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摘 要 本文系统地分析了添加剂的作用效果，并通过实验获得了一种料浆流动性好、颗粒分布窄且均匀的复合型添加剂。结果表明，复合添加剂与传统单一添加剂相比，降低了含水率，因此，有希望在生产中提高料浆的喷雾干燥效率，降低能耗，节约成本。
关键词 复合添加剂，氧化铝瓷，流动性
1前言
分散剂作为一种用途很广的表面活性剂，广泛应用于陶瓷料浆的制备。它能迅速湿润固体颗粒，降低表面势能，又能使固体质点的势垒增加，从而制备出粘度低、流变性好、分散均匀、固含量高且稳定的料浆[1～2]。
过去数十年，氧化铝瓷的生产技术得到了长足的进步，但仍普遍存在料浆含水率高、流动性不好、稳定性差等问题。传统添加剂效果差、反絮凝范围比较窄、用量不易控制，已不能满足工艺要求。因此，研制一种新型复合添加剂以制备高固含量的氧化铝瓷料浆非常必要。
2实验部分
2.1 实验粉料
实验粉料由佛山某刚玉陶瓷厂提供，主要由氧化铝、高岭土、轻质碳酸钙、烧滑石和碳酸钡组成，其化学组成见表1。
2.2 实验仪器
主要有行星球磨机、涂-4粘度计、pH酸度计、旋转式粘度计、电子天平等。
2.3 实验方法及流程
先将粉料烘干，用胶袋封装备用。然后按配方分别加入水和分散剂（分散剂的量如表2所示）；料:球:水（wt%）=1:2:0.4～0.5，球磨60min后出浆，料浆细度为325目筛余1%以下。
2.4 料浆的性能检测
（1） 料浆的流动性：用涂-4粘度计测定。以料浆从涂-4杯中流出所用时间(s)来表征流动性；
（2） 料浆的粘度：NDJ-1型旋转式粘度计，选用3号转子（30、60r/min）；
（3） pH值：利用KL-009型酸度计（精确度0.1）；
（4） 料浆的厚化度：用来表征料浆的触变性；
厚化度＝τ30min/τ30s其中：
τ30min—— 料浆在粘度计内静置30min后流出所用时间（s）；
τ30s —— 料浆在粘度计内静置30s后流出所用时间（s）。
3实验结果
3.1 单因素实验结果
经过单因素试验，测出加入不同分散剂后料浆的流动性和粘度，如表2所示。
3.2 L16(54)表头设计及结果
表3为复合型添加剂正交试验因素水平表。水玻璃与柠檬酸钠的比例是根据二因素实验数据确定的，其中1:3效果较好，可在这个数据的基础上适当调整；B、C、D因素是根据单因素实验来确定的。加分散剂的原则是在达到同样效果的前提下种类要尽量少，以避免引入太多的杂质离子。
3.3 结果分析
表4采用L16(54)正交实验表,测试的参数有流动性、厚化度、粘度和pH值，在保证料浆细度的情况下主要考察料浆的流动性和厚化度。
表5、表6、表7是对L16(54)正交表的直观分析，从表可知各个影响因素的主次顺序为：流动性的直观分析A＞C＞B＞D；粘度的直观分析C＞B＞D＞A；厚化度的直观分析A＞D＞B＞C；第5因素为参考因素。结果表明：各因素对料浆性能影响的主次顺序不同，其中A因素对料浆的流动性和厚化度影响最大。因此，优化料浆的流动性与厚化度时主要考虑水玻璃与柠檬酸钠的比值。
综上所述，复合添加剂的最佳组合为A3B1C4D2：柠檬酸钠（0.3wt%）、水玻璃（0.1wt%）、SD900（0.05wt%）。C和D因素影响不大，从节约成本考虑可不加。
3.4 复合添加剂的性能分析
3.4.1对料浆的助磨作用
由下图可知，加入复合添加剂后，料浆颗粒均匀、粒度小、颗粒形状比较圆滑，棱角少；而加入厂用试剂的料浆，其颗粒不规则，有较多长条状，且颗粒较粗大、形状各异。说明复合添加剂比厂用添加剂助磨效果更好。
（a）加入复合添加剂
（b）加入厂用试剂
加入不同添加剂后料浆的ＳＥＭ照片
3.4.2减水作用
由表8知,在复合添加剂含水率为45%的情况下,流动性和厚化度分别为11.90s和1.06，达到了厂用添加剂要求的参数。
4理论分析
复合添加剂由水玻璃、柠檬酸钠和SD900组成。水玻璃是一种常用的添加剂。柠檬酸钠属于三价的有机添加剂，容易吸附在氧化铝颗粒表面，是带电量高的电解质，主要通过静电排斥力达到稳定[6]；SD900是新一代高分子电解质型抗絮凝剂，其活化基团能有效吸附于颗粒表面，静电排斥效应与空间势垒效应共同发挥作用，能很好地起到分散作用。
分散剂的加入量有一个最佳范围。当分散剂量少时，颗粒表面未被分散剂有效覆盖，表面的吸附层薄，ξ电位小，排斥力小，颗粒有较大的沉降和团聚力，所以稳定分散性较差；增加分散剂量有利于增加对颗粒表面的覆盖率，使体系稳定分散性增加；但分散剂加入量过大时，颗粒表面的吸附量已达饱和状态，因过剩而游离的分散剂分子会在颗粒间架桥而导致絮凝，从而使稳定分散性变差[7～8]。
5结论
氧化铝瓷料浆复合添加剂的优化配方为：水玻璃（0.1%）、柠檬酸钠（0.3%）、SD900（0.05%）。与传统添加剂相比，在相同条件下可降低含水率2%，提高喷雾干燥塔的出料率，达到节能降耗的目的。此数据仅为实验室中得出的结果，如果应用于生产，还需进一步调整。
参考文献
1 Brian J.Optimising the dispersion on an aluminasuspension using commercial polyvalent lectrolyte dispersants[J]. Jounal of Eur.ceramic.Soc.，1998，12：2141～2147
2 戚红艳、王文忠等．陶瓷粉体分散的稳定机制及Sialon粉体分散的研究[J]．本溪冶金高等专科学校，2002，12：11～13
3 Napper D.H.，Polymeric Stabilisation of Colloidal Dispersions[M].Academic Press.,1983,74 Hunter．R.J.Foundations of Colloid Science[M]. Oxford Science，1991
5 Everett．D.H.Basic Principles of Colloids[J].RoyalSocietyof Chemistry，1989
6 李艳莉,赖光华等.新型陶瓷油料减水剂研究[J].佛山陶瓷,1997,2：30～33
7 J.L.Morrison，B.G.Miller，A.W.Scaroni.Proc.18th Intern.Tech.Conf.on Coal Utilisation and Fuel Systems.Coaland Slurry Technology Association.Clearwater，1993:361
8 Moeggenborg KJ，Alfano J C，Whitten J E.Improved quality control with rapid simple accuratedetermination of additive dosages in ceramic slurries[J].Ceram Eng Sci Proc., 2000，21(2)：73～81
Preparation of Composite Additive of Al2O3 Ceramic Slurry
Wu Xigui1 Jian Runtong1 Liu Weidong2
(1Technic Research Center of Guangdong Newpearl Ceramics Groups Guangdong Foshan 528061
2College of Materials Science and EngineeringSouth China University of Technology GuangzhouGuangdong 510640)
Abstract: Additive's mechanism was analyzed in this paper,and composite additive with good flowability,narrow distribution and nice disperse was obtained.Results show that composite additive can improve efficiency of spray dring,reduce consumed energy and cut down cost.
Keywords: composite additive,Al2O3 ceramic slurry,flowability
关键词 复合添加剂，氧化铝瓷，流动性
1前言
分散剂作为一种用途很广的表面活性剂，广泛应用于陶瓷料浆的制备。它能迅速湿润固体颗粒，降低表面势能，又能使固体质点的势垒增加，从而制备出粘度低、流变性好、分散均匀、固含量高且稳定的料浆[1～2]。
过去数十年，氧化铝瓷的生产技术得到了长足的进步，但仍普遍存在料浆含水率高、流动性不好、稳定性差等问题。传统添加剂效果差、反絮凝范围比较窄、用量不易控制，已不能满足工艺要求。因此，研制一种新型复合添加剂以制备高固含量的氧化铝瓷料浆非常必要。
2实验部分
2.1 实验粉料
实验粉料由佛山某刚玉陶瓷厂提供，主要由氧化铝、高岭土、轻质碳酸钙、烧滑石和碳酸钡组成，其化学组成见表1。
2.2 实验仪器
主要有行星球磨机、涂-4粘度计、pH酸度计、旋转式粘度计、电子天平等。
2.3 实验方法及流程
先将粉料烘干，用胶袋封装备用。然后按配方分别加入水和分散剂（分散剂的量如表2所示）；料:球:水（wt%）=1:2:0.4～0.5，球磨60min后出浆，料浆细度为325目筛余1%以下。
2.4 料浆的性能检测
（1） 料浆的流动性：用涂-4粘度计测定。以料浆从涂-4杯中流出所用时间(s)来表征流动性；
（2） 料浆的粘度：NDJ-1型旋转式粘度计，选用3号转子（30、60r/min）；
（3） pH值：利用KL-009型酸度计（精确度0.1）；
（4） 料浆的厚化度：用来表征料浆的触变性；
厚化度＝τ30min/τ30s其中：
τ30min—— 料浆在粘度计内静置30min后流出所用时间（s）；
τ30s —— 料浆在粘度计内静置30s后流出所用时间（s）。
3实验结果
3.1 单因素实验结果
经过单因素试验，测出加入不同分散剂后料浆的流动性和粘度，如表2所示。
3.2 L16(54)表头设计及结果
表3为复合型添加剂正交试验因素水平表。水玻璃与柠檬酸钠的比例是根据二因素实验数据确定的，其中1:3效果较好，可在这个数据的基础上适当调整；B、C、D因素是根据单因素实验来确定的。加分散剂的原则是在达到同样效果的前提下种类要尽量少，以避免引入太多的杂质离子。
3.3 结果分析
表4采用L16(54)正交实验表,测试的参数有流动性、厚化度、粘度和pH值，在保证料浆细度的情况下主要考察料浆的流动性和厚化度。
表5、表6、表7是对L16(54)正交表的直观分析，从表可知各个影响因素的主次顺序为：流动性的直观分析A＞C＞B＞D；粘度的直观分析C＞B＞D＞A；厚化度的直观分析A＞D＞B＞C；第5因素为参考因素。结果表明：各因素对料浆性能影响的主次顺序不同，其中A因素对料浆的流动性和厚化度影响最大。因此，优化料浆的流动性与厚化度时主要考虑水玻璃与柠檬酸钠的比值。
综上所述，复合添加剂的最佳组合为A3B1C4D2：柠檬酸钠（0.3wt%）、水玻璃（0.1wt%）、SD900（0.05wt%）。C和D因素影响不大，从节约成本考虑可不加。
3.4 复合添加剂的性能分析
3.4.1对料浆的助磨作用
由下图可知，加入复合添加剂后，料浆颗粒均匀、粒度小、颗粒形状比较圆滑，棱角少；而加入厂用试剂的料浆，其颗粒不规则，有较多长条状，且颗粒较粗大、形状各异。说明复合添加剂比厂用添加剂助磨效果更好。
（a）加入复合添加剂
（b）加入厂用试剂
加入不同添加剂后料浆的ＳＥＭ照片
3.4.2减水作用
由表8知,在复合添加剂含水率为45%的情况下,流动性和厚化度分别为11.90s和1.06，达到了厂用添加剂要求的参数。
4理论分析
复合添加剂由水玻璃、柠檬酸钠和SD900组成。水玻璃是一种常用的添加剂。柠檬酸钠属于三价的有机添加剂，容易吸附在氧化铝颗粒表面，是带电量高的电解质，主要通过静电排斥力达到稳定[6]；SD900是新一代高分子电解质型抗絮凝剂，其活化基团能有效吸附于颗粒表面，静电排斥效应与空间势垒效应共同发挥作用，能很好地起到分散作用。
分散剂的加入量有一个最佳范围。当分散剂量少时，颗粒表面未被分散剂有效覆盖，表面的吸附层薄，ξ电位小，排斥力小，颗粒有较大的沉降和团聚力，所以稳定分散性较差；增加分散剂量有利于增加对颗粒表面的覆盖率，使体系稳定分散性增加；但分散剂加入量过大时，颗粒表面的吸附量已达饱和状态，因过剩而游离的分散剂分子会在颗粒间架桥而导致絮凝，从而使稳定分散性变差[7～8]。
5结论
氧化铝瓷料浆复合添加剂的优化配方为：水玻璃（0.1%）、柠檬酸钠（0.3%）、SD900（0.05%）。与传统添加剂相比，在相同条件下可降低含水率2%，提高喷雾干燥塔的出料率，达到节能降耗的目的。此数据仅为实验室中得出的结果，如果应用于生产，还需进一步调整。
参考文献
1 Brian J.Optimising the dispersion on an aluminasuspension using commercial polyvalent lectrolyte dispersants[J]. Jounal of Eur.ceramic.Soc.，1998，12：2141～2147
2 戚红艳、王文忠等．陶瓷粉体分散的稳定机制及Sialon粉体分散的研究[J]．本溪冶金高等专科学校，2002，12：11～13
3 Napper D.H.，Polymeric Stabilisation of Colloidal Dispersions[M].Academic Press.,1983,74 Hunter．R.J.Foundations of Colloid Science[M]. Oxford Science，1991
5 Everett．D.H.Basic Principles of Colloids[J].RoyalSocietyof Chemistry，1989
6 李艳莉,赖光华等.新型陶瓷油料减水剂研究[J].佛山陶瓷,1997,2：30～33
7 J.L.Morrison，B.G.Miller，A.W.Scaroni.Proc.18th Intern.Tech.Conf.on Coal Utilisation and Fuel Systems.Coaland Slurry Technology Association.Clearwater，1993:361
8 Moeggenborg KJ，Alfano J C，Whitten J E.Improved quality control with rapid simple accuratedetermination of additive dosages in ceramic slurries[J].Ceram Eng Sci Proc., 2000，21(2)：73～81
Preparation of Composite Additive of Al2O3 Ceramic Slurry
Wu Xigui1 Jian Runtong1 Liu Weidong2
(1Technic Research Center of Guangdong Newpearl Ceramics Groups Guangdong Foshan 528061
2College of Materials Science and EngineeringSouth China University of Technology GuangzhouGuangdong 510640)
Abstract: Additive's mechanism was analyzed in this paper,and composite additive with good flowability,narrow distribution and nice disperse was obtained.Results show that composite additive can improve efficiency of spray dring,reduce consumed energy and cut down cost.
Keywords: composite additive,Al2O3 ceramic slurry,flowability