陶瓷磚的防靜電研究

鄧來(lái)福 倪成林

摘 要：靜電作為一種靜場(chǎng)自然危害源，容易引起易燃、易爆氣體產(chǎn)生爆炸，機(jī)房因?yàn)殪o電而干擾電子設(shè)備，這會(huì)給人類社會(huì)造成重大損失。陶瓷磚作為人類環(huán)境所接觸的必不可少的產(chǎn)品，如果鋪貼在存放電子設(shè)備的機(jī)房?jī)?nèi)，其防靜電功能顯得十分重要。本文選用ATO（銻摻雜氧化錫）、二氧化錫和摻雜氧化鋅作為制作防靜電瓷磚的導(dǎo)電氧化物，通過試驗(yàn)分析了三種導(dǎo)電氧化物的添加量對(duì)釉料導(dǎo)電性能以及釉面質(zhì)量的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ATO作為導(dǎo)電材料的釉面呈現(xiàn)明顯的藍(lán)色，不利于磚坯進(jìn)行圖案裝飾；二氧化錫作為導(dǎo)電材料的釉面呈現(xiàn)微弱的藍(lán)色，對(duì)圖案裝飾影響不大，但成本較高；而采用摻雜氧化鋅對(duì)釉面影響最小，摻雜氧化鋅添加量為12%時(shí)，釉面點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻為2×106 Ω。最后探討了防靜電瓷磚的鋪貼工藝。

關(guān)鍵詞：氧化錫；銻摻雜氧化錫；摻雜氧化鋅；防靜電釉料；防靜電瓷磚

1 前言

靜電放電是日常生活中極其常見的一種現(xiàn)象，在干燥的環(huán)境中，有時(shí)人體在接觸金屬物體時(shí)會(huì)感到有電，偶爾還會(huì)看到電火花，這就是靜電放電現(xiàn)象。過去，靜電很少引起人們的關(guān)注，隨著高科技的發(fā)展，靜電在某些行業(yè)和日常生活中帶來(lái)了極大的危害與不便，比如在易燃易爆氣體環(huán)境下如果存在靜電就很容發(fā)生爆炸；如果在裝有電子信息設(shè)備的房間內(nèi)存在靜電，則很容易因?yàn)殪o電而干擾設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。減少靜電危害的途徑之一就是增大電荷消散速率，防止電荷積聚，減少表面電阻率[1]。這種方法是防靜電的主要手段。目前涂料[2]、混凝土[3]、織物以及包裝[4]等領(lǐng)域大多采用減少表面電阻率的方法來(lái)達(dá)到防靜電的效果。這種減少表面電阻率的方法，其實(shí)質(zhì)就是讓不導(dǎo)電的物體表面具有一定程度導(dǎo)電的過程。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB12014防靜電工作服規(guī)定點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻為105 ～ 1011 Ω，其中A級(jí)防靜電要求105 ～ 107 Ω，B級(jí)防靜電要求107 ～ 1011 Ω。銻摻雜二氧化錫是一種常見的防靜電材料，比電阻為30 Ω·cm2，是一種導(dǎo)電性能極佳的導(dǎo)電氧化物，顏東亮[5]以氧化硅玻璃纖維為載體，采用非均勻成核法在其表面包覆一層銻摻雜氧化錫制備了導(dǎo)電纖維，然后將其應(yīng)用于釉料中制備防靜電陶瓷磚。二氧化錫和銻摻雜氧化錫除了成本比較高之外，對(duì)釉面發(fā)色也有一定的影響。氧化鋅是釉料中常用原料，然而普通氧化鋅不一定能達(dá)到防靜電的要求，因此本文選用摻雜氧化鋅來(lái)制備防靜電陶瓷磚。

2 實(shí)驗(yàn)材料與測(cè)試方法

實(shí)驗(yàn)所用的不含氧化鋅的基礎(chǔ)透明釉料A成分如下表1?；A(chǔ)面釉B成分如下表2。所用的導(dǎo)電氧化鋅為深圳晶材化工有限公司的摻雜氧化鋅。二氧化錫和銻摻雜氧化錫（SnO2：Sb2O3=19：1）是寧波金雷納米材料科技有限公司生產(chǎn)的。

參照文獻(xiàn)[5]的測(cè)試方法對(duì)包覆粉體的電阻率進(jìn)行了測(cè)試，將燒后的防靜電瓷磚切割成 20 mm × 30 mm的小方塊，在兩端釉表面涂覆銀電極，并保證兩電極間的表面為正方形，通過電阻測(cè)試儀（TH2681 型）測(cè)定試樣表面電阻。

3 結(jié)果與討論

3.1 添加ATO的防靜電面釉

由于二氧化錫乳濁作用，ATO只能作防靜電面釉使用，因此在基礎(chǔ)面釉B中添加10%、15%、20%、25%、30%ATO后，這種面釉的表面電阻變化如下表3。從表3中可以看出，當(dāng)ATO的加入比例為10%時(shí)，燒成后的電阻（5 × 1012 Ω）大于防靜電所要求的電阻。隨著ATO的加入比例的提高，釉面藍(lán)色加深，同時(shí)點(diǎn)電阻呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，添加到30%時(shí)，釉面呈現(xiàn)一定程度的氣泡，可能是過多的ATO降低了基礎(chǔ)釉料A燒成溫度導(dǎo)致的。由于ATO加入釉料中都會(huì)呈現(xiàn)不同程度的藍(lán)色，無(wú)論是應(yīng)用在面釉還是拋釉中，都會(huì)影響陶瓷磚的裝飾效果，所以運(yùn)用ATO作為防靜電材料不是最佳選擇。

3.2 添加二氧化錫的防靜電面釉

由于二氧化錫乳濁作用，只能作防靜電面釉使用。因此我們對(duì)基礎(chǔ)釉面B中二氧化錫的加入比例與電阻大小關(guān)系進(jìn)行了探索，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)二氧化錫的加入比例低于30%時(shí)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻較大不適合做防靜電材料使用；而添加比例大于30%時(shí)，其釉面點(diǎn)對(duì)點(diǎn)表面電阻在1011 Ω以下。其表面電阻變化趨勢(shì)如圖1所示。添加二氧化錫釉面藍(lán)色在40%左右時(shí)較淺，因此可選擇二氧化錫的加入質(zhì)量比例為40%做防靜電釉料，此時(shí)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)表面電阻為3 × 107 Ω。

3.3 添加摻雜氧化鋅的防靜電拋釉

在剔除了普通氧化鋅的拋釉中分別加入摻雜氧化鋅5%、10%、15%、20%，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：5%摻量時(shí)，釉面電阻超過1011 Ω，不符合防靜電要求；含量達(dá)到10%以上，釉面電阻低于1011 Ω，達(dá)到防靜電要求。從圖2可以看出，10%摻量時(shí)為1.5 × 107 Ω，15%摻量時(shí)表面電阻為5 × 106 Ω，達(dá)到了A級(jí)防靜電要求105 ～107 Ω。20%時(shí)也滿足防靜電要求，但是釉面有波紋缺陷，這是因?yàn)檫^多加入摻雜氧化鋅后，基礎(chǔ)釉料A的釉面溫度被降低而造成的。因此，從成本、釉面質(zhì)量和防靜電效果來(lái)綜合考慮，可選擇15%摻量的摻雜氧化鋅作為防靜電拋釉。

3.4 防靜電瓷磚鋪貼工藝

僅僅單片瓷磚滿足防靜電要求并不意味著鋪貼后整體可以達(dá)到防靜電要求，這就要求考慮每片磚之間的串聯(lián)方式，如何實(shí)現(xiàn)磚與磚之間的電荷導(dǎo)通，將電荷導(dǎo)入大地。因此，可考慮采用銅片作為主要導(dǎo)體接觸大地，在瓷磚與瓷磚的縫隙之間添加導(dǎo)電砂漿，最后在磚縫上涂一層具有防靜電功能的美縫劑（如圖3所示）。其中，銅片通過銅導(dǎo)線相互連接起來(lái)，最后接地；導(dǎo)電砂漿用瓷磚膠作為主體，同時(shí)可考慮在導(dǎo)電砂漿中加入鋼渣粉或其它金屬粉，使其固化后具有防靜電效果。

4 結(jié)論

（1）ATO不適用于作為要求豐富裝飾效果的防靜電瓷磚的導(dǎo)電原料，可以用于制備藍(lán)色的防靜電瓷磚。

（2）二氧化錫加入釉料中對(duì)釉面顏色影響較小，可以考慮將其作為防靜電陶瓷的導(dǎo)電材料。

（3）在剔除了普通氧化鋅的拋釉A中加入摻雜氧化鋅15%含量時(shí)，釉面質(zhì)量良好，其表面電阻為5×106 Ω，達(dá)到了A級(jí)防靜電要求105 ～ 107 Ω。

參考文獻(xiàn)

[1] 于洋，李玲，佟延春.簡(jiǎn)談靜電放電的防護(hù).安全與電磁兼容[J].1999（4）：16-17，31.

[2] 李冀輝，馮莉莉，賈志欣. 以膨脹石墨為填料的防靜電涂料的研究[J]. 上海涂料，2005，43（2）：1-3.

[3] 王占坡.水泥基自流平防靜電地坪材料的研究[D].武漢：武漢工程大學(xué)，2017.

[4] 王振廷，尹吉勇，李 洋等. 石墨烯基防靜電材料制備及其性能[J]. 黑龍江科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，27（4）：429-432.

[5] 顏東亮，吳建青，陳林. 導(dǎo)電纖維的制備及在防靜電陶瓷中的應(yīng)用[J]. 稀有金屬材料與工程，2010，39（11）：2018-2022.