建筑陶瓷复合分散剂的制备与性能研究
时间：2021-01-07 16:04:07 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：在建筑陶瓷工业生产中，坯体的强度、可塑性是直接影响产品的成品率及质量的重要指标。在自制聚合物分散剂PYAS的基础上，加入三聚磷酸钠（STPP）、六偏磷酸钠（SHMP）进行复配，可以研究开发出分散效果更好的，且具有增强、增塑作用的复合分散剂。实验结果表明，当PYAS、STPP、SHMP的比例为25%﹕35%﹕40%，复合分散剂总掺量为0.5%～0.6%时，陶瓷坯体的抗折性能最佳；结合电镜分析发现：浆料中大部分陶土颗粒尺寸在10μm以下，表面光滑，无粘接的片状颗粒，证明复合分散剂分散效果良好。
关键词：建筑陶瓷；分散剂；复配；增强；增塑
1 引言
随着陶瓷工业的迅速发展，陶瓷生产过程中对浆料和坯料性能的要求越来越高，低能耗、高效益和高性价比已成为陶瓷工业的发展趋势。因此，合理使用陶瓷添加剂是提高陶瓷产品品质的关键要素之一[1，2]。陶瓷分散剂（减水剂）是目前应用十分广泛的一种陶瓷添加剂[3，4]，具有助磨、增强等功效[5，6]，对降低制造成本和提高陶瓷制品的性能起着重要的作用。
目前，在陶瓷生产中常用的分散剂可以分为无机陶瓷分散剂、有机小分子陶瓷分散剂、复合陶瓷分散剂和高分子陶瓷分散剂（超分散剂）四大类。传统的无机陶瓷分散剂存在掺加量大、分散效率低以及制得的泥浆稳定性差等缺点。目前，国外陶瓷企业已基本不使用单一组分的无机陶瓷分散剂。有机小分子陶瓷分散剂虽然其减水分散效果比无机陶瓷分散剂好，但是成本相对较高，也存在稳定性较差的问题。高分子分散剂分散效果好、分散效率高，但是价格过高[7]。将无机分散剂和高分子分散剂复配得到复合分散剂，不仅可以降低成本，还具有胶体解凝范围较宽、减水率高、成本低、经济效益显著等优点，因此，具有更加广泛的应用前景[8]。
在陶瓷工业生产中，陶瓷坯体的塑性和强度是影响产品的成品率及质量的重要指标[9]。增加成型压力可以增强坯体强度[10]，但是压力不可能无限制增大，要满足加工工艺的要求，还需要在陶瓷浆料中外加坯体增强剂[11，12]。目前，用得较多的陶瓷增强、增塑剂是羧甲基纤维素钠（CMC）和淀粉类增强剂[13]。但是这些外加坯体增强剂在提高坯体强度的同时，还会导致泥浆的流动性降低、泥浆触变性变大等问题，甚至还会造成坯体增强剂在坯体内挥发不完全。因此，研究开发既能提高坯体强度，又不影响泥浆的流动性，甚至改善泥浆塑性的多功能分散剂具有十分重要的现实意义。
本文在自制聚合物分散剂的基础上，加入无机分散剂进行复配，开发制备出具有减水、增强、增塑等多种功能的复合陶瓷分散剂，并研究其对泥浆的分散作用和对坯料的增强效果。
2 实验部分
2.1 实验原料
本实验所采用原料有陶土粉料：工业级，甘肃省白银市平川区陶瓷研究中心；聚合物分散剂PYAS：天津大学实验室自制；三聚磷酸钠（STPP）：分析纯，天津市江天化工科技有限公司；六偏磷酸钠（SHMP）：分析纯，天津市江天化工科技有限公司。
2.2 聚合物分散剂PYAS的制备
（1） 甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯（MPEGA）大单体的制备
在氮气保护下，甲氧基聚乙二醇和丙烯酸在一定温度下加入催化剂和阻聚剂进行酯化反应。粗产物旋蒸后得MPEGA大单体。
（2）共聚物的制备
以衣康酸（IA）、自制MPEGA为单体，加入引发剂在水溶液中进行共聚，制得聚合物分散剂PYAS。
2.3 陶瓷浆料的制备及性能测试
（1） 浆料的制备
采用湿法制浆，取150g处理过的陶瓷原料加入球磨罐中，加入300g磨球和分散剂溶液，加水调节至固含量为71wt%，在300r/min的条件下球磨15min，最后获得浆料。
（2） 浆料流动性的测定
将分散均匀的浆料加入到100mL的涂-4杯中，静置3s后打开底部阀门，用秒表记录浆料全部流出时所用的时间，温度控制在25℃，取三次测量的平均值来表示泥浆的流动性。
（3） 浆料厚化度的测定
浆料在粘度计中静置30min之后的流出时间与在粘度计中静置30s之后的流出时间之比即为浆料厚化度。三次测量取平均值来表示泥浆的触变性。
（4） 浆料扫描电镜（SEM）观察
将已球磨好的陶土浆料稀释1000倍，滴一滴在贴有导电胶的载玻片上，在70℃条件下静置烘干后，进行形貌结构分析，表征复合分散剂的分散性能。
2.4 陶瓷坯体的制备及性能测试
（1） 陶瓷坯体热转变性能的测试
将分散剂添加到陶瓷泥料中造粒，根据国标陶瓷砖试验方法GBT 4100-2006制成生坯样品备用；取10mg充分干燥后的陶土原料，采用Thermo-flex综合热分析仪对其进行热分析，测定其热转变性能，升温范围为25～1400℃，升温速度为10℃/min，确定陶瓷坯体的烧结温度。
（2） 坯料可塑性测试
采用圆柱体压缩法制得圆柱体试样备用。用KS-B 数显式可塑性仪测量其可塑性。每组测试6个试样，取平均值。（3） 陶瓷坯体抗抗折强度测试
将压制好的生坯试样在自然环境中干燥 3 天，然后在105～110 ℃下干燥处理24h后得到陶瓷生坯试样，将生坯在烧结温度下保温烧结2h获得烧成后的陶瓷坯体，采用微机控制电子万能试验机测量其生坯和烧结后坯体的强度。
3 结果与讨论
3.1复合分散剂最佳配比研究
确定浆料固含量为71wt%，固定复合分散剂总掺量为0.5%，以PYAS、STPP和SHMP的最佳添加量为初始复配比例，分别测定PYAS、STPP、SHMP占复合分散剂比例对陶瓷坯体抗折强度的影响，结果如图1所示。
