CN114195388A - 一种抗菌耐磨损日用陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于日用陶瓷技术领域，具体涉及一种抗菌耐磨损日用陶瓷及其制备方法。所述抗菌耐磨损日用陶瓷包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：锆英砂35～45份；斜锆石15～20份；菱镁矿4～8份；方解石2～6份；钼粉1～3份；氧化铒2～4份；氧化钕2～4份；氧化锌3～7份；氧化钨3～7份；银粉2～4粉；木质素磺酸钠3～5份；三聚磷酸钠3～5份；25～35份水。本发明的抗菌耐磨损日用陶瓷通过组分的相互配合以及制备方法的控制，得到的产品具有优异的耐磨性能和抗菌性能。
Description
技术领域
本发明属于日用陶瓷技术领域。更具体地，涉及一种抗菌耐磨损日用陶瓷及其制备方法。
背景技术
随着科技的进步，人民的生活水平也不断的提高，在生活水平日益提高的同时，人们饱受细菌的困扰，因为空气、水与微生物环境质量的好坏是生命健康与否的必要条件，同时也是传染病得以流行的根源，科技进步，社会发展和人民生活水平不断提高的今天，生存环境保护问题越来越受到重视，抗菌材料是保持生存环境清洁，维持健康的重要组成部分，研究和开发抗菌材料，抑制并杀灭细菌是当今科技发展的重要内容。
而具有抗菌性能的日用陶瓷逐步得到人们的关注，抗菌日用陶瓷能够在一定程度上防止病原菌的滋生和传播，改善日常生活的安全性。日用陶瓷商品抗菌的关键部位在于接触食物的内侧。然而平常的日用陶瓷容易磕碰导致破损，韧性和耐磨性能较差，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，以及具有较高的耐磨性能。
CN113149678A公开了一种高性能抗菌日用陶瓷及其制备方法。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。
CN112897984A公开了一种高强度抗菌日用陶瓷制品及其制备方法，所述日用陶瓷制品组成成分包括：石英、龙岩土、碱石、大同土、高岭土、长石、活性炭粉和银离子抗菌剂，其中成分配比比例分别为：石英15％、龙岩土20％、碱石19％、大同土17％、高岭土5％、长石20％、活性炭粉3％和银离子抗菌剂1％，所述日用陶瓷制品制备流程包括：粉磨、混合、制坯、干燥、烧坯和表面处理。本发明通过在日用陶瓷的原料中添加活性炭粉和银离子抗菌剂，可有效提高陶瓷制品的抗菌能力，保护人们的身体健康，并且烧制的陶瓷强度更高，不易破损。
CN112174697A公开了一种耐磨损日用陶瓷及其制备方法。所述耐磨损日用陶瓷包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：锆英砂30～40份、斜锆石10～15份，霞石正长岩5～10份、碳化钛粉3～6份，钛白粉3～5份，氧化镥4～6份，钨粉2～4份、质量分数为5wt％的聚乙烯醇2～4份、甘油2～4份，20～30份水。本发明的耐磨损日用陶瓷通过组分的协同配合，得到的耐磨损日用陶瓷釉面平整、光滑，质感好，而且具有优异的硬度和抗弯强度，耐磨损性能优异。
虽然上述专利文献具有抗菌性以及一定的耐磨性能，但是上述专利文献的耐磨性仍较低或者抗菌性性能差，因而基于开发一种新的日用陶瓷，具有较高耐磨性的同时，仍具有较好的抗菌性性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有日用陶瓷抗菌性能、耐磨性较低的缺陷和不足，提供一种抗菌耐磨损日用陶瓷及其制备方法。所述抗菌耐磨损日用陶瓷包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：锆英砂35～45份；斜锆石15～20份；菱镁矿4～8份；方解石2～6份；钼粉1～3份；氧化铒2～4份；氧化钕2～4份；氧化锌3～7份；氧化钨3～7份；银粉2～4粉；木质素磺酸钠3～5份；三聚磷酸钠3～5份；25～35份水。本发明的抗菌耐磨损日用陶瓷通过组分的相互配合以及制备方法的控制，得到的产品具有优异的耐磨性能和抗菌性能。
本发明的目的是提供一种抗菌耐磨损日用陶瓷。所要日用陶瓷包括日用陶瓷坯体和釉面层。
本发明另一目的是提供一种抗菌耐磨损日用陶瓷的制备方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种抗菌耐磨损日用陶瓷，所述抗菌耐磨损日用陶瓷包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：
锆英砂35～45份；斜锆石15～20份；菱镁矿4～8份；方解石2～6份；钼粉1～3份；氧化铒2～4份；氧化钕2～4份；氧化锌3～7份；氧化钨3～7份；银粉2～4粉；木质素磺酸钠3～5份；三聚磷酸钠3～5份；25～35份水。
优选的，所述釉面层由以下重量份的原料制成：锆英砂40份；斜锆石18份；菱镁矿6份；方解石4份；钼粉2份；氧化铒3份；氧化钕3份；氧化锌5份；氧化钨5份；银粉3粉；木质素磺酸钠4份；三聚磷酸钠4份；30份水。
优选的，所述锆英砂的粒径为4～8μm，所述斜锆石的粒径为3～6μm，所述霞石菱镁矿的粒径为6～10μm；所述方解石的粒径为4～8μm。
优选的，所述钼粉的粒径为15～25nm；所述氧化铒的粒径为10～20nm；所述氧化钕的粒径为10～20nm；所述氧化锌的粒径为5～10nm；所述氧化钨的粒径为5～10nm；所述银粉的粒径为4～8nm。
基于上述所述的抗菌耐磨损日用陶瓷的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
1)日用陶瓷胚体的制备：
2)按重量份分别称取：锆英砂、斜锆石、菱镁矿、方解石、钼粉、氧化铒、氧化钕、氧化锌、氧化钨、银粉，分别进行干燥，随后将上述组分和水置于到球磨罐中进行球磨混合；
3)然后将质量分数为木质素磺酸钠和三聚磷酸钠添加到所述球磨罐中继续球磨30～60min，得到釉料；
4)将所述釉料施釉至步骤A的所述日用陶瓷坯体表面，晾干后，得到施釉日用陶瓷坯体；
5)所述施釉日用陶瓷坯体进行热处理后，得到所述耐磨损的日用陶瓷制品。
优选的，在步骤(2)中，所述球磨时间为3～8h，球磨转速为300～360r/min，所述干燥是在80～120℃下干燥8～12h。
优选的，所述步骤(5)的具体制备过程为：在氧气体积含量为1～4％的氮气气氛下，将所述施釉日用陶瓷坯体以2～5℃的升温速率从室温升到400～500℃，保温1～3h，然后以5～8℃的升温至800～900℃保温2～4h，然后在空气气氛下，再以6～10℃升温至1400～1500℃烧结2～5h；最后降温至600～700℃，保温3～5h；然后随炉冷却，得到所述抗菌耐磨损日用陶瓷。
本发明具有以下有益效果：
1)通过添加菱镁矿和方解石，利用两种之间的相互协同作用，来促进ZrO2晶型的稳定，提高釉面层的强度和耐磨性。
2)通过添加钼粉、氧化铒和氧化钕，利用三者之间的相互作用，促进ZrO2无异常膨胀，促进ZrO2晶型的稳定，提高了釉面层的致密性，进而提高了强度和耐磨性。
3)通过添加木质素磺酸钠和三聚磷酸钠利用两种之间的协同作用，促进了原料之间的相互混合，分散均匀，提高了釉面层的强度和耐磨性，同时控制焙烧气氛促进分散剂中的S和P掺杂到氧化钨和氧化锌中，促进光催化性能的提高，进而提高了抗菌性能，同时与光催化剂与银粉配合进一步促进了抗菌性能。
4)通过添加纳米尺寸的原料粉体，显著改善了釉面层致密性，改善了综合性能。
5)本发明的制备方法工艺简单，操作简便，节省了人力和设备成本。
综上所述，本发明制备的抗菌耐磨日用陶瓷，具有较高的耐磨性能，同时具有优异的抗菌性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1
一种抗菌耐磨损日用陶瓷，包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：
锆英砂40份；斜锆石18份；菱镁矿6份；方解石4份；钼粉2份；氧化铒3份；氧化钕3份；氧化锌5份；氧化钨5份；银粉3粉；木质素磺酸钠4份；三聚磷酸钠4份；30份水。
所述锆英砂的粒径为6μm，所述斜锆石的粒径为5μm，所述霞石菱镁矿的粒径为8μm；方解石的粒径为6μm；钼粉的粒径为20nm；氧化铒的粒径为15nm；氧化钕的粒径为15nm；氧化锌的粒径为8nm；氧化钨的粒径为8nm；银粉的粒径为6nm；
1)日用陶瓷胚体的制备：
2)按重量份分别称取：锆英砂、斜锆石、菱镁矿、方解石、钼粉、氧化铒、氧化钕、氧化锌、氧化钨、银粉，分别在100℃进行干燥10h，随后将上述组分和水置于到球磨罐中进行球磨混合；所述球磨时间为6h，球磨转速为330r/min；
3)然后将木质素磺酸钠和三聚磷酸钠添加到所述球磨罐中继续球磨45min，得到釉料；
4)将所述釉料施釉至步骤A的所述日用陶瓷坯体表面，晾干后，得到施釉日用陶瓷坯体；
5)在氧气体积含量为3％的氮气气氛下，将所述施釉日用陶瓷坯体以3℃的升温速率从室温升到450℃，保温2h，然后以7℃的升温至850℃保温3h，然后在空气气氛下，再以8℃升温至1450℃烧结4h；最后降温至650℃，保温4h；然后随炉冷却，得到所述抗菌耐磨损日用陶瓷。
实施例2
一种抗菌耐磨损日用陶瓷，包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：
锆英砂45份；斜锆石15份；菱镁矿8份；方解石2份；钼粉3份；氧化铒2份；氧化钕4份；氧化锌3份；氧化钨7份；银粉2粉；木质素磺酸钠5份；三聚磷酸钠3份；35份水。
所述锆英砂的粒径为8μm，所述斜锆石的粒径为3μm，所述霞石菱镁矿的粒径为10μm；方解石的粒径为4μm；钼粉的粒径为25nm；氧化铒的粒径为10nm；氧化钕的粒径为20nm；氧化锌的粒径为5nm；氧化钨的粒径为10nm；银粉的粒径为4nm；
1)日用陶瓷胚体的制备：
2)按重量份分别称取：锆英砂、斜锆石、菱镁矿、方解石、钼粉、氧化铒、氧化钕、氧化锌、氧化钨、银粉，分别在120℃进行干燥8h，随后将上述组分和水置于到球磨罐中进行球磨混合；所述球磨时间为3h，球磨转速为360r/min；
3)然后将木质素磺酸钠和三聚磷酸钠添加到所述球磨罐中继续球磨60min，得到釉料；
4)将所述釉料施釉至步骤A的所述日用陶瓷坯体表面，晾干后，得到施釉日用陶瓷坯体；
5)在氧气体积含量为4％的氮气气氛下，将所述施釉日用陶瓷坯体以5℃的升温速率从室温升到400℃，保温3h，然后以8℃的升温至800℃保温4h，然后在空气气氛下，再以10℃升温至1400℃烧结5h；最后降温至700℃，保温3h；然后随炉冷却，得到所述抗菌耐磨损日用陶瓷。
实施例3
一种抗菌耐磨损日用陶瓷，包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：
锆英砂35份；斜锆石20份；菱镁矿4份；方解石6份；钼粉1份；氧化铒4份；氧化钕2份；氧化锌7份；氧化钨3份；银粉4粉；木质素磺酸钠3份；三聚磷酸钠5份；25份水。
所述锆英砂的粒径为4μm，所述斜锆石的粒径为6μm，所述霞石菱镁矿的粒径为6μm；方解石的粒径为8μm；钼粉的粒径为15nm；氧化铒的粒径为20nm；氧化钕的粒径为10nm；氧化锌的粒径为10nm；氧化钨的粒径为5nm；银粉的粒径为8nm；
1)日用陶瓷胚体的制备：
2)按重量份分别称取：锆英砂、斜锆石、菱镁矿、方解石、钼粉、氧化铒、氧化钕、氧化锌、氧化钨、银粉，分别在80℃进行干燥12h，随后将上述组分和水置于到球磨罐中进行球磨混合；所述球磨时间为8h，球磨转速为300r/min；
3)然后将木质素磺酸钠和三聚磷酸钠添加到所述球磨罐中继续球磨30min，得到釉料；
4)将所述釉料施釉至步骤A的所述日用陶瓷坯体表面，晾干后，得到施釉日用陶瓷坯体；
5)在氧气体积含量为1％的氮气气氛下，将所述施釉日用陶瓷坯体以2℃的升温速率从室温升到500℃，保温1h，然后以5℃的升温至900℃保温2h，然后在空气气氛下，再以6℃升温至1500℃烧结2h；最后降温至700℃，保温3h；然后随炉冷却，得到所述抗菌耐磨损日用陶瓷。
对比例1
采用10份菱镁矿替代实施例1中的菱镁矿和方解石，其它组分、制备步骤和条件与实施例1相同。
对比例2
采用10份方解石替代实施例1中的菱镁矿和方解石，其它组分、制备步骤和条件与实施例1相同。
对比例3
采用5份钼粉替代实施例1中的钼粉和氧化铒，其它组分、制备步骤和条件与实施例1相同。
对比例4
采用5份氧化铒替代实施例1中的钼粉和氧化铒，其它组分、制备步骤和条件与实施例1相同。
对比例5
采用5份钼粉替代实施例1中的钼粉和氧化钕，其它组分、制备步骤和条件与实施例1相同。
对比例6
采用5份氧化钕替代实施例1中的钼粉和氧化钕，其它组分、制备步骤和条件与实施例1相同。
对比例7
采用6份氧化铒替代实施例1中的氧化铒和氧化钕，其它组分、制备步骤和条件与实施例1相同。
对比例8
采用6份氧化钕替代实施例1中的氧化铒和氧化钕，其它组分、制备步骤和条件与实施例1相同。
对比例9
采用10份氧化锌替代实施例1中的氧化锌和氧化钨，其它组分、制备步骤和条件与实施例1相同。
对比例10
采用10份氧化钨替代实施例1中的氧化锌和氧化钨，其它组分、制备步骤和条件与实施例1相同。
对比例11
采用8份氧化锌替代实施例1中的氧化锌和银粉，其它组分、制备步骤和条件与实施例1相同。
对比例12
采用8份银粉替代实施例1中的氧化锌和银粉，其它组分、制备步骤和条件与实施例1相同。
对比例13
采用8份木质素磺酸钠替代实施例1中的木质素磺酸钠和三聚磷酸钠，其它组分、制备步骤和条件与实施例1相同。
对比例14
采用8份三聚磷酸钠替代实施例1中的木质素磺酸钠和三聚磷酸钠，其它组分、制备步骤和条件与实施例1相同。
对比例15
在步骤5)中，在空气气氛下替代在氧气体积含量为3％的氮气气氛下，其它步骤和条件均与实施例1相同。
对比例16
在步骤5)中，在氮气气氛下替代在氧气体积含量为3％的氮气气氛下，其它步骤和条件均与实施例1相同。
将实施例1-3和对比例1-8进行力学性能以及摩擦学性能的测试。
采用PT-1036PC型万能材料实验机测试样品的弯曲强度，试样尺寸为3mm×4mm×20mm，跨距为16mm，压头加载速度为0.5mm/min，弯曲强度取三次测量结果的平均值，采用球盘式摩擦机(HT-1000，兰州中科凯华科技开发有限公司)测试样品的摩擦学性能。具体测试结果见表1。
表1实施例1-3和对比例1-8力学性能和摩擦学性能。
| 抗弯强度(MPa) | 磨损率 | |
| 实施例1 | 820 | 1.2×10<sup>-6</sup> |
| 实施例2 | 780 | 1.7×10<sup>-6</sup> |
| 实施例3 | 795 | 1.5×10<sup>-6</sup> |
| 对比例1 | 755 | 6.9×10<sup>-6</sup> |
| 对比例2 | 750 | 7.2×10<sup>-6</sup> |
| 对比例3 | 767 | 5.8×10<sup>-6</sup> |
| 对比例4 | 760 | 6.7×10<sup>-6</sup> |
| 对比例5 | 775 | 4.9×10<sup>-6</sup> |
| 对比例6 | 763 | 6.3×10<sup>-6</sup> |
| 对比例7 | 771 | 5.1×10<sup>-6</sup> |
| 对比例8 | 769 | 5.4×10<sup>-6</sup> |
通过观察，实施例1-3的釉面平整、光滑，质感好。而且从实施例1与对比例1-8的对比可以看出，本申请的组分之间具有相互协同作用，而且利用组分之间的协同作用提高了抗菌耐磨损日用陶瓷的强度和耐磨性。
将实施例1-3和对比例9-16的样品分别放入大肠杆菌、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14h。具体测试结果见表2：
表2实施例实施例1-3和对比例9-16的抗菌性能
从表2可以看出，通过实施例1-3与对比例9-16的对比可以看出，本发明本申请的组分之间具有相互协同作用，而且利用组分之间的协同作用提高了日用陶瓷的抗菌性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种抗菌耐磨损日用陶瓷，其特征在于，所述抗菌耐磨损日用陶瓷包括日用陶瓷坯体和釉面层，所述釉面层由以下重量份的原料制成：
锆英砂35～45份；斜锆石15～20份；菱镁矿4～8份；方解石2～6份；钼粉1～3份；氧化铒2～4份；氧化钕2～4份；氧化锌3～7份；氧化钨3～7份；银粉2～4粉；木质素磺酸钠3～5份；三聚磷酸钠3～5份；25～35份水。
2.根据权利要求1所述的一种抗菌耐磨损日用陶瓷，其特征在于，所述釉面层由以下重量份的原料制成：
锆英砂40份；斜锆石18份；菱镁矿6份；方解石4份；钼粉2份；氧化铒3份；氧化钕3份；氧化锌5份；氧化钨5份；银粉3粉；木质素磺酸钠4份；三聚磷酸钠4份；30份水。
3.根据权利要求1或2所述的一种抗菌耐磨损日用陶瓷，其特征在于：所述锆英砂的粒径为4～8μm，所述斜锆石的粒径为3～6μm，所述霞石菱镁矿的粒径为6～10μm；所述方解石的粒径为4～8μm。
4.根据权利要求1或2所述的一种抗菌耐磨损日用陶瓷，其特征在于：所述钼粉的粒径为15～25nm；所述氧化铒的粒径为10～20nm；所述氧化钕的粒径为10～20nm；所述氧化锌的粒径为5～10nm；所述氧化钨的粒径为5～10nm；所述银粉的粒径为4～8nm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种抗菌耐磨损日用陶瓷的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
1)日用陶瓷胚体的制备：
2)按重量份分别称取：锆英砂、斜锆石、菱镁矿、方解石、钼粉、氧化铒、氧化钕、氧化锌、氧化钨、银粉，分别进行干燥，随后将上述组分和水置于到球磨罐中进行球磨混合；
3)然后将木质素磺酸钠和三聚磷酸钠添加到所述球磨罐中继续球磨30～60min，得到釉料；
4)将所述釉料施釉至步骤A的所述日用陶瓷坯体表面，晾干后，得到施釉日用陶瓷坯体；
5)所述施釉日用陶瓷坯体进行热处理后，得到所述耐磨损的日用陶瓷制品。
6.根据权利要求5所述的一种抗菌耐磨损日用陶瓷的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述球磨时间为3～8h，球磨转速为300～360r/min；所述干燥是在80～120℃下干燥8～12h。
7.根据权利要求5所述的一种抗菌耐磨损日用陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)的具体制备过程为：在氧气体积含量为1～4％的氮气气氛下，将所述施釉日用陶瓷坯体以2～5℃的升温速率从室温升到400～500℃，保温1～3h，然后以5～8℃的升温至800～900℃保温2～4h，然后在空气气氛下，再以6～10℃升温至1400～1500℃烧结2～5h；最后降温至600～700℃，保温3～5h；然后随炉冷却，得到所述抗菌耐磨损日用陶瓷。
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