光扩散反射性耐污釉料*

周忠华

(成都当代环境艺术设计工程有限公司 成都 610000)

前言

在室内，使用可产生扩散反射可见光的建筑材料如釉面砖，即使照明度不足，也给人明亮的感觉，这有助于节省照明电费用。除此之外对所用釉面砖这类基材还期望具有易除污性。虽使釉面砖表面呈凹凸状是获得广角反射光的技术手段之一，但就防污性来看，此形状不合宜。有关专利文献曾报道一种可辅助室内光扩散，在亮度不足情况下维持或提高照明度的面砖。该砖坯体含有较多a型氧化铝，白色度高，可见光反射率达70%以上。还有文献报道了一种高广角反射光的面砖，是在表面形成凹凸部，再施以白色釉而制成。而这些文献均是关于基材表面组成和形状。此外，为提高釉层白色度，添加硅酸锆这点人尽皆知。因为硅酸锆不吸收可见光，可增强白色度。近来，日本TOTO公司用含锆元素的熔块和硅酸锆颗粒制出不仅光扩散反射性好、而且具有耐污性的釉料，适用于釉面砖等建筑材料。

1 釉料制备

正如上述，该釉料具有光扩散反射性和耐污性，填补了原瓷砖虽具有扩散反射性，无耐污性的缺陷。为了同时获得这两种性能，在含锆元素的熔块与含硅酸锆颗粒的釉料中，对熔块锆元素含量和硅酸锆颗粒平均粒径作了调整。将熔块中锆元素含量调至1.0%～1.5%，最好1.0%～1.2%(以ZrO2质量%计)，硅酸锆颗粒平均粒径为0.4～5.0 μm，最好0.4～1.0 μm。釉料形成釉层由硅酸锆颗粒与玻璃质成分组成。其中硅酸锆由粒径<0.3 μm和>0.3 μm，平均粒径为0.4～5.0 μm的颗粒构成。颗粒平均粒径是指用扫描电子显微镜在5 000倍率下观察50个颗粒，求近似圆形直径的个数基准平均粒径(累积分布50%直径：D50)。釉料组成物中的粒径依据上述参数算出干燥物计算值。按该要求，熔块以锆乳浊熔块为好。含锆的熔块烧成时，玻璃质基体中析出硅酸锆微结晶。结晶粒径在0.3 μm以下。熔块中锆元素在釉料组成物固体成分中的含量为1%～7%，最好2%～5%(以ZrO2质量%计)。釉料组成物固体分中，硅酸锆颗粒含量1%～30%，最好10%～20%。釉料组成物中可再添加平均粒径为1～10 μm的氧化铝、硅砂、滑石和氢氧化铝中的至少一种无机颗粒。添加这些颗粒具有调节釉层光泽度的效果。这样可实现质感和外观多样化，其中特别是氧化铝折射率较高，其效果显著。釉料组成物形态为粉体和水分散釉浆2种。釉浆是将硅酸锆颗粒和含锆元素的熔块，再添加无机颗粒混合，加水，在磨机中粉磨成浆体。釉料粉体采用料浆喷雾干燥颗粒化而成。形成釉层的釉料组成物中最好含有0.1%的铁元素(以Fe2O3计)。铁元素存在不会吸收可见光，可进一步实现光扩散反射。

该釉料组成物形成的釉层同时获得良好的扩散反射性和耐污性，其机理虽尚未弄清，但可推断釉层中除釉料组成物中除掺入的硅酸锆颗粒外，釉烧时还存在含锆元素的熔块中析出的硅酸锆颗粒，析出的颗粒较掺入的硅酸锆颗粒粒径小，较大和较小粒径的硅酸锆颗粒存在釉层中，可在宽波长范围内有效使光广角扩散。具体而言，可见光射入釉层内部，因硅酸锆颗粒粒径不同而产生不同的反射和散射。一般说来，加入硅酸锆颗粒要想进行光扩散反射，其颗粒得在釉层表面形成凹凸，但由于污物存在于凹凸部，不利于防污。而该釉料组成物形成的釉层表面为玻璃质，内部存在两种粒径的硅酸锆颗粒。这样构成的形态可通过调整釉料组成物中硅酸锆颗粒粒径和熔块中锆含量来获得。玻璃质表面平滑，难以粘附污物；一旦粘附，容易清除。

该釉料组成物在基体表面成膜性与一般釉料组成物一样，均良好，因此，用该釉料组成物形成釉层时，采用常用施釉方法即可，如喷釉等、亦可施以复层粒釉。基体表面施釉后，适度干燥，釉烧，制成釉面砖。烧成温度为1 000～1 300 ℃。烧成后自然冷却或缓冷。在基体表面亦可先施以与该釉料组成物不同的釉料，形成底釉层，再施以该釉料，形成表釉层。虽未对底釉层所用釉料组成物未作特别限定，但为进一步提高扩散反射性，以含有无机颗粒和/或硅酸锆颗粒的白色釉层为好。底釉层所用釉料由除含有熔块、陶石、滑石、高岭土、长石等原料外，还可添加无机颗粒如硅砂、氧化铝、氢氧化铝，硅酸锆颗粒和/或乳浊剂组成。由该釉料组成物形成的表层釉膜厚度适度设定，但最好底层和表层釉厚均在0.2～0.8 mm范围内。在该釉形成的釉层上还可设置光催化层，这可使基体具有有害物质分解性、抗菌性或亲水性。为了不降低光扩散反射性，光催化层为透明的，膜厚在100 nm以下，以散状分布。在该釉层上只要不影响扩散反射性，还可在整面或部分表面设置其它釉层，这样在保持釉层扩散反射性和耐污性条件下，使其装饰多样化。其它釉层实际上为透明层，以无光釉为好。为提高光扩散反射性，在装饰材料如釉面砖基体上形成凹凸花纹，凸部高度为0.1～3.0 mm。凸部可有规则或不规则地设置。该釉料不仅适宜小规格，也适用于大规格釉面板。由于用该釉料制成的釉面砖光扩散反射性高，在室内照明或光线不够的情况下，由窗外引入的光产生扩散反射，产生均一柔和光感，使室内变得明亮，有助于节电。由于制成的釉面砖具有光扩散反射和耐污性，不仅用于居住空间，还适用于水池等场所。

2 试验及其结果

2.1 试验1～9

该试验进行九组试验，其中3和4组试验为对比试验。试验步骤如下：

在该9组试验中，取50%硅灰石、40%长石、10%滑石，干法混合，加入水，用磨机粉磨，调制可塑性坯料，由挤出机成形，压延成规格为600 mm×900 mm×4 mm的平板，干燥，送入辊道窑素烧。

底层釉料的制备：取40份长石、15份高岭土、15份硅酸锆(平均粒径0.8 μm)和含氧化锆的熔块30份、40份水，用磨机粉磨20 min，制成釉浆。

表层釉料的制备：按表1所给化学组成制备2种熔块。1号熔块为锌结晶熔块，釉烧析出硅酸锌结晶；2号熔块为锆乳浊熔块，釉烧析出硅酸锆微结晶。然后，按表2所给原料组成，混合，以100份混合料计，加入38份水，用磨机粉磨20 min，制成釉浆。

表1 熔块化学组成(%)

表2 釉料原料组成(份)

续表2

在素烧板表面，先按釉烧后釉膜厚度0.3 mm的釉量，施以上述底层用釉、施釉后，室温下干燥1 h，再按釉烧后釉膜厚度0.4 mm的釉量，施以上述表层用釉，送入电辊道窑中釉烧。1～7、10和11组试验，在1 100 ℃最高温度下保温35 min；8和9组试验，在1 100 ℃最高温度下保温40 min，然后，出窑，自然冷却。对制成的釉面板其色彩、光泽度、可见光反射率、外观和耐污性进行评定。评定结果见表3。各项性能测定方法如下：

1)色差是按有关色测定方法，用SE6000色差计测定，测定条件为光源D65，测色口径8 mm,积分球尺寸直径52 mm，用XYZ表色系统算出L*a*b*。对每个试板测定二处，取其平均值作为测定结果。

2)光泽度按有关镜面光泽度测定方法测定，测定角为60°。每个试板测定两处，取其平均值作为测定结果。

3)可见光反射率按色测定方法(反射和透射物体色)，使用SE6000色差计测定。测定条件：光源D65、测色口径8 mm、积分球尺寸直径52 mm。

4)外观由目视评定：无光、半光和鲜艳明亮。

5)耐污性评定：在釉面用带黑色油墨的毛笔画线条，然后用拧干的湿抹布擦洗，完全擦净，无残留污迹，表中用“○”表示；稍留有污迹，用“Δ”表示；完全擦不净污迹，用“×”表示。由表3中可以看出，按工艺要求制备的釉料其各项性能良好。

表3 釉面板各项性能评定结果

2.2 试验10

表层用釉料由34份1号熔块、31.5份2号熔块、8份高岭土、18.5份氧化铝、11份硅酸锆颗粒(平均粒径0.8 μm)组成物制备外，其余试验过程与试验1相同，制成釉面板。

2.3 试验11

由含0.8%Fe2O3的高岭土和含0.03%Fe2O3的硅酸锆颗粒取代试验10中的高岭土和硅酸锆，其余与试验1相同，制成釉面板。

试验10和11其可见光反射率测定结果见表4。

表4 试验10和11的可见光反射率测定结果

2.4 试验12

除不设底釉层，在素烧板面施二道试验10制备的表层用釉，素烧后釉膜厚度为0.7 mm外，其余与试验1相同，制成釉面板，测定可见光反射率。其结果如表5所示。

表5 试验12的可见光反射率测定结果

按上述工艺要求，用含锆元素的熔块与硅酸锆颗粒制备釉料，将锆元素量和硅酸锆颗粒粒径设定在所定范围内，可使釉层具有光扩散反射性和耐污性。