一种拥有石材图案的防静电瓷砖
王瑞峰+王少华+刘任松+古战文+陈志川
（1.东莞市唯美陶瓷工业园有限公司，东莞 523275；2.江西和美陶瓷有限公司，丰城 331100）
摘 要：防静电瓷砖相对其他防静电材料具有使用寿命长、装饰效果好等优点，但目前市场上的防静电瓷砖大多只有简单的装饰图案，与常规瓷砖相差甚远。实验选用ATO导电粉，通过工艺组合和调整化妆土、防静电釉的施釉量和喷墨墨水的墨量，实现拥有仿石图案的防静电瓷砖。
关健词：防静电瓷砖；导电粉；电阻
1 引言
防静电材料在电子仪器生产车间、洁净室、集成电路生产厂房、医院手术室、电信机房等地方有着大量的应用。传统防静电材料主要有防静电PVC板、防静电橡胶板、表面防静电涂层，这些材料都有易老化、使用寿命短、装饰效果差的缺点。防静电瓷砖克服了以上防静电材料的缺点，兼容了陶瓷地砖的优点，在装饰效果、使用寿命、耐磨、耐污染等理化性能方面有明显优势[1～2]。
目前市面上的防静电瓷砖的缺点是表面装饰图案非常简单，一般是基本的点状和线条状图案，甚至砖体整体偏蓝，无法体现防静电瓷砖在装饰效果上相对于传统防静电材料的优势。如何在保证防静电瓷砖的导电性能的同时丰富防静电瓷砖的装饰图案，增强其装饰效果，是扩大防静电瓷砖应用范围的关键点之一。
使用ATO导电粉为原料制备防静电面釉[3～4]，通过坯体、化妆土、防静电釉3层结构来消除防静电面釉中的蓝色色调。再在面釉表面通过喷墨打印来做表面装饰，装饰图案以天然石材为主，同时确保砖体的防静电效果和其它理化性能。
2 实验原料及内容
2.1 导电粉基本性能
导电粉的粒径分布会影响产品的导电性，实验用导电粉采用液相法制备：先将SnCl4·5H2O和SbCl3溶于强酸溶液，然后与碱液反应，制得氢氧化锡锑前驱体，再将沉淀洗涤、干燥、煅烧即得到纳米ATO颗粒[5～7]。该方法具有成本低、工艺操作简单、颗粒形状和粒径容易控制、合成周期短、适合大规模生产等优点。
图1为导电粉的扫描电镜图，图2为导电粉的粒径分布图。从图中可以看出导电粉颗粒非常細小，基本都小于1μm，且颗粒粒径主要分布在0.2～0.4μm和0.65～1.0μm两个区间，整体分布均匀，团聚少。
2.2 样品制备
以公司亚光砖坯体粉料为基础压制670 mm × 670 mm规格砖坯，在砖坯上施化妆土+防静电釉，以喷墨打印的方式做表面装饰，经烧成、磨边处理后得到600 mm × 600 mm规格的防静电地砖。
砖坯样品厚度9.5 mm。化妆土比重1.71 ± 0.02，流速22 ± 3 s。防静电釉比重1.82 ± 0.02，流速28 ± 3 s。烧成温度1180 ± 5℃，烧成时间65 ± 2 min。
2.3 检测方案
使用常州海尔帕电子科技有限公司的HPS2683A型高阻计测量样品表面电阻，以此判断样品的导电能力，作为样品最重要的判断指标。测试电压500V，测试距离为整砖的对角线。根据国标GB26539-2011的要求，防静电陶瓷的电阻值为5×104 ～ 1×109 Ω，即0.05 ～ 1000 MΩ。表面平整度、耐污染性、抗化学腐蚀性等性能作为辅助判断指标，参考国标标准检测。其中表面平整度取砖面最大值，砖型正数为凸变形，负数为凹变形。
3 结果与讨论
3.1 防静电釉中导电粉加入比例对导电能力和平整度的影响
防静电釉的施釉量控制在200g/片，实验防静电釉中导电粉加入量对样品导电能力和其它性能的影响，结果见表1。A-2和A-4样品的扫面电镜图见图3，A-4样品的XRD分析见图4。
由表1可知，随着导电粉加入量的提升，样品的导电性能逐步提升，但表面平整度逐渐下降。样品的导电性能在导电粉加入量为20%时是一个明显的分界点，加入量少于20%时样品基本没有导电性，加入量大于20%时样品的导电能力随着导电粉加入量增加而增大，在30%时导电能力增大的趋势变缓。
如图3所示，上图是样品A-2，下图是样品A-4。结合图4的XRD分析，釉面中晶体主要为钡长石和导电粉，图中粒径在1 μm以内的球形晶体为烧成后的导电粉。样品A-2中导电粉没有连成一片且面积偏小，样品基本没有导电性能；样品A-4中导电粉部分连通且面积较大，因此样品具有较强的导电能力。由此推论釉料配方中要有足够多的导电粉才能使瓷砖在烧成后形成网络状联通的导电网络，从而使瓷砖表面电阻大幅下降，达到防静电的效果。
此轮试验中的样品均明显偏拱，表面平整度全部不符合国标，并且砖型随着导电粉加入量的增加而持续变拱，以此釉料配方为基础的瓷砖难以批量生产。并且釉面色调明显偏蓝，使瓷砖表面图案整体偏青蓝调，严重影响表面装饰效果。
瓷砖生产中的化妆土可以起到调节砖型和增加产品白度的作用，因此实验在坯体和防静电釉之间增加一层化妆土，可以调节样品的平整度，同时削弱防静电釉的蓝色色调。因为导电粉的价格远高于防静电釉中其它原料，因此在保证导电性能的情况下，后续试验将导电粉的加入量定在25%。
3.2 化妆土施釉量对导电能力和其它性能的影响
将样品中防静电釉的施釉量控制在200g/片，配方中导电粉的质量百分比固定为25%，实验化妆土的施釉量对样品导电能力和其它性能的影响，结果见表2。
如表2所示，样品的导电性随着化妆土施釉量的增加而减弱，表面平整度随着化妆土施釉量的增大而平整。防静电釉和化妆土之间在高温时反应产生中间层，会影响防静电釉的导电能力，当化妆土层逐渐增厚时中间层的厚度逐渐增加，使防静电釉层逐渐变薄，从而使样品的导电能力逐渐减弱。
综合样品导电性能和表面平整度等性能，将化妆土施釉量固定在220g/片。
3.3 防静电釉施釉量对导电能力和其它性能的影响
虽然工艺上增加化妆土后样品的平整度明显好转，但还是难以达到公司企标平整度≤0.5的要求。考虑到防静电釉会明显使样品偏拱，将样品中化妆土施釉量控制在220 g/片，实验减少防静电釉施釉量对样品导电能力和其它性能的影响，结果见表3。
如表3所示，随着防静电釉施釉量逐步减少，样品导电性能、耐污染性和抗化学腐蚀性逐渐变弱，表面平整度逐渐变好。防静电釉施釉量在160g/片时样品基本没有导电能力，且耐污染性、抗化学腐蚀性都有明显的下降。当防静电釉施釉量逐渐减少时，化妆土和防静电釉间的中间层对样品导电能力的影响逐渐变大，部分导电粉与化妆土反应，从而影响导电能力。
C-4是综合效果最好的样品，工艺为压坯→干燥→淋化妆土→淋防静电釉→烧成，化妆土施釉量为220 g/片，防静电釉施釉量为180 g/片。
3.4 表面喷墨装饰层中墨水用量对导电能力的影响
现代陶瓷砖主流图案装饰工艺有丝网、胶辊、喷墨三种。其中丝网和胶辊工艺都需要基础印花釉，表面装饰的颜色是在基础印花釉中加入色料形成花釉，再通过印刷不同颜色的花釉得到所需的装饰图案。如果基础印花釉料采用常规釉料，则印花后样品完全不具备导电能力。如果在基础印花釉料中加入与防静电釉中同等比例的导电粉，虽然导电性能合格，但由于导电粉粉较细使印花釉流动性明显下降，难以连续生产，并且生产成本急剧上升。
喷墨工艺是一种凌空转印技术，将墨水直接喷在釉层表面，通过墨水中的着色因子直接在釉层着色，不需要基础印花釉。因此使用喷墨工艺在满足表面图案装饰的同时可以最大程度地满足产品的导电性能。在3.1～3.3中确定的工艺参数上，实验蓝（c）、棕（m）、黄（y）三色墨水在防静电釉表面的用量對样品导电性能的影响，结果见表4 - 6。
如表所示，D-c1至D-c10是蓝色墨水用量实验，D-m1至D-m10是棕色墨水用量实验，D-y1至D-y10是黄色墨水用量实验，分别对应喷墨机10%至100%的墨水用量。不同墨水的导电性能有较大差异，这与墨水中的着色剂有关。其中蓝色墨水的用量与样品导电性能没有明显联系，随着墨水用量增加样品的导电性能基本不变；棕色墨水和黄色墨水随着用量增加样品的导电性能明显降低，棕色墨水在40%用量时样品就完全不导电，黄色墨水在40%用量时样品也基本不导电。因此生产防静电地砖必须严格控制棕色和黄色墨水的用量，根据墨水用量来调整和决定表面图案效果。
图5是使用上述防静电瓷砖技术开发的一款产品，表面图案采用天然石材纹理，产品效果和内质均符合国标和企标要求。
4 结论
（1）使用ATO导电粉为原料制备防静电面釉，通过坯体、化妆土、防静电釉3层结构制备防静电地砖，导电性能良好，表面平整度、耐污染性和抗化学腐蚀性均符合国标要求。
（2）防静电釉中导电粉加入量少于20%时样品基本没有导电性，加入量大于20%时样品的导电能力随着导电粉加入量增加而增大，在30%时导电能力增大的趋势变缓。
（3）防静电地砖的导电性随着化妆土施釉量的增加而减弱，表面平整度随着化妆土施釉量的增大而平整，化妆土施釉量在220 g/片时综合性能最佳。
（4）随着防静电釉施釉量的减少，样品的导电性能、耐污染性和抗化学腐蚀性逐渐变弱，表面平整度变好。防静电釉施釉量在160 g/片时样品基本没有导电能力，且耐污染性、抗化学腐蚀性都有明显的下降，施釉量为180 g/片时综合性能最佳。
（5）喷墨装饰工艺中蓝色墨水的用量与样品导电性能没有明显联系，随着墨水用量的增大样品导电性能基本不变。棕色墨水和黄色墨水随着用量的增加样品导电性能明显降低，棕色墨水在40%用量时样品就完全不导电，黄色墨水在40%用量时样品也基本不导电。
参考文献
[1] 皮陈炳，蔡雪贤，张忠健，等.防静电陶瓷的研究进展[J].湖南有色金属，2015，01：51～54.
[2] 汪永清，吴建青，周健儿，等.釉中晶相对防静电陶瓷电性能的影响探讨[J].中国陶瓷，2005，（02）：10～13.
[3] 范玉容，曾德朝，曹江雄.导电填料ATO在防静电陶瓷中的应用现状[J].佛山陶瓷，2013，23（03）：17～18.
[4] 金国庭，徐瑜.王毅.防静电陶瓷砖的制备与性能研究[J].佛山陶瓷，2013，23（7）：12～15.
[5] 李靖宇，施冬梅，邢万宏.ATO纳米粉体的性能特点与制备研究现状[J].表面技术，2009，（03）：80-82.
[6] 乐磊.基于防静电与屏蔽陶瓷的ATO型导电粉的研究[D]：山东理工大学，2011.
[7] 孟杰，孙淑清，李婷，等.锑掺杂二样化锡纳米粉体的制备及性能[J].化学工业与工程，2007，24（4）：309～313.
