新型陶瓷坯体增强剂的研究

    朱彦秋　陈磊　王金凤

    摘 要：本文对陶瓷坯体增强剂在现代陶瓷坯体配方中遇到的问题进行了概述和分析。坯体的强度是建陶行业发展的一个瓶颈因素。除了找寻优质原料，在增加坯体强度方面，企业应同时另辟蹊径。

    关键词：坯体强度；增强剂；问题；解决方法；PVA

    1 引言

    坯体增强剂是建陶发展的共生技术，其发展史也就是建陶行业的发展史。目前建陶行业大部分使用羧甲基纤维素钠作为坯体的增强剂，随着建陶行业迅猛发展，作为不可再生资源的原矿坭越用越少，品质越来越差，坯体干燥强度低，从而导致干燥裂砖越来越多，羧甲基纤维素钠已经远远不能满足建陶的要求，所以必须找出一个新的出路。

    2 陶瓷坯体增强剂使用发展概况分析

    2.1 陶瓷原矿坭分布及品质现状

    原矿坭是生产墙地砖的重要原料，对坯体的白度，特别是坯体强度有着决定性影响。广东省的原矿黑坭资源得天独厚，白度高，结合强度高，铝含量高，铁钛钙镁含量低，生产的瓷质砖、抛光砖的品质优于其他地区的产品。其他省份的抛光砖生产厂家一般都要使用广东的黑坭才能生产出高档的产品。目前，上海、浙江、法库、高安、河北、山东和四川等省市的抛光砖生产厂家都使用广东的黑坭。广东黑坭的化学组成见表1。

    目前，广东黑坭由于开采过度，相比初期，黑坭品质已相差甚远。不少厂家已开始使用混合坭、灰坭、咖啡坭等，然而产品的白度和强度等性能远不如当初。不同地区的原料都有其特点，一般都是使用一部分广东的黑坭，再混入一些本地区的坭类原料。

    2.2 使用常规坯体增强剂常出现的问题

    现在大多数陶瓷厂家使用的都是水溶性木质素盐。一般加入量在0.01%～0.05%之间。具有一定的解凝性，可减少坯料研磨加水量，主要作用为强化干坯强度，降低破损率。在本世纪初用于陶瓷行业有着非常明显的作用。进入2010年后， 广东各地方的坭的品质大不如前，很多厂家出现了干坯强度不够，破损率高的问题。水溶性木质素盐已远远不能满足陶瓷行业发展的需要。

    2.3 引入高分子聚合物作为坯体增强剂的相关研究

    2.3.1聚乙烯醇的基本信息及性能

    聚乙烯醇，简称PVA，分子式为[C2H4O]n结构式为[CH2CHOH]n。聚乙烯醇是一种无色塑胶，由聚乙烯酯（通常为聚乙酸乙烯酯）受酸或碱水解作用而得。完全水解的聚乙烯醇，仍含约5%剩余乙酸基在内。聚乙烯醇的物理性质、抗水性及与韧化剂的混合性等与其水解程度有关，即与其在最终制品中的乙酸基与氢氧基之比例有关。聚乙烯醇对于有机溶剂及气体皆为不透性，亦不能与之混和。除多元醇类、氨醇类以外，对能与水混合的多数溶剂皆能抗耐。完全水解的聚乙烯醇能溶于热水。水解程度愈低，对水的抗力愈大，加入各种添加物亦能增加其抗水性。聚合物粘度可通过调节其最初所用聚乙烯乙酸酯的粘度进行控制。

    2.3.2聚乙烯醇作为坯体增强剂的优势

    聚乙烯醇是目前已发现的唯一具有水溶性且无毒的高聚物。它是近三十年来发展起来的高分子化合物，由于合成技术的不断提高和价格的不断下降，其用途日益广泛，发展速度很快，其性能介于橡胶和塑料之间，因而作为坯体增强剂成为可能。

    聚乙烯醇有很好的成膜性及粘合力。聚乙烯醇作为一种水溶性合成粘结剂，它的粘合机理是加热时溶剂挥发，PVA分子紧密接触依靠分子间的吸附作用形成具有一定机械性能的膜，从而发挥粘结剂的性能。因此，PVA碳链的长短及醇解度的大小直接影响着膜的物理机械性能。一般使用的PVA聚合度高，强度大，但目前使用的PVA聚合度1700有些过高，在实际使用过程中，易起浆皮。另外，PVA的醇解度，因影响着分子中疏水基团含量和分子间氢键的作用大小，所以醇解度的降低，同样会引起膜机械性能的降低。但根据“相似相容”原理，疏水基团含量的改变会影响被粘物的粘接力。

    3 使用PVA相关数据的分析

    3.1 加入不同比例的PVA对浆料性能的影响

    表2是各配方化学组成，表3是相同球磨状态下，不同浆料性能对比。从表2和表3可知，PVA的加入量对流动性有影响，加入越多，流动性越差。所以，拟取1#和3#喷雾造粒进行对比实验。

    3.2 加入PVA的粉料颗粒在放大镜下的区别

    1#粉料颗粒周围粗糙不平，有很多细小的毛刺，有较多的空心粒子，振动易碎。3#粉料颗粒周围平整光滑，无毛刺，基本没有空心粒子，振动不易碎。加入PVA后粉料性能得到了明显的提升。

    3.3 加入PVA的粉料在成型后各工序的对比

    3.3.1压机和烧成工序的对比

    表4是相同压力和温度下1#和3#粉料的干坯和成品强度对比，从表中不难看出，引入0.02%的PVA即可明显增加干坯强度。

    3.3.2吸水率和烧后尺寸对比

    表5是1#和3#粉料制备的成品（以下简称1#成品和3#成品）吸水率和烧后尺寸，从表中来看，成品吸水率和尺寸基本一致。

    3.3.3砖形对比

    图1和图2分别是1#和3#成品的出窑变形图。从图中不难看出，两者的出窑变形变化不大，比较相近。

    图3和图4分别是1#和3#成品的抛光变形图。从图中可发现，3#成品的抛光变形优于1#成品，变形尺寸小，没有后期反弹变形。

    4 结论

    （1） 通过观察发现，加入PVA后粉料本身性能得到了明显的好转，有助于更好的成型。

    （2） 从实验数据看，在加入PVA后干坯强度有明显的改善，可在一定程度上减少干燥裂砖的发生，有效降低生产损耗。

    （3） 加入PVA对砖坯的抗折强度无太大影响

    （4） 砖坯在吸水率、烧后尺寸和变形方面变化不大。

    因此，从定性方面分析，加入PVA对干燥强度有一定程度的改善，可在工厂试验后加入使用。

    参考文献

    [1] 蔡飞虎，冯国娟.陶瓷墙地砖生产技术[M].武汉理工大学出版社，

    2011，

    [2] 李家驹，缪松兰，马铁成等.陶瓷工艺学[M].中国轻工业出版社，

    2007.

    [3] 中国硅酸盐学会.硅酸盐辞典[M].中国建筑工业出版社，1983.

    [4] 于国波.一次快烧墙地砖常见缺陷分析[J].建材技术-陶瓷，1991（1）.

    [5] 公方杰..瓷质砖裂纹缺陷分析[J].陶瓷，1995（5）.

    摘 要：本文对陶瓷坯体增强剂在现代陶瓷坯体配方中遇到的问题进行了概述和分析。坯体的强度是建陶行业发展的一个瓶颈因素。除了找寻优质原料，在增加坯体强度方面，企业应同时另辟蹊径。

    关键词：坯体强度；增强剂；问题；解决方法；PVA

    1 引言

    坯体增强剂是建陶发展的共生技术，其发展史也就是建陶行业的发展史。目前建陶行业大部分使用羧甲基纤维素钠作为坯体的增强剂，随着建陶行业迅猛发展，作为不可再生资源的原矿坭越用越少，品质越来越差，坯体干燥强度低，从而导致干燥裂砖越来越多，羧甲基纤维素钠已经远远不能满足建陶的要求，所以必须找出一个新的出路。

    2 陶瓷坯体增强剂使用发展概况分析

    2.1 陶瓷原矿坭分布及品质现状

    原矿坭是生产墙地砖的重要原料，对坯体的白度，特别是坯体强度有着决定性影响。广东省的原矿黑坭资源得天独厚，白度高，结合强度高，铝含量高，铁钛钙镁含量低，生产的瓷质砖、抛光砖的品质优于其他地区的产品。其他省份的抛光砖生产厂家一般都要使用广东的黑坭才能生产出高档的产品。目前，上海、浙江、法库、高安、河北、山东和四川等省市的抛光砖生产厂家都使用广东的黑坭。广东黑坭的化学组成见表1。

    目前，广东黑坭由于开采过度，相比初期，黑坭品质已相差甚远。不少厂家已开始使用混合坭、灰坭、咖啡坭等，然而产品的白度和强度等性能远不如当初。不同地区的原料都有其特点，一般都是使用一部分广东的黑坭，再混入一些本地区的坭类原料。

    2.2 使用常规坯体增强剂常出现的问题

    现在大多数陶瓷厂家使用的都是水溶性木质素盐。一般加入量在0.01%～0.05%之间。具有一定的解凝性，可减少坯料研磨加水量，主要作用为强化干坯强度，降低破损率。在本世纪初用于陶瓷行业有着非常明显的作用。进入2010年后， 广东各地方的坭的品质大不如前，很多厂家出现了干坯强度不够，破损率高的问题。水溶性木质素盐已远远不能满足陶瓷行业发展的需要。

    2.3 引入高分子聚合物作为坯体增强剂的相关研究

    2.3.1聚乙烯醇的基本信息及性能

    聚乙烯醇，简称PVA，分子式为[C2H4O]n结构式为[CH2CHOH]n。聚乙烯醇是一种无色塑胶，由聚乙烯酯（通常为聚乙酸乙烯酯）受酸或碱水解作用而得。完全水解的聚乙烯醇，仍含约5%剩余乙酸基在内。聚乙烯醇的物理性质、抗水性及与韧化剂的混合性等与其水解程度有关，即与其在最终制品中的乙酸基与氢氧基之比例有关。聚乙烯醇对于有机溶剂及气体皆为不透性，亦不能与之混和。除多元醇类、氨醇类以外，对能与水混合的多数溶剂皆能抗耐。完全水解的聚乙烯醇能溶于热水。水解程度愈低，对水的抗力愈大，加入各种添加物亦能增加其抗水性。聚合物粘度可通过调节其最初所用聚乙烯乙酸酯的粘度进行控制。

    2.3.2聚乙烯醇作为坯体增强剂的优势

    聚乙烯醇是目前已发现的唯一具有水溶性且无毒的高聚物。它是近三十年来发展起来的高分子化合物，由于合成技术的不断提高和价格的不断下降，其用途日益广泛，发展速度很快，其性能介于橡胶和塑料之间，因而作为坯体增强剂成为可能。

    聚乙烯醇有很好的成膜性及粘合力。聚乙烯醇作为一种水溶性合成粘结剂，它的粘合机理是加热时溶剂挥发，PVA分子紧密接触依靠分子间的吸附作用形成具有一定机械性能的膜，从而发挥粘结剂的性能。因此，PVA碳链的长短及醇解度的大小直接影响着膜的物理机械性能。一般使用的PVA聚合度高，强度大，但目前使用的PVA聚合度1700有些过高，在实际使用过程中，易起浆皮。另外，PVA的醇解度，因影响着分子中疏水基团含量和分子间氢键的作用大小，所以醇解度的降低，同样会引起膜机械性能的降低。但根据“相似相容”原理，疏水基团含量的改变会影响被粘物的粘接力。

    3 使用PVA相关数据的分析

    3.1 加入不同比例的PVA对浆料性能的影响

    表2是各配方化学组成，表3是相同球磨状态下，不同浆料性能对比。从表2和表3可知，PVA的加入量对流动性有影响，加入越多，流动性越差。所以，拟取1#和3#喷雾造粒进行对比实验。

    3.2 加入PVA的粉料颗粒在放大镜下的区别

    1#粉料颗粒周围粗糙不平，有很多细小的毛刺，有较多的空心粒子，振动易碎。3#粉料颗粒周围平整光滑，无毛刺，基本没有空心粒子，振动不易碎。加入PVA后粉料性能得到了明显的提升。

    3.3 加入PVA的粉料在成型后各工序的对比

    3.3.1压机和烧成工序的对比

    表4是相同压力和温度下1#和3#粉料的干坯和成品强度对比，从表中不难看出，引入0.02%的PVA即可明显增加干坯强度。

    3.3.2吸水率和烧后尺寸对比

    表5是1#和3#粉料制备的成品（以下简称1#成品和3#成品）吸水率和烧后尺寸，从表中来看，成品吸水率和尺寸基本一致。

    3.3.3砖形对比

    图1和图2分别是1#和3#成品的出窑变形图。从图中不难看出，两者的出窑变形变化不大，比较相近。

    图3和图4分别是1#和3#成品的抛光变形图。从图中可发现，3#成品的抛光变形优于1#成品，变形尺寸小，没有后期反弹变形。

    4 结论

    （1） 通过观察发现，加入PVA后粉料本身性能得到了明显的好转，有助于更好的成型。

    （2） 从实验数据看，在加入PVA后干坯强度有明显的改善，可在一定程度上减少干燥裂砖的发生，有效降低生产损耗。

    （3） 加入PVA对砖坯的抗折强度无太大影响

    （4） 砖坯在吸水率、烧后尺寸和变形方面变化不大。

    因此，从定性方面分析，加入PVA对干燥强度有一定程度的改善，可在工厂试验后加入使用。

    参考文献

    [1] 蔡飞虎，冯国娟.陶瓷墙地砖生产技术[M].武汉理工大学出版社，

    2011，

    [2] 李家驹，缪松兰，马铁成等.陶瓷工艺学[M].中国轻工业出版社，

    2007.

    [3] 中国硅酸盐学会.硅酸盐辞典[M].中国建筑工业出版社，1983.

    [4] 于国波.一次快烧墙地砖常见缺陷分析[J].建材技术-陶瓷，1991（1）.

    [5] 公方杰..瓷质砖裂纹缺陷分析[J].陶瓷，1995（5）.

    摘 要：本文对陶瓷坯体增强剂在现代陶瓷坯体配方中遇到的问题进行了概述和分析。坯体的强度是建陶行业发展的一个瓶颈因素。除了找寻优质原料，在增加坯体强度方面，企业应同时另辟蹊径。

    关键词：坯体强度；增强剂；问题；解决方法；PVA

    1 引言

    坯体增强剂是建陶发展的共生技术，其发展史也就是建陶行业的发展史。目前建陶行业大部分使用羧甲基纤维素钠作为坯体的增强剂，随着建陶行业迅猛发展，作为不可再生资源的原矿坭越用越少，品质越来越差，坯体干燥强度低，从而导致干燥裂砖越来越多，羧甲基纤维素钠已经远远不能满足建陶的要求，所以必须找出一个新的出路。

    2 陶瓷坯体增强剂使用发展概况分析

    2.1 陶瓷原矿坭分布及品质现状

    原矿坭是生产墙地砖的重要原料，对坯体的白度，特别是坯体强度有着决定性影响。广东省的原矿黑坭资源得天独厚，白度高，结合强度高，铝含量高，铁钛钙镁含量低，生产的瓷质砖、抛光砖的品质优于其他地区的产品。其他省份的抛光砖生产厂家一般都要使用广东的黑坭才能生产出高档的产品。目前，上海、浙江、法库、高安、河北、山东和四川等省市的抛光砖生产厂家都使用广东的黑坭。广东黑坭的化学组成见表1。

    目前，广东黑坭由于开采过度，相比初期，黑坭品质已相差甚远。不少厂家已开始使用混合坭、灰坭、咖啡坭等，然而产品的白度和强度等性能远不如当初。不同地区的原料都有其特点，一般都是使用一部分广东的黑坭，再混入一些本地区的坭类原料。

    2.2 使用常规坯体增强剂常出现的问题

    现在大多数陶瓷厂家使用的都是水溶性木质素盐。一般加入量在0.01%～0.05%之间。具有一定的解凝性，可减少坯料研磨加水量，主要作用为强化干坯强度，降低破损率。在本世纪初用于陶瓷行业有着非常明显的作用。进入2010年后， 广东各地方的坭的品质大不如前，很多厂家出现了干坯强度不够，破损率高的问题。水溶性木质素盐已远远不能满足陶瓷行业发展的需要。

    2.3 引入高分子聚合物作为坯体增强剂的相关研究

    2.3.1聚乙烯醇的基本信息及性能

    聚乙烯醇，简称PVA，分子式为[C2H4O]n结构式为[CH2CHOH]n。聚乙烯醇是一种无色塑胶，由聚乙烯酯（通常为聚乙酸乙烯酯）受酸或碱水解作用而得。完全水解的聚乙烯醇，仍含约5%剩余乙酸基在内。聚乙烯醇的物理性质、抗水性及与韧化剂的混合性等与其水解程度有关，即与其在最终制品中的乙酸基与氢氧基之比例有关。聚乙烯醇对于有机溶剂及气体皆为不透性，亦不能与之混和。除多元醇类、氨醇类以外，对能与水混合的多数溶剂皆能抗耐。完全水解的聚乙烯醇能溶于热水。水解程度愈低，对水的抗力愈大，加入各种添加物亦能增加其抗水性。聚合物粘度可通过调节其最初所用聚乙烯乙酸酯的粘度进行控制。

    2.3.2聚乙烯醇作为坯体增强剂的优势

    聚乙烯醇是目前已发现的唯一具有水溶性且无毒的高聚物。它是近三十年来发展起来的高分子化合物，由于合成技术的不断提高和价格的不断下降，其用途日益广泛，发展速度很快，其性能介于橡胶和塑料之间，因而作为坯体增强剂成为可能。

    聚乙烯醇有很好的成膜性及粘合力。聚乙烯醇作为一种水溶性合成粘结剂，它的粘合机理是加热时溶剂挥发，PVA分子紧密接触依靠分子间的吸附作用形成具有一定机械性能的膜，从而发挥粘结剂的性能。因此，PVA碳链的长短及醇解度的大小直接影响着膜的物理机械性能。一般使用的PVA聚合度高，强度大，但目前使用的PVA聚合度1700有些过高，在实际使用过程中，易起浆皮。另外，PVA的醇解度，因影响着分子中疏水基团含量和分子间氢键的作用大小，所以醇解度的降低，同样会引起膜机械性能的降低。但根据“相似相容”原理，疏水基团含量的改变会影响被粘物的粘接力。

    3 使用PVA相关数据的分析

    3.1 加入不同比例的PVA对浆料性能的影响

    表2是各配方化学组成，表3是相同球磨状态下，不同浆料性能对比。从表2和表3可知，PVA的加入量对流动性有影响，加入越多，流动性越差。所以，拟取1#和3#喷雾造粒进行对比实验。

    3.2 加入PVA的粉料颗粒在放大镜下的区别

    1#粉料颗粒周围粗糙不平，有很多细小的毛刺，有较多的空心粒子，振动易碎。3#粉料颗粒周围平整光滑，无毛刺，基本没有空心粒子，振动不易碎。加入PVA后粉料性能得到了明显的提升。

    3.3 加入PVA的粉料在成型后各工序的对比

    3.3.1压机和烧成工序的对比

    表4是相同压力和温度下1#和3#粉料的干坯和成品强度对比，从表中不难看出，引入0.02%的PVA即可明显增加干坯强度。

    3.3.2吸水率和烧后尺寸对比

    表5是1#和3#粉料制备的成品（以下简称1#成品和3#成品）吸水率和烧后尺寸，从表中来看，成品吸水率和尺寸基本一致。

    3.3.3砖形对比

    图1和图2分别是1#和3#成品的出窑变形图。从图中不难看出，两者的出窑变形变化不大，比较相近。

    图3和图4分别是1#和3#成品的抛光变形图。从图中可发现，3#成品的抛光变形优于1#成品，变形尺寸小，没有后期反弹变形。

    4 结论

    （1） 通过观察发现，加入PVA后粉料本身性能得到了明显的好转，有助于更好的成型。

    （2） 从实验数据看，在加入PVA后干坯强度有明显的改善，可在一定程度上减少干燥裂砖的发生，有效降低生产损耗。

    （3） 加入PVA对砖坯的抗折强度无太大影响

    （4） 砖坯在吸水率、烧后尺寸和变形方面变化不大。

    因此，从定性方面分析，加入PVA对干燥强度有一定程度的改善，可在工厂试验后加入使用。

    参考文献

    [1] 蔡飞虎，冯国娟.陶瓷墙地砖生产技术[M].武汉理工大学出版社，

    2011，

    [2] 李家驹，缪松兰，马铁成等.陶瓷工艺学[M].中国轻工业出版社，

    2007.

    [3] 中国硅酸盐学会.硅酸盐辞典[M].中国建筑工业出版社，1983.

    [4] 于国波.一次快烧墙地砖常见缺陷分析[J].建材技术-陶瓷，1991（1）.

    [5] 公方杰..瓷质砖裂纹缺陷分析[J].陶瓷，1995（5）.