陶瓷泥浆解胶剂的作用与发展趋势

冯晓文 刘新鸿

摘 要：本文介绍了陶瓷泥浆解胶的作用、陶瓷泥浆的解胶机理、解胶剂的制造工艺，常见的品类，历史沿革和发展趋势。

关键词：陶瓷泥浆解胶剂;作用;品类;发展趋势

1 前 言

陶瓷泥浆解胶剂是陶瓷原料制备的重要添加剂，它是随着建筑卫生陶瓷产业的快速发展而兴起的一类陶瓷化工新材料。

陶瓷泥浆解胶剂也称减水剂、解凝剂、助磨剂等，其主要功能是显著降低泥浆水分，提高流动性、悬浮性和抗触变性，提高喷雾塔的产量，减少喷雾造粒对能源的消耗，有助于陶瓷生产实现“绿色低碳、节能减排”和可持续发展。

随着现代陶瓷科技的发展，各类添加剂在建陶生产中的应用越来越广泛，作用越来越重要，而被称为陶瓷生产“味精”的解胶剂，属陶瓷泥浆的分散性添加剂，虽然用量很少，却常常在节能降耗、新产品开发、新工艺的创造方面起到非常突出的作用。

2陶瓷泥浆解胶的机理

关于陶瓷泥浆的解胶机理，众说纷纭，目前尚未看到有价值的基础研究方面的资料和数据，由于没有理论支持，大部分的应用研究都是针对陶瓷泥浆已出现的流动性、悬浮性、触变性差的现状，来研制解胶剂产品，基本上都是采用尝试、摸索的方法进行，没有系统的、规范的研究开发模型，产品研究成功也属于偶然，失败了也不清楚原因。

通常认为陶瓷泥浆解胶剂的作用在于提高分散系统的粒子的ζ电位，使浆料颗粒在分散介质中保持相对稳定的距离，防止出现团聚和沉积，从而保持了分散系统料浆的稳定性，业界普遍认可的有以下三种理论

2.1阳离子置换

阳离子置换解胶机理是通过阳离子置换的方式，改变胶粒的双电层厚度，使双电层厚度增加，ξ电位上升。

如：粘土的阳离子交换过程如下：

Ca-粘土+2Na+—2Na-粘土+Ca2+↓    （沉淀钙盐）

Mg-粘土+2Na+—2Na-粘土+Mg2+↓   （沉淀镁盐）

粘土的阳离子交换容量大小的情况如下：

H+>Al3+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+

即左边的离子能置换右边的离子，自右至左交换容量逐渐增大。

粘土吸附阴离子的能力较小，其顺序如下：OH->CO32->P2O74->PO43->CNS->I->Br->Cl->NO3->F->SO42-

2.2螯合效应

螯合效应即通过复合物的引入，使阳离子产生键合，形成络合物，降低离子间的引力，补充空间位阻效应。

螯合物是配合物的一种，在螯合物的结构中，一定有一个或多个多齿配体提供多对电子与中心体形成配位键。 螯合物通常比一般配合物要稳定，其结构中经常具有的五或六元环结构更增强了稳定性。所以螯合物的稳定常数都非常高，在陶瓷泥浆或者釉浆的解胶中，同陶瓷浆料中的阳离子，尤其是多价离子形成更为稳定的螯合物，降低了离子间的引力，从而降低了浆料的粘度，起到解胶的作用。另外，螯合物还可以掩蔽金属离子，提高了浆料的稳定性。

2.3空间位阻效应

空间位阻效应又称立体效应。空间位阻效应主要指分子中某些原子或基团彼此接近而引起的空间阻碍作用。

3解胶剂的主要品类

解胶剂的品类，从形状分为固态和液态两种，从物料性质可归为有机和无机两类，主要包括：

3.1硅酸盐

水玻璃分子式为：Na2O·nSiO2

九水偏硅酸钠分子式：Na2SiO3·9H2O

五水偏硅酸钠分子式为：H10Na2O8Si

零水偏硅酸钠分子式：Na2SiO3（Na2O.SiO2）

氯化钠是地球上储量比较丰富的资源，大量存在于海水中，工业上一般采用电解饱和氯化钠溶液的方法来生产氢气、氯气和烧碱（氢氧化钠），烧碱和石英砂反应生成水玻璃，水玻璃和烧碱反应生成偏硅酸钠，从而获得一種性价比高的陶瓷泥浆解胶剂产品，它是阳离子置换效应中低价阳离子的主要来源。

3.2磷酸盐

磷酸三钠分子式为：Na3PO4，又称三钠;

焦磷酸钠分子式为：Na4P2O7，俗称四钠;

三聚磷酸钠分子式为：Na5P3O10，也称为五钠，英文缩写为STPP;

六偏磷酸钠分子式为：（NaPO3），业内叫六钠，英文缩写为SHMP;

粗品焦磷酸钠分子式为：Na4P2O7，也称粗品、粗焦。

比较常用的是STPP、SHMP 和粗品焦磷酸钠。

3.3碳酸盐

碳酸钠，也称纯碱，分子式为Na2CO3;

碳酸氢钠，又称小苏打，分子式为NaHCO3;

碳酸盐是一种电解质，常用于注浆成型的陶瓷泥浆解胶，国内除四川、江苏部分墙地砖产地使用以为，其他产区比较少见。

3.4腐殖酸类

主要是风化煤、腐殖酸钠等。

腐植酸是古代植物在漫长的煤的形成过程中生成的一大类高分子有机物质，呈弱酸性，广泛存在于泥炭和风化煤中，工业上常用氢氧化钠来抽取风化煤中的腐植酸制成腐植酸钠，腐植酸（HA）具有高分子聚电介质性质，研究和生产应用表明，腐植酸钠（HA—Na）具有胶体的各种性质，易溶于水，呈碱性，作为陶瓷泥浆解胶剂具有优良的性能。

3.5萘系高效减水剂

萘系高效减水剂是经化工合成的非引气型高效减水剂，化学名称萘磺酸盐甲醛缩合物，它对陶瓷泥浆有很强的分散作用，并且具有较强的抗泥浆触变性能。

3.6有机高分子分散剂

借鉴了涂料、颜料行业对物料的分散原理，引入了一些有机分散剂，大部分用于生产液体陶瓷泥浆解胶剂，也是当前连续球磨工艺原料制备使用最多的解胶剂品类。

上述解胶剂产品可单独使用，也可以根据不同产地、不同种类的陶瓷制品坯体配方的不同，个性化的复配使用。

4几种重点解胶剂的制造工艺介绍

4.1水玻璃

又称泡花碱，目前有固相法和液相法两种工艺，固相法亦称干法，包括碳酸钠法、元明粉（硫酸钠）法、氯化钠法。液相法又称湿法，是以烧碱和石英砂为原料，加温、加压反应后得到液体产品。

干法生产周期长，需要先制得固体硅酸钠，然后加水或烧碱溶解后才能获得不同模数、不同浓度的水玻璃，产品的模数高，杂质少。

湿法工艺，可以一步法获得水玻璃，生产周期短，效率高，但存在水玻璃模数低、碱性滤渣难以处理的缺陷。

4.2九水偏硅酸钠

将水玻璃和烧碱按照一定的比例混合搅拌均匀后，经冷却、结晶、粉碎后制得，生产成本低，性价比高，但由于固含量低，结晶水、游离水高，受应力影响后分子结构不稳定，易溶解、结块。

4.3五水偏硅酸钠

以水玻璃和烧碱为原材料，主要的生产工艺有三种，即母液循环法、结晶粉碎法、连续造粒法，工艺比较先进的是连续造粒法，它又分为结晶造粒法和喷雾造粒法。

母液循环法，虽然能耗低，通过简单复制就可以提高产量，但由于结晶体表面吸附水多，暴露在空气中，或者与其他材料复配，容易产生盐桥效应而结块影响使用，并且每生产1吨五水偏硅酸钠会产生1.25吨的母液，母液长期循环使用，会导致产品外观发黄，若不配湿法水玻璃生产，母液难以消化。

结晶粉碎法，是按照五水偏硅酸钠的含量，调配好溶液，然后经过冷却、结晶、粉碎、过筛等工序制得外观不规则的五水偏硅酸钠产品，由于劳动强度高，该工艺已经逐步被淘汰。

连续造粒法，是近年来发展的最新的五水偏硅酸钠生产方法，产品色白干爽，流动性好，但工艺复杂、能耗比较高，环保要求高，气候（温度、湿度）对产能的影响大，作为陶瓷解胶剂，没有前两种产品的性价比高。

4.4三聚磷酸钠

通常的工艺是将磷酸和烧碱按照比例进行混合，接着加入硝铵催化剂，用过滤器除去混合液中的杂质，然后用高压泵加压进入聚合炉，经压力雾化，与炉内高温气体相遇，干燥、聚合成三聚磷酸钠，通过冷却滚筒冷却、滚筒筛筛分、串机粉碎后检斤、包装成为产品。

但为了降低制造成本，近年来用作陶瓷解胶剂的三聚磷酸钠，大量采用磷酸氢二钠或者粗品焦磷酸钠作为原料来生产，由于其氯离子含量高，脱盐不彻底时会影响其效果。

4.5粗品焦磷酸钠

是一种变废为宝的产品，它是将草甘膦生产后产生的母液，通过两段炉焚烧后制得，有效成分约为焦磷酸钠的80%，当氯离子含量低于2%时，是一种高性价比的解胶剂产品。

5解胶剂的历史沿革

5.1上世纪80、90年代

当时陶瓷砖生产主要采用干法制粉，原料经过球磨后，进入板框式压滤机压榨成泥饼，然后送真空练泥机挤出泥条，再将泥条烘干后用轮碾机制粉，瓷砖的规格小、花样少，由于当时人们的认知不够，对添加剂的使用给生产带来的好处不太了解，不重视使用解胶剂，解胶剂的品种很少，常见的有造纸废液、纯碱、硫代硫酸钠等。

5.2上世纪90年代末

陶瓷解胶剂开始进入大规模应用时代，号称“解胶三剑客”的硅酸钠、腐殖酸钠、三聚磷酸钠得到普及。

因硅酸钠的工艺简单、性价比高得到广泛应用，当时的主要产地在广东佛山和山东淄博，多以干法工艺生产水玻璃，然后再添加96%片碱生产固含量50%的偏硅酸钠，工艺基本上都是结晶粉碎法，因当时的陶瓷砖制品种类少，所用原材料好，而且产品供不应求，生产者对泥浆解胶没有特别的去关注，使用单一的偏硅酸钠产品就能满足泥浆解胶的要求。

腐殖酸钠基本上是内蒙古乌海生产的“干拌料”，与偏硅酸钠复配后使用，由于当时人们的认知有限，认为色黑的解胶剂会影响瓷砖的白度，因而使用量不大。

三聚磷酸钠多产自江苏、山东、云贵川等地，因为价格高昂，使用量很少，多以复配的方式生产解胶剂。

5.3本世纪10年代

中国的陶瓷工業呈现爆发式发展，除了广东佛山外，江西高安、福建晋江、辽宁法库、四川夹江等异军突起，产能的增加对解胶剂的需要巨大，当时由于片碱折百的价格高于50%液碱，再加上片碱使用不方便，解胶剂的生产者开始使用50Be水玻璃和50%液碱生产固含量44%左右的偏硅酸钠，工艺也从结晶粉碎发展到大型配料罐、冷却槽配自走式旋耕机，一次性完成配料、冷却、结晶、制粉，极大的降低了劳动强度，提高了自动化程度，原来需要12个人完成的工作量，现在1个人就可以轻松搞定，这种工艺的推广，对解胶剂行业是一场革命。

在这个时期，解胶剂依然以偏硅酸钠为主，并且开始引入母液循环法生产的五水偏硅酸钠和烧结法生产的零水偏硅酸钠，根据用户生产工艺参数，开始进行产品的个性化生产，技术服务的功效逐渐凸显出来，国产解胶剂也开始规模化进入国际市场，东南亚、南亚、中东、非洲是主要的目的地，但产品仍然以硅酸盐、磷酸盐、腐殖酸钠为主。

水玻璃作为解胶剂生产的重要原材料，也开始从固相法转入液相法生产，佛山、山东是主要的产地，江西高安借助庞大的市场需求，短短几年就超越山东，成为第二大产区。

5.4 2016年前后

虽然STPP的解胶性能优良，但由于价格昂贵，导致陶瓷泥浆的解胶成本高，无法大批量使用，一些废旧磷酸盐产品就成了开发利用的目标，其中最著名的就是粗品焦磷酸钠，它是一种化工产品的废液经过焚烧获得的，由于五氧化二磷含量高，在氯离子含量低的情况下，具有非常优异的泥浆解胶性能，令相关化工企业头疼的、无法有效处理、积存多年的废液，一夜之间变成了香饽饽，解胶剂行业对该资源的利用，不但解决了废液的处理问题，而且降低了解胶剂的生产成本，帮助陶瓷生产企业提高了效益。

在这个时期，解胶剂生产者围绕一些废旧磷酸盐的寻找、开发、利用，做了大量的工作，取得一些科研成果，解胶剂行业又迎来了一个发展的转折期。

解胶剂产品依然以硅酸盐、磷酸盐、腐殖酸钠为主，腐钠的质量有了质的提升，开始出现借助造纸转鼓原理生产的片状腐殖酸钠，腐钠的解胶性能提升，对泥浆解胶剂的作用逐渐的显现出来，腐钠的用量开始增加和普及。

5.5 2019后時代

解胶剂的发展百花齐放，品类日新月异，由于水玻璃价格低廉，作为解胶剂性价比高，一度成为主流产品，在全国各大陶瓷产区被广泛使用，固体陶瓷解胶剂逐渐萎缩。

随着连续球磨技术的发展和应用，以水玻璃为载体的无机-有机复合型液体陶瓷泥浆解胶剂成功开发，并被众多的陶瓷生产企业使用。

由于疫情影响出口受阻，山东、江苏连续造粒法工艺生产的五水偏硅酸钠产品，放下身价纷纷挤入陶瓷解胶剂行业，对传统的解胶剂产品造成一定的冲击。

2020年始大板、岩板产品盛行，一种具有解胶和增强功能的添加剂产品，在广东、江西的陶瓷解胶剂生产企业研发成功并投入市场，使用效果很好。

6解胶剂的发展趋势

经过20年的快速发展，中国已经成为世界上最大的陶瓷制品生产国，根据相关统计资料，2020年的陶瓷砖产量高达84.74亿平方米，对资源的需求量巨大，但随着优质原材料的逐渐枯竭、环保整治的严格、原料制备工艺的升级、大板岩板的兴起，对陶瓷泥浆解胶剂提出了更高的要求，如何适应新形势下，陶瓷原料加工对解胶剂新的要求，成为解胶剂研发、生产企业的课题。

6.1能与劣质原材料相匹配的陶瓷泥浆解胶剂

优质原材料，特别是高岭土的逐渐枯竭，劣质原材料的大量应用，对泥浆解胶剂的性能提出了更高的要求，与之相适应的解胶剂是研发的方向。

6.2对添加废水、废渣制备的泥浆能实现常态化

随着环保管控力度的加强和“双碳”时代的来临，生产废水、脱硫水、各种废渣、废瓷、废坯都必须进入原料制备工序，当做原材料使用，由于水中含硫呈酸性，污水处理使用净水剂，废渣中有较多的金属离子，从而导致泥浆制备过程中泥浆触变严重，这时传统的解胶剂已经无法达到正常生产的要求，急需一种能对脱硫废水、环保水、废渣等制备的陶瓷泥浆有效解决的解胶剂。

6.3连续球磨用，可连续添加的解胶剂

连续球磨工艺技术和装备是大势所趋，连续球磨技术的推广与运用可以使原料的装备、原料车间的设备机械化、自动化、智能化，可以解决目前陶瓷行业的高能耗、高污染、自动化程度低以及用工多、工作环境差、劳动强度大等问题。

组合式连续球磨机是一种新型球磨机， 它的结构包括筒体、传动装置、原料和研磨体的进出料装置、自动检测和自动控制系统等组成。原料和水在进料装置驱动下通过进料端空心轴进入筒体内，在筒体带动下原料、水和球石作相互强力冲击，迅速得到研磨，经筒体的出料口流出，完成整个原料的球磨过程。

传统球磨机是封闭式的研磨，原料、水和球石装满整球才能运转，研磨效果差。而组合式连续球磨机是开放式的，只装有一半多原料、水和球石，球石上下落差大，对原料冲击势能大， 球石被带到高处直接冲击原料而产生很好的研磨效果，研磨好的原料可以马上流出，不会产生过磨现象。

传统球磨的泥浆含水率在33%～34%， 而连续球磨的泥浆含水率可降到32%。这对喷雾干燥节能有很大的效果，每降低2%的含水率，可节约煤2 kg 左右。

连续球磨机由于能够显著降低原料制备的能耗、大幅度降低生产成本，而且由于泥浆性能稳定，使产品质量和成品率得到提高，还具有便于生产管理、实现自动配料和连续化生产、生产周期大大缩短、节省占地面积、极大地提高了劳动生产率等优势。

连续球磨技术是新建或者技术改造陶瓷企业的首选，能够适应连续球磨技术的液体陶瓷泥浆解胶剂成为当前解胶剂发展的主流，降低制造成本，提升产品的性能，提高性价比是科研攻关的方向。

6.4陶瓷大板、岩板用复合型添加剂

陶瓷大板、岩板是近几年内炙手可热的明星产品，其稳定性强，在硬度、强度、韧性等综合物理性能上更优，应用范围跨度更大，已经拓宽到泛家居行业，据测算传统的建筑陶瓷行业规模约4000亿元左右，而泛家居行业可以达到40000亿元，大板、岩板的发展前景好，为建陶发展拓开了新的发展渠道，加速推动了建陶行业“定制化时代”的到来。

岩板、大板具有大而厚、大而薄的特点，为了提高坯体强度，需要添加增强剂，或者大量使用膨润土，由于其含有较多的蒙脱石结构，严重影响泥浆的流动性，因此泥浆状态具有解胶剂功能，而在喷粉、压制、干燥后又能增加坯体强度的复合型添加剂成为发展的趋势，目前已经有部分解胶剂生产企业的产品面世，并且使用效果很好。

7结论

陶瓷解胶剂是随着我国陶瓷工业的发展而兴起的一种陶瓷新材料产业，经历了由上世纪90年代STPP、水玻璃、纯碱、腐植酸钠等单一型解胶剂，发展到今天的复合解胶剂（无机-无机，无机-有机），且形态由单固态到液态（有机高分子材料），阳离子型到阴离子型。

科技在进步，陶瓷产业的发展日新月异，解胶剂作为重要的添加剂，必须适应新形势下陶瓷原料制备的需要，把用户的难题作为研发课题，把用户的痛点作为增长点，不断满足用户显性和隐形的需求，通过创新产品引导陶瓷原料加工的发展，推动陶瓷产业的节能降耗和绿色发展。