無鉛玻璃粉粘合劑對溫度的影響*

黃 駿 王宇旭

(1 江蘇拜富科技有限公司 江蘇 宜興 214221) (2 宜興市科技創業服務中心 江蘇 宜興 214221)

前言

隨著科技發展的進步和人們生活條件的改善，人們對環保意識的增強含鉛玻璃粉的毒害對環境污染已經引起人民及政府的高度重視。無鉛玻璃粉完全能夠保證各方面的要求，這次研究的玻璃粉的物料百分比是：Bi2O350%～70%、SiO25%～10%、B2O310%～15%、AI2O35%～10%、Li2O 1%～5%、 ZnO 1%～5%的氧化物組成，混合均勻燒制1 250℃，冷卻后球磨D90=12 μm，過篩300目。

1 實驗原料及設備

實驗所用原料，如表1所示。

表1 實驗原料(質量%)

工藝流程：熔劑配混→燒制→水冷→干燥→分級球磨→干燥→過篩→制漿→造?！b

實驗所用設備：千分之電子秤、馬弗爐電爐、歐美克粒度儀、臥式球磨機、攪拌球磨機、烘箱、噴霧造粒機、顯微鏡300～500倍、快速測水分儀。

2 實驗部分

物料按照表1比例配混燒制冷卻后，進行分級球磨。使用臥式球磨機粗磨，料球水比1∶2.5∶0.45用13 mm球石球磨D90=20 μm左右，經歐美克粒度儀測定后達到細度要求，計算出含水率，倒入攪拌球磨機進行球磨，料球水比1∶5∶0.75用3 mm球石球磨D90=12 μm。經過干燥、過篩所得釉漿基礎玻璃粉。球石選用氧化鋯球石，氧化鋁球石磨損在0.15%左右，硅酸鋯球石磨損在0.09%，氧化鋯球石磨損在0.05%，球石選用僅對表1熔劑成分。其中攪拌球磨使用樹脂球磨內襯。

表2 基本配方組成

3 實驗步驟

3.1 HEC水溶液的配制

稱取1.5 kg離子水于不銹鋼料筒中，安裝好高速乳化機或攪拌機，將攪拌桿放入不銹鋼料筒中，調節攪拌桿至合適位置，開啟乳化機開關對漿料進行高速分散，再緩慢加入25 g HEC。添加完畢后，繼續分散攪拌24 h。過濾去除未溶物和氣泡。即得到HEC水溶液，密封保存待用。

3.2 PVA水溶液的配制

稱取1.5 kg離子水于不銹鋼料筒中，將攪拌桿放入不銹鋼料筒中，調節攪拌桿至合適位置，開啟乳化機開關對漿料進行高速分散，緩慢加入25 g PVA, 攪拌分散使PVA充分溶脹，然后通過水浴一邊加熱，一邊攪拌，待水燒開繼續保溫1～2 h，使其充分溶解。冷卻至室溫并過濾。將濾液密封保存待用，即制備得到 PVA溶液。

3.3 CMC水溶液的配制

稱取1.5 kg離子水于不銹鋼料筒中，將攪拌桿放入不銹鋼料筒中，調節攪拌桿至合適位置，開啟乳化機開關對漿料進行高速分散，緩慢加入25 g CMC，然后通過水浴一邊加熱，一邊攪拌，充分溶解后并過濾。將濾液密封保存待用，即制備得到CMC 溶液。

3.4 無鉛玻璃粉細化實驗步驟

(1)對玻璃粉料進行細化，采用去離子水、氧化鋯球，料∶球∶水=1∶2.5∶1，采用滾筒球磨(瓷內襯)48 h，粒徑測試D50≤3 μm，然后漿料過100目不銹鋼篩于不銹鋼盤或搪瓷盤內進烘箱于110 ℃烘干，粉碎過30目篩裝袋備用，注意工藝衛生嚴禁雜質混入。

(2)按照表2中配方表將去離子水、分散劑、消泡劑和HEC水溶液(或者PVA CMC溶液)于球磨罐中，按照料∶球=1∶2.5放入鋯球，緩慢將已細化的無鉛玻璃粉加入至球磨罐中，繼續球磨12 h。球磨完畢后，采用100目篩網進行過濾。

4 噴霧造粒工序

(1)噴霧造粒使用噴霧干燥機，進風溫度設置為220 ℃，出風溫度設置為110 ℃，霧化器轉速為40 Hz，進料使用調速蠕動泵，轉速設置為25 r/min左右。噴霧之前，若料漿出現大量泡沫，可滴加滴磷酸三丁酯或正辛醇消除。按造粒機使用要求進行噴霧干燥。噴霧造粒完成后，測粉料凈重量。噴霧結束后，取1 kg獲得的粉料，進行含水率測試，含水率測得分別是0.38 %、0.41 %、0.35 %。

將噴霧造粒完成后所得粉料過100目標準篩(剔除結塊部分)，過篩后的粉料采用分樣篩測試顆粒級配，采用粉料流動性儀測試粉料流動性。

從分級過篩可以看出不同粘度的漿料，造粒的均勻性還有一定的差異，如表3所示。

表3 造粒料200 g分級過篩

(2)釉漿離心噴霧造粒，如圖1所示。

圖1 造粒料500倍顯微鏡觀察

(3)鈕扣實驗，在馬弗爐燒制500 ℃,保溫90 min，如圖2所示。

圖2 馬弗爐燒制530 ℃

(4)靜電噴涂在電阻片進行燒制，溫度時間和紐扣測試一樣。顯微鏡觀察表面，如圖3所示。

5 分析及結論

從燒出結果可以看1號造粒料，表面比較均勻及致密，沒有明顯針孔。2號、3號致密程度明顯沒有1號好而且針孔比較多，尤其是3號?？梢哉f在這個燒成制度下粘度大，排膠需要的時間越長所需的熱能越多。1號PVA聚乙烯醇的粘度在這個溫度時間正好達到了使用要求，從造粒料(見圖1)，也可以看出1號的均勻性也優于2號HEC乙基纖維素、3號CMC甲基纖維素，3種樣品雖然都是蘋果型顆粒，但1號大顆粒分布明顯要少，在靜電噴涂時大顆粒撞擊很容易形成凹坑影響釉面。

圖3 燒成表面500倍顯微鏡

靜電噴涂使用噴槍將粉末涂料噴涂到工件表面。噴出的粉末涂料與工件之間產生高壓靜電場。在氣流和電場的作用下粉末涂料按照受力的方向飛至待涂工件，受靜電引力的作用吸附在工件表面，也就相當于固態燒結，細顆粒優于增加了燒結的推動力，縮短了原子擴散距離和提高了顆粒在液相中的溶解度，而導致燒結過程的加速，加了PVA、HEC、CMC可以相對影響固態燒結，PVA的粘度正好在這個燒成制度內達到了最佳，PVA聚乙烯醇的分解溫度在180～200 ℃，HEC乙基纖維素的分解溫度210～220 ℃左右，CMC甲基纖維素的溫度更高在不同區間變化更復雜，分解溫度在300 ℃以上。

從圖3可以看出，溫度更高的CMC甲基纖維素在這個燒成狀態下排膠效果，影響了釉面結合導致凹坑面較多，從而影響產品的整體性能。PVA聚乙烯醇的聚合度分為超高聚合度(分子量25～30萬)、高聚合度(分子量17～22萬)、中聚合度(分子量12～15萬)和低聚合度(2.5～3.5萬)。醇解度一般有78%、88%、98%這3種。這次實驗選用的時低聚合度、醇解度98%，型號選用PVA17-99，它的共聚改性、共混改性、后反應改性，降低PVA分子間作用力，降低熔點?？赡茉诹硗獾臒芍贫菻EC、CMC也能達到使用要求。

總之，影響燒結溫度因素有堆積密度、加熱速度、保溫時間、物料的粘度分布等，而且相互之間的關系也較復雜，在研究燒結溫度時如果不充分考慮這眾多因素，并給予恰當的運用就不能獲得具有重要性和高致密度的制品。