釉用合成高分子电解质的演变及选用标准

王书唯，王志超，闫俊，张桂霞，曲敏杰

（大连工业大学纺织与材料工程学院，大连 116034）

1 前言

羟甲基纤维素（CMC）与羟甲基淀粉（CMS）在陶瓷行业中具有广泛应用，但关于二者特性的研究还不够深入，大部分以经验为主，导致实际应用中存在一定问题。鉴于此，本文基于高分子电解质添加剂的特征，对釉料生产中釉浆的流动性与稳定性等展开研究，具有重要的现实意义。

2 高分子电解质带负电

高分子电解质带负电，是水溶性胶状聚合物，在其链条结构上，载有大量负电荷，这些负电荷可以和水分子中的阳离子发生结合反应，同时也可以和固体表面出现结合反应，如熔块、金属氧化物、黏土类等。基于此原理，在釉浆中加入高分子电解质，不仅会赋予固体粒子在液相中的悬浮性，也会使釉浆的粘度出现变化，而且会赋予釉浆保水性、絮凝效应、解凝效应。

羟甲基纤维素（CMC）在陶瓷行业中拥有广泛应用，其是通过将羟甲基团放入纤维素链上而获得的。每单位的羟甲基团的平均数又称置换度（DS），DS也是高分子电解质性能衡量的重要指标。在CMC分子链上单体的平均数量即集合度（DP），CMC链体是由一系列单体形成。DP代表分子链的长度，即是分子重量。CMC的水溶液的粘度与集合度有直接联系，而水溶液粘度与置换度，是区分CMC种类的主要依据。

目前，CMC主要应用在一次烧成产品的釉料中，二次烧成产品的釉料生产中通常不会使用CMC，而是在配方中添加适量的塑性原料，如高岭土、黏土等，以此来获得需要的流动性能与具有一定强度的釉层。需要一定强度，是基于釉坯运送与丝印工序的考量。

一次烧成产品的情况不尽相同。在坯体施釉时，大部分水份保留在坯体与釉层的表层中，容易使表层坯体膨胀从而导致坯体拱起，不利于后续的丝网印花与一次快速烧成等工序，卫生洁具的施釉过程中，不宜采用喷枪喷釉，否则情况会更糟。这是因为卫生洁具坯体具有较好的吸水性，但是釉料比较浓，若釉料干的过快，非常容易导致釉层出现凹凸不平的情况，这样一来就会导致卫生洁具与坯体之间出现程度不一的收缩以及釉层内部的断层，而这种分层与开裂问题只有在产品烧成后才能明显看出。

在釉料加工完成后进入到烧成这一工序之间，对其性能有特定要求，具体如下：

（1）在储存水釉时，需要保持悬浮性，避免出现沉淀、结块等现象。

（2）在施釉过程中，釉浆的流动性应适宜；在施釉完成后，釉层应具备一定强度，能够承受印花工序网面的压力，以及刮刀的挂刷，还要能够避免输送过程中的擦伤。在窑内，由低温升到高温的过程中，液相逐渐增加，以避免釉层与坯体出现分离。

CMC能够很好的解决上述问题。此处对CMC在釉料中的机理进行探讨。

釉浆的粘度有利于釉浆悬浮，但不能无限度提高。同时，提高釉浆的粘度会相应的提高釉浆的屈服值。从理论上讲，若屈服值达到一定程度，同时釉浆颗粒不会因太重而出现沉降，则就不会出现沉淀。在其中，CMC具有提高屈服值的作用，但前提是添加量必须要适中。

通过研究具有较好性能的釉浆可以看出，当用钟罩式淋釉器施釉时，必须要保证釉浆具有较高的粘度，而且还要具有一定的屈服值，以避免釉浆从坯体边缘滴落。

在含有减水剂的釉浆中，CMC可以提高粘度与触变性，且随着CMC含量的增加，相应的釉浆的屈服值也会增加，这时候釉浆的流动性的假塑性更强。一般CMC，是根据其在水溶液中的粘度进行分类的，主要包括低粘度、中粘度、高粘度型三种。在CMC的水溶液中，溶液的粘度并非是随着CMC浓度的增加而直线增加的，基本遵循对数曲线。从经验的角度来看，CMC的浓度增加一倍，粘度会提高7-10倍。

釉浆的干燥时间是可以被改变的，可通过选择粘度不同的CMC来实现，简单而言就是改变施釉后釉面收水变干的时间。例如，卫生洁具使用喷枪施釉，在这一过程中低粘度高剪切应力的釉浆，被雾化的可能性更大，更容易通过喷嘴。在施釉后，需要釉浆保持较高的粘度与屈服值，以此来避免在垂直面上形成滴釉。这种情况下，一定程度的触变性是有利的，虽然可能导致半成品釉面不太光滑，但因为卫生洁具的烧成周期比较长，最终釉面的效果依然是比较良好的。此时，在釉料中添加高粘度值的CMC，可提高釉浆的可塑性，且由于提高的釉浆的保水性，也延长了釉面干燥的时间。

3 羟甲基淀粉（CMS）

羟甲基淀粉（CMS）与CMC类似，是通过在淀粉中加合纤维素制得。CMS的置换度与CMC相当，能够很好的调节釉浆的屈服值，另外也可以赋予釉浆较好的悬浮性。

4 聚丙烯酸盐

低分子量的聚丙烯酸盐是由丙烯酸的聚合生成而来，具体方法如下：用苏打粉对丙烯酸进行中和处理，得到聚丙烯酸钠，在中和过程中，分子链也会变得更具规则，以此来获得一个宽范围的分子量。平均分子量直接影响聚丙烯酸酯的特性，分子量在1000-10000这一区间时，聚丙烯酸酯是一种优良的减水剂，而当分子量大于10000时，聚丙烯酸酯会提高釉浆的粘度。相对于CMC而言，聚丙烯酸盐的分子链稳定性较差，所以其保水性能也略逊于CMC，在陶瓷生产中其最大的价值是作为减水剂。

在此处，要对减水剂作用机理进行简要介绍。对水溶液中的悬浮固相，若分散粒子之间的相互吸引力比较低，相应溶液的粘度也就比较低；若粒子之间的相互作用力比较高，那么粒子相互连接就会形成三维空间结构。此时，自由移动的粒子与水分子会在三维空间结构的空隙中“藏匿”，三维空间结构的不断扩大，会导致溶液粘度越来越大。在粘度增加到一定程度之后，就会产生凝胶效应，即产生了触变性。

在配方中加入高分子电解质与多聚磷酸盐，其分子链上的电荷，会与粒子表面的正电荷发生结合反应，进而“覆盖”粒子表面，使粒子之间的相互吸引力降低，这样便组织了三维空间结构的形成，从而降低了釉浆的粘度与屈服值，进而减轻了触变性能。

相比于多聚磷酸钠，聚丙烯酸盐对触变性与屈服值的调节效果更强，而这一特性也使其在坯体的“减水”效果方面更具价值。

5 总结

本文中，对CMC、CMS和聚丙烯酸盐等进行了简要介绍，同时阐释了一些减水剂在釉料中的作用，有利于陶瓷工作者了解添加剂的作用机理，从而提高生产质量，降低生产成本，避免生产事故。