不同模数水玻璃解胶及失效实验分析

王明华, 陈婧龄

摘 要：本文立足于实际生产上的水玻璃应用问题，通过以工业片碱及高细度硅粉合成模数不同的水玻璃，对其解胶效果进行了实验研究，并通过对水玻璃进行长时间存放，对其解胶效果进行对比实验，并分析了其解胶效果变化的原因。

关键词：水玻璃  解胶实验  失效实验

1 前 言

在陶瓷行业，泥浆解胶剂是非常重要的化工料，对于生产控制及节能省耗有着重要的助益。出于控制成本的要求，目前的主要陶瓷泥浆解胶剂主要为无机盐类，其代表为硅酸盐系列解胶剂[2-4]。在对不同的企业进行调研的过程中，我们发现有企业完全采用水玻璃作为泥浆解胶剂以降低工厂生产成本，另一方面存在企业将五水偏硅及水玻璃混合使用来解胶的方法，来提高解胶效果[5-6]，在进行解胶剂使用效果问题探讨上，企业方表示完全使用水玻璃作为解胶，对于生产有一定的不利，同时水玻璃会有一定的解胶效果波动情况。考虑到水玻璃及五水偏硅酸钠本质上都是属于硅酸钠系列解胶剂，只是模数上有所不同。因此，在探讨不同模数水玻璃的解胶效果，对于指导硅酸钠系列解胶剂的生产应用，对于企业生产是有一定帮助。

考虑到市售水玻璃的质量不一，以及水玻璃的存放状况不确定，不能精准有效的合成不同模数的水玻璃。本文以高细度二氧化硅及化工纯片碱为原料，利用高细度物料反应活性大的特点，通过现场调配的方式合成不同模数水玻璃，并购买景德镇当地原料，通过泥沙配比大致拟定泥料配方，做对比解胶实验。考虑到硅酸钠的主要成本在于钠的含量，本实验分析在同等钠含量的情况下，不同模数水玻璃对泥浆的解胶效果。通过将合成水玻璃放置三周，再进行解胶实验对比，并对其进行测试，分析其解胶效果下降的原因。

2  实验部分

2.1 试剂及仪器

（1）试剂：片碱（化学纯）、高细硅粉（6000目），水玻璃，星子高岭土（325目）、长石粉（200目）、石英粉（200目）。

（2）仪器：快速球磨机、电子天平、烘箱、标准筛、涂氏粘度计，干燥箱、X射线衍射仪。

2.2 实验过程

1、不同模数水玻璃合成

高细二氧化硅具有高细度高活性的特点，因此以高细二氧化硅和片碱为原料制备水玻璃实验可以在常温常压下进行。将纯度为98%的NaOH加入一定比例的水配置成碱溶液，等碱液冷却后，加入高细二氧化硅直接进行化合反应，反应过程中用玻璃棒搅动，促使反应均匀，等待大约30分钟反应结束后即可得到成品水玻璃。反应以下列化学方程式为主体发生的：

查阅文献得知，国家标准的一级水玻璃中Na含量占比为12.8%，本实验以钠含量为衡量标杆，根據Na含量不变，可以计算出不同水玻璃中NaOH的加入量，从而可得知白炭黑的加入量。考虑到高模数的水玻璃合成会比较困难，因此本实验设计五种模数的水玻璃，表1是合成六种模数水玻璃的配方组成：

2、泥浆解胶实验

依据景德镇的泥料配方，暂定泥浆数据为星子高岭土55%，钾长石35，石英10%，泥浆含水率定为34%，以此数据确定为解胶对象。

本实验运用了单因素控制实验法，在同一模数水玻璃情况下，改变其加入量，测定对于泥浆的解胶性能，从而了解水玻璃模数加入量对泥浆性能的影响，并且找出解胶效果最好的水玻璃类型及其加入量。具体的实验内容为：将上述球磨好的泥浆取100ml倒入涂-4粘度计中，静置30s测定其流速;将流出的泥浆重新倒回涂氏粘度计中，静置30min测定其触变性;接着测定泥浆的比重。

2.3 失效实验

将优选出来解胶效果好的水玻璃，放置于烧杯内，静置21天，再进行泥浆解胶实验，测试其解胶效果，并与封闭包装的水玻璃做对比实验。

3  结果与分析

3.1 不同模数水玻璃解胶效果

结合目前生产上水玻璃的使用情况，初步定水玻璃的使用范围为0.5-0.9%，对于不同模数的水玻璃分别设计0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、%的使用量，并测试其流速比重等数据。取其较优数据并观察其泥浆解胶效果。得到的数据如表2。

根据泥浆的流速来看，解胶效果不错的是三模数水玻璃和四模数水玻璃，但是从解胶效果上来看，其泥浆易沉积，泥浆稳定性相比于低模数模数水玻璃较差。二模数水玻璃解胶范围较窄，为0.6%～1.0%;二点五模数的水玻璃解胶范围相对于二模数的较宽些，为0.5%～0.9%;并且加入后，泥浆的稳定性有所提高，整体流速升高了粘度下降了。所以综合泥浆流速与触变来看，本体系泥浆的解胶实验，最好的解胶剂为二点五模数的水玻璃，其加入量为0.7%。

3.2 解胶剂失效实验

将不同模数的水玻璃分别配置500g，置于开口烧杯中，在实验室静置三周后，再进行解胶实验，得到如下解胶数据。

实验结果表明，水玻璃的解胶效果明显下降。高模数的水玻璃制品甚至无法实现解胶效果。

选择放置三周四模数的水玻璃进行测试，得到如下结果。

在图中，可以发现，水玻璃中出现了大量的Na2CO3化合物与无定形硅酸。这主要是水玻璃吸收空气中的CO2，与之发生反应所致，同时高模数的水玻璃会自动析出硅胶。从以上两张XRD图可知，水玻璃放置了20天会生成碳酸钠与无定形硅酸。该反应分为以下两个阶段：

1）水玻璃分解反应：水玻璃与空气中的二氧化碳发生分解反应。反应式如下：

Na2O·nSiO2+CO2=Na2CO3+nSiO2

2）形成无定形硅酸：硅酸的水合作用，其反应式如下：

nSiO2+mH2O=nSiO2·mH2O

这个与生产上，往往要求使用水玻璃前必须进行剧烈搅拌，以促使水玻璃解胶效果均匀的做法，是匹配的。

4  结论

1.本实验以高细二氧化硅当作原料与烧碱反应以此合成五种模数的水玻璃陶瓷解胶剂。由于高细二氧化硅，具有超细高活性的特点，所以反应条件只需在常温常压下。

2.采用星子高岭土，长石分，石英为泥浆原料进行泥浆解胶实验。从解胶实验中可得，二点五模数的水玻璃对泥浆解胶效果最好，当其加入量为0.7%时，此时泥浆流速为流速为51.88s，触变为1.10，比重为1.70g/ml，与市面上的水玻璃解胶效果相差不大;当水玻璃模数n为1、2时，其加入量小于0.8%时，泥浆则粘稠，流动性降低;当水玻璃模数n为3、4时，加入量大于0.7%时，泥浆则易沉积，流动性也会降低。

3.将水玻璃露天放置21天，测得的泥浆与之前的相比较粘稠，总体性能也不够稳定，水玻璃的解胶效果大大降低了。由于水玻璃露天放置与空气中的CO2反应生成无定形硅酸，降低了其解胶性能。

参考文献

[1] 宋晓岚，谢鸿姜，闫程印.陶瓷减水剂的研究进展[J].材料导报，2013，27（23）：50-52+75.

[2] 谢鸿姜.陶瓷复合减水剂合成及其减水效果研究[D].中南大学，2014.

[3] 蒋荣峰.建筑陶瓷矿物原料及坯料的解胶实验研究[D].景德镇陶瓷大学，2016.

[4] 张海峰.多功能复合陶瓷添加剂的研究与应用[D].长沙理工大学，2012.

[5] 林宗寿.无机非金属材料工学[M]. 武汉工业大学出版社，2008.

[6] 翟凤瑞.硅粉的形成及应用前景[J].中国资源综合利用，2003（08）：31-34.