CMC在陶瓷領域的應用

于海霞 董延玲

北京科遠智恒工程檢測有限公司（100070）

CMC在陶瓷領域的應用

于海霞 董延玲

北京科遠智恒工程檢測有限公司（100070）

介紹了CMC的特性，綜述了CMC應用到陶瓷生產中的作用及機理，選用CMC一些注意的問題，概括了CMC的市場前景及發展方向。

CMC；陶瓷；應用

0 引言

CMC是羧甲基纖維素（Carboxymethyl cellulose）的簡稱，它是一種陰離子、直鏈、水溶性纖維素醚，因其具有良好的黏結、懸浮、保水、分散等性能，被廣泛應用于建筑陶瓷生產中，作為陶瓷坯體、陶瓷釉漿、陶瓷花釉的添加劑，提高陶瓷產品質量。隨著CMC的應用不斷被研究，對CMC的需求不斷增長，對CMC的要求也越來越高，尤其是針對特定應用開發的專用型產品（如超低黏度等）。

1 CMC的性質

CMC的學名是羧甲基纖維素，又因為它大多以羧酸鈉鹽的形式存在故又稱羧甲基纖維素鈉鹽，結構通式為（C6H9O4-O-CHCOONa）n，n為聚合度。外觀為白色或黃白色顆粒，或呈纖維粉末狀[1]。無毒無味，易吸潮，在堿性溶液中穩定，遇酸易水解，溶解于水中充分水化成黏稠、滑膩溶液的大分子物質，產生增稠效果。CMC的結構呈鏈狀，為高分子電解質，其溶解度主要取決于聚合度、替代度以及取代基團的分布。

衡量CMC性能的關鍵指標有二[2]:

1）聚合度（DP）:表示分子鏈的長度及分子量的大小。不同聚合度的CMC,其固有的黏度不同，根據聚合度的高低可分為高黏、中黏、低黏，此外易受溫度、電解質、pH值、機械攪拌速率等因素的影響，并且它直接影響到CMC在釉漿中的用量及使用效果。

2）替代度（DS）:纖維素大分子中，每個葡萄糖單元上三個羥基參與反應，平均取代醚基的個數。替代度的最大值是3，但是在工業上用途最大的是替代度在0.5～1.2范圍內。據有關研究結論可知[3]，釉漿用CMC無論黏度高低，一般都選用CMC替代度≤0.7為宜。

2 CMC的應用

由于CMC優異的工藝性能及在陶瓷生產中廣泛應用，可用于坯體中作黏結劑、增塑劑、坯體增強劑，也可用于釉漿中作為黏結劑、懸浮劑、保水劑等，對改進陶瓷性能有著重要的意義。

1）CMC在陶瓷坯體中的應用

CMC是具有足夠鏈長的高分子聚合物，將CMC添加到陶瓷泥漿中，CMC分子間靠氫鍵和范德華力作用形成網狀結構[4]，使坯體粉料進入網狀結構而凝聚，起到黏結作用。坯用CMC在黏土-水系統中起到黏結作用從而使泥料的可塑性和生坯抗折強度明顯提高。與其他坯體增強劑相比，坯體專用的CMC使用時加入量少，且增強效果明顯，并且在球磨過程中，分子鏈被破壞少，生坯灼燒后幾乎不留灰燼，無殘渣無黑心，由于CMC的懸浮作用防止原料沉淀是坯體均勻性好。市場上出售的廣東江門量子高科生產的邦維牌坯體專用CMC增強效果明顯，并且可根據生產需要加入量控制在0.03% ～0.2%的范圍內，是其他坯體增強劑的1/5～1/3[5]。CMC作為坯體增強劑時，要求其聚合度較高，取代度適中，其水溶液稠度高，有一定的抗酸、抗鹽能力。

2）CMC在陶瓷釉漿中的應用

CMC在陶瓷釉漿中起到黏結、懸浮、保水等作用。CMC在釉漿制好后加入，加入量為0.2%～0.5%，再球磨1 h左右。過長的球磨時間對分子鏈有破壞作用，使釉漿黏度降低，黏結性能下降。

①作黏結劑

用作釉料黏結劑的不同種類CMC的分子量是不同的，這對調節釉漿黏度和施釉工藝具有重要意義。CMC水溶液的黏度大小取決于CMC分子的鏈長和分子量，釉面黏結效果隨著聚合作用增加而增加。CMC的作用機理是在原材料顆粒間形成黏結薄膜，以保證它在除去物理水后不發生位移；由于其水溶性，故可以完全包覆住釉料顆粒牢固黏結在坯料表面。使用CMC作釉料黏結劑，可明顯提高釉料的附著能力，提高釉層強度，改善坯釉結合能力，減少陶瓷生產中如搬運、裝窯和干燥過程中因碰撞、磨蹭等原因造成廢品。

②作懸浮劑

釉料主要由瘠性原料組成，釉漿中如不添加CMC，由于各種原料性能的差別和重力作用，經過一段時間易產生沉淀分層。放置較長時間會導致底部釉漿與水分層產生硬塊，很難將其攪拌均勻。加入CMC后由于形成網絡結構及對釉漿粒子的吸附，支撐釉漿粒子的重力，又因為CMC是長鏈高分子聚合物，在釉漿中占據一定空間，使釉粒子相隔，特別是帶負電荷的CMC離子與帶負電的黏土離子相互排斥，提高懸浮性。加入CMC的釉漿放置較長時間后也不會產生沉淀結塊現象,易將其攪拌均勻。

③作保水劑

保水性是確定釉漿在施釉時被坯體吸收快慢的工藝參數，它也影響釉面的質量。CMC通過促使固相顆粒間的黏合，形成黏結性好的釉層，使釉層具有良好的保水性。加入CMC的釉漿噴到坯體表面，其水分不會很快被坯體所吸收，而是在保持一段時間后才被吸干。這對形成均勻、致密、平滑和無缺陷的釉層，提高坯釉結合性是十分重要的。

此外，CMC在陶瓷生產中作坯料可塑劑，在印花釉和滲花釉中，可作顏料粒子的連接料或載體，按比例添加到電瓷釉中可解決脫釉、花釉、釉泡等問題。不同型號的CMC在陶瓷生產中作用不同，使用時廠家應根據各自的生產條件和工藝，選擇不同聚合度和取代度的專用型CMC，保證獲得高質量的釉面效果，生產出高質量的陶瓷產品。

3 CMC在陶瓷生產中注意的問題

釉料中使用原料多為瘠性原料，可塑性原料很少，通過加入CMC來調整黏度，漿料黏度會隨著CMC的加入量增大而上升。其中塑性原料含量高，CMC加入量小，反之加入量大。同時陶瓷生產環境（如溫度、濕度等）對CMC黏度也有影響，這就要根據試驗結果來決定加入量。同時也要考慮替代度的影響，它是決定水溶性的關鍵因素，陶瓷生產中使用的CMC水溶性一定要好，水溶液必須通過200目篩。

CMC的加入方式對釉漿性能也有影響,徐小勇[6]等研究了CMC不同的加入方法對釉漿黏度的影響，試驗結果表明，球磨時間相同時，采用分期加入和溫水預溶都比直接加入時釉漿黏度大。有人在釉漿制備中加入適量減水劑來提高球磨效率，然后再加入CMC會使釉漿流動性變差，這種添加方式不好，最好一開始就加入CMC，然后再考慮適量加入減水劑,這樣與單獨加入減水劑有同樣的解凝效果，而且釉漿的穩定性更好，還可以降低成本。

釉漿使用前一般需要陳腐1～2 d，CMC發揮最好效果，釉漿充分穩定。釉漿受溫度影響顯著，當釉漿儲存多日,特別是夏天,CMC極易腐爛變質影響黏度，必須加入防腐劑。

4 前景和展望

隨著人們消費水平的日益提高和陶瓷工業的快速發展，人們對陶瓷質量和外觀要求不斷提高，對陶瓷的整體質量要求也越來越高。CMC在陶瓷業中所表現出來的優越性能早已受到并將越來越多地受到人們的重視。陶瓷生產中的各種功能助劑今后的發展方向是走復合助劑和多功能助劑的路子。因此，開發更多具有優異性能的CMC復合產品，實現CMC的工業化生產，必將有廣闊的發展空間和強有力的市場競爭力。

[1]沈一丁,李小瑞.陶瓷添加劑[M].化學工業出版社,2004: 110-111.

[2]王瑞生.羧甲基纖維素鈉在衛生陶瓷釉漿中的應用[J].陶瓷,2002(1):26-27.

[3]鄭曼云,張秀彩.CMC提高衛生陶瓷釉漿性能的研究.中硅會陶瓷分會技術交流資料.

[4]湯上,夏君.釉漿中添加MC、CMC的作用機理及應用初探[J].中國陶瓷2002(2):14-20.

[5]喻恩泰.陶瓷添加劑應用技術[M].化學工業出版社,2006: 124.

[6]徐小勇,石棋,等.羧甲基纖維素在陶瓷釉漿中的應用研究[J].中國陶瓷,2008,44(10):56-58.

[18]楊利偉,王天穩.混凝土碳化的影響因素及其控制措施[J].建筑技術開發,2005,32(2):34-36.