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一种抗菌环保日用陶瓷及其制备方法与流程

2021-01-31 05:01:19|557|起点商标网
本发明属于无机非金属材料
技术领域:
。更具体地,涉及一种抗菌环保日用陶瓷及其制备方法。
背景技术:
:抗菌陶瓷是一种环保型功能材料,是抗菌材料与陶瓷产品相结合的产物,抗菌陶瓷在保留原有陶瓷制品物化性能的基础上增加了抗菌、消毒及化学降解的功能。目前抗菌陶瓷主要分为:金属离子掺杂型抗菌陶瓷及光催化型抗菌陶瓷两种。其中金属离子掺杂型抗菌陶瓷是直接将含有银、锌、铜等金属离子的抗菌剂直接加入到陶瓷釉料中烧制而成;光催化型抗菌陶瓷则是采取溶胶一凝胶法或浸渍提拉法在陶瓷表面涂覆二氧化钛或氧化锌抗菌薄膜。目前已被认同的银系金属离子抗菌机理主要有两种:一种是金属离子的缓释杀菌。抗菌陶瓷在使用过程中缓慢释放出银离子,当银离子到达细胞膜时,因细胞膜带有负电荷,银离子依靠库伦力牢固吸附在细胞膜上,而且银离子还能进一步穿透细胞壁进入病菌内部,与生物体内的蛋白质、核酸中存在的琉基(-sh),氨基(-nh)等含硫、氨的官能团发生反应,使细菌蛋白质凝固,破坏细菌细胞合成酶的活性,使细胞丧失分裂增殖能力而最终消亡。另外,当细菌体失去活性后,银离子又从菌体中游离出来,继续重复进行杀菌活动,保持持久的抗菌效果。另一种则是银离子的催化反应杀菌。即在光的作用下银离子作为催化活性中心,激活水和空气中的氧,产生具有很强的氧化还原作用的活性自由基,可以攻击陶瓷表面的微生物细胞膜,导致其细胞膜蛋白质变性,从而使细菌等微生物失去活性,达到抗菌的目的。银系抗菌陶瓷抗菌剂的加入量对釉面颜色、光泽度的影响以及金属离子的缓释溶出带来的抗菌持久性问题;光催化抗菌陶瓷如何在弱光线下提高光催化效率、涂覆膜层与釉面的结合力不够、涂膜需要专用设备成本高及解决薄膜老化的寿命与陶瓷的使用寿命不匹配的问题。技术实现要素:本发明要解决的技术问题是克服现有抗菌陶瓷在使用过程中,抗菌活性组分容易流失,引起抗菌性能逐渐下降失效的缺陷和不足,提供一种抗菌环保日用陶瓷及其制备方法。本发明的目的是提供一种抗菌环保日用陶瓷。本发明另一目的是提供一种抗菌环保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:一种抗菌环保日用陶瓷,所述陶瓷包括三层复合结构;所述三层复合结构是由表层、中间层和陶瓷基层构成;所述表层为连续波浪结构;所述表层为二氧化硅;所述中间层包括石墨烯-碳化硅复合层;所述中间层和表层通过si-c化学键连接;所述陶瓷基层为氧化铝陶瓷基层;所述氧化铝陶瓷基层中还包括氧化钴和二氧化钛。上述技术方案通过构建三层复合结构的陶瓷,其中,中间层为石墨烯-碳化硅复合层,在使用过程中,碳化硅可以在常温条件下发射出波长为5-15μm的远红外线,并通过石墨烯的传递后,可以直接穿透陶瓷表面及附近的细菌细胞壁,从而有效破坏细菌菌体的新陈代谢,起到良好的杀菌效果;进一步的,通过利用表层的连续波浪结构进行对远红外线进行折射和散射,使得碳化硅发出的远红外线的作用范围和效果得以进一步增强;另外,通过使得碳化硅和石墨烯作为中间层,二氧化硅作为表层,可避免碳化硅因为被氧化铝阻挡而影响远红外线的发射;再者,中间层和表层之间通过si-c化学键合,有效提高了层与层之间的作用力,避免了在制备和使用过程中两层之间形成间隙,避免间隙的存在形成传递界面,影响远红外线的杀菌效果。优选地,所述中间层中还包括石墨烯质量1-3%的纳米铁粉。优选地,所述碳化硅为碳化硅晶须。通过采用纤维状的碳化硅晶须和片层结构的石墨烯构建复合中间层,使得晶须和石墨烯之间可以起到良好的协同作用,石墨烯的片层结构作为远红外线的反射面,而晶须巨大的比表面积和四处的伸长方向可以使得产品的各部位抗菌效果保持良好的一致性。一种抗菌环保日用陶瓷的制备方法,具体制备步骤包括:氧化石墨烯-单分散纳米二氧化硅复合物的合成:按重量份数计,依次取8-10份氧化石墨烯,50-100份正硅酸乙酯,200-300份无水乙醇,8-10份硬脂酸;混合后,超声分散,再加热回流反应4-8h,出料,过滤,干燥,得复合物;陶瓷烧制:按重量份数计,依次取10-20份所述复合物,0.3-0.5份氧化钴,0.4-0.8份二氧化钛,80-120份纳米α-氧化铝,60-100份cmc溶液,混合均匀后,注模成型,得陶瓷坯体;将所述陶瓷坯体于温度为1250-1300℃条件下烧制3-5h后,继续于温度为1500-1600℃条件下烧制2-5h,冷却,出料,即得产品。上述技术方案在陶瓷烧制过程中,由于氧化石墨烯片层结构质轻,且二氧化硅熔点相对较低,可以优先熔融后,携带质轻的氧化石墨烯片层结构向表面扩散渗透;并且,由于在烧制过程中,cmc等有机质组分挥发产生气体,因此可以引起表层熔融的二氧化硅发泡蠕动,形成波浪形结构。优选地,所述具体制备步骤还包括:氧化石墨烯的预处理:将氧化石墨烯和纳米铁粉按照质量比为60:1-100:1混合球磨36-72h,并在球磨过程中加入氧化石墨烯质量0.3-0.5%的氟化钠。优选地,所述具体制备步骤还包括:氧化石墨烯-单分散纳米二氧化硅复合物的合成:按重量份数计,依次取8-10份氧化石墨烯,50-100份正硅酸乙酯,200-300份无水乙醇,8-10份硬脂酸,2-3份乳化剂;混合后,超声分散,再加热回流反应4-8h,出料,过滤,干燥,得复合物。优选地,所述乳化剂为乳化剂op-10、吐温-40、吐温-60、斯潘-80中的任意一种。优选地,所述具体制备步骤还包括:陶瓷烧制:按重量份数计,依次取10-20份所述复合物,0.3-0.5份氧化钴,0.4-0.8份二氧化钛,80-120份纳米α-氧化铝,60-100份cmc溶液,0.3-0.5份微晶蜡,球磨混合均匀后,注模成型,得陶瓷坯体;将所述陶瓷坯体于温度为1250-1300℃条件下烧制3-5h后,继续于温度为1500-1600℃条件下烧制2-5h,冷却,出料,即得产品。上述技术方案引入微晶蜡,在加热烧制过程中,微晶蜡可以携带复合物中的复合物向体系表层扩散渗透,有利于在烧结过程中形成三层结构。本发明具有以下有益效果:(1)本发明技术方案在产品制备过程中,通过利用烧结工艺的控制,形成三层复合结构的陶瓷,不仅有效利用了碳化硅发射的远红外线进行长效杀菌,同时在陶瓷表面构建折射和漫反射层,使得其杀菌效果得到进一步增强;(2)本发明技术方案通过将杀菌组分置于中间层,避免流失,同时利用表层透明波浪形结构,进行折射和漫反射,杀菌效果不降反升。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氧化石墨烯的预处理:将氧化石墨烯和纳米铁粉按照质量比为60:1混合倒入球磨罐中,并加入氧化石墨烯质量0.3%的氟化钠;随后按球料质量比为30:1加入球磨珠,于转速为400r/min条件下,球磨36h,出料,得球磨料,即为预处理氧化石墨烯;氧化石墨烯-单分散纳米二氧化硅复合物的合成:按重量份数计,依次取8份预处理氧化石墨烯,50份正硅酸乙酯,200份无水乙醇,8份硬脂酸,2份乳化剂;混合后,于频率为50khz条件下,超声分散30min,待分散结束,再加热回流反应4h,出料,过滤,干燥,得复合物;陶瓷烧制:按重量份数计,依次取10份所述复合物,0.3份氧化钴,0.4份二氧化钛,80份纳米α-氧化铝,60份质量分数为5%的cmc溶液,0.3份微晶蜡,混合倒入球磨罐中,随后按球料质量比为30:1加入球磨珠,于转速为400r/min条件下,球磨36h,出料,注模成型,得陶瓷坯体;将所述陶瓷坯体转入烧结炉中,以3℃/min速率加热升温至1250℃,保温烧制3h后,继续以4℃/min速率升温至1500℃,保温烧制2h,随炉冷却至室温,出料,即得产品;所述乳化剂为乳化剂op-10。实施例2氧化石墨烯的预处理:将氧化石墨烯和纳米铁粉按照质量比为80:1混合倒入球磨罐中,并加入氧化石墨烯质量0.4%的氟化钠;随后按球料质量比为40:1加入球磨珠,于转速为500r/min条件下,球磨52h,出料,得球磨料,即为预处理氧化石墨烯;氧化石墨烯-单分散纳米二氧化硅复合物的合成:按重量份数计,依次取9份预处理氧化石墨烯,80份正硅酸乙酯,250份无水乙醇,9份硬脂酸,3份乳化剂;混合后,于频率为60khz条件下,超声分散50min,待分散结束,再加热回流反应5h,出料,过滤,干燥,得复合物;陶瓷烧制:按重量份数计,依次取15份所述复合物,0.4份氧化钴,0.5份二氧化钛,100份纳米α-氧化铝,80份质量分数为8%的cmc溶液,0.4份微晶蜡,混合倒入球磨罐中,随后按球料质量比为40:1加入球磨珠,于转速为500r/min条件下,球磨52h,出料,注模成型,得陶瓷坯体;将所述陶瓷坯体转入烧结炉中,以4℃/min速率加热升温至1280℃,保温烧制4h后,继续以5℃/min速率升温至1550℃,保温烧制3h,随炉冷却至室温,出料,即得产品;所述乳化剂为吐温-40。实施例3氧化石墨烯的预处理:将氧化石墨烯和纳米铁粉按照质量比为100:1混合倒入球磨罐中,并加入氧化石墨烯质量0.5%的氟化钠;随后按球料质量比为50:1加入球磨珠,于转速为600r/min条件下,球磨72h,出料,得球磨料,即为预处理氧化石墨烯;氧化石墨烯-单分散纳米二氧化硅复合物的合成:按重量份数计,依次取10份预处理氧化石墨烯,100份正硅酸乙酯,300份无水乙醇,10份硬脂酸,3份乳化剂;混合后,于频率为70khz条件下,超声分散60min,待分散结束,再加热回流反应8h,出料,过滤,干燥,得复合物;陶瓷烧制:按重量份数计,依次取20份所述复合物,0.5份氧化钴,0.8份二氧化钛,120份纳米α-氧化铝,100份质量分数为10%的cmc溶液,0.5份微晶蜡,混合倒入球磨罐中,随后按球料质量比为50:1加入球磨珠,于转速为600r/min条件下,球磨72h,出料,注模成型,得陶瓷坯体;将所述陶瓷坯体转入烧结炉中,以5℃/min速率加热升温至1300℃,保温烧制5h后,继续以6℃/min速率升温至1600℃,保温烧制5h,随炉冷却至室温,出料,即得产品;所述乳化剂为斯潘-80。对比例1本对比例相比于实施例1而言,区别在于:未加入乳化剂,其余条件保持不变。对比例2本对比例相比于实施例1而言,区别在于:未加入微晶蜡,其余条件保持不变。对比例3本对比例相比于实施例1而言,区别在于:采用等质量的硝酸银取代氧化石墨烯-单分散纳米二氧化硅复合物,其余条件保持不变。对实施例1-3及对比例1-3所得产品进行性能测试,具体测试方法和测试结果如下所述:试验菌株:大肠埃希氏菌atcc25922实验方法:《抗菌陶瓷制品抗菌性能》(jc/t897-2014)实施例1-3和对比例1-3所得产品用实验用蒸馏水清洗表面凉干,再用70%酒精进行擦拭消毒,放置至已灭菌90mm培养平皿中进行浸泡18-24h(根据陶瓷制品的厚薄度来添加实验用无菌水10~15ml左右);采用试验菌液浓度为1.3×104大肠埃希菌对上述产品滴加0.3ml试验用菌液并加覆盖膜进行测试需注意覆盖膜下无气泡出现,菌液均匀接触样品。样品抗菌陶瓷制品恒温恒湿35℃±1℃,rh>90%培养24h后用10ml生理盐水进行反复冲洗后,检测各产品的抗菌率,得抗菌率1;将实施例1-3和对比例1-3所得产品浸泡于温度为80℃的水中,持续浸泡720h后,再次使用上述方式,测试得到抗菌率2;具体测试结果如表1所示:表1:产品性能测试结果抗菌率1/%抗菌率2/%实施例199.299.1实施例299.499.2实施例399.499.3对比例196.596.1对比例288.286.5对比例386.572.5由表1测试结果可知,本发明所得产品具有优异的抗菌性能,且抗菌性能在使用过程中具有良好的持效性,可有效保持较高的抗菌率。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。当前第1页1 2 3 

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