Nghiên cứu sản xuất frit men dùng cho sứ vệ sinh

1 BỘ CÔNG THƢƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU SÀNH SỨ THỦY TINH CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Đề tài cấp bộ: “Nghiên cứu sản xuất frit men dùng cho sứ vệ sinh” Chủ nhiệm đề tài: K.S Nguyễn Trung Kiên Hà nội 11/2011 2 BỘ CÔNG THƢƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU SÀNH SỨ THỦY TINH CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Đề tài cấp bộ: “Nghiên cứu sản xuất frit men dùng cho sứ vệ sinh” Chủ nhiệm đề tài: K.S Nguyễn Trung Kiên Cán bộ phối hợp: K.S Ngô Xuân Duy Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh CN Đơn vị Phối hợp: Công ty Cổ phần sứ Thanh Trì Công ty TNHH INAX Việt Nam Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì đề tài 3 MỤC LỤC 03 Phần I: Mở đầu 04 Phần II: Tổng quan lí thuyết 06 1. Công nghệ sứ vệ sinh 06 1.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất sứ vệ sinh 07 1.2. Thuyết minh công nghệ sản xuất sứ vệ sinh 08 2. Các tính chất của men 09 3. Vai trò của các oxit cơ bản tạo men 20 4. Những yêu cầu kỹ thuật của frít men sử dụng cho sứ vệ sinh 21 5. Định hướng nghiên cứu và phương pháp tiến hành 23 5.1. Định hướng nghiên cứu 23 5.2. Phương pháp tiến hành 24 Phần III: Thực nghiệm 25 1. Nguyên liệu dùng để tổng hợp frit cho sứ vệ sinh 25 2. Thiết bị và dụng cụ nấu thí nghiệm 26 3. Thiết lập các đơn phối liệu và triển khai thực nghiệm. 26 4. Tiến hành nấu bài frit đã điều chỉnh 30 Phần IV Nấu sản xuất 34 Phần V: Kết luận, kiến nghị 35 Tài liệu tham khảo 39 4 PHẦN I: MỞ ĐẦU Hiện nay, trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước ngành công nghiệp gốm sứ được đầu tư phát triển mạnh mẽ. Nhiều thành tựu kỹ thuật, nguyên vật liệu mới, công nghệ mới được áp dụng vào sản xuất. Ngành sản xuất vật liệu xây dựng phát triển đồng thời kèm theo nó các ngành sản xuất nguyên vật liệu cung cấp cho ngành sản xuất vật liệu xây dựng nói chung và sứ vệ sinh nói riêng cũng phát triển mạnh. Đồng thời, với nền kinh tế của nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ nên đời sống vật chất của người dân ngày một nâng cao. Nhu cầu sử dụng đồ dùng cao cấp, chất lượng cao ngày một gia tăng, trong đó có đồ gốm sứ vệ sinh. Hiện nay, người tiêu dùng ngoài yêu cầu về bền cho sản phẩm còn yêu cầu đẹp về mẫu mã, chịu lực tốt và đặc biệt là sạch đẹp và vệ sinh. Do đó, thiết bị phải có tính chống bám dính cao và láng bóng. Theo công nghệ hiên nay, gốm sứ vệ sinh được nung trong lò gián đoạn con thoi hoặc nung trong lò tuynen với nhiệt độ nung khoảng 1200 o C - 1260 o C, với chu kì nung khoảng 12 - 14 giờ. Để tăng độ bóng, bền hóa, bền nước và chống bám bẩn bề mặt men, các nhà nghiên cứu và sản xuất đã sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như: Phủ lên trên bề mặt men một màng nano hoặc tạo một lớp men có tính diệt khuẩn…các phương pháp trên đều phát huy hiệu quả mong muốn nhưng độ bền theo thời gian thấp hơn so với phương pháp sử dụng frít điều chỉnh bề mặt men. Theo truyền thống thì sứ vệ sinh thường sử dụng men nguyên liệu (thường đươc gọi là men sống), khi bổ sung thêm frit men điều chỉnh vào trong bài men nguyên liệu thì nhiệt độ chảy của men giảm do đó giảm được nhiệt độ nung. Đặc biệt là sử dụng để khắc phục khuyết tật bề mặt men và nung lại ở nhiệt độ thấp hơn. Với cách đặt vấn đề như trên Viện Nghiên cứu Sành sứ Thuỷ tinh Công nghiệp đã đăng ký và được Bộ Công Thương đặt hàng nghiên cứu thực hiện đề tài: 5 “Nghiên cứu sản xuất frit men dùng cho sứ vệ sinh”. Hợp đồng số: 02.11.RD/HĐ-KHCN ký ngày 18 tháng 02 năm 2011 ký giữa Bộ Công Thương và Viện Nghiên Cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp. Mục tiêu của đề tài: - Khảo sát, đánh giá chất lượng của nguyên liệu sản xuất frit men dùng cho sứ vệ sinh. - Nghiên cứu xác định đơn phối liệu sản xuất frit men cho sứ vệ sinh - Thử nghiệm các tính năng kỹ thuật của frit men sứ vệ sinh - Xác định được công nghệ sản xuất frit men sứ vệ sinh - Qui trình công nghệ hoàn thiện và sản xuất 500 kg sản phẩm frit men sứ vệ sinh và ứng dụng sản phẩm vào trong sản xuất sứ vệ sinh. Nội dung nghiên cứu: - Khảo sát các chỉ tiêu kỹ thuật của frit men sứ vệ sinh - Xác định được nguyên liệu sản xuất, bài phối liệu sản xuất frit men sứ vệ sinh. - Đánh giá chất lượng, thử nghiệm sản phẩm. 6 PHẦN II : TỔNG QUAN CƠ SỞ LÍ THUYẾT. Sứ vệ sinh thuộc hệ sứ mềm, có nhiệt độ nung trong khoảng 1200÷1260 o c. Đặc điểm của sứ vệ sinh là sản phẩm có hình dạng kích thước phức tạp, kích thước lớn, khối lượng lớn… bao gồm nhiều chủng loại khác nhau như chậu rửa mặt, chân chậu… Bảng 1: Một số tính chất cơ bản của sản phẩm [2]. STT Các chỉ tiêu của sản phẩm Trị số Đơn vị 1 Độ hút nước  0,5 % 2 Khối lượng thể tích 2,25  2,50 g/cm 3 3 - Bền nén Giới hạn bền - Uốn động va đập - Bền uốn 400  500 MPa 0,20  0.23 MPa 70  80 MPa 5 Hệ số giãn nở nhiệt α trong khoảng nhiệt độ 20 – 700 o C (5,5  6,5).10 -6 1/ o C 6 Khả năng chịu tải trọng  300 Kg 1.Công nghệ sản xuất sứ vệ sinh[2]. Do đặc điểm hình dạng phức tạp của sứ vệ sinh nên nó được tạo hình bằng phương pháp đổ rót và nhiệm vụ của công đoạn gia công phối liệu là phải chế tạo được hồ đổ rót có chất lượng đạt yêu cầu, đặc biệt là độ linh động của hồ đạt yêu cầu kỹ thuật sau: Độ ẩm hồ: 33-35%, Tỷ trọng của hồ: 1,75-1,78g/cm 3 . Lượng sót sàng 63μm: 1,8-2,2g/100ml hồ, Độ Nhớt: 12-15s kiểm tra bằng cốc Ford 6. 7 1.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất sứ vệ sinh : Nguyên liệu : Cao lanh, đất sét, trường thạch, xương sứ. Cân định lượng Máy nghiền bi Bể khuấy trộn Bể ủ (3 – 5 ngày) Sàng rung Bể chứa Tạo hình đổ rót. Dỡ khuôn Sấy mộc ướt và làm sạch mộc Sấy Mộc Tráng men, phun Sấy Nung Phân loại sản phẩm Xếp kho Bể chứa Men Bể chứa đồng nhất Nghiền men Nguyên liệu làm men: frit, cao lanh, feldspar,…. Phụ gia: nước + soda + nước thủy tinh 8 1.2. Thuyết minh công nghệ sản xuất sứ vệ sinh: Nguyên liệu để sản xuất sứ vệ sinh bao gồm: cao lanh, đất sét, feldspar, xương sứ sau khi kiểm tra đạt yêu cầu chất lượng của nhà máy. Nguyên liệu sau khi cân định lượng theo bài phối liệu thì được nạp vào trong máy nghiền bi và được nghiền mịn đạt tới kích thước yêu cầu. Sau đó, nguyên liệu được tháo vào trong bể chứa để khuấy cho đồng đều trong khoảng 4 - 5 tiếng rồi được tháo vào trong bể chứa để ủ cho đất sét được trương nở hoàn toàn trong thời gian khoảng 5 - 7 ngày. Sau đó, hồ được bơm màng bơm vào sàng rung để loại các hạt quá cỡ. Hồ đạt tiêu chuẩn được đưa xuống bể chứa để đưa đi tạo hình. Hồ được đổ rót trong khuôn thạch cao, sau khi đổ rót xong thì lưu hồ trong khuôn khoảng 3 giờ để đạt độ dày cần thiết sau đó người ta tháo hồ thừa ra. Sau khi tháo hồ thừa ra thì lưu mộc trong khoảng 90 phút để đạt độ cứng cần thiết theo yêu cầu. Sau đó tiến hành dỡ khuôn, mộc được đưa đi sửa mộc và làm sạch. Sau đó mộc được đưa đi sấy rồi sửa mộc khô, làm ẩm và làm sạch bề mặt rồi đem đi tráng men hoặc phun men. Sản phẩm sau khi tráng men được đem đi sấy khô đạt đến độ ẩm theo yêu cầu thì được đem đi nung. Sau khi nung sản phẩm được đem đi phân loại rồi đóng gói và xếp vào kho. Mộc được phun men, men nguyên liệu có sử dụng các nguyên liệu sau: Caolanh, quartz, feldspar, CaCO 3 , Talc, BaCO 3 , ZnO, ZrSiO 4 . Tiêu chuẩn kỹ thuật của men sau khi nghiền là: - Độ nhớt: 260÷270 cps. (đo theo dụng cụ vicozimet) - Tỷ trọng: ≤ 1,7 g/cm 3 . - Sót sàng 41µm: 0,2 - 0,5g/100ml. 9 2 Các tính chất của men. [2] 2.1. Đặc điểm chung về men gốm. Men là một loại thuỷ tinh có chiều dày: 0,150,4mm, phủ lên bề mặt xương gốm sứ. Lớp thủy tinh này được hình thành trong quá trình nung và có tác dụng làm cho bề mặt sản phẩm trở thành sít đặc, nhẵn bóng. Về mặt công nghệ khi sự phù hợp giữa xương và men tốt thì có tác dụng cải thiện tất cả các tinh chất của sản phẩm như độ bền hoá, bền cơ, bền nhiệt… Trong công nghệ sản xuất, căn cứ vào phương pháp chế tạo men người ta chia thành 2 loại cơ bản như sau:  Men nguyên liệu. Men nguyên liệu là loại men được nghiền trực tiếp từ hỗn hợp các loại nguyên liệu và sau đó đem tráng lên mộc rồi đem nung. Các nguyên liệu thường dùng cho men là: Cao lanh, đất sét, thạch anh, feldspar, và các nguyên liệu phụ trợ khác.  Ưu điểm: Vì được sản xuất trực tiếp từ hỗn hợp các loại nguyên liệu và sau đó tráng trực tiếp lên mộc nên dùng men nguyên liệu sẽ rẻ hơn.  Nhược điểm: Không dùng được các nguyên liệu có chứa một số oxit độc hại cho con người, cho môi trường và hòa tan mạnh trong nước mà nếu chuyển sang dạng silicat sẽ loại bỏ tính độc hại mà lại nâng cao chất lượng cho sản phẩm.  Men frit. Men frit là hỗn hợp của frit với một lượng các nguyên liệu phụ trợ hoặc chứa chủ yếu là frit. Frit là một dạng thủy tinh được tạo nên khi nấu chảy hoàn toàn phối liệu frit (nấu chảy trong lò nồi, lò bể, lò quay gián đoạn ở nhiệt độ khoảng 1400 0 C - 1450 0 C hoặc hơn), sau đó làm lạnh nhanh trong nước, sấy khô và đem nghiền nhỏ. 10 Nguyên nhân tạo frit là do phối liệu men dễ chảy chứa các cấu tử hòa tan mạnh trong nước (như soda, axit boric, borax…) hoặc độc hại (như chì oxit). Sau khi frit hóa, các cấu tử dễ tan và độc hại đều được chuyển sang dạng các hợp chất silicat không tan trong nước và giảm độc hại của chúng và đặc biệt tính ổn định cao hơn so với men sống. Các loại men frit dễ lắng và khả năng bám dính vào cốt mộc kém khi tráng men, vì vậy men frit thường chứa một lượng nguyên liệu dẻo như cao lanh, đất sét, một lượng thích hợp các loại phụ gia để khắc phục các nhược điểm trên. So với men nguyên liệu, men frit có những ưu điểm sau: + Nhiệt độ nóng chảy của men frit hầu hết thấp hơn men nguyên liệu do đó khi dùng frit men làm chất trợ chảy thì sẽ làm cho men dễ chảy hơn. + Có một số các cấu tử độc hại cho sức khoẻ của con người PbO, BaO khi chuyển sang dạng silicat chì thì sẽ giảm được độ tác hại. + Có một số ôxit hoà tan mạnh trong nước nên phải chuyển vào dạng không hoà tan được bằng cách tạo frít, ví dụ CaCO 3 , Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O 7 , H 3 BO 3 khi tráng men lên sản phẩm toàn bộ ion thấm vào trong xương ảnh hưởng đến tính chất của men, khi sử dụng Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O 7 , H 3 BO 3 trực tiếp vào bài men có hiện tượng men bị lớp váng bề mặt kèm theo tính chất cơ lý của men bị thay đổi như độ nhớt của men. + Dùng frit men thì về thẩm mỹ cũng láng bóng đẹp hơn và chống bám dính tốt hơn. Tuy nhiên, men frit cũng có nhược điểm là: Các loại men frit dễ sa lắng và sản xuất men frit có giá thành cao hơn so với men nguyên liệu. [...]... thành công tại nhà máy sứ vệ sinh Inax, Công ty Sứ Thanh Trì - Bài phối liệu có hệ số dãn nở nhiệt, nhiệt độ chảy, thành phần tương tự như của men Inax PHẦN IV: NẤU SẢN XUẤT Mục tiêu là nghiên cứu công nghệ sản xuất men frít sử dụng cho sứ vệ sinh nên trong quá trình nghiên cứu nhóm nghiên cứu đã nhận thấy sản xuất frít sứ vệ sinh cũng như sản xuất thuỷ tinh, nên qui trình sản xuất cũng như qui trình... tan mạnh vào trong men và có hiện tượng thấm vào xương, bay hơi trong quá trình nung và thay đổi các tính chất cơ lý của men vì vậy cần phải frit hóa các cấu tử trên) vào trong bài men gốc sứ vệ sinh trong bài phối liệu men mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm Như chúng ta đã biết, frít men sứ vệ sinh là một dạng thủy tinh được sử dụng làm phụ gia mồi chảy men sứ vệ sinh và điều chỉnh tăng... sản xuất của nhà máy Tham khảo thành phần hoá học của các loại men frit nói chung và men frit sử dụng trên dây chuyền sản xuất sứ vệ sinh nói riêng Tham khảo các tính chất đặc trưng của các ôxyt thành phần trong men Chọn hệ frit, có thành phần hóa phù hợp với điều kiện nấu, giá thành phối liệu, có nhiệt độ chảy và hệ số giãn nở nhiệt phù hợp với nung sứ vệ sinh Qua tham khảo tài liệu của các hãng men. .. cho sứ vệ sinh Trong thực tế khi sử dụng sản phẩm sứ vệ sinh trong môi trường ẩm và các chất tẩy rửa, qua thời gian sử dụng lớp men trên sản phẩm sứ vệ sinh thường bị phá hủy từ phía mặt ngoài do bị hòa tan và tách kiềm vào môi trường lỏng dẫn đến bề mặt sản phẩm không còn được bóng, nhẵn như ban đầu cho nên quá trình vệ sinh sản phẩm khó khăn hơn kéo theo đó là bám bẩn và rêu mốc trên bề mặt sản phẩm... chuyền sản xuất tại công ty TNHH Inax Việt Nam, độ bóng, chất lượng bề mặt, tương đương với mẫu frit men cho sứ vệ sinh của công ty(Có hợp đồng bán hàng kèm theo) Thực hiện thử nghiệm tại công ty sứ vệ sinh Thanh Trì bài men sản xuất của công ty cho kết quả tốt hơn khi sử dụng thêm men frit vào trong bài men ( Có xác nhận kỹ thuật của công ty xem phần phụ lục) 36 ... 350 400 450 500 FTV08 13,4 13,5 13,7 13,8 13,7 13,5 14,4 Inax 14,9 15,0 15,1 15,3 15,5 15,7 16,0 Mẫu Qua quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài nhóm thực hiện đề tài rút ra một số kết luận sau: - Nghiên cứu được nguyên liệu trong nước sản xuất men frit trợ chảy dùng trong sản xuất sứ vệ sinh: Quazt, trường thạch - Xác định được đơn phối liệu FTV08 nấu thử nghiệm là đơn tối ưu - Từ nguyên liệu trong nước... người ta tráng hai men cách nhau hoặc chồng lên nhau phải tính sức căng bề mặt sao cho hai men đó phù hợp nhau Nếu muốn tráng hai men chồng lên nhau và muốn có ranh giới tiếp xúc sắc nét thì hai men đó phải có sức căng bề mặt bằng nhau Nếu không men có sức căng bề mặt lớn hơn sẽ co lại, còn men có sức căng bề mặt nhỏ hơn sẽ bị men có sức căng lớn hơn kéo giãn ra Trường hợp cần trang trí men co người ta... tinh ở nhiệt độ frit hoá, ngoại quan về frit  Thử so sánh với mẫu frit của nhà máy đang sản xuất Thử so sánh với men frit đối chứng về các điểm nhiệt độ chảy đo hệ số giãn nở nhiệt  Thử với mẫu lớn tại nhà máy với quá trình sản xuất thực  Đánh giá và điều chỉnh đơn phối liệu Thử lặp lại đạt đến chất lượng với men frit đối chứng Ưu tiên với điều kiện sản xuất công nghiệp ổn định và cho chất lượng... sinh Qua tham khảo tài liệu của các hãng men đang được sử dụng tại các nhà máy sản xuất sứ vệ sinh trong nước, men frit của nhà máy sứ vệ sinh Inax có độ ổn định cao, độ láng bóng, bền đẹp, chống bám dính tốt, tính ổn định cao hệ số giãn nở nhiệt ( = 9,2 – 13,7.10-6/oC) được chọn làm mẫu đối chứng cho đề tài Quá trình nghiên cứu diễn ra gồm các bước sau:  Tính toán đơn phối liệu theo các thành phần... phụ gia mồi chảy men sứ vệ sinh và điều chỉnh tăng độ láng bóng bề mặt men và độ bền hóa của men, frit men thường được dùng trong bài phối liệu với tỷ lệ: 2% - 5% Qua tham khảo tính chất của một số loại frít trong của nước ngoài và trong nước và thực tế sản xuất tại công ty TNHH Inax Việt Nam thì frit sử dụng trong sản xuất sứ vệ sinh phải đảm bảo một số tính chất sau: - Hệ số giãn nở nhiệt trong khoảng . phẩm frit men sứ vệ sinh và ứng dụng sản phẩm vào trong sản xuất sứ vệ sinh. Nội dung nghiên cứu: - Khảo sát các chỉ tiêu kỹ thuật của frit men sứ vệ sinh - Xác định được nguyên liệu sản xuất, . men cho sứ vệ sinh - Thử nghiệm các tính năng kỹ thuật của frit men sứ vệ sinh - Xác định được công nghệ sản xuất frit men sứ vệ sinh - Qui trình công nghệ hoàn thiện và sản xuất 500 kg sản. Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp. Mục tiêu của đề tài: - Khảo sát, đánh giá chất lượng của nguyên liệu sản xuất frit men dùng cho sứ vệ sinh. - Nghiên cứu xác định đơn phối liệu sản xuất frit men