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专利名称：一种纳米TiO2自清洁陶瓷釉及其制备方法和应用方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202311276526.8

专利申请（专利权）人：景德镇陶瓷大学
权利人地址：江西省景德镇市浮梁县湘湖镇

专利发明（设计）人：董伟霞,曹体浩,包启富,孟思悦,陈泽龙,李萍,胡志文

专利摘要：本发明涉及一种纳米TiO2自清洁陶瓷釉及其制备方法和应用方法，所述陶瓷釉的重量百分比组成为：高岭土9～12.1wt%、分相熔块87.9～91wt%，外加氧化锌1～2wt%、氧化铝1～1.5wt%、氧化锆0～1.5%，按陶瓷釉配方进行配料、球磨、过筛、陈腐工序获得釉料，将釉料施在坯体表面，经干燥后置于窑炉内在氧化气氛下升温至1180～1210℃，然后经1～2h将窑炉温度急冷至680～780℃，保温0～60?min后获得纳米TiO2自清洁陶瓷釉。本发明采用高温原位一步法制备TiO2超亲水自清洁陶瓷釉，不需要清洁剂就可达到自清洁之功效，不仅节约了水资源，而且也保护了环境，因此具有更广泛的实际应用前景。

主权利要求：
1.一种纳米TiO2自清洁陶瓷釉,其特征在于：所述陶瓷釉的重量百分比组成为：高岭土
9～12.1wt%、分相熔块87.9～91wt%，外加氧化锌1～2wt%、氧化铝1～1.5wt%、氧化锆0～
1.5%，按陶瓷釉配方进行配料、球磨、过筛、陈腐工序获得釉料；
所述釉料施在坯体表面，经干燥后置于窑炉内在氧化气氛下升温至1180～1210℃，然后经1～2h将窑炉温度急冷至680～780℃，保温0～60min后获得纳米TiO2自清洁陶瓷釉；
所述分相熔块的化学组成为：
K2O4.81wt%、Na2O8.56wt%、MgO2.85wt%、CaO12.81wt%、B2O36.82wt%、Al2O38.00wt%、SiO251.30wt%、TiO24.30wt%、P2O50.55wt%；所述分相熔块的颗粒度小于300μm。
2.根据权利要求1所述的陶瓷釉，其特征在于：所述外加的氧化锌、氧化铝、氧化锆为析晶剂。
3.根据权利要求1所述的陶瓷釉，其特征在于：所述球磨工序为按陶瓷釉配方的重量百分比将原料：氧化铝球磨子：水=1:1.8～2:0.45～0.6加入球磨罐，并滴加稀释剂调整釉浆浓度；所述过筛工序为过250目筛；所述陈腐工序的时间为6～12h。
4.根据权利要求3所述的陶瓷釉，其特征在于：所述氧化铝球磨子中60wt%为直径6～
8mm的中球磨子，40wt%为直径2.2～2.5mm的小球磨子。
5.根据权利要求3所述的陶瓷釉，其特征在于：所述稀释剂为水玻璃或仙水；所述釉浆的比重为1.69～1.73。
6.根据权利要求1所述的陶瓷釉，其特征在于：所述陶瓷釉表面的微观结构呈现尺寸为
5～10nm分相液滴构筑的纳米粗糙表面，宏观上呈现平整光滑表面，其粗糙度为7.25～o ?2
11.3nm，润湿角为4.8～7.2，釉面白度为83～85.4%，釉面硬度为719～725Kgf?mm 。 说明书 : 一种纳米TiO2自清洁陶瓷釉及其制备方法和应用方法技术领域[0001] 本发明涉及陶瓷技术领域，特别是一种纳米TiO2自清洁陶瓷釉及其制备方法和应用方法。背景技术[0002] 陶瓷材料的表面性质，特别是表面亲水特性对陶瓷的应用具有重要意义。利用各种材料表面的亲水特性，通过物理或化学方法改变其表面性质，可实现对液体的自动清洗、自清洁等功能。自清洁技术在工业上的应用主要是通过使金属表面获得低接触角，达到自清洁的目的。到目前为止，国内外已有的研究结果显示，能够达到陶瓷表面清洁效果的技术，主要有：涂层超亲薄膜、构筑特殊粗糙结构的自清洁表面技术、纳米半导体光催化技术、超光滑自清洁釉技术等。但是，这些技术方法都存在着工艺复杂、制备成本高、对生产设备要求高、设备复杂等问题，因此，很难实现规模化生产和推广应用。而本专利利用分相原理，在釉中形成大小均匀排列紧密的分相液滴构筑纳米级粗糙表面而宏观上呈现超平滑平面的微纳结构，以及利用高温原位析出具有亲水特性的TiO2共同改性增强釉面的超亲水性，使釉面达到优异的自清洁性能。专利ZL202110859978.3中超亲水自清洁釉的涂层所需工艺复杂，生产成本较高。专利ZL202010117271.0和ZL202110709000.9中的超亲水自清洁釉制备需要引入亚稳相CaTi2O5，由于自然界存在较少，需人工合成，因此成本相对较高；申请号202210568180.8利用熔融石英高温原位制备了SiO2/TiO2，并不是单一TiO2物相。发明内容[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、成本低廉、使用方便的纳米TiO2自清洁陶瓷釉及其制备方法和应用方法。[0004] 本发明的技术方案是：一种纳米TiO2自清洁陶瓷釉,其特征在于：所述陶瓷釉的重量百分比组成为：高岭土9～12.1wt%、分相熔块87.9～91wt%，外加氧化锌1～2wt%、氧化铝1～1.5wt%、氧化锆0～1.5%。[0005] 所述分相熔块的化学组成为：K2O4.81wt%、Na2O8.56wt%、MgO2.85wt%、CaO12.81wt%、B2O36.82wt%、Al2O38.00wt%、SiO251.30wt%、TiO24.30wt%、P2O50.55wt%；所述分相熔块的颗粒度小于300μm。[0006] 所述外加的氧化锌、氧化铝、氧化锆为析晶剂。[0007] 上述陶瓷釉的制备方法，其特征在于：按陶瓷釉配方进行配料、球磨、过筛、陈腐工序获得釉料。[0008] 所述球磨工序为按陶瓷釉配方的重量百分比将原料：氧化铝球磨子：水=1:1.8～2:0.45～0.6加入球磨罐，并滴加稀释剂调整釉浆浓度；所述过筛工序为过250目筛；所述陈腐工序的时间为6～12h。[0009] 所述氧化铝球磨子中60wt%为直径6～8mm的中球磨子，40wt%为直径2.2～2.5mm的小球磨子。[0010] 所述稀释剂为水玻璃或仙水；所述釉浆的比重为1.69～1.73。[0011] 上述制备方法得到的釉料的应用方法，其特征在于：所述釉料施在坯体表面，经干燥后置于窑炉内在氧化气氛下升温至1180～1210℃，然后经1 2h将窑炉温度急冷至680～~780℃，保温0～60min后获得纳米TiO2自清洁陶瓷釉。[0012] 所述陶瓷釉表面的微观结构呈现尺寸为5～10nm分相液滴构筑的纳米粗糙表面，o宏观上呈现平整光滑表面，其粗糙度为7.25～11.3nm，润湿角为4.8～7.2，釉面白度为83?2～85.4%，釉面硬度为719～725Kgf?mm 。[0013] 所述陶瓷釉面经马克笔涂抹污染后，经少量水滴加即可使污渍脱附，恢复其洁净表面。[0014] 本发明具有以下有益效果：[0015] （1）本发明通过原位析出纳米晶TiO2存在于整个釉层与表面中，克服了目前纳米TiO2引入到釉中，易被釉熔解而失去其特性等问题，从而使陶瓷釉亲水性和自清洁长久时效性进一步提高，所获得的釉面多次重复使用后其自清洁性仍能得以保持。[0016] （2）本发明通过高温原位一步法制备纳米TiO2自清洁陶瓷釉，克服了目前由于纳米TiO2粉体引入釉中易团聚和失活或薄膜/涂层复合机械力弱易被磨损等问题，显著地提升了釉面自清洁长效性，使其具有更广泛的实际应用前景。[0017] （3）相较普通二氧化钛超亲水陶瓷釉，本发明制备的超亲水自清洁陶瓷釉制备工艺简单，仅通过控制配方组成如外加析晶剂如氧化锆和氧化铝，在高温熔体下利用其较强的价键特性使其高温液相粘度较大，使分相液滴尺寸较。焕诩钚曰蚣钔晾胱雍凸柩跛拿嫣逡贫嘏欧⑸从，从而促使其原位析出TiO2晶体，所析出晶体由于在整个釉层中析出，使其耐用性进一步提高；利用其本身的超亲水特性和由分相液滴构筑的纳米粗糙表面，其纳米级粗糙表面更有利捕获水分；而且，金红石TiO2晶相显著提高了太阳光线的利用效率，从而更易于保持良好的超亲水和抗污性能。使其在实际应用中有着广阔前景。[0018] （4）本发明只需要简单调整高岭土含量，外加高温原位析晶剂利用较大的高温粘度制备TiO2超亲水自清洁陶瓷材料，其制备方法简单，成本低，而且耐磨性好，更易于实现工业化生产，符合绿色环保理念，在陶瓷材料和玻璃行业将具有潜在的应用前景。附图说明[0019] 图1为实施例1制得自清洁陶瓷釉的XRD图谱；[0020] 图2为实施例1制得自清洁陶瓷釉的SEM照片；[0021] 图3为实施例1制得自清洁陶瓷釉的AFM照片；[0022] 图4为实施例1制得自清洁陶瓷釉的紫外可见漫反射光谱。具体实施方式[0023] 为更进一步阐述本发明、为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对本发明进行详细说明：[0024] 所述分相熔块的化学组成为：K2O4.81wt%、Na2O8.56wt%、MgO2.85wt%、CaO12.81wt%、B2O36.82wt%、Al2O38.00wt%、SiO251.30wt%、TiO24.30wt%、P2O50.55wt%。实施例1[0025] 一种纳米TiO2自清洁陶瓷釉，所述陶瓷釉的重量百分比组成为：高岭土9wt%、分相熔块91wt%，外加氧化锌1wt%、氧化铝1wt%。[0026] 所述分相熔块的颗粒度小于300μm。[0027] 所述外加的氧化锌、氧化铝、氧化锆为析晶剂。[0028] 上述陶瓷釉的制备方法，按陶瓷釉配方进行配料、球磨、过筛、陈腐工序获得釉料。[0029] 所述球磨工序为按陶瓷釉配方的重量百分比将原料：氧化铝球磨子：水=1:1.8:0.45加入球磨罐，并滴加稀释剂调整釉浆浓度；所述过筛工序为过250目筛；所述陈腐工序的时间为6h。[0030] 所述氧化铝球磨子中60wt%为直径6～8mm的中球磨子，40wt%为直径2.2～2.5mm的小球磨子。[0031] 所述稀释剂为水玻璃或仙水；所述釉浆的比重为1.69。[0032] 上述制备方法得到的釉料的应用方法，所述釉料施在坯体表面，经干燥后置于窑炉内在氧化气氛下升温至1180℃，然后经1h将窑炉温度急冷至680℃，保温0min后获得纳米TiO2自清洁陶瓷釉。[0033] 所述陶瓷釉表面的微观结构呈现尺寸为5～10nm分相液滴构筑的纳米粗糙表面，o宏观上呈现平整光滑表面，其粗糙度为8.72nm，润湿角为4.8，釉面白度为83%，釉面硬度为?2719Kgf?mm 。[0034] 所述陶瓷釉面经马克笔涂抹污染后，经少量水滴加即可使污渍脱附，恢复其洁净表面。实施例2[0035] 一种纳米TiO2自清洁陶瓷釉，所述陶瓷釉的重量百分比组成为：高岭土10wt%、分相熔块90wt%，外加氧化锌2wt%、氧化铝1.5wt%、氧化锆1%。[0036] 所述分相熔块的颗粒度小于300μm。[0037] 所述外加的氧化锌、氧化铝、氧化锆为析晶剂。[0038] 上述陶瓷釉的制备方法，按陶瓷釉配方进行配料、球磨、过筛、陈腐工序获得釉料。[0039] 所述球磨工序为按陶瓷釉配方的重量百分比将原料：氧化铝球磨子：水=1:2:0.45加入球磨罐，并滴加稀释剂调整釉浆浓度；所述过筛工序为过250目筛；所述陈腐工序的时间为12h。[0040] 所述氧化铝球磨子中60wt%为直径6～8mm的中球磨子，40wt%为直径2.2～2.5mm的小球磨子。[0041] 所述稀释剂为水玻璃或仙水；所述釉浆的比重为1.7。[0042] 上述制备方法得到的釉料的应用方法，所述釉料施在坯体表面，经干燥后置于窑炉内在氧化气氛下升温至1200℃，然后经2h将窑炉温度急冷至690℃，保温30min后获得纳米TiO2自清洁陶瓷釉。[0043] 所述陶瓷釉表面的微观结构呈现尺寸为5～10nm分相液滴构筑的纳米粗糙表面，o宏观上呈现平整光滑表面，其粗糙度为7.25nm，润湿角为5.0，釉面白度为84%，釉面硬度为?2720Kgf?mm 。[0044] 所述陶瓷釉面经马克笔涂抹污染后，经少量水滴加即可使污渍脱附，恢复其洁净表面。实施例3[0045] 一种纳米TiO2自清洁陶瓷釉，所述陶瓷釉的重量百分比组成为：高岭土11wt%、分相熔块89wt%，外加氧化锌1.5wt%、氧化铝1.2wt%、氧化锆1.2%。[0046] 所述分相熔块的颗粒度小于300μm。[0047] 所述外加的氧化锌、氧化铝、氧化锆为析晶剂。[0048] 上述陶瓷釉的制备方法，按陶瓷釉配方进行配料、球磨、过筛、陈腐工序获得釉料。[0049] 所述球磨工序为按陶瓷釉配方的重量百分比将原料：氧化铝球磨子：水=1:2:0.6加入球磨罐，并滴加稀释剂调整釉浆浓度；所述过筛工序为过250目筛；所述陈腐工序的时间为10h。[0050] 所述氧化铝球磨子中60wt%为直径6～8mm的中球磨子，40wt%为直径2.2～2.5mm的小球磨子。[0051] 所述稀释剂为水玻璃或仙水；所述釉浆的比重为1.71。[0052] 上述制备方法得到的釉料的应用方法，所述釉料施在坯体表面，经干燥后置于窑炉内在氧化气氛下升温至1210℃，然后经1.5h将窑炉温度急冷至700℃，保温60min后获得纳米TiO2自清洁陶瓷釉。[0053] 所述陶瓷釉表面的微观结构呈现尺寸为5～10nm分相液滴构筑的纳米粗糙表面，o宏观上呈现平整光滑表面，其粗糙度为11.3nm，润湿角为6.2，釉面白度为85%，釉面硬度为?2725Kgf?mm 。[0054] 所述陶瓷釉面经马克笔涂抹污染后，经少量水滴加即可使污渍脱附，恢复其洁净表面。实施例4[0055] 一种纳米TiO2自清洁陶瓷釉，所述陶瓷釉的重量百分比组成为：高岭土12wt%、分相熔块88wt%，外加氧化锌1wt%、氧化铝1.3wt%、氧化锆1.3%。[0056] 所述分相熔块的颗粒度小于300μm。[0057] 所述外加的氧化锌、氧化铝、氧化锆为析晶剂。[0058] 上述陶瓷釉的制备方法，按陶瓷釉配方进行配料、球磨、过筛、陈腐工序获得釉料。[0059] 所述球磨工序为按陶瓷釉配方的重量百分比将原料：氧化铝球磨子：水=1:1.85:0.6加入球磨罐，并滴加稀释剂调整釉浆浓度；所述过筛工序为过250目筛；所述陈腐工序的时间为9h。[0060] 所述氧化铝球磨子中60wt%为直径6～8mm的中球磨子，40wt%为直径2.2～2.5mm的小球磨子。[0061] 所述稀释剂为水玻璃或仙水；所述釉浆的比重为1.72。[0062] 上述制备方法得到的釉料的应用方法，所述釉料施在坯体表面，经干燥后置于窑炉内在氧化气氛下升温至1210℃，然后经1.5h将窑炉温度急冷至750℃，保温30min后获得纳米TiO2自清洁陶瓷釉。[0063] 所述陶瓷釉表面的微观结构呈现尺寸为5～10nm分相液滴构筑的纳米粗糙表面，o宏观上呈现平整光滑表面，其粗糙度为10.8nm，润湿角为6.8，釉面白度为85.4%，釉面硬度?2为723Kgf?mm 。[0064] 所述陶瓷釉面经马克笔涂抹污染后，经少量水滴加即可使污渍脱附，恢复其洁净表面。实施例5[0065] 一种纳米TiO2自清洁陶瓷釉，所述陶瓷釉的重量百分比组成为：高岭土9.4wt%、分相熔块90.6wt%，外加氧化锌1.8wt%、氧化铝1.4wt%、氧化锆1.5%。[0066] 所述分相熔块的颗粒度小于300μm。[0067] 所述外加的氧化锌、氧化铝、氧化锆为析晶剂。[0068] 上述陶瓷釉的制备方法，按陶瓷釉配方进行配料、球磨、过筛、陈腐工序获得釉料。[0069] 所述球磨工序为按陶瓷釉配方的重量百分比将原料：氧化铝球磨子：水=1:2:0.55加入球磨罐，并滴加稀释剂调整釉浆浓度；所述过筛工序为过250目筛；所述陈腐工序的时间为12h。[0070] 所述氧化铝球磨子中60wt%为直径6～8mm的中球磨子，40wt%为直径2.2～2.5mm的小球磨子。[0071] 所述稀释剂为水玻璃或仙水；所述釉浆的比重为1.73。[0072] 上述制备方法得到的釉料的应用方法，所述釉料施在坯体表面，经干燥后置于窑炉内在氧化气氛下升温至1190℃，然后经1.5h将窑炉温度急冷至780℃，保温0min后获得纳米TiO2自清洁陶瓷釉。[0073] 所述陶瓷釉表面的微观结构呈现尺寸为5～10nm分相液滴构筑的纳米粗糙表面，o宏观上呈现平整光滑表面，其粗糙度为7.95nm，润湿角为7.0，釉面白度为84%，釉面硬度为?2719Kgf?mm 。[0074] 所述陶瓷釉面经马克笔涂抹污染后，经少量水滴加即可使污渍脱附，恢复其洁净表面。实施例6[0075] 一种纳米TiO2自清洁陶瓷釉，所述陶瓷釉的重量百分比组成为：高岭土10.2wt%、分相熔块89.8wt%，外加氧化锌1.3wt%、氧化铝1wt%、氧化锆1%。[0076] 所述分相熔块的颗粒度小于300μm。[0077] 所述外加的氧化锌、氧化铝、氧化锆为析晶剂。[0078] 上述陶瓷釉的制备方法，按陶瓷釉配方进行配料、球磨、过筛、陈腐工序获得釉料。[0079] 所述球磨工序为按陶瓷釉配方的重量百分比将原料：氧化铝球磨子：水=1:2:0.6加入球磨罐，并滴加稀释剂调整釉浆浓度；所述过筛工序为过250目筛；所述陈腐工序的时间为12h。[0080] 所述氧化铝球磨子中60wt%为直径6～8mm的中球磨子，40wt%为直径2.2～2.5mm的小球磨子。[0081] 所述稀释剂为水玻璃或仙水；所述釉浆的比重为1.7。[0082] 上述制备方法得到的釉料的应用方法，所述釉料施在坯体表面，经干燥后置于窑炉内在氧化气氛下升温至1190℃，然后经2h将窑炉温度急冷至720℃，保温30min后获得纳米TiO2自清洁陶瓷釉。[0083] 所述陶瓷釉表面的微观结构呈现尺寸为5～10nm分相液滴构筑的纳米粗糙表面，o宏观上呈现平整光滑表面，其粗糙度为11.2nm，润湿角为7.2，釉面白度为83%，釉面硬度为?2725Kgf?mm 。[0084] 所述陶瓷釉面经马克笔涂抹污染后，经少量水滴加即可使污渍脱附，恢复其洁净表面。

专利地区：江西

专利申请日期：2023-10-03

专利公开日期：2024-10-29

专利公告号：CN117682765B