一.分散劑的作用
分散劑是指能使固體顆粒表面迅速潤濕,又能使固體質(zhì)點間的能壘上升到足夠高的一種表面活性劑,它能在低水分含量條件下,有效的提高漿料的顆粒潤濕性、懸浮穩(wěn)定性及漿體流變性,并使?jié){料具有適宜的黏度,達到節(jié)能降耗之目的。優(yōu)秀的分散劑在陶瓷漿料的制備過程中,同時發(fā)揮著潤濕、助磨、稀釋和穩(wěn)定幾種作用,對提高陶瓷制品的性能和降低制造成本起著重要的作用。
1.1 潤濕作用
潤濕通常指顆粒與顆粒之間的界面被顆粒與溶劑、分散劑等界面所取代的過程。粉體在比其自身的臨界表面張力低的溶液中分散性較好,即在同一表面張力的分散介質(zhì)中,粉體的表面張力越高,介質(zhì)與顆粒的接觸角越小,潤濕分散性就越好。為了提高粉體的分散性,必須采用有效的添加劑來降低介質(zhì)的表面張力。
1.2 助磨作用
原料粉碎是陶瓷制備過程中的一個重要環(huán)節(jié),特別是粉碎到微米級的粒徑耗能費時較多。在濕法球磨過程中,由于分子或粒子的相互撞擊、靠近、吸引,粉料往往容易產(chǎn)生團聚,出現(xiàn)“逆研磨”現(xiàn)象,即在粉碎過程中,當物料達到一定細度后繼續(xù)研磨下去,就會出現(xiàn)越磨越粗的現(xiàn)象。加入分散劑可牢固地吸附在顆粒的裂縫上并能深入到裂縫深處,顆粒粉碎過程中形成的新界面,迅速被分散劑包裹,阻礙了新生界面的重新結合從而加速粉碎過程,明顯地縮短粉碎時間,節(jié)約能耗,提高研磨效率。
1.3 稀釋作用
陶瓷漿料要求兼?zhèn)涓吖腆w含量和良好的流動性,加入一定量的分散劑,可以有效的減小漿料的黏度,同時可以適當?shù)臏p少介質(zhì)的使用量,有利于減小后序處理過程中的能源消耗。
1.4 穩(wěn)定作用
在沒有添加分散劑的情況下,粒子在水中主要受到以下四種力的作用:重力、浮力、粒子/水界面張力和粒子間的相互作用力,導致顆粒容易沉降,漿體穩(wěn)定性變差;加入分散劑后,由于分散劑吸附在粒子的表面,原有顆粒表面被分散劑部分或全部覆蓋,阻礙顆粒團聚,提高漿體的懸浮性和穩(wěn)定性。
二.分散劑的分類
分散劑按使用介質(zhì)的不同可分為水性和非水性分散劑;按分散劑所帶電荷性質(zhì)的不同可分為離子型分散劑(陰離子型和陽離子型)和非離子型分散劑;按化學成分的不同可分為無機分散劑、有機小分子分散劑和聚合物分散劑。
三.分散劑的分散機理描述
關于粉體的分散機理,各國的學者都進行了廣泛的研究,提出了不同的模型,其中主要有以下機理:靜電穩(wěn)定機理,空間位阻穩(wěn)定機理和靜電位阻穩(wěn)定機理。
1. 靜電穩(wěn)定機理
在固/液懸浮體系中,由于粒子表面電荷的存在,形成了雙電層結構和Zeta電位。粒子間靜電斥力的大小取決于Zeta電位,而Zeta電位取決于粒子的表面電荷以及電荷密度,電荷密度越高,Zeta電位越高。無機分散劑(三聚磷酸鈉,焦磷酸鈉)電離成離子后吸附于顆粒表面,顆粒表面形成一種雙電層的結構,使其表面電荷密度提高,通過表面同種電荷斥力作用,克服了顆粒間的范德華吸引力,實現(xiàn)分散效果。
2. 空間位阻穩(wěn)定機理
空間位阻機理也稱為立體效應或熵效應,主要指顆粒表面上吸附了某些高分子化合物,粒子之間出現(xiàn)體積效應,在一定程度上粒子失去自由活動的空間,相應地降低其熵值,同時增加了粒子之間的相互排斥作用,使分散粒子的接觸受到空間障礙,保持了分散體系的穩(wěn)定性??臻g位阻機理主要是對聚合物分散劑而言的,其優(yōu)越的性能取決于其結構中特有的錨固基團和溶劑化鏈,
1)常見的錨固基團有(-R2、—NR3+、—COO—、—HS03、—S032-、—P043-、多元胺、多元醇及聚醚)等,在水性介質(zhì)中,它們通過離子鍵,共價鍵,氫鍵等相互作用強力吸附于顆粒表面;
2)常見的溶劑化鏈有(聚醚,聚酯,聚烯烴及聚丙烯酸酯)等,在極性匹配的介質(zhì)中,溶劑化鏈延伸到分散介質(zhì)中,使得相鄰顆粒上的聚合物因體積效應而相斥,最終有效地維持體系的懸浮穩(wěn)定性。
3. 靜電位阻穩(wěn)定機理
將顆粒間靜電斥力和空間位阻兩種力量共同作用以獲得的穩(wěn)定稱為靜電空間位阻穩(wěn)定。粉體顆粒進入溶解有聚合物的溶液后,聚合物分子很快緊密吸附到顆粒表面,并形成穩(wěn)定的雙電層,顆粒相互靠近時既會受到雙電層間相互作用產(chǎn)生的靜電斥力,又會受到聚合物分子間的位阻作用,從而使顆粒處于一種平衡狀態(tài)。靜電位阻穩(wěn)定機制能夠防止已分散的粒子發(fā)生絮凝,最大程度的維持懸浮液的穩(wěn)定,也是性能優(yōu)良的分散劑的主要分散機制。而且在制備高固含量的懸浮液時,靜電位阻穩(wěn)定是最有效的途徑之一。