新型聚合物陶瓷分散劑的研究與應用

新型聚合物陶瓷分散劑的研究與應用

0分散劑在陶瓷生產(chǎn)中應用陶瓷分散劑又稱分散劑、預凝劑、解膠劑、反聚縮回劑和稀釋劑，是現(xiàn)代陶瓷生產(chǎn)中應用最廣泛的添加劑。且隨著科技的發(fā)展,人們對陶瓷的性能提出了更高的要求,而分散劑作為一種在陶瓷漿料制備中起著重要作用的陶瓷添加劑,越來越受到國內外的廣泛關注。陶瓷分散劑的主要功能是通過提高系統(tǒng)的電動電位(ξ電位),降低陶瓷微觀結構的不均勻性,從而改善陶瓷漿料的流變性,使其在混漿及后續(xù)過程中水分含量減少的情況下,仍能保持適當?shù)酿ざ?、較高的密度和良好的流動性。添加適量分散劑,能有效改善粉料的表面性能,獲得內部微觀結構均勻、無缺陷的陶瓷坯體,避免了縮釉等現(xiàn)象的發(fā)生,提高了產(chǎn)品的質量;同時,添加分散劑也是提高材料的燒結性能和力學性能的重要因素;另外,它還能減少釉層的干燥時間,節(jié)省能耗,從而降低生產(chǎn)成本。因此,使用性能優(yōu)良的分散劑,能夠促進現(xiàn)代陶瓷生產(chǎn)向高質量、高效益、低能耗的方向發(fā)展。傳統(tǒng)普通分散劑由于受分子結構、相對分子質量等的影響,其分散作用往往十分有限,且用量較大;同時在后續(xù)處理過程中難以排出干凈,對陶瓷性能的發(fā)揮產(chǎn)生較大的影響,這種影響尤其在其作為電子產(chǎn)品基體材質使用時作用較為明顯。聚合物分散劑又稱高分子分散劑或超分散劑,最早為解決顏料顆粒在有機介質中的分散問題而開發(fā),后被廣泛應用在涂料、油墨、印染、塑料填充、陶瓷分散、水泥分散、軟磁材料等領域。它的引入克服了無機分散劑容易帶入雜質離子和有機小分子分散劑吸附不牢固、分散穩(wěn)定性差的缺點,所以聚合物分散劑以其良好的分散穩(wěn)定作用,近年來受到國內外學者的廣泛重視和越來越多的研究和應用。本文主要總結了近年來國內外在陶瓷用聚合物分散劑方面的發(fā)展現(xiàn)狀,并對幾類新型陶瓷分散劑的研究現(xiàn)狀做了重點介紹,希望能給該領域的進一步深入研究起到引導性的作用。1陶瓷分散劑的分類和功能機制1.1分散劑的分類分散劑作為諸多表面活性劑中的一種,其加入后能夠使陶瓷粉體顆粒表面迅速潤濕、顆粒表面勢能降低且固體質點間的勢壘上升到足夠高,從而達到分散、穩(wěn)定陶瓷顆粒的效果。分散劑種類繁多,根據(jù)分散介質的不同,可將分散劑分為水性分散劑和油性(非水介質)分散劑,而前者又包括離子型(包括陽離子型和陰離子型)、非離子型、混合型等。油性分散劑包括有機小分子分散劑和高分子分散劑,其中高分子聚合物分散劑又稱為超分散劑,它最早是為解決顏料粒子在有機介質中的分散問題而研究開發(fā)的,高分子分散劑也是目前研究最為活躍的一種高性能分散劑,尤其在陶瓷領域。顯而易見,根據(jù)組成不同,也可將陶瓷分散劑分為無機分散劑、有機分散劑、高分子聚合物分散劑以及復合分散劑等。常用的陶瓷分散體系、主要的分散劑及其特征列于表1中。1.2分散劑作用機理陶瓷漿料中的固體顆粒在熱運動、重力和攪拌的作用下,處于不規(guī)則運動中,存在大量的相對運動和碰撞,運動顆粒碰撞后是否成為團聚顆粒,取決于范德華力、庫侖力和空間位阻作用力三種作用力間的綜合作用。所以,要使陶瓷粉體顆粒處于穩(wěn)定的懸浮液中,必須增大顆粒間的排斥力,才能保持陶瓷漿料的分散性。分散劑是一種在分子結構上同時具有親水性和親油性兩種相反性質的界面活性劑,在懸浮液中能夠與陶瓷顆粒表面發(fā)生作用,從而降低分散體系中固體或液體粒子的聚集,均一分散那些難于溶解于液體的固體顆粒,同時也能防止固體顆粒的沉降和凝聚,形成穩(wěn)定懸浮液膠體。分散劑作用機理可概括為靜電斥力穩(wěn)定作用、空間位阻作用以及兩者的復合作用。在制備陶瓷漿料時加入分散劑,其作用方式為:靜電斥力作用即雙電層穩(wěn)定機制是指通過加入離子型分散劑,陶瓷顆粒表面產(chǎn)生一定量的表面電荷,使顆粒間產(chǎn)生較大的排斥力,進而實現(xiàn)顆粒的穩(wěn)定分散;空間位阻穩(wěn)定作用是指在懸浮體中加入一定量的不帶電的高分子量的化合物,使其吸附在顆粒的表面上,形成較厚的位阻層,使顆粒間產(chǎn)生空間排斥力,達到分散目的;靜電空間位阻復合穩(wěn)定作用即在懸浮體中加入一定量的高分子聚合物電解質或者加入一種高分子化合物與低聚物(如PEG)或有機物單體(例如檸檬酸三銨)的混合物,使其吸附在粒子表面上,此時聚電解質既可通過本身所帶電荷排斥周圍粒子,又能通過其空間位阻效應阻止周圍粒子的靠近,兩者的共同作用可實現(xiàn)復合穩(wěn)定分散的效果。2聚合物有機高分子分散劑的分類聚合物陶瓷分散劑由于親水基、疏水基位置及大小可調,分子結構可呈梳狀,又可呈現(xiàn)多支鏈化,因而對分散微粒表面覆蓋及包封效果要比普通分散劑強得多,且其分散體系更易趨于均一、穩(wěn)定、流動,因此被稱為超分散劑,目前聚合物有機高分子分散劑的研制已被廣泛關注,是很有發(fā)展前途的一類分散劑。根據(jù)聚合物陶瓷分散劑在溶液中的存在狀態(tài),我們將其分為非離子型聚合物陶瓷分散劑和高分子聚電解質陶瓷分散劑;根據(jù)聚合物的特征和組成,我們將其分為聚羧酸類陶瓷分散劑、磺酸類聚合物陶瓷分散劑、天然高分子陶瓷分散劑和復合陶瓷分散劑等。隨著現(xiàn)代陶瓷工業(yè)向高水平和高質量方向發(fā)展的需求,上個世紀中后期廣泛使用的萘系和三聚氰胺系分散劑因其后處理工序繁雜,且在添加到高固含量的泥漿時漿料流動性變差,使其在陶瓷領域中的應用受到限制,所以這兩類聚合物分散劑我們不再做單獨介紹,而是在磺酸類聚合物陶瓷分散劑中作簡要提及。2.1聚羧酸類高效分散劑聚羧酸類分散劑(PC)是一種分子中含羧基聚合物或其接枝共聚物的表面活性劑,其分子結構豐富多變,呈梳型分布,自由度大;主鏈短(由含羧基的活性單體聚合而成),可以對其進行靈活接枝活性基團;側鏈長(主要為PEO鏈),帶有親水性的活性基團,其吸附形態(tài)主要為梳形柔性吸附形態(tài),可形成網(wǎng)狀結構,具有較高的空間位阻效應。根據(jù)主鏈上設計的大單體結構單元的不同,一般可將聚羧酸類高性能分散劑分為聚丙烯酸(鹽或酯)類、馬來酸(酐)類、馬來酸與(甲基)丙烯酸(酯)共聚物類、含磺酸基的聚羧酸多元共聚物類等。該類分散劑具有原料單體來源廣泛、使用量低、分散性好、使用效果不受摻加順序影響、作用持久等諸多優(yōu)點,其某些性能還可以通過優(yōu)化合成工藝而達到,如活用聚合方法可調整其分散性能和引氣性能等。另外,由于聚羧酸類分散劑在合成生產(chǎn)過程中不使用甲醛和其他任何有害原材料,屬于環(huán)境友好型的分散劑產(chǎn)品,所以十分受研究界和工程界的重視。2.1.1聚丙烯酸鹽的分散作用聚丙烯酸(鹽或酯)類陶瓷分散劑是近年來國內外開發(fā)的丙烯酸類精細化工產(chǎn)品之一,其制備工藝和應用范圍已逐漸完善和擴大。該類聚合物是以丙烯酸為主要單體,其合成方法因具體的相對分子質量大小、應用功能及經(jīng)濟角度等方面的考慮,可選用溶液法、懸浮法和乳液法等來合成溶液態(tài)、黏液狀、膠體態(tài)、膠板或粉末狀聚合物。目前國內外各生產(chǎn)商、科研單位對該類分散劑的研究主要集中在共聚物和接枝方面,以提高它的應用性能和擴展其應用領域。聚丙烯酸(鈉)作為線型聚羧酸系陶瓷料漿分散劑的一種,因其分子量及其分布可控、帶有含量較高的羧酸根離子,且其線型分子結構能夠與黏土粒子發(fā)生靜電相互作用,因此,在陶瓷漿料中具有較好的減水與分散效果,而且作用范圍較寬,較之常用傳統(tǒng)分散劑有著很大的優(yōu)勢。其分散作用主要是通過聚丙烯酸(鈉)的獨特分子結構使其具有高負電荷密度而導致陶瓷顆粒間斥力增強、長分子鏈對陶瓷顆粒的包裹以及電離的Na+對漿料的ξ電位的影響而獲得。起分散作用時,聚丙烯酸(鈉)有機烷基的憎水性使得聚合陰離子能夠物理吸附在粘土邊面上,其親水基(-COOH)指向水介質形成單分子保護膜。另外,聚丙烯酸(鈉)帶有較大的分子骨架,為陶瓷坯體提供優(yōu)良支架,促使粗坯的強度提高,且經(jīng)高溫燒制后不易殘留,因而具有較好的研究價值。蔣冰燕等以丙烯酸為單體,過硫酸銨-亞硫酸氫鈉為氧化還原引發(fā)體系,制得可用于分散陶瓷漿料的中等相對分子質量的聚丙烯酸鈉。研究發(fā)現(xiàn)當聚合物的質量濃度為1g/L時,Zeta電位絕對值由16.7mV升高到54.6mV,聚合物質量分數(shù)為0.25%時,料漿體系的黏度從996mPa·s降低到179mPa·s。與添加無機陶瓷分散劑及聚合物的陶瓷粗坯樣條相比,聚丙烯酸鈉與無機電解質三聚磷酸鈉以質量比1∶1復合后制得的粗坯彎曲強度可提高33.33%。Nojiri等用丙烯酸銨和丙烯酸甲酯的共聚物作分散劑,發(fā)現(xiàn)當親水基團和疏水基團的比例在優(yōu)化值10∶90時,SiC陶瓷懸浮體可獲得最低的粘度,且利用注漿成型得到了均勻的坯體結構。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展,低分子量的聚丙烯酸(鹽)應用前景日益廣泛,尤其在陶瓷工業(yè)中能大大改善泥漿的性能。楊建紅等用溶液聚合法以丙烯酸作為單體、過硫酸鈉為引發(fā)劑、異丙醇為鏈轉移劑合成分子量范圍在2000~3000的聚丙烯酸鈉,并將其應用做陶瓷料漿的分散劑,結果表明,低分子量的聚丙烯酸鈉能大大改善陶瓷泥漿的流動性,而且其解凝范圍比較寬,在用量為0.6%時達到最佳減水效果。Loiseau等用RAFT(可逆加成-斷裂鏈轉移)自由基聚合制備了低分子量聚丙烯酸(PAA),由于多分散指數(shù)較小而大大提升了CaCO3、高嶺土和TiO2懸浮體的分散性能。另外,聚丙烯酸(鹽)分散劑在電子陶瓷領域如陶瓷電容器也已被廣泛使用。YaohuiLv等使用聚丙烯酸銨作分散劑制備出體系穩(wěn)定的摻有釹-釔-鋁的混合懸浮料漿,并通過研究確定了最適電解質濃度、pH值和固含量,在1750℃下真空燒結制備出Nd-YAG陶瓷。斯蒂芬等研究發(fā)現(xiàn),利用分子量約為8000的氨化的聚丙烯酸,添加量為0.75%時對鈦酸鋇漿料的分散是最有效的。2.1.2高分子分散劑在陶瓷工業(yè)中,高性能陶瓷的濕法成型制備,要求陶瓷懸浮液具有較高的固體含量、穩(wěn)定性和流變性好等特點,為了較好的漿料的流變性質,常常需要具備優(yōu)良分散性能的分散劑的加入。馬來酸作為含兩個羧基的不飽和單體,因其特殊的分子結構、多羧基及無毒環(huán)保等特征而被用來制備聚馬來酸(酐)及其共聚物,可用作分散劑、阻垢劑、增稠劑、防腐劑。因此,基于馬來酸與(甲基)丙烯酸(酯)類共聚物陶瓷分散劑的研制亦成為該領域的一個分支方向。ZhaoJL等通過測定zeta電位、沉積實驗、流變行為及粒度分析等手段研究了丙烯酸-馬來酸共聚物在鈦酸鋇懸浮液中的分散行為,發(fā)現(xiàn)隨著分散劑加入量的增加陶瓷懸浮料漿粘度降低,但當加入量大于0.3wt%時,分散劑在鈦酸鋇顆粒上的吸附達到飽和,此時粘度增加緩慢,分散劑的加入較之未加分散劑的陶瓷顆粒粒徑D50大為降低,且仍能較好分散。TraipholN等用聚丙烯酸(PAA)和丙烯酸-馬來酸共聚物(PACM)作為鋯鈦酸鉛(PZT)懸浮水溶液的分散劑,結果表明,PACM的分散效率較高,添加0.2wt%時陶瓷料漿的粘度最低。張會宜以馬來酸酐、丙烯酸和馬來酸二丁酯為原料,采用乳液聚合的方法制備出三元共聚物的鈉鹽,減水率可達35.19%。由于高分子聚電解質本身帶有大量親水基團與親油基團,能與粉體顆粒牢固吸附并在粉體周圍形成一定厚度的水化膜,與水性介質很好的相溶,在低水分含量下,使?jié){料具有合適的燒結密度以及良好的流動性,改善坯體微觀結構的均勻性,提高坯體的強度,減少燒結能耗。對馬來酸的結構稍作改進而引入親油基團或再與其它單體共聚,可以制得分散性能優(yōu)良的高效分散劑。李小瑞等先將馬來酸酐和聚乙二醇200在35℃下進行半酯化反應,之后再與丙烯酸共聚,制備了一種低相對分子質量的分散劑,實驗證明這種共聚物分散劑能有效提高氧化鋁陶瓷漿料的分散穩(wěn)定性及流動性,性能明顯優(yōu)于聚丙烯酸鈉和聚乙二醇。黃冬玲等根據(jù)高分子分散劑的作用機理和分子設計的原則,將馬來酸酐聚乙二醇200半酯化產(chǎn)物與甲基丙烯酸共聚制得的非晶態(tài)水溶性高分子聚合物表現(xiàn)出類似的優(yōu)異性能。RanQP等采用SMA-g-MPEG梳狀共聚物作為Al2O3陶瓷懸浮料漿的分散劑,其主干為易被Al2O3陽離子表面吸附的以馬來酸酐為主要單體的陰離子型聚羧酸,此梳狀聚合物還含有提供空間位阻斥力的親水性MPEG側鏈,側鏈的長度直接影響到聚合物的分散性能,帶有適中側鏈長度的SMA-g-MPEG表現(xiàn)出對Al2O3懸浮料漿較好的分散性能。有研究表明,線型聚羧酸系減水劑在陶瓷原料中的減水效果明顯好于梳型聚羧酸系減水劑,線型聚羧酸系減水劑更適合于具有層狀結構的陶瓷粘土顆粒的分散;其線型分子可以牢固的以線-面結合的方式吸附在粘土的顆粒表面,發(fā)揮其靜電斥力和空間位阻效應,有效分散了粘土泥漿的絮凝結構,阻礙粘土顆粒的直接碰撞,釋放自由水,降低了粘土泥漿的粘度,改善了流動性。JiangBY等針對分子結構和分散機制之間的關系,研究了線型聚羧酸系高效減水劑對陶瓷懸浮液吸附性能和流變行為的影響,為了得到高固含量且較好分散的懸浮料漿,測量了不同聚電解質在陶瓷懸浮料漿中的靜態(tài)和動態(tài)粘度及其流變行為,指出料漿的分散能力主要取決于電荷密度的大小,電荷密度越大,聚電解質的分散性越好,研究發(fā)現(xiàn)聚丙烯酸-馬來酸酐-衣康酸鈉側鏈上的電荷密度較大,能夠產(chǎn)生具備更加穩(wěn)定的分散性和流動性的陶瓷料漿。2.1.3磺羧酸系減水劑磺酸基具有電荷密度高、分散性好、不受分散介質pH影響等優(yōu)點,而磺酸鹽共聚物含有強酸和弱酸兩種官能團,其強酸官能團保持著離子特性,而弱酸基團則對活性部位有更強的約束能力。因此,將磺酸基引入到聚羧酸系陶瓷分散劑的分子結構中,能夠進一步提高其分散性能。張光華等以甲基丙烯酸(MAA)和烯丙基磺酸鈉(SAS)為單體,制得MAA/SAS共聚物,該共聚物熱穩(wěn)定性良好,用量為0.5%時,對陶瓷氧化鋁粉末的分散效果良好。王愛芝根據(jù)陶瓷泥漿的特性及聚羧酸系高分子減水劑的作用機理,以馬來酸酐、烯丙基磺酸鈉、聚乙二醇單甲醚為單體制備出一種新型良好的減水性價比的含磺酸基的聚羧酸系減水劑,其減水效果與傳統(tǒng)無機鹽減水劑相比,在用量減半的情況下仍能表現(xiàn)出較好的減水性能。前已提及,線形聚羧酸系分散劑有著其特有的優(yōu)勢,如若將磺酸基引入其中,則將會使其表現(xiàn)出更加優(yōu)異的性能。張艷麗等通過對羧酸系減水劑與粘土作用機理的分析,按照DLVO雙電層理論和空間位阻理論進行聚羧酸系陶瓷減水劑的分子設計,選用丙烯酸、甲基丙烯磺酸鈉為原料,通過水溶液調節(jié)共聚合的方法合成了一種線型聚羧酸系高效陶瓷減水劑。有研究表明,AMPS基共聚物分散劑由于引入磺酸基團,與Al2O3陶瓷顆粒表面產(chǎn)生高度親和的相互作用,且穩(wěn)定效果明顯優(yōu)于聚丙烯酸銨,即使在酸性條件下仍能夠提供強靜電位阻穩(wěn)定作用。2.2磺化三聚氰胺甲醛樹脂磺酸(鹽)類聚合物陶瓷分散劑的研究較早,主要有萘磺酸甲醛系列(NSF)、三聚氰胺磺酸鹽甲醛系列(SMF)、改性木質素磺酸鹽(MLS)、氨基磺酸鹽(ASP)等。該類分散劑結構單元中都含有磺酸基,其廣泛使用的分子結構一般為線型主鏈及多個長支鏈,產(chǎn)品的分散效果與分散劑的相對分子質量分布關系密切。萘磺酸甲醛系列高效減水劑為萘磺酸甲醛縮合物,由于原料萘和甲醛價廉易得,受到市場的青睞。該類分散劑的分散能力主要由靜電斥力決定,在堿性介質中,它能迅速地分解成帶負電荷的陰離子被各種顆粒吸附,并更快更大改變其Zeta電位,在顆粒之間產(chǎn)生較大的排斥力,提高其分散效果并優(yōu)化漿的流變特性。胡建華等將濃硫酸滴加到萘中生成β-萘磺酸,在甲醛的作用下合成出聚萘磺酸鹽,其減水率可達20~30%,是一種優(yōu)良的高效減水劑。劉潮霞等用廉價的草漿堿木素和萘等為原料合成出新型萘系減水劑,該減水劑具有萘系和木質素磺酸鹽系減水劑各自的優(yōu)點:減水率高、坍落度損失少、合成成本低。但該類分散劑的合成技術和性能不穩(wěn)定,因此近年來人們對其研究不多,且很少應用在陶瓷領域?；腔矍璋芳兹渲盗袦p水劑在建筑工業(yè)已經(jīng)應用,但在陶瓷工業(yè)中的應用不多,SMF分子中的親水基團—SO3H可提高其表面Zeta電位,從而增強其分散性能。沈一丁等通過分子設計,利用亞硫酸氫鈉對三聚氰胺甲醛樹脂進行改性,研制出了高固含量和各種磺化度的高效三聚氰胺甲醛樹脂陶瓷減水劑,并測定了其在陶瓷坯漿中的應用性能。結果表明,該產(chǎn)品減水率可達30%以上,是一種優(yōu)良的新型陶瓷坯漿減水劑,用掃描電鏡觀察陶瓷坯漿時,發(fā)現(xiàn)顆粒絮凝體結構解體,顆粒相互分散。但該類減水劑由于自身的缺點,性能不高且不穩(wěn)定,另外就是甲醛的使用也不符合綠色環(huán)保的要求,因此其應用也受到一定的限制。木質素磺酸鹽主要來自于亞硫酸鹽法制漿廢液,也可以由堿木質素磺化制得。其來源豐富,價格便宜,具有一定的分散性能,在陶瓷行業(yè)中主要用作助磨劑,但由于其分散效果不理想,將其直接用作陶瓷泥漿分散劑的研究應用較少,需要對其進行改性處理后使用。王瑞生等在陶瓷泥漿中加入0.05~0.15%木質素磺酸鈣可以提高干坯強度20~30%,在此加入量范圍內對泥漿觸變性有一定的影響,但能滿足工藝要求,并且還可調整其他電解質加入量改善泥漿觸變性。泥漿中引入木質素磺酸鈣,為充分利用低可塑性粘土資源提供了途徑,具有較高的資源利用和經(jīng)濟價值。郭素芳等考察了改性木質素磺酸鈉GCL3S系列產(chǎn)品對墻地磚陶瓷漿料應用性能的影響,結果表明,GCL3S具有較好的分散穩(wěn)定性能。并將GCL3S產(chǎn)品與水玻璃、六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉復配能進一步提高其應用性能,其中與六偏磷酸鈉按質量比1∶1復配,總摻量為0.2%時,陶瓷漿料流出時間僅38.81s,分散性能明顯優(yōu)于目前常用的無機鹽分散劑。氨基磺酸系高效減水劑是一種高性能減水劑,主要由氨基芳基磺酸鹽、苯酚類和甲醛縮合而成,具有減水率高、坍落度大且經(jīng)時損失小的優(yōu)點,但也存在一些不足,例如泌水性大、成本較高及主要生產(chǎn)原料苯酚為易揮發(fā)的有毒、刺激性物質,易給環(huán)境造成較大的污染等,從而限制了其應用。曹麗云等以對氨基苯磺酸、苯酚和甲醛為主要原料,采用堿性合成線路制備了氨基磺酸系高效減水劑,并將之應用于99%氧化鋁陶瓷料漿中。結果表明:所合成的氨基磺酸系減水劑是一種高效陶瓷料漿用減水劑,當加入量0.6%左右時,料漿粘度從加入添加劑時2725.1Mpa·s減少至49.1Mpa·s;和傳統(tǒng)的工業(yè)減水劑相比,其用量少,作用效果明顯,減水劑對干燥坯體還有一定的增強作用,具有潛在的工業(yè)應用前景和推廣價值。從以上幾種磺酸鹽類減水劑的性能來看,各有其優(yōu)缺點。比如,氨基高效減水劑損失小,但是泌水性大;萘系高效減水劑基本上不泌水,但粘土容易發(fā)黏,坍落度損失快,通過復合使用,應該可以發(fā)揮疊加效應,改善性能,同時獲得一定的經(jīng)濟效益。因此,對磺酸(鹽)類聚合物陶瓷分散劑的改性和復配研究將是一個發(fā)展趨勢。2.3陶瓷基復合材料天然高分子或改性天然高分子分散劑一般是從動植物分離、精制而得到的兩親性水溶性高分子,因其無毒、易降解、地球上大量存在并可再生,也有望成為以后研究的重點之一。近年來,基于綠色環(huán)保的需要,許多天然高分子如淀粉、菊粉、纖維素、甲殼素、木質素、多聚磷酸酯等已逐漸被廣泛應用在工業(yè)生產(chǎn)中。有研究表明,由棉纖維素制備的水溶性丁基磺酸纖維素醚(SBC)減水劑和用玉米淀粉制備的一種以脫氧葡萄糖長鏈為憎水基,羥基和磺酸基為親水基的緩凝減水劑(ST)對混凝土均有較好的減水率。在陶瓷領域,早在上個世紀七八十年代國內就有有關鞣型減水劑(AST)的應用研究,該類減水劑的制備是將鞣料植物原料在堿性介質中蒸煮和磺化后,單寧由羥基芳香族化合物變成氫化芳香族羥基磺酸鹽,木素變成木素磺酸鹽,制成陰離子表面活性物質,具有分散、減水及緩凝等性能,適用于陶瓷生產(chǎn)。天然高分子腐植酸具有膠體的性質,有很大的內表面和很強的吸附、交換、絡合或鰲合的能力。這些物化性質使腐植酸的鈉鹽可以作為陶瓷原料添加劑,并對陶瓷的強度、光澤等性能起著增強作用,對陶瓷泥漿又具有良好的解膠性能。在陶瓷泥料加入腐植酸鈉后,能夠導致陶瓷漿料流變性的變化,由原來的非牛頓流體變?yōu)榕ｎD流體,屈服應力減少,塑性粘度降低;水化性能變好,沉降穩(wěn)定性增加;粘土顆粒間的聚集力減弱,分散性能變好;Zeta電位絕對值增加,雙電層變厚。陶瓷纖維在水或分散介質中的均勻分散,實現(xiàn)纖維之間的良好架構是纖維復合材料濕法成型的關鍵。陶瓷纖維的分散方法有機械攪拌,超聲分散,添加分散劑等。曾令可等提出了一種新的表征陶瓷纖維分散性的方法—以攪拌后料漿中產(chǎn)生陶瓷纖維球的質量比來表征纖維的分散效果,可以快速有效地對纖維的分散效果進行評價。通過加入羥丙基甲基纖維素,聚丙烯酰胺等分散劑,發(fā)現(xiàn)加入羥丙基甲基纖維素能大大降低陶瓷纖維的聚集現(xiàn)象;加入PAM的纖維料漿具有良好的分散性,當加入量為0.4%時,成球率幾乎為0,此時陶瓷纖維分散良好。2.4分散劑的應用新型分散劑的開發(fā)一般有兩種途徑:對現(xiàn)有分散劑進行復配和新型分散劑的化學合成如超分散劑。將已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)的分散劑進行復配,往往可以得到意想不到的好效果,比如對于陰陽離子型分散劑的復配,現(xiàn)已經(jīng)取得了重要突破,復配后可以得到均一穩(wěn)定的系統(tǒng),分散劑性能大幅度提高,有利于降低使用成本。如今,復配技術也初步摸索出了一些規(guī)律,通過研究者、生產(chǎn)者和使用者之間的密切合作,相繼開發(fā)出了一系列新型高效復配型陶瓷分散劑。新型復合陶瓷分散劑一般是無機或有機的復合物,如腐植酸鹽—硅酸鹽合成物、腐植酸鹽—磷酸鹽合成物、磷酸鹽—硅酸鹽合成物以及合成聚合電解質等。復合分散劑具有解膠范圍寬、減水效率高、成本低廉等優(yōu)點,有廣泛的應用前景和顯著的經(jīng)濟效益。當高分子減水劑與無機物減水劑混合使用時,既利用了無機物減水劑雙電層的因素,又利用了高分子減水劑位阻的因素,減水效果更好。曹文華等通過將腐植酸鈉與偏硅酸鈉按一定比例混合并添加一定量的偶聯(lián)劑,李輝茹等將低分子量聚丙烯酸鈉與無機物(碳酸鈉、硅酸鈉)復合,均制備出新型陶瓷泥漿減水劑,減水率可達50%以上。在陶瓷膠態(tài)成型技術中,制備高固相含量、體系均一、穩(wěn)定性和流變性好的濃懸浮體系為關鍵工藝。懸浮體系的性能與分散劑的類型、分散劑的含量、pH值范圍、粉體的粒徑、固相含量等因素密切相關。龐學滿等采用聚硅氧烷乳液/聚丙烯酸銨復合分散劑來制備高固相含量、低黏度、穩(wěn)定的氮化硅(Si3N4)陶瓷料漿,該料漿可用于凝膠注模成型,聚硅氧烷乳液用量為0.4%,PAA-NH4用量為0.8%時,可以制備固相體積含量高達50%、黏度低于1.0Pa·s,穩(wěn)定性較高的料漿,適宜凝膠注模的成型。王紹平等發(fā)現(xiàn)低聚物或單體分散劑的加入使高聚合物型分散劑的利用率得到提高,且該復合分散劑的使用可避免漿料出現(xiàn)二次團聚。2.5超分散劑表面活性劑的制備隨著人們對陶瓷材料的性能要求日益提高,制備性能優(yōu)異的陶瓷產(chǎn)品已顯得愈來愈重要。非離子型高分子分散劑是與聚電解質分散劑相對應的一類分散劑,主要有聚氧乙烯類衍生物、聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮等,主要依靠空間位阻穩(wěn)定機制對陶瓷顆粒進行穩(wěn)定,這方面的研究已有許多報道。在此基礎上,人們將非離子型高分子與聚電解質復合共聚制得新型高效分散劑(超分散劑),取得了較好的成效。李付萱等通過自由基共聚反應在氧化還原體系中制備了具有兩親結構的水溶性四元超分子聚合物(SPMISS),其中n(衣康酸)∶n(烯丙基磺酸鈉)∶n(甲基丙烯酸)∶n(苯乙烯)=1∶1∶1.3∶0.1,該分散劑可顯著優(yōu)化陶瓷漿料的流變性和穩(wěn)定性。黃冬玲以馬來酸酐—聚乙二醇單酯為反應單體先進行半酯化反應,制得半酯化單體,再以甲基丙烯酸和苯乙烯為功能性單體,并以過硫酸鉀為引發(fā)劑,通過溶液聚合法合成了較低相對分子質量的梳狀聚合物分散劑,該聚合物分散劑對陶瓷用粘土漿料的分散效果。王鵬等用丙烯酸與聚乙二醇在對甲苯磺酸催化劑的作用下進行酯化反應,合成聚氧乙烯基烯丙酯大單體(PA),再由聚氧乙烯基烯丙酯大單體、甲基丙烯磺酸鈉和丙烯酸共聚得到新型聚羧酸系高效減水劑(MPC)。超分散劑是一種新型、高效的聚合物分散劑,對體系溫度、pH值等因素都不敏感,它與表面活性劑和傳統(tǒng)的聚合物分散劑相比具有不易