陶瓷砖的防静电研究
邓来福 倪成林
摘 要：静电作为一种静场自然危害源，容易引起易燃、易爆气体产生爆炸，机房因为静电而干扰电子设备，这会给人类社会造成重大损失。陶瓷砖作为人类环境所接触的必不可少的产品，如果铺贴在存放电子设备的机房内，其防静电功能显得十分重要。本文选用ATO（锑掺杂氧化锡）、二氧化锡和掺杂氧化锌作为制作防静电瓷砖的导电氧化物，通过试验分析了三种导电氧化物的添加量对釉料导电性能以及釉面质量的影响，结果发现ATO作为导电材料的釉面呈现明显的蓝色，不利于砖坯进行图案装饰；二氧化锡作为导电材料的釉面呈现微弱的蓝色，对图案装饰影响不大，但成本较高；而采用掺杂氧化锌对釉面影响最小，掺杂氧化锌添加量为12%时，釉面点对点电阻为2×106 Ω。最后探讨了防静电瓷砖的铺贴工艺。
关键词：氧化锡；锑掺杂氧化锡；掺杂氧化锌；防静电釉料；防静电瓷砖
1 前言
静电放电是日常生活中极其常见的一种现象，在干燥的环境中，有时人体在接触金属物体时会感到有电，偶尔还会看到电火花，这就是静电放电现象。过去，静电很少引起人们的关注，随着高科技的发展，静电在某些行业和日常生活中带来了极大的危害与不便，比如在易燃易爆气体环境下如果存在静电就很容发生爆炸；如果在装有电子信息设备的房间内存在静电，则很容易因为静电而干扰设备的正常运转。减少静电危害的途径之一就是增大电荷消散速率，防止电荷积聚，减少表面电阻率[1]。这种方法是防静电的主要手段。目前涂料[2]、混凝土[3]、织物以及包装[4]等领域大多采用减少表面电阻率的方法来达到防静电的效果。这种减少表面电阻率的方法，其实质就是让不导电的物体表面具有一定程度导电的过程。国家标准GB12014防静电工作服规定点对点电阻为105 ～ 1011 Ω，其中A级防静电要求105 ～ 107 Ω，B级防静电要求107 ～ 1011 Ω。锑掺杂二氧化锡是一种常见的防静电材料，比电阻为30 Ω·cm2，是一种导电性能极佳的导电氧化物，颜东亮[5]以氧化硅玻璃纤维为载体，采用非均匀成核法在其表面包覆一层锑掺杂氧化锡制备了导电纤维，然后将其应用于釉料中制备防静电陶瓷砖。二氧化锡和锑掺杂氧化锡除了成本比较高之外，对釉面发色也有一定的影响。氧化锌是釉料中常用原料，然而普通氧化锌不一定能达到防静电的要求，因此本文选用掺杂氧化锌来制备防静电陶瓷砖。
2 实验材料与测试方法
实验所用的不含氧化锌的基础透明釉料A成分如下表1。基础面釉B成分如下表2。所用的导电氧化锌为深圳晶材化工有限公司的掺杂氧化锌。二氧化锡和锑掺杂氧化锡（SnO2：Sb2O3=19：1）是宁波金雷纳米材料科技有限公司生产的。
参照文献[5]的测试方法对包覆粉体的电阻率进行了测试，将烧后的防静电瓷砖切割成 20 mm × 30 mm的小方块，在两端釉表面涂覆银电极，并保证两电极间的表面为正方形，通过电阻测试仪（TH2681 型）测定试样表面电阻。
3 结果与讨论
3.1 添加ATO的防静电面釉
由于二氧化锡乳浊作用，ATO只能作防静电面釉使用，因此在基础面釉B中添加10%、15%、20%、25%、30%ATO后，这种面釉的表面电阻变化如下表3。从表3中可以看出，当ATO的加入比例为10%时，烧成后的电阻（5 × 1012 Ω）大于防静电所要求的电阻。随着ATO的加入比例的提高，釉面蓝色加深，同时点电阻呈现降低趋势，添加到30%时，釉面呈现一定程度的气泡，可能是过多的ATO降低了基础釉料A烧成温度导致的。由于ATO加入釉料中都会呈现不同程度的蓝色，无论是应用在面釉还是抛釉中，都会影响陶瓷砖的装饰效果，所以运用ATO作为防静电材料不是最佳选择。
3.2 添加二氧化锡的防静电面釉
由于二氧化锡乳浊作用，只能作防静电面釉使用。因此我们对基础釉面B中二氧化锡的加入比例与电阻大小关系进行了探索，我们发现当二氧化锡的加入比例低于30%时，点对点电阻较大不适合做防静电材料使用；而添加比例大于30%时，其釉面点对点表面电阻在1011 Ω以下。其表面电阻变化趋势如图1所示。添加二氧化锡釉面蓝色在40%左右时较浅，因此可选择二氧化锡的加入质量比例为40%做防静电釉料，此时点对点表面电阻为3 × 107 Ω。
3.3 添加摻杂氧化锌的防静电抛釉
在剔除了普通氧化锌的抛釉中分别加入掺杂氧化锌5%、10%、15%、20%，结果发现：5%掺量时，釉面电阻超过1011 Ω，不符合防静电要求；含量达到10%以上，釉面电阻低于1011 Ω，达到防静电要求。从图2可以看出，10%掺量时为1.5 × 107 Ω，15%掺量时表面电阻为5 × 106 Ω，达到了A级防静电要求105 ～107 Ω。20%时也满足防静电要求，但是釉面有波纹缺陷，这是因为过多加入掺杂氧化锌后，基础釉料A的釉面温度被降低而造成的。因此，从成本、釉面质量和防静电效果来综合考虑，可选择15%掺量的掺杂氧化锌作为防静电抛釉。
3.4 防静电瓷砖铺贴工艺
仅仅单片瓷砖满足防静电要求并不意味着铺贴后整体可以达到防静电要求，这就要求考虑每片砖之间的串联方式，如何实现砖与砖之间的电荷导通，将电荷导入大地。因此，可考虑采用铜片作为主要导体接触大地，在瓷砖与瓷砖的缝隙之间添加导电砂浆，最后在砖缝上涂一层具有防静电功能的美缝剂（如图3所示）。其中，铜片通过铜导线相互连接起来，最后接地；导电砂浆用瓷砖胶作为主体，同时可考虑在导电砂浆中加入钢渣粉或其它金属粉，使其固化后具有防静电效果。
4 结论
（1）ATO不适用于作为要求丰富装饰效果的防静电瓷砖的导电原料，可以用于制备蓝色的防静电瓷砖。
（2）二氧化锡加入釉料中对釉面颜色影响较小，可以考虑将其作为防静电陶瓷的导电材料。
（3）在剔除了普通氧化锌的抛釉A中加入掺杂氧化锌15%含量时，釉面质量良好，其表面电阻为5×106 Ω，达到了A级防静电要求105 ～ 107 Ω。
参考文献
[1] 于洋，李玲，佟延春.简谈静电放电的防护.安全与电磁兼容[J].1999（4）：16-17，31.
[2] 李冀辉，冯莉莉，贾志欣. 以膨胀石墨为填料的防静电涂料的研究[J]. 上海涂料，2005，43（2）：1-3.
[3] 王占坡.水泥基自流平防静电地坪材料的研究[D].武汉：武汉工程大学，2017.
[4] 王振廷，尹吉勇，李 洋等. 石墨烯基防静电材料制备及其性能[J]. 黑龙江科技大学学报，2017，27（4）：429-432.
[5] 颜东亮，吴建青，陈林. 导电纤维的制备及在防静电陶瓷中的应用[J]. 稀有金属材料与工程，2010，39（11）：2018-2022.
