易洁陶瓷表面物理化学性能的研究.pdfVIP

易洁陶瓷表面物理化学性能研究 王丽娟，梁金生，胡世豪，孙冬燕 (河北工业大学能源与环保材料研究所 天津 300130） 摘要：文中综合研究了易洁陶瓷釉面一系列物理化学性能，为易洁陶瓷的进一步研究提供理论基 础。首先用 EDS 和 XRD 分析了易洁陶瓷熔块釉化学成分和物相分布；用座滴法研究陶瓷成分对釉 面自由能及组成的影响，发现陶瓷釉面的表面自由能可随硅铝比、氧化硅和助熔剂成分的改变而 变化，表面自由能及其极性分量越高，易洁性越好；经 AFM 和 SEM 观察易洁陶瓷釉表面和断口更 加致密，气孔率较小；此外对易洁陶瓷材料的远红外辐射功能进行了测试，辐射率达 89%。 关键词：易洁陶瓷；物理化学性能；表面自由能；粗糙度；远红外 前 言 日用陶瓷和卫生陶瓷与人们生活息息相关。随着生活水平的不断提高，人们对陶 瓷制品表面污染的问题也更加关注。开发具有易清洗功能的陶瓷制品可以减少洗涤剂 对人体和环境的危害、降低清洗劳动强度、节约用水，有重大的现实意义。 当前，实现陶瓷表面抗污效果的具体措施主要包括：(1)日本 TOTO公司推出的离 子智洁技术。[1] 在超平滑釉层和坯体之间增加碱金属离子层，使超平滑表面摈除容纳 污垢空间的同时，离子层中的碱金属离子可以均匀持续地扩散到釉面的水化层中与污 物发生离子交换反应，增加污物的水溶性，达到抗污目的。(2)纳米半导体亲水膜技 [2] 术。 通常是在陶瓷表面涂敷 1 层 TiO 薄膜，一方面利用 TiO 的光催化反应分解陶瓷 2 2 表面的有机污物；另一方面利用 TiO 的光致亲水性在陶瓷表面形成连续的亲水区。在 2 有水存在的条件下，陶瓷表面优先覆盖上 1 层水膜，自动清洗掉降解产物及其它污物。 (3)陶瓷表面超级憎水膜技术。[3] 主要是通过在陶瓷表面涂敷有机硅或氟碳材料，使 陶瓷表面形成憎水和疏油性质的薄膜。(4)陶瓷抗菌自洁技术。[4] 在陶瓷釉面中添加 无机抗菌剂，利用金属离子对病菌的杀灭作用达到自洁的效果。 本课题组首次提出了易洁陶瓷概念[5-6] ，并成功制备了亲水易洁陶瓷，通过实验观 察，粘附于此易洁陶瓷表面的油污可在水相中自动浮起[7] 。从物理化学角度分析，陶 瓷表面的亲水、疏油性与其表面物理化学性能密切相关。为此，本文对易洁陶瓷材料 表面自由能、粗糙度、远红外辐射率等一系列物理化学性能进行了综合研究，为易洁 陶瓷材料的进一步研究提供理论依据。 1 实 验 1.1 样品 实验样品为本课题组研制的亲水易洁陶瓷，该易洁陶瓷釉面的主要化学成分见表 1，制备工艺见文献[5]。将样品在添加表面活性剂的自来水中清洗，然后按照丙酮、 无水乙醇和蒸馏水的顺序在超声波发生器中各清洗10 min，取出后再用蒸馏水冲洗5 min ，最后在烘箱中以110 ℃烘干，静置至室温20 ℃备用。 表1 样品釉面主要化学成分 成分 SiO A1 O K O Na O CaO MgO 功能粉 2 2 3 2 2 含量(wt%) 40-70 10-14 2-5 5-15 5 2-6 10 1.2 物理化学性能测试 采用美国 EDAX 公司 Phoenix 型能谱仪分析陶瓷釉面的化学成分；采用荷兰 Philips 公司 X’pert MPD 型 X 衍射仪分析釉面的晶体结构；利用德国 Dataphysics OCA-30 接触角测试系统中的滴液法测量陶瓷表面的接触角，测试液为水和乙二醇， 用 OWRK 模型计算陶瓷表面自由能及其组成；采