一種擁有石材圖案的防靜電瓷磚

王瑞峰+王少華+劉任松+古戰(zhàn)文+陳志川

（1.東莞市唯美陶瓷工業(yè)園有限公司，東莞 523275；2.江西和美陶瓷有限公司，豐城 331100）

摘 要：防靜電瓷磚相對其他防靜電材料具有使用壽命長、裝飾效果好等優(yōu)點(diǎn)，但目前市場上的防靜電瓷磚大多只有簡單的裝飾圖案，與常規(guī)瓷磚相差甚遠(yuǎn)。實(shí)驗(yàn)選用ATO導(dǎo)電粉，通過工藝組合和調(diào)整化妝土、防靜電釉的施釉量和噴墨墨水的墨量，實(shí)現(xiàn)擁有仿石圖案的防靜電瓷磚。

關(guān)健詞：防靜電瓷磚；導(dǎo)電粉；電阻

1 引言

防靜電材料在電子儀器生產(chǎn)車間、潔凈室、集成電路生產(chǎn)廠房、醫(yī)院手術(shù)室、電信機(jī)房等地方有著大量的應(yīng)用。傳統(tǒng)防靜電材料主要有防靜電PVC板、防靜電橡膠板、表面防靜電涂層，這些材料都有易老化、使用壽命短、裝飾效果差的缺點(diǎn)。防靜電瓷磚克服了以上防靜電材料的缺點(diǎn)，兼容了陶瓷地磚的優(yōu)點(diǎn)，在裝飾效果、使用壽命、耐磨、耐污染等理化性能方面有明顯優(yōu)勢[1～2]。

目前市面上的防靜電瓷磚的缺點(diǎn)是表面裝飾圖案非常簡單，一般是基本的點(diǎn)狀和線條狀圖案，甚至磚體整體偏藍(lán)，無法體現(xiàn)防靜電瓷磚在裝飾效果上相對于傳統(tǒng)防靜電材料的優(yōu)勢。如何在保證防靜電瓷磚的導(dǎo)電性能的同時(shí)豐富防靜電瓷磚的裝飾圖案，增強(qiáng)其裝飾效果，是擴(kuò)大防靜電瓷磚應(yīng)用范圍的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

使用ATO導(dǎo)電粉為原料制備防靜電面釉[3～4]，通過坯體、化妝土、防靜電釉3層結(jié)構(gòu)來消除防靜電面釉中的藍(lán)色色調(diào)。再在面釉表面通過噴墨打印來做表面裝飾，裝飾圖案以天然石材為主，同時(shí)確保磚體的防靜電效果和其它理化性能。

2 實(shí)驗(yàn)原料及內(nèi)容

2.1 導(dǎo)電粉基本性能

導(dǎo)電粉的粒徑分布會影響產(chǎn)品的導(dǎo)電性，實(shí)驗(yàn)用導(dǎo)電粉采用液相法制備：先將SnCl4·5H2O和SbCl3溶于強(qiáng)酸溶液，然后與堿液反應(yīng)，制得氫氧化錫銻前驅(qū)體，再將沉淀洗滌、干燥、煅燒即得到納米ATO顆粒[5～7]。該方法具有成本低、工藝操作簡單、顆粒形狀和粒徑容易控制、合成周期短、適合大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

圖1為導(dǎo)電粉的掃描電鏡圖，圖2為導(dǎo)電粉的粒徑分布圖。從圖中可以看出導(dǎo)電粉顆粒非常細(xì)小，基本都小于1μm，且顆粒粒徑主要分布在0.2～0.4μm和0.65～1.0μm兩個(gè)區(qū)間，整體分布均勻，團(tuán)聚少。

2.2 樣品制備

以公司亞光磚坯體粉料為基礎(chǔ)壓制670 mm × 670 mm規(guī)格磚坯，在磚坯上施化妝土+防靜電釉，以噴墨打印的方式做表面裝飾，經(jīng)燒成、磨邊處理后得到600 mm × 600 mm規(guī)格的防靜電地磚。

磚坯樣品厚度9.5 mm?；瘖y土比重1.71 ± 0.02，流速22 ± 3 s。防靜電釉比重1.82 ± 0.02，流速28 ± 3 s。燒成溫度1180 ± 5℃，燒成時(shí)間65 ± 2 min。

2.3 檢測方案

使用常州海爾帕電子科技有限公司的HPS2683A型高阻計(jì)測量樣品表面電阻，以此判斷樣品的導(dǎo)電能力，作為樣品最重要的判斷指標(biāo)。測試電壓500V，測試距離為整磚的對角線。根據(jù)國標(biāo)GB26539-2011的要求，防靜電陶瓷的電阻值為5×104 ～ 1×109 Ω，即0.05 ～ 1000 MΩ。表面平整度、耐污染性、抗化學(xué)腐蝕性等性能作為輔助判斷指標(biāo)，參考國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)檢測。其中表面平整度取磚面最大值，磚型正數(shù)為凸變形，負(fù)數(shù)為凹變形。

3 結(jié)果與討論

3.1 防靜電釉中導(dǎo)電粉加入比例對導(dǎo)電能力和平整度的影響

防靜電釉的施釉量控制在200g/片，實(shí)驗(yàn)防靜電釉中導(dǎo)電粉加入量對樣品導(dǎo)電能力和其它性能的影響，結(jié)果見表1。A-2和A-4樣品的掃面電鏡圖見圖3，A-4樣品的XRD分析見圖4。

由表1可知，隨著導(dǎo)電粉加入量的提升，樣品的導(dǎo)電性能逐步提升，但表面平整度逐漸下降。樣品的導(dǎo)電性能在導(dǎo)電粉加入量為20%時(shí)是一個(gè)明顯的分界點(diǎn)，加入量少于20%時(shí)樣品基本沒有導(dǎo)電性，加入量大于20%時(shí)樣品的導(dǎo)電能力隨著導(dǎo)電粉加入量增加而增大，在30%時(shí)導(dǎo)電能力增大的趨勢變緩。

如圖3所示，上圖是樣品A-2，下圖是樣品A-4。結(jié)合圖4的XRD分析，釉面中晶體主要為鋇長石和導(dǎo)電粉，圖中粒徑在1 μm以內(nèi)的球形晶體為燒成后的導(dǎo)電粉。樣品A-2中導(dǎo)電粉沒有連成一片且面積偏小，樣品基本沒有導(dǎo)電性能；樣品A-4中導(dǎo)電粉部分連通且面積較大，因此樣品具有較強(qiáng)的導(dǎo)電能力。由此推論釉料配方中要有足夠多的導(dǎo)電粉才能使瓷磚在燒成后形成網(wǎng)絡(luò)狀聯(lián)通的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而使瓷磚表面電阻大幅下降，達(dá)到防靜電的效果。

此輪試驗(yàn)中的樣品均明顯偏拱，表面平整度全部不符合國標(biāo)，并且磚型隨著導(dǎo)電粉加入量的增加而持續(xù)變拱，以此釉料配方為基礎(chǔ)的瓷磚難以批量生產(chǎn)。并且釉面色調(diào)明顯偏藍(lán)，使瓷磚表面圖案整體偏青藍(lán)調(diào)，嚴(yán)重影響表面裝飾效果。

瓷磚生產(chǎn)中的化妝土可以起到調(diào)節(jié)磚型和增加產(chǎn)品白度的作用，因此實(shí)驗(yàn)在坯體和防靜電釉之間增加一層化妝土，可以調(diào)節(jié)樣品的平整度，同時(shí)削弱防靜電釉的藍(lán)色色調(diào)。因?yàn)閷?dǎo)電粉的價(jià)格遠(yuǎn)高于防靜電釉中其它原料，因此在保證導(dǎo)電性能的情況下，后續(xù)試驗(yàn)將導(dǎo)電粉的加入量定在25%。

3.2 化妝土施釉量對導(dǎo)電能力和其它性能的影響

將樣品中防靜電釉的施釉量控制在200g/片，配方中導(dǎo)電粉的質(zhì)量百分比固定為25%，實(shí)驗(yàn)化妝土的施釉量對樣品導(dǎo)電能力和其它性能的影響，結(jié)果見表2。

如表2所示，樣品的導(dǎo)電性隨著化妝土施釉量的增加而減弱，表面平整度隨著化妝土施釉量的增大而平整。防靜電釉和化妝土之間在高溫時(shí)反應(yīng)產(chǎn)生中間層，會影響防靜電釉的導(dǎo)電能力，當(dāng)化妝土層逐漸增厚時(shí)中間層的厚度逐漸增加，使防靜電釉層逐漸變薄，從而使樣品的導(dǎo)電能力逐漸減弱。

綜合樣品導(dǎo)電性能和表面平整度等性能，將化妝土施釉量固定在220g/片。

3.3 防靜電釉施釉量對導(dǎo)電能力和其它性能的影響

雖然工藝上增加化妝土后樣品的平整度明顯好轉(zhuǎn)，但還是難以達(dá)到公司企標(biāo)平整度≤0.5的要求?？紤]到防靜電釉會明顯使樣品偏拱，將樣品中化妝土施釉量控制在220 g/片，實(shí)驗(yàn)減少防靜電釉施釉量對樣品導(dǎo)電能力和其它性能的影響，結(jié)果見表3。

如表3所示，隨著防靜電釉施釉量逐步減少，樣品導(dǎo)電性能、耐污染性和抗化學(xué)腐蝕性逐漸變?nèi)?，表面平整度逐漸變好。防靜電釉施釉量在160g/片時(shí)樣品基本沒有導(dǎo)電能力，且耐污染性、抗化學(xué)腐蝕性都有明顯的下降。當(dāng)防靜電釉施釉量逐漸減少時(shí)，化妝土和防靜電釉間的中間層對樣品導(dǎo)電能力的影響逐漸變大，部分導(dǎo)電粉與化妝土反應(yīng)，從而影響導(dǎo)電能力。

C-4是綜合效果最好的樣品，工藝為壓坯→干燥→淋化妝土→淋防靜電釉→燒成，化妝土施釉量為220 g/片，防靜電釉施釉量為180 g/片。

3.4 表面噴墨裝飾層中墨水用量對導(dǎo)電能力的影響

現(xiàn)代陶瓷磚主流圖案裝飾工藝有絲網(wǎng)、膠輥、噴墨三種。其中絲網(wǎng)和膠輥工藝都需要基礎(chǔ)印花釉，表面裝飾的顏色是在基礎(chǔ)印花釉中加入色料形成花釉，再通過印刷不同顏色的花釉得到所需的裝飾圖案。如果基礎(chǔ)印花釉料采用常規(guī)釉料，則印花后樣品完全不具備導(dǎo)電能力。如果在基礎(chǔ)印花釉料中加入與防靜電釉中同等比例的導(dǎo)電粉，雖然導(dǎo)電性能合格，但由于導(dǎo)電粉粉較細(xì)使印花釉流動(dòng)性明顯下降，難以連續(xù)生產(chǎn)，并且生產(chǎn)成本急劇上升。

噴墨工藝是一種凌空轉(zhuǎn)印技術(shù)，將墨水直接噴在釉層表面，通過墨水中的著色因子直接在釉層著色，不需要基礎(chǔ)印花釉。因此使用噴墨工藝在滿足表面圖案裝飾的同時(shí)可以最大程度地滿足產(chǎn)品的導(dǎo)電性能。在3.1～3.3中確定的工藝參數(shù)上，實(shí)驗(yàn)藍(lán)（c）、棕（m）、黃（y）三色墨水在防靜電釉表面的用量對樣品導(dǎo)電性能的影響，結(jié)果見表4 - 6。

如表所示，D-c1至D-c10是藍(lán)色墨水用量實(shí)驗(yàn)，D-m1至D-m10是棕色墨水用量實(shí)驗(yàn)，D-y1至D-y10是黃色墨水用量實(shí)驗(yàn)，分別對應(yīng)噴墨機(jī)10%至100%的墨水用量。不同墨水的導(dǎo)電性能有較大差異，這與墨水中的著色劑有關(guān)。其中藍(lán)色墨水的用量與樣品導(dǎo)電性能沒有明顯聯(lián)系，隨著墨水用量增加樣品的導(dǎo)電性能基本不變；棕色墨水和黃色墨水隨著用量增加樣品的導(dǎo)電性能明顯降低，棕色墨水在40%用量時(shí)樣品就完全不導(dǎo)電，黃色墨水在40%用量時(shí)樣品也基本不導(dǎo)電。因此生產(chǎn)防靜電地磚必須嚴(yán)格控制棕色和黃色墨水的用量，根據(jù)墨水用量來調(diào)整和決定表面圖案效果。

圖5是使用上述防靜電瓷磚技術(shù)開發(fā)的一款產(chǎn)品，表面圖案采用天然石材紋理，產(chǎn)品效果和內(nèi)質(zhì)均符合國標(biāo)和企標(biāo)要求。

4 結(jié)論

（1）使用ATO導(dǎo)電粉為原料制備防靜電面釉，通過坯體、化妝土、防靜電釉3層結(jié)構(gòu)制備防靜電地磚，導(dǎo)電性能良好，表面平整度、耐污染性和抗化學(xué)腐蝕性均符合國標(biāo)要求。

（2）防靜電釉中導(dǎo)電粉加入量少于20%時(shí)樣品基本沒有導(dǎo)電性，加入量大于20%時(shí)樣品的導(dǎo)電能力隨著導(dǎo)電粉加入量增加而增大，在30%時(shí)導(dǎo)電能力增大的趨勢變緩。

（3）防靜電地磚的導(dǎo)電性隨著化妝土施釉量的增加而減弱，表面平整度隨著化妝土施釉量的增大而平整，化妝土施釉量在220 g/片時(shí)綜合性能最佳。

（4）隨著防靜電釉施釉量的減少，樣品的導(dǎo)電性能、耐污染性和抗化學(xué)腐蝕性逐漸變?nèi)?，表面平整度變好。防靜電釉施釉量在160 g/片時(shí)樣品基本沒有導(dǎo)電能力，且耐污染性、抗化學(xué)腐蝕性都有明顯的下降，施釉量為180 g/片時(shí)綜合性能最佳。

（5）噴墨裝飾工藝中藍(lán)色墨水的用量與樣品導(dǎo)電性能沒有明顯聯(lián)系，隨著墨水用量的增大樣品導(dǎo)電性能基本不變。棕色墨水和黃色墨水隨著用量的增加樣品導(dǎo)電性能明顯降低，棕色墨水在40%用量時(shí)樣品就完全不導(dǎo)電，黃色墨水在40%用量時(shí)樣品也基本不導(dǎo)電。

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