2021年9月，新鄉(xiāng)學(xué)院的陳瑋教授曾在“第四屆新型陶瓷技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”接受粉體網(wǎng)采訪的時(shí)候提到一個(gè)話題，即要想提高漿體的濃度，必須要使用性能可靠的分散劑。

分散劑是什么？為何在陶瓷生產(chǎn)過程中必不可少？

陶瓷分散劑是陶瓷添加劑的一種，又稱稀釋劑或解凝劑。在高性能陶瓷的濕法成型制備過程中，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(diǎn)，以便對(duì)成型后獲得形狀復(fù)雜、燒成體收縮小、體積密度均一和性能穩(wěn)定的高性能陶瓷提供條件。故分散劑是一種協(xié)助控制漿料的流變性質(zhì)的添加劑。

陶瓷分散劑的分類

分散劑種類繁多，根據(jù)分散介質(zhì)的不同，可將分散劑分為水性分散劑和油性(非水介質(zhì))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(jī)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(jī)介質(zhì)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(lǐng)域。根據(jù)組成不同，也可將陶瓷分散劑分為無機(jī)分散劑、有機(jī)分散劑、高分子聚合物分散劑以及復(fù)合分散劑等。

1、無機(jī)分散劑

常用的無機(jī)分散劑有磷酸鈉、硅酸鈉、碳酸鈉、偏硅酸鈉等無機(jī)電解質(zhì)。它的分散機(jī)理主要是靜電效應(yīng)，無機(jī)分散劑在水中電離，使雙電層增厚，提高顆粒間的排斥力，從而改善體系的流動(dòng)性。在陶瓷的生產(chǎn)實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn)無機(jī)解凝劑能改善漿料的流動(dòng)性，且價(jià)格較低，所以目前在國內(nèi)傳統(tǒng)陶瓷、衛(wèi)生瓷等的生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。但是其解凝范圍窄，穩(wěn)定性差，會(huì)引入雜質(zhì)，影響陶瓷生產(chǎn)時(shí)的燒結(jié)質(zhì)量，所以存在一定的局限性。

2、有機(jī)分散劑

有機(jī)小分子通過靜電作用和空間位阻作用阻礙顆粒間相互吸引聚沉，從而得到分散良好的漿料。有機(jī)分散劑一般為有機(jī)電解質(zhì)，通過靜電作用吸附在顆粒表面，增強(qiáng)膠粒間的靜電斥力；同時(shí)具有一定厚度的吸附層，形成位阻效應(yīng)。有機(jī)小分子分散劑較無機(jī)分散劑效果好，如檸檬酸鈉、腐植酸鈉等，但其對(duì)pH值、溫度等因素敏感，且價(jià)格相對(duì)較高，應(yīng)用受到一定程度的限制。有機(jī)分散劑與價(jià)格較低的無機(jī)分散劑復(fù)配使用，在保持效果基本不變的情況下降低成本。

3、高分子分散劑

高分子分散劑又稱超分散劑，可分為高分子聚電解質(zhì)和非離子型兩大類，其分子結(jié)構(gòu)和相對(duì)分子質(zhì)量可調(diào)，對(duì)分散體系的穩(wěn)定、流動(dòng)作用較無機(jī)和小分子有機(jī)分散劑好，所以在分散劑領(lǐng)域的應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注，常用的聚合物有聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺、苯乙烯-馬來酸酐共聚物等水溶性高分子。水溶性高分子一般為有機(jī)電解質(zhì)，分為親水與疏水兩部分，主鏈包圍被分散顆粒，親水的支鏈置換出被陽離子吸附的極性水分子，并使顆粒分散于水中，打破粘土的卡片結(jié)構(gòu)，釋放出束縛的水為自由水，其分散穩(wěn)定效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)分散劑，且在干燥和燒結(jié)過程中易揮發(fā)，不會(huì)引入雜質(zhì)降低陶瓷產(chǎn)品質(zhì)量，在陶瓷生產(chǎn)中得到逐步推廣。

陶瓷分散劑作用機(jī)理

分散劑在懸浮液中通過與陶瓷顆粒表面發(fā)生作用而阻止互相團(tuán)聚，其作用機(jī)理大致分為三種：靜電斥力作用、空間位阻作用和靜電位阻穩(wěn)定作用。

離子型分散劑在水分散介質(zhì)中，電解為帶電離子或親水和親油性基團(tuán)，吸附于固體粒子表面，形成一個(gè)帶電荷的保護(hù)屏障層，即擴(kuò)散雙電層。根據(jù)DLVO理論，帶電荷的微粒相互靠近時(shí)，雙電層產(chǎn)生重疊，ξ電位增加，靜電斥力增大，顆粒難以發(fā)生碰撞團(tuán)聚，從而起到靜電穩(wěn)定分散作用?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)pH值、分散劑的種類和用量來增加ξ電位，增大靜電斥力。

非離子型高分子聚合物如超分散劑等，分子結(jié)構(gòu)包括錨固基團(tuán)和溶劑化鏈兩部分。錨固基團(tuán)吸附于固體顆粒表面，其溶劑化鏈在介質(zhì)充分?jǐn)U展，形成位阻層來阻止固體粒子的絮凝團(tuán)聚，達(dá)到空間位阻的作用。研究表明，10nm的范圍就能滿足厚度的要求，所以作為分散劑使用的聚合物分子量一般應(yīng)在103～104范圍內(nèi)，而當(dāng)分子鏈太短難以克服范德華力，太長(zhǎng)容易搭橋聯(lián)結(jié)起到稠化作用。

而聚電解質(zhì)在水分散介質(zhì)中電解吸附在顆粒表面，帶電的聚合物分子層既可以通過自身所帶電荷的靜電斥力作用排斥周圍離子，又可以利用溶劑化鏈的空間位阻使顆粒相互彈開，從而發(fā)揮靜電位阻穩(wěn)定作用。陶瓷泥料在水溶液中大多都帶負(fù)電荷，故可選擇陰離子分散劑來增加顆粒表面的負(fù)電荷量，使ξ增加，靜電斥力增大；或非離子分散劑來增加位阻效應(yīng)；聚電解質(zhì)可以同時(shí)起到靜電位阻復(fù)合效用，可獲得最佳的分散效果。

分散劑的作用

高效分散劑在陶瓷漿料的制備中，由于靜電穩(wěn)定和空間位阻作用，發(fā)揮著助磨、稀釋減水和穩(wěn)定分散的作用。

（1）當(dāng)陶瓷原料球磨到一定時(shí)間和細(xì)度時(shí)，往往會(huì)難磨甚至產(chǎn)生團(tuán)聚、“逆研磨”現(xiàn)象。分散劑可牢固地吸附在顆粒的裂縫上并能深入到裂縫深處，能有效打碎粉料中的團(tuán)聚，獲得顆粒小，分布均勻，近球形的漿料，從而起到助磨的作用。同時(shí)，分散劑可降低固、液之間的界面張力，有效潤(rùn)濕顆粒，減少水化膜厚度，得到流動(dòng)性好的漿料，達(dá)到稀釋減水的作用。通過靜電斥力和長(zhǎng)的高分子鏈形成水化膜位阻層作用，有效地防止顆粒的絮凝團(tuán)聚，使顆?！熬凵匐x多”。

（2）研究發(fā)現(xiàn)，加入分散劑得到的漿料粘度明顯降低，流動(dòng)性增加，達(dá)到穩(wěn)定分散作用；

（3）添加分散劑還有粘結(jié)或增加坯體強(qiáng)度作用，這些都對(duì)提高陶瓷制品的性能和降低制備成本起著重要的作用。

分散劑的選用和開發(fā)

分散劑的種類多，并不是所有分散劑都適用于陶瓷粉料，也不是適應(yīng)一種料的新型分散劑適用于所有的陶瓷粉體。因?yàn)椴煌姆稚⑾到y(tǒng)物理化學(xué)特性相差很大，分散劑的作用也十分復(fù)雜，必須通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證各種分散劑對(duì)某一原料的效果，即測(cè)定分散劑對(duì)漿料粘度、沉降度、Zeta勢(shì)、pH值等各種參數(shù)指標(biāo)來分析調(diào)節(jié)各種因素，以此選擇最佳的分散劑。

新型分散劑的開發(fā)一般有兩種途徑，一是將已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)的分散劑進(jìn)行復(fù)配，往往可以得到很好效果。復(fù)配后的分散劑性能大幅度提高，有利于降低使用成本，這是開發(fā)新型分散劑最快捷和最省錢的方法。二是新型分散劑的化學(xué)合成。在有關(guān)理論成果的基礎(chǔ)上，成功研究新型專用和高效分散劑?，F(xiàn)在研制的多為有機(jī)高分子聚合物和聚電介質(zhì)分散劑，應(yīng)用于特種陶瓷或氧化物陶瓷中，能大大提高漿料的固含量和流變性能。

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