抗污染仿古磚亞光釉的研制

徐童

摘 要：? 仿古釉面磚在使用過程中常容易產(chǎn)生釉面吸污的缺陷，從而影響它的表觀和質(zhì)量，這是由于釉層不夠致密，又因為坯體致密化與釉料熔融的矛盾，不可避免地會在釉層中殘留氣泡。氣泡遷移至釉層表面，破裂后便會產(chǎn)生針孔等缺陷，同時殘留顆粒會與其周圍的玻璃相產(chǎn)生殘余應(yīng)力，產(chǎn)品在外力的作用下很容易產(chǎn)生裂紋、針孔并且在裂紋處很容易沉積污物。為克服這一缺陷，在生產(chǎn)中，通常是調(diào)節(jié)釉料的配方。

關(guān)鍵詞：仿古磚；吸污；致密；針孔

1 前 言

隨著瓷磚裝飾技術(shù)的發(fā)展，瓷質(zhì)仿古磚近幾年逐漸在國內(nèi)外市場風(fēng)行起來。所謂仿古磚，國外泛指低吸水率，裝飾質(zhì)感古樸的有釉瓷磚。國內(nèi)對仿古磚的定義比較模糊，僅以色彩來分辨，但通常將吸水率劃分為三個范圍，即小于0.5%、0.5％～3％、3％～8％，并以此區(qū)分高、中、低檔次。仿古磚的諸多特點，如自然、愜意、靈氣等，加上賦予各種風(fēng)格的文化內(nèi)涵，使之成為當(dāng)今都市人追捧的潮流，其市場生命力與競爭力都得到了迅猛提升。

2? 文獻(xiàn)綜述

2.1本課題設(shè)計思路

借助于成功的經(jīng)驗，三元相圖CaO-Al2O3-SiO2或者是K2O-Al2O3-SiO2 ，利用釉的組成-溫度圖，還可以參考測溫錐的組成進(jìn)行配方，一般常用的方法是采用釉料的系統(tǒng)調(diào)試法或者是正交實驗法，制定因素水平表從而不斷的調(diào)試出比較好的配方。即是高嶺土+長石+石英，高嶺土+方解石+石英。

本課題的設(shè)計思路：產(chǎn)品表面吸污主要是由于釉料的始熔點過高或過低，釉料的高溫粘度過大，表面張力過小，坯、釉料在高溫時仍有氣體放出，釉料組合不當(dāng)導(dǎo)致釉層結(jié)構(gòu)不致密，表面出現(xiàn)明顯的大小針孔或碟型凹坑等，從而造成吸附污漬。

提高產(chǎn)品表面的光潔度及其潤濕角，減少表面的凹凸、針孔或微裂紋等缺陷，是污染物失去立足之地的根本，使其能夠在較小外力作用下脫離其表面。

2.2 原料的選擇及設(shè)計原則

針對上述分析原因，選擇合適的釉用原料是解決問題的關(guān)鍵。依據(jù)窯爐的燒成溫度和周期、坯體的燒結(jié)溫度、釉料的始熔點、熔融范圍、膨脹系數(shù)、高溫粘度等指標(biāo)，確定一系列配方，在科研開發(fā)中心進(jìn)行篩選試驗，最后選定了一配方。經(jīng)過多次重復(fù)驗證，一致認(rèn)為該配方組分合理，坯釉結(jié)合牢固，釉面白度好、亮度高，表面光亮柔和、平滑致密，采用碳素墨水檢驗，表面無污漬，不吸污。

原料的選擇：盡量減少氣泡和針孔措施對原料有以下要求：

2.2.1 原料的選擇

１）原料中含有的有機(jī)物和碳素過多，如果這些有機(jī)物和碳素由于升溫過快、氧化溫度過低、氧化氣氛不足等原因，在氧化分解階段沒有完全反應(yīng)，而在高溫階段，釉已經(jīng)熔融時再反應(yīng)放出氣體，就可能使制品產(chǎn)生釉面針孔或氣泡。

２）硅灰石不含有有機(jī)物、吸附水及結(jié)晶水，所以硅灰石幾乎不產(chǎn)生氣體，因此用硅灰石代替方解石或白云石配泥、用硅灰石代替方解石、白云石和石英配釉時，可以減少釉中氣體的產(chǎn)生量，從而相應(yīng)減少了釉面針孔或氣泡。

3）原料中含有硫化鐵，因為硫化鐵沒有磁性，所以用吸鐵器、吸鐵棒沒法除去這些雜質(zhì)，硫化鐵氧化反應(yīng)產(chǎn)生的氣體不僅使制品產(chǎn)生釉面針孔或氣泡，而且反應(yīng)生成的Fe2O3還會影響制品的外觀顏色，且Fe2O3在高溫時又會進(jìn)一步分解或還原而放出氣體容易使制品產(chǎn)生釉面針孔或氣泡。

4）粘土類原料中所含有的結(jié)構(gòu)水，因為粘土類原料中所含有的結(jié)構(gòu)水的排除溫度與其結(jié)晶程度、礦物組成及升溫速度等因素有關(guān)，如升溫過快等操作不當(dāng)?shù)脑蛞部赡苁怪破樊a(chǎn)生釉面針孔或氣泡，陶瓷生產(chǎn)中常用的幾種含有結(jié)構(gòu)水的原料的脫水溫度分別為：高嶺石類粘土400—600℃，滑石800—900℃。

5）原料中含有碳酸鹽，因為這些碳酸鹽礦物的分解反應(yīng)一般要在1000℃左右才基本結(jié)束，而這時釉已經(jīng)燒結(jié)，甚至熔融，分解反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體相對較難排除，所以也較易使制品產(chǎn)生釉面針孔或氣泡.

6）如果原料中含有較多的硫酸鹽和高價鐵，則非常容易使制品產(chǎn)生釉面針孔或氣泡，因為這些硫酸鹽和高價鐵在氧化氣氛中要在高于1200℃以上的溫度下才進(jìn)行分解，在還原氣氛中也要在高于1080℃以上的溫度下才進(jìn)行還原分解反應(yīng)，而此時坯體已經(jīng)有液相存在，釉面已經(jīng)開始融化，反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體較難排除，所以非常容易使制品產(chǎn)生釉面針孔或氣泡。

7）地面磚大多是一次燒成，并且是低溫快燒，所以要求原料本身不含有機(jī)物或者是結(jié)構(gòu)水，而且干燥收縮和燒成收縮比較小，膨脹系數(shù)小，熱效應(yīng)小，導(dǎo)熱性能好，高溫下不具晶型轉(zhuǎn)變，要求其化學(xué)活性好等的滿足低溫快速燒成的要求。

8）因為建筑陶瓷的原料消耗比較大，因此要求原料的價格盡量低廉，所以在滿足陶瓷性能要求的前提下，盡可能進(jìn)些價格合理的原料。

2.2.2? 各原料在釉中的主要作用[12]

1）101#（ZnO）： ① 作強(qiáng)助熔劑；② 有助于大部分色料發(fā)色（發(fā)色能力提高50%以上）。

2）103#（BaCO3）：① 主要作無光劑；② 提高熔融溫度，力學(xué)強(qiáng)度和改善釉面光澤。

3） 104#（鋯英粉）： ① 增白劑作用，乳濁作用；② 耐磨作用。

4） 特優(yōu)105#A（鉀長石）：① 主要作熔劑，降低燒成溫度；② 拓寬燒成溫度范圍，提高高溫粘度。

5） 107#（Al2O3）： ① 調(diào)節(jié)釉的溫度；② 莫來石中Al的主要來源，增加釉面力學(xué)強(qiáng)度。

6） 108#（燒滑石）：① 增白劑；② 硬質(zhì)熔劑；③ 提高釉面硬度。

7） 109#（方解石）： ① 強(qiáng)助熔劑；②? 降低釉的高溫粘度。

8） 110#（石英粉）：① 網(wǎng)絡(luò)形成體；② 提高釉面的光澤度；③ 提高釉面的力學(xué)強(qiáng)度，降低釉的膨脹系數(shù)。

9） 114#A（湛江高嶺土）：① 控制釉層收縮；② 主要起懸浮劑的作用。

10） 114#C（普通高嶺土）：① 增加原料中Si、Al含量；② 懸浮性。

11） 三聚磷酸鈉：① 提高球磨效率；② 減少泥漿的含水率。

12） CMC（羧甲基纖維素）：① 解凝劑（或解膠劑或叫稀釋劑）；② 助磨作用。

2.3 實驗步驟：

2.3.1? ?單一原料特性試驗

各原料的在此公司的代號如表1所示。

實驗如下：

①? A：水=400g：200g

②? B：水=400g：200g

③? 特優(yōu)鉀長石：水=400g：200g

以上配方分別按上稱料，再加球石600g，三聚磷酸鈉0.4×3g，CMC 0.4×3g，球磨32min，出球后過325目篩，把釉漿比重調(diào)至1.5g/ml，用噴槍在300mm×600mm的白坯上施釉140～150g，烘干后再放在2#輥道窯燒成。

2. 3.2? ? 配方體系選擇的試驗：

試驗方法：按3倍的稱料，球石600g，水150～180ml，三聚磷酸鈉1.2g，CMC 1.2g，1—1球磨21min，1—2球磨24min，1—3中的原料A先球磨6min，再和其他原料一起球磨24min，磨好后過325目篩，調(diào)整釉漿比重為1.5g/ml，再在300mm×600mm的磚坯上噴140～150g。

2.3.3配方產(chǎn)品實驗步驟

本試驗的主要工藝流程：拿工廠的基礎(chǔ)配方→稱料→加水球磨→過篩（325目）→調(diào)釉漿比重→取工廠白坯→噴釉→烘干→窯燒→在磚表面涂碳素墨水→烘約5分鐘→用水清洗磚表面（或者加洗衣粉清洗）→觀察表面吸臟情況。

生產(chǎn)主要工藝參數(shù)見表3：

2.4? 產(chǎn)品性能的檢測

2.4.1? 漿液比重的檢測

洗凈比重瓶并用干布擦拭干凈水分，放入待測漿液中裝滿料漿，第一杯倒掉，用第二杯，蓋嚴(yán)蓋，使余料從蓋中小孔溢出，洗凈表面料漿，用干抹布擦凈表面水分，稱取瓶釉總重G，根據(jù)比重與瓶釉總重對照表查出漿料比重，一般兩個月要校正比重瓶一次。

2.4.2 耐污染性的測定

（1）原理：利用試液和試驗材料與磚正面接觸，使其作用一段時間，然后按規(guī)定的清洗方法清洗磚面，觀察磚表面的可見變化來確定磚的耐污染性。

（2）清洗程序和設(shè)備：

1）程序A：在流動的溫水中清洗磚面并保持5min，然后用濕布擦凈面；

2）程序B：用海綿或軟質(zhì)材料（如口罩）在弱清洗劑中人工擦洗磚面，然后在流動的水下沖洗，再用濕布擦凈磚面；

3）程序C：用硬毛刷（如牙刷，洗衣刷，試管刷等）在強(qiáng)清洗劑中人工刷洗磚面，清洗2min，再在流動的水下沖洗，用濕布擦凈磚面。

4）程序D：試樣要在合適的溶劑中浸泡24h，然后將磚面在流動的水下沖洗，并用濕布擦凈磚面；

（3）清洗劑：

a 溫水：溫度為55±5℃；

b 弱清洗劑：洗衣粉水溶液（PH=6.5～7.5）；

c? 強(qiáng)清洗劑：商業(yè)清洗劑，含磨料，pH=9～10；

d? 合適的溶劑：1）鹽酸溶劑3+97（v/v）；2） 氫氧化鉀溶液，200g/ml；3） 丙酮。

（4）結(jié)果表示：根據(jù)以上處理的結(jié)果，表面耐污性可分為5級，如下圖：

2.4.3 釉磚表面耐磨性的測定

（1）原理：釉磚表面耐磨性的測定，是通過釉面上放置研磨介質(zhì)并旋轉(zhuǎn)，把已經(jīng)磨損的試樣與未磨損的試樣觀察對比，評價陶瓷耐磨性的方法。

（2） 結(jié)果分級如表4所示。

2.4.4 釉面耐化學(xué)腐蝕性的測定

1） 原理：試樣直接接受試驗溶液的作用，經(jīng)一定的時間后觀察并確定其化學(xué)腐蝕的情況及程度；

2） 結(jié)果表示： GLA（v）級? ? ? ?無可見變化

GLB（v）級? ? ? 表觀有輕微變化

GLC（v）級? ? ?表面部分或全部有明顯變化

2.5? 樣品圖片

2.6? 產(chǎn)品出窯尺寸，變形

產(chǎn)品尺寸為：607～612cm，厚度為：10.2±0.2cm

變形度：（+）代號（mm），凹（0.1～0.5）

（—）代號（mm），凹（0.5～0.7）

塌角（mm）≤0.2，翹角（mm）≤0.2

水煮滯變（mm），凹變小，凸變大；

3? 結(jié)論

（1）配方組成如表5所示。

該釉式為：

（2） 因為地面磚是采用低溫快燒，所以原料大多滿足快速燒成的要求（即原料不含結(jié)構(gòu)水、有機(jī)物，高溫時不含晶型轉(zhuǎn)變的物質(zhì)，低膨脹系數(shù)，干燥、燒成收縮?。?，如滑石等。

（3）吸水率小于0.5%，基本上達(dá)到了瓷質(zhì)水平，這和坯體的致密程度有密切的關(guān)系，也即是配方比較合理。

（4） 無光性能好，因為本廠是采用鋇無光，再加上鋯英粉的輔助作用，所以其無光效果還可以，基本達(dá)到了本工廠的要求。

（5） 磨損小于175cm3，抗熱震性好，將試樣放在190±10℃的烘箱內(nèi)重新到達(dá)此溫度，保持30min，然后立即將移回低溫環(huán)境中重復(fù)上述過程十次而磚不裂。

（6）釉面的抗污染性能好，做好的磚通過清洗程序B：即用海綿或軟質(zhì)材料（如口罩）在弱清洗劑中人工擦洗磚面，然后在流動的水下沖洗，再用濕布擦凈磚面后釉面還是亮白如前，所以該釉的抗污染性能是④級，也即是釉面的針眼、針孔極少，這和原料配方有直接關(guān)系，即釉的高溫粘度和表面張力控制得當(dāng)，從而耐污性能好。

4 存在問題與改進(jìn)建議

4.1 存在問題

由于坯體致密化與釉料熔融的矛盾，不可避免地會在釉層中殘留氣泡 ，氣泡遷移至釉層表面，破裂后便會產(chǎn)生針孔等缺陷。同時殘留顆粒會與其周圍的玻璃相產(chǎn)生殘余應(yīng)力，產(chǎn)品在外力的作用下很容易產(chǎn)生裂紋，針孔及裂紋處很容易沉積污物。

在工廠的生產(chǎn)過程中，存在的最大問題是：釉面的針孔難以解決，無論配方怎么改進(jìn)，總或多或少地存在一些對產(chǎn)品影響不大的極少數(shù)針眼。

4.2 改進(jìn)建議

增加釉料中熔劑（長石、方解石））的含量，降低釉的成熟溫度及高溫粘度。

控制釉料中Al、Si的含量，使釉具有適當(dāng)?shù)谋砻鎻埩透邷卣扯取?/p>

噴釉時要均勻，即保持釉厚度盡量均勻，噴好的釉面平整光滑。

如果是微小的氣泡影響的話（這個可以通過顯微分析來確定，實在沒有條件你就用個放大鏡看看），那你要想辦法降低坯體的吸水率，要是這個也不好辦的話，可以考慮增加一個坯釉中間層燒結(jié)溫度要比坯體低，比釉高20－30℃，還有就是救急的辦法了，一個是二次回?zé)責(zé)臅r候要很薄的上一層釉，一個是用物理方法拋一下，我們這里用200目的氧化鋁粉，一個起研磨的作用，還有一個起填充的作用，至于操作方法我能想到的最夸張的是把鋁粉調(diào)成漿，加壓到20－30個壓力，噴上一遍，可以調(diào)節(jié)溫度作用。

遇到工干粒工藝時：盡量采用1500～3000目的樹脂磨片對所述陶瓷磚初成品進(jìn)行輕刷拋處理。在輕刷拋處理之前，面釉層表面呈現(xiàn)鋸齒狀，具有較多凸起的干粒，表面藏污現(xiàn)象嚴(yán)重且有些刺手、且會吸污；在輕刷拋處理之后，面釉層表面質(zhì)感細(xì)膩，具有臻石手感，又有磨砂顆粒釉面，增加陶瓷磚高級感。所述樹脂磨片對陶瓷磚初成品的壓力為0.3～0.7MPa。

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