CN113683394A - 一种高性能自清洁卫生陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能自清洁卫生陶瓷及其制备方法，由陶瓷坯体以及包覆于陶瓷坯体表面的基底涂层、和基底涂层表面的面涂层构成；所述陶瓷坯体的原料组成为高岭土25～70wt％、长石20～40wt％、石英0～35wt％、电解质0～3wt％；所述基底涂层的原料组成为钾长石10～30wt％、石英20～50wt％、星子高岭土5～20wt％、方解石10～25wt％、白云石1～5wt％、锂辉石0～10wt％、硅酸锆7～20wt％、氧化锌0～10wt％；所述面涂层的组成为浓度为0.02～0.2mol/L的聚苯乙烯浆料65～100wt％、粘结剂0～35wt％。本发明通过配方设计和复合涂层的使用，实现了卫生陶瓷的超疏水自清洁性能；制备方法原料便宜、环保、工艺简单，便于推广和大规模使用，对于工业上有着极大的价值。
Description
技术领域
本发明涉及建筑陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种超疏水自清洁卫生陶瓷及其制备方法。
背景技术
随着社会的不断进步和发展，无论是日常家庭还是工业活动，淡水供应始终处于一个持续高需求中，然而水资源短缺已经日益成为全球亟待解决的问题之一。在如今，大约有40亿人面临着严重的缺水状态。为了解决缺水问题，有两种方法，一种是增加淡水，如可以通过海水淡化、处理以及从空气中获得；另外一种是节约用水。据统计，在家庭生活中，厕所冲洗占全部家庭用水的20％，全球范围内大概有1400亿升的淡水被用于冲洗厕所。而全球70亿人口中大约有26亿人因为缺水，而无法获得基本的公共卫生服务。因此，如何减少冲洗厕所的用水已经越来越受到大家的关注。在日常使用卫生洁具时，残留物、水垢和尿垢等容易积聚在器壁上，因此大量的水资源主要是用于卫生洁具的冲洗。如果能够制备出低粘度、低表面能的超疏水自清洁卫生洁具，那么积聚在器壁上的残留物将能够很好地被冲洗干净。自清洁是指污染物、水滴、灰尘在重力、雨水、风力等外力作用下能够自动脱落或被降解，而实现材料超疏水性是自清洁的关键。
目前，虽然对于超疏水材料的报道较多，但是尚未见到对于聚苯乙烯基的高性能超疏水自清洁卫生陶瓷的报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超疏水自清洁卫生陶瓷，通过配方设计和复合涂层的使用，实现卫生陶瓷的超疏水自清洁性能。本发明的另一目的在于提供上述超疏水自清洁性能的卫生陶瓷的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种高性能自清洁卫生陶瓷，由陶瓷坯体以及包覆于陶瓷坯体表面的基底涂层、和基底涂层表面的面涂层构成；所述陶瓷坯体的原料组成为高岭土25～70wt％、长石20～40wt％、石英0～35wt％、电解质0～3wt％；所述基底涂层的原料组成为钾长石10～30wt％、石英20～50wt％、星子高岭土5～20wt％、方解石10～25wt％、白云石1～5wt％、锂辉石0～10wt％、硅酸锆7～20wt％、氧化锌0～10wt％；所述面涂层的组成为浓度为0.02～0.2mol/L的聚苯乙烯浆料65～100wt％、粘结剂0～35wt％，所述粘结剂为PVA、PVB、磷酸铝粘合剂、聚甲基硅氧烷中的一种或其组合。
本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的上述高性能自清洁卫生陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)卫生陶瓷坯体的制备
将所述陶瓷坯体的原料各组成按照配比混合均匀，经球磨、过筛、陈腐、搅拌、精制、注浆、干燥、素烧处理后，经冷却即获得卫生陶瓷坯体；
(2)基底涂层浆料的制备
将所述基底涂层的原料各组成按照配比混合均匀，经球磨和过筛，获得均匀的基底涂层浆料；
(3)基底涂层的制备
将所述基底涂层浆料均匀喷涂在卫生陶瓷坯体上，烘干后形成喷涂层，经烧结处理，得到涂覆有基底涂层的陶瓷坯体；
(4)聚苯乙烯浆料的制备
将苯乙烯单体和浓度为0.01～0.15mol/L的氢氧化钾或者氢氧化钠以体积比1∶1混合，经超声分散、静置处理后，取上层苯乙烯，加入浓度为0.005～0.01mol/L的过硫酸钾溶液以及浓度为0.001～0.005mol/L的十二烷基硫酸钠或者十六烷基三甲基溴化铵溶液形成混合溶液；其中，按照体积比苯乙烯单体∶过硫酸钾溶液∶十二烷基硫酸钠或者十六烷基三甲基溴化铵溶液＝1∶0.1～6∶0.1～6；将所述混合溶液置于60～90℃水浴中加热搅拌10～30h，离心清洗5～15次后，加入水配置成浓度为0.02～0.2mol/L的聚苯乙烯浆料；
(5)面涂层浆料的制备
将所述聚苯乙烯浆料和粘结剂按照配比混合均匀，得到面涂层浆料；
(6)面涂层的制备
将所述面涂层浆料采用喷涂的方法均匀喷涂在涂覆有基底涂层的陶瓷坯体上，经烘干即获得超疏水自清洁卫生陶瓷。
进一步地，本发明制备方法所述步骤(1)素烧温度为850～950℃。所述步骤(3)喷涂层的厚度为0.3～1.2mm，烧结温度为1150～1250℃。所述步骤(6)喷涂方法如下：喷涂的空气压强为0.2～2MPa，喷口直径为1～3mm，喷嘴距离基底涂层为6～15cm；烘干温度为100～200℃，烘干时间为5～10min。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明以聚苯乙烯浆料和粘结剂组成面涂层，并且与基底涂层一起制备了具有超疏水自清洁的复合涂层，通过对建筑卫生陶瓷坯体表面进行包覆，形成了具有超高疏水性、自清洁且机械性能好的建筑卫生陶瓷，为高性能超疏水自清洁材料的制备提供了一种切实可行的方法。
(2)本发明首次采用水包乳液法制备了聚苯乙烯浆料，方法简单易于实现。本发明制备的超疏水自清洁建筑卫生陶瓷具有大于155°的接触角，最高耐受温度大于245℃；且相比于目前采用的其他方法，本发明具有原料便宜、环保、制备简单，且能够推广并大规模使用，这对于工业上有着极大的价值。
下面将结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
具体实施方式
本发明实施例一种高性能自清洁卫生陶瓷，由陶瓷坯体以及包覆于陶瓷坯体表面的基底涂层、和基底涂层表面的面涂层构成。
陶瓷坯体的原料组成为高岭土25～70wt％、长石20～40wt％、石英0～35wt％、电解质0～3wt％；基底涂层的原料组成为钾长石10～30wt％、石英20～50wt％、星子高岭土5～20wt％、方解石10～25wt％、白云石1～5wt％、锂辉石0～10wt％、硅酸锆7～20wt％、氧化锌0～10wt％；面涂层的组成为浓度为0.02～0.2mol/L的聚苯乙烯浆料65～100wt％、粘结剂0～35wt％，粘结剂为PVA、PVB、磷酸铝粘合剂、聚甲基硅氧烷中的一种或其组合。
表1本发明实施例陶瓷坯体\基底涂层、面涂层的原料组成
上述实施例高性能自清洁卫生陶瓷的制备方法，其步骤如下：
(1)卫生陶瓷坯体的制备
将陶瓷坯体的原料各组成按照表1所示配比混合均匀，经球磨、过筛、陈腐、搅拌、精制、注浆、干燥处理后，在850～950℃温度下素烧，冷却后获得卫生陶瓷坯体；
(2)基底涂层浆料的制备
将基底涂层的原料各组成按照表1所示配比混合均匀，经球磨和过筛，获得均匀的基底涂层浆料；
(3)基底涂层的制备
将基底涂层浆料均匀喷涂在卫生陶瓷坯体上，烘干后形成厚度0.3～1.2mm的喷涂层，于1150～1250℃温度下烧结，最高温度下保温2h，得到涂覆有基底涂层的陶瓷坯体；
(4)聚苯乙烯浆料的制备
将100ml苯乙烯单体和100ml浓度为0.01～0.15mol/L的氢氧化钾或者氢氧化钠混合，并超声5min、静置10min后，取上层苯乙烯，加入浓度为0.005～0.01mol/L的过硫酸钾溶液600ml以及浓度为0.001～0.005mol的十二烷基硫酸钠或者十六烷基三甲基溴化铵溶液600ml形成混合溶液；将该混合溶液置于60～90℃水浴中加热搅拌10～30h，离心清洗5～15次后，加入水配置成浓度为0.02～0.2mol/L的聚苯乙烯浆料；
(5)面涂层浆料的制备
将上述聚苯乙烯浆料和粘结剂按照表1所示配比混合均匀，得到面涂层浆料；
(6)面涂层的制备
将上述面涂层浆料采用喷涂的方法均匀喷涂在涂覆有基底涂层的陶瓷坯体上，喷涂的空气压强为0.2～2MPa，喷口直径为1～3mm，喷嘴距离基底涂层为6～15cm；随后放入100～200℃温度下烘5～10min，即获得超疏水自清洁卫生陶瓷。
表2本发明实施例高性能自清洁卫生陶瓷的制备方法工艺参数
本发明实施例制备的自清洁卫生陶瓷的性能指标如表3所示。
表3本发明实施例制备的自清洁卫生陶瓷的性能指标
Claims (6)
1.一种高性能自清洁卫生陶瓷，其特征在于：由陶瓷坯体以及包覆于陶瓷坯体表面的基底涂层、和基底涂层表面的面涂层构成；所述陶瓷坯体的原料组成为高岭土25～70wt％、长石20～40wt％、石英0～35wt％、电解质0～3wt％；所述基底涂层的原料组成为钾长石10～30wt％、石英20～50wt％、星子高岭土5～20wt％、方解石10～25wt％、白云石1～5wt％、锂辉石0～10wt％、硅酸锆7～20wt％、氧化锌0～10wt％；所述面涂层的组成为浓度为0.02～0.2mol/L的聚苯乙烯浆料65～100wt％、粘结剂0～35wt％，所述粘结剂为PVA、PVB、磷酸铝粘合剂、聚甲基硅氧烷中的一种或其组合。
2.权利要求1所述高性能自清洁卫生陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)卫生陶瓷坯体的制备
将所述陶瓷坯体的原料各组成按照配比混合均匀，经球磨、过筛、陈腐、搅拌、精制、注浆、干燥、素烧处理后，经冷却即获得卫生陶瓷坯体；
(2)基底涂层浆料的制备
将所述基底涂层的原料各组成按照配比混合均匀，经球磨和过筛，获得均匀的基底涂层浆料；
(3)基底涂层的制备
将所述基底涂层浆料均匀喷涂在卫生陶瓷坯体上，烘干后形成喷涂层，经烧结处理，得到涂覆有基底涂层的陶瓷坯体；
(4)聚苯乙烯浆料的制备
将苯乙烯单体和浓度为0.01～0.15mol/L的氢氧化钾或者氢氧化钠以体积比1∶1混合，经超声分散、静置处理后，取上层苯乙烯，加入浓度为0.005～0.01mol/L的过硫酸钾溶液以及浓度为0.001～0.005mol/L的十二烷基硫酸钠或者十六烷基三甲基溴化铵溶液形成混合溶液；其中，按照体积比苯乙烯单体∶过硫酸钾溶液∶十二烷基硫酸钠或者十六烷基三甲基溴化铵溶液＝1∶0.1～6∶0.1～6；将所述混合溶液置于60～90℃水浴中加热搅拌10～30h，离心清洗5～15次后，加入水配置成浓度为0.02～0.2mol/L的聚苯乙烯浆料；
(5)面涂层浆料的制备
将所述聚苯乙烯浆料和粘结剂按照配比混合均匀，得到面涂层浆料；
(6)面涂层的制备
将所述面涂层浆料采用喷涂的方法均匀喷涂在涂覆有基底涂层的陶瓷坯体上，经烘干即获得超疏水自清洁卫生陶瓷。
3.根据权利要求2所述高性能自清洁卫生陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)素烧温度为850～950℃。
4.根据权利要求2所述高性能自清洁卫生陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)喷涂层的厚度为0.3～1.2mm，烧结温度为1150～1250℃。
5.根据权利要求2所述高性能自清洁卫生陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)喷涂方法如下：喷涂的空气压强为0.2～2MPa，喷口直径为1～3mm，喷嘴距离基底涂层为6～15cm。
6.根据权利要求2所述高性能自清洁卫生陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)烘干温度为100～200℃，烘干时间为5～10min。
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