浅析陶瓷防滑釉的研制
招邵赟
摘 要：陶瓷砖生产厂家为适应市场的需求所生产的陶瓷砖其摩擦系数远远不能达到防滑的要求。国内外公共场所因地面过于光滑而导致跌倒摔伤的事故频繁发生，本文试图通过改变釉料配方组成釉层凹凸纹理图案来研制出防滑釉面砖。
关健词：防滑；釉面砖；摩擦系数
1 背景
自改革开放以来，人们的收入水平日益提高，在满足基本生活要求的同时，对自身生活所处建筑环境的美化装饰也有了更高的要求。虽然陶瓷砖作为一种装饰效果良好，耐污染性能优异的装饰材料，广泛运用于豪华高档的宾馆旅店、商厦、写字楼以及家庭公寓等场所，但陶瓷砖在美化环境的同时，因摩擦系数远远不能达到防滑的要求（大多数瓷砖的摩擦系数在0.4 ～ 0.5之间，当摩擦系数大于0.8时，防滑性能达到“非常安全”的级别），公共场所因地面太光滑而导致跌倒摔伤的事故频繁发生。例如因广场路面地砖的摩擦系数较小，会造成机动车刹车失灵，伤及无辜行人；居室特别是厨房、卫生间的地砖摩擦系数太小，会造成家人的跌伤事故；在商场、餐厅地砖的摩擦系数选用不当，致使消费者“失足”后把经营者告上法庭的事件亦有所闻。多挂几个“小心路滑”的警示牌也不能从根本上解决问题，地面防滑问题已成为当前必须面对并解决的新问题。
在美国，据相关机构在2001年统计表明，每年因滑倒摔伤事故而造成的直接损失已超过60亿美元。而作为一项严重的安全问题，滑倒摔伤事件在所有索赔案件中约占60%，53%的索赔金是由滑倒摔伤造成的。还有统计表明，美国每年都有一百万以上的人因滑倒、跌倒而造成受伤，其中有1.6万人以上因为滑倒的原因而死亡，这种死亡人数仅次于车祸造成的死亡人数。滑倒造成的伤害估计至少占职业伤害的17%，占公共部门伤害的18%以上。
在我国，2005年由湿滑摔伤事件引起的案件约为506.5万起，其中因地面湿滑摔倒引起的纠纷案件约7.65万起，赔款更是高达2.8亿元以上。据卫生部统计数据显示：每年因为意外滑倒造成的扭伤、骨折等事故占全部事故的35%，这其中大部分是老人和小孩，老人摔伤的比例更高达63.8%。到2008年，因地面湿滑摔倒致殘的老人已经达到96.9万，随着我国老龄化的逐步加深，这个数据将变得更大。防滑是在瓷砖美感的基础上提升的一个重要使用功能，目前在国内还不太被重视，但在国外防滑能力已成为瓷砖是否安全合格的一个重要指标。随着人们消费意识的改变，消费者开始逐步认识了解地面“防滑”问题，已经开始转变观念，从过去只要关注美观的装饰效果转变到既要注重美观，也要看重地砖的防滑功能，陶瓷地砖的防滑性越来越受到重视。
我国“入世”以来，国际化趋势越来越明显，陶瓷产品的质量标准也必然要与国际接轨。欧美国家对不同的场所订定了不同的止滑要求，其中意大利、美国等国都通过法案的形式对地面材料防滑性能提出了强制的要求，而我国陶瓷砖标准虽然有收录止滑的测试方法，但是并没有强制要求达到一定的止滑效果。因为陶瓷地砖的防滑性能直接影响着其使用安全性，作为陶瓷地砖的生产和使用大国，我国应积极展开防滑性能方面的研究，借鉴和利用外国的先进检测技术和标准的基础上，研制出新的地面处理防滑安全的产品和技术，提高产品的防滑性能，全面推进我国地面防滑安全水平，保障公众的健康安全。这不仅符合国家《产业结构调整指导目录》的产业政策，符合国家产业政策发展的方向，更具有良好的经济效益和社会效益，有利我国陶瓷行业产品与国际标准接轨和并提升市场竞争力。开发一种美观又防滑的，能被大众所接受和认可的陶瓷地砖已成为刻不容缓的事情。
2 实验部分
2.1防滑釉制备工艺过程
防滑釉的生产过程与一般釉面砖的生产过程基本相同，其制备工艺过程如下图1所示。
（1）压制成型
称取预制好的坯粉25 g左右，放入Φ5 ㎝的模具中，在30 MPa的压力下，压制成圆饼。
（2）釉料配料
用电子天平按照试验配方准确称取各种釉用原料。试验中每个配方用料总量为50 g，质量精确到0.01 g，误差在 ± 0.02 g。
（3）磨制釉浆
在快速球磨机中按料：水 = 1：0.8将原料磨细混匀，球磨时间为8 min，球磨时，水中另加料质量的0.5%的CMC，磨料用氧化铝质磨球。
（4）施釉
实验采用浸釉法：将坯体表面浸入釉浆，沉浸时间10 s，利用坯体的吸水性而使釉料附着在坯体上，釉浆密度控制在0.31 kg / m2左右。
（5）干燥
将制好的样品放入电热干燥箱中，在100℃下烘干。
（6）烧成
将干燥后的样品放入高温节能箱式电阻炉中于合适的温度烧成。具体烧成温度要通过反复试验来确定。这里以烧成周期约3.5 h为例。烧成曲线如图2，待炉子自然冷却后取出样品，即可获得防滑釉面。
2.2实验
实验制备防滑釉面所用的原料有钠长石、硅灰石、烧高岭土、石英等，试验中配方主要在R2O - ZnO - CaO - MgO - Al2O3·SiO2体系的基础下进行，在结合相关文献资料和经验下，以R2O含量（wt%）（K2O和Na2O的合量）、ZnO含量（wt%）、CaO / MgO和SiO2 / Al2O3值为影响因素，并选取合适的水平进行正交试验。通过考察R2O含量、ZnO含量、CaO / MgO、SiO2 / Al2O3对釉面性能（尤其是釉面摩擦系数）的影响。
釉面砖防滑性能的评价很大程度上依赖人的感觉。而人的感觉又会受到个体差异和环境的影响，所以感觉的评价是最主观的。为了能较好的研究和制备防滑釉，通过引入釉面摩擦系数来间接评价釉面砖的防滑性能。釉面摩擦系数越大，釉面砖的防滑性能就越强。在制备和研究防滑釉的过程中，通过测定釉面的摩擦系数的方法，就可以研究实验中各种因素对釉面砖的防滑性能的影响。在防滑理论和经验的指导下，弄清楚大致正确的试验方向，然后沿着这个方向去进行试验和改进试验方案，最终选定摩擦系数达到要求的几个配方和制备工艺。然后通过考查釉面其他性能要求（如釉面的耐污染性）和生产工艺的要求和成本的考虑（烧成温度越低越好，材料价格越便宜越好），从而找到最佳的配方和生产工艺。
主要工艺参数：烧成温度：1180 ～ 1190℃，釉浆比重：1.52 g·cm-3时通过多次试验获得3个满足试验预期的配方，在干态和湿态下釉面摩擦系数均大于0.8，达到了试验预期目的。其化学组成如表1，其在干燥和湿润条件下摩擦系数如表2。
3 结果与讨论
通过对防滑釉组成配方、生产工艺、防滑釉的析晶过程及防滑机理的研究，得到了以下结论：
（1）碱金属氧化物R2O会减小釉熔体的粘度，并降低烧成温度，提高釉中玻璃相的含量，不利于粗糙峰的形成。因此，碱金属氧化物R2O的含量要适中。
（2） ZnO在釉中有助熔的作用，降低釉的烧成温度，同时ZnO易析出硅酸锌晶体，对釉面摩擦系数有着直接的影响。但因ZnO的价格较高，考虑到企业产品成本因素，故实验数据虽好，但在本次试验最优配方的选择中没有选用。
（3）CaO / MgO值与晶相种类以及析晶含量紧密相关，对釉面摩擦系数有着直接影响。CaO / MgO较大时，釉中主要以钙长石晶相为主，長柱状的钠长石晶相较少，同时有着较大含量的玻璃相。随着CaO / MgO的减少，玻璃相得含量明显变少，长柱状的钠长石晶体也变多，同时析出的α-SiO2更大更多，晶体集聚得更加紧密，有利于形成更大更多粗糙峰，釉面摩擦系数也因此变大。通过试验和分析，当CaO / MgO值为3.9时，釉面摩擦系数较佳。
（4）SiO2 / Al2O3的变化直接影响晶体结构，对釉面摩擦系数有着显著的影响。SiO2 / Al2O3较大时，钠长石晶体较多，玻璃相含量较大，形成的粗糙峰较小且相对平缓。随着SiO2 / Al2O3的降低，钙长石对应峰的峰强变强，其含量变大，玻璃相减少，能形成更多更大的粗糙峰，摩擦系数增太。当SiO2 / Al2O3减少到一定程度时，有透辉石晶相析出。通过试验和分析，当SiO2 / Al2O3值在3.0 ～ 3.2之间时，釉面摩擦系数较佳。
（5）生产工艺（烧成温度、釉浆比重、釉浆的粒度）对釉面摩擦系数有着直接影响。随着烧成温度的提高，釉中玻璃相含量增大，釉的高温粘度降低，析出晶体分散，釉面变得光滑平整，釉面摩擦系数随之降低；随着釉浆比重的升高，釉面形成的粗糙峰变多，真实接触面积变大，釉面摩擦系数先变大。当釉浆比重达到1.52 g·cm-3左右时，釉面摩擦系数达到最大，之后随着釉浆比重的继续增大，釉中形成的粗糙峰也越平缓，真实接触面积越小，釉面摩擦系数逐渐减小；釉浆的粒度组成对釉浆粘度和悬浮性、釉浆和坯体相适应能力和釉的熔融温度等都有影响，进而影响烧成后试样釉面品质，从而影响釉面的摩擦系数。球磨时间越短，釉浆粒度越大，釉面摩擦系数越大，但釉面品质较差。随着球磨时间越长，即釉浆粒度越小，釉面摩擦系数越小。因此，试验中球磨时间在5 min为宜。
参考文献
[1] 王彦君， 石棋， 王永强，等. 一种防滑釉面的研制[J]. 佛山陶瓷， 2016， 26（6）：9-13.
[2] 裴新美， 刘杰. 釉面砖防滑釉面的研制[J]. 中国陶瓷， 2010（10）：51-53.
