專利名稱：同時具備抗污及抗菌功能的高溫陶瓷釉藥、陶瓷釉面及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種可在高溫?zé)频奶沾捎运?，該釉藥在以一般陶業(yè)施布的方法噴覆在陶瓷生胚后，可在高溫與胚體一次燒成，使燒成后的釉面可同時具備抗污及抗菌的功能。
一般陶瓷產(chǎn)品，如餐具、磁磚、衛(wèi)浴器材等的制造方式，是先將粘土、長石、石英等陶瓷粉末顆粒經(jīng)混合、球磨、成形、燒成等步驟，作成陶瓷胚體，陶瓷生胚的表面會忠實的反應(yīng)出模具表面的粗糙程度及所使用陶瓷粉末顆粒的外貌及大?。灰簿褪钦f，起始原料的顆粒愈大表面的粗糙度也將愈大。
一般陶瓷產(chǎn)品的表面皆會被施加上一層釉藥(如圖1所示)，釉藥的原料1與胚體原料2的主要成份大同小異，釉藥被噴覆于胚體上的厚度約0.3～0.5mm，在燒成后釉藥的玻璃相會較多，而藉此玻璃相的流動使胚體的表面燒成后的釉層3較為平滑且光亮(如圖2所示)，釉層中存在有氣泡4。釉藥中又常加入色料，使釉面除能覆蓋顏色較黃的胚體外，更能產(chǎn)生不同顏色，達(dá)到美觀的目的。
但因釉藥的原料也是同陶瓷原料粉末一樣，須經(jīng)混合、球磨等步驟準(zhǔn)備，所以釉層表面的粗糙程度亦受其原料顆粒大小的影響，當(dāng)然也會同時受到胚體表面的粗糙度影響，再加上在燒成時，胚體及釉面皆會收縮，造成表面常有凹凸不平及針孔等缺陷的存在。這些凹凸不平的表面及針孔將會成為產(chǎn)品在使用中污物及細(xì)菌的積存位置，這些污物及細(xì)菌會不斷累積及繁殖，使得陶瓷產(chǎn)品的表面骯臟，而須常常以涮洗及鹽酸酸洗等方式才能除去污物及細(xì)菌，造成許多不便。
針對這方面的缺點，市面已有具備防污的陶瓷產(chǎn)品，也有具備抗菌的陶瓷產(chǎn)品。然而，抗污的產(chǎn)品在釉藥方面為各制造公司know-how，并沒有公開；而抗菌產(chǎn)品多為含有銀的無機化合物及二氧化鈦微粒。二氧化鈦為一種具光觸媒效應(yīng)的陶瓷氧化物，紫外光可激發(fā)二氧化鈦而釋放出電子，并可進(jìn)而分解與其接觸的有機物質(zhì)，使細(xì)菌無法滋生、繁衍而達(dá)到抗菌的效果。含銀的無機化合物亦被廣泛的使用為抗菌劑。這兩種抗菌劑已分別成功的被使用在一些產(chǎn)品上，但不能被應(yīng)用于高溫下以能將其燒附在產(chǎn)品的釉層中、或其表面上。這是因為二氧化鈦會與釉藥中的粘土及長石等原料結(jié)合而起作用，進(jìn)而溶入玻璃結(jié)構(gòu)中，而不再是二氧化鈦。銀的熔點僅有960℃，在960℃以上燒成時液態(tài)銀的蒸氣壓很高，故在1000℃以上燒成時會大量揮發(fā)，而造成表面的銀皆揮發(fā)掉了；如此其表面不再有銀存在，而失去了抗菌功能，故目前市面上的抗污、或抗菌陶瓷產(chǎn)品皆先于高溫?zé)桑缓笤僖远渭庸し绞綄⒖咕鷦┦┓笥谟詫颖砻?，接著以較低溫?zé)降姆绞街苽?，造成制程?fù)雜、制造成本較高，相關(guān)產(chǎn)品價格較貴。
本發(fā)明人因鑒于陶瓷產(chǎn)品皆須在高溫下燒成，且陶瓷產(chǎn)品(尤其是衛(wèi)生陶瓷，如馬桶、洗臉盆等)與我們的日常生活息息相關(guān)，所以其表面的清潔對使用者的安全及衛(wèi)生皆有極大的影響。故而投入大量經(jīng)費，經(jīng)過長時間的研究，發(fā)明出一種新的釉藥配方；這種釉藥可以一般傳統(tǒng)的施布方式將其直接噴覆于胚體上，且可與陶瓷胚體一次高溫?zé)?。不須于高溫?zé)珊笤僭谔沾僧a(chǎn)品表面上施以噴覆工程及燒成，故具有施工容易、制造成本低廉的特色，而燒成后的細(xì)致釉面品質(zhì)因具有非常平坦的粗糙度，致使一般污物不易附著表面而達(dá)到其抗污功效。且因此釉藥優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性而能將抗菌劑保持下來，使得此抗污釉面能夠同時具有抗菌的功能。
本發(fā)明的目的是提供以特殊的釉藥配方及精密的原料粉體顆粒大小控制工程，調(diào)配制作而成的抗污、抗菌高溫釉藥，制出的陶瓷釉面及其制法。
應(yīng)用于一般陶瓷制品的釉藥的化學(xué)組成是大同小異的，然而由于不同用途的陶瓷制品(如壁磚、地磚、藝術(shù)陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、餐具用陶瓷……)，其制程中的燒成溫度不同(950℃至1300℃)，加溫速率與高溫恒溫時間亦有所差異；所以，應(yīng)用在不同用途的陶瓷制品的釉藥化學(xué)組成皆須經(jīng)過些許調(diào)整以能完全符合其燒成條件。以下所列是它們經(jīng)常含有的化學(xué)組成及組成的比例范圍主成份釉層玻璃質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)成份SiO255wt％(重量百分比)至75wt％Al2O35wt％至10wt％，副成份釉藥調(diào)配所需助熔劑或乳濁劑的成份
CaO 6wt％至9wt％，ZrO23wt％至5wt％，ZnO 3wt％至5wt％，K2O 2wt％至3wt％，Na2O1wt％以下，微量成份存在于主成份及副成份原料中的微量成份MgO1wt％至1.5wt％，BaO0.5wt％至1.0wt％，一般而言，傳統(tǒng)的陶瓷工業(yè)施釉程序，首先將一般的釉漿噴覆到陶瓷胚體表面上(如圖1所示)，其釉層的厚度依照陶瓷工業(yè)制程上的要求須控制在0.3mm(毫米)至0.5mm之間，以達(dá)到其對陶瓷胚體顏色的遮蔽效果。而且在陶瓷工業(yè)制程中使用的釉藥漿料的原料須經(jīng)研磨程序以控制其粒度分布(如圖3所示)，經(jīng)常被要求其中顆粒直徑小于10μm(微米，10-6m)的累積重量百分比(cumulative weight percentage，wt％)，須被控制在75wt％至85wt％之間；在此條件下的釉藥漿料被噴覆在陶瓷胚體上，經(jīng)高溫(95℃至1300℃)燒成之后，玻璃質(zhì)釉面的粗糙度才能達(dá)到可被一般消費者接受的平滑程度(平均粗糙度約在0.3μm至0.6μm之間)。
本發(fā)明所述釉藥的特點之一在于其中各種化學(xué)組成含有量的比例必須被調(diào)整而與一般陶瓷制程上所使用的釉藥有所不同，它的軟化點溫度應(yīng)低于與其共同使用的一般釉藥約10℃至30℃，將因制品的用途與制程不同而會有所差異?；旧希谳^高溫度進(jìn)行燒結(jié)工程者，兩者的軟化點溫度的差異將須適當(dāng)?shù)財U大，才能獲得更細(xì)致的釉面品質(zhì)，而提供一種防止陶瓷產(chǎn)品的表面釉層被污染的方法，亦即是“抗污功能”。
再者，若于本發(fā)明的釉藥中添加入市售的含銀成份的高溫抗菌劑(品名AM15，廠商日本住友大阪水泥株式會社)，調(diào)制成為一種含有銀抗菌劑的抗污釉漿?？咕鷦┑奶砑恿糠秶鸀?.1wt％至10wt％，視其燒成條件與產(chǎn)品用途的不同等因素而決定。然后，將此釉漿噴施于前述的已噴覆一般釉漿的釉面上，當(dāng)這個表面噴覆此含有銀抗菌劑的抗污釉漿的胚體于窯爐中以高溫一次燒成后，將使得陶瓷產(chǎn)品的表面釉層同時具有抗污及抗菌的功能。
下列是本發(fā)明的抗污、抗菌釉藥依據(jù)為符合不同應(yīng)用的陶瓷制品及其燒成條件，經(jīng)過適當(dāng)原料的調(diào)整而獲得的化學(xué)組成及組成的比例范圍主成份SiO240wt％至65wt％Al2O39wt％至15wt％，CaO 10wt％至15wt％，副成份ZnO 4wt％至8wt％，Na2O2wt％至5wt％，K2O 2wt％至5wt％，TiO20.5wt％至2.5wt％，Ag2O0.1wt％至1.8wt％，本發(fā)明亦是利用一種精密的表面粗糙度控制工程，而提供一種增強其防止表面被污染的方法。如前所述陶瓷產(chǎn)品釉層表面的粗糙程度會受到其原料粉體顆粒大小的影響，也會同時受到胚體表面的粗糙度影響。本發(fā)明的釉藥漿料的原料粒度分布要求為顆粒直徑小于0.5μm的累積重量百分比須被控制在50wt/％以上(如圖4所示)。在將已噴施一般釉漿的陶瓷胚體進(jìn)行高溫?zé)芍?，若將本發(fā)明的釉藥漿料再噴施于其表面上(如圖5所示)，燒成以后可改善其釉面的粗糙度，平均粗糙度可被降低至0.05μm至0.20μm之間的細(xì)致程度。此釉層的厚度必須控制在0.05mm至0.10mm之間，釉層厚度的控制可藉由釉漿濃度的調(diào)整以達(dá)要求。
如此，本發(fā)明的特殊釉藥將可與已施釉的胚體同時一次高溫?zé)?，而能使得陶瓷產(chǎn)品的表面釉層獲得更細(xì)致的釉面品質(zhì)；致使一般污物將不容易附著在其表面而達(dá)到它的抗污功效。也因為本發(fā)明的釉藥中含有銀抗菌劑，使得燒成陶瓷產(chǎn)品的表面釉層亦具有抗菌功能。所以，如果依照此釉藥配方及制造程序生產(chǎn)的陶瓷產(chǎn)品可稱為具有抗污、抗菌功能釉面的陶瓷。
本發(fā)明的進(jìn)步性可由下列實施例證明。


圖1是一般陶瓷釉藥噴施在胚體上的情形；圖2是已噴施釉藥的陶瓷胚體在高溫?zé)珊?，釉層中氣泡留存的情形；圖3是一般陶瓷釉藥的粉體粒度分布曲線；圖4是抗污、抗菌釉藥的粉體粒度分布曲線；圖5是抗污、抗菌釉藥噴施在已施釉藥胚體上的情形；圖6是噴施一般釉藥的陶瓷，高溫?zé)珊笥悦娴脑恿︼@微鏡檢驗結(jié)果；圖7是抗污、抗菌釉藥的調(diào)制流程；圖8是噴施抗污、抗菌釉藥的陶瓷，高溫?zé)珊笥悦娴脑恿︼@微鏡檢驗結(jié)果；實施例1一般釉面衛(wèi)生陶瓷制作(對照例)依據(jù)實際制造程序的需要而調(diào)配一批白色陶瓷釉藥，利用各種原材料(如高嶺土、長石、硅砂、……等)經(jīng)由比例調(diào)整使其含有下列化學(xué)組成SiO2 70.6wt％，Al2O3 9.2wt％，CaO 7.6wt％，ZrO2 3.5wt％，ZnO 3.55wt％，K2O 2.5wt％，Na2O 0.9wt％，MgO 1.3wt％，TiO20.035wt％，BaO 0.8wt％。
上述釉藥的原料經(jīng)過混合、加水、球磨等步驟準(zhǔn)備，并對其粒度分布加以控制，使得其中原料粉體顆粒的直徑小于10μm的累積重量百分比占82wt％，將此條件的釉藥漿料噴覆在陶瓷胚體上，釉層厚度約為0.46mm在1220℃高溫下燒成之后，產(chǎn)生一具有玻璃質(zhì)的白色釉面；應(yīng)用表面粗度儀測量，它的平均粗糙度為0.32μm。并且應(yīng)用原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope，AFM)檢驗其表面品質(zhì)狀況，檢驗結(jié)果為圖6所示，由圖6可知，噴施一般釉藥的陶瓷，高溫?zé)珊笥悦娴脑语@微鏡檢驗結(jié)果為釉面結(jié)構(gòu)較粗糙。
實施例2抗污、抗菌陶瓷釉面制作如實施例1中的調(diào)制過程一樣，將各種需要的原材料經(jīng)由比例調(diào)整，并且將含銀抗菌劑依適當(dāng)?shù)谋壤砑佑谄渲?，然后?yīng)用適合的研磨設(shè)備進(jìn)行粉體粒徑控制工程。研磨時間的長短將因所使用的研磨設(shè)備的效能不同而加以調(diào)整，使獲得的釉藥漿料中有92wt/％的原料顆粒直徑小于0.5μm。(詳細(xì)調(diào)制流程如圖7所示)。制備完成的釉漿，經(jīng)由化學(xué)分析手續(xù)得知其化學(xué)組成如下SiO2 60.6wt％，Al2O313.3wt％.
CaO 13.8wt％，ZnO 4.6wt％，K2O 2.3wt％，Na2O 3.2wt％，TiO2 1.1wt％，MgO 0.1wt％，BaO 0.2wt％，Ag2O 0.8wt％.
將此釉藥漿料噴施在已被噴覆實施例1白色釉漿的陶瓷胚體上，釉層厚度約為0.06mm，同樣地在1220℃高溫下燒成。在此制程條件下燒成的陶瓷釉面，表面品質(zhì)相當(dāng)細(xì)致，利用表面粗度儀及原子力顯微鏡進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)它的平均粗糙度僅為0.12μm，而原子力顯微鏡的檢驗結(jié)果展示于圖8中，從圖中可以看出噴施抗污抗菌釉藥的陶瓷，高溫?zé)珊笥悦娴脑恿︼@微鏡檢驗結(jié)果陶瓷釉面光滑細(xì)致。
實施例3陶瓷釉面鉛筆劃痕試驗應(yīng)用實施例1及實施例2中調(diào)制的釉藥制作試驗陶瓷釉面，首先以實施例1的一般釉藥噴施在平坦的陶瓷胚面上，再將實施例2中調(diào)制的抗污、抗菌釉藥噴施在右半部的已施釉面上，然后進(jìn)行燒成。為了比較左、右兩半部陶瓷釉面的表面粗糙程度的差異，除了應(yīng)用原子力顯微鏡的檢驗外，更利用中硬度的鉛筆(HB)在釉層表面連續(xù)刮劃，這個試驗的結(jié)果可見于附件1。由于施用一般釉藥的陶瓷釉面較為粗糙，造成鉛筆蕊的磨損而留下明顯的痕跡；而施用抗污、抗菌釉藥的釉面相當(dāng)光滑，絲毫不見鉛筆蕊的痕跡，再次驗證其不易被污物所附著的概念。
實施例4陶瓷馬桶釉面沖洗試驗依照實施例3的施釉方法，制作一批左、右兩半部不同釉面的陶瓷馬桶(如附件2所示)。利用一類似人體排泄物的脂肪酸加上黑色色料調(diào)制成仿污物，涂刷在馬桶內(nèi)部使用面上進(jìn)行沖洗試驗。測試結(jié)果顯示抗污、抗菌釉面(右半部)經(jīng)清水沖洗后，仿人體排泄物的污物馬上脫離光滑的表面。反觀左半部表面品質(zhì)較粗糙，易為污物所吸附而不容易清除。
實施例5陶瓷釉面抗菌試驗---小便斗中花的現(xiàn)場使用試驗分別應(yīng)用實施例1及實施例2中調(diào)制的釉藥，分別噴施在小便斗中花(參見附件4)，燒制成樣品以為抗菌試驗使用。將它們置放在使用頻繁的公共廁所中的小便斗內(nèi)，進(jìn)行尿液與細(xì)菌的防制試驗。經(jīng)過三個月連續(xù)使用但不清洗，檢視樣品，結(jié)果發(fā)現(xiàn)抗污、抗菌陶瓷釉面發(fā)揮其抗菌效力，只見少許污點沾附表面，而一般釉藥的陶瓷釉面卻是布滿橘黃色尿垢。
為使應(yīng)用本發(fā)明所述抗污、抗菌釉藥制作的陶瓷產(chǎn)品能夠得到消費者的信任與接受，乃應(yīng)用實施例2調(diào)制的抗污、抗菌釉藥噴施陶瓷胚體制作樣品一批，分別委托深具公信力的試驗認(rèn)證單位“日本食品分析中心(Japan Food ResearchLaboratories)”及“臺灣的食品工業(yè)發(fā)展研究所”執(zhí)行抗菌力評估試驗，兩者的試驗結(jié)果報告書中(附件5與附件6)皆顯示出本發(fā)明的抗污、抗菌釉藥制作的陶瓷釉面具有99.99％以上的減菌率，評定合格。以上兩個抗菌試驗單位采用的抗菌力評定方法及其計算式(附件4)皆根據(jù)日本抗菌協(xié)會所頒布“抗菌制品的抗菌力評價試驗法I，1998年版(Antibacterial activity test method I ofantibacterial product，1998 term version)”執(zhí)行抗菌力評估試驗。
以上各實施例的陶瓷產(chǎn)品制造程序是應(yīng)用目前最為陶瓷業(yè)所熟知的制造技術(shù)，故本發(fā)明所揭示的陶瓷釉藥及釉漿的調(diào)制條件，適合于工業(yè)界大量生產(chǎn)，具有實際經(jīng)濟價值。凡依本發(fā)明技術(shù)方案特征及精神所做的各種等效變化及修飾皆屬本發(fā)明涵蓋的范圍。
附件1是鉛筆劃痕試驗結(jié)果；附件2是馬桶釉面沖洗試驗；附件3是釉面抗菌能力試驗---小便斗中花實地試驗；附件4是抗菌試驗的抗菌力評定方法簡易示意圖，及其計算式。
附件5抗污、抗菌陶瓷釉胚，委托日本食品分析中心(Japan Food ResearchLaboratories)執(zhí)行抗菌力試驗的試驗報告書影本，顯示減菌率99.99％以上，評定合格。(共3頁)附件6抗污、抗菌陶瓷釉胚，委托臺灣的食品工業(yè)發(fā)展研究所執(zhí)行抗菌力評估試驗的委托試驗報告書影本，顯示減菌率99.99％以上，評定合格。(共2頁)
權(quán)利要求
1.一種同時具備抗污及抗菌功能的高溫陶瓷釉藥，其特征在于該釉藥經(jīng)調(diào)配后其原料含有的各種化學(xué)成份及其比例是SiO240wt％至65wt％，Al2O39wt％至15wt％，CaO 10wt％至15wt％，ZnO 4wt％至8wt％，Na2O 2wt％至5wt％，K2O 2wt％至5wt％，TiO20.5wt至2.5wt％，Ag2O 0.1wt至1.8wt％，原料粒度分布是顆粒直徑小于0.5μm者的累積重量百分比被控制在50wt％以上。
2.一種同時具備抗污及抗菌功能的陶瓷釉面的制法，其特征是它是按一般陶瓷業(yè)的涂布方式將權(quán)利要求1所說的高溫陶瓷釉藥噴覆于陶瓷胚體上，并在950℃至1300℃間高溫一次燒成，可使陶瓷產(chǎn)品釉層表面同時具有抗污及抗菌功能。
3.一種按權(quán)利要求2所說的制法所制成的同時具備抗污及抗菌功能的陶瓷釉面，釉面的表面平均粗糙度Ra在0.05μm至0.20μm。
全文摘要
一種同時具備抗污及抗菌功能的高溫陶瓷釉藥、陶瓷釉面及其制法。該釉藥含有的各種化學(xué)成份及其組成比例是SiO
文檔編號C03C8/04GK1333193SQ0111853
公開日2002年1月30日 申請日期2001年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月30日
發(fā)明者陳世杰, 廖富源, 杜國龍, 陳俊賢 申請人:和成欣業(yè)股份有限公司