磷含量大於2wt%的具有非常規製劑的陶瓷坯泥、生產方法及其優點的製作方法
2023-08-01 00:11:56
專利名稱：磷含量大於2wt%的具有非常規製劑的陶瓷坯泥、生產方法及其優點的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於陶瓷瓷釉和玻璃料的陶瓷工業及化學工業，其也可應用於需要類似性能水平的任何其它領域中。
本發明的目的在於介紹一種用於陶瓷坯泥的新製劑，在所述坯泥組合物中引入磷化合物作為溶劑和增塑劑，從而改進傳統的陶瓷生產方法和陶瓷產品。
背景技術：
在數個世紀以來，傳統的制陶業使用塑性原料來使得其產品成型更容易。這些塑性原料的特徵在於主要是粘質礦物(伊利石、綠泥石、高嶺石等)的組成。這些礦物的特徵和組成因地區不同而有所不同。然而，它們都具有小粒子性和塑性。
可塑性是指粒子之間的結合力，其提供足夠的力阻，使得陶瓷件的成型操作一旦結束時不會喪失其已有形狀。
隨著時間的發展，用粘土製得的常規陶瓷坯泥已減少了原料(可塑性低的原料)的引入，改變了坯泥的物化性質並獲得了需要的陶瓷結果。這一方法影響了陶瓷件的諸如以下的各性質吸水性、線性收縮、膨脹係數、溶解度、白度等。
向組合物中引入除油物質基本上是通過向粘土中引入以下物質來實現的石英、長石、碳酸鹽、有機物、著色氧化物、可溶性鹽(磷酸鹽和氯化物)，以及近些年來向坯泥中加入各種百分數的陶瓷玻璃料來降低陶瓷件的玻璃固化溫度，改進其美學規格。
在這一點上，我們需要詳細說明骨灰瓷。這種類型的陶瓷是一種特殊類型的低溫瓷，其中煅燒骨灰中的磷起到溶劑的作用以減少坯泥熔融過程中的粘度。這種類型的坯泥的組成為-塑性材料25-55重量％-石英20-30重量％-灰燼40-50重量％這些百分數不包括陶瓷坯泥的製備或成型中使用的水。
由於生產上存在的難題，如果我們將其與其它類型的傳統陶瓷相比的話，在這種類型的瓷中製造的材料的體積很小。
由於傳統陶瓷的發展，開發了越來越多的尖端的坯泥製備方法和陶瓷件成型工藝從陶工旋盤到更多的注坯、擠出和壓制技術工藝。坯泥製備方法從最簡單的陶工手工捏合技術到以下更先進的技術諸如用於注坯工藝的將粘土溶解於水中的方法、在擠出或壓制工藝中對粘土進行幹法研磨和隨後的增溼作用的方法、通過料漿噴霧進行溼法研磨和隨後乾燥的方法。
然而，在傳統陶瓷改革的整個過程中，有一個共同點是使用粘土或其它塑性材料(高嶺土等)作為理想的產品用於陶瓷件的成型。這些塑性原料除了具有用於模製陶瓷件所需的可塑性之外，還具有其它使其得以應用的性質-粘土資源在全世界內是巨大的；-廉價；-對健康無害；-它們的溶解度對於溫度不是很高的窯燒周期是充分的，其中獲得了需要的玻璃固化和力阻。
傳統制陶業選擇塑性原料主要是粘土或高嶺土作為基礎產品有很多原因。傳統的陶瓷製品包括日用瓷(china)、陶器(pottery)、石板、磚、瓷磚、瓷器(porcelain)等。
具有常規製劑的陶瓷坯泥的組成為-塑性材料20-100重量％-除油材料0-80重量％-抗絮凝劑0-1重量％這些百分數不包括陶瓷坯泥的製備或成型中使用的水。
抗絮凝劑是通過增溼作用加入到陶瓷坯泥混料中的無機化合物。這些添加劑用於調整陶瓷坯泥的流變性質，目的是減少它們的粘度和觸變性。這使得可製備料漿(陶瓷坯泥與水的懸浮液)，如料漿的融解或研磨，以及儘可能地減少製備料漿所需水的量。這意味著在料漿乾燥過程中由於增加了固體含量而節約成本，增加產率。
在陶瓷業中使用最多的抗絮凝劑是碳酸鈉或碳酸鋇、矽酸鈉、磷化合物(三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉)和聚丙烯酸鈉。
具有常規製劑的陶瓷坯泥中抗絮凝劑的添加量(百分數)很低，由於以下種種原因通常低於總固體量的1％--抗絮凝劑的成本高，因此優化抗絮凝劑的百分數減少了成本；--向陶瓷坯泥中加入過量的抗絮凝劑導致所述添加劑的飽和，產生所謂的抗絮凝劑過量的現象，引起料漿粘度急劇增加，這使得更難製備坯泥。
一旦製備出來常規的陶瓷坯泥，使用前述方法如捏合、注坯、擠出或壓制來製備陶瓷件，儘管存在其它方法，但是這些方法是常用的。
然後得到的陶瓷件經歷各種乾燥、裝飾和窯燒加工，這些加工方法不總是以相同的順序進行的，而是根據所需的最終結果而變化。然而，陶瓷件在窯燒加工中獲得需要的最終抗性，其中陶瓷坯泥是部分或完全熔融的。
最後，我們將更詳細地描述在人類技術發展過程中磷的用途，磷化合物的消耗可能是由於全世界存在大量的高磷含量的巖石儲備。在本發明中使用的化合物的製備是以所述巖石為基礎的。
這些應用的一些實例是-成品 -成分防凍劑 磷酸氫二鉀運動飲料 磷酸二氫鉀雞飼料 三聚磷酸鈉麵包店用的產品 磷酸一鈣和焦磷酸鈉浴鹽 六偏磷酸鈉可樂飲料 磷酸高溫熬製的火腿 三聚磷酸鈉冷凍魚 三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉明膠 磷酸三鈣滅火器 磷酸二氫銨和磷酸二銨肥料 磷酸二氫銨和磷酸二銨從上面我們可以得出磷化合物更廣泛地用作產品中的添加劑，用於食物、防火材料和抗絮凝劑。
發明內容
本發明的目的在於減少當前陶瓷坯泥的窯燒周期或可能的話在低於目前水平的溫度下獲得陶瓷件的幾乎完全的玻璃固化，為此，使用了磷化合物。
在目前的陶瓷業中，磷化合物通常用作抗絮凝劑用於陶瓷坯泥和玻璃料，或者用作陶瓷玻璃料生產中的不透明劑或消光劑，它們在陶瓷坯泥中不用作溶劑或增塑劑。
通過減少原料來製造陶瓷件有很大的困難，因為在粒子之間不產生結合力，在陶瓷件成型後，它的力阻非常低，這使得很難從模具中取出陶瓷件而不發生損壞。為了避免這一缺點，已經引入了磷化合物來提供陶瓷製件所需的可塑性。
實施方式磷酸二氫銨是廣泛用於肥料中的和用作耐火材料的固體化合物，原則上，這一化合物在陶瓷坯泥中作為增塑劑和溶劑是不合適的，但是如果其溶於水中(100ml水中約40g固體)，所得的混有除油原料的溶液為陶瓷坯泥提供陶瓷件成型所需的溶解度和可塑性。磷酸二氫銨不易溶於水，但是當存在碳酸鹽時，磷酸二氫銨與碳酸鹽反應，得到的化合物一經乾燥非常有反應活性和塑性。
磷酸二氫銨在水中與除油材料混合的原因有以下幾種--如果我們使用了塑性原料，料漿的粘度將變得如此高，以至於阻礙了陶瓷坯泥的混合及其成型。這是由於磷化合物溶液的pH水平所致。通常，為了製得這種溶液，我們使用低成本的磷酸二氫銨和/或磷酸，這使得料漿的pH為酸性，其用作抗絮凝劑用於塑性原料如粘土或高嶺土中。
--使用除油化合物(由於低或零燒結通常發生損失)的可能性使得減少了目前的窯燒周期。當前用於陶瓷件的窯燒周期在塑性原料的窯燒過程中必須產生脫氣。有一定量的間隙水、無機物和碳酸鹽，它們在高溫下(高達約1000℃)發生脫氣，因此，通過燒結陶瓷坯泥減少損失可減少窯燒時間。
為了通過非常規製劑的陶瓷坯泥製造這些陶瓷坯泥，如上述那些陶瓷坯泥，必須使用正確的除油材料。可利用的除油材料通常是以二氧化矽和鋁為基礎的並具有高熔融溫度。本發明由以下內容組成在製備料漿過程中引入主要是溶液形式的磷化合物來減少所述非常規製劑的陶瓷坯泥的燒結溫度。然而，不是所有的除油原料都具有相同的溶解度，因此，磷的量將隨著所用除油原料的改變也改變。
引入長石是適當的，原因如下--其具有由燒結產生的低或零損失；--其不是極難溶材料；--其成本低，這使得這一非常規製劑具有競爭性。
非常規陶瓷坯泥通過長石和磷酸二氫銨溶液結合配製，然後，該組合物經過溼法研磨分離25μm篩上的約1％，然後壓製成型陶瓷件並在多孔單窯燒周期中進行燒結(1100℃下45分鐘)，得到的陶瓷件的特徵在於極白的基質且不吸收水。
當前，市場上的大量陶瓷不需要應用清漆或最終的瓷釉。然而，在通過使用現代玻璃料和瓷釉裝飾本發明的具有非常規製劑的陶瓷坯泥的過程中，該坯泥的膨脹係數不是完全適當的。長石和磷具有很高的膨脹係數，因為這種原因，這種類型的介質的膨脹係數比目前的水平高。這將阻礙在當今市場上使用瓷釉和陶瓷玻璃料，因為它們在陶瓷件中將產生平面問題以及瓷釉的鱷魚皮缺陷。因此，當使用這些非常規製劑的坯泥製得的陶瓷介質要被裝飾時，我們必須引入天然的或人工生產的材料來調整膨脹係數。引入這些物質使得技術人員有可能使這些非常規製劑的坯泥的膨脹係數與目前市場上通行的玻璃料和瓷釉的膨脹係數相適應。陶瓷業中可使用的材料的實例為矽酸鋯、低膨脹係數的陶瓷瓷釉、莫洛凱特(molochite)等。
這些用於傳統陶瓷件的非常規製劑的陶瓷坯泥的製劑如下--磷化合物2-100重量％
--除油材料或具有低可塑性的材料0-98重量％這些百分數不包括陶瓷坯泥的製備或成型所用的水。
這種類型的非常規製劑的陶瓷坯泥的化學分析如下
在使用這種類型的非常規坯泥製得的料漿製品後，實施以下的陶瓷件生產體系。
用於使用非常規製劑的坯泥生產陶瓷件的體系使得有可能得到膨脹係數與目前的玻璃料相適應的、白色、無孔介質。因此，對於某些類型的載體如炻器而言，不必要使用釉底料。釉底料是施用於介質和最終瓷釉或清漆之間的料漿，用於掩蓋陶瓷介質的瑕疵(吸水性高、某些粘土的微紅色、不適當的膨脹係數等)。
另一個優點是減少料漿混料所需水的量。在常規製劑的坯泥中，限制了加入到料漿混料用水中的電解質的量。水中鹽的增加或pH改變(通常向酸性pH水平改變)在這些料漿的絮凝過程中帶來問題。為此，限制它們的存在或者減少它們以降低成本，因為減少了與料漿的觸變性情形相適合的抗絮凝劑的量。以除油材料和磷化合物為基礎的非常規製劑陶瓷坯泥可以接受水中存在更高量的鹽或者更大的pH水平的改變。這為使用海水或得自淨化系統如逆滲透的水來製備陶瓷坯泥打開了一條道路。
這種類型的非常規坯泥的主要優點在於由磷化合物帶來的溶解度和可塑性。使用這種類型的坯泥，我們可以在較低的窯燒溫度下獲得接近零陶化的水平。目前用於生產炻器的周期中，甚至在引入微晶陶瓷組分來降低玻璃固化溫度的周期中，溫度為1180℃到1250℃。除了過長的窯燒周期(1小時以上)之外，較低溫度不是常見的。使用這種類型的非常規製劑的陶瓷坯泥，在接近1100℃的溫度下可達到接近零的玻璃固化，窯燒時間為30到60分鐘。這減少了生產成本，因為減少了氣消耗，並使得許多公司可能生產出具有較低多孔度的陶瓷件而不用改建它們的生產系統。
使用這種類型的非常規製劑的坯泥有可能減少陶瓷件的窯燒時間，這種類型的陶瓷坯泥的快速脫氣可加速窯燒周期，減少在200-1000℃溫度間隔內的窯燒時間，它們通常用於使料漿和有機物分解和融為玻璃料，提供得自礦物塑料的塑性原料。
同時，在陶瓷坯泥中使用磷化合物作為溶劑可減少由於在陶瓷件成型和窯燒之間發生的斷裂的返工。這些磷化合物在約100到200℃的低溫下開始融化。在某些陶瓷件經受成型加工的公司中，其中陶瓷件的力阻在成型加工中由於磷化合物的部分或完全燒結熔融而增加，這使得成型後的陶瓷件在生產系統之間或之後發生斷裂。
在這些非常規製劑坯泥的組合物中，可引入得自再生或廢物處理車間的產品，這些產品的消除可能是有害的或成本高的。一個實例是引入計算機監視器或TV屏的玻璃。
本發明不僅提供了通過使用這些非常規製劑的坯泥開發具有優良技術規格陶瓷件的可能性，而且，通過將這些非常規製劑的坯泥引入到常規坯泥中，可改進常規坯泥的性質，如減少陶瓷件的吸水性或者如果必要的話，調整常規製劑的陶瓷坯泥的膨脹係數。
所得到的具有塑性材料或其它類型的常規坯泥的非常規製劑坯泥的混合物的製劑如下--磷化合物 2-100重量％--除油材料 0-98重量％--塑性原料 0-98重量％這些百分數不包括陶瓷坯泥的製備或成型中所使用的水。
權利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種含有大於2％的磷化合物配製的陶瓷坯泥，其特徵在於以下以重量計的組成a)2-80％的磷化合物；b)20-98％的除油材料；c)0-80％的水。
2.權利要求1的陶瓷坯泥，其特徵在於所述磷化合物基本上選自以下的一種鹽或以下不同鹽的組合磷酸銨或磷酸氫銨、一價元素的磷酸鹽或磷酸氫鹽、或不同的磷酸銨與一價元素的磷酸氫鹽的混合物。
3.權利要求1或2的陶瓷坯泥，其特徵在於除了上述的磷化合物之外，該製劑可包括二價元素或包括+2價的多價元素的磷酸鹽或磷酸氫鹽、三價元素或包括+3價的多價元素的磷酸鹽或磷酸氫鹽、以及四價元素或包括+4價的多價元素的磷酸鹽或磷酸氫鹽。
4.權利要求1的陶瓷坯泥，其特徵在於除油材料是用於製備陶瓷坯泥必需的天然或合成原料，一種或多種除油材料的組合物具有以下以重量計的化學組成，其中百分數對應氧化物的總數，所述的氧化物通過與除油材料相結合提供所述部分或完全燒結的陶瓷坯泥a)0-50％的通式[1]Me(I)2O[1]的一價元素氧化物，或不同的對應於所述通式[1]一價元素氧化物的混合物，其中Me(I)是一價元素；b)0-70％的通式[2]Me(II)O[2]的二價元素氧化物，或不同的對應於通式[2]二價元素氧化物的混合物，其中Me(II)是二價元素或包括+2價元素的多價元素；c)0-100％的通式[3]Me(III)2O3[3]的三價元素氧化物，或不同的對應於通式[3]三價元素氧化物的混合物，其中Me(III)是三價元素或包括+3價元素的多價元素；
d)0-100％的通式[4]Me(IV)O2[4]的四價元素氧化物，或不同的對應於通式[4]四價元素氧化物的混合物，其中Me(IV)是四價元素或包括+4價元素的多價元素。
5.權利要求1的陶瓷坯泥，其特徵在於除油材料可部分地被選自粘質礦物、有機增塑劑或兩者混合物的塑性材料所取代，所述部分取代的除油材料佔陶瓷坯泥總組合物的0.1-30重量％。
6.權利要求1的陶瓷坯泥，其特徵在於所述陶瓷坯泥適用於生產傳統陶瓷；陶瓷坯泥適用於生產部分或完全陶化的塗有瓷釉或無瓷釉的瓷磚、陶瓷坯泥適用於生產磚、石板、衛生設備、日用瓷、瓷器、炻器和類瓷材料；陶瓷坯泥適用於使其組合物中有毒和有害組分惰性化；陶瓷坯泥適用於生產電絕緣用陶瓷。
7.製造權利要求1-6中任一項陶瓷坯泥的方法，其特徵在於包括以下步驟a)將磷化合物溶解於水中；b)利用磷化合物在水中的溶解作用，研磨、捏合和溶解除油材料；c)乾燥陶瓷坯泥並制粒。
權利要求
1.一種陶瓷坯泥，特徵在於其含有較高量的通用磷化合物，在所述磷化合物中不包含傳統陶瓷工業至今所使用的所述化合物，所述應用為加入煅燒骨灰作為唯一的磷供給源，以生產磷酸鹽陶瓷；加入作為抗絮凝劑的磷化合物，以減少陶瓷坯泥和瓷釉的粘度，最廣泛地用於此目的抗絮凝劑是三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉，其以固體計百分數範圍為0-2％；在陶瓷玻璃料的製造中加入磷化合物。
2.權利要求1的陶瓷坯泥，特徵在於以下的化學組成2-100重量％的磷化合物；0-98重量％的除油材料或低塑性材料；上述百分數不包括陶瓷坯泥製備或形成中使用的水。
3.權利要求1和2的陶瓷坯泥，特徵在於其具有這樣的組成，包含一定百分數的塑性材料或其他類型的常規坯泥，所得的製劑如下2-100重量％的磷化合物；-0-98重量％的除油材料；0-98重量％的塑性原料；上述百分數不包括陶瓷坯泥製備或形成中使用的水。
4.權利要求1-3的非常規陶瓷坯泥，特徵在於除油材料和塑性材料可來自於天然源的直接提取物，或通過工業方法生產的產品。
5.權利要求1-4的非常規陶瓷坯泥，特徵在於其組成可重新利用再生產品或廢品。
6.權利要求1-5的非常規陶瓷坯泥，特徵在於其製備，除了使用具有目前特徵的水之外其還可使用低質量的水，如海水或鹽含量高的水、得自任何類型淨化系統的水(粗濾水和自來水)或得自工業處理的水。
7.權利要求1-6的規陶瓷坯泥，特徵在於所述非常規陶瓷坯泥適用於製造常規陶瓷，因此所述非常規陶瓷坯泥適用於製造部分或完全陶化的塗有瓷釉或無瓷釉的瓷磚，所述非常規陶瓷坯泥也適用於製造任何種類的常規陶瓷，如磚、石板、日用瓷、衛生設備、瓷器、炻器和類瓷材料(塗有瓷釉和無瓷釉)；陶瓷坯泥適用於製造電絕緣用陶瓷或製造那些使其組成中對環境或人有毒或有害組分惰性化的陶瓷產品。
8.一種製造權利要求1-6陶瓷坯泥的方法，特徵在於其包括以下步驟將磷化合物溶解在水中(如果必要)；利用磷化合物在水中的溶解作用，研磨、捏合或溶解除油材料和塑性材料，但也可在研磨、捏合或溶解除油材料和塑性材料之前或之後加入磷化合物。
9.如權利要求8的方法，特徵在於在料漿製備或乾燥過程中，或者作為選擇，當準備使用陶瓷粉形式的產品時，權利要求1-6的非常規陶瓷坯泥可與常規陶瓷坯泥混合。
10.一種陶瓷產品，特徵在於通過包括如下步驟的方法從權利要求1-6的陶瓷坯泥獲得，形成具有所選形狀的所述陶瓷坯泥、焙燒或窯燒，特徵在於使用接近1100℃的窯燒周期和低於45分鐘的時間獲得，根據ISO標準10545-3具有低於0.5％的低吸水性。
11.一種陶瓷產品，特徵在於其通過包括如下步驟的方法從權利要求1-6的陶瓷坯泥獲得，形成具有所選形狀的所述陶瓷坯泥並焙燒，為獲得燒結水平等於或高於目前陶瓷坯泥的陶瓷坯泥，減少目前使用的窯燒時間。
12.一種陶瓷產品，特徵在於通過包括如下步驟的方法從權利要求1-6的陶瓷坯泥獲得，形成並乾燥具有所選形狀的所述陶瓷坯泥，以獲得比使用相同成形系統從常規陶瓷坯泥獲得的陶瓷件具有較高耐機械衝擊性的乾燥的粗陶瓷件。
13.一種半精製的陶瓷產品，特徵在於其通過包括如下步驟的方法從權利要求1-6的陶瓷坯泥獲得，形成並乾燥所述陶瓷坯泥，該半精製產品當在陶瓷坯泥成形中，適於加入到其他陶瓷粉中，儘管所述半精製陶瓷產品目前為顆粒形或者片形，但它們一經成形和乾燥可具有任意的形狀。
全文摘要
本發明提供了磷含量大於2重量％的非常規製劑的陶瓷坯泥，及其生產方法和優點。本發明的目的是通過使用磷化合物增塑劑和溶劑來製備非常規製劑的陶瓷坯泥。這些磷化合物與大體上除油的材料混合，減少它們的熔融溫度，並給它們提供陶瓷件成型所需的可塑性。這一製劑可改進所述坯泥的以下物化性質水吸收性、白度等。類似地，其優化了窯燒周期，在較低溫度和窯燒時間下(類瓷瓷器在110℃下)獲得滿意的燒結水平。因此，本發明要求保護具有可在產品和生產工藝中引入改進性能的非常規坯泥的製劑。
文檔編號C04B33/24GK1615282SQ02827208
公開日2005年5月11日 申請日期2002年10月15日 優先權日2002年1月16日
發明者費爾南多·埃米利奧·厄茲卡裡茲費爾南德斯 申請人:新型陶瓷材料技術開發公司