CMC在陶瓷领域的应用

于海霞 董延玲

北京科远智恒工程检测有限公司（100070）

CMC在陶瓷领域的应用

于海霞 董延玲

北京科远智恒工程检测有限公司（100070）

介绍了CMC的特性，综述了CMC应用到陶瓷生产中的作用及机理，选用CMC一些注意的问题，概括了CMC的市场前景及发展方向。

CMC；陶瓷；应用

0 引言

CMC是羧甲基纤维素（Carboxymethyl cellulose）的简称，它是一种阴离子、直链、水溶性纤维素醚，因其具有良好的黏结、悬浮、保水、分散等性能，被广泛应用于建筑陶瓷生产中，作为陶瓷坯体、陶瓷釉浆、陶瓷花釉的添加剂，提高陶瓷产品质量。随着CMC的应用不断被研究，对CMC的需求不断增长，对CMC的要求也越来越高，尤其是针对特定应用开发的专用型产品（如超低黏度等）。

1 CMC的性质

CMC的学名是羧甲基纤维素，又因为它大多以羧酸钠盐的形式存在故又称羧甲基纤维素钠盐，结构通式为（C6H9O4-O-CHCOONa）n，n为聚合度。外观为白色或黄白色颗粒，或呈纤维粉末状[1]。无毒无味，易吸潮，在碱性溶液中稳定，遇酸易水解，溶解于水中充分水化成黏稠、滑腻溶液的大分子物质，产生增稠效果。CMC的结构呈链状，为高分子电解质，其溶解度主要取决于聚合度、替代度以及取代基团的分布。

衡量CMC性能的关键指标有二[2]:

1）聚合度（DP）:表示分子链的长度及分子量的大小。不同聚合度的CMC,其固有的黏度不同，根据聚合度的高低可分为高黏、中黏、低黏，此外易受温度、电解质、pH值、机械搅拌速率等因素的影响，并且它直接影响到CMC在釉浆中的用量及使用效果。

2）替代度（DS）:纤维素大分子中，每个葡萄糖单元上三个羟基参与反应，平均取代醚基的个数。替代度的最大值是3，但是在工业上用途最大的是替代度在0.5～1.2范围内。据有关研究结论可知[3]，釉浆用CMC无论黏度高低，一般都选用CMC替代度≤0.7为宜。

2 CMC的应用

由于CMC优异的工艺性能及在陶瓷生产中广泛应用，可用于坯体中作黏结剂、增塑剂、坯体增强剂，也可用于釉浆中作为黏结剂、悬浮剂、保水剂等，对改进陶瓷性能有着重要的意义。

1）CMC在陶瓷坯体中的应用

CMC是具有足够链长的高分子聚合物，将CMC添加到陶瓷泥浆中，CMC分子间靠氢键和范德华力作用形成网状结构[4]，使坯体粉料进入网状结构而凝聚，起到黏结作用。坯用CMC在黏土-水系统中起到黏结作用从而使泥料的可塑性和生坯抗折强度明显提高。与其他坯体增强剂相比，坯体专用的CMC使用时加入量少，且增强效果明显，并且在球磨过程中，分子链被破坏少，生坯灼烧后几乎不留灰烬，无残渣无黑心，由于CMC的悬浮作用防止原料沉淀是坯体均匀性好。市场上出售的广东江门量子高科生产的邦维牌坯体专用CMC增强效果明显，并且可根据生产需要加入量控制在0.03% ～0.2%的范围内，是其他坯体增强剂的1/5～1/3[5]。CMC作为坯体增强剂时，要求其聚合度较高，取代度适中，其水溶液稠度高，有一定的抗酸、抗盐能力。

2）CMC在陶瓷釉浆中的应用

CMC在陶瓷釉浆中起到黏结、悬浮、保水等作用。CMC在釉浆制好后加入，加入量为0.2%～0.5%，再球磨1 h左右。过长的球磨时间对分子链有破坏作用，使釉浆黏度降低，黏结性能下降。

①作黏结剂

用作釉料黏结剂的不同种类CMC的分子量是不同的，这对调节釉浆黏度和施釉工艺具有重要意义。CMC水溶液的黏度大小取决于CMC分子的链长和分子量，釉面黏结效果随着聚合作用增加而增加。CMC的作用机理是在原材料颗粒间形成黏结薄膜，以保证它在除去物理水后不发生位移；由于其水溶性，故可以完全包覆住釉料颗粒牢固黏结在坯料表面。使用CMC作釉料黏结剂，可明显提高釉料的附着能力，提高釉层强度，改善坯釉结合能力，减少陶瓷生产中如搬运、装窑和干燥过程中因碰撞、磨蹭等原因造成废品。

②作悬浮剂

釉料主要由瘠性原料组成，釉浆中如不添加CMC，由于各种原料性能的差别和重力作用，经过一段时间易产生沉淀分层。放置较长时间会导致底部釉浆与水分层产生硬块，很难将其搅拌均匀。加入CMC后由于形成网络结构及对釉浆粒子的吸附，支撑釉浆粒子的重力，又因为CMC是长链高分子聚合物，在釉浆中占据一定空间，使釉粒子相隔，特别是带负电荷的CMC离子与带负电的黏土离子相互排斥，提高悬浮性。加入CMC的釉浆放置较长时间后也不会产生沉淀结块现象,易将其搅拌均匀。

③作保水剂

保水性是确定釉浆在施釉时被坯体吸收快慢的工艺参数，它也影响釉面的质量。CMC通过促使固相颗粒间的黏合，形成黏结性好的釉层，使釉层具有良好的保水性。加入CMC的釉浆喷到坯体表面，其水分不会很快被坯体所吸收，而是在保持一段时间后才被吸干。这对形成均匀、致密、平滑和无缺陷的釉层，提高坯釉结合性是十分重要的。

此外，CMC在陶瓷生产中作坯料可塑剂，在印花釉和渗花釉中，可作颜料粒子的连接料或载体，按比例添加到电瓷釉中可解决脱釉、花釉、釉泡等问题。不同型号的CMC在陶瓷生产中作用不同，使用时厂家应根据各自的生产条件和工艺，选择不同聚合度和取代度的专用型CMC，保证获得高质量的釉面效果，生产出高质量的陶瓷产品。

3 CMC在陶瓷生产中注意的问题

釉料中使用原料多为瘠性原料，可塑性原料很少，通过加入CMC来调整黏度，浆料黏度会随着CMC的加入量增大而上升。其中塑性原料含量高，CMC加入量小，反之加入量大。同时陶瓷生产环境（如温度、湿度等）对CMC黏度也有影响，这就要根据试验结果来决定加入量。同时也要考虑替代度的影响，它是决定水溶性的关键因素，陶瓷生产中使用的CMC水溶性一定要好，水溶液必须通过200目筛。

CMC的加入方式对釉浆性能也有影响,徐小勇[6]等研究了CMC不同的加入方法对釉浆黏度的影响，试验结果表明，球磨时间相同时，采用分期加入和温水预溶都比直接加入时釉浆黏度大。有人在釉浆制备中加入适量减水剂来提高球磨效率，然后再加入CMC会使釉浆流动性变差，这种添加方式不好，最好一开始就加入CMC，然后再考虑适量加入减水剂,这样与单独加入减水剂有同样的解凝效果，而且釉浆的稳定性更好，还可以降低成本。

釉浆使用前一般需要陈腐1～2 d，CMC发挥最好效果，釉浆充分稳定。釉浆受温度影响显著，当釉浆储存多日,特别是夏天,CMC极易腐烂变质影响黏度，必须加入防腐剂。

4 前景和展望

随着人们消费水平的日益提高和陶瓷工业的快速发展，人们对陶瓷质量和外观要求不断提高，对陶瓷的整体质量要求也越来越高。CMC在陶瓷业中所表现出来的优越性能早已受到并将越来越多地受到人们的重视。陶瓷生产中的各种功能助剂今后的发展方向是走复合助剂和多功能助剂的路子。因此，开发更多具有优异性能的CMC复合产品，实现CMC的工业化生产，必将有广阔的发展空间和强有力的市场竞争力。

[1]沈一丁,李小瑞.陶瓷添加剂[M].化学工业出版社,2004: 110-111.

[2]王瑞生.羧甲基纤维素钠在卫生陶瓷釉浆中的应用[J].陶瓷,2002(1):26-27.

[3]郑曼云,张秀彩.CMC提高卫生陶瓷釉浆性能的研究.中硅会陶瓷分会技术交流资料.

[4]汤上,夏君.釉浆中添加MC、CMC的作用机理及应用初探[J].中国陶瓷2002(2):14-20.

[5]喻恩泰.陶瓷添加剂应用技术[M].化学工业出版社,2006: 124.

[6]徐小勇,石棋,等.羧甲基纤维素在陶瓷釉浆中的应用研究[J].中国陶瓷,2008,44(10):56-58.

[18]杨利伟,王天稳.混凝土碳化的影响因素及其控制措施[J].建筑技术开发,2005,32(2):34-36.