分散剂-让陶瓷浆料“聚少离多”-沈阳佳美机械-贾工18540392125

2021年9月，新乡学院的陈玮教授曾在“第四届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”接受粉体网采访的时候提到一个话题，即要想提高浆体的浓度，必须要使用性能可靠的分散剂。

分散剂是什么？为何在陶瓷生产过程中必不可少？

陶瓷分散剂是陶瓷添加剂的一种，又称稀释剂或解凝剂。在高性能陶瓷的湿法成型制备过程中，要求陶瓷悬浮液具有较高的固体含量、稳定性和流变性好等特点，以便对成型后获得形状复杂、烧成体收缩小、体积密度均一和性能稳定的高性能陶瓷提供条件。故分散剂是一种协助控制浆料的流变性质的添加剂。

陶瓷分散剂的分类

分散剂种类繁多，根据分散介质的不同，可将分散剂分为水性分散剂和油性(非水介质)分散剂，而前者又包括离子型(包括阳离子型和阴离子型)、非离子型、混合型等。

油性分散剂包括有机小分子分散剂和高分子分散剂，其中高分子聚合物分散剂又称为超分散剂，它最早是为解决颜料粒子在有机介质中的分散问题而研究开发的，高分子分散剂也是目前研究最为活跃的一种高性能分散剂，尤其在陶瓷领域。根据组成不同，也可将陶瓷分散剂分为无机分散剂、有机分散剂、高分子聚合物分散剂以及复合分散剂等。

1、无机分散剂

常用的无机分散剂有磷酸钠、硅酸钠、碳酸钠、偏硅酸钠等无机电解质。它的分散机理主要是静电效应，无机分散剂在水中电离，使双电层增厚，提高颗粒间的排斥力，从而改善体系的流动性。在陶瓷的生产实践中也发现无机解凝剂能改善浆料的流动性，且价格较低，所以目前在国内传统陶瓷、卫生瓷等的生产中得到了广泛应用。但是其解凝范围窄，稳定性差，会引入杂质，影响陶瓷生产时的烧结质量，所以存在一定的局限性。

2、有机分散剂

有机小分子通过静电作用和空间位阻作用阻碍颗粒间相互吸引聚沉，从而得到分散良好的浆料。有机分散剂一般为有机电解质，通过静电作用吸附在颗粒表面，增强胶粒间的静电斥力；同时具有一定厚度的吸附层，形成位阻效应。有机小分子分散剂较无机分散剂效果好，如柠檬酸钠、腐植酸钠等，但其对pH值、温度等因素敏感，且价格相对较高，应用受到一定程度的限制。有机分散剂与价格较低的无机分散剂复配使用，在保持效果基本不变的情况下降低成本。

3、高分子分散剂

高分子分散剂又称超分散剂，可分为高分子聚电解质和非离子型两大类，其分子结构和相对分子质量可调，对分散体系的稳定、流动作用较无机和小分子有机分散剂好，所以在分散剂领域的应用受到了广泛关注，常用的聚合物有聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、苯乙烯-马来酸酐共聚物等水溶性高分子。水溶性高分子一般为有机电解质，分为亲水与疏水两部分，主链包围被分散颗粒，亲水的支链置换出被阳离子吸附的极性水分子，并使颗粒分散于水中，打破粘土的卡片结构，释放出束缚的水为自由水，其分散稳定效果明显优于传统分散剂，且在干燥和烧结过程中易挥发，不会引入杂质降低陶瓷产品质量，在陶瓷生产中得到逐步推广。

陶瓷分散剂作用机理

分散剂在悬浮液中通过与陶瓷颗粒表面发生作用而阻止互相团聚，其作用机理大致分为三种：静电斥力作用、空间位阻作用和静电位阻稳定作用。

离子型分散剂在水分散介质中，电解为带电离子或亲水和亲油性基团，吸附于固体粒子表面，形成一个带电荷的保护屏障层，即扩散双电层。根据DLVO理论，带电荷的微粒相互靠近时，双电层产生重叠，ξ电位增加，静电斥力增大，颗粒难以发生碰撞团聚，从而起到静电稳定分散作用。可通过调节pH值、分散剂的种类和用量来增加ξ电位，增大静电斥力。

非离子型高分子聚合物如超分散剂等，分子结构包括锚固基团和溶剂化链两部分。锚固基团吸附于固体颗粒表面，其溶剂化链在介质充分扩展，形成位阻层来阻止固体粒子的絮凝团聚，达到空间位阻的作用。研究表明，10nm的范围就能满足厚度的要求，所以作为分散剂使用的聚合物分子量一般应在103～104范围内，而当分子链太短难以克服范德华力，太长容易搭桥联结起到稠化作用。

而聚电解质在水分散介质中电解吸附在颗粒表面，带电的聚合物分子层既可以通过自身所带电荷的静电斥力作用排斥周围离子，又可以利用溶剂化链的空间位阻使颗粒相互弹开，从而发挥静电位阻稳定作用。陶瓷泥料在水溶液中大多都带负电荷，故可选择阴离子分散剂来增加颗粒表面的负电荷量，使ξ增加，静电斥力增大；或非离子分散剂来增加位阻效应；聚电解质可以同时起到静电位阻复合效用，可获得最佳的分散效果。

分散剂的作用

高效分散剂在陶瓷浆料的制备中，由于静电稳定和空间位阻作用，发挥着助磨、稀释减水和稳定分散的作用。

（1）当陶瓷原料球磨到一定时间和细度时，往往会难磨甚至产生团聚、“逆研磨”现象。分散剂可牢固地吸附在颗粒的裂缝上并能深入到裂缝深处，能有效打碎粉料中的团聚，获得颗粒小，分布均匀，近球形的浆料，从而起到助磨的作用。同时，分散剂可降低固、液之间的界面张力，有效润湿颗粒，减少水化膜厚度，得到流动性好的浆料，达到稀释减水的作用。通过静电斥力和长的高分子链形成水化膜位阻层作用，有效地防止颗粒的絮凝团聚，使颗粒“聚少离多”。

（2）研究发现，加入分散剂得到的浆料粘度明显降低，流动性增加，达到稳定分散作用；

（3）添加分散剂还有粘结或增加坯体强度作用，这些都对提高陶瓷制品的性能和降低制备成本起着重要的作用。

分散剂的选用和开发

分散剂的种类多，并不是所有分散剂都适用于陶瓷粉料，也不是适应一种料的新型分散剂适用于所有的陶瓷粉体。因为不同的分散系统物理化学特性相差很大，分散剂的作用也十分复杂，必须通过实验来验证各种分散剂对某一原料的效果，即测定分散剂对浆料粘度、沉降度、Zeta势、pH值等各种参数指标来分析调节各种因素，以此选择最佳的分散剂。

新型分散剂的开发一般有两种途径，一是将已经工业化生产的分散剂进行复配，往往可以得到很好效果。复配后的分散剂性能大幅度提高，有利于降低使用成本，这是开发新型分散剂最快捷和最省钱的方法。二是新型分散剂的化学合成。在有关理论成果的基础上，成功研究新型专用和高效分散剂。现在研制的多为有机高分子聚合物和聚电介质分散剂，应用于特种陶瓷或氧化物陶瓷中，能大大提高浆料的固含量和流变性能。

                                                                                                                  沈阳佳美-贾工18540392125