三乙醇胺對氧化鋯水基漿料穩定性的影響

彭牛生+劉革命+王文平+王仁平+吳珊+肖偉

摘 要：本文通過在不同固相含量的氧化鋯水基漿料中添加三乙醇胺，經過球磨混合均勻，采用旋轉黏度計和pH計測試了漿料的黏度、pH值，并測量漿料擺放一段時間后漿料沉降高度及沉降結底層的厚度。實踐證明，不同含量的三乙醇胺對漿料的穩定性有一定的影響，為獲得高固相含量的氧化鋯穩定水基漿料提供了幫助。

關鍵詞：三乙醇胺；氧化鋯；水基漿料；穩定性；影響

1 引言

氧化鋯陶瓷不僅具有高硬度、耐腐蝕等性能，還具有優異的抗彎強度和韌性，其制品拋光后表面光潔度能夠達到與鏡面類似的效果。因此，在高檔民用陶瓷中占有重要的地位，其代表產品有手表、手鏈、手機配件、民用陶瓷刀、餐具等。在高精度零配件中也有應用，典型產品為光纖連接器中的插芯和套管，而且在工業陶瓷上也具有很大的市場，如：各種耐磨損、耐腐蝕結構件，其產品有研磨介質、攪拌棒、球閥等；又因其具有較高的離子電導率、良好的結構和化學穩定性，所以也是理想的固體電解質材料。氧化鋯陶瓷產品的成型方法有多種，如：器型較大、結構簡單的產品可采用干粉壓制法；器型小、結構復雜、精度要求高的產品可采用注射成型法；大規格、器型復雜的產品，或者薄片產品，需要采用濕法成型（如：凝膠注模、流延成型、注漿成型等），而獲得高固相含量、低黏度的穩定漿料是濕法成型的關鍵。

三乙醇胺，也稱三羥基三乙胺，(HOCH2CH2)3N，英文名Triethanolamine，簡稱TEA，常用作水泥增強劑，以及減水劑、表面活性劑、洗滌劑、穩定劑、乳化劑及織物柔軟劑等。三乙醇胺對不同水泥強度的影響效果也有不同[1]，但可縮短初凝和終凝時間[2]。吳紅亞[3]發現使用三乙醇胺做分散劑可明顯增加輝沸石的超細粉碎效率；逄建軍[4]利用三乙醇胺合成了一種含有三乙醇胺側鏈的新型聚羧酸減水劑，在堿性條件下，增強分散性能；嚴家發等[5]采用三乙醇胺改性PVC，提高了材料的拉伸強度和熱穩定性，但其流動性下降；陳功等人[6]以三乙醇胺、環氧氯丙烷等原料在80℃下催化合成了一種雙子表面活性劑，總收率為41.3%；張秀玲[7]認為三乙醇胺在切削液中起到穩定劑作用；李運玲[8]獲得工藝路線簡單、易分解分散性好的含三乙醇胺側鏈的新型柔軟劑三乙醇胺脂肪酸脂季銨鹽。這些研究結果說明，三乙醇胺可作分散劑使用。因此，本文通過將三乙醇胺添加到氧化鋯水基漿料中，測試其黏度、穩定性等方面的性能，并探索三乙醇胺含量對氧化鋯水基漿料穩定性的影響。

2 實驗內容

2.1實驗原料及設備

（1） 原料

本實驗采用的原料有三乙醇胺，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；自制共沉淀3mol%氧化釔部分穩定氧化鋯粉，其相關性能參數見表1。

（2） 設備

本實驗所采用的設備有行星球磨機，南京大學儀器廠；黏度計：LV DV-Ⅱ+Pro，美國博勒飛（Brookfield）實驗設備股份有限公司；pH計：STARTER 2100，奧豪斯儀器（上海）有限公司。

2.2漿料制備及檢測

首先，稱取180g氧化鋯粉和對應的水，配置粉料固相含量分別為50 wt %、55 wt %、60 wt %、65 wt %的四組漿料；然后,在四組漿料中分別對應添加0%、2%、4%、6%、8%的三乙醇胺，并置于球磨罐中球磨，其中，料球比為1:8，球磨轉速為210轉/min，球磨時間為4h；其次，取出漿液，過120目網篩，并測試其黏度及pH值；將漿料注入最大量程為100mL的量筒中，注至100mL刻度線，封口靜置，記錄分層后漿料液面高度及其對應的時間；72h后，用玻璃棒探測在量筒中結底漿料的厚度。

3 實驗結果與討論

3.1三乙醇胺對漿料黏度的影響

三乙醇胺含量對不同固相含量漿料的黏度影響如圖1所示。

在圖1（a）固相含量為50wt%~60wt%的漿料中，添加2wt%分散劑的漿料黏度隨固相含量的增加而降低，相比未添加分散劑的漿料，黏度都升高，這與顆粒間的間距有關：固相含量越大，顆粒濃度越大，顆粒間的間隙越小，顆粒間的排斥力越大，顆粒間的絮凝受到阻礙，漿料分散性更好.因此，漿料的黏度變小。

但從圖1（b）中可見，固相含量為65wt%漿料中，添加有三乙醇胺分散劑的漿料，相比未添加三乙醇胺的漿料，其黏度值整體呈急劇攀升的趨勢，最低值達到25315MPa·s，漿料變得很粘稠。說明顆粒間相互吸引成團狀，此時分散劑不但沒有起到分散作用，反而起到絮凝作用，該粉料在65wt%的固相濃度下，三乙醇胺不適合作分散劑使用。

3.2三乙醇胺對漿料pH值的影響

三乙醇胺含量對不同固相含量漿料pH值的影響如圖2所示。

由圖2可知，隨著三乙醇胺含量的增加，漿料的pH值逐漸增大，漿料固相含量越高，pH值越大。考慮到pH值大于10時，漿料對設備的腐蝕較大，在實際生產中，漿料的pH值應低于10。因此，50wt%固相含量的漿料中三乙醇胺分散劑含量應低于8%；55wt%固相含量的漿料中三乙醇胺分散劑含量應低于6%；60wt%固相含量的漿料中三乙醇胺分散劑含量應低于4%；65wt%固相含量的漿料在添加2wt%的三乙醇胺時pH值就已經接近10，考慮到該濃度所有添加有三乙醇胺的漿料黏度都偏大，因此，在該濃度下不建議使用三乙醇胺作為分散劑。

在未添加三乙醇胺的漿料中，pH值集中在7左右，說明漿料都呈電中性。但是，55wt%固相含量漿料的pH值相比其他濃度漿料的pH偏低，說明氧化鋯在純水中不電解，使得漿料中電解質稀少，導致pH測量儀器測不準。因為在純水中，pH計的測量值是不穩定的。

3.3三乙醇胺對漿料沉降性能的影響

漿料在靜置初期就存在沉降分層現象，而未添加三乙醇胺的漿料，在靜置初期不容易觀察到其沉降分層現象。因此，認為未添加分散劑的漿料，顆粒分布范圍廣，漿料最上層的顆粒粒徑為納米級，在水溶液中其懸浮性能好，不沉降或者極難沉降；漿料中層的顆粒粒徑介于微米與納米之間，這個范圍的顆粒在水溶液中也具有相當好的懸浮性，在溶液中受其他水分子和納米顆粒分子的無規則布朗運動的影響，克服重力影響也可進行一段時間的布朗運動，表現為沉降緩慢。雖然最下層的微米級顆粒，已經出現沉積，而且沉積層還具有一定的厚度，但是視線受中間層渾濁漿料的阻礙，不易從肉眼上觀察漿料的沉降。

而添加有三乙醇胺分散劑的漿料，顆粒表面吸附有三乙醇胺，增加顆粒的有效半徑，相互吸引和排斥的作用力增加，加上自身重力的影響，導致重力下降趨勢大于無規則的布朗運動。因此，表現為明顯的團聚沉降，漿料出現明顯的固液分離現象，上層為透明清夜，下層為顆粒-溶液渾濁的不穩定懸濁液。隨著時間的延長，懸濁液的液面逐漸下降。圖3~圖6為不同三乙醇胺含量對不同固相含量漿料沉降性能的影響。

由圖3可知，其前10h內沉降程度相對小，其明顯程度為：6%>4%>2%>8%，30h后漿料的沉降高度相接近。但2%更明顯，相對明顯程度為：2%>4%>8%>6%；對于需要保存較長時間的漿料，50wt%濃度下三乙醇胺的添加量以4%~8%為較佳。

由圖4可以看出，在前4h內，沉降最快的是含有6%三乙醇胺的漿料，其次分別是4%、2%、8%。如果防腐設備較好（pH值稍大于10），此時8%的三乙醇胺添加量較為理想，其黏度值為97.5MPa·s，沉降緩慢。綜合考慮，4%的添加量比較適合生產需要。

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由圖5可知，前10h，添加有三乙醇胺分散劑的漿料沉降速度依次為：4%>8%>2%>6%；50h后，除了添加量為2%的漿料外，其他漿料沉降后漿料的高度都比較接近。綜合考慮其pH值和黏度，4%的添加量為最佳。

由圖6可知，在前2h內，觀察到漿料基本不沉降，尤其是未添加分散劑的漿料，整個實驗過程都未見有固液分離現象。但是從其沉降結底層厚度來看，漿料仍然不穩定，存在沉降分層現象。在前20h內，沉降最快的是添加8%和2%三乙醇胺的漿料，4%和6%添加量的漿料沉降高度接近。

3.4三乙醇胺對漿料沉降結底層厚度的影響

漿料靜置一段時間，最低層有一定厚度的較硬的結底層，漿料結底厚度反映的是漿料的穩定性能。不同三乙醇胺含量與固相含量的漿料沉降結底層厚度情況如圖7所示。

由圖7可知，未添加三乙醇胺的漿料都存在硬結底情況，固相含量為55wt%的漿料，其結底層厚度達到最高的10cm；而65%的漿料為最低值1cm。可能是在含量為55 wt %的漿料中，顆粒間的間隙適合沉底，濃度越低，越易分散開，分子間做布朗運動。濃度越高，顆粒間存在斥力越大，越容易阻礙顆粒沉底，因此，沉降緩慢。

而添加有三乙醇胺的漿料都未出現硬結底情況，但是其漿料存在一定厚度的淤積層，粘稠度比上層液稍稠。但可以全部順利傾倒出來，清洗時可以看到量筒壁上和底部有薄的附層，沒有顆粒感，說明添加三乙醇胺的漿料具有較好的穩定性。

4 結論

（1） 添加三乙醇胺的氧化鋯漿料，黏度值高于未添加分散劑的漿料，漿料黏度值在添加量為2wt%處存在峰值；添加量大于4wt%時下降到一個相對穩定的低黏度值；固相含量達到65wt%以上時，漿料中添加三乙醇胺后黏度值急劇增加。因此，三乙醇胺起絮凝作用，不建議三乙醇胺做分散劑使用。

（2） 添加三乙醇胺，漿料的pH值上升，隨著添加量的增加，pH值呈上升趨勢。為了保護生產設備，固相含量為50wt%的漿料建議三乙醇胺的添加量應低于8%；55wt%固相含量的漿料其添加量應低于6%；60wt%固相含量的漿料其添加量應低于4%。

（3） 添加有三乙醇胺的漿料沉降比較緩慢，黏度越大的漿料沉降更快；黏度越小的漿料，沉降越慢，漿料越穩定，未觀察到沉降結底現象。當固相含量50wt%的漿料添加三乙醇胺為4wt%~8wt%時，以及固相含量55wt%與60wt%的漿料添加4wt%的三乙醇胺時，可獲得適宜穩定性的漿料。

（4） 未添加分散劑的漿料靜置后存在結底硬塊現象，而添加三乙醇胺制備的漿料，無結底硬塊現象，漿料較穩定。說明三乙醇胺適合做水基漿料的分散劑。

參考文獻

[1] 梁松, 楊醫博, 莫海鴻,等. 三乙醇胺對水泥強度影響的試驗研

究[J]. 四川建筑科學研究, 2008, 34(1): 139-141.

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[4] 逄建軍, 王棟民, 張力冉等. 含三乙醇胺側基聚羧酸減水劑的

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[5] 嚴家發, 馬青賽, 賈潤禮. 三乙醇胺改性PVC性能的研究[J].

塑性助劑, 2009, 1: 33-38.

[6] 陳功, 黃鵬程, 馬云容等. 一種雙子表面活性劑的合成[J]. 精細

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[8] 李運玲. 新一代柔軟劑—三乙醇胺脂肪酸脂季銨鹽的合成及

應用[J]. 表面活性劑工業, 1998, 1: 37-39.

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由圖5可知，前10h，添加有三乙醇胺分散劑的漿料沉降速度依次為：4%>8%>2%>6%；50h后，除了添加量為2%的漿料外，其他漿料沉降后漿料的高度都比較接近。綜合考慮其pH值和黏度，4%的添加量為最佳。

由圖6可知，在前2h內，觀察到漿料基本不沉降，尤其是未添加分散劑的漿料，整個實驗過程都未見有固液分離現象。但是從其沉降結底層厚度來看，漿料仍然不穩定，存在沉降分層現象。在前20h內，沉降最快的是添加8%和2%三乙醇胺的漿料，4%和6%添加量的漿料沉降高度接近。

3.4三乙醇胺對漿料沉降結底層厚度的影響

漿料靜置一段時間，最低層有一定厚度的較硬的結底層，漿料結底厚度反映的是漿料的穩定性能。不同三乙醇胺含量與固相含量的漿料沉降結底層厚度情況如圖7所示。

由圖7可知，未添加三乙醇胺的漿料都存在硬結底情況，固相含量為55wt%的漿料，其結底層厚度達到最高的10cm；而65%的漿料為最低值1cm。可能是在含量為55 wt %的漿料中，顆粒間的間隙適合沉底，濃度越低，越易分散開，分子間做布朗運動。濃度越高，顆粒間存在斥力越大，越容易阻礙顆粒沉底，因此，沉降緩慢。

而添加有三乙醇胺的漿料都未出現硬結底情況，但是其漿料存在一定厚度的淤積層，粘稠度比上層液稍稠。但可以全部順利傾倒出來，清洗時可以看到量筒壁上和底部有薄的附層，沒有顆粒感，說明添加三乙醇胺的漿料具有較好的穩定性。

4 結論

（1） 添加三乙醇胺的氧化鋯漿料，黏度值高于未添加分散劑的漿料，漿料黏度值在添加量為2wt%處存在峰值；添加量大于4wt%時下降到一個相對穩定的低黏度值；固相含量達到65wt%以上時，漿料中添加三乙醇胺后黏度值急劇增加。因此，三乙醇胺起絮凝作用，不建議三乙醇胺做分散劑使用。

（2） 添加三乙醇胺，漿料的pH值上升，隨著添加量的增加，pH值呈上升趨勢。為了保護生產設備，固相含量為50wt%的漿料建議三乙醇胺的添加量應低于8%；55wt%固相含量的漿料其添加量應低于6%；60wt%固相含量的漿料其添加量應低于4%。

（3） 添加有三乙醇胺的漿料沉降比較緩慢，黏度越大的漿料沉降更快；黏度越小的漿料，沉降越慢，漿料越穩定，未觀察到沉降結底現象。當固相含量50wt%的漿料添加三乙醇胺為4wt%~8wt%時，以及固相含量55wt%與60wt%的漿料添加4wt%的三乙醇胺時，可獲得適宜穩定性的漿料。

（4） 未添加分散劑的漿料靜置后存在結底硬塊現象，而添加三乙醇胺制備的漿料，無結底硬塊現象，漿料較穩定。說明三乙醇胺適合做水基漿料的分散劑。

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由圖5可知，前10h，添加有三乙醇胺分散劑的漿料沉降速度依次為：4%>8%>2%>6%；50h后，除了添加量為2%的漿料外，其他漿料沉降后漿料的高度都比較接近。綜合考慮其pH值和黏度，4%的添加量為最佳。

由圖6可知，在前2h內，觀察到漿料基本不沉降，尤其是未添加分散劑的漿料，整個實驗過程都未見有固液分離現象。但是從其沉降結底層厚度來看，漿料仍然不穩定，存在沉降分層現象。在前20h內，沉降最快的是添加8%和2%三乙醇胺的漿料，4%和6%添加量的漿料沉降高度接近。

3.4三乙醇胺對漿料沉降結底層厚度的影響

漿料靜置一段時間，最低層有一定厚度的較硬的結底層，漿料結底厚度反映的是漿料的穩定性能。不同三乙醇胺含量與固相含量的漿料沉降結底層厚度情況如圖7所示。

由圖7可知，未添加三乙醇胺的漿料都存在硬結底情況，固相含量為55wt%的漿料，其結底層厚度達到最高的10cm；而65%的漿料為最低值1cm。可能是在含量為55 wt %的漿料中，顆粒間的間隙適合沉底，濃度越低，越易分散開，分子間做布朗運動。濃度越高，顆粒間存在斥力越大，越容易阻礙顆粒沉底，因此，沉降緩慢。

而添加有三乙醇胺的漿料都未出現硬結底情況，但是其漿料存在一定厚度的淤積層，粘稠度比上層液稍稠。但可以全部順利傾倒出來，清洗時可以看到量筒壁上和底部有薄的附層，沒有顆粒感，說明添加三乙醇胺的漿料具有較好的穩定性。

4 結論

（1） 添加三乙醇胺的氧化鋯漿料，黏度值高于未添加分散劑的漿料，漿料黏度值在添加量為2wt%處存在峰值；添加量大于4wt%時下降到一個相對穩定的低黏度值；固相含量達到65wt%以上時，漿料中添加三乙醇胺后黏度值急劇增加。因此，三乙醇胺起絮凝作用，不建議三乙醇胺做分散劑使用。

（2） 添加三乙醇胺，漿料的pH值上升，隨著添加量的增加，pH值呈上升趨勢。為了保護生產設備，固相含量為50wt%的漿料建議三乙醇胺的添加量應低于8%；55wt%固相含量的漿料其添加量應低于6%；60wt%固相含量的漿料其添加量應低于4%。

（3） 添加有三乙醇胺的漿料沉降比較緩慢，黏度越大的漿料沉降更快；黏度越小的漿料，沉降越慢，漿料越穩定，未觀察到沉降結底現象。當固相含量50wt%的漿料添加三乙醇胺為4wt%~8wt%時，以及固相含量55wt%與60wt%的漿料添加4wt%的三乙醇胺時，可獲得適宜穩定性的漿料。

（4） 未添加分散劑的漿料靜置后存在結底硬塊現象，而添加三乙醇胺制備的漿料，無結底硬塊現象，漿料較穩定。說明三乙醇胺適合做水基漿料的分散劑。

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