光擴(kuò)散反射性耐污釉料*

周忠華

(成都當(dāng)代環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)工程有限公司 成都 610000)

前言

在室內(nèi)，使用可產(chǎn)生擴(kuò)散反射可見(jiàn)光的建筑材料如釉面磚，即使照明度不足，也給人明亮的感覺(jué)，這有助于節(jié)省照明電費(fèi)用。除此之外對(duì)所用釉面磚這類基材還期望具有易除污性。雖使釉面磚表面呈凹凸?fàn)钍谦@得廣角反射光的技術(shù)手段之一，但就防污性來(lái)看，此形狀不合宜。有關(guān)專利文獻(xiàn)曾報(bào)道一種可輔助室內(nèi)光擴(kuò)散，在亮度不足情況下維持或提高照明度的面磚。該磚坯體含有較多a型氧化鋁，白色度高，可見(jiàn)光反射率達(dá)70%以上。還有文獻(xiàn)報(bào)道了一種高廣角反射光的面磚，是在表面形成凹凸部，再施以白色釉而制成。而這些文獻(xiàn)均是關(guān)于基材表面組成和形狀。此外，為提高釉層白色度，添加硅酸鋯這點(diǎn)人盡皆知。因?yàn)楣杷徜啿晃湛梢?jiàn)光，可增強(qiáng)白色度。近來(lái)，日本TOTO公司用含鋯元素的熔塊和硅酸鋯顆粒制出不僅光擴(kuò)散反射性好、而且具有耐污性的釉料，適用于釉面磚等建筑材料。

1 釉料制備

正如上述，該釉料具有光擴(kuò)散反射性和耐污性，填補(bǔ)了原瓷磚雖具有擴(kuò)散反射性，無(wú)耐污性的缺陷。為了同時(shí)獲得這兩種性能，在含鋯元素的熔塊與含硅酸鋯顆粒的釉料中，對(duì)熔塊鋯元素含量和硅酸鋯顆粒平均粒徑作了調(diào)整。將熔塊中鋯元素含量調(diào)至1.0%～1.5%，最好1.0%～1.2%(以ZrO2質(zhì)量%計(jì))，硅酸鋯顆粒平均粒徑為0.4～5.0 μm，最好0.4～1.0 μm。釉料形成釉層由硅酸鋯顆粒與玻璃質(zhì)成分組成。其中硅酸鋯由粒徑<0.3 μm和>0.3 μm，平均粒徑為0.4～5.0 μm的顆粒構(gòu)成。顆粒平均粒徑是指用掃描電子顯微鏡在5 000倍率下觀察50個(gè)顆粒，求近似圓形直徑的個(gè)數(shù)基準(zhǔn)平均粒徑(累積分布50%直徑：D50)。釉料組成物中的粒徑依據(jù)上述參數(shù)算出干燥物計(jì)算值。按該要求，熔塊以鋯乳濁熔塊為好。含鋯的熔塊燒成時(shí)，玻璃質(zhì)基體中析出硅酸鋯微結(jié)晶。結(jié)晶粒徑在0.3 μm以下。熔塊中鋯元素在釉料組成物固體成分中的含量為1%～7%，最好2%～5%(以ZrO2質(zhì)量%計(jì))。釉料組成物固體分中，硅酸鋯顆粒含量1%～30%，最好10%～20%。釉料組成物中可再添加平均粒徑為1～10 μm的氧化鋁、硅砂、滑石和氫氧化鋁中的至少一種無(wú)機(jī)顆粒。添加這些顆粒具有調(diào)節(jié)釉層光澤度的效果。這樣可實(shí)現(xiàn)質(zhì)感和外觀多樣化，其中特別是氧化鋁折射率較高，其效果顯著。釉料組成物形態(tài)為粉體和水分散釉漿2種。釉漿是將硅酸鋯顆粒和含鋯元素的熔塊，再添加無(wú)機(jī)顆粒混合，加水，在磨機(jī)中粉磨成漿體。釉料粉體采用料漿噴霧干燥顆粒化而成。形成釉層的釉料組成物中最好含有0.1%的鐵元素(以Fe2O3計(jì))。鐵元素存在不會(huì)吸收可見(jiàn)光，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)光擴(kuò)散反射。

該釉料組成物形成的釉層同時(shí)獲得良好的擴(kuò)散反射性和耐污性，其機(jī)理雖尚未弄清，但可推斷釉層中除釉料組成物中除摻入的硅酸鋯顆粒外，釉燒時(shí)還存在含鋯元素的熔塊中析出的硅酸鋯顆粒，析出的顆粒較摻入的硅酸鋯顆粒粒徑小，較大和較小粒徑的硅酸鋯顆粒存在釉層中，可在寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)有效使光廣角擴(kuò)散。具體而言，可見(jiàn)光射入釉層內(nèi)部，因硅酸鋯顆粒粒徑不同而產(chǎn)生不同的反射和散射。一般說(shuō)來(lái)，加入硅酸鋯顆粒要想進(jìn)行光擴(kuò)散反射，其顆粒得在釉層表面形成凹凸，但由于污物存在于凹凸部，不利于防污。而該釉料組成物形成的釉層表面為玻璃質(zhì)，內(nèi)部存在兩種粒徑的硅酸鋯顆粒。這樣構(gòu)成的形態(tài)可通過(guò)調(diào)整釉料組成物中硅酸鋯顆粒粒徑和熔塊中鋯含量來(lái)獲得。玻璃質(zhì)表面平滑，難以粘附污物；一旦粘附，容易清除。

該釉料組成物在基體表面成膜性與一般釉料組成物一樣，均良好，因此，用該釉料組成物形成釉層時(shí)，采用常用施釉方法即可，如噴釉等、亦可施以復(fù)層粒釉。基體表面施釉后，適度干燥，釉燒，制成釉面磚。燒成溫度為1 000～1 300 ℃。燒成后自然冷卻或緩冷。在基體表面亦可先施以與該釉料組成物不同的釉料，形成底釉層，再施以該釉料，形成表釉層。雖未對(duì)底釉層所用釉料組成物未作特別限定，但為進(jìn)一步提高擴(kuò)散反射性，以含有無(wú)機(jī)顆粒和/或硅酸鋯顆粒的白色釉層為好。底釉層所用釉料由除含有熔塊、陶石、滑石、高嶺土、長(zhǎng)石等原料外，還可添加無(wú)機(jī)顆粒如硅砂、氧化鋁、氫氧化鋁，硅酸鋯顆粒和/或乳濁劑組成。由該釉料組成物形成的表層釉膜厚度適度設(shè)定，但最好底層和表層釉厚均在0.2～0.8 mm范圍內(nèi)。在該釉形成的釉層上還可設(shè)置光催化層，這可使基體具有有害物質(zhì)分解性、抗菌性或親水性。為了不降低光擴(kuò)散反射性，光催化層為透明的，膜厚在100 nm以下，以散狀分布。在該釉層上只要不影響擴(kuò)散反射性，還可在整面或部分表面設(shè)置其它釉層，這樣在保持釉層擴(kuò)散反射性和耐污性條件下，使其裝飾多樣化。其它釉層實(shí)際上為透明層，以無(wú)光釉為好。為提高光擴(kuò)散反射性，在裝飾材料如釉面磚基體上形成凹凸花紋，凸部高度為0.1～3.0 mm。凸部可有規(guī)則或不規(guī)則地設(shè)置。該釉料不僅適宜小規(guī)格，也適用于大規(guī)格釉面板。由于用該釉料制成的釉面磚光擴(kuò)散反射性高，在室內(nèi)照明或光線不夠的情況下，由窗外引入的光產(chǎn)生擴(kuò)散反射，產(chǎn)生均一柔和光感，使室內(nèi)變得明亮，有助于節(jié)電。由于制成的釉面磚具有光擴(kuò)散反射和耐污性，不僅用于居住空間，還適用于水池等場(chǎng)所。

2 試驗(yàn)及其結(jié)果

2.1 試驗(yàn)1～9

該試驗(yàn)進(jìn)行九組試驗(yàn)，其中3和4組試驗(yàn)為對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)步驟如下：

在該9組試驗(yàn)中，取50%硅灰石、40%長(zhǎng)石、10%滑石，干法混合，加入水，用磨機(jī)粉磨，調(diào)制可塑性坯料，由擠出機(jī)成形，壓延成規(guī)格為600 mm×900 mm×4 mm的平板，干燥，送入輥道窯素?zé)?/p>

底層釉料的制備：取40份長(zhǎng)石、15份高嶺土、15份硅酸鋯(平均粒徑0.8 μm)和含氧化鋯的熔塊30份、40份水，用磨機(jī)粉磨20 min，制成釉漿。

表層釉料的制備：按表1所給化學(xué)組成制備2種熔塊。1號(hào)熔塊為鋅結(jié)晶熔塊，釉燒析出硅酸鋅結(jié)晶；2號(hào)熔塊為鋯乳濁熔塊，釉燒析出硅酸鋯微結(jié)晶。然后，按表2所給原料組成，混合，以100份混合料計(jì)，加入38份水，用磨機(jī)粉磨20 min，制成釉漿。

表1 熔塊化學(xué)組成(%)

表2 釉料原料組成(份)

續(xù)表2

在素?zé)灞砻妫劝从詿笥阅ず穸?.3 mm的釉量，施以上述底層用釉、施釉后，室溫下干燥1 h，再按釉燒后釉膜厚度0.4 mm的釉量，施以上述表層用釉，送入電輥道窯中釉燒。1～7、10和11組試驗(yàn)，在1 100 ℃最高溫度下保溫35 min；8和9組試驗(yàn)，在1 100 ℃最高溫度下保溫40 min，然后，出窯，自然冷卻。對(duì)制成的釉面板其色彩、光澤度、可見(jiàn)光反射率、外觀和耐污性進(jìn)行評(píng)定。評(píng)定結(jié)果見(jiàn)表3。各項(xiàng)性能測(cè)定方法如下：

1)色差是按有關(guān)色測(cè)定方法，用SE6000色差計(jì)測(cè)定，測(cè)定條件為光源D65，測(cè)色口徑8 mm,積分球尺寸直徑52 mm，用XYZ表色系統(tǒng)算出L*a*b*。對(duì)每個(gè)試板測(cè)定二處，取其平均值作為測(cè)定結(jié)果。

2)光澤度按有關(guān)鏡面光澤度測(cè)定方法測(cè)定，測(cè)定角為60°。每個(gè)試板測(cè)定兩處，取其平均值作為測(cè)定結(jié)果。

3)可見(jiàn)光反射率按色測(cè)定方法(反射和透射物體色)，使用SE6000色差計(jì)測(cè)定。測(cè)定條件：光源D65、測(cè)色口徑8 mm、積分球尺寸直徑52 mm。

4)外觀由目視評(píng)定：無(wú)光、半光和鮮艷明亮。

5)耐污性評(píng)定：在釉面用帶黑色油墨的毛筆畫(huà)線條，然后用擰干的濕抹布擦洗，完全擦凈，無(wú)殘留污跡，表中用“○”表示；稍留有污跡，用“Δ”表示；完全擦不凈污跡，用“×”表示。由表3中可以看出，按工藝要求制備的釉料其各項(xiàng)性能良好。

表3 釉面板各項(xiàng)性能評(píng)定結(jié)果

2.2 試驗(yàn)10

表層用釉料由34份1號(hào)熔塊、31.5份2號(hào)熔塊、8份高嶺土、18.5份氧化鋁、11份硅酸鋯顆粒(平均粒徑0.8 μm)組成物制備外，其余試驗(yàn)過(guò)程與試驗(yàn)1相同，制成釉面板。

2.3 試驗(yàn)11

由含0.8%Fe2O3的高嶺土和含0.03%Fe2O3的硅酸鋯顆粒取代試驗(yàn)10中的高嶺土和硅酸鋯，其余與試驗(yàn)1相同，制成釉面板。

試驗(yàn)10和11其可見(jiàn)光反射率測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 試驗(yàn)10和11的可見(jiàn)光反射率測(cè)定結(jié)果

2.4 試驗(yàn)12

除不設(shè)底釉層，在素?zé)迕媸┒涝囼?yàn)10制備的表層用釉，素?zé)笥阅ず穸葹?.7 mm外，其余與試驗(yàn)1相同，制成釉面板，測(cè)定可見(jiàn)光反射率。其結(jié)果如表5所示。

表5 試驗(yàn)12的可見(jiàn)光反射率測(cè)定結(jié)果

按上述工藝要求，用含鋯元素的熔塊與硅酸鋯顆粒制備釉料，將鋯元素量和硅酸鋯顆粒粒徑設(shè)定在所定范圍內(nèi)，可使釉層具有光擴(kuò)散反射性和耐污性。