釉用合成高分子電解質的演變及選用標準

王書唯，王志超，閆俊，張桂霞，曲敏杰

（大連工業大學紡織與材料工程學院，大連 116034）

1 前言

羥甲基纖維素（CMC）與羥甲基淀粉（CMS）在陶瓷行業中具有廣泛應用，但關于二者特性的研究還不夠深入，大部分以經驗為主，導致實際應用中存在一定問題。鑒于此，本文基于高分子電解質添加劑的特征，對釉料生產中釉漿的流動性與穩定性等展開研究，具有重要的現實意義。

2 高分子電解質帶負電

高分子電解質帶負電，是水溶性膠狀聚合物，在其鏈條結構上，載有大量負電荷，這些負電荷可以和水分子中的陽離子發生結合反應，同時也可以和固體表面出現結合反應，如熔塊、金屬氧化物、黏土類等?；诖嗽?，在釉漿中加入高分子電解質，不僅會賦予固體粒子在液相中的懸浮性，也會使釉漿的粘度出現變化，而且會賦予釉漿保水性、絮凝效應、解凝效應。

羥甲基纖維素（CMC）在陶瓷行業中擁有廣泛應用，其是通過將羥甲基團放入纖維素鏈上而獲得的。每單位的羥甲基團的平均數又稱置換度（DS），DS也是高分子電解質性能衡量的重要指標。在CMC分子鏈上單體的平均數量即集合度（DP），CMC鏈體是由一系列單體形成。DP代表分子鏈的長度，即是分子重量。CMC的水溶液的粘度與集合度有直接聯系，而水溶液粘度與置換度，是區分CMC種類的主要依據。

目前，CMC主要應用在一次燒成產品的釉料中，二次燒成產品的釉料生產中通常不會使用CMC，而是在配方中添加適量的塑性原料，如高嶺土、黏土等，以此來獲得需要的流動性能與具有一定強度的釉層。需要一定強度，是基于釉坯運送與絲印工序的考量。

一次燒成產品的情況不盡相同。在坯體施釉時，大部分水份保留在坯體與釉層的表層中，容易使表層坯體膨脹從而導致坯體拱起，不利于后續的絲網印花與一次快速燒成等工序，衛生潔具的施釉過程中，不宜采用噴槍噴釉，否則情況會更糟。這是因為衛生潔具坯體具有較好的吸水性，但是釉料比較濃，若釉料干的過快，非常容易導致釉層出現凹凸不平的情況，這樣一來就會導致衛生潔具與坯體之間出現程度不一的收縮以及釉層內部的斷層，而這種分層與開裂問題只有在產品燒成后才能明顯看出。

在釉料加工完成后進入到燒成這一工序之間，對其性能有特定要求，具體如下：

（1）在儲存水釉時，需要保持懸浮性，避免出現沉淀、結塊等現象。

（2）在施釉過程中，釉漿的流動性應適宜；在施釉完成后，釉層應具備一定強度，能夠承受印花工序網面的壓力，以及刮刀的掛刷，還要能夠避免輸送過程中的擦傷。在窯內，由低溫升到高溫的過程中，液相逐漸增加，以避免釉層與坯體出現分離。

CMC能夠很好的解決上述問題。此處對CMC在釉料中的機理進行探討。

釉漿的粘度有利于釉漿懸浮，但不能無限度提高。同時，提高釉漿的粘度會相應的提高釉漿的屈服值。從理論上講，若屈服值達到一定程度，同時釉漿顆粒不會因太重而出現沉降，則就不會出現沉淀。在其中，CMC具有提高屈服值的作用，但前提是添加量必須要適中。

通過研究具有較好性能的釉漿可以看出，當用鐘罩式淋釉器施釉時，必須要保證釉漿具有較高的粘度，而且還要具有一定的屈服值，以避免釉漿從坯體邊緣滴落。

在含有減水劑的釉漿中，CMC可以提高粘度與觸變性，且隨著CMC含量的增加，相應的釉漿的屈服值也會增加，這時候釉漿的流動性的假塑性更強。一般CMC，是根據其在水溶液中的粘度進行分類的，主要包括低粘度、中粘度、高粘度型三種。在CMC的水溶液中，溶液的粘度并非是隨著CMC濃度的增加而直線增加的，基本遵循對數曲線。從經驗的角度來看，CMC的濃度增加一倍，粘度會提高7-10倍。

釉漿的干燥時間是可以被改變的，可通過選擇粘度不同的CMC來實現，簡單而言就是改變施釉后釉面收水變干的時間。例如，衛生潔具使用噴槍施釉，在這一過程中低粘度高剪切應力的釉漿，被霧化的可能性更大，更容易通過噴嘴。在施釉后，需要釉漿保持較高的粘度與屈服值，以此來避免在垂直面上形成滴釉。這種情況下，一定程度的觸變性是有利的，雖然可能導致半成品釉面不太光滑，但因為衛生潔具的燒成周期比較長，最終釉面的效果依然是比較良好的。此時，在釉料中添加高粘度值的CMC，可提高釉漿的可塑性，且由于提高的釉漿的保水性，也延長了釉面干燥的時間。

3 羥甲基淀粉（CMS）

羥甲基淀粉（CMS）與CMC類似，是通過在淀粉中加合纖維素制得。CMS的置換度與CMC相當，能夠很好的調節釉漿的屈服值，另外也可以賦予釉漿較好的懸浮性。

4 聚丙烯酸鹽

低分子量的聚丙烯酸鹽是由丙烯酸的聚合生成而來，具體方法如下：用蘇打粉對丙烯酸進行中和處理，得到聚丙烯酸鈉，在中和過程中，分子鏈也會變得更具規則，以此來獲得一個寬范圍的分子量。平均分子量直接影響聚丙烯酸酯的特性，分子量在1000-10000這一區間時，聚丙烯酸酯是一種優良的減水劑，而當分子量大于10000時，聚丙烯酸酯會提高釉漿的粘度。相對于CMC而言，聚丙烯酸鹽的分子鏈穩定性較差，所以其保水性能也略遜于CMC，在陶瓷生產中其最大的價值是作為減水劑。

在此處，要對減水劑作用機理進行簡要介紹。對水溶液中的懸浮固相，若分散粒子之間的相互吸引力比較低，相應溶液的粘度也就比較低；若粒子之間的相互作用力比較高，那么粒子相互連接就會形成三維空間結構。此時，自由移動的粒子與水分子會在三維空間結構的空隙中“藏匿”，三維空間結構的不斷擴大，會導致溶液粘度越來越大。在粘度增加到一定程度之后，就會產生凝膠效應，即產生了觸變性。

在配方中加入高分子電解質與多聚磷酸鹽，其分子鏈上的電荷，會與粒子表面的正電荷發生結合反應，進而“覆蓋”粒子表面，使粒子之間的相互吸引力降低，這樣便組織了三維空間結構的形成，從而降低了釉漿的粘度與屈服值，進而減輕了觸變性能。

相比于多聚磷酸鈉，聚丙烯酸鹽對觸變性與屈服值的調節效果更強，而這一特性也使其在坯體的“減水”效果方面更具價值。

5 總結

本文中，對CMC、CMS和聚丙烯酸鹽等進行了簡要介紹，同時闡釋了一些減水劑在釉料中的作用，有利于陶瓷工作者了解添加劑的作用機理，從而提高生產質量，降低生產成本，避免生產事故。