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1、羧甲基纤维素在陶瓷釉浆中的应用羧甲基纤维素在陶瓷釉浆中的应用第 39 卷第 2 期302006 年 4 月江苏陶瓷JiangsuCeramicsVol-39,No.2April,2006羧甲基纤维素在陶瓷釉浆中的应用曹健(河北曩工大学,唐山 063009)摘要通过对羧甲基纤维素作用机理,性能特点的分析,讨论陶瓷墙地砖生产中釉浆添加剂羧甲基纤维素的正确使用及选型应注意的关键问题.关键词羧甲基纤维素;添加剂;陶瓷釉浆U 刖舌釉料在建筑陶瓷与卫生陶瓷产品中发挥着非常重要的作用,釉料最终能否达到技术要求,贯穿在整个生产工艺流程中.从陶瓷工艺理论与生产流程来看,不论企业生产规模如何,被粉碎的釉料熔块混合
2、物与球磨原料均很少能够直接用于施釉工艺中去.这是由于釉料悬浮体的流变性必然受到几种组分粒度的影响,从而影响施釉厚度与釉层的均匀性.为了改善釉料的物理性能,在釉料中引入各种添加剂,已成为国内外陶瓷企业一种很普遍的技术现象.目前,添加剂已经形成丰富多样的辅助原料产品体系,它们是为了满足陶瓷工业日新月异的发展要求应用而生,成为陶瓷工业新材料发展中的“新宠儿“.羧甲基纤维素是工业生产上应用广泛的一种极重要的水溶性聚合物,它具有增稠,分散,悬浮,乳化,粘合,成膜,保护胶体和保护水分等优良性能,广泛用于各种行业,特别是陶瓷墙地砖制釉的生产中.1 陶瓷墙地砖施釉釉浆的性能目前,大多数墙地砖生产厂采用圆盘离心
3、式施釉法.此方法是依靠甩釉盘旋转产生的离心力将釉浆甩出,均匀洒在坯体表面,施釉量一般为坯体质量的 1/18-1/14,但它的质量却直接影响产品的性能和等级.坯体施釉时,水分更多地是保留在釉层和坯体的表面.如果釉浆含水量大,则会造成流釉,或引起表面坯体的膨胀,导致坯体拱起;反之,如果釉浆粘度过大,易造成釉面不平,釉层开裂和脱釉等现象.为此,对施釉釉浆的性能有一定的要求:(1)低的沉降速率.水釉在储存时,必须保持悬浮性,不发生沉淀,避免结块.收稿日期:2005-11-17(2)低的粘度,流动性必须适当,以便流成平滑的表面.(3)高的降伏点(不是在流动形态,而是在釉浆失去一些水以后)以便使釉层不至于
4、堆垂.(4)釉层必须具备一定的强度,以承受印花工序网面的压力和刮刀的刮刷,以及釉坯在输送过程中的擦伤.(5)长期存放,釉浆不起变化(指化学成分的变化).(6)在窑内,从低温到高温的升温过程中,液相逐渐增加,必须防止釉层与坯体分离.(7)在干燥状态下要有高的弹性.有研究表明:将羧甲基纤维素引入釉料生产过程,基本能较好地解决上述问题.釉浆粘度和密度都满足了施釉的要求,其含水量比引入水玻璃作稳定剂的釉浆减少.粘度的提高与含水量的减少,有.利于釉层加厚,避免了生坯釉层龟裂,增强了釉层强度,减少了烧成滚釉缺陷,釉面质量大大改善.同时,使釉层与坯体的附着力增强,减少了运输,装车,入窑过程中造成的缺釉,蹭釉
5、等缺陷,提高了产品的等级率.2 常用釉浆添加剂羧甲基纤维素2.1 羧甲基纤维素简介羧甲基纤维素通常是指羧甲基纤维素钠(SodiumCarboxyMethylCelluiose 英文简称 CMC),它是天然纤维经化学改性得到的纤维素衍生物,属阴离子型表面活性剂,为白色或微黄色纤维状粉末(颗粒),无毒,无味,不溶于酸和甲醇,乙醇,乙醚,丙酮,氯仿及苯等有机溶剂,易溶于水并具有一定的粘度.2.2 羧甲基纤维素的性质(1)CMC 的平衡水分随空气湿度的升高而增曾健:羧甲基纤维素在陶瓷釉浆中的应用经验交亩 I【31加,随温度的上升而减小,达到平衡后即停止吸潮.(2)CMC 水溶液具有优良的粘合,增稠,乳
6、化,悬浮,成膜,保护胶体,保持水分,抗酶以及代谢惰性等性能.(3)CMC 水溶液与铅,铁,锡,银,铝,铜及某些重金属相遇,会形成沉淀;对于钙,镁,食盐等盐类不生成沉淀,但会降低 CMC 水溶液粘度;与水溶性动物胶,甘油,乙二醇,山梨醇,阿拉伯树胶以及可溶性淀粉等水溶液均能互混;遇酸会析出酸式 CMC沉淀.(4)CMC 溶液的粘度随着溶液浓度的增加而上升,他们的对数值近似直线关系.(5)CMC 溶液的粘度随温度的升高而下降,冷却时粘度即行回升,但当温度升至一定程度时(温度极限为 50),发生永久性的粘度降低.但 CMC 代替度愈高,粘度受温度影响愈小,代替度在 1.2 以上时,就极为稳定.(6)
7、CMC 溶液的粘度在 PH 值 6.5-9.0 时最大且最稳定.pH6 时,粘度就迅速下降,并开始形成 CMC酸,于 pH.2.5 时达到完全;若 pH9.0 时,粘度亦会下降,起初比较缓慢,但当 pHl1.5 时,开始急剧下降.(7)CMC 溶液的粘度随聚合度的增加而上升,但因代替度的不同而异,必须要考虑三者的关系.2.3 羧甲基纤维素 CMC 在釉浆中的作用CMC 属于聚合电解质类,在釉浆中主要是作为粘结剂引入的,同时起悬浮作用,而对于中低粘度的 CMC 又同时兼具解凝作用.因此,釉浆中引入适量的 CMC,除可提高釉浆流动性,提高研磨效率外,作为粘结剂,还可增加生釉强度,减少釉的干燥收缩,
8、使之与坯体结合牢固,不易剥落;此外,含 CMC的釉浆具有一定的保水性,釉层干燥均匀,形成平坦致密的釉面,烧成后使釉面更平整光滑.2.3.1 粘结作用机理CMC 在釉浆中的粘结作用是聚合物大分子或大分子依靠氢键和范德华力形成牢固的网状结构表现出来的.当 CMC 加入釉浆中,水渗入到 CMC胶块内部,亲水基少的地方与水结合,产生膨胀,而亲水基多的地方膨胀后与胶块分离,由于 CMC 生产时亲水基不均匀而使胶团分散的大小粒度不一致,胶团内部处于水合膨胀,外部则结合一层水合物,即结合水层,胶团在初溶阶段是游离于胶液中,由于大小,形状不对称,并通过范德华力相互有规律地靠扰,结合水层逐渐形成网状结构,由于
9、CMC是纤维状,形成网状结构,体积大,故有较强的粘附能力.2.3.2 悬浮作用机理釉浆在不加添加剂时,由于釉浆粒子重力作用,经过一段时间就产生沉淀,虽然制釉时引入一定量的粘土,但含量较少(一般不高于 15%,尤其在熔块釉中一般为 1%5%),不能明显阻止沉淀.而CMC 的加入,由于其特有的网状结构,支撑着釉粒子的重力,加上 CMC 的分子或离子象带子一样在釉中伸张并占据了一定空间,阻止釉粒子相互接触,使空间稳定性提高,且由于 CMC 离解后,带负电荷的阴离子团与带负电荷的釉浆粒子相互排斥,更增大了釉浆的悬浮性,故加入 CMC 可使釉浆具有很好的悬浮性.2.3.3 解凝作用机理CMC 在釉浆中,
10、部分离解为 Na 和聚合阴离子团,离解出的 Na 吸附于釉浆粒子上,加大了电位,增厚扩散层,使粒子间斥力增加,从而增大流动性;此外,聚合阴离子与釉浆粒子相互排斥,又通过高分子骨架排斥相邻粒子,减弱了釉浆粒子间由于布朗运动产生的吸引力,从而降低粘度,增加流动性.2.4 选用 CMC 的关键点(1)工业用 CMC 有宽阔的粘度范围,有高粘度(1%,2Pa?s 以上),中粘度(2%,0.3-0.6Pa?8 以上),低粘度(2%,0.025-0.05Pa?8 以上)之分.同时,CMC在制备过程中,根据转化程度不同而具有不同的醚化度和聚合度,醚化程度对于可溶性起关键作用,而聚合度则影响到其应用范围,决定
11、了 CMC 水溶液粘度的大小.因此,在选用 CMC 时不仅要注意到粘度,更要注重 CMC 产品的另一重要指标一代替度(一般0.7).(2)CMC 的加入量要随季节的变化作适当的调整,夏天最多,冬季最少,春秋两季在两者之间,一般变化范围在 0.05%-0.1%之间.具体应根据生产实际,以满足工艺要求,生产出致密,润滑釉面的产品为准.(3)CMC 加入球磨前,最好用温水泡开为宜.(4)在釉料装磨时,同时加入 CMC,这样有助于提高球磨效率,为使效率最大,投水时要注意由于CMC 有稀释作用,料:水=1:0.5 为宜.(5)釉浆使用前最好陈腐 12 天,使釉浆充分稳定,使 CMC 发挥最佳效果.另外,
12、应注意不可存放时间过长,否则易发生变质,以及导致粘度发生(下转第 35 页)艾桃桃等:多孔羟基磷灰石的制备与表征经验交流 35PreparationandcharacterizationofporoushydroxyapatiteAITaotao,WangFen(SchoolofMaterialsScienceEngineering,ShaanxiUniversityofScienceechnology,xianyang712081)AbstractHydroxyapatiteiswidelyusedasabone-repairingmaterialduetoitsbiocompatiblea
13、ndbioactivity.Hereporoushydroxyapatitesheetwaspreparedbyhydrothermalprocessingusingor-Ca3(PO4)2.Xraydiffraction(XRD),Scanningelectronicmicroscopy(SEM)andFoulertransforminfraredspectroscopy(FHR)wereusedtocharacterizedthephasecompositions,microstructureandchemicalcompositionsofhy-droxyapatite.Theresul
14、tsshowperfectandneedle-shapedhydroxyapatitecrystalswouldbeobtainedfollow-ingtheincreasing.reactiontimes.Afterheattreatingat1200.thesheetWastreatedbyhydrothermalmethodtogethomogeneousandsmallpores.CO2Wasabsorbedduringreactionprocessbutitdidntenterintostructura1.Consideringitsstructureandsize,thehydro
15、xyapatitesheetissuitableforbiomedicalmateri-als.KeywordsHydroxyapatite;hydrothermalsynthesis;preparation;characterization(上接第 31 页)变化,釉浆的粘度受温度影响显着,(6)由于 CMC 是高分子化合物,具有很长的分子链,过筛网目数太大长链分子不能通过,降低了釉浆中 CMC 的含量,达不到稳定釉浆的作用.所以,釉浆过筛网目数一般控制在 140-180 目的范围,既不影响过筛网效率,又能保证釉浆的性能稳定,不致使 CMC 的残余物在烧成时影响釉面.(7)在施釉过程中,一般
16、用机械搅拌釉浆.实验测得搅拌 1.5h,釉浆温度从 20升到 40.因此,应选用散热良好的容器盛釉,避免釉浆温度升高.另外,一次加釉浆量不要过多,有利散热.参考文献【l】刘康时等.陶瓷工艺原理【M】.广州:华南理工大学出版社,l990.12【2】郑曼云,张秀彩.CMC 提高卫生陶瓷釉浆性能的研究.中国硅酸盐学会陶瓷分会技术交流资料,2000【3】张昂.添加剂在料浆调制中的作用.河北陶瓷【J】,1999,27(2):30【4】楼益明.羧甲基纤维素生产及应用【M】.上海:上海科学技术出版社.l991.2【5l 刘莲生,张正斌等译.M.A.AndemonandalmJ.RubinM.北京:科学出版社出版,l993【6】王果庭.胶体稳定性嗍.北京:科学出版社出版,1990.8纳米陶瓷膜的神奇功能纳米陶瓷膜是由日本三菱化工和美国杜邦帝人耗时 5 年,花费巨资共同研发而成的新一代汽车用膜,采用纳米陶瓷技术,结合现代航天科技,运用多腔式磁控金属镀膜及纳米材料隐形能量吸收和离子束镀等高新技术结合生产而成,以高 100%的紫外线阻隔率,85%的透光率,93%的隔热率高居
