CN110526684A

CN110526684A - 一种环保建筑内墙用陶瓷材料及陶瓷砖

Info

Publication number: CN110526684A
Application number: CN201910835926.5A
Authority: CN
Inventors: 袁武
Original assignee: Changsha Huamai New Material Co Ltd
Current assignee: Changsha Huamai New Material Co Ltd
Priority date: 2019-09-03
Filing date: 2019-09-03
Publication date: 2019-12-03

Abstract

本发明提出了一种环保建筑内墙用陶瓷材料及陶瓷砖，该陶瓷材料由双组份组成，包括陶瓷基体材料以及内嵌于陶瓷基体内的功能材料，内嵌的功能材料质量占比为陶瓷基体材料的4‑7wt%；所述陶瓷基体材料包括废陶瓷颗粒、黑泥、长石粉、锂辉石、萤石粉、含Zn²⁺/稀土离子负载插层的层状矿石粉；功能材料包括蒙脱土/莫来石溶胶、废纸浆液、复合矿物短纤维丝；本发明通过对陶瓷材料进行合理的配伍改进，具有优异的发泡密度和均匀度，导热系数有效降低，保温效果好，同时，强韧性、耐磨性、抗压强度等力学性能显著提高，且吸水率降低了20%以上，综合性能优异，值得应用推广。

Description

一种环保建筑内墙用陶瓷材料及陶瓷砖

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及一种环保建筑内墙用陶瓷材料及陶瓷砖。

背景技术

陶瓷是陶器、炻器和瓷器的总称，古人称陶瓷为瓯。凡是用陶土和瓷土这两种不同性质的粘土为原料，经过配料、成型、干燥、焙烧等工艺流程制成的器物都可以叫陶瓷由于陶瓷科学技术的不断发展，以及市场对陶瓷新产品的需求日益增加，迫使陶瓷企业要不断发展新产品，当下，陶瓷材料已应用到工业、生活中的方方面面。

陶瓷砖是由粘土、石英砂以及其他无机非金属原料，经配料、球磨、制粉、成型、烧结等工艺生产的板状或块状陶瓷制品，现已广泛应用于装饰与保护建筑物、构筑物的墙面和地面。随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，人们对居住环境的要求也越来越高。但是，目前的内墙砖产品仍然存在着很多的不足，如隔热保温效果差，吸水率高，强度低，易龟裂等，且无环保特性，不符合现代墙体材料的发展方向。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种环保建筑内墙用陶瓷材料及陶瓷砖，通过对陶瓷材料进行合理的配伍改进，具有优异的发泡密度和均匀度，导热系数有效降低，保温效果好，同时，强韧性、耐磨性、抗压强度等力学性能显著提高，且吸水率降低了20%以上，综合性能优异，值得应用推广。

为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

一种环保建筑内墙用陶瓷材料，包括陶瓷基体材料以及内嵌于陶瓷基体内的功能材料，内嵌的功能材料质量占比为陶瓷基体材料的4-7wt%；

所述陶瓷基体材料包括以下质量份数组分，废陶瓷颗粒22-25份、黑泥20-35份、长石粉14-26份、锂辉石5-13份、萤石粉4-8份、含Zn²⁺/稀土离子负载插层的层状矿石粉3-7份；

功能材料包括以下质量份数组分，蒙脱土/莫来石溶胶15-20份、废纸浆液4-8份、复合矿物短纤维丝2-5份。

作为本发明的进一步优化，废弃陶瓷颗粒中SiO₂含量大于58wt%，Al₂O₃含量大于30wt%，Na₂O含量小于2wt%。

作为本发明的进一步优化，长石粉由质量比1:1.1-1.2的钠长石、钾长石组成。

作为本发明的进一步优化，含Zn²⁺/稀土离子插层的层状矿石粉中层状矿石粉选自蒙脱石、滑石、累托石、蛇纹石中的一种或多种混合物；按层状矿石粉质量为百份计，其负载插层的Zn²⁺与稀土离子含量分别为2-5份、0.5-2份，稀土离子为La³⁺、Ce³⁺、Y³⁺中的一种或多种组合物。

作为本发明的进一步优化，蒙脱土/莫来石溶胶中蒙脱土溶胶含量占比为35-45wt%；废纸浆液中植木纤维含量不低于30wt%。

作为本发明的进一步优化，复合矿物短纤维由玄武岩、电气石拉制的纤维复合组成，两者按质量比1:0.5-1加捻成复合矿物短纤维丝，该复合矿物短纤维丝长径比为100-120。

一种陶瓷砖，由上述的环保建筑内墙用陶瓷材料制成，其特征在于，制备方法为：

1）按比例取料，将陶瓷基体材料的原料送入球磨机中，按料：球：水=1.5：1:0.5进行球磨处理1-3h，放浆，然后向其中加入适量附加剂，再按料：球：水=1：1:0.5继续进行球磨处理1-3h，干燥后破碎过150目筛，陈腐得陶瓷基体材料备用；

2）将废纸浆液、复合矿物短纤维丝分多次交替加入一器皿中共混，且该器皿至于超声环境中，得混合中间体，将该混合中间体加入蒙脱土/莫来石溶胶中，在搅拌条件下不断升温至成半凝固胶体，然后将半凝固胶体置于混合气氛下加热至含水量小于20%，取出，破碎成粒径0.5-1mm的颗粒料，得功能材料备用；

3）将陶瓷基体材料均分三份送至成型模具内，第一份直接铺设于模具内，完成后将第二份与功能材料共混在铺设于模具内，最后将第三份铺设于模具内，由大吨位压机压制成型，干燥至含水量小于2%，得坯料；

4）将坯料送入隧道窑中，先以300℃/h的速率升温至600-650℃，保温0.5-1h，再以250℃/h的速率升温至920-960℃，保温1-2h，然后以100℃/h的速率升温至1060-1100℃，保温0.5-2h，随后以阶梯式降温至650-700℃，最后自然冷却至室温，即得。

作为本发明的进一步优化，步骤1）中附加剂为石膏和碳化硅的混合物，两者质量比为1:0.5，附加剂添加量为原料质量的2-3%。

作为本发明的进一步优化，步骤2）中超声环境频率为25-28KHz，超声时间不少于5min；混合气氛为CO2、NO2、N2的混合气，三者体积占比为30-60vt%、40-70vt%、0-20vt%。

作为本发明的进一步优化，步骤4）中阶梯式降温具体为以烧结最高温为起始降温值，按2℃/min、5℃/min、8℃/min、10℃/min、15℃/min的顺序每降温100℃调节一次降温速率。

由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：

本发明合理利用废弃陶瓷颗粒，与其他陶瓷原料进行合理的配伍改进，对资源节约再利用具有良好的积极意义，符合当下的发展需求，制得的产品具有优异的发泡密度和均匀度，导热系数有效降低，保温效果好，同时，强韧性、耐磨性、抗压强度等力学性能显著提高，且吸水率降低了20%以上，综合性能优异，值得应用推广。

本发明陶瓷基体材料中添加的锂辉石、萤石粉有效提高了黏土材料间的流变性，对黏土的机械性能也有良好的改善作用，其低膨胀性对烧结发泡具有一定的限制效果，生成的孔洞致密均匀，有效降低了烧结过程中出现的组织不均问题，裂纹性问题降低了60%以上，且烧结温度明显降低，本方案烧结温度相较于传统烧结温度降低了至少50℃，有效改善了制备工艺的工业应用性，制得的成品合格率和质量显著提高。

功能材料均匀分散于基体材料的中层部位，其中的纤维丝与植木纤维共混交联缠绕形成网状骨架，并由蒙脱土/莫来石溶胶浸渍胶黏、填充，一方面可作为良好的过渡介质，对烧结助熔以及组织内应力传导具有良好的促进效果，另一方面，矿物纤维/矿物溶胶的复配物对陶瓷制品的强韧性具有明显的提高，组织间粘附连接性更为均匀，而且有利于离子的吸附负载以及迁移传递，功能性强。

另外，萤石粉的高反射和易热反光性对其中掺杂内嵌的抗菌离子、负离子具有良好的释放促进效果，保证了砖体杀菌、清新环境等功能的持效性。期间除了含Zn²⁺/稀土离子负载插层的层状矿石粉作为有益离子来源提供体外，由功能材料形成的纤维球胶体混合颗粒对游离离子具有优异的吸附负载性，配合功能材料中的纤维电气石，与负载性层状矿石粉具有协同补偿作用，缓释效果更佳，功能离子释放有效周期延长了3倍以上，性价比更高。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种环保建筑内墙用陶瓷材料，包括陶瓷基体材料以及内嵌于陶瓷基体内的功能材料，内嵌的功能材料质量占比为陶瓷基体材料的4-7wt%；陶瓷基体材料包括废陶瓷颗粒、黑泥、长石粉、锂辉石、萤石粉、含Zn²⁺/稀土离子负载插层的层状矿石粉；功能材料包括蒙脱土/莫来石溶胶、废纸浆液、复合矿物短纤维丝。

其中，废弃陶瓷颗粒中SiO₂含量大于58wt%，Al₂O₃含量大于30wt%，Na₂O含量小于2wt%。

实施例2：

基于实施例1所述的陶瓷材料组成，内嵌的功能材料质量占比为陶瓷基体材料的4wt%，

陶瓷基体材料包括以下质量份数组分，废陶瓷颗粒25份、黑泥35份、长石粉26份、锂辉石13份、萤石粉5份、含Zn²⁺/稀土离子负载插层的层状矿石粉4份；

长石粉由质量比1:1.1的钠长石、钾长石组成；

含Zn²⁺/稀土离子插层的层状矿石粉中层状矿石粉选自蒙脱石、蛇纹石混合物；按层状矿石粉质量为百份计，其负载插层的Zn²⁺与稀土离子含量分别为5份、2份，稀土离子为La³⁺、Ce³⁺、Y³⁺中的一种或多种组合物。

功能材料包括以下质量份数组分，蒙脱土/莫来石溶胶15份、废纸浆液5份、复合矿物短纤维丝2份；

蒙脱土/莫来石溶胶中蒙脱土溶胶含量占比为40wt%；废纸浆液中植木纤维含量不低于30wt%；复合矿物短纤维由玄武岩、电气石拉制的纤维复合组成，两者按质量比1:1加捻成复合矿物短纤维丝，该复合矿物短纤维丝长径比为100-120。

实施例3：

基于实施例1所述的陶瓷材料组成，内嵌的功能材料质量占比为陶瓷基体材料的7wt%，

陶瓷基体材料包括以下质量份数组分，废陶瓷颗粒23份、黑泥30份、长石粉22份、锂辉石10份、萤石粉6份、含Zn²⁺/稀土离子负载插层的层状矿石粉7份；

长石粉由质量比1:1.1的钠长石、钾长石组成；

含Zn²⁺/稀土离子插层的层状矿石粉中层状矿石粉选自蒙脱石、滑石混合物；按层状矿石粉质量为百份计，其负载插层的Zn²⁺与稀土离子含量分别为5份、1.5份，稀土离子为La³⁺、Ce³⁺、Y³⁺中的一种或多种组合物。

功能材料包括以下质量份数组分，蒙脱土/莫来石溶胶20份、废纸浆液8份、复合矿物短纤维丝4份；

蒙脱土/莫来石溶胶中蒙脱土溶胶含量占比为45wt%；废纸浆液中植木纤维含量不低于30wt%；复合矿物短纤维由玄武岩、电气石拉制的纤维复合组成，两者按质量比1:1加捻成复合矿物短纤维丝，该复合矿物短纤维丝长径比为100-120。

实施例4：

基于实施例1所述的陶瓷材料组成，内嵌的功能材料质量占比为陶瓷基体材料的5wt%，

陶瓷基体材料包括以下质量份数组分，废陶瓷颗粒35份、黑泥20份、长石粉26份、锂辉石5份、萤石粉5份、含Zn²⁺/稀土离子负载插层的层状矿石粉3份；

长石粉由质量比1:1.2的钠长石、钾长石组成；

含Zn²⁺/稀土离子插层的层状矿石粉中层状矿石粉选自蒙脱石；按层状矿石粉质量为百份计，其负载插层的Zn²⁺与稀土离子含量分别为2份、1.5份，稀土离子为La³⁺、Ce³⁺、Y³⁺中的一种或多种组合物。

功能材料包括以下质量份数组分，蒙脱土/莫来石溶胶20份、废纸浆液6份、复合矿物短纤维丝4份；

实施例5：

基于实施例1所述的陶瓷材料组成，内嵌的功能材料质量占比为陶瓷基体材料的6wt%，

陶瓷基体材料包括以下质量份数组分，废陶瓷颗粒23份、黑泥30份、长石粉20份、锂辉石10份、萤石粉8份、含Zn²⁺/稀土离子负载插层的层状矿石粉4份；

长石粉由质量比1:1.2的钠长石、钾长石组成；

含Zn²⁺/稀土离子插层的层状矿石粉中层状矿石粉选自蒙脱石、滑石混合物；按层状矿石粉质量为百份计，其负载插层的Zn²⁺与稀土离子含量分别为3份、1份，稀土离子为La³⁺、Ce³ ⁺、Y³⁺中的一种或多种组合物。

功能材料包括以下质量份数组分，蒙脱土/莫来石溶胶20份、废纸浆液5份、复合矿物短纤维丝3份；

蒙脱土/莫来石溶胶中蒙脱土溶胶含量占比为35wt%；废纸浆液中植木纤维含量不低于30wt%；复合矿物短纤维由玄武岩、电气石拉制的纤维复合组成，两者按质量比1:0.5加捻成复合矿物短纤维丝，该复合矿物短纤维丝长径比为100-120。

实施例6：

基于实施例2-5所述的陶瓷材料，制备一种陶瓷砖，制备方法为，

1）按比例取料，将陶瓷基体材料的原料送入球磨机中，按料：球：水=1.5：1:0.5进行球磨处理1-3h，放浆，然后向其中加入适量附加剂，附加剂为石膏和碳化硅的混合物，两者质量比为1:0.5，附加剂添加量为原料质量的2-3%；再按料：球：水=1：1:0.5继续进行球磨处理1-3h，干燥后破碎过150目筛，陈腐得陶瓷基体材料备用；

分两次研磨处理，原料共混性强，且初次研磨后的原料表层界面能改变，与随后添加的附加剂接触性好，不仅有利于原料间的高分散性，同样有利于促进后期烧结的发泡和助熔，提高了烧结质量。

2）将废纸浆液、复合矿物短纤维丝分多次交替加入一器皿中共混，且该器皿至于25-28KHz超声环境中，超声时间不少于5min，得混合中间体，将该混合中间体加入蒙脱土/莫来石溶胶中，在搅拌条件下不断升温至成半凝固胶体，然后将半凝固胶体置于混合气氛下加热至含水量小于20%，取出，破碎成粒径0.5-1mm的颗粒料，得功能材料备用，混合气氛为CO2、NO2、N2的混合气，三者体积占比为30-60vt%、40-70vt%、0-20vt%；

超声处理条件下对纤维材料具有良好的活化效果，在与溶胶接触反应过程中，交联程度明显提高，稳定性强，对后期混合气作用时，具有良好的流窜吸附效果，对内部结构的稳定改性效果好。

4）将坯料送入隧道窑中，先以300℃/h的速率升温至600-650℃，保温0.5-1h，再以250℃/h的速率升温至920-960℃，保温1-2h，然后以100℃/h的速率升温至1060-1100℃，保温0.5-2h，随后以阶梯式降温至650-700℃，最后自然冷却至室温，即得，阶梯式降温具体为以烧结最高温为起始降温值，按2℃/min、5℃/min、8℃/min、10℃/min、15℃/min的顺序每降温100℃调节一次降温速率。

阶段式的缓慢升温、降温，对烧结陶瓷的组织结构影响低，本发明针对性的调节升、降温速率和范围，对最终烧结陶瓷砖力学性能的提高和稳定具有优异的促进作用。

实施例7：

基于实施例6制备的4款陶瓷材料，对其中的功能材料进行去除，然后以同样的制备工艺制成对照组4款陶瓷材料，即直接制备陶瓷基体材料，压制成型后烧结获得。

将实施例6、实施例7制得的陶瓷砖进行性能测试，数据如下表：

表1：

其中，6-2为基于实施例2的材料配方采用实施例6的方法制成，其他类推同理。

表2：

其中，实施例6、实施例7为取四款陶瓷砖测试均值，空白组为市售常规陶瓷砖；“-”为抗菌性小于10%。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种环保建筑内墙用陶瓷材料，其特征在于：包括陶瓷基体材料以及内嵌于陶瓷基体内的功能材料，内嵌的功能材料质量占比为陶瓷基体材料的4-7wt%；

2.根据权利要求1所述的环保建筑内墙用陶瓷材料，其特征在于：所述废弃陶瓷颗粒中SiO₂含量大于58wt%，Al₂O₃含量大于30wt%，Na₂O含量小于2wt%。

3.根据权利要求1所述的环保建筑内墙用陶瓷材料，其特征在于：所述长石粉由质量比1:1.1-1.2的钠长石、钾长石组成。

4.根据权利要求1所述的环保建筑内墙用陶瓷材料，其特征在于：含Zn²⁺/稀土离子插层的层状矿石粉中层状矿石粉选自蒙脱石、滑石、累托石、蛇纹石中的一种或多种混合物；按层状矿石粉质量为百份计，其负载插层的Zn²⁺与稀土离子含量分别为2-5份、0.5-2份，稀土离子为La³⁺、Ce³⁺、Y³⁺中的一种或多种组合物。

5.根据权利要求1所述的环保建筑内墙用陶瓷材料，其特征在于：所述蒙脱土/莫来石溶胶中蒙脱土溶胶含量占比为35-45wt%；废纸浆液中植木纤维含量不低于30wt%。

6.根据权利要求1所述的环保建筑内墙用陶瓷材料，其特征在于：所述复合矿物短纤维由玄武岩、电气石拉制的纤维复合组成，两者按质量比1:0.5-1加捻成复合矿物短纤维丝，该复合矿物短纤维丝长径比为100-120。

7.一种陶瓷砖，由权利要求1-6任一项所述的环保建筑内墙用陶瓷材料制成，其特征在于，制备方法为：

按比例取料，将陶瓷基体材料的原料送入球磨机中，按料：球：水=1.5：1:0.5进行球磨处理1-3h，放浆，然后向其中加入适量附加剂，再按料：球：水=1：1:0.5继续进行球磨处理1-3h，干燥后破碎过150目筛，陈腐得陶瓷基体材料备用；

将废纸浆液、复合矿物短纤维丝分多次交替加入一器皿中共混，且该器皿至于超声环境中，得混合中间体，将该混合中间体加入蒙脱土/莫来石溶胶中，在搅拌条件下不断升温至成半凝固胶体，然后将半凝固胶体置于混合气氛下加热至含水量小于20%，取出，破碎成粒径0.5-1mm的颗粒料，得功能材料备用；

将陶瓷基体材料均分三份送至成型模具内，第一份直接铺设于模具内，完成后将第二份与功能材料共混在铺设于模具内，最后将第三份铺设于模具内，由大吨位压机压制成型，干燥至含水量小于2%，得坯料；

将坯料送入隧道窑中，先以300℃/h的速率升温至600-650℃，保温0.5-1h，再以250℃/h的速率升温至920-960℃，保温1-2h，然后以100℃/h的速率升温至1060-1100℃，保温0.5-2h，随后以阶梯式降温至650-700℃，最后自然冷却至室温，即得。

8.根据权利要求7所述的陶瓷砖，其特征在于：步骤1）中附加剂为石膏和碳化硅的混合物，两者质量比为1:0.5，附加剂添加量为原料质量的2-3%。

9.根据权利要求7所述的陶瓷砖，其特征在于：步骤2）中超声环境频率为25-28KHz，超声时间不少于5min；混合气氛为CO2、NO2、N2的混合气，三者体积占比为30-60vt%、40-70vt%、0-20vt%。

10.根据权利要求7所述的陶瓷砖，其特征在于：步骤4）中阶梯式降温具体为以烧结最高温为起始降温值，按2℃/min、5℃/min、8℃/min、10℃/min、15℃/min的顺序每降温100℃调节一次降温速率。