陶瓷材料分散剂

概述

随着现代陶瓷技术的发展，人们对陶瓷性能的要求不断提高。陶瓷粉体的微观结构均匀性是决定陶瓷性能的重要因素之一。分散良好的料浆是获得高密度、微观结构均匀陶瓷制品的关键，同时也是提高材料宏观性能的重要手段。适量使用分散剂可以显著降低料浆的微观结构不均匀性，因而陶瓷分散剂在陶瓷生产中得到广泛应用，并受到研究者的重视。

分散剂的分类

按分散介质分类

分散剂可分为水介质和非水介质使用的分散剂。下表展示了不同分散剂及其特征和适用体系：

按荷电性质分类

1. 1. 非离子型分散剂：不受介质pH值影响，对电解质不敏感，易于调节亲水、亲油平衡。常见的有烷基聚氧乙烯醚、聚乙烯醇等。

2. 2. 阴离子型分散剂：如萘系磺酸盐甲醛缩合物、聚丙烯酸钠、苯乙烯-马来酸酐共聚物等。

3. 3. 阳离子型分散剂：主要有胺盐型和季铵盐型，如十二烷基三甲基氯化铵。

4. 4. 两性离子型分散剂：包括氨基酸型、甜菜碱型、咪唑啉型、氧化胺型等。

按化学组成分类

陶瓷分散剂可以分成无机化合物和有机化合物两大类。

无机分散剂

通常称为解凝剂，用于釉料中，防止釉浆沉淀。常见的无机分散剂如氯化钠、硅酸钠、碳酸钠、磷酸钠等。

有机小分子分散剂

主要是有机电解质类和表面活性剂类，如柠檬酸钠、腐殖酸钠、硬脂酸钠等。

高分子分散剂

包括水溶性高分子聚电解质和非离子型高分子表面活性剂，如聚丙烯酸及其钠盐、聚乙烯醇等。

分散剂的作用

分散纳米粉体的作用

纳米陶瓷材料具有独特性能，但纳米颗粒易团聚，影响性能。分散剂可以改变粒子表面电荷分布，产生静电稳定和空间位障稳定，形成稳定的悬浮体系，从而制备高性能纳米陶瓷。

在坯体制备中的作用

分散剂改善泥浆和泥团的流变学性能，提高注浆速度和生坯强度，降低泥浆含水率，避免泥浆沉淀及坯体开裂。常用分散剂如表：

在喷雾干燥泥浆中的应用

喷雾干燥工艺中，泥浆易凝固，需要添加分散剂以提高流动性和减少水分。常用分散剂包括柠檬酸、木质素磺酸钠、聚乙烯醇等。

在釉料制备中的应用

釉浆需高密度和低黏度，常用分散剂如偏硅酸钠、碳酸钠、柠檬酸钠、聚丙烯酸钠等。

分散剂分散效果的影响因素

1. 1. 分散剂的种类：不同分散剂对粉体分散稳定性影响不同，如PSE系列超分散剂效果显著优于传统分散剂。

2. 2. 聚合物分子量：高分子分散剂分子量越大，吸附效率越高，分散效果越好。

3. 3. 分散剂用量：分散剂有适当用量，过量会导致絮凝，增加黏度。

4. 4. 料浆pH值：不同pH值对分散效果影响显著，适宜pH值可提高分散性和稳定性。

5. 5. 其他因素：原料性质、颗粒大小、温度等也会影响分散效果。

分散剂分散效果的评价方法

1. 1. 沉降法：观察沉降物体积或高度，评估分散稳定性。

2. 2. 粒度观测法：观测分散体系中纳米颗粒的粒度或粒径分布。

3. 3. Zeta电位法：测量颗粒表面Zeta电位，评估分散稳定性。

4. 4. 透光率法：利用分散体系中纳米颗粒对光的吸收作用，评估分散稳定性。

分散剂选择和使用原则

1. 1. 不同料浆选择不同分散剂：如黏性较大料浆选择无机分散剂。

2. 2. 使用水化能力大的分散剂：如硅酸钠，可降低黏度，改善流动性。

3. 3. 选择合适分子量的高分子分散剂：不同用途选择不同分子量分散剂。

4. 4. 适当加入助溶剂：帮助高分子分散剂在水中形成分子水平分散。

5. 5. 使用复配型分散剂：利用复配技术，提高分散效果，降低成本。