CN109574630A - 一种耐候性好的陶瓷及其制备方法 - Google Patents

一种耐候性好的陶瓷及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐候性好的陶瓷及其制备方法，包括以下步骤：（1）、制备陶瓷用料；（2）、将陶瓷用料制成坯体；（3）、烧结；本申请方法制备的陶瓷具有更好的耐腐蚀及耐老化效果，陶瓷的强度及耐磨性也更好。

Description

一种耐候性好的陶瓷及其制备方法
技术领域
本申请属于新型建筑材料领域，具体涉及一种耐候性好的陶瓷及其制备方法。
背景技术
陶瓷是以天然粘土以及各种天然矿物为主要原料经过粉碎混炼、成型和煅烧制得的材料的各种制品。以前人们把用陶土制作成的在专门的窑炉中高温烧制的物品称作陶瓷，陶瓷是陶器和瓷器的总称。陶瓷的传统概念是指所有以粘土等无机非金属矿物为原料的人工工业产品。它包括由粘土或含有粘土的混合物经混炼，成形，煅烧而制成的各种制品。
陶瓷可以用于建筑外墙，提升建筑的美观程度，但是，陶瓷在使用过程中容易被雨水等腐蚀，造成表面被氧化或者污物渗透至陶瓷内部，造成陶瓷表面出现发黄、或者出现其他杂色，影响陶瓷的观感，而且，由于污物渗透至陶瓷内部，也会加速陶瓷老化，造成陶瓷使用后出现强度下降、开裂等现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐候性好的陶瓷，通过对陶瓷原料及制备方法进行调整，使得陶瓷具有更好的耐腐蚀性，避免陶瓷出现变色、开裂等现象。
本申请通过以下技术方案实现：
一种耐候性好的陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
（1）、将石英石、云母粉进行研磨，过180目筛，与改性粉煤灰、膨润土混合，继续粉碎，过200目筛；
（2）、将步骤（1）得到的混合物与硅藻土、玻璃纤维、纳米氧化锌混合，球磨，过200目筛，得到陶瓷用料；
（3）、将步骤（2）得到的陶瓷用料与混合液按重量比10-12:1的比例混合，使用分散机进行分散，然后压制成型，阴干，得到坯体；所述混合液为聚乙烯醇与水按重量比1:10-12混合制成；
（4）、将坯体在80-90℃、含水率85-90%的条件下保温处理24-72h，使得坯体各处充分浸润，使各处的性能稳定，然后以20-25℃/min升温至550-620℃，保温30-45s，以15-20℃/min升温至1340-1450℃，保温60-70min，自然降温至550-580℃，保温10-12min，然后降至常温，得到耐候性好的陶瓷；
所述改性粉煤灰使用以下方法制备：
（1）、将粉煤灰破碎，使用酸碱缓冲液浸泡20-30min，浸泡过程中不断搅拌，然后使用清水冲洗、烘干；
（2）、将步骤（1）处理好的粉煤灰在330-340℃下处理20-30min；
（3）、将步骤（2）处理好的粉煤灰与白炭黑、聚氨酯、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠按重量比20:3:2:0.5的比例混合，使用分散机分散处理10-15min，然后在160℃下保温处理5-8min，降至室温，得到混合物；
（4）、将步骤（3）得到的混合物进行研磨，过160目筛，得到改性粉煤灰。
按重量计各原料的比例如下：膨润土150-160份、石英石22-30份、云母粉15-20份、改性粉煤灰35-40份、硅藻土12-15份、玻璃纤维35-40份、纳米氧化锌1-2份。
本申请中加入的石英石为另外加入的石英，不包括膨润土等土质中可能存在的石英。
所述纳米氧化锌使用以下方法改性处理：
（1）、将膨胀石墨与体积分数60%的乙醇溶液、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠按重量比1:10：0.2混合，搅拌，使用超声波处理30min，得到膨胀石墨分散液；
（2）、向步骤（1）处理好的膨胀石墨分散液中加入膨胀石墨重量0.2倍的沸石粉，超声波处理25-30min，得到载体；
（3）、向步骤（2）得到的载体中加入膨胀石墨重量5-8倍的纳米氧化锌，搅拌20min，超声处理30min，静置，在55-60℃下烘干；
（4）、将步骤（3）得到的产物与二氧化硅气凝胶、硅烷偶联剂按重量比15:2:0.5混合，研磨，过200目筛，得到改性后的纳米氧化锌。所述硅烷偶联剂为KH550。
所述酸碱缓冲液为碳酸—碳酸氢钠溶液，pH为9-11。
在步骤（3）烘干过程中使用干燥的氮气气流进行烘干。
一种所述的耐候性好的陶瓷的制备方法制备的外墙陶瓷。
本申请的有益效果：本申请的耐候性好的陶瓷使用膨润土、云母粉、石英石、改性粉煤灰等作为主要成分制成，成分环保安全，对环境没有副作用，使用过程中也不会产生污染物，在原料中使用膨润土、高岭土等成分，可以与其他原料有更好的分散性和粘结的强度，提升陶瓷制备过程中的成品率和产品的强度、耐磨性；原料经过改性处理，使得原料的分散更好，制备的陶瓷原料各处性能均匀，膨润土、硅藻土具有良好的吸附作用，云母不仅具有良好的吸附效果，其片层装结构与膨润土、硅藻土及玻璃纤维、改性粉煤灰结合，形成一定的网状插层结构，使得制备的坯体在烧结过程中可以有一定的膨胀滑移空间，避免在烧结过程中出现开裂，提升陶瓷的成品率。
在原料中加入玻璃纤维，可以提升陶瓷的强度，能够避免制备及使用过程中陶瓷出现开裂。本申请中将改性粉煤灰进行改性，提升了界面的活性，使陶瓷质地细腻、强度好，改性后的改性粉煤灰也有利于与其他成分的分散、络合效果，提升制坯和烧结过程中的成品率。原料中加入硅藻土，与改性粉煤灰中的聚氨酯、白炭黑等作用，在制备过程中能够使陶瓷原料融合分散效果更好，提升陶瓷的成型效果，也提升陶瓷的耐腐蚀和耐磨性，高温烧结后可以产生部分碳化并产生少量气体，同时，能够显著改善陶瓷的透气性。本申请在原料中加入纳米氧化锌，加入后能显著提升陶瓷的抗老化性能。
本申请中的粉煤灰经过处理，具有良好的分散性，在烧结过程中虽然可以形成透气的气孔，但是，气孔的孔径小，为分散均匀的毛细孔，使得面砖具有良好的透气性，但是，又具有良好的拒水性，避免使用过程中污染物或者腐蚀性物质进入陶瓷内部，造成陶瓷出现腐蚀而造成变色。
本申请中的纳米氧化锌制备过程中加入膨胀石墨、沸石粉，可以使的纳米粒子具有良好的载体，使其在陶瓷表面积内部具有良好的附着点，提升附着的强度，延长陶瓷耐老化、耐污的周期，再加入二氧化硅气凝胶、偶联剂，能进一步提升纳米粒子的分散效果，还能够提升陶瓷的强度及耐磨性。
本申请中的陶瓷在烧结过程中采用升温预热、保温，再升温烧结、降温保温等手段，能使得陶瓷坯体在烧结过程中不会产生剧烈的温度变化，能显著提升陶瓷烧结的成品率，使用本方法及原料的陶瓷烧结的成品率在98%以上。
具体实施方式
实施例1
一种耐候性好的陶瓷的制备方法， 包括以下步骤：
（1）、将石英石、云母粉进行研磨，过180目筛，与改性粉煤灰、膨润土混合，继续粉碎，过200目筛；
（2）、将步骤（1）得到的混合物与硅藻土、玻璃纤维、纳米氧化锌混合，球磨，过200目筛，得到陶瓷用料；
（3）、将步骤（2）得到的陶瓷用料与混合液按重量比10:1的比例混合，使用分散机进行分散，然后压制成型，阴干，得到坯体；所述混合液为聚乙烯醇与水按重量比1:10混合制成；
（4）、将坯体在85-88℃、含水率85-90%的条件下保温处理36h，然后以22-25℃/min升温至595-605℃，保温30-45s，以18-20℃/min升温至1400-1420℃，保温60-70min，自然降温至570-575℃，保温10min，然后降至常温，得到耐候性好的陶瓷；
所述改性粉煤灰使用以下方法改性处理：
（1）、将粉煤灰破碎，使用酸碱缓冲液浸泡20-30min，浸泡过程中不断搅拌，然后使用清水冲洗、烘干；
（2）、将步骤（1）处理好的粉煤灰在330-340℃下处理20-30min；
（3）、将步骤（2）处理好的粉煤灰与白炭黑、聚氨酯、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠按重量比20:3:2:0.5的比例混合，使用分散机分散处理10-15min，然后在160℃下保温处理5-8min，降至室温，得到混合物；
（4）、将步骤（3）得到的混合物进行研磨，过160目筛，得到改性粉煤灰。
按重量计各原料的比例如下：膨润土155份、石英石25份、云母粉18份、改性粉煤灰40份、硅藻土13份、玻璃纤维38份、纳米氧化锌1.5份。
本申请中加入的石英石为另外加入的石英，不包括膨润土等土质中可能存在的石英。
所述纳米氧化锌使用以下方法制备：
（1）、将膨胀石墨与体积分数60%的乙醇溶液、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠按重量比1:10：0.2混合，搅拌，使用超声波处理30min，得到膨胀石墨分散液；
（2）、向步骤（1）处理好的膨胀石墨分散液中加入膨胀石墨重量0.2倍的沸石粉，超声波处理25-30min，得到载体；
（3）、向步骤（2）得到的载体中加入膨胀石墨重量7倍的纳米氧化锌，搅拌20min，超声处理30min，静置，在55-60℃下烘干；
（4）、将步骤（3）得到的产物与二氧化硅气凝胶、硅烷偶联剂按重量比15:2:0.5混合，研磨，过200目筛，得到改性后的纳米氧化锌。
所述酸碱缓冲液为碳酸—碳酸氢钠溶液，pH为9-11。
在步骤（3）烘干过程中使用干燥的氮气气流进行烘干。
一种所述的耐候性好的陶瓷的制备方法制备的外墙陶瓷。
实施例2
一种耐候性好的陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
（1）、将石英石、云母粉进行研磨，过180目筛，与改性粉煤灰、膨润土混合，继续粉碎，过200目筛；
（2）、将步骤（1）得到的混合物与硅藻土、玻璃纤维、纳米氧化锌混合，球磨，过200目筛，得到陶瓷用料；
（3）、将步骤（2）得到的陶瓷用料与混合液按重量比12:1的比例混合，使用分散机进行分散，然后压制成型，阴干，得到坯体；所述混合液为聚乙烯醇与水按重量比1:10混合制成；
（4）、将坯体在86℃、含水率90%的条件下保温处理48h，然后以22℃/min升温至585℃，保温35s，以17℃/min升温至1410℃，保温65min，自然降温至570℃，保温12min，然后降至常温，得到耐候性好的陶瓷；
所述改性粉煤灰使用以下方法改性处理：
（1）、将粉煤灰破碎，使用酸碱缓冲液浸泡20-30min，浸泡过程中不断搅拌，然后使用清水冲洗、烘干；
（2）、将步骤（1）处理好的粉煤灰在335℃下处理25min；
（3）、将步骤（2）处理好的粉煤灰与白炭黑、聚氨酯、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠按重量比20:3:2:0.5的比例混合，使用分散机分散处理12min，然后在160℃下保温处理7min，降至室温，得到混合物；
（4）、将步骤（3）得到的混合物进行研磨，过160目筛，得到改性粉煤灰。
按重量计各原料的比例如下：膨润土158份、石英石26份、云母粉18份、改性粉煤灰36份、硅藻土15份、玻璃纤维37份、纳米氧化锌1.5份。
本申请中加入的石英石为另外加入的石英，不包括膨润土等土质中可能存在的石英。
所述纳米氧化锌使用以下方法制备：
（1）、将膨胀石墨与体积分数60%的乙醇溶液、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠按重量比1:10：0.2混合，搅拌，使用超声波处理30min，得到膨胀石墨分散液；
（2）、向步骤（1）处理好的膨胀石墨分散液中加入膨胀石墨重量0.2倍的沸石粉，超声波处理25-30min，得到载体；
（3）、向步骤（2）得到的载体中加入膨胀石墨重量6倍的纳米氧化锌，搅拌20min，超声处理30min，静置，在55-60℃下烘干；
（4）、将步骤（3）得到的产物与二氧化硅气凝胶、硅烷偶联剂按重量比15:2:0.5混合，研磨，过200目筛，得到改性后的纳米氧化锌。
所述酸碱缓冲液为碳酸—碳酸氢钠溶液，pH为9-11。
在步骤（3）烘干过程中使用干燥的氮气气流进行烘干。
一种所述的耐候性好的陶瓷的制备方法制备的外墙陶瓷。
实施例3
与实施例1相比，纳米氧化锌不经过改性处理。
实施例4
与实施例1相比，纳米氧化锌处理时不加入沸石粉和二氧化硅气凝胶。
对比例1
与实施例1相比，粉煤灰不经过改性处理。
对比例2
与实施例1相比，原料中不使用云母粉。
对比例3
与实施例1相比，原料中不使用硅藻土。
对比例4
与实施例1相比，原料中不使用玻璃纤维。
对比例5
与实施例1相比，原料中不使用纳米氧化锌。
对比例6
与实施例1相比，陶瓷用料制坯时，不添加本申请中的混合液。
对比例7
与实施例1相比，坯体不在85-88℃进行保温处理，直接升温处理。
对比例8
与实施例1相比，在烧结后，不在570-575℃下进行保温处理。
按照GB/T 3810-2016《陶陶瓷试验方法》分别测定实施例和对比例中得到的陶陶瓷的破坏强度，在MMS-1G高速销盘摩擦磨损实验机上进行摩擦磨损试验，记录磨损量，检测磨损量，色差测试为将陶瓷在温度30℃、盐酸浓度为1%的条件下浸泡60天，然后使用紫外灯照射30天，紫外灯辐照度为1.38W/m2@340nm，观察陶瓷颜色变化，使用“+”标记，“+”越多，证明瓷砖的耐候性越差。
结果如表1：
由表1可知，本申请实施例中的外墙瓷砖具有更好强度及耐候性，使用本方法的原料及制备方法制备的陶瓷具有更好的成品率。

Claims (6)

1.一种耐候性好的陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、将石英石、云母粉进行研磨，过180目筛，与改性粉煤灰、膨润土混合，继续粉碎，过200目筛；
（2）、将步骤（1）得到的混合物与硅藻土、玻璃纤维、纳米氧化锌混合，球磨，过200目筛，得到陶瓷用料；
（3）、将步骤（2）得到的陶瓷用料与混合液按重量比10-12:1的比例混合，使用分散机进行分散，然后压制成型，阴干，得到坯体；所述混合液为聚乙烯醇与水按重量比1:10-12混合制成；
（4）、将坯体在80-90℃、含水率85-90%的条件下保温处理24-72h，然后以20-25℃/min升温至550-620℃，保温30-45s，以15-20℃/min升温至1340-1450℃，保温60-70min，自然降温至550-580℃，保温10-12min，然后降至常温，得到耐候性好的陶瓷；
所述改性粉煤灰使用以下方法制备：
（1）、将粉煤灰破碎，使用酸碱缓冲液浸泡20-30min，浸泡过程中不断搅拌，然后使用清水冲洗、烘干；
（2）、将步骤（1）处理好的粉煤灰在330-340℃下处理20-30min；
（3）、将步骤（2）处理好的粉煤灰与白炭黑、聚氨酯、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠按重量比20:3:2:0.5的比例混合，使用分散机分散处理10-15min，然后在160℃下保温处理5-8min，降至室温，得到混合物；
（4）、将步骤（3）得到的混合物进行研磨，过160目筛，得到改性粉煤灰。
2.根据权利要求1所述的一种耐候性好的陶瓷的制备方法，其特征在于，按重量计各原料的比例如下：膨润土150-160份、石英石22-30份、云母粉15-20份、改性粉煤灰35-40份、硅藻土12-15份、玻璃纤维35-40份、纳米氧化锌1-2份。
3.根据权利要求1所述的一种耐候性好的陶瓷的制备方法，其特征在于，所述纳米氧化锌使用以下方法改性处理：
（1）、将膨胀石墨与体积分数60%的乙醇溶液、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠按重量比1:10：0.2混合，搅拌，使用超声波处理30min，得到膨胀石墨分散液；
（2）、向步骤（1）处理好的膨胀石墨分散液中加入膨胀石墨重量0.2倍的沸石粉，超声波处理25-30min，得到载体；
（3）、向步骤（2）得到的载体中加入膨胀石墨重量5-8倍的纳米氧化锌，搅拌20min，超声处理30min，静置，在55-60℃下烘干；
（4）、将步骤（3）得到的产物与二氧化硅气凝胶、硅烷偶联剂按重量比15:2:0.5混合，研磨，过200目筛，得到改性后的纳米氧化锌。
4.根据权利要求1所述的一种耐候性好的陶瓷的制备方法，其特征在于，所述酸碱缓冲液为碳酸—碳酸氢钠溶液，pH为9-11。
5.根据权利要求3所述的一种耐候性好的陶瓷的制备方法，其特征在于，在步骤（3）烘干过程中使用干燥的氮气气流进行烘干。
6.一种权利要求1-5之一所述的耐候性好的陶瓷的制备方法制备的外墙陶瓷。
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