本发明涉及功能陶瓷技术领域，尤其涉及一种抗菌功能陶瓷及其制备方法。
背景技术：
随着科学技术的高度发展，人们对陶瓷材料的性能、质量以及要求越来越高，促使部分陶瓷发展成为新型的具有特殊功能的材料，这类陶瓷产品无论在性能和使用上，还是在制作工艺上都要求高度精细，通常称为功能陶瓷。
功能陶瓷种类繁多，基于各行各业对陶瓷功能的不同要求，赋予功能陶瓷机械、热、化学、电、磁、光、辐射和生物等各类功能，其中，抗菌陶瓷为具有抗菌功能的陶瓷制品，能够有效避免细菌类传染疾病对人类的侵害，特别是家庭、公共场所、医院等地方，因而广泛用于各个行业与领域。
然而，现有抗菌功能陶瓷产品的抗菌性能有待进一步提高。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种抗菌功能陶瓷及其制备方法，进一步提高功能陶瓷的抗菌性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种抗菌功能陶瓷，包括基体和设置在基体表面的涂层，所述基体包括如下重量份数的制备原料：高岭土35～55份、蒙脱石粉2～10份、羟丙基纤维素2～6份、氧化铝6～15份、火山石粉10～15份、活性炭3～15份、抗菌剂1～8份；所述涂层包括如下重量份数的制备原料：膨润土10～35份、高岭土35～55份、负离子粉20～60份、氧化钴1～5份、二氧化钛2～8份。
优选的，所述基体包括如下重量份数的制备原料：高岭土40～50份、蒙脱石粉3～8份、羟丙基纤维素3～5份、氧化铝8～12份、火山石粉12～14份、活性炭5～8份、抗菌剂2～5份；所述涂层包括如下重量份数的制备原料：膨润土10～35份、高岭土35～55份、负离子粉30～50份、氧化钴2～3份、二氧化钛3～6份。
优选的，所述抗菌剂为氧化铈和氧化银。
优选的，所述抗菌剂中氧化铈和氧化银的质量比为2～10∶10～30。
优选的，所述负离子粉的释放量为800～2500个/cm3。
本发明提供了上述技术方案所述功能陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)将基体的制备原料与水混合，将所得混合物进行定型，得到坯体；
2)将涂层的制备原料与水混合，得到釉水；
3)利用所述釉水对坯体进行上釉，然后将所得坯体进行烧结，得到功能陶瓷；
其中，所述步骤1)和步骤2)无先后顺序限定。
优选的，所述步骤1)中的水与基体制备原料总重量的比为1∶1.2～2.0。
优选的，所述步骤2)中的水与涂层制备原料总重量的比为2～8∶1。
优选的，所述步骤1)和步骤2)中的混合在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速为100～300r/min。
优选的，所述步骤3)中烧结的温度为1200～1500℃，时间为10～20h。
本发明提供了一种抗菌功能陶瓷及其制备方法，本发明功能陶瓷的基体中，利用蒙脱石、羟丙基纤维素的粘结特性，利用火山石粉与活性炭对抗菌剂的强吸附性能，能够得到具有抗菌功能的坯体；本发明功能陶瓷的涂层中，选择负离子粉和tio2作为负离子发生剂，能够产生负离子，具有优异的抗菌效果；本发明通过各原料组分的协同配合，得到的功能陶瓷具有优异的抗菌杀菌效果。根据实施例可知，本发明的功能陶瓷对金黄色葡萄球菌的平均抗菌率为99.5％，对大肠杆菌的平均抗菌率为99.8％，符合中华人民共和国抗菌陶瓷制品抗菌性能标准jc-t897-2002。
具体实施方式
本发明提供了一种抗菌功能陶瓷，包括基体和基体表面的涂层，所述基体包括如下重量份数的制备原料：高岭土35～55份、蒙脱石粉2～10份、羟丙基纤维素2～6份、氧化铝6～15份、火山石粉10～15份、活性炭3～15份、抗菌剂1～8份；所述涂层包括如下重量份数的制备原料：膨润土10～35份、高岭土35～55份、负离子粉20～60份、氧化钴1～5份、二氧化钛2～8份。
在本发明中，所述基体优选包括如下重量份数的制备原料：高岭土40～50份、蒙脱石粉3～8份、羟丙基纤维素3～5份、氧化铝8～12份、火山石粉12～14份、活性炭5～8份、抗菌剂2～5份；所述涂层优选包括如下重量份数的制备原料：膨润土10～35份、高岭土35～55份、负离子粉30～50份、氧化钴2～3份、二氧化钛3～6份。
本发明中基体的制备原料包括蒙脱石粉2～10份，优选为4～8份，更优选为5～6份。本发明利用蒙脱石粉的粘结性能，增强与抗菌剂的结合能力，充分发挥抗菌剂的抗菌功能。
以蒙脱石粉的重量份数为基准，本发明中基体的制备原料包括高岭土35～55份，优选为40～50份，更优选为42～46份。本发明利用高岭土的强可塑性对陶瓷进行定型，同时高岭土与其他原料配合，能够增强陶瓷的硬度和韧性，保证功能陶瓷的基础机械性能。
以蒙脱石粉的重量份数为基准，本发明中基体的制备原料包括羟丙基纤维素2～6份，优选为3～5份。本发明利用羟丙基纤维素作为粘结剂，与蒙脱石粉共同作用，能够增强与抗菌剂的粘结性能，从而充分发挥抗菌剂的抗菌性能。
以蒙脱石粉的重量份数为基准，本发明中基体的制备原料包括氧化铝6～15份，优选为8～12份，更优选为9～10份。本发明利用氧化铝作为功能填料，与其他原料发挥协同作用，保证功能陶瓷的基础机械性能。
以蒙脱石粉的重量份数为基准，本发明中基体的制备原料包括火山石粉10～15份，优选为11～14份，更优选为12～13份。本发明利用火山石粉的强吸附特性吸附抗菌剂，将抗菌剂牢固结合于功能陶瓷的基体中，增强功能陶瓷的抗菌性能。
以蒙脱石粉的重量份数为基准，本发明中基体的制备原料包括活性炭3～15份，优选为5～12份，更优选为7～10份。本发明利用活性炭与火山石粉配合作用，发挥强吸附性能，增强抗菌剂与基体原料的结合力，保证功能陶瓷的抗菌效果。
以蒙脱石粉的重量份数为基准，本发明中基体的制备原料包括抗菌剂1～8份，优选为2～6份，更优选为3～5份。本发明将抗菌剂与其他原料配合使用，能够增强陶瓷的抗菌性能。在本发明中，所述抗菌剂优选为氧化铈和氧化银；所述抗菌剂中氧化铈和氧化银的质量比优选为2～10∶10～30，更优选为4～8∶15～25。
本发明中涂层的制备原料包括膨润土10～35份，优选为15～30份，更优选为20～25份。本发明将膨润土作为涂层原料，利用膨润土的粘附特性与其他原料结合，保证功能陶瓷基本的机械性能。
以膨润土的重量份数为基准，本发明中涂层的制备原料包括高岭土35～55份，优选为40～50份，更优选为42～48份。本发明利用高岭土的强可塑性对陶瓷进行定型，同时高岭土与其他原料配合，能够增强陶瓷的硬度和韧性，保证功能陶瓷的基本机械性能。
以膨润土的重量份数为基准，本发明中涂层的制备原料包括氧化钴1～5份，优选为2～4份。本发明利用氧化钴作为功能填料，与其他原料配合使用，保证功能陶瓷涂层的基本强度等机械性能。
以膨润土的重量份数为基准，本发明中涂层的制备原料包括负离子粉20～60份，优选为30～50份，更优选为35～45份。在本发明中，所述负离子粉的释放量优选为800～2500个/cm3，更优选为1000～2000个/cm3。本发明利用负离子粉能够释放负离子且能放射远红外线从而实现杀菌抑菌的特性，增强功能陶瓷的抗菌性能。
以膨润土的重量份数为基准，本发明中涂层的制备原料包括二氧化钛2～8份，优选为3～6份，更优选为4～5份。本发明利用二氧化钛与负离子粉作为负离子发生剂，能够产生负离子，发挥抗菌作用。
本发明对所述原料的来源没有特殊的限制，选用本领域技术人员熟知来源的原料即可，具体的如市售原料。
本发明提供了上述技术方案所述功能陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
1)将基体的制备原料与水混合，将所得混合物进行定型，得到坯体；
2)将涂层的制备原料与水混合，得到釉水；
3)利用所述釉水对坯体进行上釉，然后将所得坯体进行烧结，得到功能陶瓷；
其中，所述步骤1)和步骤2)无先后顺序限定。
本发明将基体的制备原料与水混合，将所得混合物进行定型，得到坯体。本发明优选先将蒙脱石粉、羟丙基纤维素与水混合，得到悬浮液；然后向所述悬浮液中依次加入活性炭、火山石粉和抗菌剂，得到凝液；再向所述凝液中加入高岭土和氧化铝，然后将所得混合物进行定型，得到坯体。
本发明将蒙脱石粉、羟丙基纤维素与水混合，得到悬浮液。在本发明中，所述水与基体制备原料总重量的比优选为1∶1.2～2.0，更优选为1∶1.5～1.8。本发明优选先将蒙脱石粉与羟丙基纤维素混合后，再将所得混合物与水混合，能够充分发挥蒙脱石粉和羟丙基纤维素的粘结性。
得到悬浮液后，本发明向所述悬浮液中依次加入活性炭、火山石粉和抗菌剂，得到凝液。本发明优选先将活性炭和火山石粉混合，得到混合粉末，再向所述悬浮液中依次加入所述混合粉末和抗菌剂，能够保证活性炭和火山石粉对抗菌剂的吸附性能。
得到凝液后，本发明向所述凝液中加入高岭土和氧化铝，然后将所得混合物进行定型，得到坯体。本发明对所述定型的方式没有特殊的限定，选用本领域技术人员熟知的方式进行定型即可。
本发明将涂层的制备原料与水混合，得到釉水。在本发明中，所述水与涂层制备原料总重量的比优选为2～8∶1，更优选为3～6∶1。本发明对所述涂层原料的混合顺序没有特殊的限定，直接将涂层原料与水混合即可。
得到坯体和釉水后，本发明利用所述釉水对坯体进行上釉，然后将所得坯体进行烧结，得到功能陶瓷。在本发明中，所述烧结的温度优选为1200～1500℃，更优选为1300～1400℃，时间优选为10～20h，更优选为13～18h。本发明对所述上釉的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式进行上釉即可。
制备坯体和釉水时，本发明优选在搅拌条件下进行制备原料的混合过程，所述搅拌的转速优选为100～300r/min，更优选为150～250r/min，所述搅拌的时间优选为10～30min，更优选为15～25min。本发明通过搅拌将各原料混合，能够使得抗菌剂均匀分布于功能陶瓷中，增强功能陶瓷的抗菌性能。
下面结合实施例对本发明提供的抗菌功能陶瓷及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
按照如下重量份数称取基体原料：高岭土35份、蒙脱石粉2份、羟丙基纤维素2份、氧化铝6份、火山石粉10份，活性炭3份、抗菌剂(氧化铈∶氧化银＝4∶15)1份；将蒙脱石粉和羟丙基纤维素混合，再在100r/min转速条件下将所得混合物与水(40份)混合，得到悬浮液；将所述活性炭和火山石粉混合，得到混合粉末，在120r/min转速条件下向所述悬浮液中依次加入混合粉末和抗菌剂，得到凝液；在110r/min转速条件下，向所述凝液中加入高岭土和氧化铝，然后将所得混合物进行定型，得到坯体；
按照如下重量份数称取涂层原料：膨润土10份，高岭土35份，负离子粉20份，氧化钴1份，二氧化钛2份；在150r/min转速条件下将膨润土、高岭土、负离子粉、氧化钴、二氧化钛与水(150份)混合，得到釉水；
利用所述釉水对坯体进行上釉，然后在1200℃条件下将所得坯体进行烧结12h，得到功能陶瓷。
实施例2
按照如下重量份数称取基体原料：高岭土40份、蒙脱石粉5份、羟丙基纤维素4份、氧化铝10份、火山石粉12份，活性炭10份、抗菌剂(氧化铈∶氧化银＝6∶20)5份；将蒙脱石粉和羟丙基纤维素混合，再在150r/min转速条件下将所得混合物与水(60份)混合，得到悬浮液；将所述活性炭和火山石粉混合，得到混合粉末，在180r/min转速条件下向所述悬浮液中依次加入混合粉末和抗菌剂，得到凝液；在160r/min转速条件下，向所述凝液中加入高岭土和氧化铝，然后将所得混合物进行定型，得到坯体；
按照如下重量份数称取涂层原料：膨润土20份，高岭土40份，负离子粉30份，氧化钴3份，二氧化钛6份，在180r/min转速条件下将涂层原料与水(200份)混合，得到釉水；
利用所述釉水对坯体进行上釉，然后在1300℃条件下将所得坯体进行烧结15h，得到功能陶瓷。
实施例3
按照如下重量份数称取基体原料：高岭土55份、蒙脱石粉10份、羟丙基纤维素6份、氧化铝15份、火山石粉15份，活性炭15份、抗菌剂(氧化铈∶氧化银＝8∶25)8份；按照基体原料配比分别称取各原料，将蒙脱石粉和羟丙基纤维素混合，再在210r/min转速条件下将所得混合物与水(85份)混合，得到悬浮液；将所述活性炭和火山石粉混合，得到混合粉末，在180r/min转速条件下向所述悬浮液中依次加入混合粉末和抗菌剂，得到凝液；在250r/min转速条件下，向所述凝液中加入高岭土和氧化铝，然后将所得混合物进行定型，得到坯体；
按照如下重量份数称取涂层原料：膨润土35份，高岭土55份，负离子粉60份，氧化钴5份，二氧化钛8份，在220r/min转速条件下将涂层原料与水(350份)混合，得到釉水；
利用所述釉水对坯体进行上釉，然后在1500℃条件下将所得坯体进行烧结20h，得到功能陶瓷。
对比例1
按照如下重量份数称取基体原料：高岭土55份、蒙脱石粉10份、羟丙基纤维素6份、氧化铝15份、火山石粉15份，活性炭15份；将蒙脱石粉和羟丙基纤维素混合，再在210r/min转速条件下将所得混合物与水(85份)混合，得到悬浮液；将所述活性炭和火山石粉混合，得到混合粉末，在180r/min转速条件下向所述悬浮液中加入混合粉末，得到凝液；在250r/min转速条件下，向所述凝液中加入高岭土和氧化铝，然后将所得混合物进行定型，得到坯体；
按照如下重量份数称取涂层原料：膨润土35份，高岭土55份，负离子粉60份，氧化钴5份，二氧化钛8份，在220r/min转速条件下将涂层原料与水(350份)混合，得到釉水；
利用所述釉水对坯体进行上釉，然后在1500℃条件下将所得坯体进行烧结20h，得到功能陶瓷。
对比例2
按照如下重量份数称取基体原料：高岭土55份、蒙脱石粉10份、羟丙基纤维素6份、氧化铝15份、火山石粉15份，活性炭15份、抗菌剂(氧化铈∶氧化银＝8∶25)8份；将蒙脱石粉和羟丙基纤维素混合，再在210r/min转速条件下将所得混合物与水(85份)混合，得到悬浮液；将所述活性炭和火山石粉混合，得到混合粉末，在180r/min转速条件下向所述悬浮液中依次加入混合粉末和抗菌剂，得到凝液；在250r/min转速条件下，向所述凝液中加入高岭土和氧化铝，然后将所得混合物进行定型，得到坯体；
按照如下重量份数称取涂层原料：膨润土35份，高岭土55份，氧化钴5份，在220r/min转速条件下将涂层原料与水(350份)混合，得到釉水；
利用所述釉水对坯体进行上釉，然后在1500℃条件下将所得坯体进行烧结20h，得到功能陶瓷。
采用常规方法对实施例1～3和对比例1～2制备的功能陶瓷进行抗菌性测试，抗菌率结果见表1。
由以上实施例和对比例可知，本发明提供了一种抗菌功能陶瓷及其制备方法，本发明功能陶瓷的基体中，利用蒙脱石、羟丙基纤维素的粘结特性，利用火山石粉与活性炭对抗菌剂的强吸附性能，能够得到具有抗菌功能的坯体；本发明功能陶瓷的涂层中，选择负离子粉和tio2作为负离子发生剂，能够产生负离子，具有优异的抗菌效果；本发明通过各原料组分的协同配合，得到的功能陶瓷具有优异的抗菌杀菌效果。根据实施例可知，本发明的功能陶瓷对金黄色葡萄球菌的平均抗菌率为99.5％，对大肠杆菌的平均抗菌率为99.8％，符合中华人民共和国抗菌陶瓷制品抗菌性能标准jc-t897-2002。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。