CN108947584A - 一种自清洁陶瓷的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自清洁陶瓷的制备方法，属于建筑材料技术领域。本发明采用用聚乳酸包裹的氧化锌具有良好的化学稳定性和紫外线吸收性能，且具有良好的导电和导热性能，光照后不发生光腐蚀、耐酸碱性好、对生物体无毒、且光催化活性高，氧化锌在光的作用下跃迁产生的电子/空穴对，与溶解氧和水发生作用，对聚乳酸包裹的氧化锌进行稀土镧掺杂改性，掺杂稀土镧后，提高氧化锌的热稳定性，降低光生载流子的复合几率，减小晶粒尺寸，提高了光催化活性和光催化效率，使得自清洁陶瓷的光催化效率提高；本发明以乙烯基双硬脂酰胺为分散剂，使得改性氧化锌得到充分的分散，能很好的发挥其光催化降解有机物的自清洁特性。

Description

一种自清洁陶瓷的制备方法
技术领域
本发明涉及一种自清洁陶瓷的制备方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
自清洁陶瓷是在陶瓷表面负载TiO2薄膜，使其具有自清洁性能，在环保领域具有广阔的应用前景。自清洁陶瓷是绿色环境材料的一种，它是在陶瓷表面涂敷TiO2薄膜，使它不仅具有原始陶瓷的功能，而且因其表面薄膜具有的光催化特性，从而表现出许多新的功能和作用，如净化空气、杀菌消毒、防污自洁等，成为新一代的绿色环境型陶瓷产品。
自清洁陶瓷具有广泛的应用前景，主要有以下几个方面：应用在医院的病房，医院的手术室和病房经常附着细菌。如果在病房和手术室的内墙和地面铺上涂有TiO2薄膜的内墙砖和地板砖，在光照和室内弱紫外灯的照射下，细菌很快就被消灭。卫生陶瓷洁具，由于洗室、卫生间等场合一般比较潮湿，容易滋生细菌，并且脏物难以清洗。因此，开发卫生洁具陶瓷是非常必要的。在光照下，就能完全杀死表面附着的细菌，分解附着物。若在弱光下，可在薄膜中掺入一些银、铜离子，提高光催化活性。这种陶瓷的持久性、耐酸和耐碱性好，是宾馆、家庭浴缸、卫生设施等抗菌除臭的理想陶瓷。外墙釉面砖，现在许多高层建筑物外面都装饰有釉面砖，但是清洗起来既危险又困难，如果这种釉面砖涂覆具有自清洁性的薄膜后，其在阳光的照耀下就可自然分解附着在上面的有机物，在风吹和雨水的冲洗作用下，可以始终保持洁净的状态。将纳米新材料与传统陶瓷材料相结合制造成新一代的绿色环境型陶瓷产品，是近几年纳米材料应用开发较为成功的高新技术之一，产业化容易，成本低。由于该陶瓷产品表面的TiO2薄膜具有优异的光催化特性，因而对人居空间环境的净化、杀菌消毒和自洁等发挥重要作用，为人类健康服务。
自清洁陶瓷问世以来，受到国内外同行的普遍关注，但时至今日，自清洁陶瓷在制备和应用方面仍然有几个问题没有得到完全的解决。第一是当TiO2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。第二是当TiO2涂覆在陶瓷表面制得自洁功能陶瓷时，由于烤制的温度较低，使得自洁功能材料与陶瓷表面的结合力不够，日常表现为耐久性较差。第三是当用TiO2做为自洁功能材料制备自清洁陶瓷时，其激发主要依赖于紫外光，而紫外光仅占太阳光中的极小一部分，在目前研究中，光催化体系均以高压汞灯、黑光灯、紫外灯等为光源，能量消耗很大，因而从经济角度看，如何在弱光下提高自洁净陶瓷光催化效率，提高可见光的利用率，缩短反应所需的时间是一个急需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对自洁功能材料与陶瓷表面的结合力不够，自洁净陶瓷光催化效率低的问题，提供了一种自清洁陶瓷的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）按质量比1∶5将聚乳酸和二氯甲烷混合均匀，得混合液，加入氧化锌粉末，超声振荡5～10min，得悬浮液，按质量比1∶7加入乳化剂，搅拌处理，并抽滤得滤渣，用无水乙醇洗涤滤渣3～5次，并置于60～80℃得烘箱中干燥至恒重，得改性氧化锌；
（2）按质量比1∶1将改性氧化锌和稀土镧粉末混合，球磨10～30min，得混合粉末，按质量比1∶4将乙烯基双硬脂酰胺和去离子水混合，超声分散并搅拌处理，得分散液，按质量比1∶2将混合粉末和分散液混合，高速剪切并超声处理，得整理剂；
（3）对陶瓷表面进行清洁，得干净陶瓷，在干净陶瓷表面涂覆聚二甲基硅氧烷，得粘接层；在粘接层上均匀涂覆整理剂，形成自清洁膜层，得前驱体，保温煅烧，冷却即得自清洁陶瓷。
步骤（1）所述的氧化锌粉末和混合液的质量比为1∶8。
步骤（1）所述的乳化剂为Tween-20和Span-20按质量比1∶1混合。
步骤（1）所述的搅拌处理为在温度为50～60℃，搅拌速度为200～400r/min下搅拌20～30min。
步骤（2）所述的超声分散并搅拌处理为超声分散5～10min，并在搅拌速度为1000～2000r/min下搅拌20～30min。
步骤（2）所述的高速剪切并超声处理为在转速为3000～5000r/min下高速剪切20～30min后，并超声分散20～30min。
步骤（3）所述的保温煅烧为在煅烧温度为500～600℃下保温10～30min。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明采用用聚乳酸包裹的氧化锌具有良好的化学稳定性和紫外线吸收性能，且具有良好的导电和导热性能，光照后不发生光腐蚀、耐酸碱性好、对生物体无毒、且光催化活性高，氧化锌在光的作用下跃迁产生的电子/空穴对，与溶解氧和水发生作用，生成的自由基可以把有机污染物彻底氧化为CO2和H2O等无机物，对聚乳酸包裹的氧化锌进行稀土镧掺杂改性，掺杂稀土镧后，提高氧化锌的热稳定性，降低光生载流子的复合几率，减小晶粒尺寸，提高了光催化活性和光催化效率，使得自清洁陶瓷的光催化效率提高；
（2）本发明以乙烯基双硬脂酰胺为分散剂，使得改性氧化锌得到充分的分散，能很好的发挥其光催化降解有机物的自清洁特性，利用聚二甲基硅氧烷其固有的变形性和疏水特性，以聚二甲基硅氧烷作为自洁功能材料与陶瓷表面的粘结剂，使得自洁功能材料与陶瓷表面之间的结合力提高，且具有良好的疏水特性。
具体实施方式
按质量比1∶5将聚乳酸和二氯甲烷混合均匀，得混合液，按质量比1∶8加入氧化锌粉末，超声振荡5～10min，得悬浮液，按质量比1∶7加入乳化剂，在温度为50～60℃，搅拌速度为200～400r/min下搅拌20～30min，并抽滤得滤渣，用无水乙醇洗涤滤渣3～5次，并置于60～80℃得烘箱中干燥至恒重，得改性氧化锌；按质量比1∶1将改性氧化锌和稀土镧粉末混合，球磨10～30min，得混合粉末，按质量比1∶4将乙烯基双硬脂酰胺和去离子水混合，超声分散5～10min，并在搅拌速度为1000～2000r/min下搅拌20～30min，得分散液，按质量比1∶2将混合粉末和分散液混合，在转速为3000～5000r/min下高速剪切20～30min后，并超声分散20～30min，得整理剂；对陶瓷表面进行清洁，得干净陶瓷，在干净陶瓷表面涂覆聚二甲基硅氧烷，得粘接层；在粘接层上均匀涂覆整理剂，形成自清洁膜层，得前驱体，在煅烧温度为500～600℃下保温10～30min，冷却即得自清洁陶瓷。
按质量比1∶5将聚乳酸和二氯甲烷混合均匀，得混合液，按质量比1∶8加入氧化锌粉末，超声振荡5min，得悬浮液，按质量比1∶7加入乳化剂，在温度为50℃，搅拌速度为200r/min下搅拌20min，并抽滤得滤渣，用无水乙醇洗涤滤渣3次，并置于60℃得烘箱中干燥至恒重，得改性氧化锌；按质量比1∶1将改性氧化锌和稀土镧粉末混合，球磨10min，得混合粉末，按质量比1∶4将乙烯基双硬脂酰胺和去离子水混合，超声分散5min，并在搅拌速度为1000r/min下搅拌20min，得分散液，按质量比1∶2将混合粉末和分散液混合，在转速为3000r/min下高速剪切20min后，并超声分散20min，得整理剂；对陶瓷表面进行清洁，得干净陶瓷，在干净陶瓷表面涂覆聚二甲基硅氧烷，得粘接层；在粘接层上均匀涂覆整理剂，形成自清洁膜层，得前驱体，在煅烧温度为500℃下保温10min，冷却即得自清洁陶瓷。
按质量比1∶5将聚乳酸和二氯甲烷混合均匀，得混合液，按质量比1∶8加入氧化锌粉末，超声振荡8min，得悬浮液，按质量比1∶7加入乳化剂，在温度为55℃，搅拌速度为300r/min下搅拌25min，并抽滤得滤渣，用无水乙醇洗涤滤渣4次，并置于70℃得烘箱中干燥至恒重，得改性氧化锌；按质量比1∶1将改性氧化锌和稀土镧粉末混合，球磨20min，得混合粉末，按质量比1∶4将乙烯基双硬脂酰胺和去离子水混合，超声分散8min，并在搅拌速度为1500r/min下搅拌25min，得分散液，按质量比1∶2将混合粉末和分散液混合，在转速为4000r/min下高速剪切25min后，并超声分散25min，得整理剂；对陶瓷表面进行清洁，得干净陶瓷，在干净陶瓷表面涂覆聚二甲基硅氧烷，得粘接层；在粘接层上均匀涂覆整理剂，形成自清洁膜层，得前驱体，在煅烧温度为550℃下保温20min，冷却即得自清洁陶瓷。
按质量比1∶5将聚乳酸和二氯甲烷混合均匀，得混合液，按质量比1∶8加入氧化锌粉末，超声振荡10min，得悬浮液，按质量比1∶7加入乳化剂，在温度为60℃，搅拌速度为400r/min下搅拌30min，并抽滤得滤渣，用无水乙醇洗涤滤渣5次，并置于80℃得烘箱中干燥至恒重，得改性氧化锌；按质量比1∶1将改性氧化锌和稀土镧粉末混合，球磨30min，得混合粉末，按质量比1∶4将乙烯基双硬脂酰胺和去离子水混合，超声分散10min，并在搅拌速度为2000r/min下搅拌30min，得分散液，按质量比1∶2将混合粉末和分散液混合，在转速为5000r/min下高速剪切30min后，并超声分散30min，得整理剂；对陶瓷表面进行清洁，得干净陶瓷，在干净陶瓷表面涂覆聚二甲基硅氧烷，得粘接层；在粘接层上均匀涂覆整理剂，形成自清洁膜层，得前驱体，在煅烧温度为600℃下保温30min，冷却即得自清洁陶瓷。
对照例：东莞某公司生产的自清洁陶瓷。
将实例及对照例制备得到的自清洁陶瓷进行检测，具体检测如下：
亲水性：测量水滴的体积和直径，根据公式计算出接触角。每次测三个水滴的接触角，求其平均值。
薄膜的附着力：采用QFS-A型涂层耐洗刷型测试仪洗刷镀膜陶瓷片。
具体测试结果如表1。
表1性能表征对比表
检测项目 实例1 实例2 实例3 对照例
接触角° 5 6 8 20
附着力 好 好 好 差
由表1可知，本发明制备的自清洁陶瓷具有良好的自清洁性能。

Claims (7)

1.一种自清洁陶瓷的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按质量比1∶5将聚乳酸和二氯甲烷混合均匀，得混合液，加入氧化锌粉末，超声振荡5～10min，得悬浮液，按质量比1∶7加入乳化剂，搅拌处理，并抽滤得滤渣，用无水乙醇洗涤滤渣3～5次，并置于60～80℃得烘箱中干燥至恒重，得改性氧化锌；
（2）按质量比1∶1将改性氧化锌和稀土镧粉末混合，球磨10～30min，得混合粉末，按质量比1∶4将乙烯基双硬脂酰胺和去离子水混合，超声分散并搅拌处理，得分散液，按质量比1∶2将混合粉末和分散液混合，高速剪切并超声处理，得整理剂；
（3）对陶瓷表面进行清洁，得干净陶瓷，在干净陶瓷表面涂覆聚二甲基硅氧烷，得粘接层；在粘接层上均匀涂覆整理剂，形成自清洁膜层，得前驱体，保温煅烧，冷却即得自清洁陶瓷。
2.根据权利要求书1所述的一种自清洁陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的氧化锌粉末和混合液的质量比为1∶8。
3.根据权利要求书1所述的一种自清洁陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的乳化剂为Tween-20和Span-20按质量比1∶1混合。
4.根据权利要求书1所述的一种自清洁陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的搅拌处理为在温度为50～60℃，搅拌速度为200～400r/min下搅拌20～30min。
5.根据权利要求书1所述的一种自清洁陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的超声分散并搅拌处理为超声分散5～10min，并在搅拌速度为1000～2000r/min下搅拌20～30min。
6.根据权利要求书1所述的一种自清洁陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的高速剪切并超声处理为在转速为3000～5000r/min下高速剪切20～30min后，并超声分散20～30min。
7.根据权利要求书1所述的一种自清洁陶瓷的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的保温煅烧为在煅烧温度为500～600℃下保温10～30min。
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