三乙醇胺對氧化鋯水基漿料穩(wěn)定性的影響

彭牛生+劉革命+王文平+王仁平+吳珊+肖偉

摘 要：本文通過在不同固相含量的氧化鋯水基漿料中添加三乙醇胺，經(jīng)過球磨混合均勻，采用旋轉(zhuǎn)黏度計和pH計測試了漿料的黏度、pH值，并測量漿料擺放一段時間后漿料沉降高度及沉降結(jié)底層的厚度。實踐證明，不同含量的三乙醇胺對漿料的穩(wěn)定性有一定的影響，為獲得高固相含量的氧化鋯穩(wěn)定水基漿料提供了幫助。

關(guān)鍵詞：三乙醇胺；氧化鋯；水基漿料；穩(wěn)定性；影響

1 引言

氧化鋯陶瓷不僅具有高硬度、耐腐蝕等性能，還具有優(yōu)異的抗彎強度和韌性，其制品拋光后表面光潔度能夠達到與鏡面類似的效果。因此，在高檔民用陶瓷中占有重要的地位，其代表產(chǎn)品有手表、手鏈、手機配件、民用陶瓷刀、餐具等。在高精度零配件中也有應用，典型產(chǎn)品為光纖連接器中的插芯和套管，而且在工業(yè)陶瓷上也具有很大的市場，如：各種耐磨損、耐腐蝕結(jié)構(gòu)件，其產(chǎn)品有研磨介質(zhì)、攪拌棒、球閥等；又因其具有較高的離子電導率、良好的結(jié)構(gòu)和化學穩(wěn)定性，所以也是理想的固體電解質(zhì)材料。氧化鋯陶瓷產(chǎn)品的成型方法有多種，如：器型較大、結(jié)構(gòu)簡單的產(chǎn)品可采用干粉壓制法；器型小、結(jié)構(gòu)復雜、精度要求高的產(chǎn)品可采用注射成型法；大規(guī)格、器型復雜的產(chǎn)品，或者薄片產(chǎn)品，需要采用濕法成型（如：凝膠注模、流延成型、注漿成型等），而獲得高固相含量、低黏度的穩(wěn)定漿料是濕法成型的關(guān)鍵。

三乙醇胺，也稱三羥基三乙胺，(HOCH2CH2)3N，英文名Triethanolamine，簡稱TEA，常用作水泥增強劑，以及減水劑、表面活性劑、洗滌劑、穩(wěn)定劑、乳化劑及織物柔軟劑等。三乙醇胺對不同水泥強度的影響效果也有不同[1]，但可縮短初凝和終凝時間[2]。吳紅亞[3]發(fā)現(xiàn)使用三乙醇胺做分散劑可明顯增加輝沸石的超細粉碎效率；逄建軍[4]利用三乙醇胺合成了一種含有三乙醇胺側(cè)鏈的新型聚羧酸減水劑，在堿性條件下，增強分散性能；嚴家發(fā)等[5]采用三乙醇胺改性PVC，提高了材料的拉伸強度和熱穩(wěn)定性，但其流動性下降；陳功等人[6]以三乙醇胺、環(huán)氧氯丙烷等原料在80℃下催化合成了一種雙子表面活性劑，總收率為41.3%；張秀玲[7]認為三乙醇胺在切削液中起到穩(wěn)定劑作用；李運玲[8]獲得工藝路線簡單、易分解分散性好的含三乙醇胺側(cè)鏈的新型柔軟劑三乙醇胺脂肪酸脂季銨鹽。這些研究結(jié)果說明，三乙醇胺可作分散劑使用。因此，本文通過將三乙醇胺添加到氧化鋯水基漿料中，測試其黏度、穩(wěn)定性等方面的性能，并探索三乙醇胺含量對氧化鋯水基漿料穩(wěn)定性的影響。

2 實驗內(nèi)容

2.1實驗原料及設(shè)備

（1） 原料

本實驗采用的原料有三乙醇胺，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；自制共沉淀3mol%氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯粉，其相關(guān)性能參數(shù)見表1。

（2） 設(shè)備

本實驗所采用的設(shè)備有行星球磨機，南京大學儀器廠；黏度計：LV DV-Ⅱ+Pro，美國博勒飛（Brookfield）實驗設(shè)備股份有限公司；pH計：STARTER 2100，奧豪斯儀器（上海）有限公司。

2.2漿料制備及檢測

首先，稱取180g氧化鋯粉和對應的水，配置粉料固相含量分別為50 wt %、55 wt %、60 wt %、65 wt %的四組漿料；然后,在四組漿料中分別對應添加0%、2%、4%、6%、8%的三乙醇胺，并置于球磨罐中球磨，其中，料球比為1:8，球磨轉(zhuǎn)速為210轉(zhuǎn)/min，球磨時間為4h；其次，取出漿液，過120目網(wǎng)篩，并測試其黏度及pH值；將漿料注入最大量程為100mL的量筒中，注至100mL刻度線，封口靜置，記錄分層后漿料液面高度及其對應的時間；72h后，用玻璃棒探測在量筒中結(jié)底漿料的厚度。

3 實驗結(jié)果與討論

3.1三乙醇胺對漿料黏度的影響

三乙醇胺含量對不同固相含量漿料的黏度影響如圖1所示。

在圖1（a）固相含量為50wt%~60wt%的漿料中，添加2wt%分散劑的漿料黏度隨固相含量的增加而降低，相比未添加分散劑的漿料，黏度都升高，這與顆粒間的間距有關(guān)：固相含量越大，顆粒濃度越大，顆粒間的間隙越小，顆粒間的排斥力越大，顆粒間的絮凝受到阻礙，漿料分散性更好.因此，漿料的黏度變小。

但從圖1（b）中可見，固相含量為65wt%漿料中，添加有三乙醇胺分散劑的漿料，相比未添加三乙醇胺的漿料，其黏度值整體呈急劇攀升的趨勢，最低值達到25315MPa·s，漿料變得很粘稠。說明顆粒間相互吸引成團狀，此時分散劑不但沒有起到分散作用，反而起到絮凝作用，該粉料在65wt%的固相濃度下，三乙醇胺不適合作分散劑使用。

3.2三乙醇胺對漿料pH值的影響

三乙醇胺含量對不同固相含量漿料pH值的影響如圖2所示。

由圖2可知，隨著三乙醇胺含量的增加，漿料的pH值逐漸增大，漿料固相含量越高，pH值越大?？紤]到pH值大于10時，漿料對設(shè)備的腐蝕較大，在實際生產(chǎn)中，漿料的pH值應低于10。因此，50wt%固相含量的漿料中三乙醇胺分散劑含量應低于8%；55wt%固相含量的漿料中三乙醇胺分散劑含量應低于6%；60wt%固相含量的漿料中三乙醇胺分散劑含量應低于4%；65wt%固相含量的漿料在添加2wt%的三乙醇胺時pH值就已經(jīng)接近10，考慮到該濃度所有添加有三乙醇胺的漿料黏度都偏大，因此，在該濃度下不建議使用三乙醇胺作為分散劑。

在未添加三乙醇胺的漿料中，pH值集中在7左右，說明漿料都呈電中性。但是，55wt%固相含量漿料的pH值相比其他濃度漿料的pH偏低，說明氧化鋯在純水中不電解，使得漿料中電解質(zhì)稀少，導致pH測量儀器測不準。因為在純水中，pH計的測量值是不穩(wěn)定的。

3.3三乙醇胺對漿料沉降性能的影響

漿料在靜置初期就存在沉降分層現(xiàn)象，而未添加三乙醇胺的漿料，在靜置初期不容易觀察到其沉降分層現(xiàn)象。因此，認為未添加分散劑的漿料，顆粒分布范圍廣，漿料最上層的顆粒粒徑為納米級，在水溶液中其懸浮性能好，不沉降或者極難沉降；漿料中層的顆粒粒徑介于微米與納米之間，這個范圍的顆粒在水溶液中也具有相當好的懸浮性，在溶液中受其他水分子和納米顆粒分子的無規(guī)則布朗運動的影響，克服重力影響也可進行一段時間的布朗運動，表現(xiàn)為沉降緩慢。雖然最下層的微米級顆粒，已經(jīng)出現(xiàn)沉積，而且沉積層還具有一定的厚度，但是視線受中間層渾濁漿料的阻礙，不易從肉眼上觀察漿料的沉降。

而添加有三乙醇胺分散劑的漿料，顆粒表面吸附有三乙醇胺，增加顆粒的有效半徑，相互吸引和排斥的作用力增加，加上自身重力的影響，導致重力下降趨勢大于無規(guī)則的布朗運動。因此，表現(xiàn)為明顯的團聚沉降，漿料出現(xiàn)明顯的固液分離現(xiàn)象，上層為透明清夜，下層為顆粒-溶液渾濁的不穩(wěn)定懸濁液。隨著時間的延長，懸濁液的液面逐漸下降。圖3~圖6為不同三乙醇胺含量對不同固相含量漿料沉降性能的影響。

由圖3可知，其前10h內(nèi)沉降程度相對小，其明顯程度為：6%>4%>2%>8%，30h后漿料的沉降高度相接近。但2%更明顯，相對明顯程度為：2%>4%>8%>6%；對于需要保存較長時間的漿料，50wt%濃度下三乙醇胺的添加量以4%~8%為較佳。

由圖4可以看出，在前4h內(nèi)，沉降最快的是含有6%三乙醇胺的漿料，其次分別是4%、2%、8%。如果防腐設(shè)備較好（pH值稍大于10），此時8%的三乙醇胺添加量較為理想，其黏度值為97.5MPa·s，沉降緩慢。綜合考慮，4%的添加量比較適合生產(chǎn)需要。

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由圖5可知，前10h，添加有三乙醇胺分散劑的漿料沉降速度依次為：4%>8%>2%>6%；50h后，除了添加量為2%的漿料外，其他漿料沉降后漿料的高度都比較接近。綜合考慮其pH值和黏度，4%的添加量為最佳。

由圖6可知，在前2h內(nèi)，觀察到漿料基本不沉降，尤其是未添加分散劑的漿料，整個實驗過程都未見有固液分離現(xiàn)象。但是從其沉降結(jié)底層厚度來看，漿料仍然不穩(wěn)定，存在沉降分層現(xiàn)象。在前20h內(nèi)，沉降最快的是添加8%和2%三乙醇胺的漿料，4%和6%添加量的漿料沉降高度接近。

3.4三乙醇胺對漿料沉降結(jié)底層厚度的影響

漿料靜置一段時間，最低層有一定厚度的較硬的結(jié)底層，漿料結(jié)底厚度反映的是漿料的穩(wěn)定性能。不同三乙醇胺含量與固相含量的漿料沉降結(jié)底層厚度情況如圖7所示。

由圖7可知，未添加三乙醇胺的漿料都存在硬結(jié)底情況，固相含量為55wt%的漿料，其結(jié)底層厚度達到最高的10cm；而65%的漿料為最低值1cm?？赡苁窃诤繛?5 wt %的漿料中，顆粒間的間隙適合沉底，濃度越低，越易分散開，分子間做布朗運動。濃度越高，顆粒間存在斥力越大，越容易阻礙顆粒沉底，因此，沉降緩慢。

而添加有三乙醇胺的漿料都未出現(xiàn)硬結(jié)底情況，但是其漿料存在一定厚度的淤積層，粘稠度比上層液稍稠。但可以全部順利傾倒出來，清洗時可以看到量筒壁上和底部有薄的附層，沒有顆粒感，說明添加三乙醇胺的漿料具有較好的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

（1） 添加三乙醇胺的氧化鋯漿料，黏度值高于未添加分散劑的漿料，漿料黏度值在添加量為2wt%處存在峰值；添加量大于4wt%時下降到一個相對穩(wěn)定的低黏度值；固相含量達到65wt%以上時，漿料中添加三乙醇胺后黏度值急劇增加。因此，三乙醇胺起絮凝作用，不建議三乙醇胺做分散劑使用。

（2） 添加三乙醇胺，漿料的pH值上升，隨著添加量的增加，pH值呈上升趨勢。為了保護生產(chǎn)設(shè)備，固相含量為50wt%的漿料建議三乙醇胺的添加量應低于8%；55wt%固相含量的漿料其添加量應低于6%；60wt%固相含量的漿料其添加量應低于4%。

（3） 添加有三乙醇胺的漿料沉降比較緩慢，黏度越大的漿料沉降更快；黏度越小的漿料，沉降越慢，漿料越穩(wěn)定，未觀察到沉降結(jié)底現(xiàn)象。當固相含量50wt%的漿料添加三乙醇胺為4wt%~8wt%時，以及固相含量55wt%與60wt%的漿料添加4wt%的三乙醇胺時，可獲得適宜穩(wěn)定性的漿料。

（4） 未添加分散劑的漿料靜置后存在結(jié)底硬塊現(xiàn)象，而添加三乙醇胺制備的漿料，無結(jié)底硬塊現(xiàn)象，漿料較穩(wěn)定。說明三乙醇胺適合做水基漿料的分散劑。

參考文獻

[1] 梁松, 楊醫(yī)博, 莫海鴻,等. 三乙醇胺對水泥強度影響的試驗研

究[J]. 四川建筑科學研究, 2008, 34(1): 139-141.

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凝土, 2006, 10: 45-46.

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[4] 逄建軍, 王棟民, 張力冉等. 含三乙醇胺側(cè)基聚羧酸減水劑的

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滑油, 1999, 14(5): 36-37.

[8] 李運玲. 新一代柔軟劑—三乙醇胺脂肪酸脂季銨鹽的合成及

應用[J]. 表面活性劑工業(yè), 1998, 1: 37-39.

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由圖5可知，前10h，添加有三乙醇胺分散劑的漿料沉降速度依次為：4%>8%>2%>6%；50h后，除了添加量為2%的漿料外，其他漿料沉降后漿料的高度都比較接近。綜合考慮其pH值和黏度，4%的添加量為最佳。

由圖6可知，在前2h內(nèi)，觀察到漿料基本不沉降，尤其是未添加分散劑的漿料，整個實驗過程都未見有固液分離現(xiàn)象。但是從其沉降結(jié)底層厚度來看，漿料仍然不穩(wěn)定，存在沉降分層現(xiàn)象。在前20h內(nèi)，沉降最快的是添加8%和2%三乙醇胺的漿料，4%和6%添加量的漿料沉降高度接近。

3.4三乙醇胺對漿料沉降結(jié)底層厚度的影響

漿料靜置一段時間，最低層有一定厚度的較硬的結(jié)底層，漿料結(jié)底厚度反映的是漿料的穩(wěn)定性能。不同三乙醇胺含量與固相含量的漿料沉降結(jié)底層厚度情況如圖7所示。

由圖7可知，未添加三乙醇胺的漿料都存在硬結(jié)底情況，固相含量為55wt%的漿料，其結(jié)底層厚度達到最高的10cm；而65%的漿料為最低值1cm。可能是在含量為55 wt %的漿料中，顆粒間的間隙適合沉底，濃度越低，越易分散開，分子間做布朗運動。濃度越高，顆粒間存在斥力越大，越容易阻礙顆粒沉底，因此，沉降緩慢。

而添加有三乙醇胺的漿料都未出現(xiàn)硬結(jié)底情況，但是其漿料存在一定厚度的淤積層，粘稠度比上層液稍稠。但可以全部順利傾倒出來，清洗時可以看到量筒壁上和底部有薄的附層，沒有顆粒感，說明添加三乙醇胺的漿料具有較好的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

（1） 添加三乙醇胺的氧化鋯漿料，黏度值高于未添加分散劑的漿料，漿料黏度值在添加量為2wt%處存在峰值；添加量大于4wt%時下降到一個相對穩(wěn)定的低黏度值；固相含量達到65wt%以上時，漿料中添加三乙醇胺后黏度值急劇增加。因此，三乙醇胺起絮凝作用，不建議三乙醇胺做分散劑使用。

（2） 添加三乙醇胺，漿料的pH值上升，隨著添加量的增加，pH值呈上升趨勢。為了保護生產(chǎn)設(shè)備，固相含量為50wt%的漿料建議三乙醇胺的添加量應低于8%；55wt%固相含量的漿料其添加量應低于6%；60wt%固相含量的漿料其添加量應低于4%。

（3） 添加有三乙醇胺的漿料沉降比較緩慢，黏度越大的漿料沉降更快；黏度越小的漿料，沉降越慢，漿料越穩(wěn)定，未觀察到沉降結(jié)底現(xiàn)象。當固相含量50wt%的漿料添加三乙醇胺為4wt%~8wt%時，以及固相含量55wt%與60wt%的漿料添加4wt%的三乙醇胺時，可獲得適宜穩(wěn)定性的漿料。

（4） 未添加分散劑的漿料靜置后存在結(jié)底硬塊現(xiàn)象，而添加三乙醇胺制備的漿料，無結(jié)底硬塊現(xiàn)象，漿料較穩(wěn)定。說明三乙醇胺適合做水基漿料的分散劑。

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[8] 李運玲. 新一代柔軟劑—三乙醇胺脂肪酸脂季銨鹽的合成及

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由圖5可知，前10h，添加有三乙醇胺分散劑的漿料沉降速度依次為：4%>8%>2%>6%；50h后，除了添加量為2%的漿料外，其他漿料沉降后漿料的高度都比較接近。綜合考慮其pH值和黏度，4%的添加量為最佳。

由圖6可知，在前2h內(nèi)，觀察到漿料基本不沉降，尤其是未添加分散劑的漿料，整個實驗過程都未見有固液分離現(xiàn)象。但是從其沉降結(jié)底層厚度來看，漿料仍然不穩(wěn)定，存在沉降分層現(xiàn)象。在前20h內(nèi)，沉降最快的是添加8%和2%三乙醇胺的漿料，4%和6%添加量的漿料沉降高度接近。

3.4三乙醇胺對漿料沉降結(jié)底層厚度的影響

漿料靜置一段時間，最低層有一定厚度的較硬的結(jié)底層，漿料結(jié)底厚度反映的是漿料的穩(wěn)定性能。不同三乙醇胺含量與固相含量的漿料沉降結(jié)底層厚度情況如圖7所示。

由圖7可知，未添加三乙醇胺的漿料都存在硬結(jié)底情況，固相含量為55wt%的漿料，其結(jié)底層厚度達到最高的10cm；而65%的漿料為最低值1cm?？赡苁窃诤繛?5 wt %的漿料中，顆粒間的間隙適合沉底，濃度越低，越易分散開，分子間做布朗運動。濃度越高，顆粒間存在斥力越大，越容易阻礙顆粒沉底，因此，沉降緩慢。

而添加有三乙醇胺的漿料都未出現(xiàn)硬結(jié)底情況，但是其漿料存在一定厚度的淤積層，粘稠度比上層液稍稠。但可以全部順利傾倒出來，清洗時可以看到量筒壁上和底部有薄的附層，沒有顆粒感，說明添加三乙醇胺的漿料具有較好的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

（1） 添加三乙醇胺的氧化鋯漿料，黏度值高于未添加分散劑的漿料，漿料黏度值在添加量為2wt%處存在峰值；添加量大于4wt%時下降到一個相對穩(wěn)定的低黏度值；固相含量達到65wt%以上時，漿料中添加三乙醇胺后黏度值急劇增加。因此，三乙醇胺起絮凝作用，不建議三乙醇胺做分散劑使用。

（2） 添加三乙醇胺，漿料的pH值上升，隨著添加量的增加，pH值呈上升趨勢。為了保護生產(chǎn)設(shè)備，固相含量為50wt%的漿料建議三乙醇胺的添加量應低于8%；55wt%固相含量的漿料其添加量應低于6%；60wt%固相含量的漿料其添加量應低于4%。

（3） 添加有三乙醇胺的漿料沉降比較緩慢，黏度越大的漿料沉降更快；黏度越小的漿料，沉降越慢，漿料越穩(wěn)定，未觀察到沉降結(jié)底現(xiàn)象。當固相含量50wt%的漿料添加三乙醇胺為4wt%~8wt%時，以及固相含量55wt%與60wt%的漿料添加4wt%的三乙醇胺時，可獲得適宜穩(wěn)定性的漿料。

（4） 未添加分散劑的漿料靜置后存在結(jié)底硬塊現(xiàn)象，而添加三乙醇胺制備的漿料，無結(jié)底硬塊現(xiàn)象，漿料較穩(wěn)定。說明三乙醇胺適合做水基漿料的分散劑。

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果的影響[J]. 中國非金屬礦工業(yè)導刊, 2009, 5: 43-44.

[4] 逄建軍, 王棟民, 張力冉等. 含三乙醇胺側(cè)基聚羧酸減水劑的

制備與性能[J]. 硅酸鹽通報, 2013, 32(10): 2103-2107.

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塑性助劑, 2009, 1: 33-38.

[6] 陳功, 黃鵬程, 馬云容等. 一種雙子表面活性劑的合成[J]. 精細

化工, 2001, 18(8): 440-442.

[7] 張秀玲, 賈曉鳴. 三乙醇胺及其在水基切削液中的作用[J]. 潤

滑油, 1999, 14(5): 36-37.

[8] 李運玲. 新一代柔軟劑—三乙醇胺脂肪酸脂季銨鹽的合成及

應用[J]. 表面活性劑工業(yè), 1998, 1: 37-39.

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