羧甲基淀粉钠复合增强剂制备及其在陶瓷中的应用

宋斌 黄月文 刘新鸿 王斌

摘 要：基于羧甲基淀粉钠（CMS）的增强作用，开发了一种复合球土增强剂。优化了各组分的含量，结果依次为：CMS43.84%、PVA12.16%、PVB24%。当复合球土增强剂用量0.3%时，干坯强度提高至2.98MPa，增强超过76.3%。展现良好的增强作用，符合生产要求。

关键词：羧甲基淀粉钠;增强剂;制备

1 引 言

增强剂是陶瓷减薄、节能降耗的关键[1]，有利于陶瓷企业绿色发展，因此，具有较大的市场需求。单一组分的增强剂较难满足企业的需求，如羧甲基纤维素钠（CMC）具有较大的增强作用，但极易引起泥浆粘度过大的问题[2];黑泥有一定的增强作用，但受环保和耕地保护政策影响，高品质的黑泥供应量越来越少[2]，稳定供应和成本上涨均成为面临的问题;腐植酸钠能增加坯体强度[3]，但增加幅度不大。因此，开发复合增强剂满足企业生产实际需求具有重要意义。

羧甲基淀粉钠（CMS）具有提高保水率和内聚力[4]，对纸张也有较好的增强作用[5-6]，有望应用于陶瓷坯体增强与保湿，减少开裂现象;聚乙烯缩丁醛（PVB）具有较高的抗冲击性能[7];聚乙烯醇（PVA）具有改善抗裂性能和弯曲韧性的作用[8-9]。基于此，本文研究开发一种羧甲基淀粉钠复合增强剂，并应用于陶瓷坯体的增强。

2 实验

2.1试剂与仪器

试剂  CMS、CMC、聚乙烯吡咯烷烔PVP（均购于阿拉丁控股集团有限公司）、PVB（购于广东粤美化工有限公司）、PVA（购于广州市银环化工有限公司）、东鹏球土（来自于广东东鹏控股股份有限公司）、盈科球土（购于江门盈科陶瓷原料有限公司）、高效陶瓷解胶剂CA100（来自于中科院广州化学有限公司）。

仪器  YJKS快速研磨机（购于佛山市业津机电设备有限公司）、微机控制电子万能试验机RGM-3030（购于深圳市瑞格尔仪器有限公司）。

2.2复合增强剂的制备

按配方比例将CMS、PVB、PVA、盈科球土等加入至行星球磨罐中;再加入2倍质量于物料的锆球，级配为mφ2.0：mφ1.5：mφ1.0=1：2：2，并行星球磨10min;然后，过筛将球料分离，制得均匀的球土增强剂。

2.3增强剂强度的测试

2.3.1 泥浆的分散

称取100g盈科球土和0.25～ 0.3g球土增强剂，加入200g级配为mφ2.0：mφ1.5：mφ1.0=1：2：2的锆球初步混匀，即球料比（质量比）为2：1;然后加入0.2g CA100和49.25g水的混合溶液，即含水率33%，并行星球磨10min;接着，过筛进行球料分离，制得均匀的泥浆。

2.3.2 干坯的制作

将泥浆通过塑料漏斗和橡胶管引流入石膏模具，并补泥浆10ml，室温注浆成型2.5h，制得湿坯;然后，在烘箱中以105℃的条件下烘干3h，获得尺寸为Φ15mm×180mm的圆棒型干坯。

2.3.3 强度测试

将干坯在微机控制电子万能试验机RGM-3030上测试抗压强度。

3结果与讨论

3.1 有机增强剂的优化

按比例称取PVB、东鹏球土等，并分别加入3份CMS、3份CMC和3份PVP;然后球磨10min制得球土增强剂。用万能材料测试仪测量相应的干坯弯曲强度，如图1所示，其中CMS复合增强剂增加最大，强度由1.5MPa提高至1.75MPa;PVP使得干坯强度降低，可能是PVP影响了注浆成型，降低了干坯强度。因此，优化的有机组分为羧甲基淀粉钠。

3.2 球土的对比

东鹏球土、盈科球土（成分见表1）对应的泥浆分别注浆成型、烘干，并用万能材料测试仪测量弯曲强度。盈科球土的干坯强度较大，为3.11MPa，可能是因为铝含量较高。因此，优选的球土为盈科球土。

3.3 PVA含量的优化

按比例称取盈科球土、CMS等，并调整CMS与PVA的比例，分别为3.6：1、2.6：2、1.6：3和0.6：4，球磨10min制得球土增强剂。检测相应的干坯弯曲强度，如图2所示。当CMS与PVA比值在0.15～1.30范围内时，坯体强度随CMS/PVA比值的增加而降低，如图2所示;在1.30～3.60范围内时，坯体强度随CMS/PVA比值的增加而升高，是因为CMS和PVA共同作用，当在3.60处坯体强度达到最大，为1.98MPa，此时CMS用量为3.6%，PVA用量为1%。因此，优化的PVA含量为1%。

3.4 PVB含量的优化

按比例称取球土、CMS等，固定CMS与PVA的比值为3.6。并调整PVB的含量，依次为：0.4%、1.5%、3.0%和4.5%，球磨10min制得球土增强剂。当PVB含量由0.4%提高到1.5%时，干坯强度由1.94MPa增加到2.20MPa，如图3所示，可能是PVB起到了一定的增强作用。当PVB含量由1.5%提高到4.5%时，干坯强度反而由2.20MPa降低到1.88MPa，是因为CMS和PVA含量的降低，干坯强度降低，当PVB含量为1.5%时，干坯强度达到最大。因此，优化的PVB含量为1.5%。

3.5 有机相组分含量的优化

按比例称取球土、CMS等，固定CMS、PVA和PVB的比例为2.74%：0.76%：1.5%，调整有机组分的总含量，即有机增强剂的含量依次为5%，10%，20%，40%，60%，70%，80%和90%。球磨10min制得球土增强剂。当有机增强剂含量由10%提高到40%，干坯强度变化不大，如图4所示;当含量由40%提高至90%时，干坯强度由1.94MPa增加至3.61MPa，增强幅度大;但考虑到当含量90%时泥浆触变特别大，而含量80%时泥浆粘度适中。因此，优化的有机相组分含量为80%。

4结论

（1）有机组分优化为CMS，无机组分优选盈科球土时，增强剂增强效果较好。

（2）优化的CMS复合增强剂组分含量为： CMS43.84%、PVA12.16%、PVB24%和其他20%。当增强剂添加量为0.3%时，干坯強度增加至2.98MPa，增幅超过76.3%，满足生产需求。

参考文献

[1] 张东升， 袁富详， 彭滨. 陶瓷坯体增强剂的研究应用[J]. 佛山陶瓷， 2016，26（8）：25-30.

[2] 张国涛， 黄惠宁， 戴永刚， 等. 陶瓷砖坯体增强剂的研究进展及前景分析[J]. 陶瓷， 2013（1）：13-20.

[3] 潘蕾， 孙晓然. 多功能陶瓷添加剂及腐植酸钠应用[J]. 江苏陶瓷， 2005，38（5）：31-34.

[4] 卞亚洲. 高取代度羧甲基淀粉钠制备及其在砂浆中的应用[D]. 华东理工大学，2011.

[5] 金珠， 张美云， 李新平， 等. 不同取代度羧甲基淀粉钠纸张增强性能的研究[J]. 造纸化学品， 2005（6）：6-8.

[6] 杨道华， 赵传山， 于冬梅. 羧甲基淀粉钠的应用研究[J]. 造纸化学品， 2010，29（4）：36-39.

[7] 谭正德， 胡金平， 李俊芝. 改性聚乙烯醇缩丁醛胶粘剂的研制[J]. 粘接， 2004，25（3）：28-30.

[8] 王永波. PVA纤维增强水泥基复合材料的性能研究[D]. 重庆大学， 2005.

[9] 王振波. 聚乙烯醇-钢纤维混杂增强水泥基复合材料力学性能研究[D]. 清华大学， 2016.