、对污染物去除率高、可降解多种有机物、无二次污染等优点，此外还能杀死细菌和病毒。而建筑卫生陶瓷产品在我国建设和家庭装修中大量使用，但是目前尚没有能够处理环境污染物的建筑卫生陶瓷产品问世，也成为我国建筑陶瓷等行业需要解决的问题之一【白战英，张卫星，刘小云.我国建筑卫生陶瓷行业技术现状及发展趋势，陶瓷，2011,(12)：40-43】。
传统的建筑卫生和日用陶瓷釉料，主要分为熔块釉和生料釉，由于熔块釉表面缺陷少，越来越多的广泛为各种企业使用。而熔块釉的生产和研究主要集中三个方面，一是无铅无镉等无毒害元素的使用和研究，即无铅熔块釉料【任强，杨元东，陈娟妮等.无铅透明熔块釉的研究进展，陶瓷学报，2013,34(2)：215-218】；第二种是高温耐磨熔块釉料【张临安.高温熔块釉的制备与性能研究，大连工业大学，硕士学位论文，2015】；第三种是镜面装饰效果优良的透明釉料，即全抛釉【梁铎，罗宏.全抛釉的生产工艺及性能研究，佛山陶瓷，2013，(10)：31-35】；此外还有渗彩釉、结晶釉【王韫之，朱小平，包镇红.结晶釉的研究现状，陶瓷学报，2011,32(2)：320-323】等等。然而，但目前为止，虽然有许多关于光催化材料的报道，特别是新型高效W18O49光催化材料的报道【介燕妮，海国娟，黄剑锋.溶剂热法制备W18O49纳米粉体及其光催化性能研究.陕西科技大学学报，2016,34(2)：69- 73】，还没有关于将其制备为具有光催化功能釉料的方法和使用等的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有光催化功能陶瓷釉料组合物及其制备方法。本发明将通过釉料技术将W18O49应用于制备光催化功能釉料，对家居环境和大气环境的改善、人民生活质量与健康水平的提高，意义十分重大，具有广阔的市场应用前景。
一方面，本发明提供了一种具有光催化功能的W18O49结晶陶瓷釉料组合物，包括：以质量百分比计算，88～92％粉料A、3～5％W18O49和5～7％高岭土 (2SiO2●Al2O3●2H2O)；
其中所述粉料A，按重量计，包括SiO2含量59～61％、Al2O3含量5～7％、B2O3含量21～ 23％、CeO2含量1～3％、MgO含量1～2％、Li2O含量6～7％和Na2O含量2～3％。
本发明首次将W18O49引入釉料的制备，不仅所得釉料层表面结晶装饰效果好，而且光催化降解有毒气体的性能优异。
较佳地，所述粉料A为熔块粉料。
另一方面，本发明还提供了一种陶瓷釉料组合物的制备方法，将所得粉料A、W18O49和高岭土按照质量比(88-92)：(3-5)：(5-7)混合，经研磨、过筛后得到所述W18O49结晶陶瓷釉料组合物。
较佳地，按各组分百分含量称取粉料A的原料，混合均匀后在1280℃～1330℃下保温20～40分钟，再经淬冷、研磨、过筛以及烘干后得到粉料A。
再一方面，本发明还提供了一种表面具有光催化结晶陶瓷釉料层的陶瓷，包括陶瓷本体、以及形成于所述陶瓷本体表面的釉层，所述釉层由上述陶瓷釉料组合物制得。
较佳地，所述釉层通过如下方法制备：
1)在所述陶瓷釉料组合物中加入水和分散剂，得到釉浆；
2)将釉浆施于陶瓷本体上，干燥后在1140-1210℃下烧成。
又，较佳地，施釉厚度为0.1-0.2mm。
较佳地，所述釉浆中，水的含量为45-55wt％，分散剂的加入量为0.1-0.2wt％。
采用上述工艺方法制备的本发明具有如下有益的效果：
1.本发明所提出的制备釉料的方法操作简单，在陶瓷的釉料表面可以快速形成比较美观的深色结晶晶花，表面装饰效果好；
2.本发明制备的釉料具有光催化功能，陶瓷釉面在光照条件下经过12小时后对有毒气体如甲醛、氰化氢、氨的催化分解率可以达到87％，对苯的催化分解率可以达到91％，其能对家居环境净化起到明显的作用，对提高环境和空气质量，提高人民生活水平具有重要意义。
附图说明
图1为实施例1制备的釉层表面得X射线衍射分析图；
图2为不同W18O49含量的釉的光催化降解甲醛的性能对比图；
图3为实施例1制备的W18O49釉的的实物照片。
具体实施方式
以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
本发明采用简单的制备方法，可以制备出传统陶瓷如建筑卫生和日用陶瓷等表面能够广泛使用的W18O49结晶陶瓷釉料组合物，所述W18O49结晶陶瓷釉料组合物的组成包括：以质量百分比计算，88～92％粉料A、3～5％W18O49和5～7％高岭土；
其中所述粉料A，按重量计，包括SiO2含量59～61％、Al2O3含量5～7％、B2O3含量21～ 23％、CeO2含量1～3％、MgO含量1～2％、Li2O含量6～7％和Na2O含量2～3％。
本发明中，粉料A为釉料的主成分，优选为熔块粉料。粉料A的成分会对产物釉料的形貌差异产生影响。
本发明中，W18O49起到光催化作用。若其含量小于3％或大于5％，则光催化效果显著减弱。
本发明中，高岭土可起到高温下提高釉料的熔融温度并提高其悬浮性使釉料不易沉降的作用。
以下示例性地说明W18O49结晶光催化功能陶瓷釉料组合物的制备方法。
本发明以石英、钠长石、锂辉石、硼砂、滑石、CeO2、高岭土、碳酸锂等为原料，按照如下质量化学组分配比SiO2：Al2O3：B2O3：CeO2：MgO：Li2O：Na2O＝(59-61)：(5- 7)：(21-23)：(1-3)：(1-2)：(6-7)：(2-3)进行配料。
将上述粉料干混并研磨，过60-80筛得到混合物。然后再装入坩埚，将坩埚放入电炉中在1280℃～1330℃下保温20-40min，取出倒入水中淬冷制得熔块。将熔块从水中取出，烘干后放入球磨罐中磨细(控制料(熔块)：球：水比例为1:1:0.8)，研磨5-8小时后过250 目筛，烘干备用。该粉料记为粉料A或A料。
将上述A料和W18O49粉体以及高岭土按照质量比为A：W18O49：高岭土＝(88-92)： (3-5)：(5-7)的配比进行配料。混合均匀后并于球磨罐中磨细(控制料：球：水比例为 1:1:0.8)，研磨3-5小时后过250目筛，烘干备用。该粉料记为W18O49结晶光催化功能陶瓷釉料组合物或B料。
本发明还提供了一种表面具有W18O49结晶陶瓷釉料组合物制备的W18O49结晶陶瓷釉料层的陶瓷，所述陶瓷包括陶瓷本体以及形成于陶瓷表面的W18O49结晶陶瓷釉料层。
将上述B料加入水搅拌混匀配制成釉浆，控制水的质量含量为45-55％，同时加入质量含量为0.1-0.2％的分散剂。其中，所述分散剂可为硅酸钠等。
将上述配制好的釉浆施釉于陶瓷表面，施釉厚度控制在0.1-0.2mm。施釉方式可为喷淋施釉等。然后在80-100℃条件下干燥后经辊道窑氧化焰烧成，烧成温度为1140-1210℃。烧成周期总时间控制在40-60分钟，最高温度保温时间控制在10-15分钟，可以制得表面结晶装饰效果好，又具有光催化功能的陶瓷釉。其中陶瓷本体没有特别限定，例如可以是各种建筑陶瓷材料等。
本发明所述陶瓷釉料组合物制备工艺简单，所述W18O49结晶陶瓷釉料层表面结晶装饰效果好，且光催化降解有毒气体的性能优异。其中，所述W18O49结晶陶瓷釉料层具有结晶晶花。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1：W18O49的质量百分比为4％的光催化功能的陶瓷釉
1)首先，将石英、钠长石、锂辉石、硼砂、滑石、CeO2、高岭土、碳酸锂原料按照如下质量化学组分配比进行配料。SiO2：Al2O3：B2O3：CeO2：MgO：Li2O：Na2O＝60：6：22： 2：1.5：6.5：2；
2)将上述粉料干混并研磨，过60筛得到混合物，装入坩埚中，放入电炉中在1300℃保温 30min，取出倒入水中淬冷制得熔块。将熔块从水中取出，烘干后放入球磨罐中磨细，控制料(熔块)：球：水比例为1:1:0.8，研磨6小时后过250目筛，烘干备用。该粉料记为A 料；
3)将上述A料和W18O49粉体以及高岭土按照质量比为A：W18O49：高岭土＝90：4：6的配比进行配料，混合均匀并于球磨罐中磨细，控制料：球：水比例为1:1:0.8，研磨4小时后过250目筛，烘干备用。该粉料记为B料；
4)将B料加入水搅拌混匀配制成釉浆，控制水的质量含量为45％，同时加入质量含量为 0.1％硅酸钠作为分散剂；
5)将上述配制好的釉浆施釉于陶瓷表面，施釉方式为喷淋施釉。施釉厚度控制在0.15mm，在80℃条件下干燥后经辊道窑氧化焰烧成，烧成温度为1140℃，烧成周期总时间控制在50 分钟，最高温度保温时间控制在12分钟，可以制得表面结晶装饰效果好，又具有光催化功能的陶瓷釉。釉层表面X-射线衍射分析图如图1所示。图1表明釉层表面析出了(010)方向取向生长的W18O49晶体。
实施例2：W18O49的质量百分比为5％的光催化功能的陶瓷釉
1)首先，将石英、钠长石、锂辉石、硼砂、滑石、CeO2、高岭土、碳酸锂原料按照如下质量化学组分配比进行配料。SiO2：Al2O3：B2O3：CeO2：MgO：Li2O：Na2O＝59：5：23： 1：2：7：3；
2)将上述粉料干混并研磨，过60-80筛得到混合物，装入坩埚中，放入电炉中在1280℃保温20min，取出倒入水中淬冷制得熔块。将熔块从水中取出，烘干后放入球磨罐中磨细，控制料(熔块)：球：水比例为1:1:0.8，研磨5小时后过250目筛，烘干备用。该粉料记为A 料；
3)将上述A料和W18O49粉体以及高岭土按照质量比为A：W18O49：高岭土＝88：5：7的配比进行配料，混合均匀并于球磨罐中磨细，控制料：球：水比例为1:1:0.8，研磨3小时后过250目筛，烘干备用。该粉料记为B料；
4)将B料加入水搅拌混匀配制成釉浆，控制水的质量含量为55％，同时加入质量含量为 0.1％硅酸钠作为分散剂；
5)将上述配制好的釉浆施釉于陶瓷表面，施釉方式为喷淋施釉。施釉厚度控制在0.2mm，在100℃条件下干燥后经辊道窑氧化焰烧成，烧成温度为1180℃，烧成周期总时间控制在 40分钟，最高温度保温时间控制在15分钟，可以制得表面结晶装饰效果好，又具有光催化功能的陶瓷釉。
实施例3：W18O49的质量百分比为3％的光催化功能的陶瓷釉
1)首先，将石英、钠长石、锂辉石、硼砂、滑石、CeO2、高岭土、碳酸锂原料按照如下质量化学组分配比进行配料。SiO2：Al2O3：B2O3：CeO2：MgO：Li2O：Na2O＝61：7：21： 3：1：6：2；
2)将上述粉料干混并研磨，过60-80筛得到混合物，装入坩埚中，放入电炉中在1330℃保温40min，取出倒入水中淬冷制得熔块。将熔块从水中取出，烘干后放入球磨罐中磨细，控制料(熔块)：球：水比例为1:1:0.8，研磨8小时后过250目筛，烘干备用。该粉料记为A 料；
3)将上述A料和W18O49粉体以及高岭土按照质量比为A：W18O49：高岭土＝92：3：5的配比进行配料，混合均匀并于球磨罐中磨细，控制料：球：水比例为1:1:0.8，研磨5小时后过250目筛，烘干备用。该粉料记为B料；
4)将B料加入水搅拌混匀配制成釉浆，控制水的质量含量为45％，同时加入质量含量为 0.2％硅酸钠作为分散剂；
5)将上述配制好的釉浆施釉于陶瓷表面，施釉方式为喷淋施釉。施釉厚度控制在0.2mm，在100℃条件下干燥后经辊道窑氧化焰烧成，烧成温度为1210℃，烧成周期总时间控制在 40分钟，最高温度保温时间控制在10分钟，可以制得表面结晶装饰效果好，又具有光催化功能的陶瓷釉。
对比例1：
1)首先，将石英、钠长石、锂辉石、硼砂、滑石、CeO2、高岭土、碳酸锂原料按照如下质量化学组分配比进行配料。SiO2：Al2O3：B2O3：CeO2：MgO：Li2O：Na2O＝60：6：22： 2：1.5：6.5：2；
2)将上述粉料干混并研磨，过60筛得到混合物，装入坩埚中，放入电炉中在1300℃保温30min，取出倒入水中淬冷制得熔块。将熔块从水中取出，烘干后放入球磨罐中磨细，控制料(熔块)：球：水比例为1:1:0.8，研磨6小时后过250目筛，烘干备用。该粉料记为A 料；
3)将上述A料和高岭土按照质量比为A：高岭土＝90：10的配比进行配料，混合均匀并于球磨罐中磨细，控制料：球：水比例为1:1:0.8，研磨4小时后过250目筛，烘干备用。该粉料记为B料；
4)将B料加入水搅拌混匀配制成釉浆，控制水的质量含量为45％，同时加入质量含量为 0.1％硅酸钠作为分散剂；
5)将上述配制好的釉浆施釉于陶瓷表面，施釉方式为喷淋施釉。施釉厚度控制在0.15mm，在80℃条件下干燥后经辊道窑氧化焰烧成，烧成温度为1140℃，烧成周期总时间控制在50 分钟，最高温度保温时间控制在12分钟，制得陶瓷釉。
对比例2：
1)首先，将石英、钠长石、锂辉石、硼砂、滑石、CeO2、高岭土、碳酸锂原料按照如下质量化学组分配比进行配料。SiO2：Al2O3：B2O3：CeO2：MgO：Li2O：Na2O＝60：6：22： 2：1.5：6.5：2；
2)将上述粉料干混并研磨，过60筛得到混合物，装入坩埚中，放入电炉中在1300℃保温 30min，取出倒入水中淬冷制得熔块。将熔块从水中取出，烘干后放入球磨罐中磨细，控制料(熔块)：球：水比例为1:1:0.8，研磨6小时后过250目筛，烘干备用。该粉料记为A 料；
3)将上述A料和W18O49粉体以及高岭土按照质量比为A：W18O49：高岭土＝90：1：9的配比进行配料，混合均匀并于球磨罐中磨细，控制料：球：水比例为1:1:0.8，研磨4小时后过250目筛，烘干备用。该粉料记为B料；
4)将B料加入水搅拌混匀配制成釉浆，控制水的质量含量为45％，同时加入质量含量为 0.1％硅酸钠作为分散剂；
5)将上述配制好的釉浆施釉于陶瓷表面，施釉方式为喷淋施釉。施釉厚度控制在0.15mm，在80℃条件下干燥后经辊道窑氧化焰烧成，烧成温度为1140℃，烧成周期总时间控制在50 分钟，最高温度保温时间控制在12分钟，制得陶瓷釉。
对比例3：
1)首先，将石英、钠长石、锂辉石、硼砂、滑石、CeO2、高岭土、碳酸锂原料按照如下质量化学组分配比进行配料。SiO2：Al2O3：B2O3：CeO2：MgO：Li2O：Na2O＝60：6：22： 2：1.5：6.5：2；
2)将上述粉料干混并研磨，过60筛得到混合物，装入坩埚中，放入电炉中在1300℃保温 30min，取出倒入水中淬冷制得熔块。将熔块从水中取出，烘干后放入球磨罐中磨细，控制料(熔块)：球：水比例为1:1:0.8，研磨6小时后过250目筛，烘干备用。该粉料记为A 料；
3)将上述A料和W18O49粉体以及高岭土按照质量比为A：W18O49：高岭土＝90：9：1的配比进行配料，混合均匀并于球磨罐中磨细，控制料：球：水比例为1:1:0.8，研磨4小时后过250目筛，烘干备用。该粉料记为B料；
4)将B料加入水搅拌混匀配制成釉浆，控制水的质量含量为45％，同时加入质量含量为 0.1％硅酸钠作为分散剂；
5)将上述配制好的釉浆施釉于陶瓷表面，施釉方式为喷淋施釉为喷淋施釉。施釉厚度控制在0.15mm，在80℃条件下干燥后经辊道窑氧化焰烧成，烧成温度为1140℃，烧成周期总时间控制在50分钟，最高温度保温时间控制在12分钟，制得陶瓷釉。
光催化测试
在石英反应器中，分别放入对比例1(0％)、对比例2(1％)、实施例3(3％)、实施例2(5％)、对比例3(9％)制备的表面釉层暴露面积为6cm2(长6cm，宽1cm)的瓷砖，在密闭反应器抽真空后注入一定量甲醛作为初始反应物。反应器内的气体在采样后由气相色谱仪进行测试甲醛含量。在初始采样测试中，控制甲醛的注入量，使其在反应器内的浓度为 100mg/m3。在1000w的紫外光照射作用下，通过测试不同光催化反应时间下甲醛残留含量，将残留甲醛含量与初始含量做比例，得到残留甲醛含量。从图2中可知釉料中含有3～ 5％W18O49时，可以取得优异的光催化降解甲醛效果，随着时间的推移，甲醛残留含量逐渐减少，至10h时，甲醛残留含量仅为20％左右。
图3为本发明实施例1中制备的W18O49釉的实物照片，从图3中可知表面结晶装饰效果好，具有结晶晶花。

Claims (8)

1.一种具有光催化功能的W18O49结晶陶瓷釉料组合物，其特征在于，包括：以质量百分比计算，88～92%粉料A、3～5% W18O49和5～7%高岭土；
其中所述粉料A，按重量计，包括SiO2含量59～61%、Al2O3含量5～7%、B2O3含量21～23%、CeO2含量1～3%、MgO含量1～2%、Li2O含量6～7%和Na2O含量2～3%。
2.根据权利要求1所述的陶瓷釉料组合物，其特征在于，所述粉料A为熔块粉料。
3.一种权利要求1或2所述的陶瓷釉料组合物的制备方法，其特征在于，将粉料A、W18O49和高岭土按照质量比（88～92）：（3～5）：（5～7）混合，经研磨、过筛后得到所述W18O49结晶陶瓷釉料组合物。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，按各组分百分含量称取粉料A的原料，混合均匀后在1280℃～1330℃下保温20～40分钟，再经淬冷、研磨、过筛以及烘干后得到粉料A。
5.一种表面具有光催化结晶陶瓷釉料层的陶瓷，其特征在于，包括陶瓷本体、以及形成于所述陶瓷本体表面的釉层，所述釉层由权利要求1或2所述陶瓷釉料组合物制得。
6.根据权利要求5所述的陶瓷，其特征在于，所述釉层通过如下方法制备：
1）在所述陶瓷釉料组合物中加入水和分散剂，得到釉浆；
2）将釉浆施于陶瓷本体上，干燥后在1140～1210℃下烧成。
7.根据权利要求6所述的陶瓷，其特征在于，施釉厚度为0.1～0.2mm。
8.根据权利要求6或7所述的陶瓷，其特征在于，所述釉浆中，水的含量为45～55wt%，分散剂的加入量为0.1～0.2wt%。
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