CN116789437A - 干泡茶盘用速干吸水陶砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种干泡茶盘用速干吸水陶砖及其制备方法，属于陶瓷材料技术领域。该制备方法包括如下步骤：a、原料混合：按重量比将高岭土45‑55份，硅石22.5‑27.5份，钾长石22.5‑27.5份粉碎，并加入发泡剂和粘结剂混匀；其中，发泡剂的加入量按每100g固体原料加10‑16ml计，粘结剂的加入量按每100g固体原料加3‑6ml计；b、成型：a步骤中混匀后的原料压制或手工成型；c、发泡、干燥：b步骤成型后的样品于80‑100℃下放置发泡10‑20min，然后干燥去除80‑90％的水分；d、烧制：c步骤干燥后的样品于1190～1230℃烧制30‑60min，冷却，即得干泡茶盘用速干吸水陶砖。该速干吸水陶砖可快速吸收弃用的茶水，遇高温茶水也不会开裂，且容易清洗，经过自然晾干后可以重复使用，具有不脱色、不易碎、不发霉的特点。
Description
技术领域
发明涉及一种干泡茶盘用速干吸水陶砖及其制备方法，属于陶瓷材料技术领域。
背景技术
茶盘又称茶船就是放置茶壶、茶杯、茶道组、茶宠乃至茶食的浅底器皿。冲泡茶叶时，会有许多冲洗或烫热茶杯及剩余茶水等废水生成，一般是将其直接倒在茶盘中，故茶盘通常设有蓄水及排水的结构。这类茶盘结构复杂，使用繁琐，残余茶水倒不出或倒不干净，时间久了易积水发臭产生茶垢等，影响美观。还有一类就是干泡茶盘，采用吸水渗水陶瓷材料，可快速吸收弃用的茶水，且经过自然晾干后可以重复使用，具有不脱色、不易碎、不发霉的特点，并且遇高温茶水不会开裂，便于快速清理残留茶水。目前市面上使用的这类干泡茶盘存在制备工艺较复杂，通常需要经过素烧和烧结两次烧结工艺，而且1280℃-1350℃高温烧结，烧结温度高周期长需要消耗更多能源，生产成本较高。另外目前市面销售的干泡茶盘吸水率较低，一般不超过30％，不能很好的解决吸水蓄水问题等。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种制备干泡茶盘用速干吸水陶砖的方法。
本发明制备干泡茶盘用速干吸水陶砖的方法，包括如下步骤：
a、原料混合：按重量比将高岭土45-55份，硅石22.5-27.5份，钾长石22.5-27.5份粉碎，并加入发泡剂和粘结剂混匀；其中，发泡剂的加入量按每100g固体原料加10-16ml计，粘结剂的加入量按每100g固体原料加3-6ml计；
b、成型：a步骤中混匀后的原料压制或手工成型；
c、发泡、干燥：b步骤成型后的样品于80-100℃下放置发泡10-20min，然后干燥去除80-90％的水分；
d、烧制：c步骤干燥后的样品于1190～1230℃烧制30-60min，冷却，即得干泡茶盘用速干吸水陶砖。
在一个具体实施方式中，a步骤中所述的发泡剂为双氧水。
在一个具体实施方式中，a步骤中所述的粘结剂为水玻璃，所述水玻璃的模数为2.5-3.5。
水玻璃在型砂模具造型中作为粘结剂使用较多，陶瓷中的使用主要是作泥浆分散剂，增大泥浆的流动性，作为粘结剂使用很少。陶瓷中常用的粘结剂如聚乙烯醇、羧甲基纤维素等。将水玻璃应用到本申请的速干吸水陶砖成型中，一方面，是利用其较好的粘结性能，常温下即可将固体颗粒牢固的粘结在一起不易散架；另一方面，在烧结过程中它能在较低温度下形成液相，促进固相烧结，保持陶瓷骨料结构不变将陶瓷颗粒烧结在一起，降低了烧结温度，有利于陶瓷气孔率和吸水率的增加。
陶瓷使用如聚乙烯醇、羧甲基纤维素等粘接剂时，通常需要使用压力成型设备，在一定压力下(十到几十兆帕)保压几分钟到几十分钟不等，才能成型脱模，对设备要求高，程序复杂。另外如果这类粘结剂加入过多容易导致试样局部过烧，骨料形成过多液相堵塞空隙，孔隙率和吸水率低，试样变形程度较大影响美观，并不适用于制备速干吸水陶砖。
在一个具体实施方式中，a步骤中采用球磨粉碎，料:球＝1:2，球磨时间4-6min。
在一个具体实施方式中，b步骤成型后的样品于90℃下放置发泡15min，然后于100℃干燥2h或自然阴干。
在一个具体实施方式中，d步骤烧制时，先从室温开始以1.5-2.5℃/min升温速度升温至600-700℃，并于600-700℃下保温50-70min，再以1.5-2.5℃/min的升温速度升温至900-1000℃，并于900-1000℃下保温50-70min；然后以2.5-3.5℃/min的升温速度升温至1190-1230℃，并保温30-60min；最后停止加热，随炉冷却至室温得到干泡茶盘用速干吸水陶砖。
在一个具体实施方式中，d步骤烧制时，先从室温开始以2℃/min升温速度升温至650℃，并于650℃下保温60min，再以2℃/min的升温速度升温至950℃，并于950℃下保温60min；然后以3℃/min的升温速度升温至1210℃，并保温30min；最后停止加热，随炉冷却至室温得到干泡茶盘用速干吸水陶砖。
烧结过程实际就是一个物质和能量传递的过程，随着烧结的进行，材料体系逐渐达到一个稳定的状态，烧结温度的高低决定了烧结是否充分和烧结的快慢，所以烧结温度的选取是影响多孔陶瓷性能的重要因素。烧结温度过低，骨料之间反应没发生完全，使骨料之间连接不紧密，导致堆积较为松散，试样存在抗折强度低，易掉渣的现象。烧结温度过高，骨料会部分融化形成液相，当温度降低后便凝固堵塞一部分孔隙并在表面形成瓷化现象，导致孔隙率和吸水率降低，另外还会使试样的变形程度增大影响美观。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述的方法制备的干泡茶盘用速干吸水陶砖。
在一个具体实施方式中，所述干泡茶盘用速干吸水陶砖吸水率为39.2％-45.9％，孔隙率为44.4％-49.9％，抗折强度为1.67-3.24MPa,体积密度为1.20-1.30g/cm3。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明制备的速干吸水陶砖实用性强，吸水率为39.2％～45.9％，孔隙率为44.4％～49.9％，抗折强度为1.67～3.24MPa，体积密度为1.20～1.30g/cm3，吸水性能远超普通干泡吸水茶台不到30％的吸水率。该速干吸水陶砖可快速吸收弃用的茶水，遇高温茶水也不会开裂，且容易清洗，经过自然晾干后可以重复使用，具有不脱色、不易碎、不发霉的特点。
2、该速干吸水陶砖成型工艺简单，无需机械压制，只需手工压制即可制成任意形状和图案，对设备要求更低，更节能环保，生产成本更低。
3、该速干吸水陶砖使用陶瓷原矿材料简单易得，1190℃～1230℃一次烧结成型，烧结温度低、节能环保，生产成本低，适于工业化生产。
附图说明
图1为本发明制备速干吸水陶砖的工艺流程图；
图2为实施例1-5制备的速干吸水陶砖的实物图；
图3为对比例1制备的速干吸水陶砖的实物图；
图4为对比例3制备的速干吸水陶砖的实物图；
图5为对比例5制备的速干吸水陶砖的实物图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本发明的工艺流程图见图1所示。
本发明中制备的速干吸水陶砖，孔隙率、吸水率由湘潭市仪器仪表有限公司生产的DRX显气孔率测试仪测定；抗折强度由济南恒思盛大仪器有限公司生产的DWD-10E万能材料试验机测定。
以下实施例及对比例使用的高岭土、硅石、钾长石均产于攀枝花，三种原料的化学组成(wt％)如下：
| 原料 | SiO2 | Al2O3 | CaO | MgO | K2O | Na2O | Fe2O3 | TiO2 |
| 高岭土 | 56.06 | 21.39 | 0.47 | 0.27 | 3.90 | 0.84 | 1.52 | 0.32 |
| 钾长石 | 75 | 10.88 | 0.24 | 0.10 | 12 | 0.39 | 0.11 | 0.08 |
| 硅石 | 98.4 | 1.28 | \ | \ | \ | 0.08 | \ | \ |
以下实施例及对比例中煅烧时升温过程如下：先从室温开始以2℃/min升温速度升温至650℃，并于650℃下保温60min，再以2℃/min的升温速度升温至950℃，并于950℃下保温60min；然后以3℃/min的升温速度升温至煅烧温度，并保温30min。
实施例1
1、称取攀枝花本地高岭土、硅石、钾长石分别50g、25g、25g放入快速球磨机球磨，控制料∶球比＝1:2，快速球磨4min混料，得到陶瓷粉料；
2、将球磨后的陶瓷粉料放入研钵中，逐滴加入双氧水16ml和水玻璃5ml与陶瓷粉料搅拌混合均匀；
3、将混合均匀的陶瓷粉料装入模具中采用手工压力成型，保压2分钟后脱模取出吸水陶砖样品，样品尺寸约为55mm×20mm×20mm；
4、将成型后的吸水陶砖样品放入到鼓风干燥箱中进行发泡处理，设置好发泡温度为90℃，发泡时间为15min；
5、发泡好的样品继续放在干燥箱中进行下一步干燥处理，干燥温度100℃干燥时间2h(也可自然风干)；
6、将干燥后的吸水陶砖坯放入电窑内烧制，煅烧温度为：1190℃，保温时间30min，然后随炉降温，制得吸水陶砖材料。
本实施例制得的吸水陶砖材料，吸水率为45.9％，孔隙率为49.0％，抗折强度1.67MPa,密度为1.20g/cm3。
实施例2
1、称取攀枝花本地高岭土、硅石、钾长石分别50g、27.5g、22.5g放入快速球磨机球磨，控制料∶球比＝1:2，快速球磨5min混料，得到陶瓷粉料；
2、将球磨后的陶瓷粉料放入研钵中，逐滴加入双氧水16ml和水玻璃6ml与陶瓷粉料搅拌混合均匀；
3、将混合均匀的陶瓷粉料装入模具中采用手工压力成型，保压2分钟后脱模取出吸水陶砖样品，样品尺寸约为55mm×20mm×20mm；
4、将成型后的吸水陶砖样品放入到鼓风干燥箱中进行发泡处理，设置好发泡温度为100℃，发泡时间为10min；
5、发泡好的样品继续放在干燥箱中进行下一步干燥处理，干燥温度100℃干燥时间2h(也可自然风干)；
6、将干燥后的吸水陶砖坯放入电窑内烧制，煅烧温度为：1210℃，保温时间60min，然后随炉降温，制得吸水陶砖材料。
本实施例制得的吸水陶砖材料，吸水率为44.4％，孔隙率为49.9％，抗折强度2.32MPa,密度为1.26g/cm3。
实施例3
1、称取攀枝花本地高岭土、硅石、钾长石分别50g、22.5g、27.5g放入快速球磨机球磨，控制料∶球比＝1:2，快速球磨5min混料，得到陶瓷粉料；
2、将球磨后的陶瓷粉料放入研钵中，逐滴加入双氧水14ml和水玻璃5ml与陶瓷粉料搅拌混合均匀；
3、将混合均匀的陶瓷粉料装入模具中采用手工压力成型，保压2分钟后脱模取出吸水陶砖样品，样品尺寸约为55mm×20mm×20mm；
4、将成型后的吸水陶砖样品放入到鼓风干燥箱中进行发泡处理，设置好发泡温度为90℃，发泡时间为15min；
5、发泡好的样品继续放在干燥箱中进行下一步干燥处理，干燥温度100℃干燥时间2h(也可自然风干)；
6、将干燥后的吸水陶砖坯放入电窑内烧制，煅烧温度为：1200℃，保温时间30min，然后随炉降温，制得吸水陶砖材料。
本实施例制得的吸水陶砖材料，吸水率为43.3％，孔隙率为48.1％，抗折强度2.64MPa,密度为1.28g/cm3。
实施例4
1、称取攀枝花本地高岭土、硅石、钾长石分别55g、22.5g、22.5g放入快速球磨机球磨，控制料∶球比＝1:2，快速球磨5min混料，得到陶瓷粉料；
2、将球磨后的陶瓷粉料放入研钵中，逐滴加入双氧水10ml和水玻璃3ml与陶瓷粉料搅拌混合均匀；
3、将混合均匀的陶瓷粉料装入模具中采用手工压力成型，保压2分钟后脱模取出吸水陶砖样品，样品尺寸约为55mm×20mm×20mm；
4、将成型后的吸水陶砖样品放入到鼓风干燥箱中进行发泡处理，设置好发泡温度为80℃，发泡时间为20min；
5、发泡好的样品继续放在干燥箱中进行下一步干燥处理，干燥温度100℃干燥时间2h(也可自然风干)；
6、将干燥后的吸水陶砖坯放入电窑内烧制，煅烧温度为：1220℃，保温时间30min，然后随炉降温，制得吸水陶砖材料。
本实施例制得的吸水陶砖材料，吸水率为40.7％，孔隙率为45.7％，抗折强度为2.88MPa,密度为1.28g/cm3。
实施例5
1、称取攀枝花本地高岭土、硅石、钾长石分别45g、27.5g、27.5g放入快速球磨机球磨，控制料∶球比＝1:2，快速球磨6min混料，得到陶瓷粉料；
2、将球磨后的陶瓷粉料放入研钵中，逐滴加入双氧水10ml和水玻璃5ml与陶瓷粉料搅拌混合均匀；
3、将混合均匀的陶瓷粉料装入模具中采用手工压力成型，保压2分钟后脱模取出吸水陶砖样品，样品尺寸约为55mm×20mm×20mm；
4、将成型后的吸水陶砖样品放入到鼓风干燥箱中进行发泡处理，设置好发泡温度为90℃，发泡时间为15min；
5、发泡好的样品继续放在干燥箱中进行下一步干燥处理，干燥温度100℃干燥时间2h(也可自然风干)；
6、将干燥后的吸水陶砖坯放入电窑内烧制，煅烧温度为：1230℃，保温时间30min，然后随炉降温，制得吸水陶砖材料。
本实施例制得的吸水陶砖材料，吸水率为39.2％，孔隙率为44.4％，抗折强度3.24MPa,密度为1.30g/cm3。
实施例1-5的实物图片见图2所示，其中实施例3为最优。
对比例1(发泡剂为水泥发泡剂)
本对比例的水泥发泡剂为市售，山东优索化工科技有限公司生产，型号LG-2258。
与实施例3的制备方法基本相同，不同之处在于:将双氧水替换成水泥发泡剂。
本对比例制得的吸水陶砖材料，吸水率为19.8％，孔隙率为23.6％，抗折强度为1.56MPa,密度为0.93g/cm3。
本对比例制备的吸水陶砖材料的实物图见图3所示。
由图3可知，采用水泥发泡剂制备的多孔陶瓷成型较困难，表面上有很多小孔，很脆，容易破裂，掉渣，且花费大量的时间，实验成本较高，用水泥发泡剂制备的多孔陶瓷难以进行物理性能测试，达不到实验要求。
对比例2
与实施例3的制备方法基本相同，不同之处在于:煅烧温度为：1250℃。
本实施例制得的吸水陶砖材料，吸水率34.7％，孔隙率为38.3％，抗折强度4.38MPa，密度为1.78g/cm3。
对比例3
与实施例3的制备方法基本相同，不同之处在于:煅烧温度为：1280℃。
本对比例制得的吸水陶砖材料，吸水率为23.01％，孔隙率为28.3％，抗折强度10.26MPa，密度为2.15g/cm3。
本对比例的实物图见图4所示。由图4可知，吸水陶砖材料表面已部分瓷化，变形明显，影响美观，吸水性能也大幅降低。是由于烧结温度过高，陶瓷表面会形成较多液相，一部分冷却后瓷化堵塞了表面孔隙，多余的液相还会流入坯体内部，充样品中未熔颗粒物之间的孔隙，使颗粒物之间距离变得更小，陶瓷变形性增大，孔隙率降低，毛细管效应减弱，导致吸水率大幅降低影响产品性能。
对比例4
与实施例3的制备方法基本相同，不同之处在于:煅烧温度为：1170℃。
本对比例制得的吸水陶砖材料，吸水率为44.2％，孔隙率为48.5％，抗折强度为1.25MPa,密度为1.02g/cm3。
对比例5
与实施例3的制备方法基本相同，不同之处在于:煅烧温度为：1150℃。
本对比例制得的吸水陶砖材料，吸水率为45.3％，孔隙率为49.2％，抗折强度为0.87MPa,密度为0.86g/cm3。
本对比例的实物图见图5所示。由图5可知，吸水陶砖材料表面有明显裂纹，而且掉渣严重，试样抗折强度明显降低。是由于烧结温度偏低，形成液相少，不能将骨料颗粒连接成一个整体，掉渣严重，使得样品抗折强度显著降低，影响使用。
由上述实施例和对比例可知：烧结温度的选取是影响多孔陶瓷性能的重要因素。烧结温度过高，会形成较多液相，液相会填充样品中未熔颗粒物之间的孔隙，颗粒物之间距离变得更小，陶瓷变形性增大，孔隙率降低，毛细管效应减弱，吸水率降低。反之烧结温度低，形成液相少，不能将骨料颗粒连接成一个整体，使得样品强度显著降低，掉渣严重。
Claims (9)
1.制备干泡茶盘用速干吸水陶砖的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、原料混合：按重量比将高岭土45-55份，硅石22.5-27.5份，钾长石22.5-27.5份粉碎，并加入发泡剂和粘结剂混匀；其中，发泡剂的加入量按每100g固体原料加10-16ml计，粘结剂的加入量按每100g固体原料加3-6ml计；
b、成型：a步骤中混匀后的原料压制或手工成型；
c、发泡、干燥：b步骤成型后的样品于80-100℃下放置发泡10-20min，然后干燥去除80-90％的水分；
d、烧制：c步骤干燥后的样品于1190～1230℃烧制30-60min，冷却，即得干泡茶盘用速干吸水陶砖。
2.根据权利要求1所述的制备干泡茶盘用速干吸水陶砖的方法，其特征在于：a步骤中所述的发泡剂为双氧水。
3.根据权利要求1所述的制备干泡茶盘用速干吸水陶砖的方法，其特征在于：a步骤中所述的粘结剂为水玻璃，所述水玻璃的模数为2.5-3.5。
4.根据权利要求1所述的制备干泡茶盘用速干吸水陶砖的方法，其特征在于：a步骤中采用球磨粉碎，料:球＝1:2，球磨时间4-6min。
5.根据权利要求1所述的制备干泡茶盘用速干吸水陶砖的方法，其特征在于：b步骤成型后的样品于90℃下放置发泡15min，然后于100℃干燥2h或自然阴干。
6.根据权利要求1所述的制备干泡茶盘用速干吸水陶砖的方法，其特征在于，d步骤烧制时，先从室温开始以1.5-2.5℃/min升温速度升温至600-700℃，并于600-700℃下保温50-70min，再以1.5-2.5℃/min的升温速度升温至900-1000℃，并于900-1000℃下保温50-70min；然后以2.5-3.5℃/min的升温速度升温至1190-1230℃，并保温30-60min；最后停止加热，随炉冷却至室温得到干泡茶盘用速干吸水陶砖。
7.根据权利要求6所述的制备干泡茶盘用速干吸水陶砖的方法，其特征在于，d步骤烧制时，先从室温开始以2℃/min升温速度升温至650℃，并于650℃下保温60min，再以2℃/min的升温速度升温至950℃，并于950℃下保温60min；然后以3℃/min的升温速度升温至1210℃，并保温30min；最后停止加热，随炉冷却至室温得到干泡茶盘用速干吸水陶砖。
8.权利要求1-7任一项所述的方法制备的干泡茶盘用速干吸水陶砖。
9.根据权利要求8所述的干泡茶盘用速干吸水陶砖，其特征在于：所述干泡茶盘用速干吸水陶砖吸水率为39.2％-45.9％，孔隙率为44.4％-49.9％，抗折强度为1.67-3.24MPa,体积密度为1.20-1.30g/cm3。
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