一种抗菌防霉陶瓷釉料及其制备方法和应用与流程

2021-01-30 21:01:13|

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本发明属于陶瓷材料技术领域。更具体地，涉及一种抗菌防霉陶瓷釉料及其制备方法和应用。

背景技术：

陶瓷釉是覆盖在陶瓷制品表面的无色或有色的玻璃态薄层。它是用矿物原料和化工原料按一定比例配合，经细磨制成釉浆，涂敷在陶瓷坯体上经煅烧制成。陶瓷釉料的主要作用防污和装饰，使陶瓷表面的质感，或柔和典雅，或光洁晶莹，配合设计的创新，赋予陶瓷以文化、以精神、以生命，让陶瓷更加具有生命感。

具有抗菌功能的陶瓷制品，它是在陶瓷制品生产过程中，加入无机抗菌剂，从而使陶瓷表面具有抗菌作用的一种新型功能陶瓷。抗菌陶瓷作为功能性陶瓷产品，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。因此，需要一种具有抗菌功效的陶瓷釉料及陶瓷制品，避免了病菌给人体造成伤害。

因为陶瓷的烧制需要在高温环境中进行，往往添加的无机抗菌剂容易在烧制过程中被陶瓷中玻璃相等组分包裹，从而使产品的抗菌效果下降，因此，往往还需要配合在陶瓷烧制完成后，在其表面进一步涂覆具有抗菌作用的组分；而有机抗菌组分的涂覆便应运而生；然而，由于陶瓷釉料表面致密且光滑，简单的将有机抗菌组分在其表面涂覆的话，抗菌组分很容易脱落，从而难以达到理想的抗菌效果。

因此，开发一种陶瓷釉料，以满足在后续涂覆有机抗菌组分时，抗菌组分可以长期有效的挥发其抗菌效果，成为制约本领域发展的瓶颈问题之一。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有陶瓷釉料烧结得到的陶瓷产品，其表面光滑，与有机抗菌组分之间的结合力不足，容易导致抗菌组分涂覆后，容易脱落的缺陷和不足，提供一种抗菌防霉陶瓷釉料及其制备方法和应用。

本发明的目的是提供一种抗菌防霉陶瓷釉料。

本发明另一目的是提供一种抗菌防霉陶瓷釉料的制备方法。

本发明另一目的是提供一种抗菌防霉陶瓷釉料的应用方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种抗菌防霉陶瓷釉料，所述抗菌防霉陶瓷釉料为核壳结构陶瓷粉体；

所述核壳结构包括由内向外的内核，中间包覆层和表层；

所述内核包括以下重量份数的原料组成：10-30份碱金属碳酸盐，60-80份长石，3-5份纳米二氧化硅，3-5份羧甲基纤维素；

所述中间包覆层包括氧化石墨烯、纳米铁粉、氟化钠和有机碳源；所述纳米铁粉、氟化钠和有机碳源嵌入氧化石墨烯的层间结构中；

所述表层包括纳米二氧化硅；

所述内核粒径分布范围为100-500μm；

所述中间包覆层的厚度为5-20μm；

所述表层的厚度为0.1-3μm。

上述技术方案通过构筑核壳结构的陶瓷釉料，在釉料产品应用过程中，具体地，一方面发生陶瓷的致密化烧结过程，另一方面，在烧制过程中，高温作用下，会使得中间包覆层中的有机碳源炭化，产生的气体使得内核和表层之间形成孔隙层；而在纳米铁粉和氟化钠的催化下，内核中的二氧化硅、表层的二氧化硅，可与中间层中的炭质骨架形成si-c化学键合，从而形成碳化硅晶须，碳化硅晶须将氧化石墨烯层间结构撑开，有利于应用时抗菌组分可以渗透进入氧化石墨烯层间，避免抗菌组分发生流失；而抗菌组分滞留在中间层中后，在使用过程中，可有效利用陶瓷釉面表面孔隙逐渐发生缓释，使抗菌组分的抗菌效果得到有效保持。

优选地，所述碱金属碳酸盐为碳酸钙、碳酸钡中的至少一种。

优选地，所述有机碳源为琼脂、明胶、羧甲基纤维素、微晶纤维素、淀粉、麦芽糊精中的至少一种。

一种抗菌防霉陶瓷釉料的制备方法，具体制备步骤包括：

原料准备-内核：

按重量份数计，依次取10-30份碱金属碳酸盐，60-80份长石，3-5份纳米二氧化硅，3-5份羧甲基纤维素，8-10份水，搅拌捏合，干燥，筛分出粒径分布范围为100-500μm的粉体，得内核；

原料准备-中间包覆层原料：

按重量份数计，依次取20-50份氧化石墨烯，0.3-0.8份纳米铁粉，0.2-0.6份氟化钠，80-100份有机碳源溶液，混合分散后，抽滤，洗涤和干燥，得中间包覆层原料；

核壳结构陶瓷釉料的制备：

按重量份数计，依次取60-100份内核，8-10份中间包覆层原料，0.1-0.5份纳米二氧化硅，混合球磨，以得到核壳结构陶瓷釉料；

所述内核粒径分布范围为100-500μm；

所述中间包覆层的厚度为5-20μm；

所述表层的厚度为0.1-3μm。

一种抗菌防霉陶瓷釉料的应用方法，具体应用步骤包括：

陶瓷烧制：

将陶瓷釉料于无氧气氛中，于温度为1480-1600℃条件下，烧制3-5h后，冷却，即完成陶瓷的烧制；

生物抗菌组分的配制：

按重量份数计，依次取10-15份抗菌肽，30-40份植物精油，1-3份香草醛，20-40份稀释剂，混合均匀，得生物抗菌组分；

生物抗菌组分的渗透：

将烧制好的陶瓷浸渍于生物抗菌组分中，加热超声浸渍后，冷却，出料，即完成生物抗菌组分的渗透。

优选地，所述无氧气氛为氮气、氩气、氦气中的任意一种。

优选地，所述植物精油为迷迭香精油，薰衣草精油，玫瑰花精油，茉莉花精油，茶花精油或雪莲精油中的任意一种。

优选地，所述稀释剂为无水乙醇或甘油中的任意一种。

上述技术方案通过将烧制后的陶瓷浸渍于生物抗菌组分中，在加热和超声空化作用下，生物抗菌组分向烧制形成的中间层扩散渗透，并滞留在中间层中，而浸渍结束后的冷却过程，可以使产品发生一定程度的体积收缩，进一步提升对生物抗菌组分的束缚作用。

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

原料准备-内核：

按重量份数计，依次取10份碱金属碳酸盐，60份长石，3份纳米二氧化硅，3份羧甲基纤维素，8份水，混合倒入捏合机中，以100r/min转速搅拌捏合3h，干燥，得干燥捏合料；再将干燥捏合料倒入球磨罐中，球磨混合后，筛分出粒径分布范围为100μm的粉体，得内核；

原料准备-中间包覆层原料：

按重量份数计，依次取20份氧化石墨烯，0.3份纳米铁粉，0.2份氟化钠，80份质量分数为1％的有机碳源溶液，混合后，于温度为55℃，超声频率为60khz条件下，恒温超声分散45min后，抽滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼3次，再将洗涤后的滤饼转入真空干燥箱中，于真空度为100pa，温度为90℃条件下干燥至恒重，得中间包覆层原料；

核壳结构陶瓷釉料的制备：

按重量份数计，依次取60份内核，8份中间包覆层原料，0.1份纳米二氧化硅，混合倒入球磨罐中，并按球料质量比为10：1加入氧化锆球磨珠，于转速为400r/min条件下，混合球磨36h，出料，以得到核壳结构陶瓷釉料；所述中间包覆层的厚度为5μm；所述表层的厚度为0.1μm；

陶瓷烧制：

将陶瓷釉料涂覆于陶瓷坯体表面后，于无氧气氛中，以3℃/min速率升温至1480℃，保温烧制3h后，随炉冷却至室温，出料，即完成陶瓷的烧制；

生物抗菌组分的配制：

按重量份数计，依次取10份抗菌肽，30份植物精油，1份香草醛，20份稀释剂，混合均匀，得生物抗菌组分；

生物抗菌组分的渗透：

将烧制好的陶瓷浸渍于生物抗菌组分中，于温度为65℃，超声频率为50khz条件下，加热超声浸渍3h后，停止加热，冷却至室温，出料，即完成生物抗菌组分的渗透；

所述碱金属碳酸盐为碳酸钙；

所述有机碳源为琼脂；

所述无氧气氛为氮气；

所述植物精油为迷迭香精油；

所述稀释剂为无水乙醇。

实施例2

原料准备-内核：

按重量份数计，依次取20份碱金属碳酸盐，70份长石，4份纳米二氧化硅，4份羧甲基纤维素，9份水，混合倒入捏合机中，以150r/min转速搅拌捏合4h，干燥，得干燥捏合料；再将干燥捏合料倒入球磨罐中，球磨混合后，筛分出粒径分布范围为300μm的粉体，得内核；

原料准备-中间包覆层原料：

按重量份数计，依次取30份氧化石墨烯，0.5份纳米铁粉，0.5份氟化钠，90份有机碳源溶液，混合后，于温度为58℃，超声频率为70khz条件下，恒温超声分散50min后，抽滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼4次，再将洗涤后的滤饼转入真空干燥箱中，于真空度为150pa，温度为95℃条件下干燥至恒重，得中间包覆层原料；

核壳结构陶瓷釉料的制备：

按重量份数计，依次取80份内核，9份中间包覆层原料，0.3份纳米二氧化硅，混合倒入球磨罐中，并按球料质量比为20：1加入氧化锆球磨珠，于转速为500r/min条件下，混合球磨42h，出料，以得到核壳结构陶瓷釉料；所述中间包覆层的厚度为10μm；所述表层的厚度为0.9μm；

陶瓷烧制：

将陶瓷釉料涂覆于陶瓷坯体表面后，于无氧气氛中，以4℃/min速率升温至1500℃，保温烧制4h后，随炉冷却至室温，出料，即完成陶瓷的烧制；

生物抗菌组分的配制：

按重量份数计，依次取12份抗菌肽，35份植物精油，2份香草醛，30份稀释剂，混合均匀，得生物抗菌组分；

生物抗菌组分的渗透：

将烧制好的陶瓷浸渍于生物抗菌组分中，于温度为68℃，超声频率为60khz条件下，加热超声浸渍4h后，停止加热，冷却至室温，出料，即完成生物抗菌组分的渗透；

所述碱金属碳酸盐为碳酸钡；

所述有机碳源为明胶；

所述无氧气氛为氩气；

所述植物精油为迷茉莉花精油；

所述稀释剂为甘油。

实施例3

原料准备-内核：

按重量份数计，依次取30份碱金属碳酸盐，80份长石，5份纳米二氧化硅，5份羧甲基纤维素，10份水，混合倒入捏合机中，以200r/min转速搅拌捏合5h，干燥，得干燥捏合料；再将干燥捏合料倒入球磨罐中，球磨混合后，筛分出粒径分布范围为500μm的粉体，得内核；

原料准备-中间包覆层原料：

按重量份数计，依次取50份氧化石墨烯，0.8份纳米铁粉，0.6份氟化钠，100份有机碳源溶液，混合后，于温度为65℃，超声频率为80khz条件下，恒温超声分散60min后，抽滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼5次，再将洗涤后的滤饼转入真空干燥箱中，于真空度为200pa，温度为100℃条件下干燥至恒重，得中间包覆层原料；

核壳结构陶瓷釉料的制备：

按重量份数计，依次取100份内核，10份中间包覆层原料，0.5份纳米二氧化硅，混合倒入球磨罐中，并按球料质量比为40：1加入氧化锆球磨珠，于转速为600r/min条件下，混合球磨48h，出料，以得到核壳结构陶瓷釉料；所述中间包覆层的厚度为20μm；所述表层的厚度为3μm；

陶瓷烧制：

将陶瓷釉料涂覆于陶瓷坯体表面后，于无氧气氛中，以5℃/min速率升温至1600℃，保温烧制5h后，随炉冷却至室温，出料，即完成陶瓷的烧制；

生物抗菌组分的配制：

按重量份数计，依次取15份抗菌肽，40份植物精油，3份香草醛，40份稀释剂，混合均匀，得生物抗菌组分；

生物抗菌组分的渗透：

将烧制好的陶瓷浸渍于生物抗菌组分中，于温度为75℃，超声频率为70khz条件下，加热超声浸渍5h后，停止加热，冷却至室温，出料，即完成生物抗菌组分的渗透；

所述碱金属碳酸盐为碳酸钙；

所述有机碳源为羧甲基纤维素；

所述无氧气氛为氦气；

所述植物精油为茶花精油；