CN109320204B - 一种石墨烯改性陶瓷砖及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯改性陶瓷砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种石墨烯改性陶瓷砖及其制备方法，其中，所述石墨烯改性陶瓷砖包括坯体以及涂覆在坯体外表面的釉面，所述坯体按重量份计包括：0.3‑1份的石墨烯螯合钛离子，0.5‑2份的麦饭石以及20‑90份的高岭土。本发明通过在陶瓷砖中引入石墨烯螯合钛离子，在不影响陶瓷砖煅烧白度的情况下，可有效提升陶瓷砖的机械强度性能。

Description

一种石墨烯改性陶瓷砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷制备领域，尤其涉及一种石墨烯改性陶瓷砖及其制备方法。
背景技术
陶瓷作为我国最古老的发明之一，已经为人类的进步做出了杰出的贡献。在日常生活的方方面面都离不开陶瓷产品，在科学技术日新月异的今天，我们更应该把陶瓷技术进一步发扬光大。
石墨烯属无机非金属纳米材料，其具有优异的光学、电学、力学特性，在化工、材料学、能源、电子和环境等领域有广泛的应用前景，被称为二十一世纪的材料之王。另外，金属钛也有非常优异的机械强度性能，然而，钛矿物的加入会影响陶瓷砖的煅烧白度，使瓷器出现色斑或熔疤。因此，如何将石墨烯以及金属钛优异的机械性能引入到陶瓷砖中以提高陶瓷砖的机械性能，成为现在研究的一个技术难点。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种石墨烯改性陶瓷砖及其制备方法，旨在解决现有技术无法有效将石墨烯以及金属钛优异的机械性能引入到陶瓷砖中以提高陶瓷砖的机械性能的问题。
本发明的技术方案如下：
一种石墨烯改性陶瓷砖，其中，包括坯体以及涂覆在坯体外表面的釉面，所述坯体按重量份计包括：0.3-1份的石墨烯螯合钛离子，0.5-2份的麦饭石以及20-90份的高岭土。
所述的石墨烯改性陶瓷砖，其中，所述坯体按重量份计包括0.3-0.5份的石墨烯螯合钛离子，0.5-1份的麦饭石以及40-70份的高岭土。
所述石墨烯改性陶瓷砖的制备方法，其中，包括步骤：
将石墨烯螯合钛离子分散在水中，制得石墨烯螯合钛离子溶液；
将高岭土和麦饭石混合并进行球磨处理后加入所述石墨烯螯合钛离子溶液，搅拌均匀制得混合浆料；
将所述混合浆料按模具形状压制成型，并在800-900℃条件下烧制20-50min，制得坯体；
在所述坯体表面涂覆釉面材料，并在1150-1250℃条件下烧制90-150min，制得石墨烯改性陶瓷砖。
所述石墨烯改性陶瓷砖的制备方法，其中，所述石墨烯螯合钛离子的制备方法包括步骤：
将有机酸与钛离子混合，制得有机酸螯合钛离子；
将所述有机酸螯合钛离子与多层石墨烯加入到分散仪中振荡混合，使所述有机酸螯合钛离子分散到多层石墨烯层与层之间，制得石墨烯混合液；
向所述石墨烯混合液中加入碱液，混合使石墨烯层与层之间的有机酸螯合钛离子与碱液反应，反应后的钛离子直接与石墨烯螯合，制得石墨烯螯合钛离子。
所述石墨烯改性陶瓷砖的制备方法，其中，所述有机酸选自二乙烯三胺五乙酸、羟乙基乙二胺三乙酸和乙二胺二邻苯基乙酸中的一种或多种。
所述石墨烯改性陶瓷砖的制备方法，其中，所述多层石墨烯为层数大于3的石墨烯。
有益效果：本发明提供的石墨烯瓷砖包括坯体以及涂覆在坯体外表面的釉面，所述坯体按重量份计包括：0.3-1份的石墨烯螯合钛离子，0.5-2份的麦饭石以及20-90份的高岭土。本发明通过在陶瓷砖中引入石墨烯螯合钛离子，在不影响陶瓷砖煅烧白度的情况下，可有效提升陶瓷砖的机械强度性能；通过在陶瓷砖中引入麦饭石，有利于用户健康。
附图说明
图1为本发明一种石墨烯改性陶瓷砖的制备方法较佳实施例的流程图。
图2为本发明制备的石墨烯改性陶瓷砖的机械强度性能测试示意图。
具体实施方式
本发明提供一种石墨烯改性陶瓷砖及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种石墨烯改性陶瓷砖，其中，包括坯体以及涂覆在坯体外表面的釉面，所述坯体按重量份计包括：0.3-1份的石墨烯螯合钛离子，0.5-2份的麦饭石以及20-90份的高岭土。
由于石墨烯和金属钛均具有优异的机械强度性能，本发明以石墨烯螯合钛离子的形式将石墨烯和金属钛同时引入到陶瓷砖中，在不影响陶瓷砖煅烧白度的情况下，可有效提升陶瓷砖的机械强度性能。由于本发明提供的陶瓷砖具有优异的机械强度性能，因此在满足用户要求的情况下，可以把陶瓷砖做的更薄，既可节省原料费用，同时还可以大大降低瓷砖从产地运输到用户所在地的运输成本。同时生产厂家的高温炉在容量不变的情况下，可以同时烧制面积更大的瓷砖产品，这既符合国家节能降耗的号召，又可以提高企业的生产效率，从而创造更多利润。
进一步地，由于麦饭石困可以缓慢释放负离子，而负离子对用户的健康具有非常重要的作用。本发明通过在陶瓷砖中引入麦饭石，有利于用户健康。
在一种优选的实施方式中，所述的石墨烯改性陶瓷砖，其中，包括坯体以及涂覆在坯体外表面的釉面，所述坯体按重量份计包括0.3-0.5份的石墨烯螯合钛离子，0.5-1份的麦饭石以及40-70份的高岭土。
进一步地，本发明还提供一种石墨烯改性陶瓷砖的制备方法，其中，如图1所示，包括步骤：
S10、将石墨烯螯合钛离子分散在水中，制得石墨烯螯合钛离子溶液；
S20、将高岭土和麦饭石混合并进行球磨处理后加入所述石墨烯螯合钛离子溶液，搅拌均匀制得混合浆料；
S30、将所述混合浆料按模具形状压制成型，并在800-900℃条件下烧制20-50min，制得坯体；
S40、在所述坯体表面涂覆釉面材料，并在1150-1250℃条件下烧制90-150min，制得石墨烯改性陶瓷砖。
在本实施例中，由于所述钛离子是螯合在石墨烯层与层之间的，因此当将所述石墨烯螯合钛离子溶液与高岭土和麦饭石混合制备混合浆料的过程中，所述石墨烯螯合钛离子可均匀分散在混合浆料中，不会出现局部钛含量过高的问题，因此在制备陶瓷砖的过程中不会出现色斑或熔疤现象。
因此，本发明通过在陶瓷砖中引入石墨烯螯合钛离子，在不影响陶瓷砖煅烧白度的情况下，可有效提升陶瓷砖的机械强度性能；通过在陶瓷砖中引入麦饭石，有利于用户健康。
在一种优选的实施方式中，所述石墨烯螯合钛离子的制备方法包括步骤：
将有机酸与钛离子混合，制得有机酸螯合钛离子；
将所述有机酸螯合钛离子与多层石墨烯加入到分散仪中振荡混合，使所述有机酸螯合钛离子分散到多层石墨烯层与层之间，制得石墨烯混合液；
向所述石墨烯混合液中加入碱液，混合使石墨烯层与层之间的有机酸螯合钛离子与碱液反应，反应后的钛离子直接与石墨烯螯合，制得石墨烯螯合钛离子。
在本实施例中，所述钛离子首先与有机酸螯合制得有机酸螯合钛离子，然后将有机酸螯合钛离子分散到多层石墨烯的层与层之间，制得石墨烯混合液，通过向石墨烯混合液中加入碱液，使石墨烯层与层之间的有机酸螯合钛离子与碱液反应，反应后的钛离子直接与石墨烯螯合，制得石墨烯螯合钛离子。
优选的，所述有机酸选自二乙烯三胺五乙酸、羟乙基乙二胺三乙酸和乙二胺二邻苯基乙酸中的一种或多种。
优选的，为便于所述有机酸螯合钛离子分散到多层石墨烯层与层之间，所述多层石墨烯为层数大于3的石墨烯。
下面通过具体实施例对本发明一种石墨烯改性陶瓷砖及其制备方法做进一步的解释说明：
实施例1
1、一种石墨烯改性陶瓷砖，其特征在于，包括坯体以及涂覆在坯体外表面的釉面，所述坯体按重量份计包括：0.4份的石墨烯螯合钛离子，0.5份的麦饭石以及30份的高岭土。
2、一种如实施例1所示石墨烯改性陶瓷砖的制备方法，其中，包括步骤：
1）、石墨烯螯合钛离子的制备：将二乙烯三胺五乙酸与钛离子混合，制得二乙烯三胺五乙酸螯合钛离子；将所述二乙烯三胺五乙酸螯合钛离子与多层石墨烯加入到分散仪中振荡混合，使所述二乙烯三胺五乙酸螯合钛离子分散到多层石墨烯层与层之间，制得石墨烯混合液；向所述石墨烯混合液中加入碱液，混合使石墨烯层与层之间的二乙烯三胺五乙酸螯合钛离子与碱液反应，反应后的钛离子直接与石墨烯螯合，制得石墨烯螯合钛离子；
2）、石墨烯改性陶瓷砖的制备：将石墨烯螯合钛离子分散在水中，制得石墨烯螯合钛离子溶液；将高岭土和麦饭石混合并进行球磨处理后加入所述石墨烯螯合钛离子溶液，搅拌均匀制得混合浆料；将所述混合浆料按模具形状压制成型，并在850℃条件下烧制25min，制得坯体；在所述坯体表面涂覆釉面材料，并在1200℃条件下烧制100min，制得石墨烯改性陶瓷砖。
3、石墨烯改性陶瓷砖的机械强度测试：
如图2所示，采用三点弯曲法测得实施例1所述石墨烯改性陶瓷砖的抗弯强度为 1070MPa，断裂韧性为9.88MPa*
Figure 502102DEST_PATH_IMAGE001
,力学性能提升50%。在一样的加工产生条件下，生产 0.5mm的陶瓷砖，石墨烯改性陶瓷砖的废品率要降低35%。
实施例2
1、一种石墨烯改性陶瓷砖，其特征在于，包括坯体以及涂覆在坯体外表面的釉面，所述坯体按重量份计包括：0.7份的石墨烯螯合钛离子，1份的麦饭石以及65份的高岭土。
2、一种如实施例2所示石墨烯改性陶瓷砖的制备方法，其中，包括步骤：
1）、石墨烯螯合钛离子的制备：将羟乙基乙二胺三乙酸与钛离子混合，制得羟乙基乙二胺三乙酸螯合钛离子；将所述羟乙基乙二胺三乙酸螯合钛离子与多层石墨烯加入到分散仪中振荡混合，使所述羟乙基乙二胺三乙酸螯合钛离子分散到多层石墨烯层与层之间，制得石墨烯混合液；向所述石墨烯混合液中加入碱液，混合使石墨烯层与层之间的羟乙基乙二胺三乙酸螯合钛离子与碱液反应，反应后的钛离子直接与石墨烯螯合，制得石墨烯螯合钛离子；
2）、石墨烯改性陶瓷砖的制备：将石墨烯螯合钛离子分散在水中，制得石墨烯螯合钛离子溶液；将高岭土和麦饭石混合并进行球磨处理后加入所述石墨烯螯合钛离子溶液，搅拌均匀制得混合浆料；将所述混合浆料按模具形状压制成型，并在850℃条件下烧制40min，制得坯体；在所述坯体表面涂覆釉面材料，并在1150℃条件下烧制120min，制得石墨烯改性陶瓷砖。
3、石墨烯改性陶瓷砖的机械强度测试：
采用三点弯曲法测得实施例2所述石墨烯改性陶瓷砖的抗弯强度为1100MPa，断裂 韧性为10.23MPa*
Figure 825767DEST_PATH_IMAGE002
,力学性能提升55%。在一样的加工产生条件下，生产0.5mm的陶瓷砖， 石墨烯改性陶瓷砖的废品率要降低38%。
实施例3
1、一种石墨烯改性陶瓷砖，其特征在于，包括坯体以及涂覆在坯体外表面的釉面，所述坯体按重量份计包括：1份的石墨烯螯合钛离子，2份的麦饭石以及85份的高岭土。
2、一种如实施例3所示石墨烯改性陶瓷砖的制备方法，其中，包括步骤：
1）、石墨烯螯合钛离子的制备：将乙二胺二邻苯基乙酸与钛离子混合，制得乙二胺二邻苯基乙酸螯合钛离子；将所述乙二胺二邻苯基乙酸螯合钛离子与多层石墨烯加入到分散仪中振荡混合，使所述乙二胺二邻苯基乙酸螯合钛离子分散到多层石墨烯层与层之间，制得石墨烯混合液；向所述石墨烯混合液中加入碱液，混合使石墨烯层与层之间的乙二胺二邻苯基乙酸螯合钛离子与碱液反应，反应后的钛离子直接与石墨烯螯合，制得石墨烯螯合钛离子；
2）、石墨烯改性陶瓷砖的制备：将石墨烯螯合钛离子分散在水中，制得石墨烯螯合钛离子溶液；将高岭土和麦饭石混合并进行球磨处理后加入所述石墨烯螯合钛离子溶液，搅拌均匀制得混合浆料；将所述混合浆料按模具形状压制成型，并在900℃条件下烧制50min，制得坯体；在所述坯体表面涂覆釉面材料，并在1250℃条件下烧制1400min，制得石墨烯改性陶瓷砖。
3、石墨烯改性陶瓷砖的机械强度测试：
采用三点弯曲法测得实施例3所述石墨烯改性陶瓷砖的抗弯强度为1150MPa，断裂 韧性为9.74MPa*
Figure 41723DEST_PATH_IMAGE002
,力学性能提升52%。在一样的加工产生条件下，生产0.5mm的陶瓷砖， 石墨烯改性陶瓷砖的废品率要降低36%。
综上所述，本发明通过在陶瓷砖中引入石墨烯螯合钛离子，在不影响陶瓷砖煅烧白度的情况下，可有效提升陶瓷砖的机械强度性能；通过在陶瓷砖中引入麦饭石，有利于用户健康。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种石墨烯改性陶瓷砖，其特征在于，包括坯体以及涂覆在坯体外表面的釉面，所述坯体按重量百分比计包括：0.3-1份的石墨烯螯合钛离子，0.5-2份的麦饭石以及20-90份的高岭土，其中，所述石墨烯螯合钛离子的制备方法包括步骤：将有机酸与钛离子混合，制得有机酸螯合钛离子，所述有机酸选自二乙烯三胺五乙酸、羟乙基乙二胺三乙酸和乙二胺二邻苯基乙酸中的一种或多种；将所述有机酸螯合钛离子与多层石墨烯加入到分散仪中振荡混合，使所述有机酸螯合钛离子分散到多层石墨烯层与层之间，制得石墨烯混合液；向所述石墨烯混合液中加入碱液，混合使石墨烯层与层之间的有机酸螯合钛离子与碱液反应，反应后的钛离子直接与石墨烯螯合，制得石墨烯螯合钛离子。
2.根据权利要求1所述的石墨烯改性陶瓷砖，其特征在于，所述坯体按重量百分比计包括0.3-0.5份的石墨烯螯合钛离子，0.5-1份的麦饭石以及40-70份的高岭土。
3.一种如权利要求1-2任一所述石墨烯改性陶瓷砖的制备方法，其特征在于，包括步骤：
将石墨烯螯合钛离子分散在水中，制得石墨烯螯合钛离子溶液；
将高岭土和麦饭石混合并进行球磨处理后加入所述石墨烯螯合钛离子溶液，搅拌均匀制得混合浆料；
将所述混合浆料按模具形状压制成型，并在800-900℃条件下烧制20-50min，制得坯体；
在所述坯体表面涂覆釉面材料，并在1150-1250℃条件下烧制90-150min，制得石墨烯改性陶瓷砖；
所述石墨烯螯合钛离子的制备方法包括步骤：
将有机酸与钛离子混合，制得有机酸螯合钛离子，所述有机酸选自二乙烯三胺五乙酸、羟乙基乙二胺三乙酸和乙二胺二邻苯基乙酸中的一种或多种；
将所述有机酸螯合钛离子与多层石墨烯加入到分散仪中振荡混合，使所述有机酸螯合钛离子分散到多层石墨烯层与层之间，制得石墨烯混合液；
向所述石墨烯混合液中加入碱液，混合使石墨烯层与层之间的有机酸螯合钛离子与碱液反应，反应后的钛离子直接与石墨烯螯合，制得石墨烯螯合钛离子。
4.根据权利要求3所述石墨烯改性陶瓷砖的制备方法，其特征在于，所述多层石墨烯为层数大于3的石墨烯。
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