搪瓷组合物、搪瓷内胆及其制备方法、热水器和炊具与流程

1.本发明涉及搪瓷材料领域，具体地说，是涉及一种搪瓷组合物、搪瓷内胆及其制备方法、热水器和炊具。


背景技术：

2.现有技术中，搪瓷内胆因为储水较多，往往较大，因此一般在热水器内胆中常年都有储水。如果热水器长时间不用的情况下，在内胆中的水就成为了死水，当搪瓷内胆中长期储水而不使用时，水中的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等便会滋生，不仅对水的质量造成影响，还可能会危害用户的健康，而且热水器内胆拆卸不方便，清洗困难，容易造成污染的恶性循环，影响用户的正常使用。随着人们越发注重生活品质，对家庭环境卫生日益重视，渴望生活用具有杀菌、消毒功能。行业内相关热水器普遍存在抗菌抑菌性差的问题，很难达到国家规定的标准。有部分热水器厂家对搪瓷内胆搪瓷层制作搪瓷抗菌样板进行抗菌测试，发现其抗菌效果仅为45至50％左右，不满足抗菌率达≥90％的要求(gb 21551.02—2010)。
3.目前行业内抗菌搪瓷层所使用的抗菌剂一般采用硝酸银、钛银等银盐类,通过调整银离子的加入量达到抗菌的目的。银离子在加热过程中容易挥发,在生产过程中容易造成浪费,并且会降低搪瓷的抗菌性能。现有一种抗菌搪瓷炊具，抗菌剂采用光触媒的搪瓷层，光触媒需要在光线的作用下才有抗菌效果，而热水器内胆处于一个封闭的环境，因此光触媒用于热水器内胆不具有抗菌的能力。现还有一种抗菌电热水器搪瓷内胆及其制造方法，抗菌剂采用纳米银、纳米铜和纳米磷酸银抗菌搪瓷涂层，由于纳米银单质和纳米铜单质不耐高温，易团聚、易被氧化，导致制得的抗菌搪瓷层会出现抗菌不均匀、抗菌持久性差等问题，应用该搪瓷层的热水器，随着热水器在长时间高低温使用过程中搪瓷层的抗菌效果逐渐下降甚至丧失。
4.现还有一种抗菌型耐低温隔热保温材料，其通过加入由载银磷酸锆等组成的抗菌剂来提高抗菌性能，且其抗菌性能好且抗菌持久性好，但是需要较大的填加量才能起到较好的抗菌效果，由于抗菌剂的价格昂贵，较大的添加量会增加成本。


技术实现要素：

5.本发明的第一目的是提供一种具有超强且持久的抗菌效果且制造成本低的搪瓷组合物。
6.本发明的第二目的是提供一种具有由上述搪瓷组合物形成的搪瓷层的搪瓷内胆。
7.本发明的第三目的是提供一种上述搪瓷内胆的制备方法。
8.本发明的第四目的是提供一种具有上述搪瓷内胆的热水器。
9.本发明的第五目的是提供一种具有由上述搪瓷组合物形成的搪瓷层的炊具。
10.为实现上述第一目的，本发明提供一种搪瓷组合物，由搪瓷基础釉粉和复合抗菌剂组成，复合抗菌剂由磷酸锆载银锌抗菌粉和稀土金属氧化物组成。
11.由上述方案可见，通过将磷酸锆载银锌抗菌粉、稀土金属氧化物和搪瓷基础釉粉
相结合，稀土元素能够激活金属银离子，由于稀土元素的激活，使磷酸锆载银锌抗菌粉的表面活性增大，因此通过添加稀土金属氧化物，从而能够以较低含量的磷酸锆载银锌抗菌粉添加量，实现热水器搪瓷内胆超强、持久的抗菌效果，减少了细菌的滋生，同时大幅降低了生产成本。
12.一个优选的方案是，按照重量百分比计，磷酸锆载银锌抗菌粉的含量为0.1％至10％，稀土金属氧化物的含量为0.1％至1％。
13.由此可见，较低含量的磷酸锆载银锌抗菌粉即可实现超强、持久的抗菌效果，降低了生产成本。
14.进一步的方案是，磷酸锆载银锌抗菌粉的含量为2％至4％。
15.进一步的方案是，稀土金属氧化物的含量为0.2％至0.4％。
16.由此可见，稀土金属氧化物的添加量也较小，在保证性能的同时能够进一步降低成本。
17.一个优选的方案是，磷酸锆载银锌抗菌粉中的载银量为0.3wt％至2.0wt％，载锌量为6wt％至35wt％。
18.进一步的方案是，磷酸锆载银锌抗菌粉中的载银量为0.4wt％至0.6wt％，载锌量为26wt％至30wt％。
19.一个优选的方案是，稀土金属氧化物包括氧化铈、氧化钨和氧化镧中的至少一种。
20.进一步的方案是，氧化铈的比表面积为50m2/g至200m2/g；和/或氧化钨的比表面积为50m2/g至200m2/g；和/或氧化镧的比表面积为50m2/g至200m2/g。
21.一个优选的方案是，磷酸锆载银锌抗菌粉为立方体磷酸锆载银锌抗菌粉。
22.一个优选的方案是，搪瓷基础釉粉包括以下按照重量百分比计的原料：二氧化硅38％至50％、硝酸钠12％至16％、碳酸钾8％至11％、碳酸锂1％至3％、氧化硼13％至15％、氧化钴1％至3％、氧化镍0.5％至2％、氧化铝3％至5％、氟化钙7％至12％和氧化锆1％至2％。
23.为实现上述第二目的，本发明提供一种搪瓷内胆，包括内胆基材和搪瓷抗菌层，搪瓷抗菌层设置在内胆基材的内壁上，搪瓷抗菌层采用上述的搪瓷组合物制成。
24.为实现上述第三目的，本发明提供一种搪瓷内胆的制备方法，搪瓷内胆为上述的搪瓷内胆，制备方法包括：将搪瓷基础釉粉与水混合，制得搪瓷釉浆；将搪瓷釉浆与复合抗菌剂混合搅拌后进行球磨，再静置老化第一预设时间，制得抗菌搪瓷釉浆；采用搪瓷工艺将抗菌搪瓷釉浆涂布在内胆基材的内壁上，烘干后烧结。
25.由此可见，搪瓷内胆的制备方法简单，制造成本低。同时通过工艺过程控制，使得搪瓷层与内胆基材结合紧密，对抗菌粒子的稳固效果好，抗菌组分不易流失，从而长久地发挥搪瓷层的抗菌效果。在热水器内胆中储水时，强抗菌功能性搪瓷层具有良好的抗菌抑菌功能，可以杀灭水中的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等细菌，并且抑制其滋生，保证用水的安全。抗菌搪瓷层还避免了细菌滋生对热水器内胆的污染，减少了内胆清洗过程，使用更为方便；同时制造工艺简单，无需进行多次搪瓷，降低生产制造成本。
26.一个优选的方案是，在制备搪瓷釉浆的步骤中，搪瓷基础釉粉与水的比例在100：35至100：40范围内。
27.一个优选的方案是，在制备抗菌搪瓷釉浆的步骤中，搅拌时间为4小时至6小时，球
磨时间为30分钟至50分钟，第一预设时间为4小时至5小时。
28.一个优选的方案是，搪瓷工艺包括调整釉浆的吸附量为18g至22g。
29.一个优选的方案是，在制备搪瓷抗菌层的步骤中，烘干温度为140℃至160℃，烘干时间为30分钟至45分钟，烧结温度为820℃至850℃，烧结时间为7分钟至10分钟。
30.一个优选的方案是，搪瓷抗菌层的厚度在150μm至500μm范围内；和/或内胆基材的厚度在1.8mm至3mm范围内。
31.进一步的方案是，搪瓷抗菌层的厚度在200μm至350μm范围内。
32.一个优选的方案是，在搪瓷工艺之前，制备方法还包括对内胆基材进行喷砂预处理，喷砂处理后在第二预设时间内进行搪瓷工艺。
33.进一步的方案是，第二预设时间为2小时。
34.进一步的方案是，喷砂压力为0.4mpa至0.6mpa，喷砂的砂粒大小为40目至60目，喷砂的清洁度sa≥2.5，粗糙度≥20μm。
35.由此可见，通过喷砂处理，不仅可以清理内胆基材表面，还可以使表面变得粗糙，有利于增加搪瓷层和基材表面的结合力。
36.为实现上述第四目的，本发明提供一种热水器，包括由上述的搪瓷内胆的制备方法制得的搪瓷内胆。
37.为实现上述第五目的，本发明提供一种炊具，包括钢板层和搪瓷抗菌层，搪瓷抗菌层设置在钢板层的内壁上，搪瓷抗菌层采用上述的搪瓷组合物制成。
附图说明
38.图1是本发明搪瓷内胆实施例的剖视图。
39.图2是图1中a处的局部放大图。
40.以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
41.搪瓷组合物、搪瓷内胆及其制备方法实施例：
42.参见图1和图2，本实施例中的搪瓷内胆10包括内胆基材1和搪瓷抗菌层2，搪瓷抗菌层2设置在内胆基材1的内壁上，搪瓷抗菌层2采用搪瓷组合物制成。内胆基材1的厚度在1.8mm至3mm范围内，搪瓷抗菌层2的厚度在150μm至500μm范围内，优选地，搪瓷抗菌层2的厚度在200μm至350μm范围内。内胆基材1采用热轧搪瓷钢板。
43.热轧搪瓷钢板的化学成分应符合下表的要求，且其化学成分允许偏差应符合gb/t222的规定。
44.表1化学成分要求
[0045][0046]
搪瓷组合物由搪瓷基础釉粉和复合抗菌剂组成，复合抗菌剂由磷酸锆载银锌抗菌粉和稀土金属氧化物组成。
[0047]
搪瓷基础釉粉包括以下按照重量百分比计的原料：二氧化硅38％至50％、硝酸钠
12％至16％、碳酸钾8％至11％、碳酸锂1％至3％、氧化硼13％至15％、氧化钴1％至3％、氧化镍0.5％至2％、氧化铝3％至5％、氟化钙7％至12％和氧化锆1％至2％。上述各成分的占比为各成分在搪瓷基础釉粉中所占的比例。
[0048]
优选地，磷酸锆载银锌抗菌粉为立方体磷酸锆载银锌抗菌粉。稀土金属氧化物包括氧化铈、氧化钨和氧化镧中的至少一种。氧化铈、氧化钨和氧化镧的比表面积均为50m2/g至200m2/g。
[0049]
按照重量百分比计，磷酸锆载银锌抗菌粉的含量为0.1％至10％，稀土金属氧化物的含量为0.1％至1％。优选地，磷酸锆载银锌抗菌粉的含量为2％至4％，稀土金属氧化物的含量为0.2％至0.4％。
[0050]
磷酸锆载银锌抗菌粉中的载银量(银元素含量)为0.3wt％至2.0wt％，载锌量(锌元素含量)为6wt％至35wt％。优选地，磷酸锆载银锌抗菌粉中的载银量为0.4wt％至0.6wt％，载锌量为26wt％至30wt％。磷酸锆载银锌抗菌粉的粒径d50≤10.0μm，且其在800℃至1300℃的温度下加热不分解。
[0051]
搪瓷内胆的制备方法包括如下步骤：
[0052]
首先，将搪瓷基础釉粉与纯净水按100：35至100：40范围内的比例进行混合，通过球磨机进行分散均匀，制得搪瓷釉浆。
[0053]
接着，将搪瓷釉浆与复合抗菌剂混合搅拌4小时至6小时后进行球磨，球磨时间为30分钟至50分钟，再静置老化第一预设时间，第一预设时间为4小时至5小时，制得抗菌搪瓷釉浆。
[0054]
接着，采用喷砂机对内胆基材进行喷砂预处理，喷砂压力为0.4mpa至0.6mpa，喷砂的砂粒大小为40目至60目，喷砂的清洁度sa≥2.5，粗糙度≥20μm。喷砂处理后在第二预设时间内进行搪瓷工艺，第二预设时间为2小时。
[0055]
最后，制备搪瓷抗菌层，采用搪瓷工艺将抗菌搪瓷釉浆涂布在内胆基材的内壁上，搪瓷工艺中需调整釉浆的吸附量为18g至22g。然后在140℃至160℃的温度下烘干30分钟至45分钟，烘干后在820℃至850℃的温度下烧结7分钟至10分钟后，制得带强抗菌功能的搪瓷层的搪瓷内胆。
[0056]
搪瓷工艺优选采用流搪工艺，当然还可以采选择摇搪、浸搪、喷搪等湿法搪瓷工艺。
[0057]
本发明通过制备具有上述实施例中的搪瓷抗菌层的抗菌搪瓷试板进行抗菌性能测试，抗菌搪瓷试板采用在热轧搪瓷钢板上形成搪瓷抗菌层，热轧搪瓷钢板通过激光切割设备加工成长度和宽度均为50毫米的正方形。在以下各实施例中，搪瓷基础釉粉的成分和含量均相同，稀土金属氧化物均采用氧化钨和氧化镧的混合物且各成分的占比相同，制备抗菌搪瓷试板的工艺方法均与搪瓷内胆的制备方法实施例的制备方法相同。
[0058]
实施例1：
[0059]
本实施例中，搪瓷组合物中立方体磷酸锆载银锌抗菌粉的含量为2％，稀土金属氧化物的含量为0.2％，搪瓷基础釉粉的含量为97.8％。
[0060]
实施例2：
[0061]
本实施例中，搪瓷组合物中立方体磷酸锆载银锌抗菌粉的含量为4％，稀土金属氧化物的含量为0.2％，搪瓷基础釉粉的含量为95.8％。
[0062]
对比例1：
[0063]
本对比例中，搪瓷组合物由搪瓷基础釉粉和立方体磷酸锆载银锌抗菌粉组成。搪瓷组合物中磷酸锆载银锌抗菌粉的含量为2％，搪瓷基础釉粉的含量为98％。
[0064]
对比例2：
[0065]
本对比例中，搪瓷组合物由搪瓷基础釉粉和立方体磷酸锆载银锌抗菌粉组成。搪瓷组合物中磷酸锆载银锌抗菌粉的含量为4％，搪瓷基础釉粉的含量为96％。
[0066]
性能测试：
[0067]
分别对两个实施例及两个对比例制得的抗菌搪瓷试板的抗菌性能进行检测，检测结果见表2。
[0068]
根据《gb/t 21551.2-2010附件a抗细菌性能试验方法(贴膜法)及效果评价》，定量测试了实施例材料对常见感染细菌(如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌)。
[0069]
其中抗菌率的计算公式为：抗菌率(％)＝[(对照样品活菌数-抗菌搪瓷片活菌数)/对照样品活菌数]
×
100％。
[0070]
分别对两个实施例及两个对比例制得的抗菌搪瓷试板的耐热水侵蚀性能进行检测：
[0071]
根据《qb/t 2590-2021储水式热水器搪瓷制件》中4.5条规定进行2次504h的耐热水侵蚀性。
[0072]
表2抗菌性能检测结果表
[0073][0074][0075]
从表1可以看出，本发明实施例1、实施例2制备的强抗菌功能性搪瓷釉层具有较强的抗菌性能，对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的抗细菌率全部大于90％，且经过42天的耐热水侵蚀性实验后，抗菌性能依然长久保持，说明此种抗菌搪瓷层抗菌性能优越且抗菌持久性好。
[0076]
热水器实施例：
[0077]
本实施例的热水器包括上述各搪瓷组合物、搪瓷内胆及其制备方法实施例中的搪瓷内胆。
[0078]
炊具实施例：
[0079]
本实施例的炊具包括钢板层和搪瓷抗菌层，搪瓷抗菌层设置在钢板层的内壁上，搪瓷抗菌层采用上述各搪瓷组合物实施例中的搪瓷组合物制成。炊具可以为锅具等，例如蒸锅、炖锅等。
[0080]
由上可见，通过将磷酸锆载银锌抗菌粉、稀土金属氧化物和搪瓷基础釉粉相结合，稀土元素能够激活金属银离子，由于稀土元素的激活作用，使磷酸锆载银锌抗菌粉的表面活性增大，因此通过添加稀土金属氧化物，从而能够以较低含量的磷酸锆载银锌抗菌粉添加量，实现热水器搪瓷内胆超强、持久的抗菌效果，减少了细菌的滋生，同时大幅降低了生产成本。
[0081]
最后需要强调的是，以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。