CN113105268B - 一种透感陶瓷材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种透感陶瓷材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种透感陶瓷材料及其制备方法和应用，所述透感陶瓷材料的制备原料按照重量份数包括如下组分：石英20‑40重量份，氧化铝10‑15重量份，高岭土5‑10重量份，白云石8‑12重量份，白刚玉1‑5重量份，笼型聚倍半硅氧烷(POSS)2‑8重量份，聚甲基丙烯酸甲酯10‑16重量份，水30‑50重量份。本发明提供的透感陶瓷材料具有高透感，具有极佳的装饰性，同时具有良好的抗压强度、耐磨性以及吸水率。

Description

一种透感陶瓷材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种透感陶瓷材料及其制备方法和应用。
背景技术
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，消费者在选择瓷砖时，不仅会考虑到其隔热保温效果、吸水率、强度以及耐磨性，对于陶瓷砖的透明度的要求也是日益升高的，以获得更优秀的装饰效果。但是，目前的陶瓷材料很难做到具有高透感的效果。
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因此，本领域亟待开发一种高透感的陶瓷材料，同时保证其具有良好的抗压强度、耐磨性以及吸水率。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种透感陶瓷材料，所述透感陶瓷材料具有高透感，具有极佳的装饰性，同时具有良好的抗压强度、耐磨性以及吸水率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种透感陶瓷材料，所述透感陶瓷材料的制备原料按照重量份数包括如下组分：
Figure BDA0003027313600000021
Figure BDA0003027313600000031
本发明在陶瓷材料中同时添加笼型聚倍半硅氧烷和聚甲基丙烯酸甲酯，笼型聚倍半硅氧烷能够有效提高甲基丙烯酸甲酯与石英、氧化铝等无机材料之间的相容性，二者共同使用，能够有效提高陶瓷材料的透感，同时又不会影响材料的抗压强度、耐磨性以及吸水率。
此外，在本发明的陶瓷材料体系中，笼型聚倍半硅氧烷和聚甲基丙烯酸甲酯必须控制在上述配方范围内，才能够同时实现较高的透感以及良好的抗压强度、耐磨性和吸水率，任何一者超出配方范围，均会导致陶瓷材料的综合性能变差。
本发明中，石英的添加量为20-40重量份，例如21重量份、22重量份、23重量份、24重量份、25重量份、26重量份、27重量份、28重量份、29重量份、30重量份、31重量份、32重量份、33重量份、34重量份、35重量份、36重量份、37重量份、38重量份、39重量份等；氧化铝的添加量为10-15重量份，例如11重量份、12重量份、13重量份、14重量份等；高岭土的添加量5-10重量份，例如6重量份、7重量份、8重量份、9重量份等；白云石的添加量为8-12重量份，例如9重量份、10重量份、11重量份等；白刚玉的添加量为1-5重量份，例如2重量份、3重量份、4重量份等；笼型聚倍半硅氧烷化合物的添加量为2-8重量份，例如3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份等；聚甲基丙烯酸甲酯的添加量为10-16重量份，例如11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份等；水的添加量为30-50重量份，例如31重量份、32重量份、33重量份、34重量份、35重量份、36重量份、37重量份、38重量份、39重量份、40重量份、41重量份、42重量份、43重量份、44重量份、45重量份、46重量份、47重量份、48重量份、49重量份等。
优选地，所述笼型聚倍半硅氧烷的结构式为(RSiO3/2)n，所述R选自反应性基团或惰性基团，所述n为6、8、10、12、14、或16。
优选地，所述R选自烯基，有优选乙烯基或丙烯基。
本发明优选采用带有烯基的笼型聚倍半硅氧烷，在加热条件下，笼型聚倍半硅氧烷上的烯基能够与聚甲基丙烯酸甲酯进行交联反应，形成以POSS为中心的PMMA交联网络，该交联网络的形成有利于进一步提高材料的透感。
优选地，所述笼型聚倍半硅氧烷具有如下结构(即n＝8)：
Figure BDA0003027313600000041
所述R选自烯基。
优选地，所述聚甲基丙烯酸甲酯的重均分子量为5000-200000，例如10000、20000、30000、40000、50000、60000、70000、80000、90000、100000、110000、120000、130000、140000、150000、160000、170000、180000、190000等。
优选地，所述笼型聚倍半硅氧烷与聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为(0.2-0.6):1，例如0.25:1、0.3:1、0.35:1、0.4:1、0.45:1、0.5:1、0.55:1等。
本发明进一步优选笼型聚倍半硅氧烷与聚甲基丙烯酸甲酯按照(0.2-0.6):1的比例添加，能够进一步提高陶瓷材料的透感，无论是笼型聚倍半硅氧烷过量还是聚甲基丙烯酸甲酯过量，均会导致透感降低。
优选地，所述氧化铝为煅烧氧化铝微粉。
优选地，所述高岭土为水洗高岭土。
优选地，所述透感陶瓷材料的制备原料按照重量份数包括如下组分：
Figure BDA0003027313600000051
优选地，所述透感陶瓷材料还包括煅烧滑石粉、碳酸锶、碳酸钡、硅灰石粉、煅烧氧化锌粉或钾长石粉中的任意一种或至少两种组合。
本发明的目的之二在于提供一种目的之一所述的透感陶瓷材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的石英、氧化铝、高岭土、白云石、白刚玉、笼型聚倍半硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯与水混合，研磨，得到浆料；
(2)将所述浆料涂覆在坯体上，升温至釉烧温度，进行釉烧，冷却后得到所述透感陶瓷材料。
优选地，步骤(2)中，所述浆料通过喷釉器或淋釉机涂覆至坯体上。
优选地，步骤(2)中，所述升温的速率为30-40℃/min，例如31℃/min、32℃/min、33℃/min、34℃/min、35℃/min、36℃/min、37℃/min、38℃/min、39℃/min等。
在本发明的优选技术方案中，以30-40℃/min的速率进行升温，是为笼型聚倍半硅氧烷和聚甲基丙烯酸甲酯提供更好的交联条件，从而进一步提升材料的透感效果。升温速率过快，会在前期交联反应中产生副产物，升温速率过低，交联反应的过程被延长，同样会导致一系列副产物的产生，均会使产品的透感变差。
优选地，步骤(2)中，所述釉烧温度为1000-1200℃，例如1010℃、1020℃、1030℃、1040℃、1050℃、1060℃、1070℃、1080℃、1090℃、1100℃、1110℃、1120℃、1130℃、1140℃、1150℃、1160℃、1170℃、1180℃、1190℃等。
优选地，步骤(2)中，所述釉烧的时间为30-90min，例如35min、40min、45min、50min、55min、60min、65min、70min、75min、80min、85min、90min等。
优选地，在步骤(2)之后进行步骤(3)：对所述透感陶瓷材料进行机械研磨和抛光处理。
优选地，所述制备方法具体包括如下步骤：
(1)将配方量的石英、氧化铝、高岭土、白云石、白刚玉、笼型聚倍半硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯与水混合，研磨，得到浆料；
(2)通过喷釉器或淋釉机将所述浆料涂覆在坯体上，以30-40℃/min的速率升温至1000-1200℃，进行釉烧30-90min，冷却后得到所述透感陶瓷材料；
(3)所述透感陶瓷材料进行机械研磨和抛光处理。
本发明的目的之三在于提供一种瓷砖，所述瓷砖包括目的之一所述的陶瓷材料。
本发明的目的之四在于提供一种目的之三所述的瓷砖在地面装饰或墙面装饰中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明在陶瓷材料中按照特定的比例添加笼型聚倍半硅氧烷和聚甲基丙烯酸甲酯，二者协同作用，能够有效提高陶瓷材料的透感，同时又不会影响材料的抗压强度、耐磨性以及吸水率。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种透感陶瓷材料，所述透感陶瓷材料的制备原料按照重量份数包括如下组分：
Figure BDA0003027313600000071
上述配方中原料详情如下：
石英：购于河北灵寿，牌号为06587-03，粒度为400目；
煅烧氧化铝微粉：购于河北灵寿，粒度为325目；
水洗高岭土：购于IMERYS英格瓷，牌号为854562，粒度为6000目；
白云石：购于东宇集团，粒度为1250目；
白刚玉：购于锐石新材料，Al2O3％≥99.5％，SiO2％≤0.1％，Fe2O3％≤0.1％，Na2O％≤0.35％，体积密度3.50g/cm3；
笼型聚倍半硅氧烷：结构为(RSiO3/2)8，R为乙烯基；
聚甲基丙烯酸甲酯：重均分子量为50000。
上述透感陶瓷材料的制备方法如下：
(1)将配方量的石英、氧化铝、高岭土、白云石、白刚玉、笼型聚倍半硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯与水混合，研磨，得到浆料；
(2)通过喷釉器将所述浆料涂覆在坯体上，以35℃/min的速率升温至1100℃，进行釉烧60min，冷却后得到所述透感陶瓷材料；
(3)所述透感陶瓷材料进行机械研磨和抛光处理。
实施例2
与实施例1的区别仅在于，笼型聚倍半硅氧烷的结构为(RSiO3/2)8，R为甲基。
实施例3
与实施例的区别仅在于，笼型聚倍半硅氧烷的添加量为2重量份，聚甲基丙烯酸甲酯的添加量为10重量份，二者比例为0.2:1。
实施例4
与实施例的区别仅在于，笼型聚倍半硅氧烷的添加量为6重量份，聚甲基丙烯酸甲酯的添加量为10重量份，二者比例为0.6:1。
实施例5
与实施例的区别仅在于，笼型聚倍半硅氧烷的添加量为8重量份，聚甲基丙烯酸甲酯的添加量为10重量份，二者比例为0.8:1。
实施例6
与实施例的区别仅在于，笼型聚倍半硅氧烷的添加量为2重量份，聚甲基丙烯酸甲酯的添加量为16重量份，二者比例为0.125:1。
实施例7
与实施例1的区别仅在于，制备方法的步骤(2)中，以30℃/min的速率升温至1100℃。
实施例8
与实施例1的区别仅在于，制备方法的步骤(2)中，以40℃/min的速率升温至1100℃。
实施例9
与实施例1的区别仅在于，制备方法的步骤(2)中，以20℃/min的速率升温至1100℃。
实施例10
与实施例1的区别仅在于，制备方法的步骤(2)中，以50℃/min的速率升温至1100℃。
实施例11
本实施例提供一种透感陶瓷材料，所述透感陶瓷材料的制备原料按照重量份数包括如下组分：
Figure BDA0003027313600000091
Figure BDA0003027313600000101
上述配方中原料详情如下：
石英：购于河北灵寿，牌号为06587-03，粒度为400目；
煅烧氧化铝微粉：购于河北灵寿，粒度为325目；
水洗高岭土：购于IMERYS英格瓷，牌号为854562，粒度为6000目；
白云石：购于东宇集团，粒度为1250目；
白刚玉：购于锐石新材料，Al2O3％≥99.5％，SiO2％≤0.1％，Fe2O3％≤0.1％，Na2O％≤0.35％，体积密度3.50g/cm3；
笼型聚倍半硅氧烷：结构为(RSiO3/2)8，R为乙烯基；
聚甲基丙烯酸甲酯：重均分子量为50000。
上述透感陶瓷材料的制备方法如下：
(1)将配方量的石英、氧化铝、高岭土、白云石、白刚玉、笼型聚倍半硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯与水混合，研磨，得到浆料；
(2)通过喷釉器将所述浆料涂覆在坯体上，以35℃/min的速率升温至1000℃，进行釉烧90min，冷却后得到所述透感陶瓷材料；
(3)所述透感陶瓷材料进行机械研磨和抛光处理。
实施例12
本实施例提供一种透感陶瓷材料，所述透感陶瓷材料的制备原料按照重量份数包括如下组分：
Figure BDA0003027313600000102
Figure BDA0003027313600000111
上述配方中原料详情如下：
石英：购于河北灵寿，牌号为06587-03，粒度为400目；
煅烧氧化铝微粉：购于河北灵寿，粒度为325目；
水洗高岭土：购于IMERYS英格瓷，牌号为854562，粒度为6000目；
白云石：购于东宇集团，粒度为1250目；
白刚玉：购于锐石新材料，Al2O3％≥99.5％，SiO2％≤0.1％，Fe2O3％≤0.1％，Na2O％≤0.35％，体积密度3.50g/cm3；
笼型聚倍半硅氧烷：结构为(RSiO3/2)8，R为乙烯基；
聚甲基丙烯酸甲酯：重均分子量为50000。
上述透感陶瓷材料的制备方法如下：
(1)将配方量的石英、氧化铝、高岭土、白云石、白刚玉、笼型聚倍半硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯与水混合，研磨，得到浆料；
(2)通过喷釉器将所述浆料涂覆在坯体上，以35℃/min的速率升温至1200℃，进行釉烧30min，冷却后得到所述透感陶瓷材料；
(3)所述透感陶瓷材料进行机械研磨和抛光处理。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，不添加笼型聚倍半硅氧烷，且聚甲基丙烯酸甲酯的添加量为18重量份。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，不添加聚甲基丙烯酸甲酯，且笼型聚倍半硅氧烷的添加量为18重量份。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，笼型聚倍半硅氧烷的添加量为1重量份。
对比例4
与实施例1的区别仅在于，笼型聚倍半硅氧烷的添加量为12重量份。
对比例5
与实施例1的区别仅在于，聚甲基丙烯酸甲酯的添加量为5份。
对比例6
与实施例1的区别仅在于，聚甲基丙烯酸甲酯的添加量为25份。
性能测试
(1)透感测试
在相同的光线下，肉眼观察上述实施例和对比例提供的陶瓷材料的透感效果，并按照透感从高到低的顺序设置如下等级：I级、II级、III级，其中，I级的透感最佳，III级透感最差。
(2)耐磨性测试
根据《GB/T 3810.7-2016》陶瓷砖试验方法第7部分进行耐磨性测试。
(3)破坏强度测试
根据《GB/T4100-2015》进行测试。
(4)吸水率测试
根据《GB/T4100-2015》进行测试。
上述测试结果如表1所示。
表1
透感等级 耐磨性等级 破坏强度(N) 吸水率
实施例1 I级 4级 3200 0.02％
实施例2 II级 4级 3350 0.01％
实施例3 I级 4级 3310 0.01％
实施例4 I级 4级 3150 0.02％
实施例5 II级 4级 3200 0.02％
实施例6 II级 4级 3250 0.02％
实施例7 I级 4级 3300 0.01％
实施例8 I级 4级 3160 0.02％
实施例9 II级 4级 3250 0.01％
实施例10 II级 4级 3340 0.02％
实施例11 I级 4级 3300 0.01％
实施例12 I级 4级 3240 0.02％
对比例1 III级 4级 3150 0.01％
对比例2 III级 4级 3250 0.02％
对比例3 III级 3级 3100 0.03％
对比例4 II级 2级 2800 0.04％
对比例5 II级 1级 3050 0.02％
对比例6 III级 3级 2750 0.02％
由表1可知，本发明提供的透感陶瓷材料具有高透感，具有极佳的装饰性，同时具有良好的抗压强度、耐磨性以及吸水率，其中，耐磨等级达到4级，破坏强度在3100N以上，吸水率在0.02％以下。
对比例1-6分别不添加笼型聚倍半硅氧烷、不添加聚甲基丙烯酸甲酯或者二者添加量不在本发明的配方范围之内，体现出透感降低、耐磨性变差、抗压强度减低或吸水率升高，陶瓷材料综合性能不及实施例。
通过对比实施例1和实施例2可知，采用含有反应性基团的笼型聚倍半硅氧烷(实施例1)，能够进一步提高透感。
通过对比实施例1、3-6可知，当笼型聚倍半硅氧烷与聚甲基丙烯酸甲酯按照(0.2-0.6):1的比例添加时(实施例1、3-4)，能够更进一步提高透感。
通过对比实施例1、7-10可知，制备的过程中，控制升温速率在30-40℃/min范围内(实施例1、7-8)，能够进一步提高陶瓷材料的透感。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (17)

1.一种透感陶瓷材料，其特征在于，所述透感陶瓷材料的制备原料按照重量份数包括如下组分：
Figure FDA0003571999830000011
所述笼型聚倍半硅氧烷的结构式为(RSiO3/2)n，所述R选自烯基，所述n为6、8、10、12、14或16。
2.根据权利要求1所述的透感陶瓷材料，其特征在于，所述R选自乙烯基或丙烯基。
3.根据权利要求2所述的透感陶瓷材料，其特征在于，所述笼型聚倍半硅氧烷具有如下结构：
Figure FDA0003571999830000012
所述R选自乙烯基或丙烯基。
4.根据权利要求1所述的透感陶瓷材料，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯的重均分子量为5000-200000。
5.根据权利要求1所述的透感陶瓷材料，其特征在于，所述笼型聚倍半硅氧烷与聚甲基丙烯酸甲酯的质量比为(0.2-0.6):1。
6.根据权利要求1所述的透感陶瓷材料，其特征在于，所述氧化铝为煅烧氧化铝微粉。
7.根据权利要求1所述的透感陶瓷材料，其特征在于，所述高岭土为水洗高岭土。
8.根据权利要求1所述的透感陶瓷材料，其特征在于，所述透感陶瓷材料的制备原料按照重量份数包括如下组分：
Figure FDA0003571999830000021
9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的透感陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的石英、氧化铝、高岭土、白云石、白刚玉、笼型聚倍半硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯与水混合，研磨，得到浆料；
(2)将所述浆料涂覆在坯体上，升温至釉烧温度，进行釉烧，冷却后得到所述透感陶瓷材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述浆料通过喷釉器或淋釉机涂覆至坯体上。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述升温的速率为30-40℃/min。
12.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述釉烧温度为1000-1200℃。
13.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述釉烧的时间为30-90min。
14.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)之后进行步骤(3)：对所述透感陶瓷材料进行机械研磨和抛光处理。
15.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
(1)将配方量的石英、氧化铝、高岭土、白云石、白刚玉、笼型聚倍半硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯与水混合，研磨，得到浆料；
(2)通过喷釉器或淋釉机将所述浆料涂覆在坯体上，以30-40℃/min的速率升温至1000-1200℃，进行釉烧30-90min，冷却后得到所述透感陶瓷材料；
(3)所述透感陶瓷材料进行机械研磨和抛光处理。
16.一种瓷砖，其特征在于，所述瓷砖包括权利要求1-8中任一项所述的陶瓷材料。
17.一种权利要求16所述的瓷砖在地面装饰或墙面装饰中的应用。
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