CN107126041B - 一种自清洁水杯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自清洁水杯，包括陶瓷杯体、杯盖，所述陶瓷杯体的外表面涂有玻璃釉料，陶瓷杯体内表面依次涂有导电纳米陶瓷层、茶垢阻却层。本发明通过在水杯内表面设置导电纳米陶瓷层、超疏水纳米涂层，超疏水纳米涂层一方面具有自清洁作用，另一方面有效地阻却了茶垢的形成，维持水杯表面的清洁，无需后续使用除垢剂或者机械类清洗方式。

Description

一种自清洁水杯

技术领域

本发明属于日常生活领域，具体地，涉及一种自清洁水杯。

背景技术

茶是我国传统饮品，与咖啡，可可被称为世界三大饮料。陆羽《茶经》中说，“茶者，南方之嘉木也，一尺，二尺乃至数尺，其己山峡川有两人合抱者，伐而摄之。”

茶叶中富含茶多酚，茶氨酸，咖啡碱等多种物质，具有抗氧化、抗衰老：防癌、抗癌；增强人体免疫功能；调节血脂、血糖、血距及预防也血管疾病；抗福射；杀菌抗病毒；防治强齿等功效。

在日常生活、休闲娱乐、会议聚餐等不同的场合，饮茶成为越来越被人们青睐的活动。然而，饮茶过程中就存在一个非常棘手的问题，在长时间泡完茶之后往往在茶杯内尤其是茶杯的内侧底部留下茶垢，喝茶时杯壁的茶垢往往让人尴尬。茶垢随着饮茶进入身体，与食物中的蛋白质、脂肪和维生素等营养结合，生成难溶的沉淀，阻碍营养的吸收。同时，这些氧化物进入身体还会引起神经、消化系统病变和功能紊乱，甚至引起人体过早衰老。

茶垢清理时，由于茶垢在茶杯内侧底部，清理麻烦、不方便，且清理不干净。如何清理茶垢和避免茶垢的产生一直是饮茶生活里无法避免的问题，也是人们的研究热点和难点。

CN200710017372.5公开一种茶具清洗剂的制备工艺，1)首先，取质量浓度为5-7％的盐酸溶液，然后在盐酸溶液中加入盐酸溶液质量2-4％的钠盐，充分搅拌使钠盐溶解，再加入盐酸溶液质量0.5％的杀菌剂成A溶液；2)其次，将表面活性剂溶于水中配制成质量浓度为2％的表面活性剂溶液；3)最后，将A溶液与表面活性剂溶液按100∶1的质量比例充分混合即可。只要将要清洗的物质在其中浸泡2小时，就可达到光洁如新的效果。

CN201110141346X公开一种茶垢洗涤剂的生产配方和工艺。采用柠檬酸30％，碳酸钠10％，蒸馏水55％，柠檬香精5％，经过柠檬酸的提取、紫外消毒消毒、各组分的混合、巴氏消毒以及最后的封装步骤后，生产得茶垢清洁剂。该产品采用柠檬酸作主要去垢成分，去垢高效，并且用碳酸钠针对油性的脏物进行清洁，清洁后无异味，卫生安全。

CN2011104368127公开了一种茶垢清洗剂的制备方法，包括配方、制备工艺。本发明采用过碳酸钠、无水碳酸钠、硅酸钠的组份配方，用常规设备和简易混合工艺的技术方案，提供一种茶垢清洗剂的制备方法，通过制备出专门用于去除茶垢类污渍的清洗剂，克服了现有技术存在难以清除色污茶垢的问题与不足，使清除陶瓷、玻璃、不锈钢质茶具上的色污茶垢达到了简便、安全、卫生、不损伤器皿表面光泽的目的。

CN2014103677358公开了一种茶垢洗涤剂，其含有以下物质及重量份：柠檬酸10-15％；碳酸水60-80％；碳酸钠5-10％；乙酸4-10％；维生素C1-3％；氯化钠5-10％。利用该茶垢洗涤剂能快速清除茶垢，将洗涤剂倒入杯内摇晃即可清洗干净，清洗操作简便。

使用茶垢清洗剂或者茶垢洗涤剂无法避免化学试剂的使用，生产成本高，洗涤液会造出二次污染，与现代社会的绿色环保理念不相符合。

CN201210381043X公开一种清洗茶壶的洗具，用以解决钢茶垢清洗问题。所采用的技术方案包括直杆和球头，在球头上设置若干束亚麻条。通过采用上述的结构，使用时，可以直接伸入茶壶内部各个位置，亚麻条具有一定硬度，能够快速去除茶垢，而且具有相当的韧性，不容易断裂，解决了残留问题。该结构简单，便于操作，易于清洗干净。

CN2010202908776公开一种水杯。它包括杯内壁和杯外壁，在杯内、外壁之间及杯内壁壁底与杯外壁壁底之间都留有空间，在杯内壁壁底和杯外壁壁底之间装有超声波发生器和电源电池，超声波发生器与电源电池之间用导线连接，在导线上装有开关，开关装在杯外壁上，在杯内、外壁之间及杯内壁壁底与杯外壁壁底之间设铁丝网，所述的铁丝网与超声波发生器连接。优点是在清洗水杯内壁时超声波发生器频率在合理的范围内往复扫动，带动杯内的清洗液形成细微回流，将水杯内壁表面的污垢清除干净。

CN2012206325573公开一种易清洗茶杯，包括杯盖、杯身、杯底；在杯盖，杯身的两端，杯底都设计有相应的螺纹，杯盖可与杯身的上端通过螺纹组合，杯底可与杯身的下端通过螺纹组合在一起；当人们需要清洗杯内茶垢时，可将杯盖和杯底全部拆下，从两端分别清洗，可方便的将茶垢全部清洗干净。使用本茶杯可以减轻人们的清洗难度，节约了人们的清洗时间。

上述水杯的研究，在一定程度上有效地避免了茶垢清洗剂带来的问题，但这同样是在茶垢产生后对其进行清理处理。因此，现有生活中急需具有自清洁的水杯，以尽量避免茶垢所产生的一系列问题。

发明内容

本发明根据上述背景技术中不足，提供了一种自清洁水杯，其能够在泡茶过程中尽量减少茶垢的产生，以维持表面的清洁，无须刻意清洗，节省劳动力。

为达到上述目的，本发明提供以下的技术方案：

一种自清洁水杯，包括陶瓷杯体、杯盖，所述陶瓷杯体的外表面涂有玻璃釉料，其特征在于，陶瓷杯体内表面依次涂有导电纳米陶瓷层、茶垢阻却层，所述导电纳米陶瓷层的厚度为0.5-2mm，茶垢阻却层的厚度为0.1-3mm。

进一步优选地，导电纳米陶瓷层的陶瓷颗粒为SiC、TiO₂、TiN、WC或ZrC，粒径为5-50nm。

进一步优选地，茶垢阻却层为超疏水纳米涂层，由不规则黄豆状纳米颗粒组成，颗粒粒径为1-4μm。

进一步优选地，茶垢阻却层为硬脂酸铈、ZnO。

本发明通过在水杯内表面设置导电纳米陶瓷层、超疏水纳米涂层，超疏水纳米涂层一方面具有自清洁作用，另一方面有效地阻却了茶垢的形成，维持水杯表面的清洁，无需后续使用除垢剂或者机械类清洗方式。

本发明同时提供自清洁水杯杯体的制备方法，包括：

步骤1)，将陶瓷泥料制成水杯杯体，350-600℃加热预烧制，保持10-20分钟后再加热至1000-1300℃烧制3-5小时，打磨刨光，得到水杯杯体素坯；

步骤2)，通过高速分散机或高速研磨设备将陶瓷颗粒材料分散在水溶液中，通过添加增稠剂调节溶液粘度至500-1500厘波，得到导电纳米陶瓷层用的浆料，通过涂布设备将浆料涂覆到水杯杯体素坯内表面，1000-1300℃烧制3-5小时，得到涂有导电纳米陶瓷层的水杯杯体；

步骤3)，电沉积制备茶垢阻却陶瓷层，将硝酸铈(0.05M)和硬脂酸(0.1M)搅拌下溶于乙醇形成电解液，以涂有导电纳米陶瓷层的水杯杯体为阴极，Pt为阳极，30V直流电压沉积，在导电纳米陶瓷层外沉积茶垢阻却陶瓷层，乙醇、去离子水洗涤，干燥；

步骤4)，在依次涂覆有导电纳米陶瓷层、茶垢阻却层的陶瓷杯体外表面涂覆玻璃釉料。

进一步优选的，步骤1)的预烧制为400-500℃加热，更优选400-450℃加热；烧制为1000-1200℃加热，更优选1000-1100℃加热；

进一步优选的，步骤2)的烧制为1000-1200℃烧制4-5小时，更优选烧制为1100-1200℃烧制4-4.5小时；

进一步优选的，步骤3)电沉积时间为10-50min，优选为20-40min，更优选为30min。

根据相关研究认为，茶垢是由茶叶有机材料和碳酸钙连接组成的，即由高分子有机物与碳酸钙，少量镁和锰的碳酸盐或氢氧化物组成。茶叶有机材料主要是指氧化的多酚类物质，瓷砖表面釉的硅氧键是多酚结合位点。多酚类的-OH直接与硅氧烷以氢键键合。当然，瓷砖表面上的茶垢不是简单的茶汤沉淀。吸附的该多酚与钙离子相互作用并氧化，形成稳定的茶垢。

本发明得到自清洁水杯内表面涂覆超疏水纳米涂层，由于超疏水表面的特殊浸润性，微小的水滴沉积在超疏水表面时，由于较低的表面能就会形成球形液滴，减小了水滴和基材表面的接触面积，此时水滴有较大的接触角，一般大于150°。如果超疏水表面的表面能比茶垢的表面能低，茶垢就很难在其表面形成。

并且本发明的茶垢阻却层优选为硬脂酸铈、ZnO，其为光降解剂，其由不规则黄豆状纳米颗粒组成，具有一定的光降解催化能力，也在一定程度上阻碍了茶垢的形成。

并且，本发明的导电纳米陶瓷层、茶垢阻却层的存在避免了原有的陶瓷表面的硅氧烷键，避免多酚类的-OH与硅氧烷以氢键键合，阻却了茶垢的形成。

本发明与现有技术相比，在水杯杯体内表面依次涂有导电纳米陶瓷层、茶垢阻却层，显著减少了茶垢的形成，一方面，超疏水表面的表面能此茶垢的表面能低，茶垢就很难在其表面形成。另一方面，避免了原有的陶瓷表面的硅氧烷键，避免多酚类的-OH与硅氧烷以氢键键合。同时，茶垢阻却层优选为硬脂酸铈、ZnO，其为光降解剂，其由不规则黄豆状纳米颗粒组成，具有一定的光降解催化能力，也在一定程度上阻碍了茶垢的形成。

附图说明

图1实施例1所得的杯体内表面电沉积的茶垢阻却层。

图2实施例2所得的杯体内表面电沉积的茶垢阻却层。

具体实施方式

在下文中更详细地描述了本发明以有助于对本发明的理解。

应当理解的是，在说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应当理解为具有在字典中限定的含义，而应理解为在以下原则的基础上具有与其在本发明上下文中的含义一致的含义：术语的概念可以适当地由发明人为了对本发明的最佳说明而限定。

实施例1：

一种自清洁水杯，包括陶瓷杯体、杯盖，所述陶瓷杯体的外表面涂有玻璃釉料，其特征在于，陶瓷杯体内表面依次涂有导电纳米陶瓷层、茶垢阻却层，所述导电纳米陶瓷层的厚度为0.5mm，茶垢阻却层的厚度为1mm。

首先制备陶瓷杯体，包括：

步骤1)，将陶瓷泥料制成水杯杯体，350℃加热预烧制，保持20分钟后再加热至1000℃烧制5小时，打磨刨光，得到水杯杯体素坯；

步骤2)，通过高速分散机或高速研磨设备将陶瓷颗粒材料SiC分散在水溶液中，通过添加增稠剂调节溶液粘度至500厘波左右，得到导电纳米陶瓷层用的浆料，通过涂布设备将浆料涂覆到水杯杯体素坯内表面，1000℃烧制3小时，得到涂有导电纳米陶瓷层的水杯杯体；

步骤3)，电沉积制备茶垢阻却层，将硝酸铈(0.05M)和硬脂酸(0.1M)搅拌下溶于乙醇形成电解液，以涂有导电纳米陶瓷层的水杯杯体为阴极，Pt为阳极，30V直流电压沉积10min，在导电纳米陶瓷层外沉积茶垢阻却陶瓷层，乙醇、去离子水洗涤，干燥；

步骤4)，在依次涂覆有导电纳米陶瓷层、茶垢阻却层的陶瓷杯体外表面涂覆玻璃釉料。

其次，将陶瓷泥料制成杯盖，烧制，喷涂釉料，形成杯盖。

步骤3)所得茶垢阻却层的SEM和超疏水表面如图1.

实施例2：

一种自清洁水杯，包括陶瓷杯体、杯盖，所述陶瓷杯体的外表面涂有玻璃釉料，其特征在于，陶瓷杯体内表面依次涂有导电纳米陶瓷层、茶垢阻却层，所述导电纳米陶瓷层的厚度为2mm，茶垢阻却层的厚度为2mm。

首先制备陶瓷杯体，包括：

步骤1)，将陶瓷泥料制成水杯杯体，600℃加热预烧制，保持10分钟后再加热至1300℃烧制3小时，打磨刨光，得到水杯杯体素坯；

步骤2)，通过高速分散机或高速研磨设备将陶瓷颗粒材料TiO₂分散在水溶液中，通过添加增稠剂调节溶液粘度至1500厘波左右，得到导电纳米陶瓷层用的浆料，通过涂布设备将浆料涂覆到水杯杯体素坯内表面，1300℃烧制3小时，得到涂有导电纳米陶瓷层的水杯杯体；

步骤3)，电沉积制备茶垢阻却陶瓷层，将硝酸铈(0.05M)和硬脂酸(0.1M)搅拌下溶于乙醇形成电解液，以涂有导电纳米陶瓷层的水杯杯体为阴极，Pt为阳极，30V直流电压沉积20min，在导电纳米陶瓷层外沉积茶垢阻却陶瓷层，乙醇、去离子水洗涤，干燥；

步骤4)，在依次涂覆有导电纳米陶瓷层、茶垢阻却层的陶瓷杯体外表面涂覆玻璃釉料。

其次，将陶瓷泥料制成杯盖，烧制，喷涂釉料，形成杯盖。

步骤3)所得茶垢阻却层的SEM和超疏水表面如图2.

实施例3：

一种自清洁水杯，包括陶瓷杯体、杯盖，所述陶瓷杯体的外表面涂有玻璃釉料，其特征在于，陶瓷杯体内表面依次涂有导电纳米陶瓷层、茶垢阻却层，所述导电纳米陶瓷层的厚度为1.5mm，茶垢阻却层的厚度为2mm。

首先制备陶瓷杯体，包括：

步骤1)，将陶瓷泥料制成水杯杯体，450℃加热预烧制，保持15分钟后再加热至1100℃烧制5小时，打磨刨光，得到水杯杯体素坯；

步骤2)，通过高速分散机或高速研磨设备将陶瓷颗粒材料WC分散在水溶液中，通过添加增稠剂调节溶液粘度至500-1500厘波，得到导电纳米陶瓷层用的浆料，通过涂布设备将浆料涂覆到水杯杯体素坯内表面，1000-1300℃烧制3-5小时，得到涂有导电纳米陶瓷层的水杯杯体；

步骤3)，电沉积制备茶垢阻却陶瓷层，将硝酸锌(0.05M)搅拌下溶于乙醇形成电解液，以涂有导电纳米陶瓷层的水杯杯体为阴极，Pt为阳极，30V直流电压沉积15min，在导电纳米陶瓷层外沉积茶垢阻却陶瓷层，乙醇、去离子水洗涤，干燥；

步骤4)，在依次涂覆有导电纳米陶瓷层、茶垢阻却层的陶瓷杯体外表面涂覆玻璃釉料。

其次，将陶瓷泥料制成杯盖，烧制，喷涂釉料，形成杯盖。

实施例4：

一种自清洁水杯，包括陶瓷杯体、杯盖，所述陶瓷杯体的外表面涂有玻璃釉料，其特征在于，陶瓷杯体内表面依次涂有导电纳米陶瓷层、茶垢阻却层，所述导电纳米陶瓷层的厚度为0.5mm，茶垢阻却层的厚度为3mm。

首先制备陶瓷杯体，包括：

步骤1)，将陶瓷泥料制成水杯杯体，350℃加热预烧制，保持10分钟后再加热至1200℃烧制3小时，打磨刨光，得到水杯杯体素坯；

步骤2)，通过高速分散机或高速研磨设备将陶瓷颗粒材料ZrC分散在水溶液中，通过添加增稠剂调节溶液粘度至800厘波左右，得到导电纳米陶瓷层用的浆料，通过涂布设备将浆料涂覆到水杯杯体素坯内表面，1200℃烧制3.5小时，得到涂有导电纳米陶瓷层的水杯杯体；

步骤3)，电沉积制备茶垢阻却陶瓷层，将硝酸锌搅拌下溶于乙醇形成电解液，以涂有导电纳米陶瓷层的水杯杯体为阴极，Pt为阳极，30V直流电压沉积20min，在导电纳米陶瓷层外沉积茶垢阻却陶瓷层，乙醇、去离子水洗涤，干燥；

步骤4)，在依次涂覆有导电纳米陶瓷层、茶垢阻却层的陶瓷杯体外表面涂覆玻璃釉料。

其次，将陶瓷泥料制成杯盖，烧制，喷涂釉料，形成杯盖。

实施例5：

一种自清洁水杯，包括陶瓷杯体、杯盖，所述陶瓷杯体的外表面涂有玻璃釉料，其特征在于，陶瓷杯体内表面依次涂有导电纳米陶瓷层、茶垢阻却层，所述导电纳米陶瓷层的厚度为1.5mm，茶垢阻却层的厚度为1mm。

首先制备陶瓷杯体，包括：

步骤1)，将陶瓷泥料制成水杯杯体，350℃加热预烧制，保持15分钟后再加热至1200℃烧制4小时，打磨刨光，得到水杯杯体素坯；

步骤2)，通过高速分散机或高速研磨设备将陶瓷颗粒材料分散在水溶液中，通过添加增稠剂调节溶液粘度至700厘波左右，得到导电纳米陶瓷层用的浆料，通过涂布设备将浆料涂覆到水杯杯体素坯内表面，1300℃烧制3小时，得到涂有导电纳米陶瓷层的水杯杯体；

步骤3)，电沉积制备茶垢阻却陶瓷层，将硝酸铈(0.04M)和硬脂酸(0.1M)搅拌下溶于乙醇形成电解液，以涂有导电纳米陶瓷层的水杯杯体为阴极，Pt为阳极，30V直流电压沉积30min，在导电纳米陶瓷层外沉积茶垢阻却陶瓷层，乙醇、去离子水洗涤，干燥；

步骤4)，在依次涂覆有导电纳米陶瓷层、茶垢阻却层的陶瓷杯体外表面涂覆玻璃釉料。

其次，将陶瓷泥料制成杯盖，烧制，喷涂釉料，形成杯盖。

对比例1：

市场购买膳魔师高真空不锈钢水杯JNL-500

测试实验：

选取绿茶、黄茶、青茶、红茶。

称取3g茶样装于抽线无纺布茶包中，将茶包放于实施例1-5、对比例1的水杯中，每个水杯加入400mL的95℃自来水并开始计时，5min后取山茶包，将泡好的茶汤在空气中静置24小时，每个茶类5个重复，倒去茶汤，冲洗水杯内壁，空气中干燥，刮取水杯内壁的茶垢，称量，结果如表1。

表1实施例1-5、对比例1的茶垢重量(mg)

	绿茶	黄茶	青茶	红茶
					实施例1	102	98	90	100
实施例2	105	100	96	105
					实施例3	80	82	78	79
实施例4	90	95	94	100
					实施例5	95	100	95	100
对此例1	800	780	810	795

以上描述了本发明优选实施方式，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员对在此公开的实施方案可进行并不偏离本发明范畴和精神的改进和变化。

Claims (3)

1.一种自清洁水杯杯体的制备方法，包括：

步骤1)，将陶瓷泥料制成水杯杯体，350-600℃加热预烧制，保持10-20分钟后再加热至1000-1300℃烧制3-5小时，打磨刨光，得到水杯杯体素坯；

步骤2)，通过高速分散机或高速研磨设备将陶瓷颗粒材料分散在水溶液中，通过添加增稠剂调节溶液粘度至500-1500厘波，得到导电纳米陶瓷层用的浆料，通过涂布设备将浆料涂覆到水杯杯体素坯内表面，1000-1300℃烧制3-5小时，得到涂有导电纳米陶瓷层的水杯杯体；

步骤3)，电沉积制备茶垢阻却陶瓷层，将0.05M硝酸铈和0.1M硬脂酸搅拌下溶于乙醇形成电解液，以涂有导电纳米陶瓷层的水杯杯体为阴极，Pt为阳极，30V直流电压沉积，在导电纳米陶瓷层外沉积茶垢阻却陶瓷层，乙醇、去离子水洗涤，干燥；

步骤4)，在依次涂覆有导电纳米陶瓷层、茶垢阻却陶瓷层的陶瓷杯体外表面涂覆玻璃釉料。

2.根据权利要求1所述的自清洁水杯杯体的制备方法，其特征在于，步骤2)的烧制为1000-1200℃烧制4-5小时。

3.根据权利要求1所述的自清洁水杯杯体的制备方法，其特征在于，步骤3)电沉积时间为10-50min。