【原创】陶瓷分散剂——材料界的分手大师，让团聚的粒子说拜拜！

中国粉体网讯  在先进陶瓷生产中，湿法成型是一种常用的成型方法，而在实际操作中往往会面临一个棘手的问题，因陶瓷粉体颗粒的团聚而导致难以获得较高的固体含量、稳定性和流变性好的陶瓷浆料，无法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。

这时候人们需要用到一种十分重要的添加剂——陶瓷分散剂。

01.陶瓷分散剂三大作用

陶瓷分散剂是目前应用十分广泛的一种陶瓷添加剂，它的主要作用是防止在陶瓷颗粒表面形成疏水表面以防止其团聚，在同等加水条件下，提高颗粒间自由水的量，使原料各组分均匀分布于介质中，改善浆料流动性，提高颗粒均匀度，通常情况下，性能优异的陶瓷分散剂在陶瓷浆料的制备中，通常还发挥着润湿、助磨、稳定等几种作用，这对降低制造成本和提高陶瓷制品的性能起着重要的作用。

（1）润湿作用

一般固体表面按其性质可以分为亲水和亲油两大类。但是在陶瓷工业生产中，根据不同的对象和工艺，添加适当的润湿剂能够将原来亲油的表面转化为亲水的表面，或者将原来亲水的表面转化为亲油的表面。能起到润湿作用的物质可以有效的降低液体的表面自由能，削弱陶瓷泥浆系统的表面张力和液体/固体系统的界面张力，粉体在比其自身的临界表面张力低的溶液中分散性较好，因此，为了提高粉体的分散性，必须采用有效的添加剂来降低水的表面张力。

（2）助磨作用

在国内传统陶瓷的工业生产中多采用半干压成型法，在浆料的前期处理时，球磨是很关键的工序。在实际操作中常常采用效果比较好的湿磨法，在湿法球磨过程中，由于分子或粒子的相互撞击、靠近、吸引，粉料往往容易产生团聚，特别是研磨到一定时间后，还有可能出现“逆研磨”现象，加入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，降低颗粒的表面能，从而导致键合力的减弱，使颗粒上的缝隙更容易扩展，能有效打碎粉料中的弱团聚，避免重新愈合，使得破坏颗粒的外力减小，加速粉碎过程，明显地缩短粉碎时间，节约能耗，提高研磨效率。

（3）稳定作用

加入分散剂之后，分散剂吸附在陶瓷颗粒表面之后，部分或者全部覆盖了颗粒的表面，导致原先的颗粒/溶剂界面张力被分散剂/水界面张力所取代。陶瓷颗粒要想在溶剂中稳定分散，那么粒子在溶剂中受到的合力为零。当陶瓷浆料悬浮液的浓度和陶土颗粒的粒度固定时，粒子在溶剂中所受到的重力、浮力和相互作用力是固定的，这种情况下只能通过添加分散剂来调整粒子/溶剂界面张力，使陶瓷颗粒受到的合力为零。

02.分散剂的作用机理

陶瓷浆料中的固体颗粒在热运动、重力和搅拌的作用下，处于不规则运动中，存在大量的相对运动和碰撞，运动颗粒碰撞后是否成为团聚颗粒，取决于范德华力、库仑力和空间位阻作用力三种作用力间的综合作用。所以，要使陶瓷粉体颗粒处于稳定的悬浮液中，必须增大颗粒间的排斥力，才能保持陶瓷浆料的分散性。

分散剂作为一种在分子结构上同时具有亲水性和亲油性两种相反性质的界面活性剂，在悬浮液中能够与陶瓷颗粒表面发生作用，从而降低分散体系中固体或液体粒子的聚集，均一分散那些难于溶解于液体的固体颗粒，同时也能防止固体颗粒的沉降和凝聚，形成稳定悬浮液胶体。

在制备陶瓷浆料时加入分散剂，其作用方式为：静电斥力作用即双电层稳定机制是指通过加入离子型分散剂，陶瓷颗粒表面产生一定量的表面电荷，使颗粒间产生较大的排斥力，进而实现颗粒的稳定分散；空间位阻稳定作用是指在悬浮体中加入一定量的不带电的高分子量的化合物，使其吸附在颗粒的表面上，形成较厚的位阻层，使颗粒间产生空间排斥力，达到分散目的；静电空间位阻复合稳定作用即在悬浮体中加入一定量的高分子聚合物电解质或者加入一种高分子化合物与低聚物(如PEG)或有机物单体(例如柠檬酸三铵)的混合物，使其吸附在粒子表面上，此时聚电解质既可通过本身所带电荷排斥周围粒子，又能通过其空间位阻效应阻止周围粒子的靠近，两者的共同作用可实现复合稳定分散的效果。

03.陶瓷分散剂的分类

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。

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

无机分散剂通常也被称作解凝剂，可使釉浆产生稠化效应，因而能够防止釉浆沉淀。传统的无机分散剂不能挥发，烧结后与原料熔为一体，性能均匀稳定。陶瓷工业生产中使用较多的主要有氯化钠、六偏磷酸钠、偏硅酸钠、三聚磷酸钠等无机电解质，通常为钠离子的无机盐，无机分散剂的主要作用机理是分散体系的电荷平衡。

（2）有机小分子分散剂

主要是有机电解质类分散剂，包括柠檬酸钠、乙二胺四乙酸钠（EDTA）,羟乙基乙二胺三乙酸钠(HEDTA)等；以及表面活性剂分散剂，包括硬脂酸钠、烷基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚等。

（3）高分子分散剂

如聚丙烯酰胺（300）、聚甲基丙烯酸铵、羧甲基纤维素、亚硫酸化三聚氰胺甲醛树脂等。高分子分散剂主要是空间稳定机制为主起分散作用，有的带电高分子还可以辅以静电稳定机制使分散体系稳定，因此这种分散剂通常比有机小分子分散剂更有效。有机高分子分散剂在干燥和烧结过程就能挥发，几乎没有残留物。

小结

陶瓷生产发达的国家都非常重视陶瓷分散剂的研究开发应用，并且已经基本淘汰了水玻璃等传统分散剂。且近些年来，世界陶瓷生产先进国家每年都有不少新品陶瓷分散剂推出，陶瓷分散剂己经成为化学添加剂中一个十分活跃的领域。

我国陶瓷工业生产中使用传统添加剂的历史比较长，从20世纪50年代就开始使用添加剂，近些年我国陶瓷添加剂产业发展的也很快，规模也在不断壮大。但随着陶瓷工业的迅速发展，陶瓷生产过程中对浆料性能的要求也变得越来越高。

因此，开发出更高性能的如超分散剂（高分子分散剂）等陶瓷分散剂备受期待。这对专业分散剂生产商来说是一项意义重大的任务。

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参考来源

[1]程程.压电陶瓷制备中分散剂的添加对陶瓷片性能一致性的影响

[2]李鹏飞等.陶瓷用聚合物分散剂的制备及应用研究进展

[3]周桃生等.分散剂及其在陶瓷制备中的应用

[4]张占新等.不同分散剂对氧化铝陶瓷基片加工工艺的影响

（中国粉体网编辑整理/山川）

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