CN107129274B - 一种具有调湿功能的陶瓷墙面砖及其低温快速烧成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有调湿功能的陶瓷墙面砖，其按原料重量份计包括如下原料组分：粉煤灰0.1~96份、沸石0.1~96份、浮石0.1~96份、莫来石纤维0.1~96份、白炭黑0.1~10份、分散剂0.1~3份、CMC0.1~3份；水65~150份。本发明原料组分中选用莫来石纤维和白炭黑作为低温补强材料，再以粉煤灰、沸石和浮石三者复配作为主要原料组分，赋予了该具有调湿功能的陶瓷墙面砖的抗折强度较普通的调湿砖提高1倍、调湿功能较普通的调湿砖提升50%的基础条件。同时所选用的各原料组分价格低廉，烧成温度为720~800℃，生产周期短，生产成本只有现有普通调湿砖的1/2左右，而制备工艺与传统建筑陶瓷制备工艺类似，操作简便，工艺参数易于控制，有利于产业化推广应用。

Description

一种具有调湿功能的陶瓷墙面砖及其低温快速烧成方法
技术领域
本发明涉及功能性陶瓷砖领域，特别涉及一种具有调湿功能的陶瓷墙面砖及其低温快速烧成方法。
背景技术
随着经济社会的发展，人们对于室内环境的依赖程度日益上升，人们在室内的时间也越来越多。根据相关机构统计，我国城市居民每天待在室内的时间超过总时间的百分之八十，室内环境的好坏直接影响到了人们的生活质量。其中，室内湿度和人类健康问题密切相关。空气湿度过低会使上呼吸道黏液干燥，导致慢性的黏膜发炎，同时也会让皮肤干燥、使鼻子和喉咙产生干燥感；这不仅会让人感到不舒服，还可能导致对细菌和病毒的免疫力下降。如果空气的湿度过高，人会感到呼吸困难、甚至过敏；室内的书籍、衣服、食物将会受潮，导致霉菌迅速生长，给人们带来直接经济损失。
调节室内空气湿度有主动调湿和被动调湿两种方式。其中主动调湿方式以空调和加湿器为代表，通过消耗能源将水雾化或者将水蒸气液化来调节室内湿度；这种方式不仅耗能，而且会引起“空调病”和“健康综合征”等问题。而被动调湿方式主要依靠调湿材料被动感知室内空气的干湿状况进行调节；此种调湿方式不会消耗能源、不会产生“空调病”和“健康综合征”等。目前，以被动调试方式为主的有无机多孔调湿材料、高分子类多孔调湿材料和无机盐类调湿材料。其中高分子调湿材料放湿性能迟缓、无机盐类调试材料吸湿易水化，这些都影响了这两类材料的进一步发展应用；而无机多孔调湿材料具备长效的吸湿和放湿功能，且在使用过程中不会产生污染，使得其具有更广阔的应用价值。
到目前为止，有关无机多孔调湿材料的制备专利有：“一种含有陶瓷抛光废渣的呼吸砖及制备方法”（CN105439548A）、“一种建筑节能型被动调湿功能陶瓷砖及其生产方法”（CN104609830A）、“一种具有高调湿减害功能的硅藻土呼吸砖及其生产方法”（CN105439547A）、“一种具有调湿功能的复合轻质陶瓷生态建材及其制备方法”（CN104150948A）、“一种具有调湿功能陶瓷墙面砖及其制备方法”（CN103172401A）、“一种利用抛光废渣制备呼吸砖的工艺”（CN104003755A）等。这些专利技术都使用珍贵的硅藻土作为主要材料，造成原材料成本偏高；制备出的调湿功能砖都无法同时兼顾抗折强度与吸湿性能，不能满足实际应用需求；且制备过程中烧成温度高于850℃，不仅破坏原料中的微孔结构、降低了吸湿速度和吸湿饱和量，而且造成制备成本高。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种具有调湿功能的陶瓷墙面砖及其低温快速烧成方法，该方法工艺简单、原材料及制备成本低，制备出的陶瓷墙面砖不仅吸湿性能及放湿性能优异、而且抗折强度高，适用于大规模应用。
本发明所采取的技术方案是：一种具有调湿功能的陶瓷墙面砖，其按原料重量份计包括如下原料组分：
粉煤灰 0.1~96份；
沸石 0.1~96份；
浮石 0.1~96份；
莫来石纤维 0.1~96份；
白炭黑 0.1~10份；
分散剂 0.1~3份；
CMC 0.1~3份；
水 65~150份。
作为上述方案的进一步改进，所述粉煤灰的化学成分按重量百分比计为：所述粉煤灰的化学成分按重量百分比计为：SiO2:56~58.5%、Al2O3:20~23%、Fe2O3:1.5~2.5%、TiO2:0.1~0.6%、CaO:1~3.5%、MgO:1.5~3%、K2O:1.5~3%、Na2O:1.5~3%、烧失量:10~12%。
作为上述方案的进一步改进，所述沸石的化学成分按重量百分比计为：所述沸石的化学成分按重量百分比计为：SiO2:65~68%、Al2O3:12~13.5%、Fe2O3:0.5~2%、TiO2:0.01~0.05%、CaO:0.5~1.5%、MgO: 0.01~0.05%、K2O:3~5%、Na2O:1~2.5%、烧失量: 10~12%。
作为上述方案的进一步改进，所述浮石的化学成分按重量百分比计为：所述浮石的化学成分按重量百分比计为：SiO2: 65~68%、Al2O3:11~13%、Fe2O3:0.2~0.8%、TiO2: 0.01~0.05%、CaO:1~2%、MgO:1.5~2.5%、K2O:1.5~2.5%、Na2O:2~4%、烧失量:12.5~14%。
具体地，粉煤灰、沸石、浮石均具有轻质、孔隙结构发达、比表面积高、吸附性能突出等特点，使其适用于作为制备调湿砖的主要原料。本发明进一步对原料组分中的粉煤灰、沸石和浮石进行化学成分的限定，大大提高了三者复配的综合性能，从而提高烧成后陶瓷坯体的调湿性能。
作为上述方案的进一步改进，所述莫来石纤维的平均直径为0.1~0.5mm。该平均直径范围可大大提高莫来石纤维在陶瓷坯体之间作为互相桥接的补强作用。
作为上述方案的进一步改进，所述白炭黑为亲水性气相白炭黑。气相白炭黑由于粒径达到纳米级而具有纳米效应，可表现出卓越的低温补强作用，本发明优选比表面积为100~500g/m2的气相白炭黑。
作为上述方案的进一步改进，所述分散剂选自磷酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠和聚丙烯酸钠中的至少一种。
本发明以粉煤灰、沸石、浮石为主要原料组分，以莫来石纤维及白炭黑为补强添加剂，通过压制成型赋予该具有调湿功能的陶瓷墙面砖的低温快速烧成基础条件。
本发明所采取的另一个技术方案是：一种如上所述的具有调湿功能的陶瓷墙面砖的低温快速烧成方法，其包括如下工艺步骤：将按各原料配比混均压制成型并干燥的陶瓷坯体从常温快速升温，升温至720~800℃温度范围内保温5~180min，得具有调湿功能的陶瓷墙面砖。
作为上述方案的进一步改进，所述从常温快速升温是以10~20℃/min的升温速度从常温升温到720~800℃。
作为本发明中的陶瓷墙面砖的具体制备工艺，其包括如下步骤：
1）按原料配比称取各原料组分，混合均匀并球磨0.5~24h，过150目筛后进行除铁处理；
2）将步骤1）所得的料浆喷雾造粒，经压制成型后干燥，得陶瓷坯体；
3）将干燥后的陶瓷坯体从常温快速升温，升温至720~800℃温度范围内保温5~180min，得具有调湿功能的陶瓷墙面砖。
作为上述方案的进一步改进，步骤1）中所述的球磨采用湿法球磨。
作为上述方案的进一步改进，步骤2）中所述的喷雾造粒的颗粒级配为：20目以上颗粒≤1%、40%≤40目以上≤60%、100目以下颗粒≤4.5%。
作为上述方案的进一步改进，步骤2）中所述的压制成型的压力为5~30MPa。
本发明的有益效果是：
（1）本发明原料组分中选用莫来石纤维和白炭黑作为低温补强材料，再以粉煤灰、沸石和浮石三者复配作为主要原料组分，赋予了该具有调湿功能的陶瓷墙面砖的抗折强度较普通的调湿砖提高1倍、调湿功能较普通的调湿砖提升50%的基础条件。同时所选用的各原料组分价格低廉，烧成温度为720~800℃，生产周期短，生产成本只有现有普通调湿砖的1/2左右，而制备工艺与传统建筑陶瓷制备工艺类似，操作简便，工艺参数易于控制，有利于产业化推广应用。
（2）本发明的低温快速烧成方法中的烧成温度低于800℃，减少了对原料原有微孔结构的破坏，确保压制成型的陶瓷坯体具有丰富的微孔结构，从而使得成品具有吸放湿响应速度快、吸放湿容量大的优点。本发明制得的调湿陶瓷墙面砖在抗折强度达到15MPa的前提下，24h吸湿量大于350g/m2、放湿量大于200g/m2，达到了调湿性能与力学性能的完美匹配，其综合性能优于市场上同类产品。
附图说明
图1为实施例3所制得的具有调湿功能的陶瓷墙面砖的吸放湿性能曲线（吸湿环境温度为23℃、湿度为95%；放湿环境温度为23℃、湿度为35%）。
图2为实施例3所制得的具有调湿功能的陶瓷墙面砖的孔径与孔面积增量关系图。
图3为实施例3所制得的具有调湿功能的陶瓷墙面砖的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述发明内容对本发明作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。同时下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品；未详细提及的工艺步骤或制备方法为均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或制备方法。
实施例1
一种具有调湿功能的陶瓷墙面砖，其按原料重量份计包括如下原料组分：粉煤灰96份、沸石0.1份、浮石0.1份、平均直径为0.1mm的莫来石纤维10份、比表面积为500g/m2的亲水性气相白炭黑10份、磷酸钠0.5份；CMC 3份和水150份。
其中，粉煤灰的化学成分按重量百分比计为：SiO2:56%、Al2O3:20%、Fe2O3:1.5%、TiO2:0.1%、CaO:1%、MgO: 3%、K2O:1.5~3%、Na2O: 3%、烧失量:10%；沸石的化学成分按重量百分比计为：SiO2: 68%、Al2O3:12%、Fe2O3: 2%、TiO2:0.01%、CaO: 1.5%、MgO: 0.01%、K2O:3%、Na2O:1%、烧失量: 12%；浮石的化学成分按重量百分比计为：SiO2: 68%、Al2O3:11%、Fe2O3:0.8%、TiO2: 0.01%、CaO: 2%、MgO:1.5%、K2O: 2.5%、Na2O:2%、烧失量:12.5%。
制备方法：
1）按上述原料配比称取各原料组分，混合均匀并球磨2h，过150目筛后进行除铁处理；
2）将步骤1）所得的料浆喷雾造粒，使其颗粒级配为：20目以上颗粒≤1%、40%≤40目以上≤60%、100目以下颗粒≤4.5%，所得颗粒粉料经25MPa压力下压制成型后干燥，得陶瓷坯体；
3）将干燥后的陶瓷坯体以20℃/min的升温速度从常温升温至720℃，在720℃烧成，保温180min，得具有调湿功能的陶瓷墙面砖。
将实施例1所制得的具有调湿功能的陶瓷墙面砖进行性能检测，结果显示其抗折强度为14.1MPa，24h吸湿量（环境温度23℃、环境湿度95%）为365g/m2、放湿量（环境温度23℃、环境湿度35%）为213g/m2。
实施例2
一种具有调湿功能的陶瓷墙面砖，其按原料重量份计包括如下原料组分：粉煤灰0.1份、沸石96份、浮石0.1份、平均直径为0.1mm的莫来石纤维0.1份、比表面积为400g/m2的亲水性气相白炭黑10份、六偏磷酸钠3份；CMC 0.1份和水65份。
其中，粉煤灰的化学成分按重量百分比计为：SiO2:57.12%、Al2O3:22.58%、Fe2O3:1.56%、TiO2:0.45%、CaO:2.23%、MgO:2.08%、K2O:1.92%、Na2O:2.86%、烧失量:11.6%；沸石的化学成分按重量百分比计为：SiO2:66.65%、Al2O3:12.68%、Fe2O3:1.5%、TiO2:0.04%、CaO:0.8%、MgO: 0.03%、K2O:4.65%、Na2O:1.89%、烧失量: 12%；浮石的化学成分按重量百分比计为：SiO2: 65.32%、Al2O3:11.8%、Fe2O3:0.7%、TiO2: 0.03%、CaO:1.75%、MgO:2.12%、K2O:2.36%、Na2O:2.8%、烧失量:12.5%。
制备方法：
1）按上述原料配比称取各原料组分，混合均匀并球磨24h，过150目筛后进行除铁处理；
2）将步骤1）所得的料浆喷雾造粒，使其颗粒级配为：20目以上颗粒≤1%、40%≤40目以上≤60%、100目以下颗粒≤4.5%，所得颗粒粉料经5MPa压力下压制成型后干燥，得陶瓷坯体；
3）将干燥后的陶瓷坯体以10℃/min的升温速度从常温升温至780℃，在780℃烧成，保温30min，得具有调湿功能的陶瓷墙面砖。
将实施例2所制得的具有调湿功能的陶瓷墙面砖进行性能检测，结果显示其抗折强度为16.3MPa，24h吸湿量（环境温度23℃、环境湿度95%）为323g/m2、放湿量（环境温度23℃、环境湿度35%）为195g/m2。
实施例3
一种具有调湿功能的陶瓷墙面砖，其按原料重量份计包括如下原料组分：粉煤灰0.1份、沸石0.1份、浮石96份、平均直径为0.5mm的莫来石纤维1份、比表面积为250g/m2的亲水性气相白炭黑2份、三聚磷酸钠0.5份；CMC 0.5份和水150份。
其中，粉煤灰的化学成分按重量百分比计为：SiO2:58.12%、Al2O3:21.35%、Fe2O3:1.91%、TiO2:0.23%、CaO:2.24%、MgO:1.86%、K2O:1.52%、Na2O:1.92%、烧失量:10.85%；沸石的化学成分按重量百分比计为：SiO2:67.63%、Al2O3:13.41%、Fe2O3:0.9%、TiO2:0.01%、CaO:0.84%、MgO:0.01%、K2O:4.4%、Na2O:1.17%、烧失量:11.63%；浮石的化学成分按重量百分比计为：SiO2:65.57%、Al2O3:12.84%、Fe2O3:0.79%、TiO2:0.05%、CaO:1.29%、MgO:1.61%、K2O:1.96%、Na2O:2.66%、烧失量:13.23%。
制备方法：
1）按上述原料配比称取各原料组分，混合均匀并球磨24h，过150目筛后进行除铁处理；
2）将步骤1）所得的料浆喷雾造粒，使其颗粒级配为：20目以上颗粒≤1%、40%≤40目以上≤60%、100目以下颗粒≤4.5%，所得颗粒粉料经5MPa压力下压制成型后干燥，得陶瓷坯体；
3）将干燥后的陶瓷坯体以10℃/min的升温速度从常温升温至780℃，在780℃烧成，保温30min，得具有调湿功能的陶瓷墙面砖。
将实施例3所制得的具有调湿功能的陶瓷墙面砖进行性能检测，结果显示其抗折强度为15.5MPa，24h吸湿量（环境温度23℃、环境湿度95%）为421g/m2、放湿量（环境温度23℃、环境湿度35%）为259g/m2。
实施例3所得的具有调湿功能的陶瓷墙面砖的吸放湿性能曲线如附图1所示、孔径分布图如附图2所示、扫描电镜图如附图3所示。从附图2及其附图3中可以看出：制得的陶瓷墙面砖有大量的微孔存在，且这些孔的孔径的分布范围为5~50nm之间。正是由于有这些孔径范围的微孔存在，赋予了该陶瓷墙面砖优异的调节空气湿度的性能。
实施例4
一种具有调湿功能的陶瓷墙面砖，其按原料重量份计包括如下原料组分：粉煤灰30份、沸石30份、浮石40份、平均直径为0.1mm的莫来石纤维10份、比表面积为100g/m2的亲水性气相白炭黑1份、聚丙烯酸钠2份；CMC 0.1份和水100份。
其中，粉煤灰的化学成分按重量百分比计为：SiO2:58.16%、Al2O3:20.7%、Fe2O3:1.85%、TiO2:0.56%、CaO:3.32%、MgO:2.68%、K2O:1.9%、Na2O:2.54%、烧失量:11%；沸石的化学成分按重量百分比计为：SiO2:67.3%、Al2O3:13.32%、Fe2O3:1.9%、TiO2:0.05%、CaO: 1.5%、MgO: 0.01%、K2O:3.6%、Na2O:1.2%、烧失量: 12%；浮石的化学成分按重量百分比计为：SiO2:67.6%、Al2O3:12%、Fe2O3:0.72%、TiO2: 0.04%、CaO:1.46%、MgO:2.4%、K2O:2.3%、Na2O:3.86%、烧失量:13%。
制备方法：
1）按上述原料配比称取各原料组分，混合均匀并球磨5h，过150目筛后进行除铁处理；
2）将步骤1）所得的料浆喷雾造粒，使其颗粒级配为：20目以上颗粒≤1%、40%≤40目以上≤60%、100目以下颗粒≤4.5%，所得颗粒粉料经15MPa压力下压制成型后干燥，得陶瓷坯体；
3）将干燥后的陶瓷坯体以15℃/min的升温速度从常温升温至740℃，在740℃烧成，保温120min，得具有调湿功能的陶瓷墙面砖。
将实施例4所制得的具有调湿功能的陶瓷墙面砖进行性能检测，结果显示其抗折强度为14.1MPa，24h吸湿量（环境温度23℃、环境湿度95%）为341g/m2、放湿量（环境温度23℃、环境湿度35%）为208g/m2。
实施例5
一种具有调湿功能的陶瓷墙面砖，其按原料重量份计包括如下原料组分：粉煤灰30份、沸石30份、浮石40份、平均直径为0.1mm的莫来石纤维10份、比表面积为100g/m2的亲水性气相白炭黑1份、聚丙烯酸钠2份；CMC 0.1份和水100份。
其中，粉煤灰的化学成分按重量百分比计为：SiO2:58.2%、Al2O3:21.86%、Fe2O3:1.76%、TiO2:0.15%、CaO:2.78%、MgO:2.21%、K2O:2.6%、Na2O:1.9%、烧失量:11.8%；沸石的化学成分按重量百分比计为：SiO2:65.7%、Al2O3:12.1%、Fe2O3:1.74%、TiO2:0.02%、CaO:1.2%、MgO: 0.02%、K2O:3.7%、Na2O:2.4%、烧失量: 12%；浮石的化学成分按重量百分比计为：SiO2:65.2%、Al2O3:11.86%、Fe2O3:0.35%、TiO2: 0.03%、CaO:1.1%、MgO:1.84%、K2O:2.22%、Na2O:2.6%、烧失量:13%。
制备方法：
1）按上述原料配比称取各原料组分，混合均匀并球磨12h，过150目筛后进行除铁处理；
2）将步骤1）所得的料浆喷雾造粒，使其颗粒级配为：20目以上颗粒≤1%、40%≤40目以上≤60%、100目以下颗粒≤4.5%，所得颗粒粉料经15MPa压力下压制成型后干燥，得陶瓷坯体；
3）将干燥后的陶瓷坯体以20℃/min的升温速度从常温升温至720℃，在720℃烧成，保温180min，得具有调湿功能的陶瓷墙面砖。
将实施例5所制得的具有调湿功能的陶瓷墙面砖进行性能检测，结果显示其抗折强度为14.1MPa，24h吸湿量（环境温度23℃、环境湿度95%）为365g/m2、放湿量（环境温度23℃、环境湿度35%）为213g/m2。
上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的工艺及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。

Claims (5)

1.一种具有调湿功能的陶瓷墙面砖，其特征在于，按原料重量份计包括如下原料组分：
其中所述白炭黑为亲水性气相白炭黑，所述莫来石纤维的平均直径为0.1～0.5mm；
所述的具有调湿功能的陶瓷墙面砖的低温快速烧成方法：将按各原料配比混均压制成型并干燥的陶瓷坯体从常温快速升温，升温至720～800℃温度范围内保温5～180min，得具有调湿功能的陶瓷墙面砖；
所述的具有调湿功能的陶瓷墙面砖的低温快速烧成方法的具体步骤为：
1)按原料配比称取各原料组分，混合均匀并球磨0.5～2h，过150目筛后进行除铁处理；
2)将步骤1)所得的料浆喷雾造粒，经压制成型后干燥，得陶瓷坯体；
3)将干燥后的陶瓷坯体从常温快速升温至720℃，在720～800℃温度范围内保温5～180min，得具有调湿功能的陶瓷墙面砖；
并且步骤2)中所述的喷雾造粒的颗粒级配为：20目以上颗粒≤1％、40％≤40目以上颗粒≤60％、100目以下颗粒≤4.5％；压制成型的压力为5～30MPa。
2.根据权利要求1所述的一种具有调湿功能的陶瓷墙面砖，其特征在于：所述粉煤灰的化学成分按重量百分比计为：SiO2：56～58.5％、Al2O3：20～23％、Fe203：1.5～2.5％、TiO2：10～12％、CaO:1～3.5％、MgO：1.5～3％、K2O：1.5～3％、Na2O：1.5～3％、烧失量：10～12％。
3.根据权利要求1所述的一种具有调湿功能的陶瓷墙面砖，其特征在于:所述沸石的化学成分按重量百分比计为:SiO2：65～68％、Al2O3：12～13.5％、Fe203：0.5～2％、TiO2：0.01～0.05％、CaO：0.5～1.5％、MgO：0.01～0.05％、K2O：3～5％、Na2O：1～2.5％、烧失量：10～12％。
4.根据权利要求1所述的一种具有调湿功能的陶瓷墙面砖，其特征在于：所述浮石的化学成分按重量百分比计为：SiO2：65～68％、Al2O3：11～13％、Fe203：0.2～0.8％、TiO2：0.01～0.05％、CaO：1～2％、MgO：1.5～2.5％、K2O：1.5～2.5％、Na2O：2～4％、烧失量：12.5～14％。
5.根据权利要求1所述的一种具有调湿功能的陶瓷墙面砖，其特征在于：所述的具有调湿功能的陶瓷墙面砖的低温快速烧成方法中所述从常温快速升温是以10～20℃/min的升温速度从常温升温到720～800℃。
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