余愛民 夏昌奎 張 勇 趙 明 曾為民 樊葉利 郭程長 李德發(fā)

（杭州諾貝爾集團(tuán)有限公司，浙江杭州311122）

0 引言

在陶瓷墻地磚生產(chǎn)中，為滿足各工藝要求常需要加入不同的添加劑，雖然用量不大，但卻起著重要的作用。其中，由于采用干壓成型，隨著產(chǎn)品規(guī)格的增大，對(duì)陶瓷磚坯體強(qiáng)度提出了更高要求。如果坯體強(qiáng)度不足，造成坯體在成形、輸送、干燥、施釉等工藝過程中產(chǎn)生破損，破損率可達(dá)10％～20％，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的提高。若要增加陶瓷坯體的強(qiáng)度，一是在坯體中提高塑性好的粘土含量，使坯體強(qiáng)度提高，但同時(shí)也增大了坯體的干燥收縮、燒成收縮以及提高了燒成溫度等；二是在配方中加入適量的增強(qiáng)劑（增強(qiáng)劑又稱臨時(shí)性粘合劑）。增強(qiáng)劑多為有機(jī)高分子聚合物或溶液，主要是利用分子長鏈的交聯(lián)作用，將陶瓷顆粒包圍并連接起來，阻止顆粒在受力條件下產(chǎn)生位移，從而起到增強(qiáng)效果。使用增強(qiáng)劑后的陶瓷坯體在燒成過程中，當(dāng)溫度達(dá)到400～500℃時(shí)，增強(qiáng)劑碳化、燒失，留下少量灰分，對(duì)燒成制品的理化性能沒有不良影響。

由于高分子類的增強(qiáng)劑分子量較大、結(jié)構(gòu)鏈較長，在將泥漿中各種微細(xì)的原料顆粒聚集在一起時(shí)，也會(huì)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包裹住泥漿中的自由水，使泥漿的流動(dòng)性變差，加入越多，泥漿的流動(dòng)性也越差。生產(chǎn)中為了解決上述問題只有在泥漿增加額外的水量，這樣泥漿的比重降低，含水量增加，噴霧造粒的能耗也隨之增加，因此需要加入解凝劑來降低泥漿的粘度，減少泥漿的含水率以降低噴霧塔造粒工序中干燥泥漿水分所消耗的燃料。目前陶瓷生產(chǎn)廠家所用的解凝劑主要為水玻璃和三聚磷酸鈉，要求添加在配方中只能起降低放漿流速的作用而對(duì)坯體的強(qiáng)度無任何影響。

本文以自制的木質(zhì)素衍生物類的坯體增強(qiáng)劑[1]為研究對(duì)象，研究了不同濃度、不同原料的增塑劑對(duì)泥漿流動(dòng)性，生坯強(qiáng)度，以及燒成后瓷磚黑心現(xiàn)象的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 增強(qiáng)劑

采用調(diào)控分子量、磺化度等工藝，自制了木質(zhì)素基的增強(qiáng)劑。1#，2#，3#樣品為自制增強(qiáng)劑，為微棕黃透明液體，其中1#和2#采用S－木質(zhì)素為原料，固含量分別為30w t％和50w t％；3#以S＆G-木質(zhì)素為原料，固含量50w t％。

1.2 性能測試

1.2.1 抗絮凝性能

取生產(chǎn)現(xiàn)場泥漿，化學(xué)組成見表1。加入自制增強(qiáng)劑溶液（添加量0.5w t％），使用50m l流速杯測試泥漿流速。

1.2.2 坯體強(qiáng)度增強(qiáng)性能

將泥漿置于搪瓷盤中于110℃烘箱中干燥，干燥后的泥塊采用干法球磨，全部過30目篩；按6％比例噴水、造粒，再過20目篩，裝袋、混合、陳腐，然后壓制成型條形小試樣，在德國產(chǎn)401-3型抗折強(qiáng)度儀上測試強(qiáng)度。強(qiáng)度的計(jì)算采用如下公式：Gf=3PL/2bh2。具體壓制參數(shù)見表2。

1.2.3 燒成黑心現(xiàn)象

燒成溫度為1177℃，環(huán)溫為1088℃，燒成周期為65min，目測有無黑心現(xiàn)象。

表1 普通瓷質(zhì)磚高溫?zé)僧a(chǎn)品配方化學(xué)組成（％）Tab.1 Chem ical com position of ordinary high-fired ceram ic tile

表2 壓制試驗(yàn)參數(shù)Tab.2 Parameters for dry-pressing experiment

表3 不同濃度和原料的增強(qiáng)劑對(duì)肧體強(qiáng)度和抗絮凝的影響Tab.3 Effects of binders w ith different concentrations and prepared w ith different raw materials on green body strength and deflocculation

2 結(jié)果與討論

2.1 濃度和原料對(duì)坯體強(qiáng)度和抗絮凝的影響

如表3所示，采用S-木質(zhì)素為原料，隨著增強(qiáng)劑含量的增加，生坯強(qiáng)度得到增強(qiáng)，30％濃度和50％濃度的樣品分別由不加增強(qiáng)劑時(shí)的2.47MPa增加到2.68MPa和3.23MPa。

漿料的流動(dòng)性在配料量為1300g條件下比較。雖然加入濃度30％的#1增強(qiáng)劑后，漿料的流速會(huì)變低，但是增強(qiáng)劑濃度增加到50％后，#2流速明顯增加，說明自制增強(qiáng)劑在高濃度起到增強(qiáng)的同時(shí)可以起到抗絮凝的作用。這是由于木質(zhì)素基的增塑劑分子量較大，具有較長的結(jié)構(gòu)鏈，在坯體泥漿中加入后會(huì)在最后的瓷磚坯體壓延成型中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而顯著增加其斷裂強(qiáng)度[2]。同時(shí)，它電離出的特征離子吸附在原料顆粒表面，增強(qiáng)顆粒表面溶劑化膜，產(chǎn)生位阻效應(yīng)，使泥漿顆粒之間的排斥力增加，將泥漿水化過程中形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的束縛水釋放出來，從而增加泥漿的流動(dòng)性。使它在增塑的同時(shí)起到抗絮凝的作用。

相同50％濃度下，2#和3#分別采用不同原料的木質(zhì)素，比較發(fā)現(xiàn)3#增強(qiáng)作用不明顯，但漿料流動(dòng)性尚可，含水量最低。說明如果要同時(shí)達(dá)到增強(qiáng)和解凝的作用，需要對(duì)木質(zhì)素原料進(jìn)行嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)比對(duì)。

2.2 坯體增強(qiáng)效果的均一性

從圖1同次實(shí)驗(yàn)中，9個(gè)樣品的生坯強(qiáng)度測試結(jié)果看出，隨使用濃度增加，自制增強(qiáng)劑增強(qiáng)效果越明顯，且增強(qiáng)均一性越好。綜合考慮原料處理后的使用成本，樣品2＃，50％固含量的增強(qiáng)劑，0.5w t％添加量為比較合適的選擇。

圖1 同次實(shí)驗(yàn)九個(gè)樣品空間的增強(qiáng)效果比對(duì)Fig.1 Strengthening effects on nine specimens in the same experiment

圖2 三次實(shí)驗(yàn)九個(gè)樣品增強(qiáng)效果平均比對(duì)Fig.2 Strengthenging effects on nine speciments in 3 experiments

從三次實(shí)驗(yàn)中（如圖2），9個(gè)樣品的生坯強(qiáng)度測試結(jié)果的平均值看出，自制增強(qiáng)劑#2樣品增強(qiáng)效果穩(wěn)定。

2.3 燒成后黑心現(xiàn)象

在1177℃，60min燒結(jié)后，所有樣品均瓷化，無黑心現(xiàn)象。說明自制陶瓷增強(qiáng)劑中的碳會(huì)在陶瓷坯體燒成過程中碳化、燒失，留下少量灰分，對(duì)燒成制品的性能沒有不良影響。

3結(jié)論

從整個(gè)實(shí)驗(yàn)可以看出，自制木質(zhì)素衍生物基的增強(qiáng)劑引入到建筑陶瓷坯體配方中，不僅提高了坯體強(qiáng)度，而且具有一定的解凝效果，對(duì)泥漿流動(dòng)性影響不大，減少了生產(chǎn)中的裂磚，對(duì)提高半成品成品率有很大裨益，對(duì)今后的陶瓷墻地磚的薄型化有一定幫助。但值得注意的是木質(zhì)素是單體間以碳-碳鍵和醚鍵隨機(jī)聚合的極其復(fù)雜的網(wǎng)狀高分子，沒有嚴(yán)格的固定結(jié)構(gòu)，其中的活性基團(tuán)在分離、提取時(shí)很容易造成結(jié)構(gòu)的變化[2]，使用不同廠家的原料時(shí)，必須嚴(yán)格調(diào)控分子量、磺化度等工藝參數(shù)，保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

1蔣挺大，木質(zhì)素.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009