淺析陶瓷防滑釉的研制

招邵赟

摘 要：陶瓷磚生產(chǎn)廠家為適應(yīng)市場(chǎng)的需求所生產(chǎn)的陶瓷磚其摩擦系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到防滑的要求。國內(nèi)外公共場(chǎng)所因地面過于光滑而導(dǎo)致跌倒摔傷的事故頻繁發(fā)生，本文試圖通過改變釉料配方組成釉層凹凸紋理圖案來研制出防滑釉面磚。

關(guān)健詞：防滑；釉面磚；摩擦系數(shù)

1 背景

自改革開放以來，人們的收入水平日益提高，在滿足基本生活要求的同時(shí)，對(duì)自身生活所處建筑環(huán)境的美化裝飾也有了更高的要求。雖然陶瓷磚作為一種裝飾效果良好，耐污染性能優(yōu)異的裝飾材料，廣泛運(yùn)用于豪華高檔的賓館旅店、商廈、寫字樓以及家庭公寓等場(chǎng)所，但陶瓷磚在美化環(huán)境的同時(shí)，因摩擦系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到防滑的要求（大多數(shù)瓷磚的摩擦系數(shù)在0.4 ～ 0.5之間，當(dāng)摩擦系數(shù)大于0.8時(shí)，防滑性能達(dá)到“非常安全”的級(jí)別），公共場(chǎng)所因地面太光滑而導(dǎo)致跌倒摔傷的事故頻繁發(fā)生。例如因廣場(chǎng)路面地磚的摩擦系數(shù)較小，會(huì)造成機(jī)動(dòng)車剎車失靈，傷及無辜行人；居室特別是廚房、衛(wèi)生間的地磚摩擦系數(shù)太小，會(huì)造成家人的跌傷事故；在商場(chǎng)、餐廳地磚的摩擦系數(shù)選用不當(dāng)，致使消費(fèi)者“失足”后把經(jīng)營者告上法庭的事件亦有所聞。多掛幾個(gè)“小心路滑”的警示牌也不能從根本上解決問題，地面防滑問題已成為當(dāng)前必須面對(duì)并解決的新問題。

在美國，據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)在2001年統(tǒng)計(jì)表明，每年因滑倒摔傷事故而造成的直接損失已超過60億美元。而作為一項(xiàng)嚴(yán)重的安全問題，滑倒摔傷事件在所有索賠案件中約占60%，53%的索賠金是由滑倒摔傷造成的。還有統(tǒng)計(jì)表明，美國每年都有一百萬以上的人因滑倒、跌倒而造成受傷，其中有1.6萬人以上因?yàn)榛沟脑蚨劳?，這種死亡人數(shù)僅次于車禍造成的死亡人數(shù)?；乖斐傻膫烙?jì)至少占職業(yè)傷害的17%，占公共部門傷害的18%以上。

在我國，2005年由濕滑摔傷事件引起的案件約為506.5萬起，其中因地面濕滑摔倒引起的糾紛案件約7.65萬起，賠款更是高達(dá)2.8億元以上。據(jù)衛(wèi)生部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：每年因?yàn)橐馔饣乖斐傻呐?、骨折等事故占全部事故?5%，這其中大部分是老人和小孩，老人摔傷的比例更高達(dá)63.8%。到2008年，因地面濕滑摔倒致殘的老人已經(jīng)達(dá)到96.9萬，隨著我國老齡化的逐步加深，這個(gè)數(shù)據(jù)將變得更大。防滑是在瓷磚美感的基礎(chǔ)上提升的一個(gè)重要使用功能，目前在國內(nèi)還不太被重視，但在國外防滑能力已成為瓷磚是否安全合格的一個(gè)重要指標(biāo)。隨著人們消費(fèi)意識(shí)的改變，消費(fèi)者開始逐步認(rèn)識(shí)了解地面“防滑”問題，已經(jīng)開始轉(zhuǎn)變觀念，從過去只要關(guān)注美觀的裝飾效果轉(zhuǎn)變到既要注重美觀，也要看重地磚的防滑功能，陶瓷地磚的防滑性越來越受到重視。

我國“入世”以來，國際化趨勢(shì)越來越明顯，陶瓷產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也必然要與國際接軌。歐美國家對(duì)不同的場(chǎng)所訂定了不同的止滑要求，其中意大利、美國等國都通過法案的形式對(duì)地面材料防滑性能提出了強(qiáng)制的要求，而我國陶瓷磚標(biāo)準(zhǔn)雖然有收錄止滑的測(cè)試方法，但是并沒有強(qiáng)制要求達(dá)到一定的止滑效果。因?yàn)樘沾傻卮u的防滑性能直接影響著其使用安全性，作為陶瓷地磚的生產(chǎn)和使用大國，我國應(yīng)積極展開防滑性能方面的研究，借鑒和利用外國的先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，研制出新的地面處理防滑安全的產(chǎn)品和技術(shù)，提高產(chǎn)品的防滑性能，全面推進(jìn)我國地面防滑安全水平，保障公眾的健康安全。這不僅符合國家《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》的產(chǎn)業(yè)政策，符合國家產(chǎn)業(yè)政策發(fā)展的方向，更具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，有利我國陶瓷行業(yè)產(chǎn)品與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌和并提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。開發(fā)一種美觀又防滑的，能被大眾所接受和認(rèn)可的陶瓷地磚已成為刻不容緩的事情。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1防滑釉制備工藝過程

防滑釉的生產(chǎn)過程與一般釉面磚的生產(chǎn)過程基本相同，其制備工藝過程如下圖1所示。

（1）壓制成型

稱取預(yù)制好的坯粉25 g左右，放入Φ5 ㎝的模具中，在30 MPa的壓力下，壓制成圓餅。

（2）釉料配料

用電子天平按照試驗(yàn)配方準(zhǔn)確稱取各種釉用原料。試驗(yàn)中每個(gè)配方用料總量為50 g，質(zhì)量精確到0.01 g，誤差在 ± 0.02 g。

（3）磨制釉漿

在快速球磨機(jī)中按料：水 = 1：0.8將原料磨細(xì)混勻，球磨時(shí)間為8 min，球磨時(shí)，水中另加料質(zhì)量的0.5%的CMC，磨料用氧化鋁質(zhì)磨球。

（4）施釉

實(shí)驗(yàn)采用浸釉法：將坯體表面浸入釉漿，沉浸時(shí)間10 s，利用坯體的吸水性而使釉料附著在坯體上，釉漿密度控制在0.31 kg / m2左右。

（5）干燥

將制好的樣品放入電熱干燥箱中，在100℃下烘干。

（6）燒成

將干燥后的樣品放入高溫節(jié)能箱式電阻爐中于合適的溫度燒成。具體燒成溫度要通過反復(fù)試驗(yàn)來確定。這里以燒成周期約3.5 h為例。燒成曲線如圖2，待爐子自然冷卻后取出樣品，即可獲得防滑釉面。

2.2實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)制備防滑釉面所用的原料有鈉長石、硅灰石、燒高嶺土、石英等，試驗(yàn)中配方主要在R2O - ZnO - CaO - MgO - Al2O3·SiO2體系的基礎(chǔ)下進(jìn)行，在結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料和經(jīng)驗(yàn)下，以R2O含量（wt%）（K2O和Na2O的合量）、ZnO含量（wt%）、CaO / MgO和SiO2 / Al2O3值為影響因素，并選取合適的水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。通過考察R2O含量、ZnO含量、CaO / MgO、SiO2 / Al2O3對(duì)釉面性能（尤其是釉面摩擦系數(shù)）的影響。

釉面磚防滑性能的評(píng)價(jià)很大程度上依賴人的感覺。而人的感覺又會(huì)受到個(gè)體差異和環(huán)境的影響，所以感覺的評(píng)價(jià)是最主觀的。為了能較好的研究和制備防滑釉，通過引入釉面摩擦系數(shù)來間接評(píng)價(jià)釉面磚的防滑性能。釉面摩擦系數(shù)越大，釉面磚的防滑性能就越強(qiáng)。在制備和研究防滑釉的過程中，通過測(cè)定釉面的摩擦系數(shù)的方法，就可以研究實(shí)驗(yàn)中各種因素對(duì)釉面磚的防滑性能的影響。在防滑理論和經(jīng)驗(yàn)的指導(dǎo)下，弄清楚大致正確的試驗(yàn)方向，然后沿著這個(gè)方向去進(jìn)行試驗(yàn)和改進(jìn)試驗(yàn)方案，最終選定摩擦系數(shù)達(dá)到要求的幾個(gè)配方和制備工藝。然后通過考查釉面其他性能要求（如釉面的耐污染性）和生產(chǎn)工藝的要求和成本的考慮（燒成溫度越低越好，材料價(jià)格越便宜越好），從而找到最佳的配方和生產(chǎn)工藝。

主要工藝參數(shù)：燒成溫度：1180 ～ 1190℃，釉漿比重：1.52 g·cm-3時(shí)通過多次試驗(yàn)獲得3個(gè)滿足試驗(yàn)預(yù)期的配方，在干態(tài)和濕態(tài)下釉面摩擦系數(shù)均大于0.8，達(dá)到了試驗(yàn)預(yù)期目的。其化學(xué)組成如表1，其在干燥和濕潤條件下摩擦系數(shù)如表2。

3 結(jié)果與討論

通過對(duì)防滑釉組成配方、生產(chǎn)工藝、防滑釉的析晶過程及防滑機(jī)理的研究，得到了以下結(jié)論：

（1）堿金屬氧化物R2O會(huì)減小釉熔體的粘度，并降低燒成溫度，提高釉中玻璃相的含量，不利于粗糙峰的形成。因此，堿金屬氧化物R2O的含量要適中。

（2） ZnO在釉中有助熔的作用，降低釉的燒成溫度，同時(shí)ZnO易析出硅酸鋅晶體，對(duì)釉面摩擦系數(shù)有著直接的影響。但因ZnO的價(jià)格較高，考慮到企業(yè)產(chǎn)品成本因素，故實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)雖好，但在本次試驗(yàn)最優(yōu)配方的選擇中沒有選用。

（3）CaO / MgO值與晶相種類以及析晶含量緊密相關(guān)，對(duì)釉面摩擦系數(shù)有著直接影響。CaO / MgO較大時(shí)，釉中主要以鈣長石晶相為主，長柱狀的鈉長石晶相較少，同時(shí)有著較大含量的玻璃相。隨著CaO / MgO的減少，玻璃相得含量明顯變少，長柱狀的鈉長石晶體也變多，同時(shí)析出的α-SiO2更大更多，晶體集聚得更加緊密，有利于形成更大更多粗糙峰，釉面摩擦系數(shù)也因此變大。通過試驗(yàn)和分析，當(dāng)CaO / MgO值為3.9時(shí)，釉面摩擦系數(shù)較佳。

（4）SiO2 / Al2O3的變化直接影響晶體結(jié)構(gòu)，對(duì)釉面摩擦系數(shù)有著顯著的影響。SiO2 / Al2O3較大時(shí)，鈉長石晶體較多，玻璃相含量較大，形成的粗糙峰較小且相對(duì)平緩。隨著SiO2 / Al2O3的降低，鈣長石對(duì)應(yīng)峰的峰強(qiáng)變強(qiáng)，其含量變大，玻璃相減少，能形成更多更大的粗糙峰，摩擦系數(shù)增太。當(dāng)SiO2 / Al2O3減少到一定程度時(shí)，有透輝石晶相析出。通過試驗(yàn)和分析，當(dāng)SiO2 / Al2O3值在3.0 ～ 3.2之間時(shí)，釉面摩擦系數(shù)較佳。

（5）生產(chǎn)工藝（燒成溫度、釉漿比重、釉漿的粒度）對(duì)釉面摩擦系數(shù)有著直接影響。隨著燒成溫度的提高，釉中玻璃相含量增大，釉的高溫粘度降低，析出晶體分散，釉面變得光滑平整，釉面摩擦系數(shù)隨之降低；隨著釉漿比重的升高，釉面形成的粗糙峰變多，真實(shí)接觸面積變大，釉面摩擦系數(shù)先變大。當(dāng)釉漿比重達(dá)到1.52 g·cm-3左右時(shí)，釉面摩擦系數(shù)達(dá)到最大，之后隨著釉漿比重的繼續(xù)增大，釉中形成的粗糙峰也越平緩，真實(shí)接觸面積越小，釉面摩擦系數(shù)逐漸減??；釉漿的粒度組成對(duì)釉漿粘度和懸浮性、釉漿和坯體相適應(yīng)能力和釉的熔融溫度等都有影響，進(jìn)而影響燒成后試樣釉面品質(zhì)，從而影響釉面的摩擦系數(shù)。球磨時(shí)間越短，釉漿粒度越大，釉面摩擦系數(shù)越大，但釉面品質(zhì)較差。隨著球磨時(shí)間越長，即釉漿粒度越小，釉面摩擦系數(shù)越小。因此，試驗(yàn)中球磨時(shí)間在5 min為宜。

參考文獻(xiàn)

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