陶瓷釉料懸浮劑與解凝劑的使用研究

李家鐸 羅振峰 邱再林 張 磊

(1 廣東三水大鴻制釉有限公司 廣東 佛山 528143)(2 佛山科學技術學院 廣東 佛山 528000)

前言

隨著社會和科學技術的進步，人們對于陶瓷產品的質量要求越來越高。對于陶瓷產品來說，釉面的質量高低是影響其質量的關鍵因素之一。陶瓷產品的釉面質量除了與釉漿的特性及施釉工藝有關之外，還與其所使用添加劑的種類有很大的關系。特別是目前隨著建筑陶瓷行業的迅猛發展，快速成形、快速燒成及噴墨印刷技術的應用使陶瓷產能快速提升，與之對應的是長期無序開采和粗放式生產導致優質陶瓷原料的急劇減少，為了獲得具有良好釉料的工藝性能，并滿足制釉和施釉工藝的嚴格要求，保證生產穩定和高效地進行，選擇合適的釉料添加劑并確定較佳使用比例至關重要。

1 陶瓷添加劑概述

1.1 陶瓷添加劑的分類和作用

陶瓷添加劑隨陶瓷的產生而產生，為了調節釉料的性能，草木灰、動物骨灰、皂土等早早就被古人在陶瓷上應用，按照現在的概念，這就是典型的添加劑，只是古人沒有這個概念而已。各種新型陶瓷添加劑是現代化學工業中高新技術的產物，其優異的使用性能有力地促進了陶瓷工業生產向高質量、高效率的方向發展。陶瓷添加劑按成分可以分為無機物、有機物和復合物；按作用可以分為分散劑、塑化劑、絮凝劑、表面活性劑、防腐劑等。

陶瓷添加劑在生產中的用量不大(通常在0.1%～2.0%)，但作用卻很大。陶瓷添加劑的應用和對各種新型添加劑的開發已成為陶瓷工業發展的一個重要部分。20世紀80年代以來，隨著輥道窯的投入使用，建筑陶瓷大量穩定生產得以實現，陶瓷添加劑的研究和開發速度加快，其應用范圍起來越廣，遍及傳統陶瓷產業和新型陶瓷產業的各個領域。

不同的添加劑有不同的作用，有的添加劑能同時起到不同的作用，面對龐大的陶瓷添加劑家族，若全面進行研究，是相當困難的，筆者僅從常用的幾種釉料添加劑著手，進行簡單的實驗研究。釉料添加劑的作用主要有：調整釉漿粘度，獲得所要求的釉漿的觸變性，調整釉漿的密度，防止釉漿沉淀，促進釉料的排氣和除泡，改變釉料的流變學性能，調整釉料的保水性，改善坯釉結合等。

1.2 常用的釉料添加劑

為了使釉料達到需要的特性，一般會使用懸浮劑與解凝劑。這2類的種類繁多，有一部分添加劑甚至同時具有兩者性能。

1.2.1 常用懸浮劑

釉料主要是由瘠性原料組成，并且各種原料的性能差異很大，所以釉料通常需要加入懸浮劑來穩定釉漿性能，防止釉漿產生沉淀、分層。其常用的懸浮劑有：

1.2.1.1 高嶺土(Al2O3·2SiO2·2H2O)

高嶺土在陶瓷發展史上一直扮演著重要的角色，是重要的陶瓷坯釉原料，長期大量無序的開采使優質高嶺土礦越來越少。隨著大量化工原料的使用，熔塊已經成為釉料的主要組成部分，高嶺土的作用也轉變為最常用的懸浮劑，陶瓷廠家使用的絕大部分釉料配方中都有高嶺土。高嶺土的懸浮性一般與顆粒大小有關，粒度越細，懸浮性就越好。添加量一般為5%～10%。

1.2.1.2 羧甲基纖維素鈉(CMC,C8H11O7Na)

CMC成為釉料添加劑是陶瓷產業現代化發展的產物，因其在食品行業廣泛應用和優良的增稠、乳化、懸浮、保水、增強韌性等性能引起陶瓷技術人員的喜愛而得以在陶瓷行業快速推廣使用。由于聚合度的不同，所得產品的性能也不一樣，陶瓷行業往往根據其聚合度不同所表現出來的粘度特性將其分為高粘度CMC、中粘度CMC、低粘度CMC 3種。添加量一般為0.1%～0.2%。

1.2.2 常用解凝劑

1.2.2.1 水玻璃(Na2O·nSiO2)

陶瓷行業常用硅酸鈉為水溶物，其物理性質隨著其組成中的Na2O與SiO2的比例不同而存在較大差異。為了取得更佳的解凝效果，一般是采用0.2%～0.5%的碳酸鈉與硅酸鈉混合使用，因其使用對坯體有增加強度作用，更多使用于坯體加工。

1.2.2.2 純堿

純堿(碳酸鈉，Na2CO3)一般和水玻璃混合使用,純堿受潮后會生成碳酸氫鈉，對泥漿有絮凝作用,因此，純堿保存時要注意防潮。

1.2.2.3 腐植酸鈉

腐植酸鈉又名胡敏酸鈉，是由褐煤、煤矸石、泥漿等粉末與堿合成的，在陶瓷生產中的應用很廣泛。由于腐植酸根具有絡合作用，可促使漿料稀釋，降低粘度。但單獨使用腐植酸鈉作為稀釋劑時，稀釋效果一般不太理想，特別是在含有有機質較多的泥漿中效果更差，其觸變性也較大。其加入量不宜超過0.25%，否則在快速燒成的墻地磚中會因氧化不完全，易產生黑心現象。

1.2.2.4 磷酸鹽

陶瓷工業中常用的磷酸鹽主要有三聚磷酸鈉(STPP)、焦磷酸鈉和六偏磷酸鈉。其解膠機理是離子之間的置換和絡合效應，對一般類型的粘土均有明顯的解凝作用，是目前我國眾多陶瓷生產廠家最常用的稀釋劑之一。

1.3 懸浮劑和解凝劑的作用機理

1.3.1 懸浮劑的作用機理

通過吸附于固體顆粒的表面，降低液-液或固-液之間的界面張力。使凝聚的固體顆粒表面易于濕潤。同時在固體顆粒的表面形成吸附層,使固體顆粒表面的電荷增加，提高形成立體阻礙的顆粒間的反作用力。從而使固體粒子表面形成雙分子層結構,外層分散劑極性端與水有較強親合力,增加了固體粒子被水潤濕的程度。固體顆粒之間因靜電斥力而遠離。最終使體系均勻，懸浮性能增加，不沉淀，使整個體系物化性質一樣。

1.3.2 解凝劑的作用機理

漿料與水拌合后，由于顆粒分子引力的作用，使漿料形成絮凝結構，使10%～30%的拌合水被包裹在顆粒之中，不能參與自由流動和潤滑作用，從而影響了流動性。當加入減水劑后，由于減水劑分子能定向吸附于顆粒表面，使顆粒表面帶有同一種電荷，形成靜電排斥作用，促使顆粒相互分散，絮凝結構破壞，釋放出被包裹部分水，參與流動。

2 懸浮劑和解凝劑的應用

2.1 工業懸浮劑和解凝劑的應用實例

因受釉料的種類、施釉的工藝、產品特性等多方面因素影響,致使添加劑的選擇和使用狀況有所不同。表1為某企業釉料檢驗常用的STPP和CMC使用狀況。

表1 某企業釉料檢驗常用的STPP和CMC使用狀況

注：刮釉是模仿陶瓷生產線淋釉工藝，噴釉模仿陶瓷生產線噴釉或甩釉工藝。

2.2 懸浮劑和解凝劑的用量實驗

根據釉料特性，擬從生料釉和印刷釉2個產品進行實驗，了解添加劑對釉漿性能的影響。實驗選擇CMC(高粘度)和STPP 2種添加劑。

2.2.1 生料釉實驗

本實驗采用控制變量法，固定配方生料釉，為了保證釉漿量，為確保釉漿量能夠滿足實驗要求，每次釉料使用量200 g，快速球磨機研磨時間14 min，取研磨后50 mL釉漿和靜止24 h后50 mL釉漿測試流動速度，探討CMC和STPP用量對釉漿性能的影響。

表2 生料釉刮釉實驗(加水量為45 mL每100 g生料)

表3 生料釉噴釉實驗(加水量為70 mL每100 g生料)

續表3

實驗結論：

1)低容重釉漿因為含水率高，有利于自身流動，STPP的用量會比高容重釉漿少。

2)大部分釉漿靜置24 h后流動性會變差，流動時間變長，選擇添加劑時需要考慮這個變化。

3)當CMC和STPP添加量在釉料加入量在0.1%～0.25%范圍變化時，釉漿性能基本處于可滿足正常工藝需求狀態，超出這個范圍時釉漿的均一性和流動性都會很不理想。

4)CMC和STPP在生產中應該避免單獨使用，單獨使用CMC會增加釉漿粘度，降低其流動性；單獨使用STTP盡管短時間會提高釉漿流動性，但是釉漿穩定性不佳，無法保障正常使用。

2.2.2 印刷釉料方面的實驗及結論

表4 STPP加入量固定為0.15%，CMC變量釉漿流速變化實驗(釉料質量100 g,加水70 mL,研磨12 min)

表5 CMC加入量0.15%,STPP變量釉漿流速變化實驗(釉料質量100 g,加水70 mL,研磨12 min)

1)釉漿靜置后流速變慢，漿料應該盡快進入下一工序，以免影響釉面產生的不良反應。

2)在STPP加入量固定為0.15%時，隨著CMC加入量增加釉漿流速變慢，釉漿穩定性變好，不易分層，靜置后恢復原狀所需攪拌時間會減少，加入量太大會導致釉漿過于黏稠，存放后無法正常流動。

3)在CMC加入量0.15%時，隨著STPP加入量的增加，釉漿流速加快，但是靜置后恢復原狀所需攪拌時間會增加，這對于釉料的存放極為不利。

4)檢驗靜置前后流速的原因不單只是觀察流速的變動，重要的是查看其靜置后懸浮性是否適合，恢復原狀能力的強弱性，這對于釉料的存放是一個重要指標。

圖1 STTP加入固定量為0.15%，CMC變量釉漿流速變化

圖2 CMC加入量0.15%,STPP變量釉漿流速變化實驗

3 結語

通過上述的實驗我們可以看出，盡管CMC和STPP在釉料中的使用比例很低，但對釉漿性能的影響卻是非常大，這就要求我們在選擇和使用添加劑時要特別慎重，既要選對又要嚴格控制其使用量。由于釉料自身特性的不同和施釉工藝要求不同等差異，對添加劑的使用范圍要求也會有所差異，為此在使用之前必須經過多次實驗才可投入生產。同樣使用在釉料中時添加劑的影響方向是大體一致的，所以使用時可保持選擇方向不變的前提下，在用量方面進行實驗修正，最終確定理想比例。

本次實驗由于時間關系，方法較為單一，結論只是一種趨勢，后續需要更加詳細、完整的實驗來對上述結論進行佐證和修正。