陶瓷增强剂
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陶瓷增强剂
吴宜锴 指导老师：刘明华
目录
陶瓷添加剂简介 陶瓷增强剂（黏合剂） 水溶性高分子概述 影响陶瓷黏合剂使用性能的因素
最古老的材料—陶瓷
“十二五”规划与陶瓷建材工业
我国陶瓷产业存在的问题
环境污染、资源过度消耗仍然是制约行业发展的主要问题.
产业增长方式仍处于低成本配置、资本驱动的数量型阶段
使用陶瓷添加剂的基本原则
要了解各种添加剂的特性和共性，清楚添加剂的作用机理。
要熟悉陶瓷配方组成中各种原料的物化性能。
要确切了解设计配方的特点，使用添加剂要解决哪些问题
陶瓷添加剂的加入有一定的范围。 要保证添加剂质量的稳定，使它们在贮存或使用过程中不变质。
国内外陶瓷添加剂发展现状
我国
传统类人工合成添 加剂，新型添加剂 种类不虑以上几 个因素在不同的水平对坯体强度的影响。
保压时 间 成型压 力 3、实验过程中，可选用适当的正交表，设计 合理的正交试验，从而得出各因素的最佳水平
球磨时间 Title in here
LOGO
为什么要使用陶瓷黏合剂（增强剂）？
A
B
C
陶瓷生产中，普 遍存在陶瓷坯体 强度较差，破损 率高的现象
靠提高压机的成型 压力来增加强度， 压机压力到一定程 度后，对提高坯体 强度的效果不明显
使用黏合剂，可减 少成型设备的费用 和能耗，节能经济 ；同时大大提高陶 瓷坯体的强度
陶瓷增强剂的作用机理
陶瓷增强剂的作用机理可以归纳如下： 粒子与增强剂之间形成氢键结合和静电吸附，结合点多， 结合力强 使粒子分散更均匀，导致离子表面能增大，粒子间结合 点及粒子与高分子结合点增加，从而提高干强度 在粒子间形成物理吸附和缠结作用，若干个粒子堆附在 一根高分子链上，整个体系相似于一个物理缠结网络， 减少局部应力导致的不均匀，提高配体或釉层的强度。
代表产品
山西三维 山西三维 山西三维
PVA高碱系列 PVA低碱系列 PVA釜式系列
C、聚丙烯酰胺（PAM）
特点与性 质
白色片状结晶，无色或黄色粘稠液体，无 臭，中性。溶于水，不溶于乙醇、丙酮。 按离子特点可分为阳离子型、阴离子型、 两性型和非离子型四种。
聚丙烯酰胺
主要作用
用作分散剂、黏合剂、絮凝剂和助滤剂、 流变调节剂、增强剂、增塑剂。
水溶性高分子聚合物概述
分子量可以 控制，亲水 集团的强弱 与数量可以 调节，亲水 基团还可以 进行再反应
•
水溶性高分 子具有许多优 良性能。如黏 合性、成膜性 、润滑性、螯 合性、分散性 、絮凝性、增 稠性等
•
水溶性高分子
水溶性高分子在工程陶瓷 中作为黏合剂有广泛运用
水溶性高分子分类
淀粉类 海藻类 植物胶类 动物胶类 微生物胶 改性纤维素 改性淀粉 天然水 溶性高 分子
成型压力对坯体强度的影响
1、压力较低时，容 易脱模，但坯体强度 低。 2、压力较大时，脱 模困难，易引起坯体 破裂，还会引起坯体 起层、开裂以及破坏 粘结组织。
黏合剂使用各因素对坯体强度影响小结
Conclusion
黏合剂分子量
Title in here
黏合剂添加量
Title in here
1、黏合剂分子量、黏合剂添加量、球磨时间、 坯体成型压力、保压时间等因素对最终坯体的 强度都有显著影响。
现有陶瓷黏合剂仍存在的问题
存在问题
1.
使用中添加量偏 大
2.
热分解效率较低， 分解不完全
3.
部分黏合剂水溶 性差
发展具有较好水溶性，同时又具有较好热分解性，分 子量较高的陶瓷黏合剂成为陶瓷工业中高性能陶瓷的 需求
解决思路
陶瓷黏合剂的研究方向
A
热降解性 好的高分 子材料
水溶性好的 高分子材料
B
通过分子改性或者共聚，开发具有较好 水溶性，能完全热解的黏合剂是今后实 验中值得探究的方向
2、分子量太低，粘结强 度不高，坯体强度低，脆 性大，不利于成型
3、分子量太高，分子 链活动能力降低，分散 不均匀，也导致坯体强 度降低
黏合剂溶液添加量对坯体强度的影响
1、理论上，坯体强度随聚 合物添加量的增加而增加 2、添加量太大，坯体烧结 后会留下大量的孔隙，产品 的性能下降 3、需要通过实验找出黏合 剂的最佳添加量
• 小麦淀粉、琼 胶、阿拉伯胶、 明胶、黄原胶
代
半合成 水溶性 高分子
表
物
• 羧甲基纤维素、 甲基纤维素、 羧甲基淀粉、 醋酸淀粉
• 聚丙烯酰胺、 聚乙烯醇、环 氧树脂、酚醛 树脂
聚合类树脂 缩合类树脂
合成水 溶性高 分子
水溶性高分子的溶解性能
如何提高水溶性分子的溶解性能
A
在分子中引入足够的 亲水基团
第一代添加剂，无机化合物和 少量天然或半合成有机高分子 第二代添加剂，天然或 半合成高分子化合物 天然水溶性高分子和合成高 分子化合物
陶瓷添加剂的分类
按化学组 成分类
无机添加剂、有机添加剂、高分 子添加剂
陶瓷添加剂
按分散介 质分类
水分散性添加剂、溶剂分散性添 加剂
按作用和 功能分类
分散剂、增塑剂、胶黏剂、悬浮 稳定剂、絮凝剂、助滤剂、消泡 剂、防腐剂和矿化剂等
B
降低聚合物的结晶度
C
利用聚电解质的反离 子力的作用
黏合剂使用对坯体强度的影响因素
分子量对坯体 强度的影响 A D 保压时间对坯 体强度的影响
B 添加量对坯体 强度的影响 球磨时间对坯 体强度的影响 E
成型压力对坯 体强度的影响 C
黏合剂分子量对坯体强度的影响
1、分子量较低时，聚合 物易于粉料混合均匀， 能充分湿润并渗透到粉 料中
Content Title
D、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）
特点与性 质
非离子型高分子化合物，白色或乳白色粉 末或颗粒，溶解性好，溶于大部分有机溶 剂，生理相容性好
聚乙烯吡咯烷 酮
主要作用
具有优异的分散增稠和黏合功能，可用于 陶瓷工业黏合剂、分散剂、；流变剂和增 塑剂
代表产品
德国BASF、美国ISP、中国河南新开 源（NKY）等。分别为世界三大PVP生 产商
羧甲基纤维素
主要作用
代表产品
德国司马化工 OPTAPIX KG6 德国司马化工 OPTAPIX KC25
B、聚乙烯醇（PVA）
特点与性 质
有机化合物，白色片状、絮状或粉 末状固体，无味。溶于水，不溶于 大多数有机溶剂
聚乙烯醇
主要作用
提高粘土的可塑性，有利于成型与脱模， 瓷体的气孔率小，少量PVA就可有效改善 陶瓷生坯的强度，减少破损率
发达国家
有机高分子类添加剂、 有机-无机复合型添 加剂、表面改性等高 端添加剂
技术对比
经济效益对比
我国高端陶瓷添加 剂依赖进口，制约 了高档陶瓷的生产
垄断高端添加剂研究 生产，在高经济附加 值的陶瓷生产应用方 面处于绝对优势地位
国际上主要的陶瓷添加剂厂商
•下面列出了三家国际上最主要的陶瓷添加剂厂商
德国司马化工
（ZSCHIMMER&S CHWARZ）
• 设有陶瓷部专门生产各类陶瓷助剂
•陶瓷添加剂的品种最齐全、质量优等
美国罗门哈斯 （ROHM HARS）
•特种陶瓷添加剂
意大利岱德罗斯
• 建筑卫生陶瓷 • 工业用陶瓷添加剂
（DAEDALUS）
陶瓷添加剂的发展趋势
结合我国陶瓷业的现状，我们需要特别重视如下几个方面的工作：
A
B
C
黏合剂应满足的要求
添加的选用不得过分增加生产成本
能较好地湿润和吸附在坯料颗粒表面
黏合性强，表面张力大，有利于成型并保证坯体强度
具有宽的挥发温度范围，尽量少的残留灰分
黏合剂的分类
•按黏合剂的作用机理，分为永久性黏合剂和暂时性粘合剂.
淀粉、糊精、 高岭土、 天然多糖、 膨润土等 木质素磺酸 盐等
传统的暂时 性黏合剂
新型的高分子暂 时性黏合剂
聚乙烯醇、聚 丙烯酸钠、聚 乙酸乙烯酯、 甲基纤维素、 聚乙烯醇缩丁 醛
常用高分子黏合剂介绍
羧甲基纤维素
聚乙烯醇
CMC
PVA
PAM
聚丙烯酰胺 聚乙烯吡咯烷酮
PVP
A、羧甲基纤维素（CMC）
特点与性 质
属阴离子型纤维素醚类，外观为 白色或微黄色絮状纤维粉末或白 色粉末，无嗅无味，溶解性好 调节陶瓷釉浆黏度；调节干燥时 间；提高半成品的强度；改善的 结合性能
产品国际竞争力不强，与发达国家差距仍然较大
产业创新能力不强，新工艺、新型添加剂的研究仍然薄弱
陶瓷添加剂的作用
改善陶瓷生产工艺条件 提高陶瓷制品的质量 降低原材料的消耗、节能减排 提高陶瓷生产的经济效益 使陶瓷精细化、功能化
陶瓷添加剂的发展历史
20世纪 50年代 20世纪 60-80年 代 20世纪 90年代 至今
A
深入研究陶瓷添加剂作用机理 设计和开发新型陶瓷添加剂 开发新型表面活性剂 重视水溶性高分子的应用 注重配方原理和技术研究 开发环境友好的绿色化学产品
B
C
D
E F
研究陶瓷添加剂的意义
改变我国陶瓷产业在过竞争中的不利地位，打破发 达国家对高档陶瓷的垄断。
节能减排，减少原材料消耗，低碳环保
符合与国家“十二五”规划对陶瓷产业的发展要求
陶瓷增强剂
吴宜锴 指导老师：刘明华
目录
陶瓷添加剂简介 陶瓷增强剂（黏合剂） 水溶性高分子概述 影响陶瓷黏合剂使用性能的因素
最古老的材料—陶瓷
“十二五”规划与陶瓷建材工业
我国陶瓷产业存在的问题
环境污染、资源过度消耗仍然是制约行业发展的主要问题.
产业增长方式仍处于低成本配置、资本驱动的数量型阶段
使用陶瓷添加剂的基本原则
要了解各种添加剂的特性和共性，清楚添加剂的作用机理。
要熟悉陶瓷配方组成中各种原料的物化性能。
要确切了解设计配方的特点，使用添加剂要解决哪些问题
陶瓷添加剂的加入有一定的范围。 要保证添加剂质量的稳定，使它们在贮存或使用过程中不变质。
国内外陶瓷添加剂发展现状
我国
传统类人工合成添 加剂，新型添加剂 种类不虑以上几 个因素在不同的水平对坯体强度的影响。
保压时 间 成型压 力 3、实验过程中，可选用适当的正交表，设计 合理的正交试验，从而得出各因素的最佳水平
球磨时间 Title in here
LOGO
为什么要使用陶瓷黏合剂（增强剂）？
A
B
C
陶瓷生产中，普 遍存在陶瓷坯体 强度较差，破损 率高的现象
靠提高压机的成型 压力来增加强度， 压机压力到一定程 度后，对提高坯体 强度的效果不明显
使用黏合剂，可减 少成型设备的费用 和能耗，节能经济 ；同时大大提高陶 瓷坯体的强度
陶瓷增强剂的作用机理
陶瓷增强剂的作用机理可以归纳如下： 粒子与增强剂之间形成氢键结合和静电吸附，结合点多， 结合力强 使粒子分散更均匀，导致离子表面能增大，粒子间结合 点及粒子与高分子结合点增加，从而提高干强度 在粒子间形成物理吸附和缠结作用，若干个粒子堆附在 一根高分子链上，整个体系相似于一个物理缠结网络， 减少局部应力导致的不均匀，提高配体或釉层的强度。
代表产品
山西三维 山西三维 山西三维
PVA高碱系列 PVA低碱系列 PVA釜式系列
C、聚丙烯酰胺（PAM）
特点与性 质
白色片状结晶，无色或黄色粘稠液体，无 臭，中性。溶于水，不溶于乙醇、丙酮。 按离子特点可分为阳离子型、阴离子型、 两性型和非离子型四种。
聚丙烯酰胺
主要作用
用作分散剂、黏合剂、絮凝剂和助滤剂、 流变调节剂、增强剂、增塑剂。
水溶性高分子聚合物概述
分子量可以 控制，亲水 集团的强弱 与数量可以 调节，亲水 基团还可以 进行再反应
•
水溶性高分 子具有许多优 良性能。如黏 合性、成膜性 、润滑性、螯 合性、分散性 、絮凝性、增 稠性等
•
水溶性高分子
水溶性高分子在工程陶瓷 中作为黏合剂有广泛运用
水溶性高分子分类
淀粉类 海藻类 植物胶类 动物胶类 微生物胶 改性纤维素 改性淀粉 天然水 溶性高 分子
成型压力对坯体强度的影响
1、压力较低时，容 易脱模，但坯体强度 低。 2、压力较大时，脱 模困难，易引起坯体 破裂，还会引起坯体 起层、开裂以及破坏 粘结组织。
黏合剂使用各因素对坯体强度影响小结
Conclusion
黏合剂分子量
Title in here
黏合剂添加量
Title in here
1、黏合剂分子量、黏合剂添加量、球磨时间、 坯体成型压力、保压时间等因素对最终坯体的 强度都有显著影响。
现有陶瓷黏合剂仍存在的问题
存在问题
1.
使用中添加量偏 大
2.
热分解效率较低， 分解不完全
3.
部分黏合剂水溶 性差
发展具有较好水溶性，同时又具有较好热分解性，分 子量较高的陶瓷黏合剂成为陶瓷工业中高性能陶瓷的 需求
解决思路
陶瓷黏合剂的研究方向
A
热降解性 好的高分 子材料
水溶性好的 高分子材料
B
通过分子改性或者共聚，开发具有较好 水溶性，能完全热解的黏合剂是今后实 验中值得探究的方向
2、分子量太低，粘结强 度不高，坯体强度低，脆 性大，不利于成型
3、分子量太高，分子 链活动能力降低，分散 不均匀，也导致坯体强 度降低
黏合剂溶液添加量对坯体强度的影响
1、理论上，坯体强度随聚 合物添加量的增加而增加 2、添加量太大，坯体烧结 后会留下大量的孔隙，产品 的性能下降 3、需要通过实验找出黏合 剂的最佳添加量
• 小麦淀粉、琼 胶、阿拉伯胶、 明胶、黄原胶
代
半合成 水溶性 高分子
表
物
• 羧甲基纤维素、 甲基纤维素、 羧甲基淀粉、 醋酸淀粉
• 聚丙烯酰胺、 聚乙烯醇、环 氧树脂、酚醛 树脂
聚合类树脂 缩合类树脂
合成水 溶性高 分子
水溶性高分子的溶解性能
如何提高水溶性分子的溶解性能
A
在分子中引入足够的 亲水基团
第一代添加剂，无机化合物和 少量天然或半合成有机高分子 第二代添加剂，天然或 半合成高分子化合物 天然水溶性高分子和合成高 分子化合物
陶瓷添加剂的分类
按化学组 成分类
无机添加剂、有机添加剂、高分 子添加剂
陶瓷添加剂
按分散介 质分类
水分散性添加剂、溶剂分散性添 加剂
按作用和 功能分类
分散剂、增塑剂、胶黏剂、悬浮 稳定剂、絮凝剂、助滤剂、消泡 剂、防腐剂和矿化剂等
B
降低聚合物的结晶度
C
利用聚电解质的反离 子力的作用
黏合剂使用对坯体强度的影响因素
分子量对坯体 强度的影响 A D 保压时间对坯 体强度的影响
B 添加量对坯体 强度的影响 球磨时间对坯 体强度的影响 E
成型压力对坯 体强度的影响 C
黏合剂分子量对坯体强度的影响
1、分子量较低时，聚合 物易于粉料混合均匀， 能充分湿润并渗透到粉 料中
Content Title
D、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）
特点与性 质
非离子型高分子化合物，白色或乳白色粉 末或颗粒，溶解性好，溶于大部分有机溶 剂，生理相容性好
聚乙烯吡咯烷 酮
主要作用
具有优异的分散增稠和黏合功能，可用于 陶瓷工业黏合剂、分散剂、；流变剂和增 塑剂
代表产品
德国BASF、美国ISP、中国河南新开 源（NKY）等。分别为世界三大PVP生 产商
羧甲基纤维素
主要作用
代表产品
德国司马化工 OPTAPIX KG6 德国司马化工 OPTAPIX KC25
B、聚乙烯醇（PVA）
特点与性 质
有机化合物，白色片状、絮状或粉 末状固体，无味。溶于水，不溶于 大多数有机溶剂
聚乙烯醇
主要作用
提高粘土的可塑性，有利于成型与脱模， 瓷体的气孔率小，少量PVA就可有效改善 陶瓷生坯的强度，减少破损率
发达国家
有机高分子类添加剂、 有机-无机复合型添 加剂、表面改性等高 端添加剂
技术对比
经济效益对比
我国高端陶瓷添加 剂依赖进口，制约 了高档陶瓷的生产
垄断高端添加剂研究 生产，在高经济附加 值的陶瓷生产应用方 面处于绝对优势地位
国际上主要的陶瓷添加剂厂商
•下面列出了三家国际上最主要的陶瓷添加剂厂商
德国司马化工
（ZSCHIMMER&S CHWARZ）
• 设有陶瓷部专门生产各类陶瓷助剂
•陶瓷添加剂的品种最齐全、质量优等
美国罗门哈斯 （ROHM HARS）
•特种陶瓷添加剂
意大利岱德罗斯
• 建筑卫生陶瓷 • 工业用陶瓷添加剂
（DAEDALUS）
陶瓷添加剂的发展趋势
结合我国陶瓷业的现状，我们需要特别重视如下几个方面的工作：
A
B
C
黏合剂应满足的要求
添加的选用不得过分增加生产成本
能较好地湿润和吸附在坯料颗粒表面
黏合性强，表面张力大，有利于成型并保证坯体强度
具有宽的挥发温度范围，尽量少的残留灰分
黏合剂的分类
•按黏合剂的作用机理，分为永久性黏合剂和暂时性粘合剂.
淀粉、糊精、 高岭土、 天然多糖、 膨润土等 木质素磺酸 盐等
传统的暂时 性黏合剂
新型的高分子暂 时性黏合剂
聚乙烯醇、聚 丙烯酸钠、聚 乙酸乙烯酯、 甲基纤维素、 聚乙烯醇缩丁 醛
常用高分子黏合剂介绍
羧甲基纤维素
聚乙烯醇
CMC
PVA
PAM
聚丙烯酰胺 聚乙烯吡咯烷酮
PVP
A、羧甲基纤维素（CMC）
特点与性 质
属阴离子型纤维素醚类，外观为 白色或微黄色絮状纤维粉末或白 色粉末，无嗅无味，溶解性好 调节陶瓷釉浆黏度；调节干燥时 间；提高半成品的强度；改善的 结合性能
产品国际竞争力不强，与发达国家差距仍然较大
产业创新能力不强，新工艺、新型添加剂的研究仍然薄弱
陶瓷添加剂的作用
改善陶瓷生产工艺条件 提高陶瓷制品的质量 降低原材料的消耗、节能减排 提高陶瓷生产的经济效益 使陶瓷精细化、功能化
陶瓷添加剂的发展历史
20世纪 50年代 20世纪 60-80年 代 20世纪 90年代 至今
A
深入研究陶瓷添加剂作用机理 设计和开发新型陶瓷添加剂 开发新型表面活性剂 重视水溶性高分子的应用 注重配方原理和技术研究 开发环境友好的绿色化学产品
B
C
D
E F
研究陶瓷添加剂的意义
改变我国陶瓷产业在过竞争中的不利地位，打破发 达国家对高档陶瓷的垄断。
节能减排，减少原材料消耗，低碳环保
符合与国家“十二五”规划对陶瓷产业的发展要求