大規(guī)格綠色防靜電薄瓷板的研究

謝志軍

（蒙娜麗莎集團(tuán)股份有限公司，廣東 佛山 528211）

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大規(guī)格綠色防靜電薄瓷板的研究

謝志軍

（蒙娜麗莎集團(tuán)股份有限公司，廣東 佛山 528211）

摘要：通過以粉煤灰為主要原料研制的薄瓷板坯體，同時結(jié)合以五氧化二釩和氧化鋅為半導(dǎo)體原料研制的新型防靜電釉，研制出了一種大規(guī)格綠色防靜電薄瓷板。該產(chǎn)品具有消除靜電和防塵的功效，它的理化性能符合GB/T23266-2009的要求，其釉面電阻和體積電阻均在1×106-1×109Ω范圍內(nèi)，符合SJ/T10796-2001標(biāo)準(zhǔn)（≤1×109 Ω）的要求。

關(guān)鍵詞：粉煤灰；防靜電釉；薄瓷板

E-mail：674875367@qq..com

0　引　言

粉煤灰是我國目前排量較大的工業(yè)廢渣之一［1］，大量的粉煤灰不加以處理，就會產(chǎn)生揚(yáng)塵，污染大氣；若排入水中則易造成河流淤塞，且其散發(fā)出的有毒化學(xué)物質(zhì)還會對人體和生物造成危害，其已成為當(dāng)前的重大環(huán)境問題。而據(jù)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，粉煤灰中氧化鋁含量頗高，有利于陶瓷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。因此，將粉煤灰作為原料引入到薄瓷板坯體配方中，不僅能滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定的要求，還能降低生產(chǎn)成本，節(jié)能減排。

據(jù)市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前在防靜電的建筑材料中，研究與應(yīng)用最多的是聚合物防靜電涂料和地面材料［2］，這些材料是在聚合物中添加金屬和石墨等導(dǎo)電材料制成的。這類材料在抗老化、防污和耐磨等方面有所改進(jìn)，但難以解決耐久性和防火性能欠佳等問題。近期出現(xiàn)的防靜電水磨石雖然較好的解決了防火問題［3］，但其發(fā)塵量指標(biāo)仍然偏高，限制了其在潔凈廠房和機(jī)房工程中的應(yīng)用。

在這種情況下，防靜電陶瓷磚就有很好的研發(fā)前景［4］。它不僅具有永久、穩(wěn)定的防靜電性能，還具有無毒無味無輻射，生態(tài)環(huán)保，發(fā)塵量小等其他防靜電材料所不具備的優(yōu)點(diǎn)。目前，防靜電瓷磚主要有兩種，第一種是整體導(dǎo)靜電的瓷磚［5］；第二種是表面導(dǎo)靜電的瓷磚［6］。整體導(dǎo)靜電的瓷磚又分為兩種，一種是通過浸泡-烘干的方式在坯體氣孔中注入成本較低的吸潮性材料。但這導(dǎo)致瓷磚坯體的吸水率較高，降低了瓷磚的品味和使用性能，同時在鋪貼和使用過程中坯體孔中的吸潮性材料會溶出，從而影響整個抗靜電系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性，并且由于氣孔的存在，瓷磚表面的耐污性以及強(qiáng)度下降，導(dǎo)致瓷磚的綜合性能下降；另一種在瓷磚坯體表面和內(nèi)部均加入錫銻半導(dǎo)體粉末材料，但因錫銻半導(dǎo)體粉末價格較高，導(dǎo)致瓷磚制造成本較高。表面導(dǎo)靜電的瓷磚僅表面有導(dǎo)電釉層，成本較低，但坯體上表面邊緣存在向內(nèi)的倒角，這使釉層和側(cè)面導(dǎo)電材料不易連通。

比較當(dāng)今防靜電瓷磚生產(chǎn)技術(shù)的優(yōu)劣勢，同時考慮降低成本和節(jié)能減排，我們將粉煤灰作為原料引入到薄瓷板的坯體中，并在薄瓷板的表面施上導(dǎo)電釉層（該導(dǎo)電釉引入了五氧化二釩和氧化鋅這兩種半導(dǎo)體氧化物，降低釉中氧化錫的使用量），成功開發(fā)出大規(guī)格綠色防靜電薄瓷板。

表1　所用原料化學(xué)成分（wt.%）Tab.1 The chemical composition of raw materials （wt.%）

圖1　試驗(yàn)工藝流程Fig.1 The technological fow diagram of the experiment

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)原料

本實(shí)驗(yàn)所用原料的化學(xué)成分見表1。

1.2試驗(yàn)配方和工藝

在相關(guān)文獻(xiàn)和大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定了綠色防靜電薄瓷板的配方。

引入30%量的粉煤灰的坯體配方化學(xué)組成（wt. %）為：SiO265-68，Al2O322-24，F(xiàn)e2O3+TiO2＜0.6，CaO + MgO 1-2，K2O+ Na2O 5-7。

防靜電釉料配方化學(xué)組成（wt.%）為：SiO239.5，Al2O314.5，CaO 2.85，B2O31.72，K2O 2.8，Na2O 1.3-1.5，SnO219.0-25.4，Sb2O38.14-10.18，V2O50-4.14，ZnO 0-5.10。試驗(yàn)工藝流程如圖1所示。

工藝參數(shù)：

制粉工藝：泥漿比重：1.70-1.72

球磨細(xì)度：0.5-0.8%（250目篩余）

顆粒級配：30目上： 8-15%

30～60目：≥70%

60～80目：≤12%

80目下：≤6%

粉料水份：7.2-7.8%

成型工藝：壓機(jī)機(jī)型：KD6800

成型壓力：61000kN

壓制周期：1.4 次/min

干燥工藝：干燥溫度：180 ℃

干燥時間：30 min

干燥坯體水份：≤0.5%

施釉工藝：比重：1.5-1.52

施釉量：800-820 g/片

燒成工藝：窯爐：144 m輥道窯

最高燒成溫度：1200 ℃（表溫）

燒成周期：50 min

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

2.1坯體配方的研究

粉煤灰在坯體中摻入的配方設(shè)計(jì)不僅要遵循陶瓷產(chǎn)品的配方原則，還應(yīng)該與釉面具有良好的結(jié)合效果，配方的化學(xué)成分應(yīng)與常規(guī)配方設(shè)計(jì)一致。對粉煤灰進(jìn)行嚴(yán)格的除鐵處理后，將所選原料按不同比例設(shè)定不同配方，分別進(jìn)行漿料性能、化學(xué)成分分析，并對燒制后樣品進(jìn)行理化性能檢測，根據(jù)結(jié)果選擇最佳方案。采用S8 TIGER型X射線熒光光譜儀分析坯體化學(xué)成分見表2所示，且經(jīng)德國耐馳提供的DIL-402 PC型熱膨脹系數(shù)測定儀測試，該坯體膨脹系數(shù)見表3所示。

表2　薄瓷板坯體化學(xué)成分（wt.%）Tab.2 The chemical composition of the thin porcelain plate body （wt.%）

表3　薄瓷板坯體熱膨脹系數(shù)Tab.3 The coeffcient of thermal expansion of the thin porcelain plate body

表4　防靜電釉的化學(xué)成分（wt.%）Tab.4 The chemical composition of anti-static glaze （wt.%）

2.2防靜電釉料配方的研究

目前化學(xué)性能和電性能最為穩(wěn)定的是錫、銻型防靜電釉，但當(dāng)前氧化錫市場價格居高不下，增大了防靜電釉的成本，導(dǎo)致防靜電釉很難廣泛使用。在這種情況下，我們利用五氧化二釩、氧化鋅這兩種帶有半導(dǎo)體性質(zhì)的氧化物替代部分氧化錫，研制出新型防靜電釉，其化學(xué)成分見表4。將不同配方的釉粉與水混合，配制成比重為1.50的釉漿，分別噴于規(guī)格600×600 mm的素坯上，每片磚的施釉量為183 g，并在1200 ℃溫度下燒成，燒成周期為50min，得到試樣A1、A2和A3。用SL-030表面電阻測試儀測量試樣A1、A2和A3的表面電阻，其表面電阻值見圖2所示。由圖2并結(jié)合表4可知，用五氧化二釩、氧化鋅這兩種帶有半導(dǎo)體性質(zhì)的氧化物替代部分氧化錫制備出的防靜電釉是有效的。將A3壓制燒結(jié)成4×4×50 mm的瓷條，用DIL-402 PC型熱膨脹儀測其熱膨脹系數(shù)，結(jié)果見表5所示，其膨脹系數(shù)與坯體膨脹系數(shù)相近。

圖2　試樣A1、A2和A3的表面電阻Fig.2 The surface resistance of samples A1， A2 and A3

表5　試樣A3釉面的熱膨脹系數(shù)Tab.5 The coeffcient of thermal expansion of sample A3 glaze

圖3　試樣表面施釉量與表面電阻的關(guān)系Fig.3 The relationship between the surface glaze weight and the surface resistance of the sample

2.3施釉量對表面電阻的影響

將比重為1.50的釉漿A3分別施于3片規(guī)格600×600 mm的薄瓷板素坯上，各片磚的施釉量分別為146 g、183 g和220 g，并在1200 ℃溫度下燒成，燒成周期為50min，得到試樣。用SL-030表面電阻測試儀測量試樣的表面電阻，其不同施釉量對應(yīng)表面電阻情況如圖3所示。由圖可知，單位面積內(nèi)施釉量越大，其表面電阻越??；反之，表面電阻越大。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知［7］，防靜電釉的導(dǎo)電性能主要是由于釉中析出了能夠?qū)щ姷木啵┯粤吭酱?，釉面截面上的?dǎo)電通路越多，表面電阻越小，防靜電可靠性就越高。

2.4噴墨印花裝飾工藝的研究

為了增強(qiáng)產(chǎn)品的裝飾性，在不影響其防靜電性能的前提下，我們采用了目前最先進(jìn)的噴墨打印技術(shù)，可以將自然界存在的各種形式如仿木、仿石、仿樹葉、仿皮、仿毛、仿竹等各種裝飾圖案運(yùn)用到防靜電薄瓷板上，制備出圖案色彩豐富的防靜電產(chǎn)品，拓寬了它的使用范圍。

2.5燒成制度的研究

在綠色防靜電薄瓷板的制備過程中，燒成制度的制定是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。相比現(xiàn)有的薄瓷板生產(chǎn)，防靜電薄瓷板的施釉量更大，磚面的水分更多，需要將燒成窯前溫段適當(dāng)延長，以便水分的排出，避免釉裂和炸磚。另外由于摻入粉煤灰的坯體若氧化不好易鼓包，因而需延長氧化帶時間。再者，由于施釉量大，磚型控制難度也明顯加大。經(jīng)過調(diào)試最終確定的綠色防靜電薄瓷板燒成制度見圖4。

圖4　綠色防靜電薄瓷板的燒成制度Fig.4 The fring schedule of the green anti-static thin porcelain plate

2.6防靜電薄瓷板導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的研究

目前，表面導(dǎo)靜電的瓷磚表面邊緣存在向內(nèi)的倒角，導(dǎo)致釉層和側(cè)面導(dǎo)電材料不易連通。因而在鋪貼和使用過程中，此種防靜電瓷磚的表面導(dǎo)靜電釉和側(cè)面導(dǎo)靜電材料的連接穩(wěn)定性差，效果不好。大規(guī)格防靜電薄瓷板規(guī)格為900×1800 mm，相對來說表面邊緣少，且倒角極小，使得其邊緣之間更容易連通，保證了導(dǎo)靜電通路的穩(wěn)定性和完整性。同時由于防靜電薄瓷板單片面積大，可減少側(cè)面導(dǎo)電材料的用量，降低生產(chǎn)成本。

3　結(jié)　論

通過將粉煤灰引入到薄瓷板坯體配方中；同時采用五氧化二釩和氧化鋅這兩種半導(dǎo)體氧化物，開發(fā)出特殊的防靜電釉，成功的研制出新型的大規(guī)格綠色防靜電薄瓷板。

該產(chǎn)品不僅理化性能優(yōu)異，而且釉面電阻和體積電阻均在1×106-1×109Ω范圍內(nèi)，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SJ/T10796-2001（≤1×109 Ω）的要求，具有消除靜電以及防塵功效；同時由于該產(chǎn)品使用了工業(yè)廢渣—粉煤灰，降低了生產(chǎn)成本，結(jié)合其表面豐富的圖案裝飾，進(jìn)一步拓寬了它的使用范圍，市場潛力較大。

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通信聯(lián)系人：謝志軍，男，高級工程師。

Received date：2015-11-15.Revised date： 2015-11-18.

Correspondent author：XIE Zhijun， male， Senior Engineer.

Large-sized Green Anti-Static Thin Porcelain Plate

XIE Zhijun

（Monalisa Industry Co. Ltd.， Foshan 528200， Guangdong， China）

Abstract：A large-sized green anti-static thin porcelain plate was prepared， using fy ash as main raw material， coated in a new type of antistatic glaze derived from semiconductor materials， vanadium pentoxide and zinc oxide. The product can eliminate static shock and dust， and its physicochemical properties conform to the national standard of GB/T23266-2009 with its glaze resistance and volume resistance within 1 ×106-1×109Ω， in line with the requirements of SJ/T10796-2001 （≤1×109 Ω）.

Key words：fy ash； anti-static glaze； thin porcelain plate

中圖分類號：TQ174.76

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1006-2874（2016）01-0001-05

收稿日期：2015-11-15。

修訂日期：2015-11-18。