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一种卫生抗菌陶瓷、抗菌釉及其制备工艺

2021-02-01 03:43:11

一种卫生抗菌陶瓷、抗菌釉及其制备工艺

  技术领域

  本发明涉及陶瓷釉加工技术领域,具体涉及一种卫生陶瓷用的抗菌釉及其制备工艺,以及利用该抗菌釉所生产的卫生抗菌陶瓷及其制备工艺。

  背景技术

  卫生陶瓷是卫生间、厨房和试验室等场所用的带釉陶瓷制品,也称卫生洁具。中国生产的卫生陶瓷产品多属半瓷质和瓷质,有洗面器、大便器、小便器、妇洗器、水箱、洗涤槽、浴盆、返水管、肥皂盒、卫生纸盒、毛巾架、梳妆台板、挂衣钩、火车专用卫生器、化验槽等品类。

  随着国民生活水平的不断提高和环境保护意识的增强,人们越来越关注身边的生活用品对自身健康的影响。卫生陶瓷洁具用在盥洗间、卫生间,这些场所一般比较潮湿容易滋生大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等细菌,长期接触会对人体造成危害,这就迫切需要卫生陶瓷洁具具有抗菌性能。

  具有抗菌功能的陶瓷制品,是在陶瓷制品生产过程中,加入抗菌剂,从而使陶瓷表面具有抗菌作用的一种新型功能陶瓷,从而能够有效避免各种传染疾病对人类的侵害,特别是公共场所的卫生预防。然而,市面上抗菌陶瓷的抗菌效果并不理想。

  发明内容

  为解决上述技术问题,本发明提供一种适用于卫生陶瓷的抗菌釉,抗菌率达99%以上的抗菌釉,以及该抗菌釉配方的制备工艺;同时提供一种一次烧成产品良品率超过90%的利用抗菌釉制备卫生陶瓷的工艺。

  具体方案如下:

  本发明的目的之一在于提供一种用于卫生陶瓷的抗菌釉,包括以下重量组份的原料:钾长石粉20-30份,釉用高岭土1-5份,石英粉20-40份,方解石粉12-18份,白云石粉1-5份,氧化铝粉2-5份,纳米氧化锌2-8份,熔块粉10-20份。

  进一步的,所述抗菌釉包括以下重量百分比的化学成分:SiO2 55-65%,Al2O3 7-14%,Fe2O3 0-0.3%,TiO2 0-0.2%,CaO 8-13%,MgO 0.3-1%,K2O 2-4%,Na2O 0.5-1.5%,ZnO 5-9%,其余为杂质。

  进一步的,所述方解石的CaO含量为51-56%,所述白云石的CaO含量大于30%。

  本发明的另一目的在于提供一种上述抗菌釉的制备工艺,包括以下步骤:

  (1)称取各组分原料进球磨机,加适量水,球磨,获得球磨后的釉浆;

  (2)将步骤(1)磨好的釉浆进行放浆处理,先过180目筛1次,再过200目筛、高磁除铁各两次,陈腐;

  (3)根据性能参数调整好性能后,再过200目筛1次,获得成品抗菌釉。

  进一步的,所述步骤(1)制得的釉浆325目筛余率小于0.2%,粒度小于10um的占72%-78%。

  进一步的,所述步骤(3)的性能参数为:浓度340-350g/200mL,温度18-24℃,流速V0 45-55秒/200mL,浸釉厚度0.5-0.7mm/30秒,屈服值10-16dyn/cm2,干燥速度12-17min/5mL,熔长60-80mm/3g,环收缩9-16%,热膨胀系数5-6*10-6。

  进一步的,所述步骤(1)的球磨机使用高铝内衬,采用高铝球石球磨,并采用变频球磨控制器,以节省电力能耗;

  所述高铝球石的氧化铝含量大于92%。

  本发明的另一目的在于提供一种卫生抗菌陶瓷,包括陶瓷坯体,所述陶瓷坯体表面设置有抗菌釉层,所述抗菌釉层采用上述的抗菌釉喷施在乳浊釉之上形成的。

  本发明的另一目的在于提供一种上述的卫生抗菌陶瓷的制备工艺,包括以下步骤:

  (1)制作成形后的半成品,获得青坯;

  (2)将青坯进行干燥,使得青坯含水率低于2%,再送到施釉平台;

  (3)通过喷枪施加普通白色乳浊釉三遍,施釉厚度控制在0.8-1.0mm,得到白坯;

  (4)将白坯进行干燥,再在白坯洗净面和座圈面部位用小口径喷枪施加权利要求1-3所述的抗菌釉,施釉厚度控制在0.05-0.2mm,用干净的油布纸皮或软布防护抗菌釉施釉部位;

  (5)采用梭式窑或隧道窑一次烧成,烧成温度控制在1170℃-1190℃,获得卫生抗菌陶瓷成品。

  进一步的,所述步骤(2)的青坯采用自然晾干或使用浴霸灯光烘干的方式进行干燥;

  所述步骤(3)的小口径喷枪的喷嘴直径1.3mm。

  其中,本发明所采用的原料为:

  钾长石粉是经过破碎、水磨球磨、过筛、烘干,再通过180目筛的粉末状标准料。在釉料中起熔剂作用,用于调整釉料高温黏性、流动性,能够与硅铝成分有效熔融。

  釉用高岭土是经过水洗加工,通过325目筛,干燥的块状标准料。在釉料中提供釉浆的悬浮性,增加施釉层在坯体上的黏合性能,延缓釉浆的干燥速度,提供釉料中的部分硅铝成分。

  石英粉是经过破碎、干法球磨,再通过200目筛的粉末状标准料。在釉料中能提高釉的熔融温度和黏度,降低釉的膨胀系数,提高釉的耐磨和耐化学侵蚀性。

  方解石粉均是加工通过325目筛的粉末状标准料。其作用在于主要提供釉料中的CaO,在釉中起助熔作用,增强坯釉结合性,提高釉面平滑度和光润感,改善釉的透光性。

  白云石粉是加工通过325目筛的粉末状标准料。其作用在于主要提供釉料中的MgO、CaO,提高釉的弹性,减少釉的碎裂倾向和釉面龟裂,增宽熔融温度范围,增加釉面光泽。

  氧化铝粉是煅烧加工后,再通过325目筛的粉末状标准料。在釉中可以调节釉熔融性能、膨胀系数,防止釉发生龟裂,增加釉的硬度、机械强度,提高釉的化学稳定性。

  纳米氧化锌是煅烧冷却加工后,通过325目筛的粉末状原料。一方面作为抗菌材料,提高抗菌功能,另一方面作为釉用的重要熔剂性原料,在釉料中与CaO组合后能显著增加釉的熔融性能,降低釉的膨胀系数,提高釉的弹性、耐热稳定性,增加釉的光泽、白度。

  熔块粉是一种配方烧制、淬冷、球磨加工,通过100目筛的粉状原料。熔块作为强助熔剂可以降低釉的烧结温度,调节釉的熔融性能,提高釉的透光性。

  本发明所采用原料的化学成分见表1。

  表1各原料的化学成分列表(wt%)

  

  由于陶瓷釉料是由玻璃成分配成,在高温下熔融时,抗菌剂易被熔融的玻璃成分侵蚀或被消除而失去抗菌性。因此,本发明制备抗菌陶瓷釉的关键在于选用纳米氧化锌等不易被熔融玻璃成分侵蚀的物质,包括:

  1.采用纳米氧化锌与方解石粉、白云石粉CaO组合,以显著增加釉的熔融性能,提高釉的耐热稳定性,并提高纳米氧化锌的抗菌性。

  2.加入石英粉,提高釉的熔融温度;加入熔块粉,降低釉的烧结温度,从而降低高温熔融对本发明抗菌剂的侵蚀或消除。

  由于抗菌剂的加入会使釉浆的粘度增大,因此,在球磨里可通过加适量的水来调节粘度。

  本发明采用纳米氧化锌的抗菌原理在于:

  纳米氧化锌(ZnO)是一种光催化半导体抗菌剂,在无光或自然光条件下,均具有极强的化学活性。作为一种半导体,ZnO是直接跃迁、宽禁带半导体材料(E=3.37eV),相当于波长为368nm光子的能量,有较高的激子束缚能(60meV)。纳米ZnO吸收能量高于其禁带宽度的短波光辐射,产生电子跃迁,价带中的电子就会被激发到导带,自行分解出自由移动的带负电荷的高活性电子(e-),同时在价带上也产生带有正电荷的空穴(h+),形成空穴一电子对,在电场作用下,电子空穴对发生分离而迁移到ZnO表面上的不同位置。分布在ZnO表面的空穴与吸附在表面的OH-和H2O氧化成·OH自由基,激活氧和氢氧根,高活性电子则具有很强的氧化还原作用,可将ZnO表面的氧还原成O-2,也可将水中的金属离子还原·OH自由基的氧化能力最强,可不加选择地使有机物全部氧化降解,包括穿透细胞膜,破坏膜结构使细菌、病毒等细胞分解,又能降解细胞产生的毒素,这是一般抗菌剂不能比拟的。

  参照图1,光电效应的原理如下:

  hv

  ZnO----→e-+h+ (1)

  O2+e----→·O2- (2)

  过氧离子有可能在溶液中经过质子化反应形成过氧化氢:

  ·O2-+H+--→·HO2 (3)

  ·HO2+·HO2--→H2O2+O2 (4)

  ·O2-+·HO2--→O2+HO2- (5)

  HO2-+H+---→H2O2 (6)

  经过各种途径产生羟基自由基:

  H2O2→2·OH (7)

  本发明抗菌釉的性能参数见表2。

  表2抗菌釉的性能参数列表

  

  

  有益效果:

  本发明的抗菌釉既采用纳米氧化锌的抗菌性能,又结合纳米氧化锌作为卫生陶瓷釉用原料,通过配方,制备成一种透明、玻璃状釉。该抗菌釉喷施在卫生陶瓷乳浊釉之上,使得抗菌性能极大提高。

  本发明的抗菌釉经第三方检测有资质的检测机构按《JC/T 897-2014抗菌陶瓷制品抗菌性能》检测抗菌性高达99%以上。

  本发明施釉、烧成的工艺按照《GB 6952-2015卫生陶瓷》进行检验,一次烧成产品良品率达90%-92%。

  附图说明

  图1示出了光电效应的原理。

  具体实施方式

  下面详细描述本发明的实施例,所述实施例是示例性的,所述实施例的示例旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。

  实施例1-3:

  表3实施例1-3各原料的重量份数列表(单位:份)

  制备实施例1-3用于卫生陶瓷的抗菌釉,包括以下步骤:

  (1)根据表3称取实施例1-3各组分原料进球磨机,加适量水,球磨,获得球磨后的釉浆,釉浆325目筛余率小于0.2%,粒度小于10um的占72%-78%;

  (2)将步骤(1)磨好的釉浆进行放浆处理,先过180目筛1次,再过200目筛、高磁除铁各两次,陈腐;

  (3)根据性能参数调整好性能后,再过200目筛1次,获得实施例1-3的成品抗菌釉。

  其中:

  步骤(1)的球磨机使用高铝内衬,采用高铝球石球磨(所述高铝球石的氧化铝含量大于92%),减少球磨子和内衬的磨耗对釉浆纯度的影响,同时提高球磨效率;采用变频球磨控制器,以节省电力能耗。

  步骤(3)的性能参数为:浓度340-350g/200mL,温度18-24℃,流速V0 45-55秒/200mL,浸釉厚度0.5-0.7mm/30秒,屈服值10-16dyn/cm2,干燥速度12-17min/5mL,熔长60-80mm/3g,环收缩9-16%,热膨胀系数5-6*10-6。

  对比例1-3:

  表4对比例1-3各原料的重量份数列表(单位:份)

  制备对比例1-3的普通釉浆:

  根据表4称取对比例1-3各组分原料,利用实施例1-3的制备工艺制备对比例1-3的普通釉浆。

  实施例4-6:

  制备实施例4-6的卫生抗菌陶瓷,包括以下步骤:

  (1)制作成形后的半成品,获得青坯;

  (2)将青坯采用自然晾干或使用浴霸灯光烘干的方式进行干燥,使得青坯含水率低于2%,再送到施釉平台;

  (3)通过喷枪施加普通白色乳浊釉三遍,施釉厚度控制在0.8-1.0mm,得到白坯;

  (4)将白坯进行干燥,再在白坯洗净面和座圈面部位用小口径喷枪(喷嘴直径1.3mm)施加实施例1-3的抗菌釉,施釉厚度控制在0.05-0.2mm,用干净的油布纸皮或软布防护抗菌釉施釉部位;

  (5)采用梭式窑或隧道窑一次烧成,烧成温度控制在1170℃-1190℃,获得卫生抗菌陶瓷成品。

  对比例4-6:

  制备对比例4-6的卫生抗菌陶瓷:

  利用实施例4-6的制备工艺制备对比例4-6的釉浆。

  抗菌性检测:

  经第三方检测有资质的检测机构按《JC/T 897-2014抗菌陶瓷制品抗菌性能》检测,实施例1-3的抗菌釉样品对大肠杆菌抗菌率99.99%,金黄色葡萄球菌抗菌率99.73%,抗菌性合格。对比例1-3的普通釉浆不具备抗菌效果。

  生产良品率检验:

  按照《GB 6952-2015卫生陶瓷》进行检验,实施例4-6一次烧成产品良品率达90%-92%。

  尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明,但所属领域的技术人员应该明白,在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内,在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化,均为本发明的保护范围。

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