【2017年整理】无机材料改性-五讲.ppt

4 传统陶瓷的表面装饰及改性 4 传统陶瓷的表面装饰及改性 传统陶瓷：使用普通硅酸盐原料及部分化工原料，加工、成型、烧成而得的满足人们日常生活需要 用于内外墙面、地面、厨房及卫生间等起装饰作用 4.1 陶瓷表面的抗菌自洁性能 日用陶瓷、建筑卫生陶瓷 要求具有一定的强度、美观实用 杀菌、消毒、除臭、自洁功能 抗杀菌自洁陶瓷 在陶瓷制品表面或釉层中加入一种或几种具有抗菌、杀菌、防污、除臭和具有净化大气功能的材料 这些功能材料必须以较强的结合力附着在陶瓷上或者与陶瓷本身结合为一体，同时对人体不产生任何危害 抗菌剂种类及其抗菌机理 抗菌剂有天然系和合成系 天然系来自天然动植物的提取液 合成系分为有机和无机两种 有机抗菌剂有有机酸、酯、醇和酚类 如聚乙烯、吡咯烷酮、有机卤化物及锡化物、咪唑类、防霉防藻剂等 主要用于杀菌、防腐及防霉 4.1.1.1 银系抗菌剂 按作用大小顺序 Ag＞Hg＞Cu＞Cd＞Cr＞Ni＞Pd＞Co＞Zn＞Fe Hg、Cd、Cr、Pd对人体有害 Cu、Ni、Co对建筑卫生陶瓷有染色 常用Ag、Zn及其化合物 Ag3+＞Ag2+＞Ag+ 属光谱抗菌剂，有离子溶出型及接触型 抗菌机理1 抗菌机理2 银具有较高的催化能力，产生羟基自由基(·OH)及活性氧离子(O2-)，具有很强的氧化还原作用 银离子与细菌接触时，造成蛋白质的变性和细胞生物学性的损伤，从而杀死细菌 4.1.1.2 TiO2光催化系抗菌剂 在半导体材料中，TiO2、ZrO2、ZnO等半导体材料能被光子激活，从而实现电子流动 而TiO2具有无毒、稳定性好、光催化活性高等优点 在日光灯、阳光的照射下，能使氧分子变成活性氧，使水产生活性氧自由基而发挥杀菌抗菌作用 由于氧化能力强，所以有很高的抗杀菌功能 4.1.1.3 远红外线抗菌剂 包括Zr、Co、Ni、Mn、Fe、Cr及其氧化物做成的材料，常温下能发射出8~18μm波长的远红外线，能促进人体微循环，有利于人体健康 不足 ZrO2会提高釉的熔融温度，降低抗菌效率 Co、Ni、Mn、Fe、Cr及其氧化物会使釉料呈现不同的着色 光源的影响 自然光下抗菌效果不好 在白色荧光下抗菌效果最好 4.1.1.4 复合型抗菌剂抗菌机理 稀土激活银系、光催化系表面改性抗菌剂 在其中加入稀土元素，由于稀土元素外层的价电子带存在 当含有紫外线的光照射到光催化系表面改性抗菌剂时，产生电子和空穴，稀土元素价电子带会俘获光催化电子 4.1.2 抗菌釉的制备方法 抗杀菌陶瓷 陶瓷基体和载体 抗杀菌材料 基体制备 配料、球磨、成型、烘干等工艺 有的还进行素烧 4.1.2 抗菌釉的制备方法 在陶瓷制品表面涂覆抗菌剂 陶瓷釉表面涂抗菌剂形成的薄膜，会因清洗摩擦而剥落，耐久性差 在其基体内掺入抗菌剂 耐久性不是问题，高温下熔融时，有机抗菌剂易被清除，而耐热性好的无机类抗菌剂又易被熔融玻璃成分侵蚀，失去抗菌性 4.1.2.1 载银抗菌釉的制备方法 载银抗菌釉有载银沸石抗菌釉、载银磷酸钙抗菌釉 载银磷酸钙抗菌釉是一种理想材料 磷酸钙是与生物体亲和性优异的生物陶瓷材料，是一种安全性很高的陶瓷材料 4.1.2.2 TiO2薄膜的制备方法 溶胶-凝胶法 优点：化学计量容易控制、能在不规则的表面上镀膜以及设备简单、成本低 4.1.3 影响表面抗菌性能的因素 抗菌剂的引入方式 载体的表面结构 抗菌剂的加入量 烧成制度 （1）抗菌剂引入方式 引入方式 直接把银盐水溶液加到釉料中烧成 先使银盐的水溶液沉淀，再加到釉料中 先用不溶性的载体材料把银盐水溶液包裹于内，形成载银抗菌材料，然后加到釉料中 (2) 载体的表面结构 载体中的银离子是靠离子交换引入的 载体的孔隙率、比表面积、密度 孔径大小应与银离子直径相匹配 太小，不能吸附足量的银离子 太大，银离子容易解吸 （3）抗菌剂的加入量 加入量过大，釉的熔融温度升高，釉面质量下降 抗菌剂加入量过小，达不到抗菌效果 抗菌剂的加入量要有一个适当的范围 （4）烧成制度 烧成温度 越高，银离子挥发量增加，抗菌性能下降 烧成气氛 应在氧化气氛中烧成 还原气氛会使银离子还原为银原子，银原子形成的银晶粒会使釉面呈现黄色斑点 4.1.3.2 影响TiO2薄膜光催化抗菌性能的因素 不同光强度及不同波长的紫外线 光强度越大，抗菌性能越好 紫外线要比太阳光的光催化抗菌性能好 253.7nm波长的紫外线比365nm波长的紫外线的光催化抗菌性能好 4.1.3.2 影响TiO2薄膜光催化抗菌性能的因素 不同的硅胶浓度 硅胶在胶体制备中的浓度越大，光催化活性越差 不同的退火温度 退火温度高，光致亲水性下降 退火温度低，会使薄膜同基体的结合力下降 4.2 陶瓷墙地砖的表面玻化 吸水率低于0.5%的陶瓷称为玻化砖 抛光砖是将玻化砖进行镜面抛光而得 特性