CN108569889A - 一种耐高温抗菌陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于日用陶瓷的制备领域，具体涉及一种耐高温抗菌陶瓷及其制备方法。该耐高温抗菌陶瓷包括以下重量份的原料：二氧化钛和纳米银负载的埃洛石10‑20份、高岭土30‑40份、KH791硅烷偶联剂5‑8份、钾长石10‑15、钠长石20‑30份、二氧化硅5‑10份、氧化铝8‑10份、氧化锂5‑10份、纳米氮化钛1‑5份、魔芋葡甘聚糖精粉10‑15份和白釉球30‑40份。本发明制得的陶瓷具有抗热稳定性佳、抗菌性能突出、使用寿命长等优点。
Description
技术领域
本发明属于日用陶瓷的制备领域，具体涉及一种耐高温抗菌陶瓷及其制备方法。
背景技术
日用陶瓷是指人们日常生活中所使用的生活用瓷，包括餐具、茶具、咖啡具、酒具、饭具等。日用陶瓷由于具有以下优点而广受人们喜爱：1)易于洗涤和保持洁净；2)热稳定性较好，传热慢；用来盛装沸水或滚烫的食物，端拿时不太烫手。3)化学性质稳定，经久耐用；4)瓷器的气孔极少，吸水率很低；用日用瓷器储存食物，严密封口后，能防止食物中水分挥发、渗透及外界细菌的侵害；5)彩绘装饰丰富多彩，尤其是高温釉彩及青花装饰等无铅中毒危害，可大胆使用，很受人们欢迎。
在制备日用陶瓷过程中，为了使陶瓷产品烧制出来后减少釉面针孔、增加釉面光泽度，或在高温烧制过程中降低釉的高温粘度，增加釉的高温流动性，会在釉料中加入大量熔剂，因而导致釉的热膨胀系数过大，最终造成日用陶瓷热稳定性变差，抗热震性差。
随着人们生活水平的提高，对于日用陶瓷的功能性也要求越来越高，具有抗菌功能的陶瓷制品，能够有效避免各种传染疾病对人类的侵害，特别是公共场所的卫生预防，深受人们喜爱。抗菌陶瓷制品一般是在生产过程中，加入无机抗菌剂，从而使陶瓷表面具有抗菌作用。
申请号201610235924.9公开了一种抗菌日用陶瓷，其是将纳米银和氧化钛混合制得抗菌剂，最后与白釉球等配成浆液，施釉于素坯上。
现有技术中还有直接将纳米二氧化钛加水制成浆料，涂在陶瓷砖表面，经高温煅烧得到具有杀菌性能的纳米二氧化钛薄膜产品。但是经多次使用后，无机抗菌剂容易脱落和流失，抗菌持效期短。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种耐高温抗菌陶瓷及其制备方法，按本发明配方及工艺制备的陶瓷具有抗热震性佳、抗菌性能突出、使用寿命长等优点。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种耐高温抗菌陶瓷，包括以下重量份的原料：二氧化钛和纳米银负载的埃洛石10-20份、高岭土30-40份、KH791硅烷偶联剂5-8份、钾长石10-15、钠长石20-30份、二氧化硅5-10份、氧化铝8-10份、氧化锂5-10份、纳米氮化钛1-5份、魔芋葡甘聚糖精粉10-15份和白釉球30-40份。
优选的，所述的耐高温抗菌陶瓷，包括以下重量份的原料：二氧化钛和纳米银负载的埃洛石15份、高岭土35份、KH791硅烷偶联剂7份、钾长石12、钠长石25份、二氧化硅8份、氧化铝9份、氧化锂6份、纳米氮化钛3份、魔芋葡甘聚糖精粉12份和白釉球35份。
优选的，所述的二氧化钛和纳米银负载的埃洛石的制备方法为：
1)采用溶胶-凝胶法，在室温条件下，以钛酸丁酯为原料，无水乙醇为溶剂，浓硝酸为抑制剂，通过钛酸丁酯的水解反应在埃洛石上负载纳米二氧化钛，制得二氧化钛负载的埃洛石；
2)将二氧化钛负载的埃洛石分散到乙醇中，加入新制备的纳米银粒子，在600rpm-800rpm转速下搅拌24-36h，即得二氧化钛和纳米银负载的埃洛石。
优选的，在二氧化钛和纳米银负载的埃洛石制备中，钛酸丁酯、纳米银粒子和埃洛石的重量比为1:1:1。
本发明对纳米银粒子的制备方法不作限制，其制备方法可以为：常温下将丁二酸二辛酯磺酸钠于十二烷中配成溶液，取等量的该溶液两份在磁力搅拌器上高速搅拌，分别滴加等体积的AgNO3溶液和水合肼溶液，继续搅拌30min分别得含有AgNO3的透明微乳液A和含有水合肼的透明微乳液B，备用；将微乳液B滴加到微乳液A中，搅拌30min，用透射电镜专用的覆有碳膜的铜网捞取上述反应制备的胶体溶液中的纳米银粒子，然后将铜网置于室温下的真空环境中干燥30min，得纳米银粒子。
一种制备如上所述的耐高温抗菌陶瓷的方法，包括以下步骤：
1)将高岭土加入球磨机中，加入KH791硅烷偶联剂，在转速为300-400rpm下球磨1-2h；然后加入钾长石、钠长石、二氧化硅、氧化铝、氧化锂和纳米氮化钛，并且滴加物料总重量5-15％的无水乙醇，在转速为300-400rpm下球磨12-24h，得混合泥；将混合泥在室温陈腐10-15天，经成型工艺制成坯体；坯体经烧制、打磨抛光即得素坯；
2)将白釉球、二氧化钛和纳米银负载的埃洛石以及魔芋葡甘聚糖精粉，加到球磨机中进行湿法球磨，加入物料总重量40-50％的去离子水，将球磨后的釉浆过200目-300目筛，得到细釉浆，将细釉浆施釉于步骤1)制备的素坯上，在1000-1050℃下烧结4-5h，打磨抛光即得耐高温抗菌陶瓷产品。
优选的，步骤1)中所述的烧制为在300-400℃烧制4-6h，冷却后再在950-1000℃烧制7-8h。
本发明的有益效果在于：
1)埃洛石是一种黏土矿，具有特殊的纳米中空管状结构以及具有较大的长径比，生物相容性良好，将其作为二氧化钛和纳米银粒子的载体，可以起到很好的缓释作用，使抗菌陶瓷的抗菌性能更持久；
2)魔芋葡甘聚糖精粉，又称KGM，是一种天然的高分子可溶性膳食纤维，具有天然的抗菌性。魔芋葡甘聚糖具有粘度高、成膜性好、稳定性好等优点。将魔芋葡甘聚糖精粉和白釉球、二氧化钛和纳米银负载的埃洛石一起配制成浆料，施于素坯上，魔芋葡甘聚糖的高粘性有助于抗菌成分良好附着于素坯上；成膜性则有助于防止抗菌成分的流失和脱落。
3)KH791是N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，烷基链长，末端有两个极性氨基，其长链烷基可以使高岭土形成物理交联，末端两个极性氨基可增强与其他原料等物质的分子间相互作用，从而使素坯机械性能增强；
4)埃洛石的纳米中空管状结构以及魔芋葡甘聚糖在陶瓷材料中的加入，有助于提高陶瓷材料的抗热震性。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1：一种耐高温抗菌陶瓷，包括以下重量份的原料：二氧化钛和纳米银负载的埃洛石10份、高岭土40份、KH791硅烷偶联剂5份、钾长石15、钠长石20份、二氧化硅10份、氧化铝8份、氧化锂10份、纳米氮化钛1份、魔芋葡甘聚糖精粉15份和白釉球30份。
其中，所述的二氧化钛和纳米银负载的埃洛石的制备方法为：
1)采用溶胶-凝胶法，在室温条件下，以钛酸丁酯为原料，无水乙醇为溶剂，浓硝酸为抑制剂，通过钛酸丁酯的水解反应在埃洛石上负载纳米二氧化钛，制得二氧化钛负载的埃洛石；
2)将二氧化钛负载的埃洛石分散到乙醇中，加入新制备的纳米银粒子，在600rpm转速下搅拌36h，即得二氧化钛和纳米银负载的埃洛石。
其中，在二氧化钛和纳米银负载的埃洛石制备中，钛酸丁酯、纳米银粒子和埃洛石的重量比为1:1:1。
一种制备如上所述的耐高温抗菌陶瓷的方法，包括以下步骤：
1)将高岭土加入球磨机中，加入KH791硅烷偶联剂，在转速为300rpm下球磨2h；然后加入钾长石、钠长石、二氧化硅、氧化铝、氧化锂和纳米氮化钛，并且滴加物料总重量5％的无水乙醇，在转速为400rpm下球磨12h，得混合泥；将混合泥在室温陈腐10天，经成型工艺制成坯体；坯体经烧制、打磨抛光即得素坯；所述的烧制为在400℃烧制4h，冷却后再在1000℃烧制7h；
2)将白釉球、二氧化钛和纳米银负载的埃洛石以及魔芋葡甘聚糖精粉，加到球磨机中进行湿法球磨，加入物料总重量40％的去离子水，将球磨后的釉浆过300目筛，得到细釉浆，将细釉浆施釉于步骤1)制备的素坯上，在1000℃下烧结5h，打磨抛光即得耐高温抗菌陶瓷产品。
实施例2：一种耐高温抗菌陶瓷，包括以下重量份的原料：二氧化钛和纳米银负载的埃洛石15份、高岭土35份、KH791硅烷偶联剂7份、钾长石12、钠长石25份、二氧化硅8份、氧化铝9份、氧化锂6份、纳米氮化钛3份、魔芋葡甘聚糖精粉12份和白釉球35份。
其中，所述的二氧化钛和纳米银负载的埃洛石的制备方法为：
1)采用溶胶-凝胶法，在室温条件下，以钛酸丁酯为原料，无水乙醇为溶剂，浓硝酸为抑制剂，通过钛酸丁酯的水解反应在埃洛石上负载纳米二氧化钛，制得二氧化钛负载的埃洛石；
2)将二氧化钛负载的埃洛石分散到乙醇中，加入新制备的纳米银粒子，在700rpm转速下搅拌30h，即得二氧化钛和纳米银负载的埃洛石。
其中，在二氧化钛和纳米银负载的埃洛石制备中，钛酸丁酯、纳米银粒子和埃洛石的重量比为1:1:1。
一种制备如上所述的耐高温抗菌陶瓷的方法，包括以下步骤：
1)将高岭土加入球磨机中，加入KH791硅烷偶联剂，在转速为300rpm下球磨1h；然后加入钾长石、钠长石、二氧化硅、氧化铝、氧化锂和纳米氮化钛，并且滴加物料总重量10％的无水乙醇，在转速为300rpm下球磨24h，得混合泥；将混合泥在室温陈腐10天，经成型工艺制成坯体；坯体经烧制、打磨抛光即得素坯；所述的烧制为在400℃烧制4h，冷却后再在950℃烧制8h；
2)将白釉球、二氧化钛和纳米银负载的埃洛石以及魔芋葡甘聚糖精粉，加到球磨机中进行湿法球磨，加入物料总重量50％的去离子水，将球磨后的釉浆过200目筛，得到细釉浆，将细釉浆施釉于步骤1)制备的素坯上，在1000℃下烧结4h，打磨抛光即得耐高温抗菌陶瓷产品。
实施例3：一种耐高温抗菌陶瓷，包括以下重量份的原料：二氧化钛和纳米银负载的埃洛石20份、高岭土30份、KH791硅烷偶联剂8份、钾长石10、钠长石30份、二氧化硅5份、氧化铝10份、氧化锂5份、纳米氮化钛5份、魔芋葡甘聚糖精粉10份和白釉球40份。
其中，所述的二氧化钛和纳米银负载的埃洛石的制备方法为：
1)采用溶胶-凝胶法，在室温条件下，以钛酸丁酯为原料，无水乙醇为溶剂，浓硝酸为抑制剂，通过钛酸丁酯的水解反应在埃洛石上负载纳米二氧化钛，制得二氧化钛负载的埃洛石；
2)将二氧化钛负载的埃洛石分散到乙醇中，加入新制备的纳米银粒子，在800rpm转速下搅拌24h，即得二氧化钛和纳米银负载的埃洛石。
其中，在二氧化钛和纳米银负载的埃洛石制备中，钛酸丁酯、纳米银粒子和埃洛石的重量比为1:1:1。
一种制备如上所述的耐高温抗菌陶瓷的方法，包括以下步骤：
1)将高岭土加入球磨机中，加入KH791硅烷偶联剂，在转速为400rpm下球磨1h；然后加入钾长石、钠长石、二氧化硅、氧化铝、氧化锂和纳米氮化钛，并且滴加物料总重量15％的无水乙醇，在转速为300rpm下球磨24h，得混合泥；将混合泥在室温陈腐10天，经成型工艺制成坯体；坯体经烧制、打磨抛光即得素坯；所述的烧制为在400℃烧制4h，冷却后再在1000℃烧制7h；
2)将白釉球、二氧化钛和纳米银负载的埃洛石以及魔芋葡甘聚糖精粉，加到球磨机中进行湿法球磨，加入物料总重量50％的去离子水，将球磨后的釉浆过200目筛，得到细釉浆，将细釉浆施釉于步骤1)制备的素坯上，在1000℃下烧结4.5h，打磨抛光即得耐高温抗菌陶瓷产品。
对比例1：一种耐高温抗菌陶瓷，其与实施例2的不同之处在于：未加魔芋葡甘聚糖精粉。一种制备如上所述的耐高温抗菌陶瓷的方法，其与实施例2的不同之处在于：步骤2)未加魔芋葡甘聚糖精粉。
对实施例1-3以及对比例1的陶瓷产品进行抗热震性、抗冲击强度、抗菌性等进行测试，结果如表1所示。
抗热震性是表明陶瓷产品抵抗外界温度急剧变化时而不出现裂纹或无破损能力的特征性指标，是重要的使用性能指标。根据GB T 3298-2008对本发明日用陶瓷产品的抗热震性进行测试，本标准为一次冷热循环后观察是否有裂纹、破损等缺陷，静置24h后复查。按照该标准的测试方法，将试样在加热炉中加热至230℃，然后投入20±2℃的水槽中，观察是否有裂纹、破损等缺陷；进行3次该冷热循环，得出结果。
并对陶瓷产品在太阳光下1小时的杀菌效率进行了检测，以及连续使用了6个月后在太阳光下1小时的杀菌效率。
表1
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做任何简单的修改、均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种耐高温抗菌陶瓷，其特征在于，包括以下重量份的原料：二氧化钛和纳米银负载的埃洛石10-20份、高岭土30-40份、KH791硅烷偶联剂5-8份、钾长石10-15、钠长石20-30份、二氧化硅5-10份、氧化铝8-10份、氧化锂5-10份、纳米氮化钛1-5份、魔芋葡甘聚糖精粉10-15份和白釉球30-40份。
2.根据权利要求1所述的耐高温抗菌陶瓷，其特征在于，包括以下重量份的原料：二氧化钛和纳米银负载的埃洛石15份、高岭土35份、KH791硅烷偶联剂7份、钾长石12、钠长石25份、二氧化硅8份、氧化铝9份、氧化锂6份、纳米氮化钛3份、魔芋葡甘聚糖精粉12份和白釉球35份。
3.根据权利要求1或2所述的耐高温抗菌陶瓷，其特征在于，所述的二氧化钛和纳米银负载的埃洛石的制备方法为：
1）采用溶胶-凝胶法，在室温条件下，以钛酸丁酯为原料，无水乙醇为溶剂，浓硝酸为抑制剂，通过钛酸丁酯的水解反应在埃洛石上负载纳米二氧化钛，制得二氧化钛负载的埃洛石；
2）将二氧化钛负载的埃洛石分散到乙醇中，加入新制备的纳米银粒子，在600rpm-800rpm转速下搅拌24-36h，即得二氧化钛和纳米银负载的埃洛石。
4.根据权利要求3所述的耐高温抗菌陶瓷，其特征在于，在二氧化钛和纳米银负载的埃洛石制备中，钛酸丁酯、纳米银粒子和埃洛石的重量比为1:1:1。
5.一种制备如权利要求1或2所述的耐高温抗菌陶瓷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将高岭土加入球磨机中，加入KH791硅烷偶联剂，在转速为300-400rpm下球磨1-2h；然后加入钾长石、钠长石、二氧化硅、氧化铝、氧化锂和纳米氮化钛，并且滴加物料总重量5-15%的无水乙醇，在转速为300-400rpm下球磨12-24h，得混合泥；将混合泥在室温陈腐10-15天，经成型工艺制成坯体；坯体经烧制、打磨抛光即得素坯；
2）将白釉球、二氧化钛和纳米银负载的埃洛石以及魔芋葡甘聚糖精粉，加到球磨机中进行湿法球磨，加入物料总重量40-50%的去离子水，将球磨后的釉浆过200目-300目筛，得到细釉浆，将细釉浆施釉于步骤1）制备的素坯上，在1000-1050℃下烧结4-5h，打磨抛光即得耐高温抗菌陶瓷产品。
6.根据权利要求5所述的制备耐高温抗菌陶瓷的方法，其特征在于：步骤1）中所述的烧制为在300-400℃烧制4-6h，冷却后再在950-1000℃烧制7-8h。
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