一种建筑节能型被动调湿功能陶瓷砖及其生产方法

摘要

本发明公开了一种建筑节能型被动调湿功能陶瓷砖及其生产方法，该陶瓷砖含有高烧失塑性泥土与硅藻页岩、蛭石、铝矾土、凹凸棒石烧结后留下的可调湿的亚微米孔；该陶瓷砖经低温烧成，玻璃相未生成，没有堵住孔洞，并且由于各种原料之间膨胀系数不匹配，在亚微米吸湿孔上产生细小微裂纹，增强产品吸放湿能力。本发明公开的方法，解决了现有调湿材料放湿量小、放湿速度慢、湿容量小、制造工艺复杂，生产成本高的问题。

说明书

技术领域

本发明属于建筑陶瓷产品的制备领域，具体涉及一种建筑节能型被动调湿功能陶瓷砖及其生产方法。

背景技术

空气相对湿度是表示空气中水汽多少亦即干湿程度的物理量，是衡量室内环境的一项重要参数，它对人体健康、室内空气质量以及物品的存放都有重要意义，过高或者过低的湿度影响人体健康，对物品的保存、仪器的寿命等等具有严重的危害性；湿度由过高（低）至过低（高）交替变化时的危害更为严重。国家《空气质量标准》规定室内相对湿度标准值，夏季空调房间为40%～60%，冬季采暖房间为30%～60%。

我国潮湿地区年平均相对湿度在70%～80%，有时高达95%～100%，北方干燥时期的相对湿度甚至可以达到10%以下。这些地区的建筑要达到室内环境的热舒适要求，就需要采取高效的方法解决相对湿度带来的室内环境质量问题。目前，按是否消耗人工能源可将湿度控制调节方法分为主动式方法和被动式方法。前者即空调技术，是目前普遍采用的方法，要消耗大量电能，污染环境和破坏生态，引发“建筑室内综合症”等问题，不符合可持续发展战略。后者是利用可再生能源或材料的吸放湿特性来控制调节湿度，无需消耗任何人工能源，是一种生态性控制调节方法。

“调湿材料”，是指不需要借助任何人工能源和机械设备，依靠自身的吸放湿性能，感应所调空间空气温、湿度的变化，从而自动调节空气相对湿度的材料。日本在1980年至1987年期间，大约在近百项工程中使用了调湿材料，对文物及重要的美术书刊的保护与保管起了很大的作用。近几年日本的调湿材料研究专利呈上升的趋势, 主要是无机调湿材料。日本国立产业综合技术研究所前田雅喜将水玻璃和氢氧化铝与高岭土经800℃～1150℃共同烧结成型, 制成具有湿度调节功能的铝基调湿材料；JANIS 公司利用海泡石、硅藻土、沸石和轻质混凝土的一种或几种和无机粘结剂为原料，经过成型干燥制成湿度控制材料。

国内对于调湿材料的研究，多数选用沸石、硅藻土、水铝英石、玻璃质火山土、海泡石、酸性白土、活性炭、硅胶、白炭黑、活性氧化铝、氢氧化铝等材料作为吸湿主体，利用天然矿物的吸放湿性能达到调湿目的，但在调湿容量、调湿响应率等方面的性能还是不太理想。

目前市面上用于对于被动式绿色调湿材料的研究及产品都尚未成熟。有机调湿材料虽然吸湿量大，吸湿速度快，但放湿量小，放湿速度慢；蒙脱土、硅藻土、海泡石等矿物具有天然的多孔和层状结构，作为湿度调节剂，湿容量较小；某些新型的调湿材料虽然调湿性能较好，但制造工艺复杂，生产成本太高等。因此，该项技术还有待改进。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种建筑节能型被动调湿功能陶瓷砖及其生产方法，旨在解决现有调湿材料放湿量小、放湿速度慢、湿容量小、制造工艺复杂，生产成本高的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种建筑节能型被动调湿功能陶瓷砖，其组分重量百分比为：刘家山粘土8～21份、阳泉高岭土7～17份、黑龙港粘土8～20份、硅藻页岩15～36份、蛭石7～15份、铝矾土8～16份、凹凸棒石5～15份、改性剂0.3～1.5份、分散剂0.5～2.0份。

所述刘家山粘土、阳泉高岭土、黑龙港粘土的烧失量均大于10.5 wt%。

所述刘家山粘土，化学重量百分组成为SiO₂：58.43%、Al₂O₃：30.00%、Fe₂O₃：0.31%、CaO：0.47%、MgO：0.42%、K₂O：0.12%、Na₂O：0.12%、灼减：10.64%

所述阳泉高岭土，化学重量百分组成为SiO₂：58.53%、Al₂O₃：27.24%、Fe₂O₃：1.25%、TiO2：0.97%、CaO：0.40%、MgO：0.25%、K₂O：1.17%、Na₂O：0.21%、灼减：10.54%

所述黑龙港粘土，化学重量百分组成为SiO₂：57.07%、Al₂O₃：28.28%、Fe₂O₃：1.61%、TiO2：1.04%、CaO：0.20%、MgO：0.24%、K₂O：0.50%、Na₂O：0.20%、灼减：12.03%

所述硅藻页岩，密度为0.47g/cm³，比表面积100m²/g，孔隙集中于40-80纳米之间。

所述硅藻页岩，颗粒直径分布为20纳米以下：9%、21-40纳米：28%、40-80纳米：47%、80纳米以上：16%。

所述蛭石为膨胀蛭石，化学重量百分组成为SiO₂：42.13%、Al₂O₃：18.07%、Fe₂O₃：8.06%、CaO：0.82%、MgO：26.74%、K₂O：7.24%，pH值为8.15。

所述铝钒土，密度为3.94g/cm³；所述凹凸棒石，密度为2.25 g/cm³。

所述改性剂，为十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、乙醇胺、三乙醇胺、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种混合。

该陶瓷砖含有高烧失塑性泥土与硅藻页岩、蛭石、铝矾土、凹凸棒石烧结后留下的可调湿的亚微米孔；该陶瓷砖经低温烧成，玻璃相未生成，没有堵住孔洞，并且由于各种原料之间膨胀系数不匹配，在亚微米吸湿孔上产生细小微裂纹，增强产品吸放湿能力。

一种建筑节能型被动调湿功能陶瓷砖为利用原料之间膨胀系数的不匹配增加亚微米吸湿孔上的细小微裂纹，增强产品吸湿性能，可采取以下工艺制备：

（1）将刘家山粘土8～21份、阳泉高岭土7～17份、黑龙港粘土8～20份称量混合，加入分散剂0.5～2.0份湿法球磨，球磨后浆料细度为250目筛筛余0.5%～0.8%，烘干后过100目筛，其中，分散剂为陶瓷常用分散剂；

（2）过筛后的粉料加入改性剂0.3～1.5份，加水3-5%造粒，采用四角混料法混合均匀，其中，改性剂为十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、乙醇胺、三乙醇胺、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种混合；

（3）将硅藻页岩15～36份、蛭石7～15份、铝矾土8～16份，凹凸棒石5～15份称量混合，干法球磨，过筛使其颗粒级配为80目以下：10%、80目-100目：25%、100目-200目：35%、200目以上：30%；

（4）将改性后的粉料与硅藻页岩、蛭石、铝钒土、凹凸棒石混合料干法混合均匀；

（5）采用干压成型，成型后的坯体干燥后入窑烧成，烧成温度为850-1050℃。

有益效果：

1、硅藻页岩是含有杂质的硅藻土受到来自地球内部核热能的作用逐渐演变进化形成的一种页岩类矿物，硅藻页岩中大部分是以晶体形式存在。硅藻页岩的密度为0.47g/cm³，比表面积在100m²/g左右，是硅藻土的4倍（吉林硅藻土、云南硅藻土比表面积为20-30m²/g），吸附容积是硅藻土的5倍。

目前制备调湿材料常用的吉林硅藻土孔隙集中于4501-6000纳米之间，云南硅藻土空隙分布集中于1801-3000纳米之间，而硅藻页岩的孔隙集中于40-80纳米之间。人体最佳湿度是在45%-65%，根据摩根定律可以算出，最佳湿度对应的吸湿材料半径应为45-62纳米，硅藻页岩的孔径集中分布在40-80纳米左右，在调湿所需半径范围内，吸湿效果优于硅藻土，具体效果见图2。

2、刘家山粘土、阳泉高岭土、黑龙港粘土的烧失量均大于10.5% wt，且三种泥料的膨胀系数不匹配；除此之外，配方中的膨胀蛭石有独特的构造特性（层状结构的含镁的水铝硅酸盐次生变质矿物）和表面性质（灼烧时能急剧膨胀），这几种矿物一起使用，在配方中可以起到增加亚微米吸湿孔上的细小微裂纹，增强产品吸湿性能。

3、将泥料混合过筛后加入十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、乙醇胺、三乙醇胺、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂等进行改性，可达到增加原料吸附性、阳离子交换性能和较大的内、外比表面积，同时能够和许多客体物质进行层间复合或插入反应；之后再加入控制好颗粒级配的硅藻页岩、蛭石、铝钒土混合料，在烧制之后就可得到调湿容量大、调湿响应率高的建筑节能型被动调湿功能陶瓷砖。

附图说明

图1为建筑节能型被动调湿功能陶瓷砖制备的工艺流程图；

图2为硅藻土和硅藻页岩96h吸放湿曲线图示。

具体实施方式

本发明提供一种建筑节能型被动调湿功能陶瓷砖及其生产方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的建筑节能型被动调湿功能陶瓷砖，其组分重量百分比为：刘家山粘土8～21份、阳泉高岭土7～17份、黑龙港粘土8～20份、硅藻页岩15～36份、蛭石7～15份、铝矾土8～16份、凹凸棒石5～15份、改性剂0.3～1.5份、分散剂0.5～2.0份。

下面对本发明中的各组分进行详细说明。

所述刘家山粘土、阳泉高岭土、黑龙港粘土的烧失量均大于10.5 wt %。

所述刘家山粘土，化学重量百分组成为SiO₂：58.43%、Al₂O₃：30.00%、Fe₂O₃：0.31%、CaO：0.47%、MgO：0.42%、K₂O：0.12%、Na₂O：0.12%、灼减：10.64%

所述阳泉高岭土，化学重量百分组成为SiO₂：58.53%、Al₂O₃：27.24%、Fe₂O₃：1.25%、TiO2：0.97%、CaO：0.40%、MgO：0.25%、K₂O：1.17%、Na₂O：0.21%、灼减：10.54%

所述黑龙港粘土，化学重量百分组成为SiO₂：57.07%、Al₂O₃：28.28%、Fe₂O₃：1.61%、TiO2：1.04%、CaO：0.20%、MgO：0.24%、K₂O：0.50%、Na₂O：0.20%、灼减：12.03%

所述硅藻页岩，密度为0.47g/cm³，比表面积100m²/g，孔隙集中于40-80纳米之间。

所述硅藻页岩，颗粒直径分布为0-20纳米：9%、21-40纳米：28%、40-80纳米：47%、80纳米以上：16%。

所述蛭石为膨胀蛭石，化学重量百分组成为SiO₂：42.13%、Al₂O₃：18.07%、Fe₂O₃：8.06%、CaO：0.82%、MgO：26.74%、K₂O：7.24%，pH值为8.15。

所述铝钒土，密度为3.94g/cm³；所述凹凸棒石，密度为2.25 g/cm³。

所述改性剂，为十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、乙醇胺、三乙醇胺、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种混合。

专利所述的一种建筑节能型被动调湿功能陶瓷砖，其特征在于该陶瓷砖含有高烧失塑性泥土与硅藻页岩、蛭石、铝矾土、凹凸棒石烧结后留下的可调湿的亚微米孔；该陶瓷砖经低温烧成，玻璃相未生成，没有堵住孔洞，并且由于各种原料之间膨胀系数不匹配，在亚微米吸湿孔上产生细小微裂纹，增强产品吸放湿能力。

硅藻页岩是含有杂质的硅藻土受到来自地球内部核热能的作用逐渐演变进化形成的一种页岩类矿物，硅藻页岩中大部分是以晶体形式存在。硅藻页岩的密度为0.47g/cm³，比表面积在100m²/g左右，是硅藻土的4倍（吉林硅藻土、云南硅藻土比表面积为20-30m²/g），吸附容积是硅藻土的5倍。目前制备调湿材料常用的吉林硅藻土孔隙集中于4501-6000纳米之间，云南硅藻土空隙分布集中于1801-3000纳米之间，而硅藻页岩的孔隙集中于40-80纳米之间。人体最佳湿度是在45%-65%，根据摩根定律可以算出，最佳湿度对应的吸湿材料半径应为45-62纳米，硅藻页岩的孔径集中分布在40-80纳米左右，在调湿所需半径范围内，吸湿效果优于硅藻土。

刘家山粘土、阳泉高岭土、黑龙港粘土的烧失量均大于10.5wt %，且三种泥料的膨胀系数不匹配；除此之外，配方中的膨胀蛭石有独特的构造特性（层状结构的含镁的水铝硅酸盐次生变质矿物）和表面性质（灼烧时能急剧膨胀），这几种矿物一起使用，在配方中可以起到增加亚微米吸湿孔上的细小微裂纹，增强产品吸湿性能。

将泥料混合过筛后加入十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、乙醇胺、三乙醇胺、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂等进行改性，可达到增加原料吸附性、阳离子交换性能和较大的内、外比表面积，同时能够和许多客体物质进行层间复合或插入反应；之后再加入控制好颗粒级配的硅藻页岩、蛭石、铝钒土混合料，在烧制之后就可得到调湿容量大、调湿响应率高的建筑节能型被动调湿功能陶瓷砖。

为利用原料之间膨胀系数的不匹配增加亚微米吸湿孔上的细小微裂纹，增强产品吸湿性能，专利所述的一种建筑节能型被动调湿功能陶瓷砖可采取以下工艺制备：

（1）将刘家山粘土8～21份、阳泉高岭土7～17份、黑龙港粘土8～20份称量混合，加入分散剂0.5～2.0份湿法球磨，球磨后浆料细度为250目筛余0.5%～0.8%，烘干后过100目筛，其中，分散剂为陶瓷常用分散剂；

（2）过筛后的粉料加入改性剂0.3～1.5份，加水3-5%造粒，采用四角混料法混合均匀，其中，改性剂为十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、乙醇胺、三乙醇胺、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种或几种混合；

（3）将硅藻页岩15～36份、蛭石7～15份、铝矾土8～16份、凹凸棒石5～15份称量混合，干法球磨，过筛使其颗粒级配为80目以下：10%、80目-100目：25%、100目-200目：35%、200目以上：30%；

（4）将改性后的粉料与硅藻页岩、蛭石、铝钒土混合料干法混合均匀；

（5）采用干压成型，成型后的坯体干燥后入窑烧成，烧成温度为850-1050℃。

下面以具体的实施例来对本发明进行具体说明。

实施例1：

（1）将刘家山粘土12.6份、阳泉高岭土7.5份、黑龙港粘土8.3份称量混合，加入分散剂0.6份湿法球磨，球磨后浆料细度为250目筛筛余0.8%，烘干后过100目筛，其中，分散剂为陶瓷常用分散剂；

（2）过筛后的粉料加入改性剂0.4份，加水3.0%造粒，采用四角混料法混合均匀，其中，改性剂为十二烷基三甲基氯化铵、乙醇胺、三乙醇胺、硅烷偶联剂混合；

（3）将硅藻页岩34.6份、蛭石10.9份、铝矾土15.8份，凹凸棒石9.3份称量混合，干法球磨，过筛使其颗粒级配为80目以下：10%、80目-100目：25%、100目-200目：35%、200目以上：30%；

（4）将改性后的粉料与硅藻页岩、蛭石、铝钒土混合料干法混合均匀；

（5）采用干压成型，成型压力为21MPa，成型后的坯体干燥后入窑烧成，烧成温度为855℃，烧成时间为3.5小时。

实施例2：

（1）将刘家山粘土16.2份、阳泉高岭土12.0份、黑龙港粘土14.1份称量混合，加入分散剂1.3份湿法球磨，球磨后浆料细度为250目筛筛余0.6%，烘干后过100目筛，其中，分散剂为陶瓷常用分散剂；

（2）过筛后的粉料加入改性剂0.9份，加水4.0%造粒，采用四角混料法混合均匀，其中，改性剂为十八烷基三甲基氯化铵、三乙醇胺、钛酸酯偶联剂混合；

（3）将硅藻页岩20.9份、蛭石13.6份、铝矾土8.7份，凹凸棒石12.3份称量混合，干法球磨，过筛使其颗粒级配为80目以下：10%、80目-100目：25%、100目-200目：35%、200目以上：30%；

（4）将改性后的粉料与硅藻页岩、蛭石、铝钒土混合料干法混合均匀；

（5）采用干压成型，成型压力为18     MPa，成型后的坯体干燥后入窑烧成，烧成温度为940℃烧成时间2.5小时。

实施例3：

（1）将刘家山粘土20.7份、阳泉高岭土16.4份、黑龙港粘土19.2份称量混合，加入分散剂2.0份湿法球磨，球磨后浆料细度为250目筛筛余0.5%，烘干后过100目筛，其中，分散剂为陶瓷常用分散剂；

（2）过筛后的粉料加入改性剂1.5份，加水5.0%造粒，采用四角混料法混合均匀，其中，改性剂为十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、乙醇胺混合；

（3）将硅藻页岩14.7份、蛭石8.1份、铝矾土9.8份，凹凸棒石7.7份称量混合，干法球磨，过筛使其颗粒级配为80目以下：10%、80目-100目：25%、100目-200目：35%、200目以上：30%；

（4）将改性后的粉料与硅藻页岩、蛭石、铝钒土混合料干法混合均匀；

（5）采用干压成型，成型压力为14     MPa，成型后的坯体干燥后入窑烧成，烧成温度为1020℃，烧成时间为2.5小时

 实施例1实施例2实施例3专利200610033284专利201310066506吸湿（g/m²）354 287 263 10070放湿（g/m²）193 168 129 6030

本发明提供的建筑节能型被动调湿功能陶瓷砖，该陶瓷砖含有高烧失塑性泥土与硅藻页岩、蛭石、铝矾土、凹凸棒石烧结后留下的可调湿的亚微米孔；该陶瓷砖经低温烧成，玻璃相未生成，没有堵住孔洞，并且由于各种原料之间膨胀系数不匹配，在亚微米吸湿孔上产生细小微裂纹，增强产品吸放湿能力。本申请中的技术方案，具体原料的配比与相应的制备工艺相结合，通过创造性的劳动，最终取得了本领域的技术人员所预料不到的技术效果和突出的实质性进步，具体的效果明显优于现有技术中的产品。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。