新型高分子增強劑在瓷質磚中的應用

摘要本研究采用自制聚乙烯醇（PVA）改性淀粉聚合物進行試驗，并對比氧化淀粉及羧甲基纖維素鈉，對其增強瓷質磚坯料效果進行了研究。結果表明，自制PVA改性淀粉聚合物增強效果明顯。

關鍵詞PVA改性淀粉，增強劑，瓷質磚

1引 言

在陶瓷墻地磚生產中，生坯強度是一個重要指標，它對產品的成品率及質量有著重要的影響。由于坯料中好的塑性粘土資源越來越少，而單個坯體卻越做越大，致使生坯強度差的現象普遍存在。尤其是筆者所在公司作為國內第一家生產900mm×1800mm×3.5mm規格的干壓瓷質超薄磚，更需要加入坯體增強劑。而目前用得較多的陶瓷增強劑羧甲基纖維素鈉(CMC)本身水溶液粘度很高，用量超過0.1%對漿料稠化明顯，影響泥漿流速，用量多時增強效果還可以；淀粉類增強劑本身水溶液粘度很低，具有易于分散、使用方便、對泥漿流動性影響小等優點，但增強效果一般，且泥漿長期存放容易腐化變質，需要加入防腐劑。聚乙烯醇(PVA)作為特種陶瓷增強劑，有很好的增強效果，但它的反應活性較大，直接應用于陶瓷墻地磚中對漿料稠化效果相當明顯。本研究通過制備PVA改性淀粉聚合物，并對比氧化淀粉及CMC，結果表明其增強作用更為明顯。

2實 驗

2.1 實驗用試劑及原料

玉米淀粉為食品一級。其它如1788型PVA、次氯酸鈉、亞硫酸鈉、氧化淀粉、CMC等均為工業品級。

本試驗所用坯體化學組成為：SiO₂ 69％、Al₂O₃ 18.3%、Fe₂O₃+TiO₂ 0.5%、CaO+MgO 1.5%、K₂O+Na₂O 6.5%，燒失4.2%。

2.2 PVA改性淀粉聚合物的合成

在燒杯中加入玉米淀粉80g、水240g、次氯酸鈉6g進行糊化處理1h，攪拌均勻待用。在裝有攪拌器、溫度計的三頸瓶中加入10gPVA及100g水，開動攪拌并升溫至90℃，使PVA完全溶解后降溫至50℃，再加入過硫酸鉀0.05g氧化約30min，然后加入配好的玉米淀粉糊，調節pH值為9～10，保溫1h后進行接枝改性。最后用適量亞硫酸鈉溶液還原多余的氧化劑，得到無毒、無腐蝕性的乳黃色均勻液體——PVA改性淀粉聚合物。

2.3 實驗方法

將自制PVA改性淀粉聚合物（PS）、氧化淀粉(MS)及CMC按不同的加入量分別加入拋光磚坯料中，并加適量水用快速研磨機混合均勻、干燥，控制粉料含水率為7％左右，陳腐1h，再用壓餅機壓制規格為120cm×80cm×7cm的小餅于110℃條件下烘干，然后將烘干的坯體制成試樣測試其強度。期間用200ml流速杯測量泥漿流動性。整個工藝過程如下所示：

3結果與討論

3.1 增強劑增強效果的比較

圖1是本增強劑PS、MS及CMC加入量對瓷質磚干坯強度的影響。由圖可知，自制增強劑PS、MS及CMC加入玻化磚坯體后，強度隨增強劑含量的增加而增加。其中PS和CMC增強效果比較明顯，特別是PS，加入量為0.3%時，坯體強度增加了41%，相應地，添加CMC的坯體強度也增加了35%，可見增強效果也相當明顯。MS增強效果相對較差，僅為28%。

自制增強劑PS是一種PVA改性淀粉聚合物，是一種多羥基化合物，由許多脫水葡萄糖單元經糖鍵連接而成，每個脫水葡萄糖單元的2、3、6三個位置上各有一個醇羥基，加入氧化劑進行氧化反應時6位上的羥基比2、3位的羥基更易于氧化。淀粉氧化后分子中含有醛基和羧基。在PVA水溶液中加入氧化劑過硫酸鉀，使PVA部分分子鏈斷鏈而導入端羧基或醛基，并在分子鏈中引入酮基。由于PVA和淀粉都是含有多羥基的大分子化合物，在一定的條件下，PVA與氧化淀粉間發生接枝反應，使粘合強度明顯提高。試驗表明：當加入量為0.1～0.5%（相對干料而言）時，可提高瓷質磚坯體強度15～60％以上。其增強機理是利用增強劑在高溫下分子長鏈之間的相互纏繞和交聯作用，將陶瓷顆粒更加緊密地粘合在一起，阻止顆粒在受力條件下產生位移，從而起到增強作用。由于CMC及MS也屬于高分子類增強劑，故它們也和PS一樣有類似的增強作用。

3.2增強劑對料漿流動性的影響

圖2為采用200ml伏特杯測得的增強劑加入量與泥漿粘度的變化關系。由圖可知，分別加入本增強劑PS、MS及CMC后料漿的流動性都有所增加。其中CMC對流動性影響最大，超過0.2%用量，流速杯內泥漿已流不完，測不出流速。在加入量低于0.2%時，PS、MS對料漿的流動性影響不大，可以滿足生產工藝對泥漿流動性的需要。

3.3 粉料性能

添加增強劑PS的漿料經噴霧干燥后形成的顆粒圓滑、流動性好、填模均勻，在壓制過程中減少了粉料顆粒之間以及粉料與模壁之間的摩擦，增加了顆粒之間的粘合作用，因此提高了坯體的密實度和強度，減少了粘模現象。壓制出來的坯體表面平整，生坯強度得到了提高，破損率明顯下降，有效地提高了生產效率和產品質量。在燒成過程中，當溫度達到 400～500℃時，坯體內部的增強劑完全碳化燒失，不會造成產品黑心，對最終燒成的陶瓷產品的性能沒有不良影響。

4結 論

通過與普通增強劑CMC及MS的增強效果及漿料流速的比較證明，本方法合成的聚合物PS對陶瓷坯體具有明顯的增強作用，而且對漿料的流動性沒有太大的影響，經噴霧干燥得到的粉料強度高、成形性能好，是一種較為理想的增強劑。增強劑PS的增強作用是由于在坯體中形成了不規則的網狀高彈性高分子鏈并與陶瓷顆粒形成氫鍵所致。

參考文獻

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4 張秀英.陶瓷工藝實驗[M].咸陽:西北輕工業學院出版社，1990

Study on the Application of the New Macromolecule

Reinforcing Agent on Porcelain Body

Liu Yijun1 Pan Limin1Wang Qinggang1Yang Jianming1Yang Xiaofeng2

（1 Guangdong Monalisa Ceramics Co..LTD FoshanGuangdong 528211

2 Shanxi University of Science and TechnologyXianyangShanxi712081）

Abstract： The reinforcing effects on porcelain body was studied by using self-made PVA-starch copolymer，modified starch and carboxymethyl cellulose， and the results showed that PVA-starch copolymer had a good reinforcing effect.

Keywords： PVA-starch copolymer， reinforcing agent， porcelain body