防滑釉面磚的研制

摘 要：本文主要介紹了一種防滑釉面磚的研制過程。通過制備一種高熔點、高硬度的防滑干粒，并對釉料配方進行調整，從而制得一種防滑釉面磚。

關鍵詞：防滑；仿古磚

1前言

得益于噴墨打印技術的快速發展，陶瓷墻地磚因裝飾效果迎來了跨越式的發展，已經成為人們日常生活中不可或缺的裝飾材料。然而，目前市面上的仿古磚產品存在防滑性能差，特別是在濕態場景下防滑性能不佳的重大缺陷[1～3]。目前提高瓷磚的防滑性能主要有如下解決途徑，涂覆防滑劑、利用物理或者化學方法，在瓷磚表面形成凹凸面。但此類工藝對釉面造成破壞，影響釉面防污、裝飾等效果[4～6]。如何解決“防滑”與“防污”和“裝飾效果”之間的矛盾，是防滑瓷磚研發的關鍵。受“潮退石自出”現象啟發，利用防滑釉中高熔點的防滑顆粒與其他組分的熔點差，在溫度和重力的作用下，熔化的玻璃相因填充釉面空隙而液面下沉，棱角處部分熔化的防滑粉顆粒則凸起于釉面，從而形成外形較圓潤的高硬度凸起物。該工藝不僅有效地提高了仿古磚的防滑能力，也保證了產品的耐磨性能、防污能力和裝飾效果。

2 防滑釉工藝配方的調試

2.1常用原料及組成

本實驗所采用的釉用原料有長石、氧化鋁、滑石、硅灰石、氧化鋅等。釉用添加劑有甲基、三聚磷酸鈉。

2.2 性能測試

結構測試：用JSM-6700F型掃描電鏡對仿古磚釉面的顯微結構進行分析。

成分測試：用XRF-1800型波長色散性X射線熒光光譜儀對防滑干粒、釉用原料進行成分分析。

熔融性能測試：用OUTFIT II A-P型高溫顯微鏡對防滑干粒、防滑基礎釉和防滑效果釉的熔融性能進行分析。

防滑性能測試：基于歐洲標準DIN51130-2014斜坡法防滑檢測儀對釉面磚的防滑性能進行測試。

2.3配方的調試

防滑仿古磚的防滑性能是基于一定量大粒徑、高熔點、高硬度顆粒在仿古磚表面構筑凸起結構。因此，本文主要從以下幾個方面研究：

（1）防滑干粒的制備。

由于防滑干粒是仿古磚具有突出防滑性能的主要功能組分，還需兼顧耐磨性能，所以防滑干粒需要滿足熔點高和硬度大這兩點要求。本文通過在防滑干粒配方中添加氧化鋁，提高防滑干粒熔融溫度和硬度。氧化鋁的理論熔點高達2054℃、密度為3.9-4.1g/cm3、莫氏硬度為9（僅次于金剛石）。防滑干粒配方中加入氧化鋁能夠顯著提高干粒的熔融溫度和硬度，從而增大防滑干粒與透明間的熔點差，在高溫燒制時，重力的作用下，熔化的玻璃相因填充釉面空隙而液面下沉，棱角處部分熔化的防滑干粒則凸起于釉面，形成外形較圓潤的高硬度凸起物。從而達到釉面防滑、耐磨的目的。由于干粒經過預先熔融燒制，其防污性能優異。

由圖可知，防滑粉的軟化溫度和球形溫度分別高達1514℃和1558℃，而防滑基礎釉的流動溫度僅為1251℃。兩者熔融行為之間的巨大差異是實現“潮退石自出”結構設想的物理基礎。

（2）防滑干粒粒徑的確定。

預期的釉面狀態是大粒徑防滑干粒凸起，高于釉面，形成一定的表面粗糙度，從而提高釉面的防滑性。理論上，防滑干粒凸起越高，釉面的粗糙度越大，釉面的防滑性越好。但這必然導致凸起的最高表面面積占釉面面積的比例大幅下降。因為釉面摩擦總是從最高表面開始的，防滑干粒雖然具有較強的耐磨性，但隨著最高表面面積占比的下降，實際起到抗磨作用的防滑干粒面積會下降，進而降低釉面的耐磨性和防滑性。而且，凸起越高釉面越刺手，觸感較差。因此，需要從兼顧釉面的防滑性能、觸感、耐磨性和防污性能的角度，確定防滑干粒合適的粒徑。

表2對比了平均粒徑分別為55μm、80μm、150μm和200μm的防滑干粒的防滑磚的性能參數。顯然，隨著防滑干粒粒徑增大，仿古磚的防滑性能和耐磨性能逐漸提高，而手感和、防污性能逐漸惡化。但是，相比于150μm，防滑干粒粒徑為200μm的仿古磚的耐磨性能并未得到持續的提升。綜合對比，150μm是防滑干粒較為合適的評價粒徑。

（3）防滑干粒添加量的確定。

在確定了防滑顆粒的成分和粒徑之后，最后需要確定的就是防滑基礎釉中防滑干粒的排列密度，即防滑基礎釉與防滑顆粒的比例，這同樣是解決防滑性能與抗污性能之間矛盾的關鍵之一。

理論上，凸起結構越多，釉面的粗糙度越大，則防滑性越好。但是，隨著凸起數量的增加，凸起排列密度越大，則凸起之間的間隙越小，這必然導致進入間隙的污漬（例如油性筆墨水）難以清除，即防污性能下降。因此，需要確定釉面凸起結構的排列密度，在提高仿古磚的防滑性能的同時兼顧防污性能。

表3對比了防滑干粒添加量為5%、10%、15%、30%的防滑磚的性能參數對比。從表中可知，當防滑干粒添加量小于15%時，仿古磚具有更好的防污性能；當防滑干粒的添加量大于15%時，仿古磚具有更好的防滑性能。綜合對比，防滑干粒添加量為15%時，各項性能最優。

圖2是防滑陶瓷磚凸起結構的顯微結構照片。可以看出磚面凸起結構的直徑約為50μm，凸起高度約為8μm，凸起部分形狀類似金字塔。這些凸起微結構，顯著提高了瓷磚的防滑性能。利用歐洲標準DIN51130-2014斜坡法防滑檢測儀進行測試，通過測試人員穿特制鞋在干燥的實驗樣品上行走，測得動態臨界角為34.01°（平均值），防滑等級達到了R12級，防滑性能顯著優于市場同類產品。

除了具有優異的防滑性能和耐磨性能，本項目研制的仿古磚同樣具有優異的防污性能。圖3直觀的展示了本項目研制的仿古磚的防污性能。從圖3（a-b）可以看出，經黑色記號筆涂污的區域，可用濕毛巾輕易擦拭干凈。從圖3（d）的顯微照片也可確認被擦拭后的區域無污漬殘留。

3 結論

本文基于“潮退石自出”的設計思路，通過防滑干粒的配方調制和粒徑優化、以及界面結合性能調控，研制出以平均粒徑是150μm的防滑干粒，在保證釉面裝飾效果的基礎上，成功研發出具有優異防滑性能、防污性能和耐磨性能的釉面磚產品。

參考文獻

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