CMC在陶瓷領域的應用

于海霞 董延玲

北京科遠智恒工程檢測有限公司（100070）

CMC在陶瓷領域的應用

于海霞 董延玲

北京科遠智恒工程檢測有限公司（100070）

介紹了CMC的特性，綜述了CMC應用到陶瓷生產(chǎn)中的作用及機理，選用CMC一些注意的問題，概括了CMC的市場前景及發(fā)展方向。

CMC；陶瓷；應用

0 引言

CMC是羧甲基纖維素（Carboxymethyl cellulose）的簡稱，它是一種陰離子、直鏈、水溶性纖維素醚，因其具有良好的黏結(jié)、懸浮、保水、分散等性能，被廣泛應用于建筑陶瓷生產(chǎn)中，作為陶瓷坯體、陶瓷釉漿、陶瓷花釉的添加劑，提高陶瓷產(chǎn)品質(zhì)量。隨著CMC的應用不斷被研究，對CMC的需求不斷增長，對CMC的要求也越來越高，尤其是針對特定應用開發(fā)的專用型產(chǎn)品（如超低黏度等）。

1 CMC的性質(zhì)

CMC的學名是羧甲基纖維素，又因為它大多以羧酸鈉鹽的形式存在故又稱羧甲基纖維素鈉鹽，結(jié)構通式為（C6H9O4-O-CHCOONa）n，n為聚合度。外觀為白色或黃白色顆粒，或呈纖維粉末狀[1]。無毒無味，易吸潮，在堿性溶液中穩(wěn)定，遇酸易水解，溶解于水中充分水化成黏稠、滑膩溶液的大分子物質(zhì)，產(chǎn)生增稠效果。CMC的結(jié)構呈鏈狀，為高分子電解質(zhì)，其溶解度主要取決于聚合度、替代度以及取代基團的分布。

衡量CMC性能的關鍵指標有二[2]:

1）聚合度（DP）:表示分子鏈的長度及分子量的大小。不同聚合度的CMC,其固有的黏度不同，根據(jù)聚合度的高低可分為高黏、中黏、低黏，此外易受溫度、電解質(zhì)、pH值、機械攪拌速率等因素的影響，并且它直接影響到CMC在釉漿中的用量及使用效果。

2）替代度（DS）:纖維素大分子中，每個葡萄糖單元上三個羥基參與反應，平均取代醚基的個數(shù)。替代度的最大值是3，但是在工業(yè)上用途最大的是替代度在0.5～1.2范圍內(nèi)。據(jù)有關研究結(jié)論可知[3]，釉漿用CMC無論黏度高低，一般都選用CMC替代度≤0.7為宜。

2 CMC的應用

由于CMC優(yōu)異的工藝性能及在陶瓷生產(chǎn)中廣泛應用，可用于坯體中作黏結(jié)劑、增塑劑、坯體增強劑，也可用于釉漿中作為黏結(jié)劑、懸浮劑、保水劑等，對改進陶瓷性能有著重要的意義。

1）CMC在陶瓷坯體中的應用

CMC是具有足夠鏈長的高分子聚合物，將CMC添加到陶瓷泥漿中，CMC分子間靠氫鍵和范德華力作用形成網(wǎng)狀結(jié)構[4]，使坯體粉料進入網(wǎng)狀結(jié)構而凝聚，起到黏結(jié)作用。坯用CMC在黏土-水系統(tǒng)中起到黏結(jié)作用從而使泥料的可塑性和生坯抗折強度明顯提高。與其他坯體增強劑相比，坯體專用的CMC使用時加入量少，且增強效果明顯，并且在球磨過程中，分子鏈被破壞少，生坯灼燒后幾乎不留灰燼，無殘渣無黑心，由于CMC的懸浮作用防止原料沉淀是坯體均勻性好。市場上出售的廣東江門量子高科生產(chǎn)的邦維牌坯體專用CMC增強效果明顯，并且可根據(jù)生產(chǎn)需要加入量控制在0.03% ～0.2%的范圍內(nèi)，是其他坯體增強劑的1/5～1/3[5]。CMC作為坯體增強劑時，要求其聚合度較高，取代度適中，其水溶液稠度高，有一定的抗酸、抗鹽能力。

2）CMC在陶瓷釉漿中的應用

CMC在陶瓷釉漿中起到黏結(jié)、懸浮、保水等作用。CMC在釉漿制好后加入，加入量為0.2%～0.5%，再球磨1 h左右。過長的球磨時間對分子鏈有破壞作用，使釉漿黏度降低，黏結(jié)性能下降。

①作黏結(jié)劑

用作釉料黏結(jié)劑的不同種類CMC的分子量是不同的，這對調(diào)節(jié)釉漿黏度和施釉工藝具有重要意義。CMC水溶液的黏度大小取決于CMC分子的鏈長和分子量，釉面黏結(jié)效果隨著聚合作用增加而增加。CMC的作用機理是在原材料顆粒間形成黏結(jié)薄膜，以保證它在除去物理水后不發(fā)生位移；由于其水溶性，故可以完全包覆住釉料顆粒牢固黏結(jié)在坯料表面。使用CMC作釉料黏結(jié)劑，可明顯提高釉料的附著能力，提高釉層強度，改善坯釉結(jié)合能力，減少陶瓷生產(chǎn)中如搬運、裝窯和干燥過程中因碰撞、磨蹭等原因造成廢品。

②作懸浮劑

釉料主要由瘠性原料組成，釉漿中如不添加CMC，由于各種原料性能的差別和重力作用，經(jīng)過一段時間易產(chǎn)生沉淀分層。放置較長時間會導致底部釉漿與水分層產(chǎn)生硬塊，很難將其攪拌均勻。加入CMC后由于形成網(wǎng)絡結(jié)構及對釉漿粒子的吸附，支撐釉漿粒子的重力，又因為CMC是長鏈高分子聚合物，在釉漿中占據(jù)一定空間，使釉粒子相隔，特別是帶負電荷的CMC離子與帶負電的黏土離子相互排斥，提高懸浮性。加入CMC的釉漿放置較長時間后也不會產(chǎn)生沉淀結(jié)塊現(xiàn)象,易將其攪拌均勻。

③作保水劑

保水性是確定釉漿在施釉時被坯體吸收快慢的工藝參數(shù)，它也影響釉面的質(zhì)量。CMC通過促使固相顆粒間的黏合，形成黏結(jié)性好的釉層，使釉層具有良好的保水性。加入CMC的釉漿噴到坯體表面，其水分不會很快被坯體所吸收，而是在保持一段時間后才被吸干。這對形成均勻、致密、平滑和無缺陷的釉層，提高坯釉結(jié)合性是十分重要的。

此外，CMC在陶瓷生產(chǎn)中作坯料可塑劑，在印花釉和滲花釉中，可作顏料粒子的連接料或載體，按比例添加到電瓷釉中可解決脫釉、花釉、釉泡等問題。不同型號的CMC在陶瓷生產(chǎn)中作用不同，使用時廠家應根據(jù)各自的生產(chǎn)條件和工藝，選擇不同聚合度和取代度的專用型CMC，保證獲得高質(zhì)量的釉面效果，生產(chǎn)出高質(zhì)量的陶瓷產(chǎn)品。

3 CMC在陶瓷生產(chǎn)中注意的問題

釉料中使用原料多為瘠性原料，可塑性原料很少，通過加入CMC來調(diào)整黏度，漿料黏度會隨著CMC的加入量增大而上升。其中塑性原料含量高，CMC加入量小，反之加入量大。同時陶瓷生產(chǎn)環(huán)境（如溫度、濕度等）對CMC黏度也有影響，這就要根據(jù)試驗結(jié)果來決定加入量。同時也要考慮替代度的影響，它是決定水溶性的關鍵因素，陶瓷生產(chǎn)中使用的CMC水溶性一定要好，水溶液必須通過200目篩。

CMC的加入方式對釉漿性能也有影響,徐小勇[6]等研究了CMC不同的加入方法對釉漿黏度的影響，試驗結(jié)果表明，球磨時間相同時，采用分期加入和溫水預溶都比直接加入時釉漿黏度大。有人在釉漿制備中加入適量減水劑來提高球磨效率，然后再加入CMC會使釉漿流動性變差，這種添加方式不好，最好一開始就加入CMC，然后再考慮適量加入減水劑,這樣與單獨加入減水劑有同樣的解凝效果，而且釉漿的穩(wěn)定性更好，還可以降低成本。

釉漿使用前一般需要陳腐1～2 d，CMC發(fā)揮最好效果，釉漿充分穩(wěn)定。釉漿受溫度影響顯著，當釉漿儲存多日,特別是夏天,CMC極易腐爛變質(zhì)影響?zhàn)ざ?，必須加入防腐劑?/p>

4 前景和展望

隨著人們消費水平的日益提高和陶瓷工業(yè)的快速發(fā)展，人們對陶瓷質(zhì)量和外觀要求不斷提高，對陶瓷的整體質(zhì)量要求也越來越高。CMC在陶瓷業(yè)中所表現(xiàn)出來的優(yōu)越性能早已受到并將越來越多地受到人們的重視。陶瓷生產(chǎn)中的各種功能助劑今后的發(fā)展方向是走復合助劑和多功能助劑的路子。因此，開發(fā)更多具有優(yōu)異性能的CMC復合產(chǎn)品，實現(xiàn)CMC的工業(yè)化生產(chǎn)，必將有廣闊的發(fā)展空間和強有力的市場競爭力。

[1]沈一丁,李小瑞.陶瓷添加劑[M].化學工業(yè)出版社,2004: 110-111.

[2]王瑞生.羧甲基纖維素鈉在衛(wèi)生陶瓷釉漿中的應用[J].陶瓷,2002(1):26-27.

[3]鄭曼云,張秀彩.CMC提高衛(wèi)生陶瓷釉漿性能的研究.中硅會陶瓷分會技術交流資料.

[4]湯上,夏君.釉漿中添加MC、CMC的作用機理及應用初探[J].中國陶瓷2002(2):14-20.

[5]喻恩泰.陶瓷添加劑應用技術[M].化學工業(yè)出版社,2006: 124.

[6]徐小勇,石棋,等.羧甲基纖維素在陶瓷釉漿中的應用研究[J].中國陶瓷,2008,44(10):56-58.

[18]楊利偉,王天穩(wěn).混凝土碳化的影響因素及其控制措施[J].建筑技術開發(fā),2005,32(2):34-36.