陶瓷磚的防靜電研究

鄧來福 倪成林

摘 要：靜電作為一種靜場自然危害源，容易引起易燃、易爆氣體產生爆炸，機房因為靜電而干擾電子設備，這會給人類社會造成重大損失。陶瓷磚作為人類環境所接觸的必不可少的產品，如果鋪貼在存放電子設備的機房內，其防靜電功能顯得十分重要。本文選用ATO（銻摻雜氧化錫）、二氧化錫和摻雜氧化鋅作為制作防靜電瓷磚的導電氧化物，通過試驗分析了三種導電氧化物的添加量對釉料導電性能以及釉面質量的影響，結果發現ATO作為導電材料的釉面呈現明顯的藍色，不利于磚坯進行圖案裝飾；二氧化錫作為導電材料的釉面呈現微弱的藍色，對圖案裝飾影響不大，但成本較高；而采用摻雜氧化鋅對釉面影響最小，摻雜氧化鋅添加量為12%時，釉面點對點電阻為2×106 Ω。最后探討了防靜電瓷磚的鋪貼工藝。

關鍵詞：氧化錫；銻摻雜氧化錫；摻雜氧化鋅；防靜電釉料；防靜電瓷磚

1 前言

靜電放電是日常生活中極其常見的一種現象，在干燥的環境中，有時人體在接觸金屬物體時會感到有電，偶爾還會看到電火花，這就是靜電放電現象。過去，靜電很少引起人們的關注，隨著高科技的發展，靜電在某些行業和日常生活中帶來了極大的危害與不便，比如在易燃易爆氣體環境下如果存在靜電就很容發生爆炸；如果在裝有電子信息設備的房間內存在靜電，則很容易因為靜電而干擾設備的正常運轉。減少靜電危害的途徑之一就是增大電荷消散速率，防止電荷積聚，減少表面電阻率[1]。這種方法是防靜電的主要手段。目前涂料[2]、混凝土[3]、織物以及包裝[4]等領域大多采用減少表面電阻率的方法來達到防靜電的效果。這種減少表面電阻率的方法，其實質就是讓不導電的物體表面具有一定程度導電的過程。國家標準GB12014防靜電工作服規定點對點電阻為105 ～ 1011 Ω，其中A級防靜電要求105 ～ 107 Ω，B級防靜電要求107 ～ 1011 Ω。銻摻雜二氧化錫是一種常見的防靜電材料，比電阻為30 Ω·cm2，是一種導電性能極佳的導電氧化物，顏東亮[5]以氧化硅玻璃纖維為載體，采用非均勻成核法在其表面包覆一層銻摻雜氧化錫制備了導電纖維，然后將其應用于釉料中制備防靜電陶瓷磚。二氧化錫和銻摻雜氧化錫除了成本比較高之外，對釉面發色也有一定的影響。氧化鋅是釉料中常用原料，然而普通氧化鋅不一定能達到防靜電的要求，因此本文選用摻雜氧化鋅來制備防靜電陶瓷磚。

2 實驗材料與測試方法

實驗所用的不含氧化鋅的基礎透明釉料A成分如下表1。基礎面釉B成分如下表2。所用的導電氧化鋅為深圳晶材化工有限公司的摻雜氧化鋅。二氧化錫和銻摻雜氧化錫（SnO2：Sb2O3=19：1）是寧波金雷納米材料科技有限公司生產的。

參照文獻[5]的測試方法對包覆粉體的電阻率進行了測試，將燒后的防靜電瓷磚切割成 20 mm × 30 mm的小方塊，在兩端釉表面涂覆銀電極，并保證兩電極間的表面為正方形，通過電阻測試儀（TH2681 型）測定試樣表面電阻。

3 結果與討論

3.1 添加ATO的防靜電面釉

由于二氧化錫乳濁作用，ATO只能作防靜電面釉使用，因此在基礎面釉B中添加10%、15%、20%、25%、30%ATO后，這種面釉的表面電阻變化如下表3。從表3中可以看出，當ATO的加入比例為10%時，燒成后的電阻（5 × 1012 Ω）大于防靜電所要求的電阻。隨著ATO的加入比例的提高，釉面藍色加深，同時點電阻呈現降低趨勢，添加到30%時，釉面呈現一定程度的氣泡，可能是過多的ATO降低了基礎釉料A燒成溫度導致的。由于ATO加入釉料中都會呈現不同程度的藍色，無論是應用在面釉還是拋釉中，都會影響陶瓷磚的裝飾效果，所以運用ATO作為防靜電材料不是最佳選擇。

3.2 添加二氧化錫的防靜電面釉

由于二氧化錫乳濁作用，只能作防靜電面釉使用。因此我們對基礎釉面B中二氧化錫的加入比例與電阻大小關系進行了探索，我們發現當二氧化錫的加入比例低于30%時，點對點電阻較大不適合做防靜電材料使用；而添加比例大于30%時，其釉面點對點表面電阻在1011 Ω以下。其表面電阻變化趨勢如圖1所示。添加二氧化錫釉面藍色在40%左右時較淺，因此可選擇二氧化錫的加入質量比例為40%做防靜電釉料，此時點對點表面電阻為3 × 107 Ω。

3.3 添加摻雜氧化鋅的防靜電拋釉

在剔除了普通氧化鋅的拋釉中分別加入摻雜氧化鋅5%、10%、15%、20%，結果發現：5%摻量時，釉面電阻超過1011 Ω，不符合防靜電要求；含量達到10%以上，釉面電阻低于1011 Ω，達到防靜電要求。從圖2可以看出，10%摻量時為1.5 × 107 Ω，15%摻量時表面電阻為5 × 106 Ω，達到了A級防靜電要求105 ～107 Ω。20%時也滿足防靜電要求，但是釉面有波紋缺陷，這是因為過多加入摻雜氧化鋅后，基礎釉料A的釉面溫度被降低而造成的。因此，從成本、釉面質量和防靜電效果來綜合考慮，可選擇15%摻量的摻雜氧化鋅作為防靜電拋釉。

3.4 防靜電瓷磚鋪貼工藝

僅僅單片瓷磚滿足防靜電要求并不意味著鋪貼后整體可以達到防靜電要求，這就要求考慮每片磚之間的串聯方式，如何實現磚與磚之間的電荷導通，將電荷導入大地。因此，可考慮采用銅片作為主要導體接觸大地，在瓷磚與瓷磚的縫隙之間添加導電砂漿，最后在磚縫上涂一層具有防靜電功能的美縫劑（如圖3所示）。其中，銅片通過銅導線相互連接起來，最后接地；導電砂漿用瓷磚膠作為主體，同時可考慮在導電砂漿中加入鋼渣粉或其它金屬粉，使其固化后具有防靜電效果。

4 結論

（1）ATO不適用于作為要求豐富裝飾效果的防靜電瓷磚的導電原料，可以用于制備藍色的防靜電瓷磚。

（2）二氧化錫加入釉料中對釉面顏色影響較小，可以考慮將其作為防靜電陶瓷的導電材料。

（3）在剔除了普通氧化鋅的拋釉A中加入摻雜氧化鋅15%含量時，釉面質量良好，其表面電阻為5×106 Ω，達到了A級防靜電要求105 ～ 107 Ω。

參考文獻

[1] 于洋，李玲，佟延春.簡談靜電放電的防護.安全與電磁兼容[J].1999（4）：16-17，31.

[2] 李冀輝，馮莉莉，賈志欣. 以膨脹石墨為填料的防靜電涂料的研究[J]. 上海涂料，2005，43（2）：1-3.

[3] 王占坡.水泥基自流平防靜電地坪材料的研究[D].武漢：武漢工程大學，2017.

[4] 王振廷，尹吉勇，李 洋等. 石墨烯基防靜電材料制備及其性能[J]. 黑龍江科技大學學報，2017，27（4）：429-432.

[5] 顏東亮，吳建青，陳林. 導電纖維的制備及在防靜電陶瓷中的應用[J]. 稀有金屬材料與工程，2010，39（11）：2018-2022.