羧甲基淀粉鈉復合增強劑制備及其在陶瓷中的應用

宋斌 黃月文 劉新鴻 王斌

摘 要：基于羧甲基淀粉鈉（CMS）的增強作用，開發了一種復合球土增強劑。優化了各組分的含量，結果依次為：CMS43.84%、PVA12.16%、PVB24%。當復合球土增強劑用量0.3%時，干坯強度提高至2.98MPa，增強超過76.3%。展現良好的增強作用，符合生產要求。

關鍵詞：羧甲基淀粉鈉;增強劑;制備

1 引 言

增強劑是陶瓷減薄、節能降耗的關鍵[1]，有利于陶瓷企業綠色發展，因此，具有較大的市場需求。單一組分的增強劑較難滿足企業的需求，如羧甲基纖維素鈉（CMC）具有較大的增強作用，但極易引起泥漿粘度過大的問題[2];黑泥有一定的增強作用，但受環保和耕地保護政策影響，高品質的黑泥供應量越來越少[2]，穩定供應和成本上漲均成為面臨的問題;腐植酸鈉能增加坯體強度[3]，但增加幅度不大。因此，開發復合增強劑滿足企業生產實際需求具有重要意義。

羧甲基淀粉鈉（CMS）具有提高保水率和內聚力[4]，對紙張也有較好的增強作用[5-6]，有望應用于陶瓷坯體增強與保濕，減少開裂現象;聚乙烯縮丁醛（PVB）具有較高的抗沖擊性能[7];聚乙烯醇（PVA）具有改善抗裂性能和彎曲韌性的作用[8-9]。基于此，本文研究開發一種羧甲基淀粉鈉復合增強劑，并應用于陶瓷坯體的增強。

2 實驗

2.1試劑與儀器

試劑? CMS、CMC、聚乙烯吡咯烷烔PVP（均購于阿拉丁控股集團有限公司）、PVB（購于廣東粵美化工有限公司）、PVA（購于廣州市銀環化工有限公司）、東鵬球土（來自于廣東東鵬控股股份有限公司）、盈科球土（購于江門盈科陶瓷原料有限公司）、高效陶瓷解膠劑CA100（來自于中科院廣州化學有限公司）。

儀器? YJKS快速研磨機（購于佛山市業津機電設備有限公司）、微機控制電子萬能試驗機RGM-3030（購于深圳市瑞格爾儀器有限公司）。

2.2復合增強劑的制備

按配方比例將CMS、PVB、PVA、盈科球土等加入至行星球磨罐中;再加入2倍質量于物料的鋯球，級配為mφ2.0：mφ1.5：mφ1.0=1：2：2，并行星球磨10min;然后，過篩將球料分離，制得均勻的球土增強劑。

2.3增強劑強度的測試

2.3.1 泥漿的分散

稱取100g盈科球土和0.25～ 0.3g球土增強劑，加入200g級配為mφ2.0：mφ1.5：mφ1.0=1：2：2的鋯球初步混勻，即球料比（質量比）為2：1;然后加入0.2g CA100和49.25g水的混合溶液，即含水率33%，并行星球磨10min;接著，過篩進行球料分離，制得均勻的泥漿。

2.3.2 干坯的制作

將泥漿通過塑料漏斗和橡膠管引流入石膏模具，并補泥漿10ml，室溫注漿成型2.5h，制得濕坯;然后，在烘箱中以105℃的條件下烘干3h，獲得尺寸為Φ15mm×180mm的圓棒型干坯。

2.3.3 強度測試

將干坯在微機控制電子萬能試驗機RGM-3030上測試抗壓強度。

3結果與討論

3.1 有機增強劑的優化

按比例稱取PVB、東鵬球土等，并分別加入3份CMS、3份CMC和3份PVP;然后球磨10min制得球土增強劑。用萬能材料測試儀測量相應的干坯彎曲強度，如圖1所示，其中CMS復合增強劑增加最大，強度由1.5MPa提高至1.75MPa;PVP使得干坯強度降低，可能是PVP影響了注漿成型，降低了干坯強度。因此，優化的有機組分為羧甲基淀粉鈉。

3.2 球土的對比

東鵬球土、盈科球土（成分見表1）對應的泥漿分別注漿成型、烘干，并用萬能材料測試儀測量彎曲強度。盈科球土的干坯強度較大，為3.11MPa，可能是因為鋁含量較高。因此，優選的球土為盈科球土。

3.3 PVA含量的優化

按比例稱取盈科球土、CMS等，并調整CMS與PVA的比例，分別為3.6：1、2.6：2、1.6：3和0.6：4，球磨10min制得球土增強劑。檢測相應的干坯彎曲強度，如圖2所示。當CMS與PVA比值在0.15～1.30范圍內時，坯體強度隨CMS/PVA比值的增加而降低，如圖2所示;在1.30～3.60范圍內時，坯體強度隨CMS/PVA比值的增加而升高，是因為CMS和PVA共同作用，當在3.60處坯體強度達到最大，為1.98MPa，此時CMS用量為3.6%，PVA用量為1%。因此，優化的PVA含量為1%。

3.4 PVB含量的優化

按比例稱取球土、CMS等，固定CMS與PVA的比值為3.6。并調整PVB的含量，依次為：0.4%、1.5%、3.0%和4.5%，球磨10min制得球土增強劑。當PVB含量由0.4%提高到1.5%時，干坯強度由1.94MPa增加到2.20MPa，如圖3所示，可能是PVB起到了一定的增強作用。當PVB含量由1.5%提高到4.5%時，干坯強度反而由2.20MPa降低到1.88MPa，是因為CMS和PVA含量的降低，干坯強度降低，當PVB含量為1.5%時，干坯強度達到最大。因此，優化的PVB含量為1.5%。

3.5 有機相組分含量的優化

按比例稱取球土、CMS等，固定CMS、PVA和PVB的比例為2.74%：0.76%：1.5%，調整有機組分的總含量，即有機增強劑的含量依次為5%，10%，20%，40%，60%，70%，80%和90%。球磨10min制得球土增強劑。當有機增強劑含量由10%提高到40%，干坯強度變化不大，如圖4所示;當含量由40%提高至90%時，干坯強度由1.94MPa增加至3.61MPa，增強幅度大;但考慮到當含量90%時泥漿觸變特別大，而含量80%時泥漿粘度適中。因此，優化的有機相組分含量為80%。

4結論

（1）有機組分優化為CMS，無機組分優選盈科球土時，增強劑增強效果較好。

（2）優化的CMS復合增強劑組分含量為： CMS43.84%、PVA12.16%、PVB24%和其他20%。當增強劑添加量為0.3%時，干坯強度增加至2.98MPa，增幅超過76.3%，滿足生產需求。

參考文獻

[1] 張東升， 袁富詳， 彭濱. 陶瓷坯體增強劑的研究應用[J]. 佛山陶瓷， 2016，26（8）：25-30.

[2] 張國濤， 黃惠寧， 戴永剛， 等. 陶瓷磚坯體增強劑的研究進展及前景分析[J]. 陶瓷， 2013（1）：13-20.

[3] 潘蕾， 孫曉然. 多功能陶瓷添加劑及腐植酸鈉應用[J]. 江蘇陶瓷， 2005，38（5）：31-34.

[4] 卞亞洲. 高取代度羧甲基淀粉鈉制備及其在砂漿中的應用[D]. 華東理工大學，2011.

[5] 金珠， 張美云， 李新平， 等. 不同取代度羧甲基淀粉鈉紙張增強性能的研究[J]. 造紙化學品， 2005（6）：6-8.

[6] 楊道華， 趙傳山， 于冬梅. 羧甲基淀粉鈉的應用研究[J]. 造紙化學品， 2010，29（4）：36-39.

[7] 譚正德， 胡金平， 李俊芝. 改性聚乙烯醇縮丁醛膠粘劑的研制[J]. 粘接， 2004，25（3）：28-30.

[8] 王永波. PVA纖維增強水泥基復合材料的性能研究[D]. 重慶大學， 2005.

[9] 王振波. 聚乙烯醇-鋼纖維混雜增強水泥基復合材料力學性能研究[D]. 清華大學， 2016.