陶瓷坯料漿體分散性的研究

牟行翠+習智華+劉旭+寇篤靜

摘 要：利用不同陶瓷分散劑，對含55%黑泥、15%石英、30%長石的陶瓷坯料進行分散處理，得出不同分散劑對此陶瓷坯料的最佳分散效果用量。并以此數據為基礎，利用表面活性劑的復配技術，改變分散劑的種類和用量，對不同種類的表面活性劑進行復配，使陶瓷泥漿在具有較好的分散性和流動性的同時，也具有較好的穩定性。

關鍵詞：分散劑復配；陶瓷分散劑；靜電效應與空間穩定效應；分散穩定性

1 引言

陶瓷的分散均勻性是影響陶瓷產品物理性能的重要因素[1-3]，分散劑的加入會大大改善陶瓷漿料的分散均勻性。傳統的陶瓷分散劑價格低、易購買，但用量大、穩定分散效果不佳，分散作用十分有限。而一般的有機分散劑效果相對好，用量也較多，價格貴[4-5]。利用復配技術將幾種分散劑復合使用是降低用量、提高性能、降低成本的有效途徑，往往具有最好的效果[6-10]。

2 實驗部分

2.1實驗材料與儀器

本實驗所用的主要原料是廣東佛山某陶瓷有限公司的衛浴陶瓷原料，該原料的主要礦物組成為黑泥 55% 、長石 30%、石英 15%。原料的化學組成見表1。本文所采用的實驗儀器有NDJ-1旋轉黏度計、GMJ2-30L罐磨機、KM1單瓶快速球磨、電動攪拌機、涂4福特杯、電熱鼓風機、篩子（325目）、TG705型電子天平。本文所采用的實驗藥品有硅酸納、三聚磷酸鈉 、六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉、草酸鈉、聚丙烯酸鈉。

2.2實驗流程

復配試劑的工藝流程如圖1所示。

2.3實驗方法

稱取489.73g黑泥（含水率27%）、195g長石、97.5g石英，放入球磨罐內，再加入已經配制好的試劑，按一定先后順序加入。首先，先加入無機試劑，再加入有機試劑，并稍微搖勻使其充分滲入粉料中，盡可能減少損失；然后，加入定量的自來水，從而配制一定固相質量分數(固含量)的懸浮液，設定球磨時間為150 min，停止球磨后倒出漿料，對漿料性能進行測試。

在單一分散劑分散效果的基礎上，選擇兩種分散劑進行復配，試驗中選擇了無機分散劑與小分子有機分散劑，無機分散劑與高分子有機分散劑進行復配，設計結果見表2、3。實驗固含量為69%，球磨時間為150 min，分散劑加入總量為0.4%。

2.4漿料分散性能的研究

（1） 分散性測試

按表2、表3的配比使用不同用量的分散劑配置漿料，設定電動攪拌機為1000 r/min，漿料剪切分散10 min，在室溫下用NDJ—1 旋轉黏度計測試漿料的黏度，作出黏度變化與分散劑用量的曲線圖。比較不同種類分散劑作用時，漿料的黏度變化。

（2） 流動性測試

用4福特杯測試漿料的流出時間，列出流動性對比表格。

（3） 穩定性測試[7-9]

將分散劑用量最佳的漿料倒入50 mL量筒，分別記下t= 0 min、2 min、4 min、6 min、8 min、10 min、12 min、14 min時刻懸浮液中顆粒層的沉降高度H，根據V=(Ht+2-Ht)/2計算沉降速率，做沉降速率對時間的關系曲線。選出分散性能較好的分散劑。

3 實驗結果與討論

3.1黏度分析

3.1.1單一分散劑對黏度的影響

本實驗所采用的單一分散劑對泥漿黏度的影響如圖1和圖2所示。減水性分散劑對泥漿黏度降低越多則減水分散效果越好。

由圖1可知，無機分散劑的用量在0.2%~0.4%之間時，隨著無機分散劑的加入，泥漿黏度先下降后增加，這是因為隨著減水性分散劑用量的增加，系統的ζ電位增加，粒子間靜電排斥力增大，膠粒之間充分分散[9]，當分散劑用量繼續增加時，兩個臨近的粒子間發生電位重合，雙電層厚度變薄，引力大于斥力，粒子相互靠攏發生團聚出現絮凝，增加泥漿黏度。硅酸鈉的較好解凝用量范圍較寬，原因可能是硅酸鹽與泥漿中所含的SiO2成分相匹配性較好。

聚丙烯酸鈉是高分子減水性分散劑，其作用機理主要是靜電位阻效應[7]。

從圖2中可以看出，聚丙烯酸鈉對于此黏土系統的用量在0.4%時，泥漿系統的黏度有一較大的突降，隨著分散劑用量的增加，黏度還在下降，但下降的幅度較小，且到0.7%的用量時黏度還未出現上升的趨勢，可見聚丙烯酸鈉的用量范圍寬、減水力強。

3.1.2二組分復配分散劑對黏度的影響

聚丙烯酸鈉與無機分散劑復配后對泥漿黏度的影響如圖3所示。草酸鈉與無機分散劑復配后對泥漿的黏度影響如圖4所示。圖中的m1/m2表示兩種物質的質量之比。

從圖3可以看出，焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉與聚丙烯酸鈉復配減水效果最好比例在1:3左右，六偏磷酸鈉在1:4左右，而硅酸鈉與聚丙烯酸鈉的最佳比例在1:2~1:3之間。比較這組實驗得出：焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、硅酸鈉分別與聚丙烯酸鈉復配的復合分散劑對泥漿的降黏效果最好，焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉與聚丙烯酸鈉的復配比例較寬，硅酸鈉與聚丙烯酸鈉復配后，降黏幅度最大，生產使用時可優先考慮這一組合。

從圖4中可以看出，各無機分散劑與草酸鈉復配之后效果最好的是三聚磷酸鈉和焦磷酸鈉兩種無機分散劑。三聚磷酸鈉與草酸鈉的復配比例在3:1時，降黏效果較好，焦磷酸鈉與草酸鈉的使用比例范圍較寬，比例的變化基本對泥漿黏度起伏無影響，且泥漿黏度都處于較低的水平。

比較圖3、圖4可知，采用無機分散劑與高分子分散劑進行復配的復合分散劑減水效果好。

結合圖1、圖2、圖3、圖4可知，兩種分散劑復配之后，減水效果大大提高，尤其是無機分散劑與聚丙烯酸鈉高分子分散劑復配后的效果更突出。這主要是因為聚丙烯酸鈉是高分子分散劑，減水作用主要來自高聚物長鏈的空間位阻效應。硅酸鈉、焦磷酸鈉等無機分散劑的分散作用主要是靜電效應，將兩種效應的分散劑復配后，泥漿顆粒既吸附帶電離子，又吸附聚合物高分子，發揮靜電位阻復合效應。

3.2 各減水性分散劑作用后泥漿的流動性分析

將黏度最小時分散劑的使用量記為這組實驗的最佳用量。

3.2.1各單一分散劑最佳用量使用時的泥漿流動性。

如表3所示，不同分散劑對泥漿性能的影響差異很大，其中測試使用的無機分散劑中的三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉、硅酸鈉的分散效果較好，六偏磷酸鈉的效果一般。草酸鈉的減水效果不好，而球磨時泥漿分散的較快，可見草酸鈉易被泥漿顆粒吸附，但作用效果有限。高分子分散劑中聚丙烯酸鈉的解凝和分散效果均好。分析篩選試劑得出：無機分散劑的減水分散效果較好，有機小分子分散劑的減水分散效果較差，聚合物高分子分散劑的分散效果最好。

3.2.2復配分散劑在最佳用量時的泥漿流動性

表4列出了不同復配成分的復合分散劑在最佳比例和用量時，對泥漿黏度、流動性的影響，從表中可以看出聚丙烯酸鈉與焦磷酸鈉復合分散劑的流動性最好，聚丙烯酸鈉與六偏磷酸鈉復合分散劑的流動性最差。三聚磷酸鈉、草酸鈉復合型分散劑對泥漿的降黏作用較三聚磷酸鈉、聚丙烯酸鈉復合型分散劑差，但泥漿的流動性較好，原因可能是因為草酸鈉是小分子分散劑，不會在泥漿中形成架橋作用，聚丙烯酸鈉是高分子聚合物分散劑，形成架橋作用的幾率較大，而少量分子的架橋作用也會對泥漿的流動性有一定影響

3.3分散劑對泥漿的分散穩定性分析

3.3.1單一分散劑對泥漿的分散穩定性

一定時間內，漿料懸浮液沉降越慢，分散穩定性越好。由于實驗所用有機小分子分散劑的分散效果不理想，所以選擇無機分散劑和聚丙烯酸鈉高分子分散劑進行分散穩定性測試。比較圖5、圖6可知，經分散劑處理的泥漿顆粒與未加分散劑的空白樣相比，沉降速率變慢，說明加入分散劑后，泥漿的分散穩定性得到改善。

由圖6可知，加入各分散劑后泥漿的沉降規律基本一致，三聚磷酸鈉，焦磷酸鈉在沉降兩分鐘后的沉降速率較小，但沉降依然明顯。六偏磷酸鈉在沉降三分鐘后的沉降速率幾乎為零，原因可能是：六偏磷酸鈉的分子較大對泥漿顆粒吸附較快，所以達到分散穩定所用時間較短。聚丙烯酸鈉在前三分鐘的沉降速率相對無機分散劑較慢，分散穩定性好。

3.3.2復配分散劑的分散穩定性

從前面的實驗可知，聚丙烯酸鈉分別與焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、硅酸鈉的復配組合的降黏作用較其他組合好，因此實驗選擇此三種組合的復合分散劑，進行泥漿的分散穩定性比較。如圖7所示，這三種組合的復合分散劑的沉降速率隨時間的變化規律基本一致，聚丙烯酸鈉與硅酸鈉復合分散劑的沉降速率，在兩分鐘之后明顯較前兩種組合低，說明在這三個組合中，聚丙烯酸鈉與硅酸鈉的穩定性較好，加之硅酸鈉的價格便宜，工業生產時，可以考慮這一組合。

3.4聚丙烯酸鈉、硅酸鈉復合分散劑對泥漿黏度的影響

從前面的實驗得出，聚丙烯酸鈉與硅酸鈉的組合對泥漿的分散性能較好，最后以黏度為基礎，選擇聚丙烯酸鈉與硅酸鈉的比例為2.5:1的復合分散劑，測定不同用量的這一復合分散劑對泥漿黏度的影響規律，結果如圖8所示。

由圖8可知，當聚丙烯酸鈉硅酸鈉與硅酸鈉復合分散劑用量為0.2%時泥漿的黏度出現突降，用量為0.4%時泥漿黏度很低，增加用量泥漿黏度繼續下降，但下降幅度不大。所以工業生產時，選擇用量在0.4%~0.5%為宜。

4 結論

分散劑在陶瓷制造中起重要作用，從實驗結果來看，加入分散劑有利于提高泥漿的分散穩定性，降低泥漿黏度，改善泥漿的流動性。對單一分散劑作用的效果和二元組合作用效果的實驗分析，結果表明：

（1） 通過不同種類分散劑對泥漿的分散效果測定結果分析可知，有機高分子電解質分散劑對實驗所用泥漿的分散作用最佳。幾種分散效果較好的分散劑的分散作用從大到小排列如下：聚丙烯酸鈉、焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、硅酸鈉。

（2） 二元組合分散劑的解凝和分散效果比單一分散劑好，無機分散劑的減水效果比較好，但料漿的懸浮性普遍不好；高分子電解質分散劑的解凝和分散穩定性均好，且解凝范圍寬。

（3） 分散劑加入量有一個最佳范圍，加入量過少或過多，都會使影響料漿體系的穩定性。研究表明：當固含量為69％，無機分散劑加入量為0.2%~0.4%％時較好，聚丙烯酸鈉加入量為0.4%~0.7%。

（4） 二元復合分散劑中，聚丙烯酸鈉與無機分散劑的組合分散效果優于小分子有機物與無機分散劑的組合，在所有的組合中聚丙烯酸鈉與硅酸鈉組合的復合分散劑分散效果最好。

參考文獻

[1] 陳帆.中國陶瓷生產技術裝備概況與發展[J].山東陶瓷,2002(3).

[2] 張海峰,肖漢寧.膨潤土泥漿復合解凝劑的研究與應用[J].中國

陶瓷,2011,12.

[3] 同繼鋒,廖惠儀.我國建筑衛生陶瓷工業的現狀和發展對策[J].

陶瓷,2000(3).

[4] 俞康泰.陶瓷添加劑應用技術[M].北京:化學工業出版社,2006,3.

[5] 楊紅霞.華南理工大學碩士學位論文[D].2005.

[6] 王世榮,李祥高,劉東志.表面活性劑化學[M].北京:化學工業出

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

由圖6可知，加入各分散劑后泥漿的沉降規律基本一致，三聚磷酸鈉，焦磷酸鈉在沉降兩分鐘后的沉降速率較小，但沉降依然明顯。六偏磷酸鈉在沉降三分鐘后的沉降速率幾乎為零，原因可能是：六偏磷酸鈉的分子較大對泥漿顆粒吸附較快，所以達到分散穩定所用時間較短。聚丙烯酸鈉在前三分鐘的沉降速率相對無機分散劑較慢，分散穩定性好。

3.3.2復配分散劑的分散穩定性

從前面的實驗可知，聚丙烯酸鈉分別與焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、硅酸鈉的復配組合的降黏作用較其他組合好，因此實驗選擇此三種組合的復合分散劑，進行泥漿的分散穩定性比較。如圖7所示，這三種組合的復合分散劑的沉降速率隨時間的變化規律基本一致，聚丙烯酸鈉與硅酸鈉復合分散劑的沉降速率，在兩分鐘之后明顯較前兩種組合低，說明在這三個組合中，聚丙烯酸鈉與硅酸鈉的穩定性較好，加之硅酸鈉的價格便宜，工業生產時，可以考慮這一組合。

3.4聚丙烯酸鈉、硅酸鈉復合分散劑對泥漿黏度的影響

從前面的實驗得出，聚丙烯酸鈉與硅酸鈉的組合對泥漿的分散性能較好，最后以黏度為基礎，選擇聚丙烯酸鈉與硅酸鈉的比例為2.5:1的復合分散劑，測定不同用量的這一復合分散劑對泥漿黏度的影響規律，結果如圖8所示。

由圖8可知，當聚丙烯酸鈉硅酸鈉與硅酸鈉復合分散劑用量為0.2%時泥漿的黏度出現突降，用量為0.4%時泥漿黏度很低，增加用量泥漿黏度繼續下降，但下降幅度不大。所以工業生產時，選擇用量在0.4%~0.5%為宜。

4 結論

分散劑在陶瓷制造中起重要作用，從實驗結果來看，加入分散劑有利于提高泥漿的分散穩定性，降低泥漿黏度，改善泥漿的流動性。對單一分散劑作用的效果和二元組合作用效果的實驗分析，結果表明：

（1） 通過不同種類分散劑對泥漿的分散效果測定結果分析可知，有機高分子電解質分散劑對實驗所用泥漿的分散作用最佳。幾種分散效果較好的分散劑的分散作用從大到小排列如下：聚丙烯酸鈉、焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、硅酸鈉。

（2） 二元組合分散劑的解凝和分散效果比單一分散劑好，無機分散劑的減水效果比較好，但料漿的懸浮性普遍不好；高分子電解質分散劑的解凝和分散穩定性均好，且解凝范圍寬。

（3） 分散劑加入量有一個最佳范圍，加入量過少或過多，都會使影響料漿體系的穩定性。研究表明：當固含量為69％，無機分散劑加入量為0.2%~0.4%％時較好，聚丙烯酸鈉加入量為0.4%~0.7%。

（4） 二元復合分散劑中，聚丙烯酸鈉與無機分散劑的組合分散效果優于小分子有機物與無機分散劑的組合，在所有的組合中聚丙烯酸鈉與硅酸鈉組合的復合分散劑分散效果最好。

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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

由圖6可知，加入各分散劑后泥漿的沉降規律基本一致，三聚磷酸鈉，焦磷酸鈉在沉降兩分鐘后的沉降速率較小，但沉降依然明顯。六偏磷酸鈉在沉降三分鐘后的沉降速率幾乎為零，原因可能是：六偏磷酸鈉的分子較大對泥漿顆粒吸附較快，所以達到分散穩定所用時間較短。聚丙烯酸鈉在前三分鐘的沉降速率相對無機分散劑較慢，分散穩定性好。

3.3.2復配分散劑的分散穩定性

從前面的實驗可知，聚丙烯酸鈉分別與焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、硅酸鈉的復配組合的降黏作用較其他組合好，因此實驗選擇此三種組合的復合分散劑，進行泥漿的分散穩定性比較。如圖7所示，這三種組合的復合分散劑的沉降速率隨時間的變化規律基本一致，聚丙烯酸鈉與硅酸鈉復合分散劑的沉降速率，在兩分鐘之后明顯較前兩種組合低，說明在這三個組合中，聚丙烯酸鈉與硅酸鈉的穩定性較好，加之硅酸鈉的價格便宜，工業生產時，可以考慮這一組合。

3.4聚丙烯酸鈉、硅酸鈉復合分散劑對泥漿黏度的影響

從前面的實驗得出，聚丙烯酸鈉與硅酸鈉的組合對泥漿的分散性能較好，最后以黏度為基礎，選擇聚丙烯酸鈉與硅酸鈉的比例為2.5:1的復合分散劑，測定不同用量的這一復合分散劑對泥漿黏度的影響規律，結果如圖8所示。

由圖8可知，當聚丙烯酸鈉硅酸鈉與硅酸鈉復合分散劑用量為0.2%時泥漿的黏度出現突降，用量為0.4%時泥漿黏度很低，增加用量泥漿黏度繼續下降，但下降幅度不大。所以工業生產時，選擇用量在0.4%~0.5%為宜。

4 結論

分散劑在陶瓷制造中起重要作用，從實驗結果來看，加入分散劑有利于提高泥漿的分散穩定性，降低泥漿黏度，改善泥漿的流動性。對單一分散劑作用的效果和二元組合作用效果的實驗分析，結果表明：

（1） 通過不同種類分散劑對泥漿的分散效果測定結果分析可知，有機高分子電解質分散劑對實驗所用泥漿的分散作用最佳。幾種分散效果較好的分散劑的分散作用從大到小排列如下：聚丙烯酸鈉、焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、硅酸鈉。

（2） 二元組合分散劑的解凝和分散效果比單一分散劑好，無機分散劑的減水效果比較好，但料漿的懸浮性普遍不好；高分子電解質分散劑的解凝和分散穩定性均好，且解凝范圍寬。

（3） 分散劑加入量有一個最佳范圍，加入量過少或過多，都會使影響料漿體系的穩定性。研究表明：當固含量為69％，無機分散劑加入量為0.2%~0.4%％時較好，聚丙烯酸鈉加入量為0.4%~0.7%。

（4） 二元復合分散劑中，聚丙烯酸鈉與無機分散劑的組合分散效果優于小分子有機物與無機分散劑的組合，在所有的組合中聚丙烯酸鈉與硅酸鈉組合的復合分散劑分散效果最好。

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[6] 王世榮,李祥高,劉東志.表面活性劑化學[M].北京:化學工業出

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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