新型高分子增強劑在瓷質(zhì)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(zhì)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(zhì)磚

1引 言

在陶瓷墻地磚生產(chǎn)中，生坯強度是一個重要指標，它對產(chǎn)品的成品率及質(zhì)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(xiàn)象普遍存在。尤其是筆者所在公司作為國內(nèi)第一家生產(chǎn)900mm×1800mm×3.5mm規(guī)格的干壓瓷質(zhì)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(yōu)點，但增強效果一般，且泥漿長期存放容易腐化變質(zhì)，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(yè)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(diào)節(jié)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(guī)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(zhì)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(jīng)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(fā)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(zhì)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(lián)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(chǎn)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(nèi)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(chǎn)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(jīng)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(xiàn)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(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在燒成過程中，當溫度達到 400～500℃時，坯體內(nèi)部的增強劑完全碳化燒失，不會造成產(chǎn)品黑心，對最終燒成的陶瓷產(chǎn)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(jīng)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(guī)則的網(wǎng)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(yè)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