陶瓷坯料浆体分散性的研究

    牟行翠+习智华+刘旭+寇笃静

    摘 要：利用不同陶瓷分散剂，对含55%黑泥、15%石英、30%长石的陶瓷坯料进行分散处理，得出不同分散剂对此陶瓷坯料的最佳分散效果用量。并以此数据为基础，利用表面活性剂的复配技术，改变分散剂的种类和用量，对不同种类的表面活性剂进行复配，使陶瓷泥浆在具有较好的分散性和流动性的同时，也具有较好的稳定性。

    关键词：分散剂复配；陶瓷分散剂；静电效应与空间稳定效应；分散稳定性

    1 引言

     陶瓷的分散均匀性是影响陶瓷产品物理性能的重要因素[1-3]，分散剂的加入会大大改善陶瓷浆料的分散均匀性。传统的陶瓷分散剂价格低、易购买，但用量大、稳定分散效果不佳，分散作用十分有限。而一般的有机分散剂效果相对好，用量也较多，价格贵[4-5]。利用复配技术将几种分散剂复合使用是降低用量、提高性能、降低成本的有效途径，往往具有最好的效果[6-10]。

    2 实验部分

    2.1实验材料与仪器

     本实验所用的主要原料是广东佛山某陶瓷有限公司的卫浴陶瓷原料，该原料的主要矿物组成为黑泥 55% 、长石 30%、石英 15%。原料的化学组成见表1。本文所采用的实验仪器有NDJ-1旋转黏度计、GMJ2-30L罐磨机、KM1单瓶快速球磨、电动搅拌机、涂4福特杯、电热鼓风机、筛子（325目）、TG705型电子天平。本文所采用的实验药品有硅酸纳、三聚磷酸钠 、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、草酸钠、聚丙烯酸钠。

    2.2实验流程

     复配试剂的工艺流程如图1所示。

    2.3实验方法

     称取489.73g黑泥（含水率27%）、195g长石、97.5g石英，放入球磨罐内，再加入已经配制好的试剂，按一定先后顺序加入。首先，先加入无机试剂，再加入有机试剂，并稍微摇匀使其充分渗入粉料中，尽可能减少损失；然后，加入定量的自来水，从而配制一定固相质量分数(固含量)的悬浮液，设定球磨时间为150 min，停止球磨后倒出浆料，对浆料性能进行测试。

     在单一分散剂分散效果的基础上，选择两种分散剂进行复配，试验中选择了无机分散剂与小分子有机分散剂，无机分散剂与高分子有机分散剂进行复配，设计结果见表2、3。实验固含量为69%，球磨时间为150 min，分散剂加入总量为0.4%。

    2.4浆料分散性能的研究

     （1） 分散性测试

     按表2、表3的配比使用不同用量的分散剂配置浆料，设定电动搅拌机为1000 r/min，浆料剪切分散10 min，在室温下用NDJ—1 旋转黏度计测试浆料的黏度，作出黏度变化与分散剂用量的曲线图。比较不同种类分散剂作用时，浆料的黏度变化。

     （2） 流动性测试

     用4福特杯测试浆料的流出时间，列出流动性对比表格。

     （3） 稳定性测试[7-9]

     将分散剂用量最佳的浆料倒入50 mL量筒，分别记下t= 0 min、2 min、4 min、6 min、8 min、10 min、12 min、14 min时刻悬浮液中颗粒层的沉降高度H，根据V=(Ht+2-Ht)/2计算沉降速率，做沉降速率对时间的关系曲线。选出分散性能较好的分散剂。

    3 实验结果与讨论

    3.1黏度分析

    3.1.1单一分散剂对黏度的影响

     本实验所采用的单一分散剂对泥浆黏度的影响如图1和图2所示。减水性分散剂对泥浆黏度降低越多则减水分散效果越好。

     由图1可知，无机分散剂的用量在0.2%~0.4%之间时，随着无机分散剂的加入，泥浆黏度先下降后增加，这是因为随着减水性分散剂用量的增加，系统的ζ电位增加，粒子间静电排斥力增大，胶粒之间充分分散[9]，当分散剂用量继续增加时，两个临近的粒子间发生电位重合，双电层厚度变薄，引力大于斥力，粒子相互靠拢发生团聚出现絮凝，增加泥浆黏度。硅酸钠的较好解凝用量范围较宽，原因可能是硅酸盐与泥浆中所含的SiO2成分相匹配性较好。

     聚丙烯酸钠是高分子减水性分散剂，其作用机理主要是静电位阻效应[7]。

     从图2中可以看出，聚丙烯酸钠对于此黏土系统的用量在0.4%时，泥浆系统的黏度有一较大的突降，随着分散剂用量的增加，黏度还在下降，但下降的幅度较小，且到0.7%的用量时黏度还未出现上升的趋势，可见聚丙烯酸钠的用量范围宽、减水力强。

    3.1.2二组分复配分散剂对黏度的影响

     聚丙烯酸钠与无机分散剂复配后对泥浆黏度的影响如图3所示。草酸钠与无机分散剂复配后对泥浆的黏度影响如图4所示。图中的m1/m2表示两种物质的质量之比。

     从图3可以看出，焦磷酸钠、三聚磷酸钠与聚丙烯酸钠复配减水效果最好比例在1:3左右，六偏磷酸钠在1:4左右，而硅酸钠与聚丙烯酸钠的最佳比例在1:2~1:3之间。比较这组实验得出：焦磷酸钠、三聚磷酸钠、硅酸钠分别与聚丙烯酸钠复配的复合分散剂对泥浆的降黏效果最好，焦磷酸钠、三聚磷酸钠与聚丙烯酸钠的复配比例较宽，硅酸钠与聚丙烯酸钠复配后，降黏幅度最大，生产使用时可优先考虑这一组合。

     从图4中可以看出，各无机分散剂与草酸钠复配之后效果最好的是三聚磷酸钠和焦磷酸钠两种无机分散剂。三聚磷酸钠与草酸钠的复配比例在3:1时，降黏效果较好，焦磷酸钠与草酸钠的使用比例范围较宽，比例的变化基本对泥浆黏度起伏无影响，且泥浆黏度都处于较低的水平。

     比较图3、图4可知，采用无机分散剂与高分子分散剂进行复配的复合分散剂减水效果好。

     结合图1、图2、图3、图4可知，两种分散剂复配之后，减水效果大大提高，尤其是无机分散剂与聚丙烯酸钠高分子分散剂复配后的效果更突出。这主要是因为聚丙烯酸钠是高分子分散剂，减水作用主要来自高聚物长链的空间位阻效应。硅酸钠、焦磷酸钠等无机分散剂的分散作用主要是静电效应，将两种效应的分散剂复配后，泥浆颗粒既吸附带电离子，又吸附聚合物高分子，发挥静电位阻复合效应。

    3.2 各减水性分散剂作用后泥浆的流动性分析

     将黏度最小时分散剂的使用量记为这组实验的最佳用量。

    3.2.1各单一分散剂最佳用量使用时的泥浆流动性。

     如表3所示，不同分散剂对泥浆性能的影响差异很大，其中测试使用的无机分散剂中的三聚磷酸钠、焦磷酸钠、硅酸钠的分散效果较好，六偏磷酸钠的效果一般。草酸钠的减水效果不好，而球磨时泥浆分散的较快，可见草酸钠易被泥浆颗粒吸附，但作用效果有限。高分子分散剂中聚丙烯酸钠的解凝和分散效果均好。分析筛选试剂得出：无机分散剂的减水分散效果较好，有机小分子分散剂的减水分散效果较差，聚合物高分子分散剂的分散效果最好。

    3.2.2复配分散剂在最佳用量时的泥浆流动性

     表4列出了不同复配成分的复合分散剂在最佳比例和用量时，对泥浆黏度、流动性的影响，从表中可以看出聚丙烯酸钠与焦磷酸钠复合分散剂的流动性最好，聚丙烯酸钠与六偏磷酸钠复合分散剂的流动性最差。三聚磷酸钠、草酸钠复合型分散剂对泥浆的降黏作用较三聚磷酸钠、聚丙烯酸钠复合型分散剂差，但泥浆的流动性较好，原因可能是因为草酸钠是小分子分散剂，不会在泥浆中形成架桥作用，聚丙烯酸钠是高分子聚合物分散剂，形成架桥作用的几率较大，而少量分子的架桥作用也会对泥浆的流动性有一定影响

    3.3分散剂对泥浆的分散稳定性分析

    3.3.1单一分散剂对泥浆的分散稳定性

     一定时间内，浆料悬浮液沉降越慢，分散稳定性越好。由于实验所用有机小分子分散剂的分散效果不理想，所以选择无机分散剂和聚丙烯酸钠高分子分散剂进行分散稳定性测试。比较图5、图6可知，经分散剂处理的泥浆颗粒与未加分散剂的空白样相比，沉降速率变慢，说明加入分散剂后，泥浆的分散稳定性得到改善。

    由图6可知，加入各分散剂后泥浆的沉降规律基本一致，三聚磷酸钠，焦磷酸钠在沉降两分钟后的沉降速率较小，但沉降依然明显。六偏磷酸钠在沉降三分钟后的沉降速率几乎为零，原因可能是：六偏磷酸钠的分子较大对泥浆颗粒吸附较快，所以达到分散稳定所用时间较短。聚丙烯酸钠在前三分钟的沉降速率相对无机分散剂较慢，分散稳定性好。

    3.3.2复配分散剂的分散稳定性

     从前面的实验可知，聚丙烯酸钠分别与焦磷酸钠、三聚磷酸钠、硅酸钠的复配组合的降黏作用较其他组合好，因此实验选择此三种组合的复合分散剂，进行泥浆的分散稳定性比较。如图7所示，这三种组合的复合分散剂的沉降速率随时间的变化规律基本一致，聚丙烯酸钠与硅酸钠复合分散剂的沉降速率，在两分钟之后明显较前两种组合低，说明在这三个组合中，聚丙烯酸钠与硅酸钠的稳定性较好，加之硅酸钠的价格便宜，工业生产时，可以考虑这一组合。

    3.4聚丙烯酸钠、硅酸钠复合分散剂对泥浆黏度的影响

     从前面的实验得出，聚丙烯酸钠与硅酸钠的组合对泥浆的分散性能较好，最后以黏度为基础，选择聚丙烯酸钠与硅酸钠的比例为2.5:1的复合分散剂，测定不同用量的这一复合分散剂对泥浆黏度的影响规律，结果如图8所示。

     由图8可知，当聚丙烯酸钠硅酸钠与硅酸钠复合分散剂用量为0.2%时泥浆的黏度出现突降，用量为0.4%时泥浆黏度很低，增加用量泥浆黏度继续下降，但下降幅度不大。所以工业生产时，选择用量在0.4%~0.5%为宜。

    4 结论

     分散剂在陶瓷制造中起重要作用，从实验结果来看，加入分散剂有利于提高泥浆的分散稳定性，降低泥浆黏度，改善泥浆的流动性。对单一分散剂作用的效果和二元组合作用效果的实验分析，结果表明：

     （1） 通过不同种类分散剂对泥浆的分散效果测定结果分析可知，有机高分子电解质分散剂对实验所用泥浆的分散作用最佳。几种分散效果较好的分散剂的分散作用从大到小排列如下：聚丙烯酸钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、硅酸钠。

     （2） 二元组合分散剂的解凝和分散效果比单一分散剂好，无机分散剂的减水效果比较好，但料浆的悬浮性普遍不好；高分子电解质分散剂的解凝和分散稳定性均好，且解凝范围宽。

     （3） 分散剂加入量有一个最佳范围，加入量过少或过多，都会使影响料浆体系的稳定性。研究表明：当固含量为69％，无机分散剂加入量为0.2%~0.4%％时较好，聚丙烯酸钠加入量为0.4%~0.7%。

     （4） 二元复合分散剂中，聚丙烯酸钠与无机分散剂的组合分散效果优于小分子有机物与无机分散剂的组合，在所有的组合中聚丙烯酸钠与硅酸钠组合的复合分散剂分散效果最好。

    参考文献

    [1] 陈帆.中国陶瓷生产技术装备概况与发展[J].山东陶瓷,2002(3).

    [2] 张海峰,肖汉宁.膨润土泥浆复合解凝剂的研究与应用[J].中国

    陶瓷,2011,12.

    [3] 同继锋,廖惠仪.我国建筑卫生陶瓷工业的现状和发展对策[J].

    陶瓷,2000(3).

    [4] 俞康泰.陶瓷添加剂应用技术[M].北京:化学工业出版社,2006,3.

    [5] 杨红霞.华南理工大学硕士学位论文[D].2005.

    [6] 王世荣,李祥高,刘东志.表面活性剂化学[M].北京:化学工业出

    版社,2005,8.

    [7] Everett，D．H．，Basic Principles of Colloids，Royal Societyof

    Chemistry，1989

    [8] Sigmund，W．M．，Bell，N．S．and Bergstrom，L．，Novel powder

    processing methods for advanced ceramics．J．Am．Ceram．Soc．

    2000，83，1557—15 74．

    The Research about the Dispersion Behavior of Ceramic Slurry

    

    MOU Xing-cui, XI Zhi-hua, LIU Xu, KOU Du-jing

     (College Text. & materials,Xi'an Polytechnic University,Xi'an 710048 ,China.)

    Abstract: This paper, by using various ceramic dispersant, to treat the slurry which containing 55% of black mudand 15% of quartz and 30% of feldspar ceramic.Then,it will conclude the right dosage from the effective about the single dispersant to treat this ceramic slurry. Finally using this data as a foundation to change the type of dispersant respectively and dosage,.According to the surface active agent, and efficiency theory, the ceramic mud will have better dispersion, liquidity and better stability.

    Key words: mixture of dispersant; ceramic dispersant; electrostatic effect and space stable effect; scattered stability

    由图6可知，加入各分散剂后泥浆的沉降规律基本一致，三聚磷酸钠，焦磷酸钠在沉降两分钟后的沉降速率较小，但沉降依然明显。六偏磷酸钠在沉降三分钟后的沉降速率几乎为零，原因可能是：六偏磷酸钠的分子较大对泥浆颗粒吸附较快，所以达到分散稳定所用时间较短。聚丙烯酸钠在前三分钟的沉降速率相对无机分散剂较慢，分散稳定性好。

    3.3.2复配分散剂的分散稳定性

     从前面的实验可知，聚丙烯酸钠分别与焦磷酸钠、三聚磷酸钠、硅酸钠的复配组合的降黏作用较其他组合好，因此实验选择此三种组合的复合分散剂，进行泥浆的分散稳定性比较。如图7所示，这三种组合的复合分散剂的沉降速率随时间的变化规律基本一致，聚丙烯酸钠与硅酸钠复合分散剂的沉降速率，在两分钟之后明显较前两种组合低，说明在这三个组合中，聚丙烯酸钠与硅酸钠的稳定性较好，加之硅酸钠的价格便宜，工业生产时，可以考虑这一组合。

    3.4聚丙烯酸钠、硅酸钠复合分散剂对泥浆黏度的影响

     从前面的实验得出，聚丙烯酸钠与硅酸钠的组合对泥浆的分散性能较好，最后以黏度为基础，选择聚丙烯酸钠与硅酸钠的比例为2.5:1的复合分散剂，测定不同用量的这一复合分散剂对泥浆黏度的影响规律，结果如图8所示。

     由图8可知，当聚丙烯酸钠硅酸钠与硅酸钠复合分散剂用量为0.2%时泥浆的黏度出现突降，用量为0.4%时泥浆黏度很低，增加用量泥浆黏度继续下降，但下降幅度不大。所以工业生产时，选择用量在0.4%~0.5%为宜。

    4 结论

     分散剂在陶瓷制造中起重要作用，从实验结果来看，加入分散剂有利于提高泥浆的分散稳定性，降低泥浆黏度，改善泥浆的流动性。对单一分散剂作用的效果和二元组合作用效果的实验分析，结果表明：

     （1） 通过不同种类分散剂对泥浆的分散效果测定结果分析可知，有机高分子电解质分散剂对实验所用泥浆的分散作用最佳。几种分散效果较好的分散剂的分散作用从大到小排列如下：聚丙烯酸钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、硅酸钠。

     （2） 二元组合分散剂的解凝和分散效果比单一分散剂好，无机分散剂的减水效果比较好，但料浆的悬浮性普遍不好；高分子电解质分散剂的解凝和分散稳定性均好，且解凝范围宽。

     （3） 分散剂加入量有一个最佳范围，加入量过少或过多，都会使影响料浆体系的稳定性。研究表明：当固含量为69％，无机分散剂加入量为0.2%~0.4%％时较好，聚丙烯酸钠加入量为0.4%~0.7%。

     （4） 二元复合分散剂中，聚丙烯酸钠与无机分散剂的组合分散效果优于小分子有机物与无机分散剂的组合，在所有的组合中聚丙烯酸钠与硅酸钠组合的复合分散剂分散效果最好。

    参考文献

    [1] 陈帆.中国陶瓷生产技术装备概况与发展[J].山东陶瓷,2002(3).

    [2] 张海峰,肖汉宁.膨润土泥浆复合解凝剂的研究与应用[J].中国

    陶瓷,2011,12.

    [3] 同继锋,廖惠仪.我国建筑卫生陶瓷工业的现状和发展对策[J].

    陶瓷,2000(3).

    [4] 俞康泰.陶瓷添加剂应用技术[M].北京:化学工业出版社,2006,3.

    [5] 杨红霞.华南理工大学硕士学位论文[D].2005.

    [6] 王世荣,李祥高,刘东志.表面活性剂化学[M].北京:化学工业出

    版社,2005,8.

    [7] Everett，D．H．，Basic Principles of Colloids，Royal Societyof

    Chemistry，1989

    [8] Sigmund，W．M．，Bell，N．S．and Bergstrom，L．，Novel powder

    processing methods for advanced ceramics．J．Am．Ceram．Soc．

    2000，83，1557—15 74．

    The Research about the Dispersion Behavior of Ceramic Slurry

    

    MOU Xing-cui, XI Zhi-hua, LIU Xu, KOU Du-jing

     (College Text. & materials,Xi'an Polytechnic University,Xi'an 710048 ,China.)

    Abstract: This paper, by using various ceramic dispersant, to treat the slurry which containing 55% of black mudand 15% of quartz and 30% of feldspar ceramic.Then,it will conclude the right dosage from the effective about the single dispersant to treat this ceramic slurry. Finally using this data as a foundation to change the type of dispersant respectively and dosage,.According to the surface active agent, and efficiency theory, the ceramic mud will have better dispersion, liquidity and better stability.

    Key words: mixture of dispersant; ceramic dispersant; electrostatic effect and space stable effect; scattered stability

    由图6可知，加入各分散剂后泥浆的沉降规律基本一致，三聚磷酸钠，焦磷酸钠在沉降两分钟后的沉降速率较小，但沉降依然明显。六偏磷酸钠在沉降三分钟后的沉降速率几乎为零，原因可能是：六偏磷酸钠的分子较大对泥浆颗粒吸附较快，所以达到分散稳定所用时间较短。聚丙烯酸钠在前三分钟的沉降速率相对无机分散剂较慢，分散稳定性好。

    3.3.2复配分散剂的分散稳定性

     从前面的实验可知，聚丙烯酸钠分别与焦磷酸钠、三聚磷酸钠、硅酸钠的复配组合的降黏作用较其他组合好，因此实验选择此三种组合的复合分散剂，进行泥浆的分散稳定性比较。如图7所示，这三种组合的复合分散剂的沉降速率随时间的变化规律基本一致，聚丙烯酸钠与硅酸钠复合分散剂的沉降速率，在两分钟之后明显较前两种组合低，说明在这三个组合中，聚丙烯酸钠与硅酸钠的稳定性较好，加之硅酸钠的价格便宜，工业生产时，可以考虑这一组合。

    3.4聚丙烯酸钠、硅酸钠复合分散剂对泥浆黏度的影响

     从前面的实验得出，聚丙烯酸钠与硅酸钠的组合对泥浆的分散性能较好，最后以黏度为基础，选择聚丙烯酸钠与硅酸钠的比例为2.5:1的复合分散剂，测定不同用量的这一复合分散剂对泥浆黏度的影响规律，结果如图8所示。

     由图8可知，当聚丙烯酸钠硅酸钠与硅酸钠复合分散剂用量为0.2%时泥浆的黏度出现突降，用量为0.4%时泥浆黏度很低，增加用量泥浆黏度继续下降，但下降幅度不大。所以工业生产时，选择用量在0.4%~0.5%为宜。

    4 结论

     分散剂在陶瓷制造中起重要作用，从实验结果来看，加入分散剂有利于提高泥浆的分散稳定性，降低泥浆黏度，改善泥浆的流动性。对单一分散剂作用的效果和二元组合作用效果的实验分析，结果表明：

     （1） 通过不同种类分散剂对泥浆的分散效果测定结果分析可知，有机高分子电解质分散剂对实验所用泥浆的分散作用最佳。几种分散效果较好的分散剂的分散作用从大到小排列如下：聚丙烯酸钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、硅酸钠。

     （2） 二元组合分散剂的解凝和分散效果比单一分散剂好，无机分散剂的减水效果比较好，但料浆的悬浮性普遍不好；高分子电解质分散剂的解凝和分散稳定性均好，且解凝范围宽。

     （3） 分散剂加入量有一个最佳范围，加入量过少或过多，都会使影响料浆体系的稳定性。研究表明：当固含量为69％，无机分散剂加入量为0.2%~0.4%％时较好，聚丙烯酸钠加入量为0.4%~0.7%。

     （4） 二元复合分散剂中，聚丙烯酸钠与无机分散剂的组合分散效果优于小分子有机物与无机分散剂的组合，在所有的组合中聚丙烯酸钠与硅酸钠组合的复合分散剂分散效果最好。

    参考文献

    [1] 陈帆.中国陶瓷生产技术装备概况与发展[J].山东陶瓷,2002(3).

    [2] 张海峰,肖汉宁.膨润土泥浆复合解凝剂的研究与应用[J].中国

    陶瓷,2011,12.

    [3] 同继锋,廖惠仪.我国建筑卫生陶瓷工业的现状和发展对策[J].

    陶瓷,2000(3).

    [4] 俞康泰.陶瓷添加剂应用技术[M].北京:化学工业出版社,2006,3.

    [5] 杨红霞.华南理工大学硕士学位论文[D].2005.

    [6] 王世荣,李祥高,刘东志.表面活性剂化学[M].北京:化学工业出

    版社,2005,8.

    [7] Everett，D．H．，Basic Principles of Colloids，Royal Societyof

    Chemistry，1989

    [8] Sigmund，W．M．，Bell，N．S．and Bergstrom，L．，Novel powder

    processing methods for advanced ceramics．J．Am．Ceram．Soc．

    2000，83，1557—15 74．

    The Research about the Dispersion Behavior of Ceramic Slurry

    

    MOU Xing-cui, XI Zhi-hua, LIU Xu, KOU Du-jing

     (College Text. & materials,Xi'an Polytechnic University,Xi'an 710048 ,China.)

    Abstract: This paper, by using various ceramic dispersant, to treat the slurry which containing 55% of black mudand 15% of quartz and 30% of feldspar ceramic.Then,it will conclude the right dosage from the effective about the single dispersant to treat this ceramic slurry. Finally using this data as a foundation to change the type of dispersant respectively and dosage,.According to the surface active agent, and efficiency theory, the ceramic mud will have better dispersion, liquidity and better stability.

    Key words: mixture of dispersant; ceramic dispersant; electrostatic effect and space stable effect; scattered stability