TWI607135B - Building material and its manufacturing method - Google Patents

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TWI607135B
TWI607135B TW105131031A TW105131031A TWI607135B TW I607135 B TWI607135 B TW I607135B TW 105131031 A TW105131031 A TW 105131031A TW 105131031 A TW105131031 A TW 105131031A TW I607135 B TWI607135 B TW I607135B
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Yuki Yamada
Shinataro Tobe
Takeo Imura
Kazuki Sakai
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Description

建材及其製造方法
本發明係關於一種被賦予有功能性之建材及其製造方法。
近年來，為了響應安心、健康、舒適等需求，業界一直積極地進行考慮環境之施工方法之採用、或建材之開發。例如，進行對建材賦予抗過敏原性、抗菌、抗病毒性、除臭性、芳香性、防黴性等功能性。作為表現此種功能性之功能材料，例如一直使用由作為天然系抗菌劑之植物多酚或其水解物構成之組成物、作為有機系抗菌劑之合成酚衍生物、作為無機系抗菌劑之銀、銅、鋅等金屬觸媒、金屬氧化物觸媒、光觸媒或者由其等與無機多孔質載體構成之複合體或微膠囊等。
作為被賦予上述功能性之一般之建材，除了由陶瓷製之瓷磚本體構成之無釉瓷磚以外，已知還有於瓷磚本體之表面形成有釉藥層之施釉瓷磚。作為對該等瓷磚添加如上所述之功能材料之方法，有對瓷磚本體添加功能材料之方法、或對釉藥添加功能材料之方法。於藉由該等方法將功能材料添加至瓷磚之情形時，對磨耗等外力具有耐久性，但由於在添加後經由瓷磚之燒成步驟，故而功能材料被限定為能夠耐受瓷磚之燒成溫度之無機材料。因此，作為將不具有耐熱性之有機材料等用作功能材料之方 法，提出有於無釉瓷磚或施釉瓷磚等建材之燒成後將含有功能材料之塗料被覆於建材表面之方法。
於上述方法中，存在功能材料掩埋於塗料中而不表現性能之問題、或者功能材料容易溶出或自基材剝離之問題。為了解決該等問題，提出有將功能材料藉由比重小於塗膜形成樹脂成分之矽烷偶合劑於塗膜中固定化而成之建材(例如，參照下述專利文獻1)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2008-80210號公報
專利文獻1所記載之發明係藉由將矽烷偶合劑與功能材料及樹脂成分牢固地固定，而防止功能材料掩埋於塗料中、或功能材料溶出、剝離。然而，由於功能層係以被覆建材整個表面之方式形成，故而磨耗等外力直接傳遞至功能層。因此，產生功能層本身之剝離。
亦即，於習知之被賦予有功能性之建材，現狀為無法兼顧對磨耗等外力之功能之耐久性、及功能材料能夠不被限定於具有耐熱性之無機材料而使用之方面。
本發明係鑒於上述而完成者，其目的在於提供一種於添加有功能材料之建材中功能材料不論有無耐熱性均能夠使用、且對磨耗等外力具有功能之耐久性的建材。
(1)為了達成上述目的，本發明提供一種建材(例如下述建材10)，其具有：建材本體(例如下述建材本體20)；以及釉藥層(例如下述釉藥層30)及功能層(例如下述功能層40)，其等形成於上述建材本體之表面上；上述釉藥層具有多個空隙部，上述功能層形成於上述釉藥層之空隙部，且上述釉藥層之厚度大於上述功能層之厚度。
(2)於(1)之發明之建材中，較佳為建材本體為多孔質體。
(3)又，本發明提供一種建材之製造方法，其包括：釉藥塗佈步驟，其係以具有空隙部之方式將釉藥噴塗於建材本體之表面上；燒成步驟，其係於上述釉藥塗佈步驟後進行燒成；及功能材料塗佈步驟，其係於上述燒成步驟後，將功能材料塗佈於表面上；且上述功能材料塗佈步驟係於使形成功能層之功能材料的塗佈量少於形成釉藥層之釉藥的塗佈量、並且上述功能層之流動性高於上述釉藥層之流動性的狀態下，塗佈上述功能材料。
根據本發明，能夠提供一種於添加有功能材料之建材中功能材料不論有無耐熱性均能夠使用、且對磨耗等外力具有功能之耐久性的建材。
10‧‧‧建材
20‧‧‧建材本體
30‧‧‧釉藥層
40‧‧‧功能層
圖1係本發明之一實施形態之瓷磚之剖面圖。
圖2係本發明之一實施形態之釉藥層形成後之建材表面的SEM照片。
圖3係本發明之一實施形態之功能層形成後之建材表面的SEM照片。
圖4係藉由顯微鏡觀察本發明之一實施形態之建材表面所得的照片。
圖5係圖4中之Na元素之EPMA映射圖像。
圖6係圖4中之F元素之EPMA映射圖像。
圖7係表示實施例1及比較例1之磨耗試驗時之抗過敏原不活化率的曲線圖。
以下，一面參照圖式一面對本發明之較佳之一實施形態進行說明。再者，本發明並不限定於以下實施形態。
本實施形態之建材係經過燒成步驟而製造之例如陶瓷瓷磚，於表面上具有釉藥層及功能層。功能層具有例如抗過敏原、抗菌、抗病毒、撥水、撥油、芳香、除臭、防黴等功能。因此，本實施形態之建材可較佳地用作建築物之內飾材料。尤佳為用作居室、盥洗室、浴室等之內飾材料。
圖1係本實施形態之建材之剖面圖。如圖1所示，本實施形態之建材10具備建材本體20、釉藥層30、及功能層40。釉藥層30以具有多個空隙部之方式形成於基材20之表面。功能層40形成於釉藥層30之空隙部。又，釉藥層30之厚度大於功能層40之厚度。
建材本體20係例如藉由如下方法予以製造：以作為花崗岩等之風化物之黏土作為主原料，視需要混合長石、陶石、石灰石、滑石等，進行擠出成形或加壓成形，並對所獲得之成形體施釉下述釉藥，其後，進行燒成。
又，作為建材本體20，較佳為使用多孔質體。藉由使用多孔質體，下述功能層40滲入至多孔質體之空隙而形成，故而與建材本體20牢固地密接。因此，功能層40不會自建材本體20剝離，而能夠進一步提高功能之耐久性。
釉藥層30係將長石、矽石、黏土、石灰石、滑石、碳酸鋇、玻料等任意地混合並熔融而成者，且由含有一部分結晶之玻璃質構成。
釉藥層30係於藉由噴霧以具有多個空隙部之方式施釉至瓷磚本體20後進行燒成，而熔接於瓷磚本體20。藉由該熔接，釉藥層30具有充分之密接力。
釉藥層30於基材20之表面形成為粒子狀，且具有多個空隙部。空隙部較佳為露出有基材20，但亦可較薄地形成釉藥層30。又，釉藥層30之厚度大於功能層40之厚度。為了抑制因釉藥層30之各粒子壓扁並熔接而導致之空隙面積之減少，釉藥層30之厚度較佳為設為40~50μm。再者，釉藥層30之厚度係藉由以下方法進行測定。
[膜厚測定方法]SEM圖像(剖面)
(測定機器)JXA-8500F(日本電子股份有限公司製造)
(測定條件)加速電壓：5kV、觀察模式：二次電子像、真空模式：高真空、作動距離：10mm、倍率：200倍
用於形成釉藥層30之玻料等係選擇具有與燒成條件相應之適度之熔融黏性者。即，選擇其軟化點較燒成溫度低150~300℃者。於玻料等之軟化點相對於燒成溫度過低之情形時，有於燒成時釉藥之黏度變得過低而釉藥層30之粒子彼此壓扁並熔接之虞，於軟化點相對於燒成溫度過 高之情形時，藉由燒成釉藥不會充分地熔融而無法形成均勻之釉藥層30。
功能層40具有抗過敏原、抗菌、抗病毒、撥水、撥油、芳香、除臭、防黴等功能。又，功能層40形成於建材本體20之表面上之釉藥層30彼此之空隙部，且其厚度小於釉藥層30之各粒子之最大厚度之平均。根據該構成，磨耗等外力不直接傳遞至功能層40而傳遞至釉藥層30，故而能夠抑制因功能層40之剝離導致之缺損，從而具有優異之功能之耐久性。
功能層40含有塗料及功能材料。功能層40之厚度小於釉藥層30之厚度，較佳為5~30μm。於膜厚未達5μm之情形時，抗過敏原性能或抗菌性能等功能之表現不充分，於膜厚超過30μm之情形時，由於塗佈量過多故而乾燥硬化需要過長之時間，又，由於需要多次塗佈故而效率不高。再者，功能層40之厚度能夠藉由與釉藥層30相同之方法進行測定。為了不損及瓷磚之美觀，功能層40較佳為透明，但亦可根據用途而含有顏料。
該功能層40係使用於後段進行詳細敍述之調配有功能材料之塗料而形成。
功能層40所含有之塗料係具有將上述功能材料保持於建材表面之黏合劑功能之塗料。作為具體所使用之塗料，並無特別限定，可使用丙烯酸系塗料、胺酯(urethane)系塗料等，但尤佳為使用氟系塗料或丙烯酸矽系塗料等。
氟系塗料係含有氟系樹脂作為主成分之塗料，具體而言，可列舉包含在支鏈具有全氟烷基之聚合體的塗料等。由氟系塗料形成之塗膜由於具有撥水性、撥油性，故而能夠對功能層40賦予較佳之防污性。塗佈 有功能層40之部位由於係釉藥層30未露出之部位，故而將如釉藥層30所具有之防污性賦予至功能層40較為重要。再者，將塗佈氟系塗料時之基材溫度設為100℃左右，或者於塗佈後將基材加溫至100℃左右，藉此，較佳地表現塗膜之撥水性、撥油性等功能。
丙烯酸矽系塗料係藉由丙烯酸系單體、視需要添加之其他乙烯性不飽和單體、及具有烷氧基矽烷基之乙烯或丙烯酸系單體之共聚合而獲得。該共聚物之末端之烷氧基矽烷基藉由大氣中之水分而水解為矽烷醇基，藉由末端矽烷醇基彼此之脫水縮合形成矽氧烷鍵(-Si-O-Si-)而高分子化。又，末端之矽烷醇基由於與釉藥層30所包含的Si之間亦形成矽氧烷鍵，故而與釉藥層30之間具有較高之密接力，從而能夠對功能層40賦予更佳之耐久力。
作為功能層40所包含之功能材料，可使用有機系材料及無機系材料中之任一種。
作為有機系材料，例如可使用作為有機系抗菌劑、或抗病毒劑之三氯沙、洛赫西定(chlorhexidine)、匹塞翁鋅(zinc pyrithione)、氯二甲苯酚等、或者安全性較高之芳香族雜環式羥基化合物、聚葡萄胺糖、檜木醇、植物多酚等、或具有芳香性等功能之微膠囊等。
作為無機系材料，例如可使用作為無機系抗菌劑、或抗病毒劑之銀、銅、鋅等金屬觸媒、用作光觸媒之氧化鎢或氧化鈦等。
除此以外，亦能夠使用具有除臭功能之多孔質材料等吸附材料、或防黴劑等。
<建材之製造方法>
本實施形態之建材10之製造方法係於藉由球磨機等將作為建材本體20之材料之黏土、長石、陶石等粉碎並藉由噴霧乾燥器等調整為含水率4~8%而進行造粒後，藉由乾式加壓等進行加壓成形，且包括：釉藥塗佈步驟，其係將釉藥以具有空隙部之方式噴塗於建材本體20之表面上；燒成步驟，其係於上述釉藥塗佈步驟後進行燒成；及功能材料塗佈步驟，其係於上述燒成步驟後，將功能材料塗佈於表面上。
釉藥塗佈步驟係對進行燒成前之建材本體20塗佈釉藥之步驟。即，於建材本體20之乾燥後進行釉藥之塗佈。由於在建材本體20之表面上以具有空隙部之方式形成釉藥層，故而不藉由淋幕或流塗機而藉由噴霧進行釉藥之塗佈。又，於本實施形態中，塗佈之釉藥之量較佳為設為30~200g/m2(固形物成分比50%)。藉由將塗佈之釉藥之量設為上述範圍，能夠形成具有適度之空隙部之釉藥層30。
燒成步驟係對藉由上述釉藥塗佈步驟以具有空隙部之方式塗佈有釉藥之建材本體20進行燒成的步驟。於本實施形態中，燒成溫度為900~1200度。再者，根據釉藥中所包含之玻料等之軟化點，於上述範圍內調整燒成溫度。
功能材料塗佈步驟係於釉藥層形成後之建材表面塗佈包含功能材料及塗料成分之塗料組成物之步驟。於本實施形態中，塗料組成物之塗佈量較佳為設為70~200g/m2(固形物成分比10%)。藉由將塗料組成物之塗佈量設為上述範圍，而形成功能層40之功能材料之塗佈量(固形物成分換算)變得少於形成釉藥層30之釉藥之塗佈量(固形物成分換算)。由此，能夠使功能層40之平均膜厚小於釉藥層30之平均膜厚，且可獲得充 分之功能性。
又，功能材料塗佈步驟係於功能層40之流動性高於釉藥層30之流動性之狀態下，進行功能層40之塗佈。藉此，釉藥層30係以形成空隙之方式停留在原處，相對於此，功能層40不停留在原處而擴展至塗佈面之整個面，故而能夠使塗佈於釉藥層30之上層之功能層40確實地流入至釉藥層30之空隙部。
為了設為功能層40之流動性高於釉藥層30之流動性之狀態，只要使功能層40所包含之水等溶劑成分多於釉藥層30、或將功能層40之塗佈時溫度設定為高於釉藥層30即可。
塗佈上述塗料組成物之方法並無特別限定，可藉由噴霧等方法進行塗佈。由於塗料組成物之塗佈量為上述範圍內，故而塗佈於釉藥層30之表面上之塗料組成物流入至釉藥層30之間之空隙部，進而進行乾燥、硬化，藉此於釉藥層30之間之空隙部形成功能層40。
再者，若塗料組成物塗佈時之溫度過高，則塗料組成物會於流入至釉藥層30之空隙部之前乾燥、硬化，故而於形成釉藥層30後將基材冷卻至適當之溫度而進行上述步驟。
圖2係本實施形態中之釉藥層30形成後之建材表面的SEM照片。照片上，於表面隆起而形成者為釉藥層30。根據圖2可知，於釉藥層30之間形成有適度之空隙部。
圖3係本實施形態中之功能層40形成後之建材表面的SEM照片。照片上，亮度較高之部位為釉藥層30，亮度較低之部位為功能層40。根據圖3可知，於釉藥層30之空隙部形成有功能層40。
再者，SEM照片攝影係於以下之測定條件下進行。
[SEM測定條件]
(測定機器)JXA-8500F(日本電子股份有限公司製造)
(測定條件)加速電壓：5kV、觀察模式：二次電子像、真空模式：高真空、作動距離：10mm、倍率：200倍
圖4係藉由顯微鏡觀察本發明之一實施形態之建材表面所得的照片。又，圖5係圖4中之Na元素之EPMA映射圖像(圖中之白點部表示Na)，圖6係圖4中之F元素之EPMA映射圖像(圖中之白點部表示F)。再者，測定係於以下之條件下進行。
[EPMA測定條件]
(測定機器)JXA-8500F(日本電子股份有限公司製造)
(測定條件)
蒸鍍：Au、15nm
加速電壓：10kV
照射電流：100nA
作動距離：11mm
掃描方法：平台掃描
探針直徑：6μm、0μm(擴大)、3μm(補充資料)
像素尺寸：6μm、0.5μm(擴大)、3μm(補充資料)
測定區域：1800μm見方、150μm見方(擴大)、900μm見方(補充資料)
像素數量：300×300
測定時間：30ms
分光晶體：(第1掃描)Na：1CH-TAP、(第2掃描)F
根據圖5可知，於圖4中之相當於釉藥層(亮度較高之部位)之部位存在Na。於本實施形態中，Na包含於釉藥層，於功能層中幾乎不包含。因此，可知釉藥層自建材表面突出。
根據圖6可知，於圖4中之相當於功能層(亮度較低之部位)之部位存在F。於本實施形態中，F包含於功能層，於釉藥層中幾乎不包含。因此，可知功能層形成於釉藥層之空隙部。
根據以上本實施形態之建材10及建材10之製造方法，具有如下效果。
(1)藉由建材本體20、以及形成於建材本體20之表面上之釉藥層30及功能層40構成建材10。以具有空隙部之方式形成釉藥層30，將功能層40形成於釉藥層30之空隙部，且釉藥層30之厚度以大於上述功能層之厚度之方式形成。
藉此，磨耗等外力不直接傳遞至功能層40而傳遞至釉藥層30，故而能夠抑制因功能層40之剝離導致之缺損。因此，根據本實施形態，能夠提供如下一種建材：藉由將功能層40形成於釉藥層30之空隙部而具有優異之功能之耐久性，從而能夠持續發揮由功能層40發揮之抗過敏原性等功能。
(2)又，使用多孔質體作為建材本體20。藉此，功能層40藉由滲入至建材本體形成而與建材本體牢固地密接，從而能夠提供一種功能層40不易自建材本體20剝離而具有更優異之功能之耐久性的建材。
(3)於建材10之製造方法中，包括：釉藥塗佈步驟，其係 將釉藥以具有空隙部之方式噴塗於建材本體20之表面上；燒成步驟，其係於上述釉藥塗佈步驟後進行燒成；及功能材料塗佈步驟，其係於上述燒成步驟後，將功能材料塗佈於表面上；且上述功能材料塗佈步驟係設為於使形成功能層之功能材料的塗佈量少於形成釉藥層之釉藥的塗佈量、並且上述功能層之流動性高於上述釉藥層之流動性的狀態下，塗佈上述功能材料。藉此，於建材本體20之表面上以具有空隙部之方式形成釉藥層30，且於釉藥層30之空隙部確實地形成功能層40，故而磨耗等外力不直接傳遞至功能層40而傳遞至釉藥層30，藉此能夠提供一種具有優異之功能之耐久性的建材之製造方法。
再者，本發明並不限定於上述實施形態，能夠達成本發明之目的之範圍內之變形、改良包含於本發明。
[實施例]
以下，基於實施例，對本發明進行更詳細之說明，但本發明並不由該等實施例限定。
<實施例1、比較例1>
藉由以下方法製作實施例1及比較例1之建材。
於藉由球磨機等將黏土、長石、陶石等粉碎，並藉由噴霧乾燥器等調整為含水率4~8%而進行造粒後，藉由乾式加壓等進行加壓成形，於乾燥後，於實施例1中，以塗佈量成為36g/m2(固形物成分比50%)之方式藉由噴霧塗佈釉藥，於比較例1中，以塗佈量成為500g/m2(固形物成分比50%)之方式，藉由淋幕塗佈釉藥。其後，於實施例1中，以950℃進行燒成，於比較例1中，以950℃進行燒成。
其次，將包含具有抗過敏原性之功能材料(Alleru-Buster，Sekisui-Polymatech(股份有限公司)製造)及塗料(KD11，DIC(股份有限公司)製造)之塗料組成物藉由噴霧等方法以塗佈量85g/m2(固形物成分比10%)塗佈於藉由上述方法而形成之釉藥層上並使其乾燥，藉此形成功能層，從而獲得實施例1及比較例1之建材。使用藉由上述方法而獲得之建材進行下述試驗。
<磨耗試驗>
以150×150~300mm左右之尺寸製作實施例1及比較例1之建材。其次，將包含水後將水緊緊地擰出之抹布載置於建材上，一面隔著海綿藉由500g之鉛垂施加荷重，一面藉由磨耗試驗裝置使其滑動。又，一面始終供給一定量之水一面進行試驗，以便於試驗中抹布不會乾燥。分別使用進行了特定次數磨耗試驗之實施例1及比較例1之建材，進行下述抗過敏原性能試驗。
<抗過敏原性能試驗>
將市售之壁虱過敏原之水溶液「Def2」(山羊(SHIBAYAKI)股份有限公司製造)滴加250μl至建材表面，放置15分鐘後，回收建材表面上之壁虱過敏原，並依照酵素免疫測定法(ELISA法)測定壁虱過敏原之量，而進行抗過敏原性之評價。
圖7係表示實施例1及比較例1之建材中之上述耐磨耗試驗中之磨耗次數與上述抗過敏原性能試驗中之抗過敏原不活化率之關係的曲線圖。曲線圖中，縱軸表示抗過敏原不活化率Def2(%)，橫軸表示磨耗次數。根據圖7可知，比較例1之建材隨著磨耗次數之增加，抗過敏原不活 化率急劇降低，若將磨耗次數設為1000次以上，則抗過敏原不活化率成為10%以下。相對於此，若將磨耗次數設為1000次，則實施例1之建材之抗過敏原不活化率雖略微降低，但其後即便將磨耗次數設為10000次，抗過敏原不活化率亦不變。
因此，可知：實施例1之建材之對建材賦予之功能之耐久性高於比較例1之建材。根據該結果，可確認：以具有空隙部之方式形成釉藥層，於釉藥層之空隙部形成功能層，且釉藥層之厚度大於上述功能層之厚度，藉此，功能層所具有之功能之耐久性較高。
10‧‧‧建材
20‧‧‧建材本體
30‧‧‧釉藥層
40‧‧‧功能層

Claims (4)

  1. 一種建材，其具有：建材本體；以及釉藥層及功能層，其等形成於上述建材本體之表面上；且上述釉藥層具有多個空隙部，上述功能層形成於上述釉藥層之空隙部，且上述釉藥層之厚度大於上述功能層之厚度。
  2. 如申請專利範圍第1項之建材，其中，上述建材本體為多孔質體。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之建材，其中，上述功能層具有抗過敏原、抗菌、抗病毒、芳香、除臭、或防黴之效果。
  4. 一種建材之製造方法，其包括：釉藥塗佈步驟，其係以具有空隙部之方式將釉藥噴塗於建材本體之表面上；燒成步驟，其係於上述釉藥塗佈步驟後進行燒成；及功能材料塗佈步驟，其係於上述燒成步驟後，將功能材料塗佈於表面上；且上述功能材料塗佈步驟係於使形成功能層之功能材料的塗佈量少於形成釉藥層之釉藥的塗佈量、並且上述功能層之流動性高於上述釉藥層之流動性的狀態下，塗佈上述功能材料。
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