淺談陶瓷添加劑的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀

秦威

摘 要：本文闡述了陶瓷添加劑的常見種類與應(yīng)用機(jī)理，介紹了陶瓷添加劑的主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品種類，以及對(duì)陶瓷解膠劑、增強(qiáng)劑的類型、應(yīng)用、性能特點(diǎn)等進(jìn)行了講解，并對(duì)陶瓷添加劑的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：陶瓷；添加劑；解膠劑；增強(qiáng)劑

1 概述

陶瓷添加劑是指在陶瓷工藝生產(chǎn)過程中為了滿足工藝和性能要求所添加的化學(xué)試劑的通稱。隨著陶瓷工業(yè)的迅速發(fā)展，陶瓷添加劑技術(shù)越來越引起陶瓷行業(yè)技術(shù)人員的重視。特別是在建筑陶瓷的粉料制備、漿料調(diào)配、可塑坯體制備，坯體成型、坯體干燥、坯體燒成等各道工序中都有使用到對(duì)應(yīng)的陶瓷添加劑產(chǎn)品，需要說明的，陶瓷添加劑的用量雖?。?.1wt%～1.0wt%）。但是，它們對(duì)工藝參數(shù)的改善、陶瓷制品質(zhì)量的提高都具有非常重要的作用。因此，陶瓷添加劑也被稱為陶瓷工業(yè)的“魔術(shù)師”。

我國(guó)陶瓷工業(yè)使用傳統(tǒng)添加劑的歷史較長(zhǎng)，從20世紀(jì)50年代就有開始使用陶瓷添加劑。第一代添加劑主要是無機(jī)化合物和少量天然或半合成高分子化合物，如：硅酸鹽、磷酸鹽、碳酸鈉、燒堿等。到20世紀(jì)60～80年代起則主要使用第二代添加劑，主要是天然或半合成高分子化合物，亦使用一些無機(jī)化合物與有機(jī)化合物的復(fù)合物；特別是04年后我國(guó)陶瓷行業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期，各地陶瓷工業(yè)園紛紛建起，大規(guī)模工業(yè)化集中生產(chǎn)對(duì)于陶瓷添加劑的需求更加旺盛，并對(duì)陶瓷添加劑的技術(shù)要求和產(chǎn)品價(jià)格有了進(jìn)一步的要求，大致在07年后陶瓷市場(chǎng)出現(xiàn)使用天然水溶性高分子和合成高分子化合物的種類和品種不斷擴(kuò)大，并出現(xiàn)一些液體狀添加劑，同時(shí)有機(jī)化合物也在陶瓷生產(chǎn)中大量使用。

總的來看，近年來我國(guó)陶瓷添加劑的技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)品升級(jí)換代速度非?？?，產(chǎn)品種類更新的周期進(jìn)一步縮短，其應(yīng)用范圍也越來越廣，基本上遍及傳統(tǒng)和新型陶瓷產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)陶瓷添加劑的總體研究水平還不高，主要表現(xiàn)在新產(chǎn)品種類少、產(chǎn)品不穩(wěn)定，應(yīng)用和生產(chǎn)規(guī)模不大，專一性和功能性不能滿足需要。

2 陶瓷添加劑的分類與作用機(jī)理

2.1 陶瓷添加劑的種類

陶瓷添加劑的種類有很多，分類方法也多種多樣，其分類方法目前尚未有統(tǒng)一的規(guī)定，根據(jù)其化合物組成、作用、狀態(tài)以及應(yīng)用領(lǐng)域可以分為以下幾類：

（1） 根據(jù)其化學(xué)組成，可以分為有機(jī)、無機(jī)、高分子和復(fù)合添加劑。

（2） 根據(jù)其作用，可以分為解膠劑、增塑劑、增強(qiáng)劑、助磨劑、消泡劑、絮凝劑、防腐劑等。

（3） 根據(jù)其狀態(tài)，可以分為固體添加劑和液體添加劑兩大類。

（4） 根據(jù)其應(yīng)用領(lǐng)域，可以分為普通陶瓷添加劑和新型陶瓷添加劑。

2.2 陶瓷添加劑的作用及要求

陶瓷添加劑主要有兩個(gè)方面的作用：一是作為過程性添加劑，以改善工藝性能，優(yōu)化工藝流程，提高生產(chǎn)效率；二是作為功能性添加劑，改善陶瓷制品的性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿足對(duì)其使用性能的需要。陶瓷添加劑一般以外加的形式引入，使用時(shí)應(yīng)遵循如下幾個(gè)原則：

（1） 需熟悉各種陶瓷原料的物理化學(xué)性能以及其在生產(chǎn)各工序中的作用和存在的形式，了解各原料組分與陶瓷添加劑的相互作用。

（2） 了解各種陶瓷添加劑的特性和共性以及它們之間的相互作用及相容性，清楚陶瓷添加劑的作用機(jī)理。

（3） 陶瓷添加劑的加入量有一定范圍，用量太小，起不到應(yīng)有的作用；用量太高又可能產(chǎn)生副作用；另一方面，陶瓷添加劑本身的質(zhì)量要穩(wěn)定可靠，在使用和貯存過程中不易變質(zhì)。

（4） 陶瓷添加劑在陶瓷燒結(jié)時(shí)，其揮發(fā)組份和殘余組份不應(yīng)影響陶瓷產(chǎn)品的性能，有機(jī)及高分子添加劑在燒結(jié)過程中的揮發(fā)和分解不應(yīng)使陶瓷制品形成氣孔，含金屬元素的添加劑則應(yīng)避免在燒結(jié)過程中形成著色金屬氧化物，使陶瓷制品出現(xiàn)斑點(diǎn)等缺陷。

2.3 陶瓷添加劑的作用機(jī)理

（1） 分散作用

固體顆粒在液體介質(zhì)中分散后形成的體系應(yīng)屬于膠體范疇，該體系在熱力學(xué)上不穩(wěn)定，顆粒有團(tuán)聚的趨勢(shì)。此時(shí)添加陶瓷添加劑通過與陶瓷顆粒表面發(fā)生作用而阻止其相互團(tuán)聚，可以起到防止粒子團(tuán)聚的作用，使原料各組分均勻分散在液體介質(zhì)中。陶瓷添加的分散機(jī)理大致分為四種：靜電斥力穩(wěn)定作用；空間位阻穩(wěn)定作用；靜電位阻作用和穩(wěn)定作用。

（2） 懸浮穩(wěn)定作用

一些不溶于水或者微溶于水的固體顆?？梢越柚承┨沾商砑觿容^均勻地分散在液體介質(zhì)中，形成一種細(xì)小的高懸浮、能流動(dòng)的穩(wěn)定液固態(tài)體系，起到改善料漿懸浮穩(wěn)定性的作用。懸浮穩(wěn)定作用機(jī)理其實(shí)和分散作用類似，實(shí)際上各種懸浮穩(wěn)定劑也可以用作陶瓷料漿的分散劑，只不過分散劑主要用在料漿中，而懸浮穩(wěn)定劑主要用在釉漿中，對(duì)釉漿具有稠化作用，是防止釉漿沉淀的添加劑。

（3） 減水作用

陶瓷添加劑的減水作用是為了改善改善料漿性能，使料漿在低水分的情況下，具有適當(dāng)?shù)恼扯取⒘己玫牧鲃?dòng)性和高固相含量，以便于操作，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。關(guān)于高效減水劑的作用機(jī)理，至今為止沒有一個(gè)完美的理論來解釋，但有幾個(gè)理論被大家所普遍認(rèn)識(shí)：靜電斥力理論；空間位阻學(xué)說；濕潤(rùn)作用；潤(rùn)滑作用。

（4） 增強(qiáng)作用

在陶瓷生產(chǎn)過程中，對(duì)于一些質(zhì)地較差的高嶺土等，往往需要加入某些陶瓷添加劑來彌補(bǔ)其塑性差或改善初制品的強(qiáng)度。陶瓷增強(qiáng)劑的作用原理是其可在陶瓷顆粒之間架橋，產(chǎn)生交聯(lián)作用，形成不規(guī)則的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；同時(shí)顆粒表面被包裹還會(huì)使顆粒之間產(chǎn)生氫鍵而大大增強(qiáng)制品的強(qiáng)度。

（5） 助磨作用

陶瓷添加劑的助磨作用主要是從原料磨細(xì)的微觀機(jī)制方面來提高陶瓷粉體研磨效率，加快固體顆粒的破碎速度。具有助磨作用的陶瓷添加劑叫助磨劑。關(guān)于助磨劑的原理盡管國(guó)內(nèi)外的學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作，然而，目前尚不夠深入，觀點(diǎn)也不盡相同。其中有兩種學(xué)說比較有代表性，它們是由列賓捷爾、維斯特沃德提出的吸附降低硬度學(xué)說和由克蘭帕爾等人提出的礦漿流變學(xué)調(diào)節(jié)學(xué)說。

3 陶瓷添加劑生產(chǎn)廠家及常見產(chǎn)品性能

3.1 陶瓷添加劑生產(chǎn)廠家

目前國(guó)外主要生產(chǎn)陶瓷添加劑的廠家有德國(guó)的司馬化工，這是一家生產(chǎn)各類化工產(chǎn)品的國(guó)際著名公司，下設(shè)有陶瓷部，專門生產(chǎn)各類陶瓷生產(chǎn)用化工助劑，該公司在陶瓷添加劑生產(chǎn)中是品種較齊全、質(zhì)量?jī)?yōu)等的一家國(guó)際品牌公司，但由于其產(chǎn)品價(jià)格普遍比較偏高，大部分企業(yè)特別是建筑陶瓷企業(yè)使用該公司產(chǎn)品不多，所以該公司的產(chǎn)品有知名度，但在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)占有率不高。

近年國(guó)內(nèi)陶瓷添加劑市場(chǎng)也出現(xiàn)了一批專業(yè)性的產(chǎn)品及知名陶瓷化工企業(yè)。如廣東江門赫克力士甲基纖維素主要占據(jù)中高端市場(chǎng)，而三聚磷酸鈉主要是重慶川東化學(xué)的“川東”牌和宜賓天原集團(tuán)的“思凱”牌得到陶瓷行業(yè)內(nèi)較多廠家的認(rèn)可。而在陶瓷總部基地的佛山地區(qū)，也出現(xiàn)了如歐陶科技最早將不起眼的減水劑產(chǎn)品定位為“小產(chǎn)品大市場(chǎng)”進(jìn)行宣傳培育，并稱其為陶瓷解膠劑或陶瓷稀釋劑。由于減水劑產(chǎn)品技術(shù)門檻低，單單在大佛山地區(qū)就有幾十家專門的減水劑廠家，但大多工藝落后，質(zhì)量欠佳。目前，國(guó)內(nèi)唯一在陶瓷添加劑品種上比較齊全，涵蓋各種功能性添加劑產(chǎn)品的公司是佛山遠(yuǎn)大制釉公司，其生產(chǎn)的減水劑，增強(qiáng)劑產(chǎn)品在國(guó)際上也獲得了一定的知名度，并且出口量一直占據(jù)前列。

3.2 常見陶瓷添加劑產(chǎn)品

（1） 陶瓷解膠劑

陶瓷解膠劑又稱陶瓷減水劑、稀釋劑、解凝劑，其作用主要是用來提高建筑衛(wèi)生陶瓷坯、釉料漿的流動(dòng)性，使其漿料水份最少，流動(dòng)性能更好，不絮凝沉淀，便于操作。同時(shí)，合理選用解膠劑也可為陶企節(jié)約能耗，降低生產(chǎn)成本。對(duì)于噴霧干燥料而言，由于含水量降低，可使干燥能耗降低，同時(shí)增加粉料的產(chǎn)出量；對(duì)于釉漿而言，則可防止絮凝，在保證生產(chǎn)工藝要求下，使水份減少，這對(duì)要求釉漿比重大，含固量高的某些產(chǎn)品顯得尤為重要。陶瓷廠常用的解膠劑如表1所示。

（2） 陶瓷增強(qiáng)劑

從廣義講，凡是能夠提高陶瓷坯體強(qiáng)度的物質(zhì)，都可以稱為坯體增強(qiáng)劑，而瓷磚坯體增強(qiáng)劑特指用于陶瓷磚坯體增強(qiáng)的一類添加劑。坯體增強(qiáng)劑具有不影響泥漿性能，又能大大增強(qiáng)干坯強(qiáng)度、粉料流動(dòng)性，提高粉體的結(jié)合性能。坯體在沖壓成形后，在輸送線上的振動(dòng)、干燥、施釉、印花、儲(chǔ)坯和燒成過程中，因坯體強(qiáng)度不夠而造成破損，增強(qiáng)劑有良好的改善等作用。對(duì)燒成無不良影響，對(duì)解決坯體裂紋、邊角易損等缺陷有明顯效果。瓷磚坯體增強(qiáng)劑的分類如表2所示。

3 結(jié)語

目前，世界各國(guó)對(duì)助劑工業(yè)都給予了高度的重視，特別是在“三高”的陶瓷企業(yè)中采用合適的陶瓷添加劑非常有必要，添加劑是精細(xì)化工中的一個(gè)重要門類，其種類繁多，用途也十分廣泛。陶瓷添加劑的應(yīng)用直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量的提高、性能的改進(jìn)、品種的增加和工藝條件的改善。在陶瓷行業(yè)中推廣使用新型添加劑，對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加產(chǎn)量和降低能耗將起到非常大的作用，特別是對(duì)于降低能耗和推進(jìn)陶瓷行業(yè)的綠色環(huán)保工作也將起到積極的作用。

值得注意的是，目前我國(guó)專門從事陶瓷添加劑產(chǎn)品研究的個(gè)人或者公司不多，而且研發(fā)方向與生產(chǎn)工藝水平同國(guó)外同類公司相比較有很大的差距，筆者希望這一局面也會(huì)隨著我國(guó)整個(gè)陶瓷行業(yè)的發(fā)展而得到改善，特別是在陶瓷噴墨打印技術(shù)革命的浪潮下，希望國(guó)內(nèi)的同行共勉前行，爭(zhēng)取在陶瓷添加劑生產(chǎn)技術(shù)方面取得新的突破與進(jìn)步。