摘 要

软陶瓷是一种近些年来新出现的装饰建筑材料，因为诞生之初，外观效果与瓷砖相似，故称作软陶瓷。软陶瓷具有良好的强度和弹性，具有耐高温、防火、防水、隔热等特点。在制造过程中使用的改性剂是无毒的和环境友好的水溶性试剂。生产线使用清洁能源，如电能和太阳能。在生产过程中不排放废水、废气和废渣，所有废物都可以使用、回收和再利用，非常环保节能。

对于软陶瓷的研究刚刚开始，本课题对其进行探索性研究。为了改善材料的结构和柔韧性，采用粘土作为主体，加入石英砂、乳液聚合物和水，在100℃下发生反应，形成价键交联，最后生成具有网络链状结构的杂化物质，以进一步促进材料的柔性发展。研究表明，当配比为（苯丙乳液20g，粘土50g，石英砂10g，水5g）时产物性能最佳。其最佳性能为：吸水率17.27%，抗压强度9.28MPa，密度1.50g/cm³。经XRD研究分析，其主要矿物成分为石英（SiO₂）。

关键词：软陶瓷；改性泥土；低温烧结；性能表征

Abstract

A soft ceramic is a new type of decorative building material emerged in recent years. At the beginning of its birth, its appearance was similar to that of ceramic tiles, so it was called soft ceramic. It has a good strength and elasticity, and it is also characterized by high temperature resistance, fireproof, waterproof, and heat insulation, etc. The modifiers used in the manufacturing process are non-toxic and environmentally friendly water-soluble reagents. The production line uses clean energy such as electrical energy and solar energy. There is no waste water, waste gas, and waste dust emissions, and all waste can be used, recycled and reused. It is very environmentally friendly and energy-saving.

The research on soft ceramics is just beginning, this study carries on the exploratory research to it. In this study，clay is used as the main raw material.By adding quartz sand, emulsion polymer and water, these raw materials react at 100° C forming a product with a structure of valence bond crosslinking. Finally, a hybrid material with a network chain structure is produced to improve the structure and flexibility of the material. To promote the further development of flexible materials. Research shows that when the ratio is (styrene emulsion 20g, clay 50g, quartz sand 10g, water 5g) the product presents the best performance. The resulting product has a water absorption of 17.27%, a compressive strength of 9.28 MPa and a density of 1.50 g/cm³. XRD analysis shows that the main mineral component was quartz (SiO₂).

Key Words：Soft ceramic; modified mud; low temperature sintering; performance characterization

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 软瓷材料概述 1

1.2.1 软瓷技术 1

1.2.2 软瓷材料 2

1.2.3 软瓷材料的分类 2

1.2.4 软瓷材料的技术优势 3

1.2.5 软瓷材料的应用 3

1.2.6 软瓷材料的最新研究进展 4

1.3 软瓷材料的制备 4

1.4 本文主要研究内容及意义 5

第2章 软陶瓷的制备 7

2.1 实验所用原料、试剂及仪器 7

2.2 改性粘土的制备 8

2.3 软陶瓷的成型工艺 9

2.4 软陶瓷烧结 9

2.5 章节小结 9

第3章 软陶瓷的检验标准及性能分析 11

3.1 软陶瓷的检验标准 11

3.1.1 外观质量 11

3.1.2 技术性能 11

3.2 密度测试分析 12

3.2.1 密度测试方法 13

3.2.2 结果讨论 13

3.3 吸水率测试分析 14

3.3.1 吸水率测试方法 14

3.3.2 结果讨论 14

3.4 抗压强度及分析 15

3.4.1 抗压强度测试方法 15

3.4.2 结果讨论 16

3.5 XRD测试分析 17

3.5.1 XRD测试方法 17

3.5.2 结果讨论 18

3.6 章节小结 18

第4章 结论与展望 20

4.1 论文结论 20

4.2 展望 20

参考文献 22

致 谢 23

第1章 绪论

1.1 引言

随着经济的发展，全球对能源的需求也日益增大，在不断增大的总能耗之中，建筑能耗约占30%。^[1]开发研制及应用节能材料是建筑节能的根本途径，也是促进我国建筑业持续健康发展的根本保证^[2]。在国家倡导建筑节能减排政策下，软陶瓷材料应运而生。

改性无机粉材料(Modified inorganic powder Composite Material)简称MCM装饰材料，又称软瓷材料。它是以天然原土、城市建筑垃圾土、水泥废弃砌块和瓷渣、石粉等无机材料为原料，通过对建筑装饰材料的分类、混合、复合改性而制成的。软瓷技术在节能减排的指标上符合环保节能的发展趋势，是建筑垃圾再利用的一种新型低碳环保装饰材料，具有广泛的推广价值。^[3]

软陶瓷是一种新型建筑材料，打破了人们对陶瓷的印象。软陶瓷柔软像牛皮，纹样凸出，它改变了传统陶瓷的冰冷坚硬质感，使家居环境更温馨。软陶瓷与真正陶瓷有区别。首先，弹性不同，软陶瓷更耐磨；二是表现力不同，适合于表现浮雕效果；第三是做工时间短，一次成型。模型可以在差不多7天内交付。软瓷具有良好的柔韧性、优良的抗震抗裂性能。厚度可以做到l毫米左右，最小尺寸可做到80 mm x 80 mm，最大尺寸能够做到1.2 m x 3.6 m 。而且自重很轻。可以做成天然石材纹理、金属感幕墙等。装饰效果更显高贵。^[4]

1.2 软瓷材料概述

1.2.1 软瓷技术

2005年福美创始人/发明人石磊于美国成立EOSD实验室，启动软瓷项目研究（MCM改性土技术），最初的目的是替代沥青用于高速公路的建设。

2006年软瓷技术产品于墨西哥初步应用于公路铺装实验。

2007年软瓷技术初步量产于墨西哥和中国，主要应用于跑道及室内外运动地板的铺装。

2009-2010年软瓷产品大规模应用于广州亚运会工程。

2011-2013年软瓷迅猛发展，先后成为重庆、苏州、大庆、成都、佛山、东莞等城市旧改选用产品。同时，软瓷成功进驻恒力、新世界、招商地产等商业地产。

软瓷技术，又称为改性土技术，它的诞生意味着粘土不经高温烧结如同塑料一样可任意造型，以各种形态出现在人们日常工作和生活中。

自从软瓷技术出现，利用改性土制造出的产品逼真自然，柔软，同时保留泥土属性、阻燃、具有呼吸性、无毒、耐久，可循环或还原耕土，不产生垃圾。但改性土的可能性不限于此。它可代替水泥和沥青，作为道路路面的铺装材料；替代聚氨酯、橡胶、PP料等，制成跑道、运动地板、皮革、墙纸。它可以代替木材、水泥、金属、塑料来制造木板、型材或艺术品。它在各行各业都具有无限的市场机会。

1.2.2 软瓷材料

软瓷技术产品主要原料:普通城市建筑垃圾土、水泥废料、瓷碴及石粉等无机物。

经过30次以上处理，复合改性土具有很好的可塑性，科学界称这种新材料为"MCM"。MCM既有有机物的柔韧性，又有无机物的抗老化性，无毒、无辐射。

复合改性土具有优良的可塑性，可制成各种板材、砌块和型材。如用改性土^[5]合成的各种建筑饰面片材，每平方米能耗仅为0.2度电，质量只是3-8 kg/㎡，是柔性的，利于各种材料的组合，具有抗震、抗裂、耐冻融、自清洁等性能。 MCM建筑饰面片材，俗称软瓷，其颜色由原产地确定，主要是复合灰，如灰白、灰红、灰黑、灰黄等，最多256套颜色。由此可见，软瓷具有天然、优美的色彩，色彩丰富，经久耐用。对于有城市色彩规划的国家来说，MCM色彩是理想化的。

软瓷是一种生态友好的生态建筑材料。此外，软瓷建筑装饰材料具有较强的表现力。它不仅可以生动地展示现有材料的颜色和质地，如石材、陶瓷、木材、皮肤、针织、金属板、编织、清水板等，而且还可以根据建筑师和设计师的设计创造出个性化的表现形式。

软瓷建筑装饰材料作为墙体装饰材料，具有重量轻、柔韧性好、外观多样、耐候性好等特点。作为地面装饰材料，具有耐磨、防滑、足部感觉舒适等特点。该产品结构简单快速，不易脱落。适用于外墙、内墙、地面等建筑装饰，特别适用于高层建筑外饰面工程、建筑外立面装饰改造工程、外墙外保温体系的饰面层及异型建筑的饰面工程。^[6]软瓷的生产线燃料摒弃煤炭、重油等高污染原料，选用电能和太阳能等清洁能源^[7]；在生产过程中不产生废物排放，所有废弃物都可以回收利用，具有很好的应用前景。

1.2.3 软瓷材料的分类

软瓷建筑装饰材料分为软瓷外墙装饰材料、软瓷内墙装饰材料、软瓷室内外地板、卫浴性砖4类。品种有：MCM柔性劈开砖、MCM柔性陶土板、MCM柔性石材、MCM柔性釉彩砖,MCM千年木、MCM雕花金属板、MCM超薄清水板、MCM皮纹砖、MCM艺术墙砖等。^[7]

1.2.4 软瓷材料的技术优势

(1)性能优势

防水、透气、轻质、柔韧、耐酸碱、抗冻融、抗震、抗裂。它与外部绝热系统有很好的兼容性。

(2)安全优势

软瓷完全克服了瓷砖和马赛克的安全隐患，特别适用于高层建筑和外墙外保温系统的外墙饰面材料。

(3)表现力优势

软瓷可以随意成型，突破传统瓷砖的局限性。软瓷器具有整合所有建筑材料的能力。可适用于各种天然石材、各种天然木板、建筑清水、瓷砖、铝塑板、各种现代艺术精品都可以快速克隆。同时，它可以生动地展示自然装饰材料的纹理和色彩，如木材、皮肤、石头、砖块、布和金属，并可以根据设计者的设计，设计和生产具有独特个性的装饰纹理和色彩。

(4)施工优势

施工方便，特别是在外墙改造或翻新时，不需要淘汰旧砖或马赛克，只需1～3 mm厚的水泥浆直接粘贴软瓷砖即可。

(5)节能减排优势

软瓷产品的生产线选用电能和太阳能，力求干净，来源有保障；在生产过程中不排放废物，所有废料可回收利用。

(6)环保优势

检测结果表明，MCM材料的放射性和可溶性铅镉含量远低于环境标志产品陶瓷砖的要求，不含TVOC^[8,9]，当MCM材料使用一定年限后，或者当其风格和颜色需要更新时，它可以被完全再生成新产品或再生成土壤用于耕作。

软瓷独特的柔韧性是软瓷的一个优点，也是软瓷的一个弱点。由于柔，给人以安全保障，摔打或撞击都不会碎裂，但用刀具划时会出现划痕，给人以不耐用的感觉。^[10]

1.2.5 软瓷材料的应用

软瓷材料在国内的市场蒸蒸日上，目前的项目包括房地产、旧改和公建项目。

房地产项目：秦皇岛国际公寓、贵州恒力地产都市国际城、天津滨海新区华城公邸、山东烟台丽景家园别墅群、山东烟台骏景花园、广州元邦山清水秀园区等

旧改项目：重庆巴蜀风貌一条街、重庆铁山坪爱心家园、广州岭南学院教育研究中心、广州番禺区繁华路/康乐路外墙改造、深圳宝安西乡体育中心等

公建项目：沈阳人力资源厅、天津北辰区47中学、广州623路文化公园、广州环市东路电力局大厦、重庆两江区管委会大楼、四川广源宾馆等

1.2.6 软瓷材料的最新研究进展

2018年4月27日，据新华社报道，中国科学家研制出了一种新型的陶瓷材料，它和海绵一样柔软，具有陶瓷和海绵两种不同的物质的特性。首先，它可以承受像陶瓷那样的高温。作为我国未来的军用产品，海绵陶瓷能够承受1100℃的高温，这意味着它可以作为我国未来的航空材料。其次，海绵陶瓷可以像海绵一样拉伸、扭曲和变形。它使用各种不同的陶瓷材料，并利用纳米技术将这些陶瓷混合在一起，使其可以随意拉伸。它也被称为世界上最柔软的陶瓷。

有了这个新材料，歼20将在无形中有质的飞跃。不仅如此，海绵陶瓷还可以用于信息，生物等多个领域，是我国不可多得的瑰宝。^[11]

1.3 软瓷材料的制备

本次实验参考了如下三种方法，改进了配比及方法步骤以使产品性能更优良。

1. 利用锰渣尾矿制备软瓷仿古砖^[12]

湖北垚美软瓷有限公司的郭中华先生发明了一种利用锰渣尾矿制备软瓷仿古砖的方法。将锰渣尾矿矿物混合物与石英砂、水泥、乳液和水按一定比例混合，制备浆料。然后将浆料注入模具进行热处理，然后获得软瓷仿古砖。该发明利用锰渣尾矿粉具有优良的粘结性能，可将贫瘠骨料结合在一起，实现砖的成型；同时，锰渣尾矿的黑色可替代昂贵的黑色无机颜料。在制备过程中，热处理温度低，节能降耗，不会产生新的工业废料。软瓷仿古砖薄、轻、柔。可替代现有市场的仿古砖系列，对国内锰渣尾矿的回收利用具有重要意义。

1. 仿岁月痕的软瓷瓷砖^[13]

广东福莱特建筑材料有限公司的覃雪霞女士发明了一种仿岁月痕的软瓷瓷砖配方，按重量分数比包括如下组份：水10‑14％；纤维素0.3‑0.7％；工业乳液7‑9％；硅灰石9‑11.3％；矿粉18‑22％；石英砂43‑55.7％。工艺方法包括如下步骤：混合，将以上的各种原料混合在一起，在混合料中加入适量的色料，并通过搅拌机进行搅拌，使其形成浆料；装模，利用浆泵先喷洒一层浆料在模具上，之后在浆料表面铺上玻纤网，再利用浆泵洒另一层浆料在玻纤网上，使浆料埋没玻纤网；加热后，将模具放入烤箱中，烤箱内的温度设定在90‑100摄氏度，然后加热4‑5小时；脱模，将置于模具中的软瓷瓷砖取出即可。

1. 利用陶瓷废渣制备绿色环保柔性软瓷饰面砖^[14]

辽宁利永盛新材料有限公司的刘坤、许壮志、马明龙、时卓和石丽颖等人发明了一种利用陶瓷生产过程中产生的废渣制备绿色环保柔性软瓷饰面砖配方及制备方法。该配方按照质量份数包括：丙烯酸乳液50～120份；消泡剂0.5～5份；润湿剂0.1～3份；成膜助剂1～10份；抛光废渣40～100份；天然彩砂70～130份；水5～15份；所述丙烯酸乳液中固含量为40～60％。发明中所公开的配方和制备方法，不但能够显著降低软瓷生产的成本，解决了陶瓷抛光废渣的污染问题，变废为宝，同时整个的生产过程无需煅烧，废水与废料的排放很少，加工方法简单。

1.4 本文主要研究内容及意义

软陶瓷因其具有柔性、安全、节能、环保等优点而越来越受到人们的关注。目前对于软陶瓷的研究刚刚起步，本课题对其进行探索性研究，探讨其主要原材料的改性工艺及软陶瓷制备工艺，分析其矿物组成，研究影响其性能的因素。研究结果将对后继研发工作起到一定的实验支持。

本论文的主要工作为：使用粘土、石英砂、苯丙乳液、水等制备软陶瓷，研究软陶瓷的性能并分析各组分的作用以及过量或少量可能造成的影响。针对不足的地方加以改进，通过实验确定一个最佳配比以使软陶瓷各方面性能优良。除此之外，本文还探讨了软陶瓷的技术优势以及未来软陶瓷的发展情况，并发表了自己的一些感想与见解。

制备流程如图1.1。

第2章 软陶瓷的制备

干燥、粉磨、过筛

图1.1 软陶瓷制备及检测流程

得出结论

XRD测试

抗压强度测试2

吸水率测试

密度测试

烧结

成品

成型

试块

搅拌

浆体

混合

称重

称重

称重

混合物

称重、搅拌

乳液聚合物

乳液等有机物

水

石英砂

100目粘土粉

粘土

2.1 实验所用原料、试剂及仪器

原料：粘土（红色100目）；

石英砂（黄色100目）。

实验使用的各种试剂列于表2.1。

实验使用的仪器列于表2.2。

表2.1 实验试剂

表2.2 实验仪器

2.2 改性粘土的制备

①取足量粘土在60℃的干燥箱中干燥5h

②取出干燥好的粘土，分批次加入到陶瓷罐中，然后放在球磨机上固定好。每次粉磨时间10min，一共进行五次。