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重要環節, 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, 粉料往往會產生團聚.特別是研磨到一定時間后, 還有可能出現一個問題即“逆研磨”現象[ 4] .即在粉碎時, 當物料達到一定細度時, 如果繼續下去, 就會出現粒度不會越來越細反而越來越粗的現象.為此人們進行了大量的實驗研究 .發現加入分散劑后, 由于其靜電穩定及空間穩定機制, 能有效打碎粉料中的弱團聚(見圖3), 獲得粒度更細, 直至亞微米級的粉料, 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, 節約能耗.從圖4 我們可以看到, 加了分散劑的試樣尚未發生逆研磨, 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 粒徑與研磨時間的關系①加入分散劑;②未加入分散劑
1 .2 分散劑的穩定分散作用 陶瓷漿料的性質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, 由于其作用機理, 有效地防止了粒子的團聚, 原料各組分可均勻分散于介質中, 研究發現, 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, 漿料性質均勻穩定
2 .1 研究重點 由于分散劑的加入對陶瓷漿料性質有較大影響, 如粘度、pH 值、Zeta 勢、剪切應力等值.所以研究分散劑性能時, 通常通過研究其漿料性質來進行判斷.
2 .1 .1 分散劑的最佳用量 經過實驗證明, 無論是用于研磨, 還是用于陶瓷漿料的穩定分散, 都存在一個最佳用量的問題.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, 粘度不會減小, 反而可能增加.其主要原因是分散劑過量時, 粉體吸附的分散劑達到單層飽和狀態, 使進入液相的自由分散劑分子濃度增大, 對粉體產生橋聯作用, 從而使粉體間的作用加強, 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準.在實際應用中經常用到的方法是測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, 如Moeggenborg K JR.Greenwood提出的兩種方法.
2 .2 .1 分散劑種類的選擇 目前陶瓷生產中常用的分散劑有三類:(1)無機分散劑, (2)有機小分子分散劑,(3)超分散劑, 其中一些分散劑含有鈉離子, 而引入鈉離子有時會損害陶瓷性能;某些分散劑作用有限, 應用中效果不明顯.并不是所有分散劑都適用于陶瓷粉料, 我們必須通過實驗來驗證各種分散劑對某一原料的效果, 即測定分散劑對漿料粘度、Zeta 勢、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, 超分散劑由于其對溫度、pH 值及體系中的雜質離子不敏感, 分散穩定效果較好, 因引超
分散劑應用范圍更廣.
2 .2 .2 分散介質 由于使用非水介質(以有機溶劑為介質)成本較高, 有毒, 易污染環境, 影響人類健康, 所以其使用受到了一定的限制, 當今世界研究的重點是水性分散體系(以水為介質).
2 .2 .3 分散劑的設計與開發 雖然分散劑種類繁多, 但在某些情況下, 卻不能適應對陶瓷性能提出的越來越高的要求, 所以必須設計和開發一些新的具有合適分子結構的分散劑.由于超分散劑獨特的分散效果, 所以利用分子設計的方法設計出有效的超分散劑是未來發展的主流.目前從事超分散劑的研究與開發的主要是國外的一些大公司, 如ICI 、KVK 、BASF 等公司.國內雖已有相關報道 , 也生產出了一系列品種, 但總的來說效果并不理想.
3 結 論
目前, 將分散劑用于陶瓷制備已經取得了長足的進步.但現有的理論還并不完善, 加上分散劑、分散介質的物理化學性質千差萬別, 分散系統的情況更是復雜, 所以還需要做大量的實驗, 為理論研究提供充分的依據.
國外對分散劑特別是超分散劑的研究開展較早, 至今已有很大進展;而國內的起步很晚, 必須投入較大力量, 才能跟得上國際水平.