应用于卫生陶瓷的抗污釉料的研究

刘文文

摘 要：为了有效地改善卫生陶瓷产品釉面的质量，提高产品档次，解决釉面出现的吸污问题，本文通过对抗污机理的研究，科学地设计配方，最终研制出了一种应用于卫生陶瓷的釉面平整光滑且致密的抗污釉，进而有效地提高了卫生陶瓷产品的抗污性能。而且该配方经过实际生产验证，具有工艺控制简单、生产性能稳定、成品合格率高、坯釉结合性好等优点。

关键词：卫生陶瓷; 抗污 ;抗污釉

1 前 言

近几年，随着消费者需求层次及消费水平的提高，不仅仅对卫生陶瓷产品的表面光滑 、美观效果要求提高，而且对产品的使用特性也提出了更高的要求。卫生陶瓷产品在使用过程中与之接触的一些污染物，如大小便、水垢、肥皂泡沫、脂肪酸等在范德华力、毛细管力、氢键等多种物理或化学力的作用下，容易积聚在产品表面的凹凸处或进入微孔中，造成卫生陶瓷产品的污染。

经过分析，可以得出引起这些污染现象的主要原因是产品的表面存在的小凹坑、小针孔、微小裂纹等缺陷。所以只要解决了釉面存在的这一系列的小缺陷，卫生陶瓷产品的抗污能力将会大幅度提升，从而提高产品的使用价值和社会价值。

2釉料研究过程

2.1抗污检测方法的确定

抗污检测方法：将产品的表面用洁净的软布擦拭干净，在100cm²左右的表面上滴加2～4滴碳素墨水，然后用硬纸片将其抹匀后用力反复研磨，等待3min以上至墨水完全吸干后用清水将表面的墨水冲洗干净，将眼睛与产品的距离控制在10cm以上并在光线良好的环境下来观察吸附在产品釉层表面污点的大小及数量的多少来判定其抗污性能的好坏。具体的操作示意图如图1所示。

2.2吸污现象的原因分析

卫生陶瓷的烧制过程中，由于坯体致密化与釉料的熔融是一个矛盾的过程，不可避免的会在釉层中残留气泡，当气泡迁移至釉层表面，破裂后便会产生凹凸或针孔等缺陷。所以卫生陶瓷产品产生吸污现象的主要原因是由于釉料的始熔温度过高或过低，釉料的高温粘度过大、坯、釉料在高温时仍有气体放出，釉料组合不当导致釉层结构不致密，烧后釉层表面出现明显的大小针孔、小凹坑、微小裂纹等，从而造成产品容易吸附污染物。

2.3配方设计思路的分析

针对上述原因分析可以看出，卫生陶瓷产品的吸污主要是污染物在其表面的凹凸、针孔及微裂纹中积聚，所以需要科学合理地设计配方，才能制备出抗污能力強的釉料。具体思路如下：

（1）适当提高釉料的始熔温度并拓宽釉料的熔融温度范围，保证烧成过程中的气体能顺利排出，烧后釉层表面不出现明显的大小针孔，提高釉面质量。

（2）通过配方中合理的原料配比，使得釉熔体的高温粘度和表面张力适当。当釉料的始熔温度偏低或表面张力偏小时，烧后易在釉面形成针孔;当釉料的始熔温度偏高或高温粘度偏大时，会影响釉料在坯体表面的铺展，烧后易在釉面形成小凹坑。

2.4配方设计路线的确定

通过不同原料不同比例添加量对釉面抗污性能的影响试验来确定影响吸污的原料;发现通过改变釉料的组成可以提高釉的抗污特性;主要设计路线有以下几个方面：

（1）调整钾钠含量，适当增加配方中钠的含量，确保釉熔体的黏性适中。

（2）适当增加石英的比例，提高SiO₂含量，在保证釉料成熟温度范围合适的前提下，增加石英的用量来使釉料在烧成最高温度下的粘度合适，使得釉料能平整地铺展在坯体表面，进而减少釉面的凹坑。

（3）配方中加入少量的白云石替代方解石，可以起到调控钙镁含量的作用，进而调整釉熔体的高温粘度与表面张力。

（4）提高锌含量，锌可增加釉面的力学强度和弹性性能等。

（5）使用烧失量少的硅灰石和烧滑石原料引入有较强助熔作用的CaO和MgO，不仅有利于减少釉层气泡，而且能相对减少釉层中未溶解的石英颗粒，降低釉面的粗糙程度，使得烧后釉面光滑致密。

2.5釉料配方的确定

经过多次配方实验确定釉料的配方范围如表1所示。

3釉料制备过程

3.1 原料准备

（1）硅微粉细度为325目<8%。

（2）硅酸锆的平均粒径为D50：1.0-1.35μm。

（3）所用的氧化锌、滑石和氧化铝均为煅烧后的原料。

3.2 工艺流程

配料—湿法球磨—釉浆检测—放釉—一次除铁过筛—釉浆调制—二次除铁过筛—施釉—烧成—分级—包装入库

3.3 工艺参数

料：球：水=1：（2.2-2.5）：（0.6-0.8）;

球磨时间：10.5-12.5h;

釉浆细度：400目细度<0.16%;

一次除铁过筛：180目;二次除铁过筛：200目;

釉浆比重：1.740-1.760g/cm³、

釉浆吸干时间：22-28min、

喷釉厚度：0.6-0.9mm、

烧成时间：16-20h。

采用手工循环线进行手工喷釉，喷完釉的釉坯装入干燥窑中，待干燥至水分低于1.5%以后进入隧道窑经1190-1230℃一次烧成。

3.4 检测结果

釉料始熔温度：1085-1115℃;

釉面光泽度：90-95GU;

釉面白度：80-85°;

釉料的高温流动性（熔长）：55-62mm;

热稳定性：20-130℃三次不裂;

吸污：优等（5级）。

4 实验讨论

4.1 原料的影响

4.1.1 长石的影响

配方中同时引入钾长石和钠长石原料，并且采用高钾低钠的配方体系。钠长石属于低温助熔剂，助熔效果比钾长石好，而钾长石熔融范围宽，在配方中使用量更多，可以拓宽釉料的烧成温度范围，使坯釉中的气体更加顺利的排除，有利于减少釉面的气孔率。3E2CBCE2-9983-45AE-B65C-CD737714D60F

4.1.2 石英的影响

石英主要提供釉中的SiO₂成分。釉中SiO₂含量增加可以影响釉的许多性质，如提高始熔温度，提高釉的粘度，增加釉对化学侵蚀的抵抗力，增加釉的机械强度和硬度，降低釉的平整系数等。所以配方中适当增加石英的用量用以提高釉料的始熔温度，让釉熔体在高温时排气更加顺畅，减少釉面针孔缺陷，同时也能提高釉料的耐磨性。而且配方中使用的是细度较小的硅微粉，一是可以减少釉料的球磨时间，稳定釉料的性能，二是能使烧成后釉层中未溶解的石英颗粒尽可能的减少，有利于降低釉面的粗糙度，提高釉料的抗污能力。

4.1.3 氧化锌的影响

煅烧氧化锌属于助熔剂，能提高釉面的光泽度和白度，在一定范围内能增大釉料的力学弹性及釉的强度，可以使得烧后釉面光滑平整致密，避免釉面微裂纹的产生，同时也能提高釉料的抗污能力和热稳定性，所以在配方中可以适当增加用量。但加入量不能过多，试验发现：配方中引入的氧化锌含量超过5%后釉面较易流釉而且容易析晶。

4.1.4 白云石的影响

白云石为高温助熔剂，其中白云石中含有碳酸镁，比碳酸钙更易拓宽釉料的烧成温度范围，同时它作为网络外体相互配合可以有效促进石英的溶解和莫来石晶相的生成，有利于生成光滑平整且致密的釉面。

4.1.5 硅灰石的影响

硅灰石没有或烧失量小，且提供的CaO具有较强的助熔作用。而且烧成时不会因高温分解产生气体而使得釉面出现针孔、气泡等缺陷，可以提高釉面的抗污、耐磨和耐酸碱性能，但加入量过多时容易导致釉面析晶或釉面无光。

4.1.6 氧化鋁的影响

加入氧化铝粉可以提供釉料的Al₂O₃含量。一是可以改善坯釉的结合性，提高釉的稳定性，增加釉的抗张强度，改变釉的熔融温度和表面张力，有助于中间层的生成，二是可以减少釉面的微小裂纹，使得釉面更加致密的同时还有助于耐磨度的提升。

4.1.7 硅酸锆的影响

硅酸锆有较强的乳浊性，因而有较强的遮盖能力，能提高釉的化学稳定性、耐磨及耐碱性能。引入硅酸锆的的釉料，高温粘度大，可以扩大釉料的烧成温度范围。实验表面，硅酸锆的细度越细，高温粘度越小，乳浊效果及釉面白度越好。所以本配方中使用的硅酸锆的平均粒径为D50：1.0-1.35μm。

4.1.8 烧滑石的影响

烧滑石粉能够提供MgO。配方中加入一定量的烧滑石可以拓宽釉料的熔融温度范围，减少釉面裂纹，通过与方解石配合使用，也可以达到调控钙镁含量的目的，使得釉熔体在高温时的粘度、表面张力和流动性达到最佳，利于形成光滑平整的釉面，避免形成釉面小针孔同时还可以拓宽釉的烧成温度范围。

4.1.9 碳酸钡的影响

引入一定量的碳酸钡。利用氧化钡比氧化钙对熔融状态下的釉的流动性影响更强烈，其作为网络外体进一步改善高温时釉熔体的流动性使得烧后釉面光滑致密，避免小针孔及微小裂纹的出现。

4.2 工艺的影响

4.2.1 釉料细度的影响

釉料的细度会影响烧后釉面的质量。釉料颗粒过粗时，釉熔体高温粘度大，阻碍了气体的排出，易形成釉面针孔和气泡，同时釉的流动性能差，难以填平气体排出釉面时留下来的凹坑而形成釉面针孔;釉料颗粒过细时，釉料的熔点降低，过早形成粘度大的釉熔体，使泥釉分解产生的气体不能顺利排出，从而造成产品表面产生针孔和气泡。所以釉料的细度过粗或过细时都会影响到釉面的质量，进而影响产品的抗污性能，保证合适的釉料细度有助于抗污性能的稳定。

4.2.2 施釉厚度的影响

通过限定施釉的厚度，可以保证喷釉后产品釉层厚度的均匀性，使得烧成后的釉面效果达到最佳。试验结果表明：当施釉厚度太薄（小于0.6mm）时，容易出现釉面不平，而且因为釉层过薄，有些小缺陷遮盖不住，所以烧后优等率也有所下降;反之，当施釉厚度过厚时，喷完釉后釉面容易出现釉裂或剥落，烧成后釉面出现缩釉现象。所以保证合适的施釉厚度才能得到高质量的釉面。

5 结论

（1）导致卫生陶瓷产品出现吸污现象的主要原因是产品的表面存在的小凹坑，小针孔，微小裂纹等缺陷，所以只要科学地设计好配方，就可以有效地提高釉面质量，进而改善产品的抗污能力。

（2）适当提高釉料的始熔温度，可以保证烧成过程中气体的顺利排出。

（3）釉料配方中通过引入熔融温度范围较宽的钾长石来拓宽釉料的烧成温度范围使得坯釉排气顺畅，同时作为低温助熔剂也使得釉熔体的粘度更加适中，用白云石替代部分方解石适当增加镁含量，提高高温时釉的表面张力同时扩大釉的熔融温度范围，引入一定量烧滑石提供氧化镁，调控釉料配方体系中钙镁比例，使得釉熔体高温时的粘度、流动性及表面张力达到最佳，都非常有利于高质量釉面的生成，进而使得制备出来的釉料具备极佳的抗污能力。

（4）该抗污釉料的始熔温度适中，残余气体顺利排出，减少了釉面的气泡和针孔;高温时釉的表面张力适中，避免了气体排除后在表面留下针孔;高温时釉的黏性适中，流动性良好，得到了平整致密的釉面，气孔率降到了最低。

（5）研究发现，应用于卫生陶瓷的抗污釉料的配方组成范围为（wt%）：钾长石：16-18， 钠长石：7-9， 石英：28.5-30.5，煅烧氧化锌：3-5，方解石：7-9，白云石：2.5-5，硅灰石：12-14，煅烧氧化铝粉：3-5，湖南高岭土：5-8，硅酸锆：9-11，809熔块：2-5，烧滑石：2.5-5，碳酸钡：0-3， 羧甲基纤维素钠（CMC）：0.2-0.3。

参考文献

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