應用于衛生陶瓷的抗污釉料的研究

劉文文

摘 要：為了有效地改善衛生陶瓷產品釉面的質量，提高產品檔次，解決釉面出現的吸污問題，本文通過對抗污機理的研究，科學地設計配方，最終研制出了一種應用于衛生陶瓷的釉面平整光滑且致密的抗污釉，進而有效地提高了衛生陶瓷產品的抗污性能。而且該配方經過實際生產驗證，具有工藝控制簡單、生產性能穩定、成品合格率高、坯釉結合性好等優點。

關鍵詞：衛生陶瓷; 抗污 ;抗污釉

1 前 言

近幾年，隨著消費者需求層次及消費水平的提高，不僅僅對衛生陶瓷產品的表面光滑 、美觀效果要求提高，而且對產品的使用特性也提出了更高的要求。衛生陶瓷產品在使用過程中與之接觸的一些污染物，如大小便、水垢、肥皂泡沫、脂肪酸等在范德華力、毛細管力、氫鍵等多種物理或化學力的作用下，容易積聚在產品表面的凹凸處或進入微孔中，造成衛生陶瓷產品的污染。

經過分析，可以得出引起這些污染現象的主要原因是產品的表面存在的小凹坑、小針孔、微小裂紋等缺陷。所以只要解決了釉面存在的這一系列的小缺陷，衛生陶瓷產品的抗污能力將會大幅度提升，從而提高產品的使用價值和社會價值。

2釉料研究過程

2.1抗污檢測方法的確定

抗污檢測方法：將產品的表面用潔凈的軟布擦拭干凈，在100cm²左右的表面上滴加2～4滴碳素墨水，然后用硬紙片將其抹勻后用力反復研磨，等待3min以上至墨水完全吸干后用清水將表面的墨水沖洗干凈，將眼睛與產品的距離控制在10cm以上并在光線良好的環境下來觀察吸附在產品釉層表面污點的大小及數量的多少來判定其抗污性能的好壞。具體的操作示意圖如圖1所示。

2.2吸污現象的原因分析

衛生陶瓷的燒制過程中，由于坯體致密化與釉料的熔融是一個矛盾的過程，不可避免的會在釉層中殘留氣泡，當氣泡遷移至釉層表面，破裂后便會產生凹凸或針孔等缺陷。所以衛生陶瓷產品產生吸污現象的主要原因是由于釉料的始熔溫度過高或過低，釉料的高溫粘度過大、坯、釉料在高溫時仍有氣體放出，釉料組合不當導致釉層結構不致密，燒后釉層表面出現明顯的大小針孔、小凹坑、微小裂紋等，從而造成產品容易吸附污染物。

2.3配方設計思路的分析

針對上述原因分析可以看出，衛生陶瓷產品的吸污主要是污染物在其表面的凹凸、針孔及微裂紋中積聚，所以需要科學合理地設計配方，才能制備出抗污能力強的釉料。具體思路如下：

（1）適當提高釉料的始熔溫度并拓寬釉料的熔融溫度范圍，保證燒成過程中的氣體能順利排出，燒后釉層表面不出現明顯的大小針孔，提高釉面質量。

（2）通過配方中合理的原料配比，使得釉熔體的高溫粘度和表面張力適當。當釉料的始熔溫度偏低或表面張力偏小時，燒后易在釉面形成針孔;當釉料的始熔溫度偏高或高溫粘度偏大時，會影響釉料在坯體表面的鋪展，燒后易在釉面形成小凹坑。

2.4配方設計路線的確定

通過不同原料不同比例添加量對釉面抗污性能的影響試驗來確定影響吸污的原料;發現通過改變釉料的組成可以提高釉的抗污特性;主要設計路線有以下幾個方面：

（1）調整鉀鈉含量，適當增加配方中鈉的含量，確保釉熔體的黏性適中。

（2）適當增加石英的比例，提高SiO₂含量，在保證釉料成熟溫度范圍合適的前提下，增加石英的用量來使釉料在燒成最高溫度下的粘度合適，使得釉料能平整地鋪展在坯體表面，進而減少釉面的凹坑。

（3）配方中加入少量的白云石替代方解石，可以起到調控鈣鎂含量的作用，進而調整釉熔體的高溫粘度與表面張力。

（4）提高鋅含量，鋅可增加釉面的力學強度和彈性性能等。

（5）使用燒失量少的硅灰石和燒滑石原料引入有較強助熔作用的CaO和MgO，不僅有利于減少釉層氣泡，而且能相對減少釉層中未溶解的石英顆粒，降低釉面的粗糙程度，使得燒后釉面光滑致密。

2.5釉料配方的確定

經過多次配方實驗確定釉料的配方范圍如表1所示。

3釉料制備過程

3.1 原料準備

（1）硅微粉細度為325目<8%。

（2）硅酸鋯的平均粒徑為D50：1.0-1.35μm。

（3）所用的氧化鋅、滑石和氧化鋁均為煅燒后的原料。

3.2 工藝流程

配料—濕法球磨—釉漿檢測—放釉—一次除鐵過篩—釉漿調制—二次除鐵過篩—施釉—燒成—分級—包裝入庫

3.3 工藝參數

料：球：水=1：（2.2-2.5）：（0.6-0.8）;

球磨時間：10.5-12.5h;

釉漿細度：400目細度<0.16%;

一次除鐵過篩：180目;二次除鐵過篩：200目;

釉漿比重：1.740-1.760g/cm³、

釉漿吸干時間：22-28min、

噴釉厚度：0.6-0.9mm、

燒成時間：16-20h。

采用手工循環線進行手工噴釉，噴完釉的釉坯裝入干燥窯中，待干燥至水分低于1.5%以后進入隧道窯經1190-1230℃一次燒成。

3.4 檢測結果

釉料始熔溫度：1085-1115℃;

釉面光澤度：90-95GU;

釉面白度：80-85°;

釉料的高溫流動性（熔長）：55-62mm;

熱穩定性：20-130℃三次不裂;

吸污：優等（5級）。

4 實驗討論

4.1 原料的影響

4.1.1 長石的影響

配方中同時引入鉀長石和鈉長石原料，并且采用高鉀低鈉的配方體系。鈉長石屬于低溫助熔劑，助熔效果比鉀長石好，而鉀長石熔融范圍寬，在配方中使用量更多，可以拓寬釉料的燒成溫度范圍，使坯釉中的氣體更加順利的排除，有利于減少釉面的氣孔率。3E2CBCE2-9983-45AE-B65C-CD737714D60F

4.1.2 石英的影響

石英主要提供釉中的SiO₂成分。釉中SiO₂含量增加可以影響釉的許多性質，如提高始熔溫度，提高釉的粘度，增加釉對化學侵蝕的抵抗力，增加釉的機械強度和硬度，降低釉的平整系數等。所以配方中適當增加石英的用量用以提高釉料的始熔溫度，讓釉熔體在高溫時排氣更加順暢，減少釉面針孔缺陷，同時也能提高釉料的耐磨性。而且配方中使用的是細度較小的硅微粉，一是可以減少釉料的球磨時間，穩定釉料的性能，二是能使燒成后釉層中未溶解的石英顆粒盡可能的減少，有利于降低釉面的粗糙度，提高釉料的抗污能力。

4.1.3 氧化鋅的影響

煅燒氧化鋅屬于助熔劑，能提高釉面的光澤度和白度，在一定范圍內能增大釉料的力學彈性及釉的強度，可以使得燒后釉面光滑平整致密，避免釉面微裂紋的產生，同時也能提高釉料的抗污能力和熱穩定性，所以在配方中可以適當增加用量。但加入量不能過多，試驗發現：配方中引入的氧化鋅含量超過5%后釉面較易流釉而且容易析晶。

4.1.4 白云石的影響

白云石為高溫助熔劑，其中白云石中含有碳酸鎂，比碳酸鈣更易拓寬釉料的燒成溫度范圍，同時它作為網絡外體相互配合可以有效促進石英的溶解和莫來石晶相的生成，有利于生成光滑平整且致密的釉面。

4.1.5 硅灰石的影響

硅灰石沒有或燒失量小，且提供的CaO具有較強的助熔作用。而且燒成時不會因高溫分解產生氣體而使得釉面出現針孔、氣泡等缺陷，可以提高釉面的抗污、耐磨和耐酸堿性能，但加入量過多時容易導致釉面析晶或釉面無光。

4.1.6 氧化鋁的影響

加入氧化鋁粉可以提供釉料的Al₂O₃含量。一是可以改善坯釉的結合性，提高釉的穩定性，增加釉的抗張強度，改變釉的熔融溫度和表面張力，有助于中間層的生成，二是可以減少釉面的微小裂紋，使得釉面更加致密的同時還有助于耐磨度的提升。

4.1.7 硅酸鋯的影響

硅酸鋯有較強的乳濁性，因而有較強的遮蓋能力，能提高釉的化學穩定性、耐磨及耐堿性能。引入硅酸鋯的的釉料，高溫粘度大，可以擴大釉料的燒成溫度范圍。實驗表面，硅酸鋯的細度越細，高溫粘度越小，乳濁效果及釉面白度越好。所以本配方中使用的硅酸鋯的平均粒徑為D50：1.0-1.35μm。

4.1.8 燒滑石的影響

燒滑石粉能夠提供MgO。配方中加入一定量的燒滑石可以拓寬釉料的熔融溫度范圍，減少釉面裂紋，通過與方解石配合使用，也可以達到調控鈣鎂含量的目的，使得釉熔體在高溫時的粘度、表面張力和流動性達到最佳，利于形成光滑平整的釉面，避免形成釉面小針孔同時還可以拓寬釉的燒成溫度范圍。

4.1.9 碳酸鋇的影響

引入一定量的碳酸鋇。利用氧化鋇比氧化鈣對熔融狀態下的釉的流動性影響更強烈，其作為網絡外體進一步改善高溫時釉熔體的流動性使得燒后釉面光滑致密，避免小針孔及微小裂紋的出現。

4.2 工藝的影響

4.2.1 釉料細度的影響

釉料的細度會影響燒后釉面的質量。釉料顆粒過粗時，釉熔體高溫粘度大，阻礙了氣體的排出，易形成釉面針孔和氣泡，同時釉的流動性能差，難以填平氣體排出釉面時留下來的凹坑而形成釉面針孔;釉料顆粒過細時，釉料的熔點降低，過早形成粘度大的釉熔體，使泥釉分解產生的氣體不能順利排出，從而造成產品表面產生針孔和氣泡。所以釉料的細度過粗或過細時都會影響到釉面的質量，進而影響產品的抗污性能，保證合適的釉料細度有助于抗污性能的穩定。

4.2.2 施釉厚度的影響

通過限定施釉的厚度，可以保證噴釉后產品釉層厚度的均勻性，使得燒成后的釉面效果達到最佳。試驗結果表明：當施釉厚度太?。ㄐ∮?.6mm）時，容易出現釉面不平，而且因為釉層過薄，有些小缺陷遮蓋不住，所以燒后優等率也有所下降;反之，當施釉厚度過厚時，噴完釉后釉面容易出現釉裂或剝落，燒成后釉面出現縮釉現象。所以保證合適的施釉厚度才能得到高質量的釉面。

5 結論

（1）導致衛生陶瓷產品出現吸污現象的主要原因是產品的表面存在的小凹坑，小針孔，微小裂紋等缺陷，所以只要科學地設計好配方，就可以有效地提高釉面質量，進而改善產品的抗污能力。

（2）適當提高釉料的始熔溫度，可以保證燒成過程中氣體的順利排出。

（3）釉料配方中通過引入熔融溫度范圍較寬的鉀長石來拓寬釉料的燒成溫度范圍使得坯釉排氣順暢，同時作為低溫助熔劑也使得釉熔體的粘度更加適中，用白云石替代部分方解石適當增加鎂含量，提高高溫時釉的表面張力同時擴大釉的熔融溫度范圍，引入一定量燒滑石提供氧化鎂，調控釉料配方體系中鈣鎂比例，使得釉熔體高溫時的粘度、流動性及表面張力達到最佳，都非常有利于高質量釉面的生成，進而使得制備出來的釉料具備極佳的抗污能力。

（4）該抗污釉料的始熔溫度適中，殘余氣體順利排出，減少了釉面的氣泡和針孔;高溫時釉的表面張力適中，避免了氣體排除后在表面留下針孔;高溫時釉的黏性適中，流動性良好，得到了平整致密的釉面，氣孔率降到了最低。

（5）研究發現，應用于衛生陶瓷的抗污釉料的配方組成范圍為（wt%）：鉀長石：16-18， 鈉長石：7-9， 石英：28.5-30.5，煅燒氧化鋅：3-5，方解石：7-9，白云石：2.5-5，硅灰石：12-14，煅燒氧化鋁粉：3-5，湖南高嶺土：5-8，硅酸鋯：9-11，809熔塊：2-5，燒滑石：2.5-5，碳酸鋇：0-3， 羧甲基纖維素鈉（CMC）：0.2-0.3。

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