减水剂加入对膨润土水化的影响及初步探究

2013-04-11胡飞熊伟赵瑾

江苏陶瓷 2013年2期

胡飞熊伟赵瑾

（1.国家日用及建筑陶瓷工程技术研究中心，江西景德镇333403；2.景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院，江西景德镇333403；3.景德镇陶瓷学院工商管理学院，江西景德镇333403；4.天津大学材料科学与工程学院，天津300072）

0 前言

陶瓷减水剂作为一种添加剂，它的主要功能是通过提高系统的电动电位，改善泥料、釉料的流动性，使其含水量低且具有良好流动性和稳定性。含水量的降低使喷雾干燥时的能耗减小，并增加粉料输出量。降低泥浆中的含水量1%，粉料输出率可增加5%。

减水剂发挥减水效果的过程是一种解凝、分散聚集颗粒及释放自由水的过程，释放的自由水还可以增加泥浆流动性。一方面保持了黏土胶团的稳定和适当黏度，另一方面保持瘠性泥的悬浮及憎水性。黏土的絮凝沉淀和解凝现象主要是黏土胶团中双电层厚度的变化导致的。减水剂中荷电成分影响着黏土双电层，当引力较大时双电层压缩，容易凝聚；当斥力较大时，双电层变厚则容易产生解凝。因此，无机减水剂由于所含金属离子不一样，对黏土种类选择较为敏感，而有机或高分子减水剂对黏土种类的选择则相对不明显。新型复合陶瓷减水剂一般为有机-无机复合物，比如聚丙烯酸钠与碳酸钠、硅酸钠复配等，通过有效复配使其中各成分协同作用最佳，从而达到显著的减水效果。

膨润土是我国一种储量丰富的矿产资源，是一项重要的陶瓷浆料配方。其主要成分蒙脱石具有突出的吸湿膨胀性能，可以吸附几至几十倍于自身体积的水量，因此需要大量的水解胶含有膨润土的浆料，从而大大增加了生产能耗，与国家的节能减排的发展理念背道而驰。长期以来，膨润土浆料解胶的问题一直是陶瓷行业研究的难题。本文以广东膨润土为对象，讨论减水剂对膨润土解胶的试验研究。

1 实验

试验所需解胶原料为精诚膨润土，所用减水剂有三聚磷酸钠、五水偏硅酸钠、七水一型偏硅酸钠、七水三型偏硅酸钠、九水一型偏硅酸钠、九水三型偏硅酸钠、腐植酸钠及自制有机类陶瓷复配用料（F-7）。膨润土加水及减水剂用球磨机混料、过筛，通过测试泥料在涂式杯中流动的时间来检测其流动性能。泥浆差热-热重分析采用PCR-1型差热仪。

2 结果及讨论

图1为膨润土的XRD测试结果，由图可知，膨润土主要是由蒙脱石和石英组成。因此解胶的难点在于解决膨润土层间容易吸附水而膨胀的特性。

图1 膨润土的XRD测试结果

在膨润土中加入不同减水剂并进行复配实验，测得泥浆的流速如表1及表2所示。由表1可以看到，市售解胶剂中三聚磷酸钠对膨润土解胶效果最好，能使膨润土解胶后含水量低至45.9%。而自制减水剂F-7对膨润土的解胶效果可以使含水量降至44.4%，且保持良好的流动性。由表2可以看到，将三聚磷酸钠和自制减水剂F-7与其它市售常用减水剂进行复配后，可以增加解胶效果，而当将F-7与三聚磷酸钠进行复配后，可以使泥浆含水量减小至41.2%，并且使原本不能流动的浆料瞬间流动，涂式杯流速达17.75s（水的流速为13s）

表1 各种解胶剂对膨润土效果对比

黏土是多种微细矿物的混合体，水加入到黏土中会通过氢键、电场及水化等方式被黏土吸附。随着泥浆的升温，黏土中的水也会逐步排出。粘土中的水主要有三类，第一类是不与离子结合的自由水，在100℃以下自由水会逐渐排出；第二类是松结合水，即从规则排列到不规则排列的水层，或称吸附水，脱水温度为100～200℃；第三类为牢固结合水，即粘土颗粒表面有规则排列的水层，有人测得其厚度为3～10个水分子层，且性质不同于普通的水分子，其密度为1.28～1.48 g/cm3，脱水温度约为450℃。减水剂的目的就是要将水化阳离子吸附的水分子释放出来，增加泥浆中自由水的含量，使泥浆在低含水率的情况下具有较好的流动性。

对加入F-7有机物的泥浆与没有加入F-7的泥浆做差热测试（见图2、3）。根据图2的结果我们发现，两种流动性不同的泥浆都在120℃左右出现一个吸热峰，表明脱去的大部分水为第二类松结合水。在100℃时，未加F-7的泥浆失重15%，200℃时泥浆失重30.72%，而加入F-7的泥浆在100℃时失重为10%,在200℃时失重41.54%。由此可知，加入F-7后泥浆的第一类自由水没有增加，反而减小了，但是第二类松结合水明显增加。松结合水的增加可能是由于有机物F-7进入了膨润土的层间结构，代替了部分层间水，使层间水释放出来形成了松结合水，而松结合水的弱吸引力可以增加泥浆的自由流动性。