CN114409398A - 一种抗菌高强度白瓷及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抗菌高强度白瓷及其加工工艺，所述抗菌高强度白瓷包括以下重量份的组分：氧化铝20‑30份、氧化锆30‑40份、钾长石6‑8份、氧化亚铜/氧化锌复合材料8‑10份、抗菌液50‑60份、粘结剂5‑8份、硅酸钠7‑10份和硅藻土8‑10份；所述抗菌高强度白瓷的加工工艺，包括以下步骤：S1:将氧化铝、氧化锆、钾长石、氧化亚铜/氧化锌复合材料、硅酸钠和硅藻土入球磨机中研磨、搅拌均匀，得混合料；S2:将粘结剂和抗菌液加入上述混合料制成泥浆黏度为400‑450mPa•s的坯料，坯料经塑形，在65‑70℃下烘干即得坯体；S3:对步骤S2所得坯体烧制，得到抗菌高强度白瓷。本发明制得的白瓷白度高，且具有优异的强度、机械性能和良好的抗菌性。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷技术领域，具体涉及一种抗菌高强度白瓷及其加工工艺。
背景技术
陶瓷制品具有金属的强度、丰富的装饰效果、良好的耐磨性、化学稳定性，广泛进入人们的日常生活，深受人们的喜爱。当然瓷器制品也有美中不足之处。最大弱点是抗冲击强度低，不耐摔碰，容易破损，是一种易碎品。随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们对生活的质量要求越来越高。消费者对于日用陶瓷、卫生陶瓷和建筑陶瓷的性能要求不断提高，不但要求产品美观，还要求具有致密性、强度、实用和耐磨。日用陶瓷商品的接触食物的内侧是具备抗菌性能的关键部分。同时平常的日用陶瓷容易磕碰导致破损，强度及断裂韧性较差，而室内环境为霉菌、细菌等提供了繁殖生长的有利条件，因而急需日用陶瓷具有优良的抗菌性，以及具有较高的强度、韧性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种抗菌高强度白瓷及其加工工艺，制得的白瓷白度高，且具有优异的强度、机械性能和良好的抗菌性。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种抗菌高强度白瓷，包括以下重量份的组分：氧化铝20-30份、氧化锆30-40份、钾长石6-8份、氧化亚铜/氧化锌复合材料8-10份、抗菌液50-60份、粘结剂5-8份、硅酸钠7-10份和硅藻土8-10份。
优选地，所述粘结剂为羟甲基纤维素钠。
本发明还提供一种抗菌高强度白瓷的加工工艺，包括以下步骤：
S1:将氧化铝、氧化锆、钾长石、氧化亚铜/氧化锌复合材料、硅酸钠和硅藻土入球磨机中研磨、搅拌均匀，得混合料；
S2:将粘结剂和抗菌液加入上述混合料制成泥浆黏度为400-450mPa·s的坯料，坯料经塑形，在65-70℃下烘干即得坯体；
S3:对步骤S2所得坯体烧制，得到抗菌高强度白瓷。
优选地，步骤S1中所述氧化亚铜/氧化锌复合材料的制备方法包括：
S11：将氧化锌、质量分数70％的乙二胺四乙酸二钠溶液和体积分数60％的硫酸铜溶液混合，于50℃下搅拌2-3h，得混合液；
S12：将体积分数80％的氢氧化钠溶液和质量分数为20％的抗坏血酸加入到步骤S11所得混合液，继续搅拌30min，于60-70℃干燥，即得氧化亚铜/氧化锌复合材料。
优选地，步骤S11中所述氧化锌、乙二胺四乙酸二钠溶液和硫酸铜溶液的重量份比为1:2:1，步骤S12中所述氢氧化钠溶液、抗坏血酸和所述混合液的重量份比为1:1:5。
优选地，步骤S2中所述抗菌液的制备方法包括：
S21：将聚二甲基硅氧烷溶于正己烷和无水乙醇组成的混合溶剂中；
S22：将氧化锌和纳米铜粉末加入到上述混合溶液中，超声搅拌30min，即得所述抗菌液。
优选地，步骤S21中的所述聚二甲基硅氧烷、正己烷和无水乙醇的重量份比为1：10：10。
优选地，步骤S22中的所述氧化锌、纳米铜粉末和步骤S21的混合溶液的重量份比为1：1：10。
优选地，所述步骤S3中坯体烧制为升降温法烧成工艺。
优选地，所述升降温法烧成工艺包括：以5℃/min的升温速率，温度升到1000-1200℃，保温1-2h，再以10℃/min升温至1500-1540℃，常温冷却至1400-1450℃，保温10-12h。
本发明中的氧化亚铜/氧化锌复合材料与其他原料之间通过粘结剂，建立一定的结合与粘接，均匀地从内部降低和填补组分之间的空隙，降低组分间隙，以提高陶瓷的致密性，并消除组分之间的缺陷，提高组分结合力，降低应力集中点，提高机械性能。
本发明中的超声处理氧化锌/纳米铜粉末复合抗菌液，可以更好地实现纳米微球的镶嵌，增加纳米铜微球牢度高，提高了抗菌性，氧化亚铜/氧化锌复合材料以及抗菌液的纳米粒子紧密沉积在陶瓷表面，可通过Zn2+和Cu2+等金属离子和生成其它活性氧自由基，起到抗菌、杀菌消毒的效果。
本发明采用升降温法烧成工艺，随着温度的升高，伴随着烧结能量的增高，坯体内部的物理化学反应将进行地更加彻底，随着晶界扩散和晶界迁移加快进行，收缩变化更大，升温的过程中通过保温，提供给烧结系统内的能量也在增加，坯体内部的反应也同样的进行更加彻底，以提高收缩率、相对体积密度和机械性能，再通过适当降温，使得扩散和迁移已经彻底完成的晶界进行稳定，坯体内部以更加致密。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。另，特别说明，本发明原料和设备均可从市售所得，不再一一列举，其中，本发明原材料均可从市售获得，为本领域技术人员所熟知的。
实施例1：
一种抗菌高强度白瓷，包括以下重量份的组分：氧化铝30份、氧化锆40份、钾长石8份、氧化亚铜/氧化锌复合材料10份、抗菌液60份、羟甲基纤维素钠8份、硅酸钠10份和硅藻土10份。
一种抗菌高强度白瓷的加工工艺，包括以下步骤：
S1:将上述氧化铝、氧化锆、钾长石、氧化亚铜/氧化锌复合材料、硅酸钠和硅藻土入球磨机中研磨、搅拌均匀，得混合料；
S2:将粘结剂和抗菌液加入上述混合料制成泥浆黏度为400mPa·s的坯料，坯料经塑形，在70℃下烘干即得坯体；
S3:对步骤S2所得坯体烧制，以5℃/min的升温速率，温度升到1200℃，保温2h，再以10℃/min升温至1540℃，常温冷却至1450℃，保温12h，得到抗菌高强度白瓷。
其中，步骤S1中所述氧化亚铜/氧化锌复合材料的制备方法包括：
S11：将氧化锌、质量分数70％的乙二胺四乙酸二钠溶液和体积分数60％的硫酸铜溶液混合，于50℃下搅拌3h，得混合液，其中，氧化锌、乙二胺四乙酸二钠溶液和硫酸铜溶液的重量份比为1:2:1；
S12：将体积分数80％的氢氧化钠溶液和质量分数为20％的抗坏血酸加入到步骤S11所得混合液，继续搅拌30min，于70℃干燥，即得氧化亚铜/氧化锌复合材料，其中，氢氧化钠溶液、抗坏血酸和所述混合液的重量份比为1:1:5。
其中，步骤S2中抗菌液的制备方法包括：
S21：将聚二甲基硅氧烷溶于正己烷和无水乙醇组成的混合溶剂中，其中，聚二甲基硅氧烷、正己烷和无水乙醇的重量份比为1：10：10；
S22：将氧化锌和纳米铜粉末加入到上述混合溶液中，超声搅拌30min，即得所述抗菌液，其中，氧化锌、纳米铜粉末和步骤S21的混合溶液的重量份比为1：1：10。
实施例2：
一种抗菌高强度白瓷，包括以下重量份的组分：氧化铝20份、氧化锆30份、钾长石6份、氧化亚铜/氧化锌复合材料8份、抗菌液50份、羟甲基纤维素钠5份、硅酸钠7份
和硅藻土8份。
一种抗菌高强度白瓷的加工工艺，包括以下步骤：
S1:将上述氧化铝、氧化锆、钾长石、氧化亚铜/氧化锌复合材料、硅酸钠和硅藻土入球磨机中研磨、搅拌均匀，得混合料；
S2:将粘结剂和抗菌液加入上述混合料制成泥浆黏度为450mPa·s的坯料，坯料经塑形，在65℃下烘干即得坯体；
S3:对步骤S2所得坯体烧制，以5℃/min的升温速率，温度升到1000℃，保温1h，再以10℃/min升温至1500℃，常温冷却至1400℃，保温10h，得到抗菌高强度白瓷。
其中，步骤S1中所述氧化亚铜/氧化锌复合材料的制备方法包括：
S11：将氧化锌、质量分数70％的乙二胺四乙酸二钠溶液和体积分数60％的硫酸铜溶液混合，于50℃下搅拌2h，得混合液，其中，氧化锌、乙二胺四乙酸二钠溶液和硫酸铜溶液的重量份比为1:2:1；
S12：将体积分数80％的氢氧化钠溶液和质量分数为20％的抗坏血酸加入到步骤S11所得混合液，继续搅拌30min，于60℃干燥，即得氧化亚铜/氧化锌复合材料，其中，氢氧化钠溶液、抗坏血酸和所述混合液的重量份比为1:1:5。
其中，步骤S2中抗菌液的制备方法包括：
S21：将聚二甲基硅氧烷溶于正己烷和无水乙醇组成的混合溶剂中，其中，聚二甲基硅氧烷、正己烷和无水乙醇的重量份比为1：10：10；
S22：将氧化锌和纳米铜粉末加入到上述混合溶液中，超声搅拌30min，即得所述抗菌液，其中，氧化锌、纳米铜粉末和步骤S21的混合溶液的重量份比为1：1：10。
实施例3：
一种抗菌高强度白瓷，包括以下重量份的组分：氧化铝25份、氧化锆35份、钾长石7份、氧化亚铜/氧化锌复合材料9份、抗菌液55份、羟甲基纤维素钠6份、硅酸钠8份
和硅藻土9份。
一种抗菌高强度白瓷的加工工艺，包括以下步骤：
S1:将上述氧化铝、氧化锆、钾长石、氧化亚铜/氧化锌复合材料、硅酸钠和硅藻土入球磨机中研磨、搅拌均匀，得混合料；
S2:将粘结剂和抗菌液加入上述混合料制成泥浆黏度为425mPa·s的坯料，坯料经塑形，在68℃下烘干即得坯体；
S3:对步骤S2所得坯体烧制，以5℃/min的升温速率，温度升到1100℃，保温1.5h，再以10℃/min升温至1520℃，常温冷却至1420℃，保温11h，得到抗菌高强度白瓷。
其中，步骤S1中所述氧化亚铜/氧化锌复合材料的制备方法包括：
S11：将氧化锌、质量分数70％的乙二胺四乙酸二钠溶液和体积分数60％的硫酸铜溶液混合，于50℃下搅拌2.5h，得混合液，其中，氧化锌、乙二胺四乙酸二钠溶液和硫酸铜溶液的重量份比为1:2:1；
S12：将体积分数80％的氢氧化钠溶液和质量分数为20％的抗坏血酸加入到步骤S11所得混合液，继续搅拌30min，于65℃干燥，即得氧化亚铜/氧化锌复合材料，其中，氢氧化钠溶液、抗坏血酸和所述混合液的重量份比为1:1:5。
其中，步骤S2中抗菌液的制备方法包括：
S21：将聚二甲基硅氧烷溶于正己烷和无水乙醇组成的混合溶剂中，其中，聚二甲基硅氧烷、正己烷和无水乙醇的重量份比为1：10：10；
S22：将氧化锌和纳米铜粉末加入到上述混合溶液中，超声搅拌30min，即得所述抗菌液，其中，氧化锌、纳米铜粉末和步骤S21的混合溶液的重量份比为1：1：10。
对比例1：
对比例1与实施例1的加工工艺基本相同，不同的是，不用氧化亚铜/氧化锌复合材料和抗菌液，具体为：
一种白瓷，包括以下重量份的组分：氧化铝30份、氧化锆40份、钾长石8份、羟甲基纤维素钠8份、硅酸钠10份和硅藻土10份。
一种白瓷的加工工艺，包括以下步骤：
S1:将上述氧化铝、氧化锆、钾长石、硅酸钠和硅藻土入球磨机中研磨、搅拌均匀，得混合料；
S2:将粘结剂和水加入上述混合料制成泥浆黏度为400mPa·s的坯料，坯料经塑形，在70℃下烘干即得坯体；
S3:对步骤S2所得坯体烧制，以5℃/min的升温速率，温度升到1200℃，保温2h，再以10℃/min升温至1540℃，常温冷却至1450℃，保温12h，得到白瓷。
对比例2：
对比例1与实施例1的组分基本相同，不同的是，不采用升温降温法烧成工艺，具体为：
一种白瓷，包括以下重量份的组分：氧化铝30份、氧化锆40份、钾长石8份、氧化亚铜/氧化锌复合材料10份、抗菌液60份、羟甲基纤维素钠8份、硅酸钠10份和硅藻土10份。
一种白瓷的加工工艺，包括以下步骤：
S1:将上述氧化铝、氧化锆、钾长石、氧化亚铜/氧化锌复合材料、硅酸钠和硅藻土入球磨机中研磨、搅拌均匀，得混合料；
S2:将粘结剂和抗菌液加入上述混合料制成泥浆黏度为400mPa·s的坯料，坯料经塑形，在70℃下烘干即得坯体；
S3:对步骤S2所得坯体烧制，以1540℃，保温12h烧成，得到白瓷。
其中，步骤S1中所述氧化亚铜/氧化锌复合材料的制备方法包括：
S11：将氧化锌、质量分数70％的乙二胺四乙酸二钠溶液和体积分数60％的硫酸铜溶液混合，于50℃下搅拌3h，得混合液，其中，氧化锌、乙二胺四乙酸二钠溶液和硫酸铜溶液的重量份比为1:2:1；
S12：将体积分数80％的氢氧化钠溶液和质量分数为20％的抗坏血酸加入到步骤S11所得混合液，继续搅拌30min，于70℃干燥，即得氧化亚铜/氧化锌复合材料，其中，氢氧化钠溶液、抗坏血酸和所述混合液的重量份比为1:1:5。
其中，步骤S2中抗菌液的制备方法包括：
S21：将聚二甲基硅氧烷溶于正己烷和无水乙醇组成的混合溶剂中，其中，聚二甲基硅氧烷、正己烷和无水乙醇的重量份比为1：10：10；
S22：将氧化锌和纳米铜粉末加入到上述混合溶液中，超声搅拌30min，即得所述抗菌液，其中，氧化锌、纳米铜粉末和步骤S21的混合溶液的重量份比为1：1：10。
下面对本发明实施例1至实施例3、对比例1至对比例2得到的白瓷以及普通白瓷(购于市售维乐耐磨白色陶瓷)进行性能测试，测试结果如表1和表2所示。
本发明的白瓷的白度，依照行业标准QB/T 1503-2011进行测试；白瓷的机械强度，依照GB/T 4740-1999进行测试。
抗菌测试：分别放入大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠球菌的培养皿中，测试抑菌率，各菌种均是在25℃下培养12h。
表1：实施例1-3、市售白瓷和对比例1-2的测试数据
| 测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 市售陶瓷 |
| 白度％ | 88.9 | 87.4 | 81.7 | 68.3 | 57.3 | 87.5 |
| 抗压强度/MPa | 720 | 710 | 710 | 580 | 640 | 680 |
| 抗弯强度/MPa | 760 | 740 | 750 | 490 | 570 | 630 |
表2：实施例1-3、市售陶瓷和对比例1-2的抗菌性
从上表可以看出，实施例1-3的白度较对比例1-2和市售白瓷均有所提高，且抗压强度、抗弯强度和抗菌性亦较好。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种抗菌高强度白瓷，其特征在于，包括以下重量份的组分：氧化铝20-30份、氧化锆30-40份、钾长石6-8份、氧化亚铜/氧化锌复合材料8-10份、抗菌液50-60份、粘结剂5-8份、硅酸钠7-10份和硅藻土8-10份。
2.如权利要求1所述的抗菌高强度白瓷，其特征在于，所述粘结剂为羟甲基纤维素钠。
3.一种如权利要求1所述的抗菌高强度白瓷的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1:将氧化铝、氧化锆、钾长石、氧化亚铜/氧化锌复合材料、硅酸钠和硅藻土入球磨机中研磨、搅拌均匀，得混合料；
S2:将粘结剂和抗菌液加入上述混合料制成泥浆黏度为400-450mPa•s的坯料，坯料经塑形，在65-70℃下烘干即得坯体；
S3:对步骤S2所得坯体烧制，得到抗菌高强度白瓷。
4.如权利要求3所述的抗菌高强度白瓷的加工工艺，其特征在于，步骤S1中所述氧化亚铜/氧化锌复合材料的制备方法包括：
S11：将氧化锌、质量分数70%的乙二胺四乙酸二钠溶液和体积分数60%的硫酸铜溶液混合，于50℃下搅拌2-3h，得混合液；
S12：将体积分数80%的氢氧化钠溶液和质量分数为20%的抗坏血酸加入到步骤S11所得混合液，继续搅拌30min，于60-70℃干燥，即得氧化亚铜/氧化锌复合材料。
5.如权利要求4所述的抗菌高强度白瓷的加工工艺，其特征在于，步骤S11中所述氧化锌、乙二胺四乙酸二钠溶液和硫酸铜溶液的重量份比为1:2:1，步骤S12中所述氢氧化钠溶液、抗坏血酸和所述混合液的重量份比为1:1:5。
6.如权利要求3所述的抗菌高强度白瓷的加工工艺，其特征在于，步骤S2中所述抗菌液的制备方法包括：
S21：将聚二甲基硅氧烷溶于正己烷和无水乙醇组成的混合溶剂中；
S22：将氧化锌和纳米铜粉末加入到上述混合溶液中，超声搅拌30min，即得所述抗菌液。
7.如权利要求6所述的抗菌高强度白瓷的加工工艺，其特征在于，步骤S21中的所述聚二甲基硅氧烷、正己烷和无水乙醇的重量份比为1：10：10。
8.如权利要求6所述的抗菌高强度白瓷的加工工艺，其特征在于，步骤S22中的所述氧化锌、纳米铜粉末和步骤S21的混合溶液的重量份比为1：1：10。
9.如权利要求3所述的抗菌高强度白瓷的加工工艺，其特征在于，所述步骤S3中坯体烧制为升降温法烧成工艺。
10.如权利要求9所述的抗菌高强度白瓷的加工工艺，其特征在于，所述升降温法烧成工艺包括：以5℃/min的升温速率，温度升到1000-1200℃，保温1-2h，再以10℃/min升温至1500-1540℃，常温冷却至1400-1450℃，保温10-12h。
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