1 .1 分散劑的助磨作用 原料粉碎是陶瓷制備過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié), 而其中濕磨法又是行之有效的方法之一, 在濕法球磨中, 由于分子或粒子的相互撞擊、靠近、吸引, 粉料往往會(huì)產(chǎn)生團(tuán)聚.特別是研磨到一定時(shí)間后, 還有可能出現(xiàn)一個(gè)問題即“逆研磨”現(xiàn)象[ 4] .即在粉碎時(shí), 當(dāng)物料達(dá)到一定細(xì)度時(shí), 如果繼續(xù)下去, 就會(huì)出現(xiàn)粒度不會(huì)越來越細(xì)反而越來越粗的現(xiàn)象.為此人們進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究 .發(fā)現(xiàn)加入分散劑后, 由于其靜電穩(wěn)定及空間穩(wěn)定機(jī)制, 能有效打碎粉料中的弱團(tuán)聚(見圖3), 獲得粒度更細(xì), 直至亞微米級(jí)的粉料, 而且粉料粒度分布均勻, 粒形更接近于球形.這樣可以提高研磨效率, 節(jié)約能耗.從圖4 我們可以看到, 加了分散劑的試樣尚未發(fā)生逆研磨, 而且極限粒徑要小于未加入分散劑的試樣.圖3 研磨過程中分散劑作用原理圖4 粒徑與研磨時(shí)間的關(guān)系①加入分散劑;②未加入分散劑
1 .2 分散劑的穩(wěn)定分散作用 陶瓷漿料的性質(zhì)直接影響著其成型性能.在漿料配制中, 往往加入一定量的分散劑, 由于其作用機(jī)理, 有效地防止了粒子的團(tuán)聚, 原料各組分可均勻分散于介質(zhì)中, 研究發(fā)現(xiàn), 加入分散劑得到的漿料粘度明顯降低, 流變性好, 而且固含量可以大大提高, 漿料性質(zhì)均勻穩(wěn)定
2 .1 研究重點(diǎn) 由于分散劑的加入對(duì)陶瓷漿料性質(zhì)有較大影響, 如粘度、pH 值、Zeta 勢(shì)、剪切應(yīng)力等值.所以研究分散劑性能時(shí), 通常通過研究其漿料性質(zhì)來進(jìn)行判斷.
2 .1 .1 分散劑的最佳用量 經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明, 無論是用于研磨, 還是用于陶瓷漿料的穩(wěn)定分散, 都存在一個(gè)最佳用量的問題.隨著分散劑的加入, 陶瓷漿料的粘度逐漸降低, 陶瓷燒結(jié)后密度更接近于理論密度(見圖5).但分散劑的用量有一定限度, 超過一定量后, 粘度不會(huì)減小, 反而可能增加.其主要原因是分散劑過量時(shí), 粉體吸附的分散劑達(dá)到單層飽和狀態(tài), 使進(jìn)入液相的自由分散劑分子濃度增大, 對(duì)粉體產(chǎn)生橋聯(lián)作用, 從而使粉體間的作用加強(qiáng), 漿料粘度加大.所以從理論上來說, 最佳的用量取決于
有效粉體表面積, 以分散劑在顆粒表面形成致密的單分子吸附層為標(biāo)準(zhǔn).在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常用到的方法是測(cè)定分散劑的吸附等溫曲線, 這一曲線與Langmuir 提出的模型較為符合, 但還需要改善(如圖
6).另外還有其他一些方法, 如電泳法、沉降法等, 而一些新的方法也在不斷涌現(xiàn), 如Moeggenborg K JR.Greenwood提出的兩種方法.
2 .2 .1 分散劑種類的選擇 目前陶瓷生產(chǎn)中常用的分散劑有三類:(1)無機(jī)分散劑, (2)有機(jī)小分子分散劑,(3)超分散劑, 其中一些分散劑含有鈉離子, 而引入鈉離子有時(shí)會(huì)損害陶瓷性能;某些分散劑作用有限, 應(yīng)用中效果不明顯.并不是所有分散劑都適用于陶瓷粉料, 我們必須通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證各種分散劑對(duì)某一原料的效果, 即測(cè)定分散劑對(duì)漿料粘度、Zeta 勢(shì)、pH 值的影響及成型效果來綜合選擇最佳的分散劑.但總的來說, 超分散劑由于其對(duì)溫度、pH 值及體系中的雜質(zhì)離子不敏感, 分散穩(wěn)定效果較好, 因引超
分散劑應(yīng)用范圍更廣.
2 .2 .2 分散介質(zhì) 由于使用非水介質(zhì)(以有機(jī)溶劑為介質(zhì))成本較高, 有毒, 易污染環(huán)境, 影響人類健康, 所以其使用受到了一定的限制, 當(dāng)今世界研究的重點(diǎn)是水性分散體系(以水為介質(zhì)).
2 .2 .3 分散劑的設(shè)計(jì)與開發(fā) 雖然分散劑種類繁多, 但在某些情況下, 卻不能適應(yīng)對(duì)陶瓷性能提出的越來越高的要求, 所以必須設(shè)計(jì)和開發(fā)一些新的具有合適分子結(jié)構(gòu)的分散劑.由于超分散劑獨(dú)特的分散效果, 所以利用分子設(shè)計(jì)的方法設(shè)計(jì)出有效的超分散劑是未來發(fā)展的主流.目前從事超分散劑的研究與開發(fā)的主要是國(guó)外的一些大公司, 如ICI 、KVK 、BASF 等公司.國(guó)內(nèi)雖已有相關(guān)報(bào)道 , 也生產(chǎn)出了一系列品種, 但總的來說效果并不理想.
3 結(jié) 論
目前, 將分散劑用于陶瓷制備已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步.但現(xiàn)有的理論還并不完善, 加上分散劑、分散介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)千差萬別, 分散系統(tǒng)的情況更是復(fù)雜, 所以還需要做大量的實(shí)驗(yàn), 為理論研究提供充分的依據(jù).
國(guó)外對(duì)分散劑特別是超分散劑的研究開展較早, 至今已有很大進(jìn)展;而國(guó)內(nèi)的起步很晚, 必須投入較大力量, 才能跟得上國(guó)際水平.