CN113979723B - 多功能远红外调湿建材的制作方法 - Google Patents

多功能远红外调湿建材的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多功能远红外调湿建材的制作方法，包括：配制坯体原料，其主要由活性氧化铝、酸化凹凸棒土、纳米高岭土、超微优质煤、远红外添加剂、皂土、木节土、伊利土、长石、硼砂、水玻璃、三聚磷酸钠、牡蛎壳粉/高白埃洛石复合物、硅砂、钛白粉等组成；配制釉料原料，其主要由分子筛、硅酸锆、低温熔块、膨润土、羧甲基纤维素钠、三聚磷酸钠、酸化凹凸棒土等组成；将坯体原料球磨、干燥后压制形成坯体；将釉料原料球磨后施加到坯体表面形成釉料涂层；将表面覆盖有釉料涂层的坯体进行烧成处理。本发明的多功能远红外调湿建材具有优良空气净化能力，对人体无任何安全伤害，且具有优异耐污性和自清洁功能，同时其制作工艺简单，能耗低、成本低，可以很好的满足大规模生产的要求。

Description

多功能远红外调湿建材的制作方法
技术领域
本发明具体涉及一种多功能远红外调湿建材的制作方法，属于功能陶瓷技术领域。
背景技术
对于家庭装修来说，瓷砖是一种非常重要的材料，然而传统瓷砖功能比较单一。今年来，空气净化瓷砖因其兼具装饰、空气净化等功能，越来越受到消费者的青睐。现有的空气净化瓷砖一般是通过在坯体和釉中添加负离子粉中制成，负离子粉与空气中的水接触后会释放出负氧离子，以分解空气中的甲醛等有害气体。但是天然的负离子粉一般含有放射性元素，例如镭、钋、氡、钫、镭、锕、钍、镤和铀等，这些元素会长期释放短波射线。在添加量较小的情况下，其对人体的伤害较小，但空气净化能力较弱，若要提高其空气净化能力，则负离子粉需要大量添加，此时又将对人体造成长期伤害。
同时，现有的空气净化瓷砖对于空气中的甲苯、苯等基本无净化能力。而且，现有的空气净化瓷砖的耐污性能比较差，特别是若沾污泥垢、皮脂垢、咖啡渍、烟焦油等污物后很难去除，影响美观。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种多功能远红外调湿建材的制作方法，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明的一些实施例提供了一种多功能远红外调湿建材的制作方法，其包括：
(1)配制坯体原料，所述坯体原料包括按照重量份计算的如下组分：20～80份活性氧化铝、20～30份酸化凹凸棒土、15～25份纳米高岭土、1～10份超微优质煤、5～15份远红外添加剂、10～20份皂土、30～40份木节土、15～20份水玻璃、5～10份伊利土、3～8份钛白粉、1～10份长石、3～10份牡蛎壳粉/高白埃洛石复合物、1～3份硼砂、1～5份三聚磷酸钠、0～5份硅砂，以及
配制釉料原料，所述釉料原料包括5～15份分子筛、20～30份硅酸锆、10～15份低温熔块、5～10份膨润土、0.1～5份羧甲基纤维素钠、0.5～3份三聚磷酸钠、0.5～1份远红外添加剂、0.5～1份酸化凹凸棒土；
(2)将坯体原料的各组分混合球磨、喷雾干燥后，再将所获粉体压制形成坯体，之后烘干；
(3)将釉料原料的各组分混合球磨形成釉料，再施加到坯体表面形成釉料涂层；
(4)将表面覆盖有釉料涂层的坯体进行烧成处理。
在一些实施方式中，所述酸化凹凸棒土的制备方法包括：将凹凸棒土分散于水中形成悬浊液，并将所述悬浊液加热至90～100℃，在伴以持续搅拌的情况下，向所述悬浊液中加入浓硫酸，浓硫酸的质量为凹凸棒土质量的60～75wt％，反应1～5h，之后将凹凸棒土从反应混合物中过滤出，并以水充分洗涤，之后烘干，并球磨至200目～300目。通过酸化处理，可以消除凹凸棒土中的有害杂质，使其内部孔洞更为通畅，且在一定程度上改变凹凸棒土的晶体结构，使其更易于与多功能远红外调湿建材基体(如下简称基体)中的其它组分结合更为牢固，增强基体的强度等性能。
在一些实施方式中，所述牡蛎壳粉/高白埃洛石复合物的制备方法包括：
将牡蛎壳在空气中于200～250℃低温煅烧1～1.5h，获得煅烧牡蛎壳；
取质量比为1∶2～3的高白埃洛石及煅烧牡蛎壳混合并球磨处理至400目～500目，再分散于水中形成悬浮液，之后向所述悬浮液内加入可溶性铁盐、可溶性锰盐及钛酸丁酯形成液相混合物，使所述液相混合物含3～5mol/L Fe3+、3～5mol/L Mn2+及5～10mol/L钛酸丁酯，其后以氨水调节所述液相混合物的pH值至10～12，然后使所述液相混合物在100～120℃水热反应1～3h，待所述水热反应结束后从所获反应混合物中分离出固相物，最后将所述固相物在80～100℃烘干并再次球磨处理至400目～500目。其中，通过将牡蛎壳粉、高白埃洛石及金属化合物采用以上方式复合，不仅可以优化基体内的孔径分布，而且还可以提高基体的白度，特别是还可能会增强基体吸收红外线等电磁波并降解所吸收的有机污染物的功能。
在一些实施方式中，所述远红外添加剂包括微硅粉、烟道灰、远红外粉中的任意一种或多种的组合，且不限于此。
在一些实施方式中，所述分子筛包括13X分子筛、NaX分子筛、NaY分子筛、SBA-15分子筛、MCM41分子筛、改性丝光沸石分子筛中的任意一种或多种的组合，且不限于此。优选的，所述分子筛的有效孔径在
Figure BDA0003402139080000021
以上。
进一步的，所述纳米高岭土的粒径优选为1～100nm。
进一步的，所述超微优质煤优选为微米级的。
在一些实施方式中，步骤(2)具体包括：
将活性氧化铝、纳米高岭土、超微优质煤、远红外添加剂、皂土、木节土、水玻璃、伊利土、钛白粉、长石、硼砂、三聚磷酸钠及硅砂混合后搅拌均匀，形成第一物料；
将酸化凹凸棒土与牡蛎壳粉/高白埃洛石复合物充分混合均匀，形成第二物料；
将第二物料加入第一物料，再依次进行球磨、喷雾干燥处理。
其中，通过将酸化凹凸棒土与牡蛎壳粉/高白埃洛石复合物预先混合，可以使两者在坯体中以彼此依附的形式分布，形成更为通畅的纳米、亚微米、微米、毫米级孔洞组合形成的多级孔道结构。
进一步的，步骤(2)具体包括：将第二物料加入第一物料后，再加入300～800重量份水，之后进行球磨处理。
进一步的，步骤(2)中混合球磨后所获物料的比重为1.68～1.75，粘度(伏持杯)25～35s。
在一些实施方式中，步骤(2)具体包括：将坯体原料的各组分混合球磨至325目筛余2～8wt％，之后喷雾干燥，获得粉体。
进一步的，步骤(2)中喷雾干燥所获粉体的含水率为7～9wt％，其中颗粒粒径分布为：20目以上0～2％、20～45目60～75％、45～60目15～20％、60～100目8～15％、100目以上＜10％。
在一些实施方式中，步骤(2)具体包括：将所获粉体以300～450kgf/cm2的成型压力压制形成坯体，之后在干燥窑中以40～100℃的温度烘干至含水率小于0.5wt％。
在一些实施方式中，步骤(3)具体包括：将釉料原料的各组分混合球磨，至残渣中粒径在325目以上的颗粒占比少于0.5％，获得釉料。
进一步的，所述釉料的比重为1.1～1.5g/cm3。
进一步的，所述釉料原料中的低温熔块选用无害低熔点熔块，即不含铅等有害金属的低熔点熔块。
在一些实施方式中，步骤(3)包括：采用喷釉、淋釉、甩釉或印刷方式将釉料施加到坯体表面形成釉料涂层，遮盖率为80～100％，施釉量为50～500g/m2。
在一些情况下，还可以在前述釉料涂层上施加其它釉料额外形成附加的釉料涂层，进而形成附加釉层。所述的其它釉料主要是装饰釉，可以采用高硅低铝的碱硅铝系统，软化点在550～650℃，或者也可以采用改性的闪光釉。应当理解，附加釉层不是必要的。
在一些实施方式中，步骤(4)所采用的烧成温度为700～1000℃、烧成时间为30～150min。
本发明中通过选用前述坯体原料，可以在坯体烧成所获的基体表层区域形成丰富的纳米级孔洞(孔径主要分布为2～7nm及7～12nm)及微米级孔洞，并使这些纳米级孔洞、微米级孔洞与基体内部的微米级孔道组成多级互联通孔结构，从而能持续高效的吸附空气中的小分子污染物和大分子污染物，并且还能在常温下高效发射波长为4～14μm的远红外波，进一步增强其对于空气的净化效果，同时还可以避免基体表面形成针孔、缩孔等缺陷，以及使坯体表面的白度显著提升，而通过选用前述的釉料原料，可以通过喷釉、打印等方式在坯体表面形成釉料涂层，在较少施釉量下具有高遮盖率(可达100％)，并且还可使由釉料涂层烧成所获的釉层与基体牢固结合，并在所述釉层中形成丰富的埃米级孔洞
Figure BDA0003402139080000041
及微纳米级通孔(其中部分的微米通孔可能是坯体内的气体在烧成过程中受热膨胀冲破釉层而形成)，这些埃米级及微纳米级通孔与基体表层及内部的多级互联通孔结构相互连通，既不会影响多功能远红外调湿建材的空气净化性能，同时还有一定的自清洁功能，可避免液态水及泥垢、皮脂垢、咖啡渍、烟焦油等污物进入基体，从而有效提升所获多功能远红外调湿建材的耐污、耐磨等性能。
本发明的一些实施例还提供了由前述任一种方法制备的多功能远红外调湿建材。
较之现有技术，本发明至少具有如下有益效果：
(1)提供的多功能远红外调湿建材具有优良空气净化能力，不仅可以长期高效降解甲醛、氨、H2S等小分子污染物，而且还可以长期且高效地吸附甲苯、苯、阿莫尼亚等大分子污染物，且对人体无任何安全伤害；
(2)提供的多功能远红外调湿建材具有优异耐污性和自清洁功能，釉层与基体结合牢固，硬度高、耐磨性好，外形光洁美观，易于维护；
(3)提供的多功能远红外调湿建材的可以低温烧成，能耗低，整体制作工艺简单易实施，可以很好的满足大规模生产的要求。
具体实施方式
以下将结合若干实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。然而，应理解，本说明书中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。又及，若非特别说明，则如下所涉及的原料均可以从市场途径获取或者按照本领域习知的方式自制。如下所使用的各种反应设备、测试设备及测试方法也是本领域已知的。
如下实施例中所使用的酸化凹凸棒土主要通过如下方法制备：将10重量份盱眙出产的凹凸棒土分散于50重量份水中形成悬浊液，并将所述悬浊液加热至100℃左右，在伴以持续搅拌的情况下，向所述悬浊液中加入浓硫酸，浓硫酸的质量为凹凸棒土质量的60％左右，反应3h，之后将凹凸棒土从反应混合物中过滤出，并以水充分洗涤，之后烘干，并球磨至200目左右。
如下实施例中所使用的牡蛎壳粉/高白埃洛石复合物主要通过如下方法制备：
将市售牡蛎壳在空气中于250℃左右低温煅烧1.5h，获得煅烧牡蛎壳；
取质量比为1∶3的市售高白埃洛石及煅烧牡蛎壳混合并球磨处理至400目左右，再分散于水中形成悬浮液，之后向所述悬浮液内加入硝酸铁、硝酸镁及钛酸丁酯形成液相混合物，使所述液相混合物含约5mol/L Fe3+、5mol/L Mn2+及10mol/L钛酸丁酯，其后以氨水调节所述液相混合物的pH值至约12，然后使所述液相混合物在120℃水热反应约2h，待所述水热反应结束后从所获反应混合物中分离出固相物，最后将所述固相物在100℃烘干并再次球磨处理至400目左右。
如下实施例中所采用的市售纳米高岭土的粒径约为30～80nm，市售超微优质煤平均粒径约50～200μm。
实施例1一种多功能远红外调湿建材的制作方法，包括如下步骤：
1)配制坯体原料，包括：
将30份(如下若非特别说明则均为重量份)酸化凹凸棒土与10份牡蛎壳粉/高白埃洛石复合物充分混合均匀，形成第一物料；
80份活性氧化铝、25份纳米高岭土、10份超微优质煤、15份烟道灰、20份皂土、40份木节土、20份水玻璃、10份伊利土、8份钛白粉、10份长石、3份硼砂、5份三聚磷酸钠、5份硅砂充分混合均匀形成第二物料；
将第一物料加入第二物料，并加水450～550份，投入球磨机球磨5～8h，直至残渣2～8％/325目(即，球磨后物料过325目筛后余留2～8wt％的残渣)，获得混合物料，该混合物物料的比重约为1.75、粘度(伏持杯)约为35s。
2)将前述混合物料喷雾干燥，制得粉体，该粉体的含水率及粒径分布如下表1：
表1
Figure BDA0003402139080000051
3)将前述的粉体放入油压压力机以350kg/cm2的压力压制成100mm×50mm×6mm的规格的半成品，并在干燥窑中于40℃左右烘干至含水率低于0.5wt％。
4)釉料的制作，包括：
配制釉料的原料，包括：将15份13X分子筛与1份酸化凹凸棒土充分混合，之后再与30份硅酸锆、15份低温无害熔块、10份膨润土、5份羧甲基纤维素钠、3份三聚磷酸钠及1份远红外添加剂均匀混合；
将釉料的原料放入球磨机，并加水300份进行球磨，制成釉料(浆料)，并继续加水将该浆料的比重调至1.1g/cm3。
5)釉层制作，包括：
将釉料在烘干半成品的表面按80g/m2的量进行喷釉，遮盖率100％，形成釉料涂层。
6)将表面覆盖有釉料涂层的半成品在830℃的烧成温度下烧成50分钟，制作获得多功能远红外调湿建材成品。
实施例2一种多功能远红外调湿建材的制作方法，包括如下步骤：
1)配制坯体原料，包括：将30份(如下若非特别说明则均为重量份)酸化凹凸棒土与8份牡蛎壳粉/高白埃洛石复合物充分混合均匀，形成第一物料；
60份活性氧化铝、20份纳米高岭土、8份超微优质煤、12份微硅粉、15份皂土、30份木节土、15份水玻璃、8份伊利土、5份钛白粉、3份长石、2份硼砂、3份三聚磷酸钠、2份硅砂充分混合均匀形成第二物料；
将第一物料加入第二物料，并加水400份～450份，投入球磨机球磨5-8h，直至残渣2-8％/325目，获得混合物料，该混合物物料的比重为1.70左右、粘度(伏持杯)约为30s。
2)将前述混合物料喷雾干燥，制得粉体，该粉体的含水率约8.5wt％，其粒径分布与表1类似。
3)将前述的粉体放入油压压力机以350kgf/cm2的压力压制成100mm×50mm×6mm规格的半成品，并在干燥窑中于100℃左右烘干至含水率低于0.5wt％。
4)釉料的制作，包括：
配制釉料的原料，包括：将9份SBA-15分子筛与1份酸化凹凸棒土充分混合，之后再与25份硅酸锆、12份低温无害熔块、8份膨润土、2份羧甲基纤维素钠、1份三聚磷酸钠及0.5份远红外添加剂均匀混合；
将釉料的原料放入球磨机，并加水300份进行球磨，制成釉料(浆料)，再将该浆料的比重调至1.15g/cm3。
5)釉层制作，包括：
将釉料在烘干半成品的表面按100g/m2的量进行喷釉，遮盖率100％，形成釉料涂层。
6)将表面覆盖有釉料涂层的半成品在温度800℃烧成1h，制作获得多功能远红外调湿建材成品。
实施例3一种多功能远红外调湿建材的制作方法，包括如下步骤：
1)配制坯体原料，包括：将20份(如下若非特别说明则均为重量份)酸化凹凸棒土与3份牡蛎壳粉/高白埃洛石复合物充分混合均匀，形成第一物料；
50份活性氧化铝、15份纳米高岭土、1份超微优质煤、5份远红外粉、10份皂土、30份木节土、15份水玻璃、5份伊利土、3份钛白粉、1份长石、1份硼砂、1份三聚磷酸钠充分混合均匀形成第二物料；
将第一物料加入第二物料，并加水400～450份，投入球磨机球磨5～8h，直至残渣2～8％/325目，获得混合物料，该混合物物料的比重约1.68、粘度(伏持杯)约为25s；
2)将前述混合物料喷雾干燥，制得粉体，该粉体的含水率及粒径分布数据类似于表1。
3)将前述的粉体放入油压压力机以350kgf/cm2的压力压制成60mm×60mm×6mm规格的半成品，并在干燥窑中于60℃左右烘干至含水率低于0.5wt％。
4)釉料的制作，包括：
配制釉料的原料，包括：将5份NaX分子筛与0.5份酸化凹凸棒土充分混合，之后再与20份硅酸锆、10份低温无害熔块、5份膨润土、0.1份羧甲基纤维素钠、0.5份三聚磷酸钠及0.5份远红外添加剂均匀混合：
将釉料的原料放入球磨机，并加水300份进行球磨，制成釉料(浆料)，之后将该浆料的比重调至1.1g/cm3。
5)釉层制作，包括：
将釉料在烘干半成品的表面按90g/m2的量进行喷釉，遮盖率100％，形成釉料涂层。
6)将表面覆盖有釉料涂层的半成品在温度800℃烧成1h，制作获得多功能远红外调湿建材成品。
对比例1本对比例的一种多功能远红外调湿建材的制作方法与实施例1基本相同，区别仅仅在于：坯体原料中以市售高白埃洛石替代了牡蛎壳粉/高白埃洛石复合物。
对比例2本对比例的一种多功能远红外调湿建材的制作方法与实施例1基本相同，区别仅仅在于：将相同质量的煅烧牡蛎壳球磨至400目并替代坯体原料的牡蛎壳粉/高白埃洛石复合物。
对比例3本对比例的一种多功能远红外调湿建材的制作方法与实施例1基本相同，区别仅仅在于：省略了釉料原料中的分子筛。
对比例4本对比例的一种多功能远红外调湿建材的制作方法与实施例1基本相同，区别仅仅在于：省略了釉料原料中的酸化凹凸棒土。
以上实施例1-3及对比例1所获产品的性能如下表2所示：
表2
Figure BDA0003402139080000081
*表2中的吸放湿实验条件：吸湿23℃，70％RH，放湿23℃，25％RH。
表2中的各项数据是依据JC/T2002-2009、QB/T2761-2006、GB21551.4-2010/5.3、GB/T3810.7-2016等规定的方法测试得到，其中比表面积、单点平均孔径等是利用SSA-4000分析仪测得。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其他改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (9)

1.一种多功能远红外调湿建材的制作方法，其特征在于，包括：
（1）配制坯体原料，所述坯体原料包括按照重量份计算的如下组分：20～80份活性氧化铝、20～30份酸化凹凸棒土、15～25份纳米高岭土、1～10份超微优质煤、5～15份远红外添加剂、10～20份皂土、30～40份木节土、15～20份水玻璃、5～10份伊利土、3～8份钛白粉、1～10份长石、3~10份牡蛎壳粉/高白埃洛石复合物、1～3份硼砂、1～5份三聚磷酸钠、0～5份硅砂，以及
配制釉料原料，所述釉料原料包括5～15份分子筛、20～30份硅酸锆、10～15份低温熔块、5～10份膨润土、0.1～5份羧甲基纤维素钠、0.5～3份三聚磷酸钠、0.5～1份远红外添加剂、0.5～1份酸化凹凸棒土；
（2）将坯体原料的各组分混合球磨、喷雾干燥后，再将所获粉体压制形成坯体，之后烘干；
（3）将釉料原料的各组分混合球磨形成釉料，再施加到坯体表面形成釉料涂层；
（4）将表面覆盖有釉料涂层的坯体进行烧成处理；
其中，所述牡蛎壳粉/高白埃洛石复合物的制备方法包括：
将牡蛎壳在空气中于200~250℃低温煅烧1~1.5h，获得煅烧牡蛎壳；
取质量比为1：2~3的高白埃洛石及煅烧牡蛎壳混合并球磨处理至400目~500目，再分散于水中形成悬浮液，之后向所述悬浮液内加入可溶性铁盐、可溶性锰盐及钛酸丁酯形成液相混合物，使所述液相混合物含3~5mol/L Fe3+、3~5mol/L Mn2+及5~10mol/L钛酸丁酯，其后以氨水调节所述液相混合物的pH值至10~12，然后使所述液相混合物在100~120℃水热反应1~3h，待所述水热反应结束后从所获反应混合物中分离出固相物，最后将所述固相物在80~100℃烘干并再次球磨处理至400目~500目。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述酸化凹凸棒土的制备方法包括：将凹凸棒土分散于水中形成悬浊液，并将所述悬浊液加热至90～100℃，在伴以持续搅拌的情况下，向所述悬浊液中加入浓硫酸，浓硫酸的质量为凹凸棒土质量的60～75wt％，反应1～5h，之后将凹凸棒土从反应混合物中过滤出，并以水充分洗涤，之后烘干，并球磨至200目~300目。
3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述远红外添加剂为远红外粉。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述分子筛选自NaX分子筛、NaY分子筛、SBA-15分子筛、MCM41分子筛、改性丝光沸石分子筛中的任意一种或多种的组合，并且所述分子筛的有效孔径在9Å以上。
5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，步骤（2）具体包括：
将活性氧化铝、纳米高岭土、超微优质煤、远红外添加剂、皂土、木节土、水玻璃、伊利土、钛白粉、长石、硼砂、三聚磷酸钠及硅砂混合后搅拌均匀，形成第一物料；
将酸化凹凸棒土与牡蛎壳粉/高白埃洛石复合物充分混合均匀，形成第二物料；
将第二物料加入第一物料，再依次进行球磨、喷雾干燥处理。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，步骤（2）具体包括：将坯体原料的各组分混合球磨至325目筛余2～8wt%，之后喷雾干燥，获得粉体。
7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，步骤（2）具体包括：将所获粉体以300～450kgf/cm2的成型压力压制形成坯体，之后在干燥窑中以40～100℃的温度烘干至含水率小于0.5wt%。
8. 根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，步骤（3）包括：采用喷釉、淋釉、甩釉或印刷方式将釉料施加到坯体表面形成釉料涂层，遮盖率为80～100%，施釉量为50～500g/m2。
9. 根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，步骤（4）所采用的烧成温度为700～1000℃、烧成时间为30～150 min。
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