新型高分子增強(qiáng)劑在瓷質(zhì)磚中的應(yīng)用

劉一軍　潘利敏　汪慶剛　楊建明　楊曉峰

摘要本研究采用自制聚乙烯醇（PVA）改性淀粉聚合物進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)比氧化淀粉及羧甲基纖維素鈉，對(duì)其增強(qiáng)瓷質(zhì)磚坯料效果進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，自制PVA改性淀粉聚合物增強(qiáng)效果明顯。

關(guān)鍵詞PVA改性淀粉，增強(qiáng)劑，瓷質(zhì)磚

1引 言

在陶瓷墻地磚生產(chǎn)中，生坯強(qiáng)度是一個(gè)重要指標(biāo)，它對(duì)產(chǎn)品的成品率及質(zhì)量有著重要的影響。由于坯料中好的塑性粘土資源越來越少，而單個(gè)坯體卻越做越大，致使生坯強(qiáng)度差的現(xiàn)象普遍存在。尤其是筆者所在公司作為國內(nèi)第一家生產(chǎn)900mm×1800mm×3.5mm規(guī)格的干壓瓷質(zhì)超薄磚，更需要加入坯體增強(qiáng)劑。而目前用得較多的陶瓷增強(qiáng)劑羧甲基纖維素鈉(CMC)本身水溶液粘度很高，用量超過0.1%對(duì)漿料稠化明顯，影響泥漿流速，用量多時(shí)增強(qiáng)效果還可以；淀粉類增強(qiáng)劑本身水溶液粘度很低，具有易于分散、使用方便、對(duì)泥漿流動(dòng)性影響小等優(yōu)點(diǎn)，但增強(qiáng)效果一般，且泥漿長期存放容易腐化變質(zhì)，需要加入防腐劑。聚乙烯醇(PVA)作為特種陶瓷增強(qiáng)劑，有很好的增強(qiáng)效果，但它的反應(yīng)活性較大，直接應(yīng)用于陶瓷墻地磚中對(duì)漿料稠化效果相當(dāng)明顯。本研究通過制備PVA改性淀粉聚合物，并對(duì)比氧化淀粉及CMC，結(jié)果表明其增強(qiáng)作用更為明顯。

2實(shí) 驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)用試劑及原料

玉米淀粉為食品一級(jí)。其它如1788型PVA、次氯酸鈉、亞硫酸鈉、氧化淀粉、CMC等均為工業(yè)品級(jí)。

本試驗(yàn)所用坯體化學(xué)組成為：SiO₂69％、Al₂O₃18.3%、Fe₂O₃+TiO₂0.5%、CaO+MgO 1.5%、K₂O+Na₂O 6.5%，燒失4.2%。

2.2 PVA改性淀粉聚合物的合成

在燒杯中加入玉米淀粉80g、水240g、次氯酸鈉6g進(jìn)行糊化處理1h，攪拌均勻待用。在裝有攪拌器、溫度計(jì)的三頸瓶中加入10gPVA及100g水，開動(dòng)攪拌并升溫至90℃，使PVA完全溶解后降溫至50℃，再加入過硫酸鉀0.05g氧化約30min，然后加入配好的玉米淀粉糊，調(diào)節(jié)pH值為9～10，保溫1h后進(jìn)行接枝改性。最后用適量亞硫酸鈉溶液還原多余的氧化劑，得到無毒、無腐蝕性的乳黃色均勻液體——PVA改性淀粉聚合物。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

將自制PVA改性淀粉聚合物（PS）、氧化淀粉(MS)及CMC按不同的加入量分別加入拋光磚坯料中，并加適量水用快速研磨機(jī)混合均勻、干燥，控制粉料含水率為7％左右，陳腐1h，再用壓餅機(jī)壓制規(guī)格為120cm×80cm×7cm的小餅于110℃條件下烘干，然后將烘干的坯體制成試樣測試其強(qiáng)度。期間用200ml流速杯測量泥漿流動(dòng)性。整個(gè)工藝過程如下所示：

3結(jié)果與討論

3.1 增強(qiáng)劑增強(qiáng)效果的比較

圖1是本增強(qiáng)劑PS、MS及CMC加入量對(duì)瓷質(zhì)磚干坯強(qiáng)度的影響。由圖可知，自制增強(qiáng)劑PS、MS及CMC加入玻化磚坯體后，強(qiáng)度隨增強(qiáng)劑含量的增加而增加。其中PS和CMC增強(qiáng)效果比較明顯，特別是PS，加入量為0.3%時(shí)，坯體強(qiáng)度增加了41%，相應(yīng)地，添加CMC的坯體強(qiáng)度也增加了35%，可見增強(qiáng)效果也相當(dāng)明顯。MS增強(qiáng)效果相對(duì)較差，僅為28%。

自制增強(qiáng)劑PS是一種PVA改性淀粉聚合物，是一種多羥基化合物，由許多脫水葡萄糖單元經(jīng)糖鍵連接而成，每個(gè)脫水葡萄糖單元的2、3、6三個(gè)位置上各有一個(gè)醇羥基，加入氧化劑進(jìn)行氧化反應(yīng)時(shí)6位上的羥基比2、3位的羥基更易于氧化。淀粉氧化后分子中含有醛基和羧基。在PVA水溶液中加入氧化劑過硫酸鉀，使PVA部分分子鏈斷鏈而導(dǎo)入端羧基或醛基，并在分子鏈中引入酮基。由于PVA和淀粉都是含有多羥基的大分子化合物，在一定的條件下，PVA與氧化淀粉間發(fā)生接枝反應(yīng)，使粘合強(qiáng)度明顯提高。試驗(yàn)表明：當(dāng)加入量為0.1～0.5%（相對(duì)干料而言）時(shí)，可提高瓷質(zhì)磚坯體強(qiáng)度15～60％以上。其增強(qiáng)機(jī)理是利用增強(qiáng)劑在高溫下分子長鏈之間的相互纏繞和交聯(lián)作用，將陶瓷顆粒更加緊密地粘合在一起，阻止顆粒在受力條件下產(chǎn)生位移，從而起到增強(qiáng)作用。由于CMC及MS也屬于高分子類增強(qiáng)劑，故它們也和PS一樣有類似的增強(qiáng)作用。

3.2 增強(qiáng)劑對(duì)料漿流動(dòng)性的影響

圖2為采用200ml伏特杯測得的增強(qiáng)劑加入量與泥漿粘度的變化關(guān)系。由圖可知，分別加入本增強(qiáng)劑PS、MS及CMC后料漿的流動(dòng)性都有所增加。其中CMC對(duì)流動(dòng)性影響最大，超過0.2%用量，流速杯內(nèi)泥漿已流不完，測不出流速。在加入量低于0.2%時(shí)，PS、MS對(duì)料漿的流動(dòng)性影響不大，可以滿足生產(chǎn)工藝對(duì)泥漿流動(dòng)性的需要。

3.3 粉料性能

添加增強(qiáng)劑PS的漿料經(jīng)噴霧干燥后形成的顆粒圓滑、流動(dòng)性好、填模均勻，在壓制過程中減少了粉料顆粒之間以及粉料與模壁之間的摩擦，增加了顆粒之間的粘合作用，因此提高了坯體的密實(shí)度和強(qiáng)度，減少了粘?，F(xiàn)象。壓制出來的坯體表面平整，生坯強(qiáng)度得到了提高，破損率明顯下降，有效地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在燒成過程中，當(dāng)溫度達(dá)到 400～500℃時(shí)，坯體內(nèi)部的增強(qiáng)劑完全碳化燒失，不會(huì)造成產(chǎn)品黑心，對(duì)最終燒成的陶瓷產(chǎn)品的性能沒有不良影響。

4結(jié) 論

通過與普通增強(qiáng)劑CMC及MS的增強(qiáng)效果及漿料流速的比較證明，本方法合成的聚合物PS對(duì)陶瓷坯體具有明顯的增強(qiáng)作用，而且對(duì)漿料的流動(dòng)性沒有太大的影響，經(jīng)噴霧干燥得到的粉料強(qiáng)度高、成形性能好，是一種較為理想的增強(qiáng)劑。增強(qiáng)劑PS的增強(qiáng)作用是由于在坯體中形成了不規(guī)則的網(wǎng)狀高彈性高分子鏈并與陶瓷顆粒形成氫鍵所致。

參考文獻(xiàn)

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4 張秀英.陶瓷工藝實(shí)驗(yàn)[M].咸陽:西北輕工業(yè)學(xué)院出版社,1990

Study on the Application of the New Macromolecule

Reinforcing Agent on Porcelain Body

Liu Yijun1 Pan Limin1Wang Qinggang1Yang Jianming1Yang Xiaofeng2

（1 Guangdong Monalisa Ceramics Co..LTD FoshanGuangdong 528211

2 Shanxi University of Science and TechnologyXianyangShanxi712081）

Abstract： The reinforcing effects on porcelain body was studied by using self-made PVA-starch copolymer,modified starch and carboxymethyl cellulose, and the results showed that PVA-starch copolymer had a good reinforcing effect.

Keywords： PVA-starch copolymer, reinforcing agent, porcelain body