日用陶瓷材料耐熱耐堿性能測定方法的修訂建議

日用陶瓷材料耐熱耐堿性能測定方法的修訂建議

每天使用的陶瓷可以用來裝載食物酸和堿性溶液，接觸清潔清潔的洗滌劑，加熱過程中產生的腐蝕氣體，以及空氣中的酸或堿性氣體。因此,開展日用陶瓷產品耐酸、耐堿性能的檢測和評價,對提高日用陶瓷產品質量,擴大日用陶瓷產品使用范圍有積極的意義。目前日用陶瓷材料耐酸、耐堿性能的測定,主要依據1984年頒布的GB/T4738.1-1984《日用陶瓷材料耐酸、耐堿性能測定方法(塊狀法)》、GB/T4738.2-1984《日用陶瓷材料耐酸、耐堿性能測定方法(顆粒法)》二個國家標準。上述標準實施至今已近30年,在實際應用過程中遇到一些問題,不能適應科研和生產的需要,有必要進行修訂。通過對耐酸、耐堿性能檢測條件系列試驗,可為標準修訂提供依據。1測試方法1.1試樣的制備及測定長石質瓷:采用“長石、石英、高嶺土”三組分配料,燒制而成。瓷坯由“莫來石、方石英、石英、玻璃相”構成。骨質瓷:以磷酸鈣為主要原料,加入一定量粘土、石英、長石燒制而成的。瓷坯主要由“磷酸三鈣、鈣長石、玻璃相和殘余石英”構成。鎂質瓷:以滑石或蛇紋石為主要原料制造的。瓷坯主要由“方石英、原頑輝石、玻璃相”等構成。白云質陶器::以白云石或石灰石為主要熔劑,配合粘土、石英、長石。經1000℃左右燒成的。吸水率在18~26%,瓷坯主要由“石英、方石英、鈣長石、莫來石”等構成。其中:長石質瓷選取了不同燒結程度三個樣品。上述樣品分別測定了吸水率及化學成份,結果如表1試樣制備:塊狀樣品將制品用切片機切割成30mm×20mm,厚度為制品壁厚的試樣。顆粒狀樣品分別從兩件同種制品上各部份取下總重約100~200g的若干碎片,放入研缽中敲砸,并不斷地過篩,篩取粒徑12~20目顆粒,然后用蒸餾水清洗幾次,置于105~110℃干燥箱內烘干至恒重,取出裝袋存放于干燥器內備用。1.2玻璃砂芯分析天平:分度值為0.0001g電熱干燥箱:可控制溫度在110±5℃馬弗爐:最高溫度1000℃可調式盤形電爐:最高功率800W蛇形冷凝管:長300~500mm三角燒瓶:250mL,口與蛇形冷凝管配套試驗篩:12目,20目各一個玻璃砂芯坩堝:砂芯濾片平均濾孔40~80?m,容量不小于30ml1.3測定條件試驗在《日用陶瓷材料耐酸、耐堿性能測定方法(塊狀法)》、《日用陶瓷材料耐酸、耐堿性能測定方法(顆粒法)》的基礎上,對主要測定條件進行系列試驗。測定原理:按規(guī)定方法制備試料,在一定濃度硫酸溶液或氫氧化鈉溶液介質中微沸1h,腐蝕后殘存試料質量與試料初始質量之比的百分數,即為日用陶瓷材料耐酸(堿)度。2試驗結果與分析2.1按顆粒法測定耐藥度取不同燒結程度日用陶瓷樣品,分別測定吸水率,再采用塊狀法和顆粒法標準測定其耐酸度和耐堿度,結果如表3。從檢測結果看,日用陶瓷材料的耐酸和耐堿性能與燒結程度相關,不同材質產品(白云陶和長石質瓷),兩種方法測試結果均顯示隨著吸水率增加,耐酸(堿)度下降的規(guī)律。同一樣品,塊狀法和顆粒法測定結果均有較大的差異,且隨著樣品吸水率增加,差異明顯增加。按原標準吸水率大于5%用塊狀法、小于5%的用顆粒法進行測定。在吸水率5%左右的材料,可能出現違反規(guī)律的情況。如長石質2(吸水率4.78%)和長石質3(吸水率5.88%),按顆粒法測定的耐酸度分別為96.05%、93.73%,符合吸水率高、耐酸度低的規(guī)律。如按原標準規(guī)定,長石質2采用顆粒法,長石質3采用塊狀法,測定的耐酸度分別為96.05%、99.82%,出現吸水率高,耐酸度反而高的情況,有明顯的偏差。耐堿度測定也有同樣的情況。在多相反應中,固體粒子的大小與反應速度有很大關系。這是因為在多相反應中,反應總是在界面上進行的,接觸面積增大,會使反應速度增加。雖然在吸水率高的情況下,酸、堿溶液可浸透到坯體里面,發(fā)揮腐蝕作用。但由于接觸面積小且反應產物不能及時排出,仍然不能達到與顆粒法接近的腐蝕效果。另外,采用塊狀法,在一般的實驗室,對試塊的切割不是很方便,一致性也比較差。而采用顆粒法,一般實驗室均有破碎設備,制樣反而比較方便。在測定過程中塊狀法試塊大小為30mm×20mm×6mm,在微沸時容易在瓶子底部間斷出現大氣泡沸騰,類似于爆沸,易引起試料碎裂而影響測定準確性。根據檢驗結果,建議將原來標準吸水率大于5%用塊狀法、小于5%的用顆粒法進行測定的規(guī)定,統(tǒng)一為顆粒法。這樣更能客觀反映日用陶瓷材料的耐酸(堿)性能,并可簡化在測定前測定陶瓷材料的吸水率,再確定采用何種檢測方法的麻煩。2.2耐堿特性分析原標準測定耐酸度時采用濃硫酸,濃硫酸是強氧化劑,在加熱的情況下,能氧化許多金屬。其氧化作用是由硫酸分子中的+6價硫引起的,而不是氫離子。硫酸在水溶液中才能電離出H+,而呈現酸的特征。因此,用濃硫酸測定耐酸度,在原理上不甚合理。同時,濃硫酸的沸點約為338℃,加熱溫度較高,煮沸后的冷卻時間長,且加水洗滌時,操作不小心容易出現飛濺,對檢測安全不利?？紤]到通常情況下,陶瓷材料不會在高溫環(huán)境下被濃酸腐蝕,而測定耐堿性能時氫氧化鈉溶液(10%)的沸點低于105℃,不僅腐蝕液濃度方面存在很大差別。在同樣微沸的情況下,實際加熱溫度同樣存在很大差別。為此,采用10%硫酸溶液測定不同材料樣品的耐酸度,并與濃硫酸測定結果進行對比。結果如表4。測定結果表明,除骨質瓷10%酸濃度時的耐酸度比用濃硫酸測定偏高外,長石質瓷、鎂質瓷、白云陶耐酸度測定結果差別不大。因此,為保持耐酸堿測定條件的一致性,提高檢測過程的安全性。建議將耐酸度腐蝕條件改為10%的硫酸溶液(沸點約為102℃)。2.3耐堿腐蝕試樣的洗滌方法應先其符合以下條件原標準測定耐酸性能時,用蒸餾水加熱沸騰,多次洗滌至中性后,為了讓殘留硫酸完全反應去除,又加入5%碳酸鈉溶液沸騰。然后再用蒸餾水洗至中性。實際操作中,采用近于沸騰的水洗滌4~5次后,用甲基橙指示劑測試呈中性時,加入氯化鋇測試,未見硫酸鋇白色沉淀產生,證明單純用熱水洗滌過程有效。因此,建議將腐蝕后試樣的洗滌方法簡化為:多次加入近于沸騰的蒸餾水于三角燒瓶中沖洗顆粒,直至用甲基橙指示劑測試呈中性為止。這樣可使試驗更加簡化。原標準測定耐堿性時,腐蝕后用酸化水洗滌3~5次,再用蒸餾水洗滌至硝酸銀溶液測試無氯離子存在為止。在實際操作中,如果用酸化水洗滌不完全,在試料仍然呈堿性時,用硝酸銀溶液測試時,可能出現無氯離子存在而引起誤判。經過4~5次近于沸騰的水洗滌后,試料呈中性,采用酚酞指示劑判斷比較簡單,也在其他標準中廣泛使用。因此,建議將洗滌條件簡化為:多次加入近于沸騰的蒸餾水于三角燒瓶中沖洗顆粒,直至用酚酞指示劑測試呈中性為止。2.4高溫嘴唇濾紙的制備原標準中腐蝕前試料采用105~110℃干燥,而腐蝕后由于試樣采用定量濾紙過濾,為使濾紙灰化,需要在馬弗爐900~950℃高溫灼燒。由于前后試料處理方式不一致,容易導致質量測量基準的變化。為此,將烘干后的試樣再采用馬弗爐900~950℃高溫灼燒,測定其重量變化。結果如表5。測定結果,灼燒法較烘干法重量會減輕,除了白云陶外,其它樣品的重量都比較接近。差值不大,基本可以忽略?？紤]到前后的一致性,避免試料高溫灼燒時可能出現變化,建議將腐蝕前后統(tǒng)一采用(110±5)℃干燥試料的方法。為解決定量濾紙無法灰化問題,可將濾紙過濾改為玻璃砂芯坩堝(平均濾孔40μm~80μm)過濾?？杀苊獯罅康母邼舛鹊乃帷A溶液殘留在濾紙表面,延長清洗時間。3試樣結果樣品處理后試樣新方法在顆粒法的基礎上,將腐蝕后的試樣單純用熱水洗滌,采用玻璃坩堝過濾,過濾后試樣改為在(110±5)℃干燥。耐酸度腐蝕介質改為10%濃度硫酸溶液。經二個國家認可實驗室進行比對試驗。結果如表6。比對結果表明,采用新方法測定的相對誤差小于0.5%,可滿足檢測要求。4耐藥堿性能(1)將原來標準吸水率大于5%用塊狀法、小于5%的用顆粒法