浅谈陶瓷添加剂的应用及发展现状

秦威

摘 要：本文阐述了陶瓷添加剂的常见种类与应用机理，介绍了陶瓷添加剂的主要生产厂家及产品种类，以及对陶瓷解胶剂、增强剂的类型、应用、性能特点等进行了讲解，并对陶瓷添加剂的发展前景进行了展望。

关键词：陶瓷；添加剂；解胶剂；增强剂

1 概述

陶瓷添加剂是指在陶瓷工艺生产过程中为了满足工艺和性能要求所添加的化学试剂的通称。随着陶瓷工业的迅速发展，陶瓷添加剂技术越来越引起陶瓷行业技术人员的重视。特别是在建筑陶瓷的粉料制备、浆料调配、可塑坯体制备，坯体成型、坯体干燥、坯体烧成等各道工序中都有使用到对应的陶瓷添加剂产品，需要说明的，陶瓷添加剂的用量虽小（0.1wt%～1.0wt%）。但是，它们对工艺参数的改善、陶瓷制品质量的提高都具有非常重要的作用。因此，陶瓷添加剂也被称为陶瓷工业的“魔术师”。

我国陶瓷工业使用传统添加剂的历史较长，从20世纪50年代就有开始使用陶瓷添加剂。第一代添加剂主要是无机化合物和少量天然或半合成高分子化合物，如：硅酸盐、磷酸盐、碳酸钠、烧碱等。到20世纪60～80年代起则主要使用第二代添加剂，主要是天然或半合成高分子化合物，亦使用一些无机化合物与有机化合物的复合物；特别是04年后我国陶瓷行业进入高速发展期，各地陶瓷工业园纷纷建起，大规模工业化集中生产对于陶瓷添加剂的需求更加旺盛，并对陶瓷添加剂的技术要求和产品价格有了进一步的要求，大致在07年后陶瓷市场出现使用天然水溶性高分子和合成高分子化合物的种类和品种不断扩大，并出现一些液体状添加剂，同时有机化合物也在陶瓷生产中大量使用。

总的来看，近年来我国陶瓷添加剂的技术研发与产品升级换代速度非常快，产品种类更新的周期进一步缩短，其应用范围也越来越广，基本上遍及传统和新型陶瓷产业的各个领域。但是与发达国家相比，我国陶瓷添加剂的总体研究水平还不高，主要表现在新产品种类少、产品不稳定，应用和生产规模不大，专一性和功能性不能满足需要。

2 陶瓷添加剂的分类与作用机理

2.1 陶瓷添加剂的种类

陶瓷添加剂的种类有很多，分类方法也多种多样，其分类方法目前尚未有统一的规定，根据其化合物组成、作用、状态以及应用领域可以分为以下几类：

（1） 根据其化学组成，可以分为有机、无机、高分子和复合添加剂。

（2） 根据其作用，可以分为解胶剂、增塑剂、增强剂、助磨剂、消泡剂、絮凝剂、防腐剂等。

（3） 根据其状态，可以分为固体添加剂和液体添加剂两大类。

（4） 根据其应用领域，可以分为普通陶瓷添加剂和新型陶瓷添加剂。

2.2 陶瓷添加剂的作用及要求

陶瓷添加剂主要有两个方面的作用：一是作为过程性添加剂，以改善工艺性能，优化工艺流程，提高生产效率；二是作为功能性添加剂，改善陶瓷制品的性能，提高产品质量，满足对其使用性能的需要。陶瓷添加剂一般以外加的形式引入，使用时应遵循如下几个原则：

（1） 需熟悉各种陶瓷原料的物理化学性能以及其在生产各工序中的作用和存在的形式，了解各原料组分与陶瓷添加剂的相互作用。

（2） 了解各种陶瓷添加剂的特性和共性以及它们之间的相互作用及相容性，清楚陶瓷添加剂的作用机理。

（3） 陶瓷添加剂的加入量有一定范围，用量太小，起不到应有的作用；用量太高又可能产生副作用；另一方面，陶瓷添加剂本身的质量要稳定可靠，在使用和贮存过程中不易变质。

（4） 陶瓷添加剂在陶瓷烧结时，其挥发组份和残余组份不应影响陶瓷产品的性能，有机及高分子添加剂在烧结过程中的挥发和分解不应使陶瓷制品形成气孔，含金属元素的添加剂则应避免在烧结过程中形成着色金属氧化物，使陶瓷制品出现斑点等缺陷。

2.3 陶瓷添加剂的作用机理

（1） 分散作用

固体颗粒在液体介质中分散后形成的体系应属于胶体范畴，该体系在热力学上不稳定，颗粒有团聚的趋势。此时添加陶瓷添加剂通过与陶瓷颗粒表面发生作用而阻止其相互团聚，可以起到防止粒子团聚的作用，使原料各组分均匀分散在液体介质中。陶瓷添加的分散机理大致分为四种：静电斥力稳定作用；空间位阻稳定作用；静电位阻作用和稳定作用。

（2） 悬浮稳定作用

一些不溶于水或者微溶于水的固体颗粒可以借助某些陶瓷添加剂，比较均匀地分散在液体介质中，形成一种细小的高悬浮、能流动的稳定液固态体系，起到改善料浆悬浮稳定性的作用。悬浮稳定作用机理其实和分散作用类似，实际上各种悬浮稳定剂也可以用作陶瓷料浆的分散剂，只不过分散剂主要用在料浆中，而悬浮稳定剂主要用在釉浆中，对釉浆具有稠化作用，是防止釉浆沉淀的添加剂。

（3） 减水作用

陶瓷添加剂的减水作用是为了改善改善料浆性能，使料浆在低水分的情况下，具有适当的粘度、良好的流动性和高固相含量，以便于操作，达到节能降耗的目的。关于高效减水剂的作用机理，至今为止没有一个完美的理论来解释，但有几个理论被大家所普遍认识：静电斥力理论；空间位阻学说；湿润作用；润滑作用。

（4） 增强作用

在陶瓷生产过程中，对于一些质地较差的高岭土等，往往需要加入某些陶瓷添加剂来弥补其塑性差或改善初制品的强度。陶瓷增强剂的作用原理是其可在陶瓷颗粒之间架桥，产生交联作用，形成不规则的网状结构；同时颗粒表面被包裹还会使颗粒之间产生氢键而大大增强制品的强度。

（5） 助磨作用

陶瓷添加剂的助磨作用主要是从原料磨细的微观机制方面来提高陶瓷粉体研磨效率，加快固体颗粒的破碎速度。具有助磨作用的陶瓷添加剂叫助磨剂。关于助磨剂的原理尽管国内外的学者进行了大量的研究工作，然而，目前尚不够深入，观点也不尽相同。其中有两种学说比较有代表性，它们是由列宾捷尔、维斯特沃德提出的吸附降低硬度学说和由克兰帕尔等人提出的矿浆流变学调节学说。

3 陶瓷添加剂生产厂家及常见产品性能

3.1 陶瓷添加剂生产厂家

目前国外主要生产陶瓷添加剂的厂家有德国的司马化工，这是一家生产各类化工产品的国际著名公司，下设有陶瓷部，专门生产各类陶瓷生产用化工助剂，该公司在陶瓷添加剂生产中是品种较齐全、质量优等的一家国际品牌公司，但由于其产品价格普遍比较偏高，大部分企业特别是建筑陶瓷企业使用该公司产品不多，所以该公司的产品有知名度，但在国内的市场占有率不高。

近年国内陶瓷添加剂市场也出现了一批专业性的产品及知名陶瓷化工企业。如广东江门赫克力士甲基纤维素主要占据中高端市场，而三聚磷酸钠主要是重庆川东化学的“川东”牌和宜宾天原集团的“思凯”牌得到陶瓷行业内较多厂家的认可。而在陶瓷总部基地的佛山地区，也出现了如欧陶科技最早将不起眼的减水剂产品定位为“小产品大市场”进行宣传培育，并称其为陶瓷解胶剂或陶瓷稀释剂。由于减水剂产品技术门槛低，单单在大佛山地区就有几十家专门的减水剂厂家，但大多工艺落后，质量欠佳。目前，国内唯一在陶瓷添加剂品种上比较齐全，涵盖各种功能性添加剂产品的公司是佛山远大制釉公司，其生产的减水剂，增强剂产品在国际上也获得了一定的知名度，并且出口量一直占据前列。

3.2 常见陶瓷添加剂产品

（1） 陶瓷解胶剂

陶瓷解胶剂又称陶瓷减水剂、稀释剂、解凝剂，其作用主要是用来提高建筑卫生陶瓷坯、釉料浆的流动性，使其浆料水份最少，流动性能更好，不絮凝沉淀，便于操作。同时，合理选用解胶剂也可为陶企节约能耗，降低生产成本。对于喷雾干燥料而言，由于含水量降低，可使干燥能耗降低，同时增加粉料的产出量；对于釉浆而言，则可防止絮凝，在保证生产工艺要求下，使水份减少，这对要求釉浆比重大，含固量高的某些产品显得尤为重要。陶瓷厂常用的解胶剂如表1所示。

（2） 陶瓷增强剂

从广义讲，凡是能够提高陶瓷坯体强度的物质，都可以称为坯体增强剂，而瓷砖坯体增强剂特指用于陶瓷砖坯体增强的一类添加剂。坯体增强剂具有不影响泥浆性能，又能大大增强干坯强度、粉料流动性，提高粉体的结合性能。坯体在冲压成形后，在输送线上的振动、干燥、施釉、印花、储坯和烧成过程中，因坯体强度不够而造成破损，增强剂有良好的改善等作用。对烧成无不良影响，对解决坯体裂纹、边角易损等缺陷有明显效果。瓷砖坯体增强剂的分类如表2所示。

3 结语

目前，世界各国对助剂工业都给予了高度的重视，特别是在“三高”的陶瓷企业中采用合适的陶瓷添加剂非常有必要，添加剂是精细化工中的一个重要门类，其种类繁多，用途也十分广泛。陶瓷添加剂的应用直接关系到产品质量的提高、性能的改进、品种的增加和工艺条件的改善。在陶瓷行业中推广使用新型添加剂，对于提高产品质量、增加产量和降低能耗将起到非常大的作用，特别是对于降低能耗和推进陶瓷行业的绿色环保工作也将起到积极的作用。

值得注意的是，目前我国专门从事陶瓷添加剂产品研究的个人或者公司不多，而且研发方向与生产工艺水平同国外同类公司相比较有很大的差距，笔者希望这一局面也会随着我国整个陶瓷行业的发展而得到改善，特别是在陶瓷喷墨打印技术革命的浪潮下，希望国内的同行共勉前行，争取在陶瓷添加剂生产技术方面取得新的突破与进步。