引言
多数陶瓷生产工艺需将固体粉末分散于液体介质(通常为水)中,形成流变助剂(Rheological Additives)悬浮液,即分散体系。将固体颗粒转化为流体状态需精准调控,但从生产角度看具备显著优势。以液体为基础的分散工艺因高效性被广泛应用,同时也因体系本身特性面临诸多挑战。
颗粒团聚是核心问题之一,团聚体会形成大团簇,要么通过沉降引发相分离,要么悬浮在体系中提升黏度,导致搬运、成型与施釉难度增加。团聚还会降低固体堆积密度,最终使陶瓷成品密度达不到预期。因此,控制颗粒聚集至关重要,尤其对低黏度要求严苛的注浆成型工艺。在挤出、注塑等工艺中,通常需要刻意制备絮凝悬浮液,以匹配工艺所需的流变特性。简单来说,减少团聚等同于提升体系的胶体稳定性。
总体而言,添加剂的使用有三大核心作用:提升成型与施釉工艺效率、保证陶瓷生坯具备足够结合力与机械强度、全面提升陶瓷成品质量。
主要化学类别
无论陶瓷悬浮体系多复杂,均可拆解为三大基础组分:固体粉末、分散液体、添加剂,该分类不受化学成分、物理状态及物料种类影响。
添加剂通常按对悬浮液的主要作用划分,值得注意的是,单一添加剂可兼具多种功能,可归属于多个类别。解凝剂与粘结剂是应用最广泛的两类添加剂。解凝剂用于抑制颗粒聚集,提升体系流动性;其带来的黏度降低,是团聚减少的结果,而非直接作用目的。粘结剂则促进颗粒间形成网状结构,为陶瓷材料提供弹性与结合力。
除核心两类外,还有多种添加剂用于优化工艺与成品质量:
- 表面活性剂:提升表面润湿性,助力粉末均匀分散
- 增塑剂:调节体系黏弹性能,如 ZUSOPLAST PS 1
- 消泡剂与发泡剂:按工艺需求分别抑制或促进气泡生成 ,如 CONTRASPUM K 1012
- 润滑剂:降低固体表面摩擦阻力,ZUSOPLAST 9002
- 杀菌剂与防霉剂:抑制体系内有机组分的生物降解
陶瓷专业术语中,分散剂、解凝剂、流化剂常被混用,需明确区分:
- 分散剂:仅指承载固体颗粒的液体介质,如DOLAPIX CE 64、PRODUKT KV 5088
- 解凝剂:少量添加即可减少颗粒聚集的物质
- 流化剂:泛指所有可降低体系黏度的物质

稀释降黏与解凝降黏本质不同:前者降低固含量,后者固含量不变,仅改变颗粒间相互作用。两种方式均可降黏,但对工艺与成品的影响差异极大。陶瓷釉料中常用的悬浮剂、粘结剂,大致对应解凝剂与粘结剂的概念,这两类添加剂是调控陶瓷体系流变性能的核心,需重点关注。
胶体稳定性与颗粒相互作用
以粉末液体分散为基础的陶瓷工艺称为胶体陶瓷工艺,悬浮液的性能主要由胶体颗粒间的相互作用决定。在这类体系中,悬浮液特性并非由全部固体颗粒决定,而是由少量控制稳定性与流变响应的超细颗粒主导。
超细颗粒虽占比小,但对体系黏度、团聚倾向、施工便利性起决定性作用。颗粒相互靠近形成团聚体时,体系稳定性下降,出现黏度升高、沉降等问题。工业生产中,需制备高稳定性悬浮液,保证颗粒分布均匀、粒径可控,让物料便于施工且不影响工艺质量。
实际生产中,几乎不存在绝对稳定的体系,多数为弱絮凝状态:促进聚集的吸引力与维持间距的排斥力相互平衡。此时形成的团聚体较脆弱,易被流体流动打散。解凝剂的作用正是增强颗粒间排斥力、抑制聚集,可通过提升静电排斥力,或在颗粒表面形成物理屏障阻止紧密接触实现,最终保障体系稳定性、可加工性与可控性。
双电层
陶瓷粉末分散于液体中时,除颗粒天然团聚倾向外,还会产生电学现象。固体颗粒与介质发生离子交换,在表面形成电荷,该过程取决于颗粒特性与液体性质。
表面电荷会使溶液中离子重新分布:反号离子被吸附至颗粒表面,同号离子被排斥,形成带电颗粒表面 + 周围富集反离子液体层的结构,即双电层,维持体系电荷平衡。

双电层是悬浮液稳定的关键:带同种电荷的颗粒相互靠近时,离子层相互作用产生排斥力,阻止颗粒直接接触、抑制团聚。该机制的效果受体系化学条件影响,尤其是液体离子浓度,可增强或削弱稳定作用。
部分颗粒(如黏土)表面电荷分布不均,表面与边缘性质不同。受化学环境(尤其是 pH 值)影响,这类颗粒可能带均匀电荷,或不同区域带相反电荷,后者会引发颗粒局部吸引,使悬浮液形成复杂结构。
简言之,粉末分散过程中的电学现象,是调控陶瓷体系稳定性与流变性能的核心因素。
静电稳定与空间位阻稳定
悬浮液中颗粒排斥强度可通过电学相互作用参数评估,参数越高,颗粒分离能力越强。实际体系中,天然排斥力通常无法抵消团聚吸引力,需用解凝剂强化排斥作用。解凝剂可通过静电稳定或空间位阻稳定发挥作用,高效方案通常结合两种机制。
水性体系常用无机或高分子解凝剂,选择依据物料与分散介质特性。空间位阻型解凝剂受体系离子组成变化影响小,稳定性更持久。解凝剂使用的关键是选对产品与精准控量:添加量不当会降低效果,甚至破坏体系性能,确定合适添加量是制备稳定易加工悬浮液的核心步骤。
粘结剂
陶瓷悬浮液中,解凝剂常与粘结剂(也称絮凝剂)配合使用。粘结剂核心功能是在固体颗粒间建立连接,形成内部结构,提升体系结合力,满足不同加工需求:
- 提升悬浮液黏度、调节流变性能,减少加工过程中的沉降
- 改善生坯稠度与可塑性,提升生坯强度,便于烧结前搬运
陶瓷工业用粘结剂种类多样,常用高分子类粘结剂。其分子链更长,可在颗粒间形成 “桥接”,构建网状结构提升体系稳定性。该机制可减少颗粒沉降,但会形成稳固团聚体,提升体系黏度,形成结构更强、流动性更低的悬浮液,适配特定工艺。
电活性粘结剂性能受体系化学条件影响,分散介质离子浓度会影响高分子链伸展与颗粒桥接效果,需精准调控避免过度絮凝。
综上,粘结剂是定制陶瓷悬浮液与生坯结构、机械性能的关键,使用时需平衡稳定性与可加工性。
结论
在分散体系陶瓷工艺中,胶体稳定性控制是核心环节,直接影响流变性能与成型效果。工业生产广泛使用解凝剂(尤其是有机类),通过复合排斥机制抑制颗粒团聚,制备稳定易加工的悬浮液。
添加剂选型需匹配粉末特性与分散介质性质,添加量必须精准校准:添加不足会降低稳定效率,过量则导致成本上升、再次絮凝、黏度升高。
部分配方需添加粘结剂,提升生坯弹性与强度。但粘结剂会提升体系黏度,需严格调控物理化学条件,在稳定性与可加工性之间保持平衡。