13陶瓷减水剂研究进展

第32卷第4期硅酸盐通报Vol．32No．42013年4月BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY April ，2013．陶瓷减水剂研究进展张栓红，张明，贾吉堂（山东华伟银凯建材科技股份有限公司，淄博256410）摘要：在陶瓷生产中使用陶瓷分散剂（减水剂），既可使得陶瓷泥浆具有好的流动性，又能降低其含水率，改善陶瓷的性能，具有提高产品性能和节能减排的作用。

本文介绍了陶瓷减水剂的作用机理，详细综述了各类陶瓷减水剂的研究进展，并对高效陶瓷分散剂未来在陶瓷工业的应用进行了展望。

关键词：陶瓷减水剂；综述；研究进展中图分类号：TU523文献标识码：A 文章编号：1001-1625（2013）04-0677-06Progress of Ceramic Water Reducing AgentZHANG Shuan-hong ，ZHANG Ming ，JIA Ji-tang（1．Shandong Huawei Yinkai Building Materials Science and Technology Co．Ltd．，Zibo 256410，China ）作者简介：张栓红（1984-），女，硕士，助理工程师．主要从事高分子材料方面的研究．E-mail ：zhangshuanhong726@163．com Abstract ：The use of ceramic water reducing agent can make the ceramic with good liquidity and lowwater content in ceramic production．Moreover ，the performance of the ceramic has been improved withthe ceramic water reducing ，which has the effect of energy conservation and emission reduction．Progressof all kinds of ceramic water reducing agent has been reviewed in detail in this paper ，and the mechanismof ceramic water reducing agent has been introduced．Furthermore ，the application of the ceramic waterreducing agent has also been prospected in the future．Key words ：ceramic water reducing agent ；review ；progress1引言陶瓷减水剂（又称分散剂）作为陶瓷添加剂的一种，主要功能是破坏陶瓷料浆粒子的絮凝结构，使料浆在水分含量较低的情况下依然具有较好的分散性和较低的粘度。

在陶瓷生产过程中起到节能降耗的作用。

陶瓷减水剂可广泛用于陶瓷工业的造泥、磨浆、制釉等陶瓷生产工艺过程。

在陶瓷生产中使用性能优异的减水剂能降低陶瓷的生产成本，提高产品质量，使陶瓷生产工业朝向效益高、质量好和能耗低的方向发展［1-3］。

2陶瓷减水剂的反应机理陶瓷粉体分散在水中，聚集形成颗粒束的料浆。

向料浆中加入减水剂，减水剂分子可吸附在料浆中陶瓷颗粒表面，通过吸附发生相互作用而破坏颗粒间的絮凝体，得到分散性和流动性好的浆体。

分散剂与陶瓷料浆颗粒的稳定机理大致有三种［4-6］：静电斥力稳定机理、空间位阻稳定机理和静电位阻稳定机理。

选择合适的减水剂以达到要求的效果，就需要了解减水剂在粘土-水体系中发挥作用的作用机理。

许多研究者对陶瓷减水剂的作用机理进行了相关的研究［7-9］。

刘星宇等［7］研究了不同构型聚羧酸系减水剂及三聚磷酸钠对陶瓷浆料的适应性。

结果表明，静电斥力和空间位阻稳定作用是减水剂对陶瓷原料分散的两种678综合评述硅酸盐通报第32卷基本作用。

线型聚羧酸系减水剂主要是以线-面形式结合，吸附在层板状的陶土的表面，主要通过空间位阻作用，辅以静电斥力作用，有效的破坏粘土泥浆的絮凝结构，释放出自由水，增大陶瓷浆体的流动性；梳型聚羧酸系减水剂（SP-600）与粘土颗粒多为点-面结合，对粘土泥浆流动性改善效果较差，不适用于陶瓷原料；而传统减水剂三聚磷酸钠（STPP）主要是通过络合粘土泥浆中的Ca2+、Mg2+等二价离子，也能吸附在粘土颗粒表面，增加颗粒之间的静电斥力，实现分散作用。

3陶瓷减水剂的研究进展目前陶瓷生产中常用的减水剂可以分为以下四类：无机陶瓷减水剂、有机小分子陶瓷减水剂、复合陶瓷减水剂和高分子陶瓷减水剂（又叫超分散剂）。

3．1无机陶瓷减水剂无机陶瓷减水剂一般为含有Na+、K+的无机盐类，如三聚磷酸钠、硅酸钠、硅酸钾、六偏磷酸钠、六偏磷酸钾等。

其中三聚磷酸钠由于价格低、综合性能好的特点而成为应用最多的无机陶瓷减水剂。

无机陶瓷减水剂是通过间接的阳离子置换反应发挥作用的。

通过Na+、K+置换Ca2+、Mg2+等阳离子减少水化层分子数，从而释放出多余的吸附的水，增加泥浆中自由水的含量，达到减水效果。

同时还会增加电位，提高泥浆的动力学稳定性。

赵营刚等［10］制备出一种性能好、成本低的含硅酸盐和铝酸盐的无机分散剂。

合成的分散剂在泥浆中的Zeta电位达到27．96mV，添加量在0．20wt% 0．3wt%，替代现在普遍使用的强碱类分散剂，分散效果好且成本低。

经过几十年的不断努力，无机陶瓷减水剂的应用已较成熟。

但是，由于受到分子结构、相对分子质量等因素的影响，无机陶瓷减水剂存在掺加量大、分散效率低和制得的泥浆稳定性差等缺点。

目前，国外陶瓷生产发达企业已基本不使用单一组分的无机陶瓷减水剂。

3．2有机小分子陶瓷减水剂传统的无机盐类分散剂的使用会造成环境污染，不符合可持续发展的要求。

需要不断研究新型陶瓷分散剂，以使得其具有更好的性能。

有机小分子陶瓷减水剂在粘土-水系统中的作用有两种：（1）与无机陶瓷减水剂在粘土-水系统中的作用相似；（2）通过置换-吸附作用及形成憎水保护膜发挥其作用。

有机小分子陶瓷减水剂的制备及应用方面的研究已有较多报道。

尤艳雪等［11］合成不同配比的有机配位基甲基丙烯酸的铝锆偶联型分散剂。

当加入陶土质量的1．5%时，分散效果好。

此分散剂对硅酸锆具有较好的降黏效果，分散微粒的表面覆盖及包封效果优于其他分散剂，有望作为新型陶瓷分散剂应用于坯料和釉料的制备过程。

梁建超等［12］选用了3种分散剂（三乙醇胺、磷酸三丁酯和松油醇），分析比较了不同分散剂对料浆及陶瓷性能的作用。

结果表明，pH值在10 12．5内，三乙醇胺对ZrO2粉体的分散用量少、料浆稳定。

目前，对有机小分子陶瓷减水剂的应用报道较多，有机小分子陶瓷减水剂的减水分散效果比无机陶瓷减水剂好，但是成本相对较高，也存在稳定性较差的特点。

3．3复合陶瓷减水剂复合减水剂可以使不同类的减水剂在粘土-水系统中发挥其各自的作用，从而达到一定的性能要求。

复合减水剂的使用具有以下优点：在保持工作性的条件下，可降低陶土泥浆的含水率；起助磨作用，提高研磨效率；能耗较低，性价比高；泥浆产量大。

因此，目前复合陶瓷减水剂的使用比较广泛，备受欢迎。

国外陶瓷生产发达企业一般用复合减水剂代替单一的无机减水剂使用［13，14］。

李艳莉等［15］选取含Na2O 高的无机钠盐以及含有机基团（含有聚合阴离子）的钠盐为配方组分，复合成新型的减水剂A、B和C。

减水效果较单一钠盐的减水效果好，减水剂A的性能接近国外的PC-67，而复合减水剂B、C则优于PC-67，价格为国外产品的1/6 1/8，节约成本。

卢维奇等［16］研制具有无机盐类复配作用［17］的减水剂。

通过用磷酸钠取代异丙醇，得到了一系列低相对分子质量的聚丙烯酸钠，其产物中将同时含有复合减水剂中所需要的聚丙烯酸钠和聚磷酸盐两种成分；能使泥浆的黏度降低到180MPa·s，坯体干燥强度增强率提高到280%。

曹文第4期张栓红等：陶瓷减水剂研究进展679华等［18］通过腐植酸钠与硅酸钠的混合，并辅以一定量的偶联剂复配成一种新型复合陶瓷减水剂。

复合减水剂的减水率高，最佳掺量为干基材料的0．4% 0．6%，充分利用各组分的协同作用，其生产成本比用传统的三聚磷酸钠减水剂低2/3左右，具有广阔的应用前景。

李清涛等［19］利用两种有机分散剂（聚丙烯酸钠、聚羧酸钠）与两种无机分散剂（三聚磷酸钠、六偏磷酸钠）相结合，按一定的比例制备出性能好、成本低的新型复合陶瓷泥浆分散剂。

李辉茹等［20］研发了一种分子量较低的聚丙烯酸钠与无机盐（例如碳酸钠、硅酸钠）复合的新型陶瓷泥浆减水剂。

添加量为0．3%时减水性能最佳，减水率达到58．75%，是一种很好的减水剂。

黄敏［21］研制出一种新型陶瓷复合减水剂以满足陶瓷生产的需要。

其减水效果要比单一减水剂的减水效果好，且总加入量比单一减水剂加入量少；复合减水剂的减水效率高，最佳添加量为0．5% 0．7%，生产成本低，比单纯使用三聚磷酸钠做减水剂生产成本节省约2/3左右。

使用复合减水剂具有较宽胶体解凝范围、高减水率、低成本、经济效益显著等优点，具有广泛应用前景。

3．4高分子陶瓷减水剂目前，制备低黏度、高固含量的陶瓷料浆成为了陶瓷成型工艺面临的主要问题［22-26］。

高分子陶瓷减水剂在粘土-水体系中是空间位阻效应和静电效应同时发挥作用的，使得具有更稳定的分散体系。

因此，高分子陶瓷减水剂将成为陶瓷减水剂的发展趋势，其合成及应用也将逐渐成为研究的热点［27-32］。

关于高分子陶瓷减水剂的研究报道已有较多。

马波［33］通过研究发现ALCOSPERSE602N高分子分散剂对浆料的分散性能比三聚磷酸钠优异，它具有用量低、泥浆稳定性高、粘度低等性能。

ALCOSPERSE602N几乎在所有陶瓷浆料配方中都可以应用。

最合适的配方是采用最少0．5%的分散剂来部分或者全部代替STPP或次硅酸钠（SMS），是一种高效分散剂。

3．4．1聚羧酸系陶瓷减水剂研究聚羧酸系陶瓷减水剂是目前陶瓷领域的一个重要课题。

聚羧酸系陶瓷减水剂的结构的可变性，使得性能具有多变性的潜力，可作为减水剂应用的又一领域。

按照在合成过程中是否使用含有聚氧乙烯长链结构的大单体，可把聚羧酸系陶瓷减水剂分为梳型和线型两种结构。

3．4．1．1线型聚羧酸系陶瓷减水剂聚丙烯酸盐以及聚甲基丙烯酸盐具有对陶瓷粉料良好的分散作用，近年来关于这类分散剂的研究多有文献报道［34-40］。

孙晓然等［34］采用溶液自由基聚合法制得聚丙烯酸钠陶瓷减水剂，掺加量在0．05% 0．5%（干基）较宽范围内均可获得良好的减水分散效果。