胡飛熊偉趙瑾

（1.國家日用及建筑陶瓷工程技術(shù)研究中心，江西景德鎮(zhèn)333403；2.景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，江西景德鎮(zhèn)333403；3.景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院工商管理學(xué)院，江西景德鎮(zhèn)333403；4.天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津300072）

0 前言

陶瓷減水劑作為一種添加劑，它的主要功能是通過提高系統(tǒng)的電動(dòng)電位，改善泥料、釉料的流動(dòng)性，使其含水量低且具有良好流動(dòng)性和穩(wěn)定性。含水量的降低使噴霧干燥時(shí)的能耗減小，并增加粉料輸出量。降低泥漿中的含水量1%，粉料輸出率可增加5%。

減水劑發(fā)揮減水效果的過程是一種解凝、分散聚集顆粒及釋放自由水的過程，釋放的自由水還可以增加泥漿流動(dòng)性。一方面保持了黏土膠團(tuán)的穩(wěn)定和適當(dāng)黏度，另一方面保持瘠性泥的懸浮及憎水性。黏土的絮凝沉淀和解凝現(xiàn)象主要是黏土膠團(tuán)中雙電層厚度的變化導(dǎo)致的。減水劑中荷電成分影響著黏土雙電層，當(dāng)引力較大時(shí)雙電層壓縮，容易凝聚；當(dāng)斥力較大時(shí)，雙電層變厚則容易產(chǎn)生解凝。因此，無機(jī)減水劑由于所含金屬離子不一樣，對(duì)黏土種類選擇較為敏感，而有機(jī)或高分子減水劑對(duì)黏土種類的選擇則相對(duì)不明顯。新型復(fù)合陶瓷減水劑一般為有機(jī)-無機(jī)復(fù)合物，比如聚丙烯酸鈉與碳酸鈉、硅酸鈉復(fù)配等，通過有效復(fù)配使其中各成分協(xié)同作用最佳，從而達(dá)到顯著的減水效果。

膨潤土是我國一種儲(chǔ)量豐富的礦產(chǎn)資源，是一項(xiàng)重要的陶瓷漿料配方。其主要成分蒙脫石具有突出的吸濕膨脹性能，可以吸附幾至幾十倍于自身體積的水量，因此需要大量的水解膠含有膨潤土的漿料，從而大大增加了生產(chǎn)能耗，與國家的節(jié)能減排的發(fā)展理念背道而馳。長期以來，膨潤土漿料解膠的問題一直是陶瓷行業(yè)研究的難題。本文以廣東膨潤土為對(duì)象，討論減水劑對(duì)膨潤土解膠的試驗(yàn)研究。

1 實(shí)驗(yàn)

試驗(yàn)所需解膠原料為精誠膨潤土，所用減水劑有三聚磷酸鈉、五水偏硅酸鈉、七水一型偏硅酸鈉、七水三型偏硅酸鈉、九水一型偏硅酸鈉、九水三型偏硅酸鈉、腐植酸鈉及自制有機(jī)類陶瓷復(fù)配用料（F-7）。膨潤土加水及減水劑用球磨機(jī)混料、過篩，通過測試泥料在涂式杯中流動(dòng)的時(shí)間來檢測其流動(dòng)性能。泥漿差熱-熱重分析采用PCR-1型差熱儀。

2 結(jié)果及討論

圖1為膨潤土的XRD測試結(jié)果，由圖可知，膨潤土主要是由蒙脫石和石英組成。因此解膠的難點(diǎn)在于解決膨潤土層間容易吸附水而膨脹的特性。

圖1 膨潤土的XRD測試結(jié)果

在膨潤土中加入不同減水劑并進(jìn)行復(fù)配實(shí)驗(yàn)，測得泥漿的流速如表1及表2所示。由表1可以看到，市售解膠劑中三聚磷酸鈉對(duì)膨潤土解膠效果最好，能使膨潤土解膠后含水量低至45.9%。而自制減水劑F-7對(duì)膨潤土的解膠效果可以使含水量降至44.4%，且保持良好的流動(dòng)性。由表2可以看到，將三聚磷酸鈉和自制減水劑F-7與其它市售常用減水劑進(jìn)行復(fù)配后，可以增加解膠效果，而當(dāng)將F-7與三聚磷酸鈉進(jìn)行復(fù)配后，可以使泥漿含水量減小至41.2%，并且使原本不能流動(dòng)的漿料瞬間流動(dòng)，涂式杯流速達(dá)17.75s（水的流速為13s）

表1 各種解膠劑對(duì)膨潤土效果對(duì)比

黏土是多種微細(xì)礦物的混合體，水加入到黏土中會(huì)通過氫鍵、電場及水化等方式被黏土吸附。隨著泥漿的升溫，黏土中的水也會(huì)逐步排出。粘土中的水主要有三類，第一類是不與離子結(jié)合的自由水，在100℃以下自由水會(huì)逐漸排出；第二類是松結(jié)合水，即從規(guī)則排列到不規(guī)則排列的水層，或稱吸附水，脫水溫度為100～200℃；第三類為牢固結(jié)合水，即粘土顆粒表面有規(guī)則排列的水層，有人測得其厚度為3～10個(gè)水分子層，且性質(zhì)不同于普通的水分子，其密度為1.28～1.48 g/cm3，脫水溫度約為450℃。減水劑的目的就是要將水化陽離子吸附的水分子釋放出來，增加泥漿中自由水的含量，使泥漿在低含水率的情況下具有較好的流動(dòng)性。

對(duì)加入F-7有機(jī)物的泥漿與沒有加入F-7的泥漿做差熱測試（見圖2、3）。根據(jù)圖2的結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，兩種流動(dòng)性不同的泥漿都在120℃左右出現(xiàn)一個(gè)吸熱峰，表明脫去的大部分水為第二類松結(jié)合水。在100℃時(shí)，未加F-7的泥漿失重15%，200℃時(shí)泥漿失重30.72%，而加入F-7的泥漿在100℃時(shí)失重為10%,在200℃時(shí)失重41.54%。由此可知，加入F-7后泥漿的第一類自由水沒有增加，反而減小了，但是第二類松結(jié)合水明顯增加。松結(jié)合水的增加可能是由于有機(jī)物F-7進(jìn)入了膨潤土的層間結(jié)構(gòu)，代替了部分層間水，使層間水釋放出來形成了松結(jié)合水，而松結(jié)合水的弱吸引力可以增加泥漿的自由流動(dòng)性。

表2 各種解膠劑復(fù)配效果對(duì)比

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)物可以提高膨潤土的解膠效果，上文僅從水在粘土中的狀態(tài)進(jìn)行解釋，未能全面掌握其解膠機(jī)理。但本文實(shí)現(xiàn)了陶瓷泥漿的進(jìn)一步減水可行性，并提出新型的減水劑可以使陶瓷泥漿含水量下降，降低陶瓷工業(yè)廢物的排放，使陶瓷工業(yè)發(fā)生變革。

3 結(jié)論

(1)本實(shí)驗(yàn)以重復(fù)性實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)研究了現(xiàn)階段最適合的減水劑為三聚磷酸鈉。

（2）不同減水劑復(fù)配之后的不同效果，為三聚磷酸鈉復(fù)配F-7為最適合減水劑。

（3）在重復(fù)性型實(shí)驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)加入自制F-7有機(jī)物以后，泥漿的表面性能發(fā)生很大的變化，從外觀上看到粘稠泥漿到稀釋泥漿的瞬間轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)水化崩解現(xiàn)象。

[1]計(jì)紅果,蔣冰艷.陶瓷減水劑的研究進(jìn)展[J].廣州化學(xué)，2009(3)：51-54.

[2]俞康泰.國內(nèi)外陶瓷添加劑的發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢及展望[J].佛山陶瓷，2004(4):3-6.

[3]彭福華,張艷麗.硅酸鹽粘土礦物的晶體結(jié)構(gòu)與陶瓷減水劑的解凝機(jī)理[J].中國陶瓷工業(yè)，2010(17)：38-41.

[4]沈一丁,王?；?賴小娟.高效陶瓷減水劑的表征及應(yīng)用性能[J].陶瓷,2005(6):14-17.

[5]李艷莉,梁廣森.陶瓷坯料復(fù)合減水劑的研制[J].佛山陶瓷,1996(4):23-25.

[6]張強(qiáng),楊萍.粘土礦物微觀結(jié)構(gòu)與陶瓷用減水劑的選擇[J].中國陶瓷,2001(37):29-31.