CN113149678A - 一种高性能抗菌日用陶瓷及其制备方法 - Google Patents

一种高性能抗菌日用陶瓷及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于陶瓷领域，具体涉及一种高性能抗菌日用陶瓷及其制备方法。本发明的日用陶瓷具有较高的强韧性，抗菌性能优异，纳米硅酸铝短纤维有利于陶瓷的强韧性的增加，釉料中改性纳米TiO2极大地提高了陶瓷的抗菌性。本发明将釉料施釉于素坯表面后烧结得到高性能抗菌日用陶瓷，其中，素坯原料的质量百分数之和为100％，按照如下质量百分比的原料制成：石英24‑36％，硅灰石16‑24％，高岭土12‑18％，天青石10‑16％，萤石4‑8％，黑滑石6‑14％，纳米硅酸铝短纤维3‑6％；釉料中的改性纳米TiO2质量百分比占4‑8％；釉料施釉于素坯表面，素坯表面釉料的厚度为0.4‑0.8mm。

Description

一种高性能抗菌日用陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷技术领域。更具体地，涉及一种高性能抗菌日用陶瓷及其制备方法。
背景技术
当前，我国日用陶瓷产量大，但质量不高，阻碍了我国日用陶瓷向高端行列的发展，日用陶瓷在洗刷中容易磕碰导致破损，强度及断裂韧性较差，室内环境为霉菌、细菌等提供了繁殖生长的有利条件，需要日用陶瓷具有优良的抗菌性，提高日用陶瓷的强度、韧性及抗菌性是急需解决的问题。现有技术中有提高陶瓷强度、抗菌性的方法，但或多或少存在一些问题。如专利文献1(CN102190482A)中虽然降低了生产成本，但抗菌性、强韧性较低。专利文献2(CN104496561A)虽然力学性能较好，但抗菌性不佳。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有日用陶瓷强韧性不高，抗菌效果不佳的缺陷和不足，提供一种高性能抗菌日用陶瓷及其制备方法。
本发明的目的之一是提供一种高性能抗菌日用陶瓷，以解决现有技术中日用陶瓷强韧性不高、抗菌效果不好的问题。
本发明另一目的是提供一种高性能抗菌日用陶瓷的制备方法，以提高日用陶瓷的强韧性及抗菌性能。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种高性能抗菌日用陶瓷，其在特征在于，将釉料施釉于素坯表面后烧结得到高性能抗菌日用陶瓷，其中，素坯原料的质量百分数之和为100％，按照如下质量百分比的原料制成：石英24-36％，硅灰石16-24％，高岭土12-18％，天青石10-16％，萤石4-8％，黑滑石6-14％，纳米硅酸铝短纤维3-6％；釉料中的改性纳米TiO2质量百分比占4-8％；釉料施釉于素坯表面，素坯表面釉料的厚度为0.4-0.8mm。纳米硅酸铝短纤维的直径为150～240nm。所述烧结温度为1120-1240℃，烧结时间为40-80min。
改性纳米TiO2制备步骤如下：将硝酸银、硝酸铈、纳米TiO2颗粒、强碱和水进行混合，得到混合液体，然后将混合液体放置于反应釜中，加热至80-120℃的温度进行反应，反应时间为6-12h，反应完成后进行干燥，得到改性的改性纳米TiO2。硝酸银、硝酸铈之和与纳米TiO2颗粒的质量百分比为1：(1-1.2)。
纳米硅酸铝短纤维能提高陶瓷的强度，其直径为150～240nm，纳米硅酸铝短纤维加入后陶瓷中的细微粒子的晶界比例较高，可阻碍脆性的发展，促进了韧性的提高，纳米硅酸铝短纤维可细化组织，还可作为第二相物质起到弥散强化作用，很大程度上提高了陶瓷的强度，纳米硅酸铝短纤维含量过高，容易出现团聚，不利于陶瓷强韧性的提高，纳米硅酸铝短纤维的含量在4％时，其强度提高较大，且韧性优良。
改性纳米TiO2具有银离子和铈离子，银离子和铈离子具有抗菌效果，同时改性纳米TiO2不限于吸收紫外光，还可以吸收可见光，因而提高了产生的跃迁电子和空穴数量，电子、空穴与外部的氧和水反应得到活性氧，活性氧促进了有机物的分解，阻止了细菌蛋白的合成，改性纳米TiO2极大地提高了日用陶瓷的抗菌效果。硝酸银、硝酸铈之和与纳米TiO2颗粒的质量百分比为1：1.1时，加热至110℃的温度进行反应，反应时间为9h时，改性纳米TiO2吸收光的能力较强，得到的活性氧较多，其抗菌效果最佳。釉料中的改性纳米TiO2质量百分比过高或素坯表面釉料的厚度过高，不利于釉料中改性纳米TiO2发挥吸光作用，因而需要控制改性纳米TiO2的含量及素坯表面釉料的厚度。
一种高性能抗菌日用陶瓷的制备方法，其特征在于，将釉料施釉于素坯表面后烧结得到高性能抗菌日用陶瓷，其中，素坯原料的质量百分数之和为100％，按照如下质量百分比的原料制成：石英24-36％，硅灰石16-24％，高岭土12-18％，天青石10-16％，萤石4-8％，黑滑石6-14％，纳米硅酸铝短纤维3-6％；釉料中的改性纳米TiO2质量百分比占4-8％；釉料施釉于素坯表面，素坯表面釉料的厚度为0.4-0.8mm。纳米硅酸铝短纤维的直径为150～240nm。所述烧结温度为1120-1240℃，烧结时间为40-80min。
改性纳米TiO2制备步骤如下：将硝酸银、硝酸铈、纳米TiO2颗粒、强碱和水进行混合，得到混合液体，然后将混合液体放置于反应釜中，加热至80-120℃的温度进行反应，反应时间为6-12h，反应完成后进行干燥，得到改性的改性纳米TiO2。硝酸银、硝酸铈之和与纳米TiO2颗粒的质量百分比为1：(1-1.2)。
本发明具有以下有益效果：
加入纳米硅酸铝短纤维后，高性能抗菌日用陶瓷的抗折强度提高至128-140MPa，断裂韧性提高至13.5-14.9MPa·m1/2。对于抗菌性，本发明采用的菌种为大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、双球菌，将各菌种在25℃下培养12h，然后测定抗菌率，日用陶瓷的对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、双球菌抗菌率都达到99.2％以上。当素坯表面釉料的厚度为0.5mm，硝酸银、硝酸铈之和与纳米TiO2颗粒的质量百分比为1：1.1时，加热至110℃的温度进行反应，反应时间为9h时，陶瓷的抗菌性能更好，可达100％。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但具体实施方式本质上被认为是例示性的而非限制性的。
实施例1、一种高性能抗菌日用陶瓷，其在特征在于，将釉料施釉于素坯表面后烧结得到高性能抗菌日用陶瓷，其中，素坯原料的质量百分数之和为100％，按照如下质量百分比的原料制成：石英24％，硅灰石24％，高岭土12％，天青石16％，萤石4％，黑滑石14％，纳米硅酸铝短纤维6％；釉料中的改性纳米TiO2质量百分比占8％；釉料施釉于素坯表面，素坯表面釉料的厚度为0.8mm。纳米硅酸铝短纤维的直径为240nm。所述烧结温度为1240℃，烧结时间为40min。
改性纳米TiO2制备步骤如下：将硝酸银、硝酸铈、纳米TiO2颗粒、强碱和水进行混合，得到混合液体，然后将混合液体放置于反应釜中，加热至120℃的温度进行反应，反应时间为6h，反应完成后进行干燥，得到改性的改性纳米TiO2。硝酸银、硝酸铈之和与纳米TiO2颗粒的质量百分比为1：1.2。
实施例2、一种高性能抗菌日用陶瓷，其在特征在于，将釉料施釉于素坯表面后烧结得到高性能抗菌日用陶瓷，其中，素坯原料的质量百分数之和为100％，按照如下质量百分比的原料制成：石英36％，硅灰石16％，高岭土18％，天青石10％，萤石8％，黑滑石9％，纳米硅酸铝短纤维3％；釉料中的改性纳米TiO2质量百分比占4％；釉料施釉于素坯表面，素坯表面釉料的厚度为0.4mm。纳米硅酸铝短纤维的直径为150nm。所述烧结温度为1120℃，烧结时间为80min。
改性纳米TiO2制备步骤如下：将硝酸银、硝酸铈、纳米TiO2颗粒、强碱和水进行混合，得到混合液体，然后将混合液体放置于反应釜中，加热至80℃的温度进行反应，反应时间为12h，反应完成后进行干燥，得到改性的改性纳米TiO2。硝酸银、硝酸铈之和与纳米TiO2颗粒的质量百分比为1：1。
实施例3、一种高性能抗菌日用陶瓷，其在特征在于，将釉料施釉于素坯表面后烧结得到高性能抗菌日用陶瓷，其中，素坯原料的质量百分数之和为100％，按照如下质量百分比的原料制成：石英24％，硅灰石24％，高岭土14％，天青石16％，萤石4％，黑滑石14％，纳米硅酸铝短纤维4％；釉料中的改性纳米TiO2质量百分比占8％；釉料施釉于素坯表面，素坯表面釉料的厚度为0.8mm。纳米硅酸铝短纤维的直径为240nm。所述烧结温度为1240℃，烧结时间为40min。
改性纳米TiO2制备步骤如下：将硝酸银、硝酸铈、纳米TiO2颗粒、强碱和水进行混合，得到混合液体，然后将混合液体放置于反应釜中，加热至120℃的温度进行反应，反应时间为6h，反应完成后进行干燥，得到改性的改性纳米TiO2。硝酸银、硝酸铈之和与纳米TiO2颗粒的质量百分比为1：1.2。
实施例4、一种高性能抗菌日用陶瓷，其在特征在于，将釉料施釉于素坯表面后烧结得到高性能抗菌日用陶瓷，其中，素坯原料的质量百分数之和为100％，按照如下质量百分比的原料制成：石英24％，硅灰石24％，高岭土14％，天青石16％，萤石4％，黑滑石14％，纳米硅酸铝短纤维4％；釉料中的改性纳米TiO2质量百分比占8％；釉料施釉于素坯表面，素坯表面釉料的厚度为0.5mm。纳米硅酸铝短纤维的直径为240nm。所述烧结温度为1240℃，烧结时间为40min。
改性纳米TiO2制备步骤如下：将硝酸银、硝酸铈、纳米TiO2颗粒、强碱和水进行混合，得到混合液体，然后将混合液体放置于反应釜中，加热至120℃的温度进行反应，反应时间为6h，反应完成后进行干燥，得到改性的改性纳米TiO2。硝酸银、硝酸铈之和与纳米TiO2颗粒的质量百分比为1：1.1。
实施例5、一种高性能抗菌日用陶瓷，其在特征在于，将釉料施釉于素坯表面后烧结得到高性能抗菌日用陶瓷，其中，素坯原料的质量百分数之和为100％，按照如下质量百分比的原料制成：石英24％，硅灰石24％，高岭土14％，天青石16％，萤石4％，黑滑石14％，纳米硅酸铝短纤维4％；釉料中的改性纳米TiO2质量百分比占8％；釉料施釉于素坯表面，素坯表面釉料的厚度为0.5mm。纳米硅酸铝短纤维的直径为240nm。所述烧结温度为1240℃，烧结时间为40min。
改性纳米TiO2制备步骤如下：将硝酸银、硝酸铈、纳米TiO2颗粒、强碱和水进行混合，得到混合液体，然后将混合液体放置于反应釜中，加热至110℃的温度进行反应，反应时间为9h，反应完成后进行干燥，得到改性的改性纳米TiO2。硝酸银、硝酸铈之和与纳米TiO2颗粒的质量百分比为1：1.1。
对比例1、一种高性能抗菌日用陶瓷，其在特征在于，将釉料施釉于素坯表面后烧结得到高性能抗菌日用陶瓷，其中，素坯原料的质量百分数之和为100％，按照如下质量百分比的原料制成：石英24％，硅灰石24％，高岭土12％，天青石16％，萤石4％，黑滑石14％，二氧化锆6％；釉料中的改性纳米TiO2质量百分比占8％；釉料施釉于素坯表面，素坯表面釉料的厚度为0.8mm。所述烧结温度为1240℃，烧结时间为40min。
改性纳米TiO2制备步骤如下：将硝酸银、硝酸铈、纳米TiO2颗粒、强碱和水进行混合，得到混合液体，然后将混合液体放置于反应釜中，加热至120℃的温度进行反应，反应时间为6h，反应完成后进行干燥，得到改性的改性纳米TiO2。硝酸银、硝酸铈之和与纳米TiO2颗粒的质量百分比为1：1.2。
对比例2、一种高性能抗菌日用陶瓷，其在特征在于，将釉料施釉于素坯表面后烧结得到高性能抗菌日用陶瓷，其中，素坯原料的质量百分数之和为100％，按照如下质量百分比的原料制成：石英24％，硅灰石24％，高岭土12％，天青石16％，萤石4％，黑滑石14％，纳米硅酸铝短纤维6％；釉料中添加普通的TiO2质量百分比占8％，其中TiO2没有进行改性处理；釉料施釉于素坯表面，素坯表面釉料的厚度为0.8mm。纳米硅酸铝短纤维的直径为240nm。所述烧结温度为1240℃，烧结时间为40min。
对比例3、一种高性能抗菌日用陶瓷，其在特征在于，将釉料施釉于素坯表面后烧结得到高性能抗菌日用陶瓷，其中，素坯原料的质量百分数之和为100％，按照如下质量百分比的原料制成：石英12％，硅灰石38％，高岭土8％，天青石5％，萤石10％，黑滑石17％，纳米硅酸铝短纤维10％；釉料中的改性纳米TiO2质量百分比占15％；釉料施釉于素坯表面，素坯表面釉料的厚度为2.1mm。纳米硅酸铝短纤维的直径为80nm。所述烧结温度为1400℃，烧结时间为100min。
改性纳米TiO2制备步骤如下：将硝酸银、硝酸铈、纳米TiO2颗粒、强碱和水进行混合，得到混合液体，然后将混合液体放置于反应釜中，加热至150℃的温度进行反应，反应时间为5h，反应完成后进行干燥，得到改性的改性纳米TiO2。硝酸银、硝酸铈之和与纳米TiO2颗粒的质量百分比为1：0.5。
本发明对实施例1-5及对比例1-3的制备的高性能抗菌日用陶瓷进行力学性能和抗菌性测试，本发明采用的菌种为大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、双球菌，将各菌种在25℃下培养12h，然后测定抗菌率。测试结果见表1。
表1高性能抗菌日用陶瓷力学性能及抗菌性测试
Figure BDA0002946223580000061
从表1可知：采用本发明的日用陶瓷，其具有较高的强度及韧性，抗菌性能优异，纳米硅酸铝短纤维有利于陶瓷的强韧性的增加，釉料中改性纳米TiO2极大地提高了陶瓷的抗菌性。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在不脱离本发明的范围的情况下，所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高性能抗菌日用陶瓷，其在特征在于，将釉料施釉于素坯表面后烧结得到高性能抗菌日用陶瓷，其中，素坯原料的质量百分数之和为100％，按照如下质量百分比的原料制成：石英24-36％，硅灰石16-24％，高岭土12-18％，天青石10-16％，萤石4-8％，黑滑石6-14％，纳米硅酸铝短纤维3-6％；釉料中的改性纳米TiO2质量百分比占4-8％；釉料施釉于素坯表面，素坯表面釉料的厚度为0.4-0.8mm。
2.根据权利要求1所述的高性能抗菌日用陶瓷，其特征在于，所述纳米硅酸铝短纤维的直径为150～240nm。
3.根据权利要求1或2所述的高性能抗菌日用陶瓷，其特征在于，所述烧结温度为1120-1240℃，烧结时间为40-80min。
4.根据权利要求1或2所述的高性能抗菌日用陶瓷，其特征在于，所述纳米硅酸铝短纤维的含量为4％。
5.根据权利要求1或2所述的高性能抗菌日用陶瓷，其特征在于，所述改性纳米TiO2制备步骤如下：将硝酸银、硝酸铈、纳米TiO2颗粒、强碱和水进行混合，得到混合液体，然后将混合液体放置于反应釜中，加热至80-120℃的温度进行反应，反应时间为6-12h，反应完成后进行干燥，得到改性的改性纳米TiO2；硝酸银、硝酸铈之和与纳米TiO2颗粒的质量百分比为1：(1-1.2)。
6.根据权利要求5所述的高性能抗菌日用陶瓷，其特征在于，加热至110℃的温度进行反应，反应时间为9h。
7.根据权利要求5或6所述的高性能抗菌日用陶瓷，其特征在于，所述素坯表面釉料的厚度为0.5mm；所述硝酸银、硝酸铈之和与纳米TiO2颗粒的质量百分比为1：1.1。
8.一种制备权利要求1-7任一项所述的高性能抗菌日用陶瓷的制备方法，其特征在于，将釉料施釉于素坯表面后烧结得到高性能抗菌日用陶瓷，其中，素坯原料的质量百分数之和为100％，按照如下质量百分比的原料制成：石英24-36％，硅灰石16-24％，高岭土12-18％，天青石10-16％，萤石4-8％，黑滑石6-14％，纳米硅酸铝短纤维3-6％；釉料中的改性纳米TiO2质量百分比占4-8％；釉料施釉于素坯表面，素坯表面釉料的厚度为0.4-0.8mm；纳米硅酸铝短纤维的直径为150～240nm；所述烧结温度为1120-1240℃，烧结时间为40-80min。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述改性纳米TiO2制备步骤如下：将硝酸银、硝酸铈、纳米TiO2颗粒、强碱和水进行混合，得到混合液体，然后将混合液体放置于反应釜中，加热至80-120℃的温度进行反应，反应时间为6-12h，反应完成后进行干燥，得到改性的改性纳米TiO2；硝酸银、硝酸铈之和与纳米TiO2颗粒的质量百分比为1：(1-1.2)。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述纳米硅酸铝短纤维的含量为4％；所述素坯表面釉料的厚度为0.5mm；所述硝酸银、硝酸铈之和与纳米TiO2颗粒的质量百分比为1：1.1。
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