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刘星宇

摘要：在陶瓷原料中应用不同类型的减水剂，研究了梳形和线形聚羧酸减水剂及传统减水剂三聚磷酸钠对粘土浆料的分散性、流动性及悬浮性的影响效果，并分析了其不同的作用机理。实验发现,减水剂分子的构型与其在粘土颗粒在泥浆中的分散效果有很大关系。三聚磷酸钠对于降低泥浆的粘度，提高其流动性有显著效果，但悬浮性较差。而掺线性聚羧酸减水剂的泥浆粘度较低，流动性较好，且泥浆稳定，不易聚沉。另外，由于线性聚羧酸减水剂分子量大，分子链较长，在坯体中可起到纤维增强作用，因而可以提高生坯的强度。

关键词：聚羧酸减水剂，陶瓷，分散，流动性，触变性

1引言

    在陶瓷生产过程中，球磨时水、料、球的比例至关重要，工厂中球磨机装料吨位基本是固定的，料球的比例一般也是固定的，因此加水量的多少是值得探讨的问题，加水量多会导致干燥时能耗上升，也会影响喷雾干燥后粒料的颗粒级配，加水量少则会影响泥浆的流动性。在注浆成型生产陶瓷制品时，对浆料的用水量和悬浮性有更高的要求。用水量多，悬浮性差则会使生坯气孔率上升，质量分布不均，强度下降，最终影响成品率和制品的各项物理性能。

    减水剂是一种效果显著、来源方便、有助于改善陶瓷泥浆性能的有效添加剂。它的加入使泥浆在水份较低的情况下，粘度适当，流动性好，便于操作。目前，我国陶瓷行业普遍使用水玻璃、碳酸钠、三聚磷酸钠等无机盐类为减水剂。普通的陶瓷减水剂由于受分子结构、相对分子质量等因素的影响，其分散作用十分有限，而且用量较大。高分子陶瓷减水剂由于亲水基、疏水基位置和大小可调，因而对分散微粒表面覆盖及包封效果要比前者强得多。加之其分散体系更易趋于稳定、流动，高分子陶瓷减水剂已经成为很有发展前途的一类减水剂。其中聚羧酸系高性能减水剂是20世纪90年代，继高效减水剂（如萘系高效减水剂，三聚氰胺系高效减水剂等）之后兴起的新一代减水剂。

2．实验

2.1原料

    粘土(高岭土、膨润土)：上海久金耐火材料有限公司；SP-600(梳形聚羧酸减水剂)：上海三瑞化学有限公司；8166、8140(线形聚羧酸减水剂)：Interpolymer公司；三聚磷酸钠(STPP)：上海元吉化工有限公司。

2.2主要设备及检测仪器

    高速剪切搅拌机；NDJ-79型旋转式粘度计；恩氏粘度计；DXLL-100000电子拉力试验机；浓缩体系全功能稳定性分析仪。

3结果与讨论

    静电斥力和空间位阻作用是减水剂对颗粒分散的基本的两种作用。而空间位阻学说以Mackor熵效应理论为基础，认为空间位阻作用取决于高效减水剂的结构和吸附形态或者吸附层厚度等。而对于聚合物减水剂，静电斥力作用也必须以减水剂分子能够吸附在颗粒表面为前提。梳形聚羧酸减水剂(SP-600)由于其主链较短，而支链较多且长(图1)，与微观结构为层状的粘土颗粒(图2)多为点面结合，吸附并不牢固，对粘土泥浆中胶体颗粒的ζ-电位影响较小，游离在溶剂中较多，分散效果不明显，因而用水量较多且掺量大(图3)。由于膨润土粒度较高岭土颗粒度更小，晶体结构破碎，微观结构中存在较多离子取代现象，杂质离子较多，其用水量更多，掺量更大，搅拌过程产生大量气泡，在其中应用SP-600已没有意义。如图4、图5所示，线形聚羧酸减水剂(8140)通过线—面结合可以牢固吸附在层板状的粘土颗粒表面，从而实现其静电斥力和空间位阻效应，有效分散了粘土泥浆的絮凝结构，释放出自由水，改善了流动性，在掺量只有0.3%时，掺加8140的高岭土泥浆粘度已减低至67cp。STPP为一种传统的用于粘土泥浆的分散剂，其阴离子可以螯合粘土泥浆中Ca²⁺、Mg²⁺等二价离子，也可吸附在粘土颗粒表面提高其净电荷，增加静电斥力。水化能力较强的Na⁺能取代原本吸附在粘土表面的Ca²⁺、Mg²⁺等离子，提高了粘土泥浆中胶体颗粒的ζ-电位，增加了静电斥力，分散效果较好。但相对于线形聚羧酸减水剂8140，在高岭土和膨润土泥浆中其固掺量约高0.1%。

    但相对于线形聚羧酸减水剂，掺STPP的粘土泥浆触变性强，这是由于其单纯的静电排斥效应在搅拌过程中效果明显，而在静置后粘土泥浆中的胶体颗粒又容易形成絮凝结构，粘度下降。而线形聚羧酸减水剂(8140)在粘土表面形成一层或多层吸附膜，阻碍了絮凝结构的形成，因而泥浆悬浮性较好，不易分层，静置后粘度下降较小(图6、图7)。由图8、图9也可以看出，掺8166的高岭土上层泥浆背反射率下降较缓和，2h后趋于稳定，背反射率平缓下降；而掺STPP的高岭土上层泥浆背反射率2h前下降速率非常快，在相同时间内背反射率的下降率较大，说明其悬浮性差，高岭土颗粒絮凝沉降较严重。

    在目前的陶瓷生产中，因为生坯强度不足，造成缺边掉角的现象较为严重，降低了成品率。坯料的制备是一个非常重要的环节，而坯体的干燥强度则是一个重要指标，它对产品的成品率及质量有重要影响。由图10可知，在相同加水量情况下，掺线性聚羧酸减水剂(8140、8166)的高岭土生坯干燥强度要高于掺STPP的生坯。这是由于掺线性聚羧酸减水剂的高岭土泥浆悬浮性较好，生坯质量均匀。而掺STPP的高岭土泥浆悬浮性较差，上下层吸浆速度相差较多，吸浆时易聚沉，因而导致生坯各部分质量分布、强度下降。另外，由于线性聚羧酸减水剂相对分子质量较大，有很长的单链。当坯料没有加入减水剂时，坯体的结合纯粹是颗粒之间的结合；加人减水剂后，线性聚羧酸减水剂可以在坯体颗粒之间架桥，产生交联作用而形成不规则网状结构，紧紧把陶瓷颗粒包裹住，起到纤维增强的效果，从而使其强度增加。

4结论

(1) 线性聚羧酸减水剂适合于具有层状结构的粘土颗粒的分散，其分子可以牢固地以线—面结合的方式吸附在粘土颗粒表面，阻碍了粘土颗粒的直接碰撞，释放了自由水，减低了粘土泥浆的粘度，改善了悬浮性。

(2) 梳形聚羧酸减水剂(SP-600)由于其本身结构，跟粘土颗粒多为点面结合，吸附不牢固，对粘土泥浆流动性改善效果较差，不适用于陶瓷原料。

(3) STPP作为一种传统的陶瓷减水剂，对粘土泥浆的粘度降低有显著效果，但悬浮性较差,触变性较大。

(4) 在相同加水量的情况下，由于泥浆的悬浮性较好，且有纤维增强的效果，掺线性聚羧酸减水剂的高岭土生坯干燥强度要高于掺STPP的生坯。