新型高分子增强剂在瓷质砖中的应用

刘一军　潘利敏　汪庆刚　杨建明　杨晓峰

摘要本研究采用自制聚乙烯醇（PVA）改性淀粉聚合物进行试验，并对比氧化淀粉及羧甲基纤维素钠，对其增强瓷质砖坯料效果进行了研究。结果表明，自制PVA改性淀粉聚合物增强效果明显。

关键词PVA改性淀粉，增强剂，瓷质砖

1引 言

在陶瓷墙地砖生产中，生坯强度是一个重要指标，它对产品的成品率及质量有着重要的影响。由于坯料中好的塑性粘土资源越来越少，而单个坯体却越做越大，致使生坯强度差的现象普遍存在。尤其是笔者所在公司作为国内第一家生产900mm×1800mm×3.5mm规格的干压瓷质超薄砖，更需要加入坯体增强剂。而目前用得较多的陶瓷增强剂羧甲基纤维素钠(CMC)本身水溶液粘度很高，用量超过0.1%对浆料稠化明显，影响泥浆流速，用量多时增强效果还可以；淀粉类增强剂本身水溶液粘度很低，具有易于分散、使用方便、对泥浆流动性影响小等优点，但增强效果一般，且泥浆长期存放容易腐化变质，需要加入防腐剂。聚乙烯醇(PVA)作为特种陶瓷增强剂，有很好的增强效果，但它的反应活性较大，直接应用于陶瓷墙地砖中对浆料稠化效果相当明显。本研究通过制备PVA改性淀粉聚合物，并对比氧化淀粉及CMC，结果表明其增强作用更为明显。

2实 验

2.1 实验用试剂及原料

玉米淀粉为食品一级。其它如1788型PVA、次氯酸钠、亚硫酸钠、氧化淀粉、CMC等均为工业品级。

本试验所用坯体化学组成为：SiO₂69％、Al₂O₃18.3%、Fe₂O₃+TiO₂0.5%、CaO+MgO 1.5%、K₂O+Na₂O 6.5%，烧失4.2%。

2.2 PVA改性淀粉聚合物的合成

在烧杯中加入玉米淀粉80g、水240g、次氯酸钠6g进行糊化处理1h，搅拌均匀待用。在装有搅拌器、温度计的三颈瓶中加入10gPVA及100g水，开动搅拌并升温至90℃，使PVA完全溶解后降温至50℃，再加入过硫酸钾0.05g氧化约30min，然后加入配好的玉米淀粉糊，调节pH值为9～10，保温1h后进行接枝改性。最后用适量亚硫酸钠溶液还原多余的氧化剂，得到无毒、无腐蚀性的乳黄色均匀液体——PVA改性淀粉聚合物。

2.3 实验方法

将自制PVA改性淀粉聚合物（PS）、氧化淀粉(MS)及CMC按不同的加入量分别加入抛光砖坯料中，并加适量水用快速研磨机混合均匀、干燥，控制粉料含水率为7％左右，陈腐1h，再用压饼机压制规格为120cm×80cm×7cm的小饼于110℃条件下烘干，然后将烘干的坯体制成试样测试其强度。期间用200ml流速杯测量泥浆流动性。整个工艺过程如下所示：

3结果与讨论

3.1 增强剂增强效果的比较

图1是本增强剂PS、MS及CMC加入量对瓷质砖干坯强度的影响。由图可知，自制增强剂PS、MS及CMC加入玻化砖坯体后，强度随增强剂含量的增加而增加。其中PS和CMC增强效果比较明显，特别是PS，加入量为0.3%时，坯体强度增加了41%，相应地，添加CMC的坯体强度也增加了35%，可见增强效果也相当明显。MS增强效果相对较差，仅为28%。

自制增强剂PS是一种PVA改性淀粉聚合物，是一种多羟基化合物，由许多脱水葡萄糖单元经糖键连接而成，每个脱水葡萄糖单元的2、3、6三个位置上各有一个醇羟基，加入氧化剂进行氧化反应时6位上的羟基比2、3位的羟基更易于氧化。淀粉氧化后分子中含有醛基和羧基。在PVA水溶液中加入氧化剂过硫酸钾，使PVA部分分子链断链而导入端羧基或醛基，并在分子链中引入酮基。由于PVA和淀粉都是含有多羟基的大分子化合物，在一定的条件下，PVA与氧化淀粉间发生接枝反应，使粘合强度明显提高。试验表明：当加入量为0.1～0.5%（相对干料而言）时，可提高瓷质砖坯体强度15～60％以上。其增强机理是利用增强剂在高温下分子长链之间的相互缠绕和交联作用，将陶瓷颗粒更加紧密地粘合在一起，阻止颗粒在受力条件下产生位移，从而起到增强作用。由于CMC及MS也属于高分子类增强剂，故它们也和PS一样有类似的增强作用。

3.2 增强剂对料浆流动性的影响

图2为采用200ml伏特杯测得的增强剂加入量与泥浆粘度的变化关系。由图可知，分别加入本增强剂PS、MS及CMC后料浆的流动性都有所增加。其中CMC对流动性影响最大，超过0.2%用量，流速杯内泥浆已流不完，测不出流速。在加入量低于0.2%时，PS、MS对料浆的流动性影响不大，可以满足生产工艺对泥浆流动性的需要。

3.3 粉料性能

添加增强剂PS的浆料经喷雾干燥后形成的颗粒圆滑、流动性好、填模均匀，在压制过程中减少了粉料颗粒之间以及粉料与模壁之间的摩擦，增加了颗粒之间的粘合作用，因此提高了坯体的密实度和强度，减少了粘模现象。压制出来的坯体表面平整，生坯强度得到了提高，破损率明显下降，有效地提高了生产效率和产品质量。在烧成过程中，当温度达到 400～500℃时，坯体内部的增强剂完全碳化烧失，不会造成产品黑心，对最终烧成的陶瓷产品的性能没有不良影响。

4结 论

通过与普通增强剂CMC及MS的增强效果及浆料流速的比较证明，本方法合成的聚合物PS对陶瓷坯体具有明显的增强作用，而且对浆料的流动性没有太大的影响，经喷雾干燥得到的粉料强度高、成形性能好，是一种较为理想的增强剂。增强剂PS的增强作用是由于在坯体中形成了不规则的网状高弹性高分子链并与陶瓷颗粒形成氢键所致。

参考文献

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2 降林华，朱书全等. 天然改性淀粉絮凝剂的合成与应用[J].环境化学,2008,7：449～453

3 黄剑锋等.陶瓷坯体增强剂的应用研究[J].陶瓷,2000,146(4):15～17

4 张秀英.陶瓷工艺实验[M].咸阳:西北轻工业学院出版社,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