一种具有掺杂金属氧化物的纳米抗菌陶瓷及其制作工艺的制作方法

[0001]
本发明属于功能性陶瓷领域，具体涉及一种具有掺杂金属氧化物的纳米抗菌陶瓷及其制作工艺。


背景技术：

[0002]
随着人们生活水平的不断能提高，陶瓷生产也得到了迅猛的发展，抗菌陶瓷是一种保护环境的新型功能材料,抗菌陶瓷制品因其持久的杀菌、灭菌效果而广泛应用于日常生活中，将其制造成为抗菌餐具，可以减少人类在食用食品过程中进入口腔的细菌。
[0003]
现有的抗菌陶瓷通常是通过在陶瓷表明上一层抗菌釉面实现抗菌功能，如公开号为cn1279222a公开的无机抗菌陶瓷及生产工艺，该种抗菌陶瓷的制备方法是将抗菌粉加入普通釉料中制成纳米抗菌釉料，接着将纳米抗菌釉料施于普通坯体上烧制成的陶瓷器。另一种是通过在坯体和釉料中同时加入一定量的抗菌剂，但公知的，釉一般以石英、长石、粘土为原料，经一定温度的焙烧而熔融，成陶瓷表面的玻璃质薄层，虽然日用陶瓷一般是1mm以内，但在坯体中加入抗菌剂也很难透过釉层起到实际的抗菌作用，抗菌效果不佳；另外，日用陶瓷的釉层薄，因此抗菌粉在日用瓷器的整体原料中占的比例少，以碗为例的日用陶瓷，通常在盛装食物时的时间也就只有1-2小时，需要长时间的静置才能有一定的抗菌效果，而因此在实际使用时抗菌的功能不能完全发挥；再者，日用陶瓷在使用过程经常会在清洁、使用、碰撞过程中导致釉面磨损，将抗菌粉添加于釉层中，在使用时的消耗大，影响抗菌效果的持续时间。为了解决上述问题，提供一种制作简单、提升抗菌效果、缩短抗菌产生时间、同时能使抗菌效果的长期有效的抗菌陶瓷，是抗菌陶瓷生产企业亟需解决的问题。


技术实现要素：

[0004]
为了解决上述问题，本发明提供一种具有掺杂金属氧化物的纳米抗菌陶瓷及其制作工艺，具体方案如下：
[0005]
具有掺杂金属氧化物的纳米抗菌陶瓷，包括具有掺杂金属氧化物的纳米抗菌陶瓷坯体，其中坯体的原料包括以下重量份的组分：包括具有掺杂金属氧化物的纳米抗菌陶瓷坯体，其中坯体的原料包括以下重量份的组分：高岭土30-40 份、硅藻土10-15份、蒙脱土5-10份、皂石10-15、骨灰5-10份、天然水晶 1-5份、二氧化铝1-5份、掺杂金属氧化物纳米抗菌剂5-10份、聚乙烯醇1-5 份、草酸钠1-5份。
[0006]
进一步的，纳米抗菌剂的原料组分包括纳米银、纳米氧化镁、纳米铜氧化物、纳米氧化锌、纳米氧化铈、纳米二氧化钛的化学掺杂型或物理混合型的混合物。
[0007]
进一步的，纳米铜氧化物为纳米氧化铜或纳米氧化亚铜，所述纳米氧化铈为纳米二氧化铈或纳米三氧化二铈。
[0008]
进一步的，纳米抗菌剂的原料组分包括纳米银、纳米氧化镁、纳米铜氧化物、纳米氧化锌、纳米氧化铈、纳米二氧化钛的比例为 1-2:2-4:1-2:0.3-0.6:0.5-1:2-4。
[0009]
进一步的，坯体的原料包括以下重量份的组分：高岭土38份、硅藻土14 份、蒙脱土
15份、蒙脱土5-10份、皂石10-15、骨灰5-10份、天然水晶1-5份、二氧化铝1-5份、掺杂金属氧化物纳米抗菌剂5-10份、聚乙烯醇 1-5份、草酸钠1-5份；
[0028]
纳米抗菌剂的原料组分包括纳米抗菌剂的原料组分包括纳米银、纳米氧化镁、纳米铜氧化物、纳米氧化锌、纳米氧化铈、纳米二氧化钛的化学掺杂型或物理混合型的混合物，其中纳米铜氧化物为纳米氧化铜或纳米氧化亚铜，所述纳米氧化铈为纳米二氧化铈或纳米三氧化二铈，优选的，纳米银、纳米氧化镁、纳米铜氧化物、纳米氧化锌、纳米氧化铈、纳米二氧化钛的比例为 1-2:2-4:1-2:0.3-0.6:0.5-1:2-4。
[0029]
上述具有掺杂金属氧化物的纳米抗菌陶瓷的制作工艺，包括以下步骤：
[0030]
步骤1，根据坯体的原料称重，将高岭土、硅藻土、蒙脱土、皂石、骨灰、天然水晶份、二氧化铝称重后混合，加入球磨机中混合球磨，获得泥浆，混合球磨时料：球：水的比例为1:2-3：1.5-2；
[0031]
步骤2，将步骤1获得的泥浆过筛、除铁至少两遍，浆过筛至少过500目的筛网，使用压滤机将泥浆中的含水量压滤至20-30％，将掺杂金属氧化物纳米抗菌剂、聚乙烯醇、草酸钠加入泥浆中充分混合，继续使用压滤机将泥浆中的含水量压滤至5-10％，获得坯泥；
[0032]
步骤3，坯泥经真空练泥后静置陈腐至少15天；
[0033]
步骤4，使用步骤3陈腐后的坯泥制成日用瓷器的坯体，坯体成型后，使用抛光机对坯体表面进行抛光，至坯体含水率为3-5％；
[0034]
步骤5，使用窑炉的余热对送入窑炉前的日用陶瓷坯体进行预热，预热温度为40-50℃，预热时间为10-15小时，将预热后的日用瓷器的坯体放入窑炉中烧制成型，烧成温度为1318-1321℃，步骤5中的烧成温度控制如下：
[0035]
缓速升温，窑炉通过3-4小时，从室温升温至600℃；
[0036]
快速升温，通过1-2小时从600℃升温至1050摄氏度，恒温保持2-3小时；
[0037]
保温烧成，通过1-2小时窑炉从1050摄氏度升温至烧成温度，并在到达烧成温度后半小时内降温5-10摄氏度，并在降温后的温度保持3-4小时；
[0038]
匀速降温，窑炉经过5-6小时降温至1050摄氏度，并在1050摄氏度下恒温1-2小时；
[0039]
缓速降温，将窑炉温度逐渐降低，经过8-10小时降温至室温。
[0040]
具体实施例一：
[0041]
具有掺杂金属氧化物的纳米抗菌陶瓷，包括具有掺杂金属氧化物的纳米抗菌陶瓷坯体，其中坯体的原料包括以下重量份的组分：高岭土38份、硅藻土14 份、蒙脱土8份、皂石13、骨灰6份、天然水晶4份、二氧化铝3份、掺杂金属氧化物纳米抗菌剂8份、聚乙烯醇4份、草酸钠2份；其中，纳米抗菌剂的原料组分包括纳米银1.5份、纳米氧化镁3份、纳米铜氧化物1.6份、纳米氧化锌0.6份、纳米二氧化铈0.8份、纳米二氧化钛2.1份。
[0042]
具体实施例二：
[0043]
具有掺杂金属氧化物的纳米抗菌陶瓷，包括具有掺杂金属氧化物的纳米抗菌陶瓷坯体，其中坯体的原料包括以下重量份的组分：高岭土38份、硅藻土14 份、蒙脱土8份、皂石13、骨灰6份、天然水晶4份、二氧化铝3份、掺杂金属氧化物纳米抗菌剂8份、聚乙烯醇4份、草酸钠2份；其中，纳米抗菌剂的原料组分包括纳米银1.1份、纳米氧化镁2.8份、纳米铜氧化物1.2份、纳米氧化锌0.4份、纳米二氧化铈0.7份、纳米二氧化钛3份。
[0044]
具体实施例三：
[0045]
具有掺杂金属氧化物的纳米抗菌陶瓷，包括具有掺杂金属氧化物的纳米抗菌陶瓷坯体，其中坯体的原料包括以下重量份的组分：高岭土38份、硅藻土14 份、蒙脱土8份、皂石13、骨灰6份、天然水晶4份、二氧化铝3份、掺杂金属氧化物纳米抗菌剂8份、聚乙烯醇4份、草酸钠2份；其中，纳米抗菌剂的原料组分包括纳米银1.8份、纳米氧化镁3.2份、纳米铜氧化物1.8份、纳米氧化锌0.4份、纳米二氧化铈0.4份、纳米二氧化钛2.2份。
[0046]
具体实施例四：
[0047]
具有掺杂金属氧化物的纳米抗菌陶瓷，包括具有掺杂金属氧化物的纳米抗菌陶瓷坯体，其中坯体的原料包括以下重量份的组分：高岭土38份、硅藻土14 份、蒙脱土8份、皂石13、骨灰6份、天然水晶4份、二氧化铝3份、掺杂金属氧化物纳米抗菌剂8份、聚乙烯醇4份、草酸钠2份；其中，纳米抗菌剂的原料组分包括纳米银1.6份、纳米氧化镁2.6份、纳米铜氧化物1.1份、纳米氧化锌0.5份、纳米二氧化铈0.4份、纳米二氧化钛2.9份。
[0048]
具体实施例五：
[0049]
具有掺杂金属氧化物的纳米抗菌陶瓷，包括具有掺杂金属氧化物的纳米抗菌陶瓷坯体，其中坯体的原料包括以下重量份的组分：高岭土38份、硅藻土14 份、蒙脱土8份、皂石13、骨灰6份、天然水晶4份、二氧化铝3份、掺杂金属氧化物纳米抗菌剂8份、聚乙烯醇4份、草酸钠2份；其中，纳米抗菌剂的原料组分包括纳米银1.9份、纳米氧化镁2.1份、纳米铜氧化物2.0份、纳米氧化锌0.3份、纳米二氧化铈1份、纳米二氧化钛2.7份。
[0050]
若一种抗菌材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有良好的抗菌效果，那么认为该抗菌材料具有广谱性，测试方法如下：
[0051]
抗菌性测试：分别取3片实施例1至5所得高效纳米抗菌功能陶瓷制品碎片作为试样，分别将0.5毫升的菌液接种于每个试样表面并铺平，菌液质量浓度为每毫升含菌10000个，用保鲜膜覆盖陶瓷片表面保持湿度90％以上，使陶瓷表面菌液经2小时后不干，之后置于36
±
1℃恒温箱中培养2小时，之后观察试样表面的菌落数来计算1至3号试样对细菌的抗菌率并求其平均值，从而得到试样抗菌率，其中，国家标准中要求抗菌陶瓷对金黄色葡萄球菌的与大肠杆菌的平均抗菌率均为90％以上；
[0052]
测试结果如下：
[0053][0054]
根据具体实施例一至五所示，在相同陶瓷坯体中不同掺杂金属氧化物纳米抗菌剂对抗菌性能有着影响，实施例二时抗菌效果最佳，此时抗菌粉体与坯体能充分混合并很好的融合，使抗菌率效果增加。
[0055]
由上述描述可知，本发明提供的具有掺杂金属氧化物的纳米抗菌陶瓷及其制作工艺通过改良坯料及釉料配方，
[0056]
对坯体原料中能满足日用陶瓷的需求，所获得的日用陶瓷制品表面光滑细腻，经过高温、长时间的烧制，泥坯在窑内烧成过程中自发从胎体内析出，日用陶瓷表面虽未上釉，但滋润饱满，触感细腻；
[0057]
本专利中的具有掺杂金属氧化物的纳米抗菌陶瓷表面没有釉层，对掺杂金属氧化物纳米抗菌剂的稳定性的要求更高，而且本发明中的掺杂金属氧化物纳米抗菌剂使用了多种纳米抗菌粉体，单一的载体不能满足多种粉体的需求，因此引入了硅藻土和蒙脱土作为掺杂金属氧化物纳米抗菌剂载体，硅藻土表面含有一定数量的si-oh以及由于非晶态sio2硅原子数目的不确定性导致的硅氧悬空键(si-o-)，因此硅藻土吸附重金属离子具有天然结构优势；蒙脱土属于 2：1层状硅酸盐，每个单位晶胞由两层硅氧四面体夹带一层铝氧八面体构成，其两个相邻晶层之问没有氢键，同时具有很强的吸附性能，使用硅藻土和蒙脱土的结合有利于掺杂金属氧化物纳米抗菌剂的稳定；
[0058]
本发明中的掺杂金属氧化物纳米抗菌剂使用了多种纳米抗菌粉体的混合物，现有绝大多数纳米抗菌材料使用的是单一纳米抗菌材料，存在一定的局限性，因此本发明设计开发一种具有快速、高效杀菌功能的掺杂金属氧化物纳米抗菌剂，包括纳米银、纳米氧化镁、纳米氧化锌、纳米二氧化铈、纳米二氧化钛；
[0059]
纳米银抗菌能力在可安全使用的几种金属离子中最强，由于银无毒、广谱及良好的抗菌性能，本专利中的日用陶瓷表面没有釉面，直接使用纳米银会导致日用陶瓷容易发黑、纳米银容易脱落的等问题；
[0060]
在减少纳米银的用量的同时引入氧化锌，使用氧化锌包裹纳米银，改善传统纳米银遇到高温容易挥发、长期使用容易发黑的问题，同时，氧化锌价对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有很强的抑制作用，在体外对原核细胞、真核细胞及大肠杆菌的生长均可以产生抑制作用；
[0061]
为了提高无釉陶瓷坯料的坯体强度、同时实现纳米抗菌粉体为了实现快速的起到杀菌作用，引入了氧化镁、纳米氧化铈，氧化镁为碱性氧化物，不但能够作为无釉陶瓷坯料的粘结剂，同时氧化镁与霉菌接触反应造成微生物共同成分破坏或产生功能破坏，纳米氧化铈加入陶瓷中不易形成气孔，能有效提高陶瓷致密度和光洁度，同时二氧化铈纳米粒子具有的抗菌机理,即静电相互作用在抗菌过程中发挥重要作用；为了实现快速杀菌和提高杀菌效果的目的，纳米二氧化钛攻击细菌细胞的外层，快速穿透细胞膜，彻底降解细菌，在纳米银、纳米氧化镁、纳米氧化锌、纳米二氧化铈使细菌细胞失去活性后，纳米二氧化钛还能防止产生内毒素引起二次污染。
[0062]
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。