一种抗菌陶瓷釉料及其制备方法与流程

本发明涉及陶瓷制备领域，尤其是一种抗菌陶瓷釉料及其制备方法。

背景技术：

近年来，人们采用多种复配方式制备出复合型抗菌材料，克服了无机抗菌剂抗菌谱的局限性及有机抗菌剂易洗脱、耐热性能的不足，工业发达国家就在医院、餐厅、高级住宅开始使用抗菌卫生陶瓷制品。

cn204687461u公开了一种抗菌陶瓷包括陶瓷基体层；至少一抗菌层，所述抗菌层附于所述陶瓷基体层的表面，其中，所述抗菌层是二氧化钛层；至少一辅助抗菌层，所述辅助抗菌层附于所述陶瓷基体层与所述抗菌层之间，其中，所述辅助抗菌层是银离子抗菌层；以及一增附层，所述增附层附于所述抗菌陶瓷的外表面。

cn105036804a公开了一种养生抗菌陶瓷釉是由以下材料质量份数组成：贝壳10～30份、骨粉5～15份、三氧化二铝5～10份，三氧化二铁0.1～0.5份、锂辉石5～15份、氧化锡3～10份、德化矿石10～30份、水晶石5～10份、滑石1～5份、硅藻泥2～10；另加上普通透明釉的基础配方：石灰石10～15份、长石20～30份、锌1～5份、石英20～30份、碳酸镁1～4份；该发明抗菌釉制成的抗菌陶瓷亲和人体，多种元素是人体所需；成本比银系控菌低，应用范围广，并可做成各种颜色的抗菌陶瓷；杀菌率高，对大肠杆菌抗菌率达98.7％～99.3％，对金黄色葡萄球菌抗菌率达99.95％；该发明抗菌陶瓷釉适用各类日用陶瓷类及各类卫生洁具，工艺陶瓷类等，也可做各种颜色抗菌陶瓷的生产。

cn1240643c涉及一种使陶瓷或搪瓷物品表面带有抗菌功能的釉液及其用途。该抗菌釉液包含抗菌剂和水等成分，其组分(重量)为低温抗菌剂或高温抗菌剂1-7份、粘合剂0.2-4份、分散剂0.1-0.5份、消泡剂0.1-1份、溶剂7-10份、水90-100份。可用于各种陶瓷或搪瓷物品的坯上、半成品、成品上，采用喷挂、刷涂、浸溃等方式使用品具有良好持久的抗菌功能。

以上专利以及现有技术的抗菌陶瓷釉料一般有效成分是光敏的二氧化钛，但还是这种抗菌陶瓷釉料受光照限制较大，特别是掺钛釉料的抗菌陶瓷中本身分布于表面的二氧化钛相对比较少，而且经过高温烧制后，大部分二氧化钛转变为光催化活性较差的金红石型，非常影响了抗菌效果。

技术实现要素：

本发明提供了一种抗菌陶瓷釉料及其制备方法。

一种抗菌陶瓷釉料及其制备方法，其方案如下：

按照质量份数，将13-17份的二氧化硅、1-4份的氧化铜、0.5-8份的氧化铬、0.5-2份的三氧化二硼、5-10份的硅酸钠、0.1-0.5份的氧化铈、0.2-0.8份的氧化锰、5-9份的石灰釉、4-12份的硅灰石、1-7份的白云石加入到粉碎机中进行粉碎处理，得到混合料；将混合料在保护气保护下于700-800℃下熔炼60-120min，然后升温到1000-1200℃，继续熔60-180min，完成熔炼后急冷水淬，得到块状釉料；将20-35份的得到的釉料混合40-65份的石墨烯铜掺杂纳米二氧化钛溶胶混合后经湿法球磨10-30h，完成后过筛除杂得到釉浆，将釉浆涂布到陶瓷素坯表面，40-80℃干燥30-60min，取出室温放置20-30h，重复涂布3-5次，然后在保护气保护下于1000-1200℃下烧制15-45min，冷却后，得到所述的一种抗菌陶瓷釉料。

所述的石墨烯铜掺杂纳米二氧化钛溶胶为一种石墨烯铜掺杂纳米二氧化钛溶胶，其制备方法为：

按照质量份数，将11.5-18.6份的偏钛酸加入到200-300份的水中，搅拌混合均匀后加热至沸腾，然后将10.2-15.4份的浓硫酸缓慢加入到反应釜中，控制20-60min加入完毕，然后继续反应60-90min，完成反应后静置陈化24-36h，过滤后用氨水调节ph值为5-7，出现白色沉淀，陈化10-20h，后过滤出，洗涤后将得到的沉淀分散于180-260份的1％-5％的硝酸中，反应60-120min，然后再加入0.18-1.4份的石墨烯掺杂铜硅烷，和0.3-2.4份的水合肼，用280nm-385nm波长范围的紫外线，将辐照强度控制在100-240w/m²照射24-48h，即可得到所述一种石墨烯铜掺杂纳米二氧化钛溶胶。

所述的石墨烯掺杂铜硅烷首先用r-乙烯基三乙氧基硅烷对氧化石墨烯进行预处理，表面接枝上烯丙基硅烷后还原，再以甲基丙烯酸铜为单体，在过硫酸铵的作用下聚合反应，在石墨烯表面引入超支化结构，抽滤，洗涤，得到石墨烯掺杂铜硅烷。其原理如下式：

石墨烯掺杂铜硅烷制备方法为：

步骤1：按照质量份数，将2-7份氧化石墨和20-36份r-乙烯基三乙氧基硅烷混合，加入100～1000份白油，调节ph值为3～6，用超声波分散1～4h，然后在40℃-80℃反应2-6h；之后加入20～31份水合肼及10～18份氨水，在50℃-80℃进行还原，反应2-6h后，抽滤，洗涤，真空干燥，得到乙烯基硅烷接枝的石墨烯；

步骤2：按照质量份数，10-20份乙烯基硅烷接枝的石墨烯与40-50份甲基丙烯酸铜混合，加入0.05-0.4份过硫酸铵，500～1000份溶剂油，0.5-2份明胶，在氮气保护条件下于80℃-90℃下反应3-10小时后，过滤，洗涤，烘干，即得石墨烯掺杂铜硅烷。

所述的保护气为0.1％-0.5％氢气的高纯氮气。

所述的混合料的平均粒径为50-200微米。

所述的釉浆涂布方式为涂刷或喷涂。

所述的急冷水淬水温为10-30℃。

所述的石灰釉氧化钙含量为14-19％。

本发明的一种抗菌陶瓷釉料及其制备方法，本发明生产的一种抗菌陶瓷釉料采用一种石墨烯掺杂铜硅烷与二氧化钛复合的溶胶抗菌剂，具有光催化抗菌剂和石墨烯掺杂铜硅烷双重抗菌作用，石墨烯掺杂铜硅烷可以增强光催化性能；而二氧化钛能解决银系抗菌剂缓释和发黑问题，乙烯基硅烷接枝的石墨烯与甲基丙烯酸铜，二氧化钛结合的协同作用给材料提供更加持久和稳定的抗菌性能。本发明的一种抗菌陶瓷釉料成本低，抗菌效果强，抗菌性能持久，有希望应用于抗菌、抗霉、抗腐等各种陶瓷产品领域。

附图说明

图1为实施例1制备的抗菌陶瓷片sem扫描电子显微镜照片，放大4000倍。

具体实施方式

下面通过具体实施例对该发明作进一步说明：

按照《抗菌陶瓷制品抗菌性能jc/t897-2014代替jc/t897-2002》，检测所制备陶瓷的抗菌性能，所述的试验菌种为金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。

分别将上釉后的陶瓷片依次放入3％的盐酸，5％烧碱，5％洗洁精和清水中各浸渍一周时间，然后按照《抗菌陶瓷制品抗菌性能jc/t897-2014代替jc/t897-2002》，检测了所制备陶瓷的抗菌性能，所述的试验菌种为金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。检测其杀菌效果，以评价陶瓷釉料的耐腐蚀性。

实施例1

一种抗菌陶瓷釉料及其制备方法，其方案如下：

将13克二氧化硅、1克氧化铜、0.5克氧化铬、0.5克三氧化二硼、5克硅酸钠、0.1克氧化铈、0.2克氧化锰、5克石灰釉、4克硅灰石、1克白云石加入到粉碎机中进行粉碎处理，得到混合料；将混合料在保护气保护下于700℃下熔炼60min，然后升温到1000℃，继续熔60min，完成熔炼后急冷水淬，得到块状釉料；将20克得到的釉料混合40克石墨烯铜掺杂纳米二氧化钛溶胶混合后经湿法球磨10h，完成后过筛除杂得到釉浆，将釉浆涂布到陶瓷素坯表面，40℃干燥60min，取出室温放置20h，重复涂布3次，然后在保护气保护下于1000℃下烧制15min，冷却后，得到所述的一种抗菌陶瓷釉料。

将11.5克的偏钛酸加入到200克的水中，搅拌混合均匀后加热至沸腾，然后将10.2克的浓硫酸缓慢加入到反应釜中，控制20min加入完毕，然后继续反应60min，完成反应后静置陈化24h，过滤后用氨水调节ph值为5，出现白色沉淀，陈化10h，后过滤出，洗涤后将得到的沉淀分散于180克的1％的硝酸中，反应60min，然后再加入0.18克的石墨烯掺杂铜硅烷，和0.3克的水合肼，用280nm波长范围的紫外线，将辐照强度控制在100w/m²照射24h，即可得到所述一种石墨烯铜掺杂纳米二氧化钛溶胶。

所述的保护气为0.1％氢气的高纯氮气。

所述的混合料的平均粒径为50微米。

所述的釉浆涂布方式为涂刷。

所述的急冷水淬水温为10℃。

所述的石灰釉氧化钙含量为14％。

石墨烯掺杂铜硅烷制备方法为：

步骤1：将2克氧化石墨和20克r-乙烯基三乙氧基硅烷混合，加入100克白油，调节ph值为3，用超声波分散1h，然后在40℃反应2h；之后加入20克水合肼及10克氨水，在50℃进行还原，反应2h后，抽滤，洗涤，真空干燥，得到乙烯基硅烷接枝的石墨烯；

步骤2：10克乙烯基硅烷接枝的石墨烯与40克甲基丙烯酸铜混合，加入0.05克过硫酸铵，500克溶剂油，0.5克明胶，在氮气保护条件下于80℃下反应3小时后，过滤，洗涤，烘干，即得石墨烯掺杂铜硅烷。

本实验制备的陶瓷釉料的大肠杆菌杀菌率为100％，经过腐蚀性测试后材料的杀菌率为89.1％，金黄色葡萄球菌杀菌率为100％，经过腐蚀性测试后材料的杀菌率为85.9％。

实施例2

一种抗菌陶瓷釉料及其制备方法，其方案如下：

将15克二氧化硅、2克氧化铜、4克氧化铬、1克三氧化二硼、8克硅酸钠、0.3克氧化铈、0.5克氧化锰、7克石灰釉、8克硅灰石、3克白云石加入到粉碎机中进行粉碎处理，得到混合料；将混合料在保护气保护下于750℃下熔炼90min，然后升温到1100℃，继续熔120min，完成熔炼后急冷水淬，得到块状釉料；将28克得到的釉料混合55克石墨烯铜掺杂纳米二氧化钛溶胶混合后经湿法球磨20h，完成后过筛除杂得到釉浆，将釉浆涂布到陶瓷素坯表面，60℃干燥40min，取出室温放置25h，重复涂布4次，然后在保护气保护下于1100℃下烧制35min，冷却后，得到所述的一种抗菌陶瓷釉料。

将15克的偏钛酸加入到220克的水中，搅拌混合均匀后加热至沸腾，然后将14.5克的浓硫酸缓慢加入到反应釜中，控制40min加入完毕，然后继续反应70min，完成反应后静置陈化28h，过滤后用氨水调节ph值为5.5，出现白色沉淀，陈化16h，后过滤出，洗涤后将得到的沉淀分散于190克的3％的硝酸中，反应110min，然后再加入0.6克的石墨烯掺杂铜硅烷，和0.9克的水合肼，用322nm波长范围的紫外线，将辐照强度控制在150w/m²照射30h，即可得到所述一种石墨烯铜掺杂纳米二氧化钛溶胶。

石墨烯掺杂铜硅烷制备方法为：

步骤1：将5克氧化石墨和26克r-乙烯基三乙氧基硅烷混合，加入400克白油，调节ph值为4，用超声波分散2h，然后在60℃反应5h；之后加入24克水合肼及15克氨水，在60℃进行还原，反应4h后，抽滤，洗涤，真空干燥，得到乙烯基硅烷接枝的石墨烯；

步骤2：15克乙烯基硅烷接枝的石墨烯与42克甲基丙烯酸铜混合，加入0.1克过硫酸铵，600克溶剂油，0.9克明胶，在氮气保护条件下于85℃下反应5小时后，过滤，洗涤，烘干，即得石墨烯掺杂铜硅烷。

所述的保护气为0.3％氢气的高纯氮气。

所述的混合料的平均粒径为100微米。

所述的釉浆涂布方式为喷涂。

所述的急冷水淬水温为20℃。

所述的石灰釉氧化钙含量为15％。

本实验制备的陶瓷釉料的大肠杆菌杀菌率为100％，经过腐蚀性测试后材料的杀菌率为85.2％，金黄色葡萄球菌杀菌率为100％，经过腐蚀性测试后材料的杀菌率为83.1％。

实施例3

一种抗菌陶瓷釉料及其制备方法，其方案如下：

将17克二氧化硅、4克氧化铜、8克氧化铬、2克三氧化二硼、10克硅酸钠、0.5克氧化铈、0.8克氧化锰、9克石灰釉、12克硅灰石、7克白云石加入到粉碎机中进行粉碎处理，得到混合料；将混合料在保护气保护下于800℃下熔炼120min，然后升温到1200℃，继续熔180min，完成熔炼后急冷水淬，得到块状釉料；将35克得到的釉料混合65克石墨烯铜掺杂纳米二氧化钛溶胶混合后经湿法球磨30h，完成后过筛除杂得到釉浆，将釉浆涂布到陶瓷素坯表面，80℃干燥60min，取出室温放置30h，重复涂布5次，然后在保护气保护下于1200℃下烧制45min，冷却后，得到所述的一种抗菌陶瓷釉料。

所述的石墨烯铜掺杂纳米二氧化钛溶胶为一种载银纳米二氧化钛溶胶，其制备方法为：

将18.6克的偏钛酸加入到300克的水中，搅拌混合均匀后加热至沸腾，然后将15.4克的浓硫酸缓慢加入到反应釜中，控制60min加入完毕，然后继续反应90min，完成反应后静置陈化36h，过滤后用氨水调节ph值为7，出现白色沉淀，陈化20h，后过滤出，洗涤后将得到的沉淀分散于260克的5％的硝酸中，反应120min，然后再加入1.4克的石墨烯掺杂铜硅烷，和2.4克的水合肼，用385nm波长范围的紫外线，将辐照强度控制在240w/m²照射48h，即可得到所述一种石墨烯铜掺杂纳米二氧化钛溶胶。

所述的保护气为0.5％氢气的高纯氮气。

所述的混合料的平均粒径为200微米。

所述的釉浆涂布方式为喷涂。

所述的急冷水淬水温为30℃。

所述的石灰釉氧化钙含量为19％。

石墨烯掺杂铜硅烷制备方法为：

步骤1：将7克氧化石墨和36克r-乙烯基三乙氧基硅烷混合，加入1000克白油，调节ph值为6，用超声波分散4h，然后在80℃反应6h；之后加入31克水合肼及18克氨水，在80℃进行还原，反应6h后，抽滤，洗涤，真空干燥，得到乙烯基硅烷接枝的石墨烯；

步骤2：20克乙烯基硅烷接枝的石墨烯与50克甲基丙烯酸铜混合，加入0.4克过硫酸铵，1000克溶剂油，2克明胶，在氮气保护条件下于90℃下反应10小时后，过滤，洗涤，烘干，即得石墨烯掺杂铜硅烷。

本实验制备的陶瓷釉料的大肠杆菌杀菌率为100％，经过腐蚀性测试后材料的杀菌率为93.6％，金黄色葡萄球菌杀菌率为100％，经过腐蚀性测试后材料的杀菌率为90.8％。

对比例1

一种抗菌陶瓷釉料及其制备方法，其方案如下：

将13克二氧化硅、1克氧化铜、0.5克氧化铬、0.5克三氧化二硼、5克硅酸钠、0.1克氧化铈、0.2克氧化锰、5克石灰釉、4克硅灰石、1克白云石加入到粉碎机中进行粉碎处理，得到混合料；将混合料在保护气保护下于700℃下熔炼60min，然后升温到1000℃，继续熔60min，完成熔炼后急冷水淬，得到块状釉料；将20克得到的釉料混合40克石墨烯铜掺杂纳米二氧化钛溶胶混合后经湿法球磨10h，完成后过筛除杂得到釉浆，将釉浆涂布到陶瓷素坯表面，40℃干燥60min，取出室温放置20h，重复涂布3次，然后在保护气保护下于1000℃下烧制15min，冷却后，得到所述的一种抗菌陶瓷釉料。

将11.5克的偏钛酸加入到200克的水中，搅拌混合均匀后加热至沸腾，然后将10.2克的浓硫酸缓慢加入到反应釜中，控制20min加入完毕，然后继续反应60min，完成反应后静置陈化24h，过滤后用氨水调节ph值为5，出现白色沉淀，陈化10h，后过滤出，洗涤后将得到的沉淀分散于180克的1％的硝酸中，反应60min，然后再加入0.18克的石墨烯掺杂铜硅烷，和0.3克的水合肼，用280nm波长范围的紫外线，将辐照强度控制在100w/m²照射24h，即可得到所述一种石墨烯铜掺杂纳米二氧化钛溶胶。

所述的保护气为0.1％氢气的高纯氮气。

所述的混合料的平均粒径为50微米。

所述的釉浆涂布方式为涂刷。

所述的急冷水淬水温为10℃。

所述的石灰釉氧化钙含量为14％。

石墨烯掺杂铜硅烷制备方法为：

步骤1：将2克氧化石墨和20克r-乙烯基三乙氧基硅烷混合，加入100克白油，调节ph值为3，用超声波分散1h，然后在40℃反应2h；之后加入20克水合肼及10克氨水，在50℃进行还原，反应2h后，抽滤，洗涤，真空干燥，得到乙烯基硅烷接枝的石墨烯；

步骤2：10克乙烯基硅烷接枝的石墨烯混合，加入0.05克过硫酸铵，500克溶剂油，0.5克明胶，在氮气保护条件下于80℃下反应3小时后，过滤，洗涤，烘干，即得石墨烯掺杂铜硅烷。

本实验制备的陶瓷釉料的大肠杆菌杀菌率为93.3％，经过腐蚀性测试后材料的杀菌率为78.5％，金黄色葡萄球菌杀菌率为90。5％，经过腐蚀性测试后材料的杀菌率为73.3％。

对比例2

一种抗菌陶瓷釉料及其制备方法，其方案如下：

将13克二氧化硅、1克氧化铜、0.5克氧化铬、0.5克三氧化二硼、5克硅酸钠、0.1克氧化铈、0.2克氧化锰、5克石灰釉、4克硅灰石、1克白云石加入到粉碎机中进行粉碎处理，得到混合料；将混合料在保护气保护下于700℃下熔炼60min，然后升温到1000℃，继续熔60min，完成熔炼后急冷水淬，得到块状釉料；将20克得到的釉料混合40克水混合后经湿法球磨10h，完成后过筛除杂得到釉浆，将釉浆涂布到陶瓷素坯表面，40℃干燥60min，取出室温放置20h，重复涂布3次，然后在保护气保护下于1000℃下烧制15min，冷却后，得到所述的一种抗菌陶瓷釉料。

所述的保护气为0.1％氢气的高纯氮气。

所述的混合料的平均粒径为50微米。

所述的釉浆涂布方式为涂刷。

所述的急冷水淬水温为10℃。

所述的石灰釉氧化钙含量为14％。

本实验制备的陶瓷釉料的大肠杆菌杀菌率为54.7％，经过腐蚀性测试后材料的杀菌率为36.2％，金黄色葡萄球菌杀菌率为51.9％，经过腐蚀性测试后材料的杀菌率为28.9％。

对比例3

将13克二氧化硅、1克氧化铜、0.5克氧化铬、0.5克三氧化二硼、5克硅酸钠、0.1克氧化铈、0.2克氧化锰、5克石灰釉、4克硅灰石、1克白云石加入到粉碎机中进行粉碎处理，得到混合料；将混合料在保护气保护下于700℃下熔炼60min，然后升温到1000℃，继续熔60min，完成熔炼后急冷水淬，得到块状釉料；将20克得到的釉料混合40克水混合后经湿法球磨10h，完成后过筛除杂得到釉浆，将釉浆涂布到陶瓷素坯表面，40℃干燥60min，取出室温放置20h，重复涂布3次，然后在保护气保护下于1000℃下烧制15min，冷却后，得到所述的一种抗菌陶瓷釉料。

将11.5克的偏钛酸加入到200克的水中，搅拌混合均匀后加热至沸腾，然后将10.2克的浓硫酸缓慢加入到反应釜中，控制20min加入完毕，然后继续反应60min，完成反应后静置陈化24h，过滤后用氨水调节ph值为5，出现白色沉淀，陈化10h，后过滤出，洗涤后将得到的沉淀分散于180克的1％的硝酸中，反应60min，然后再加入0.18克的石墨烯掺杂铜硅烷，和0.3克的水合肼，用280nm波长范围的紫外线，将辐照强度控制在100w/m²照射24h，即可得到所述一种石墨烯铜掺杂纳米二氧化钛溶胶。

所述的保护气为0.1％氢气的高纯氮气。

所述的混合料的平均粒径为50微米。

所述的釉浆涂布方式为涂刷。

所述的急冷水淬水温为10℃。

所述的石灰釉氧化钙含量为14％。

石墨烯掺杂铜硅烷制备方法为：

步骤2：10克石墨烯与40克甲基丙烯酸铜混合，加入0.05克过硫酸铵，500克溶剂油，0.5克明胶，在氮气保护条件下于80℃下反应3小时后，过滤，洗涤，烘干，即得石墨烯掺杂铜硅烷。

本实验制备的陶瓷釉料的大肠杆菌杀菌率为90.6％，经过腐蚀性测试后材料的杀菌率为83.9％，金黄色葡萄球菌杀菌率为89.9％，经过腐蚀性测试后材料的杀菌率为80.6％。