陶瓷浆料之粘结剂

    粘结剂是陶瓷浆料体系中最重要的添加剂之一，常用的粘结剂主要包括乙烯基类、丙烯酸类和纤维素醚类。

    乙烯基类粘结剂在不同行业中被广泛应用，如适用于制作硬质管材的PVC(聚氯乙烯)、应用于纺织工业和水系流延的PVA(聚乙烯醇)、广泛用于流延成型的PVB(聚乙烯醇缩丁醛)。最常报道和广泛研究的是PVB，它属于热熔性高分子化合物，包含醛基、羟基和乙酰基三种功能团，结构式如图2所示。决定PVB性能的，主要有四个因素，即聚合度和三种功能团各自的含量。

图2. 聚乙烯醇缩丁醛的结构式

（1）当PVB聚合度升高时，溶液粘度升高，膜片强度增大，热压着性降低。

（2）当PVB中的丁醛基含量增高，溶液粘度下降，并增强了与塑化剂的相溶性，提高了膜片的柔软性和热压着性。

（3）当PVB中的羟基含量增高，溶液粘度升高，膜片强度增大，吸湿性也增高。

（4）当PVB中的乙酰基含量增加，溶液粘度降低，膜片柔软性提高，热压着性增高。

上述性能中，溶液粘度会影响流延效果；膜片强度会影响叠层，热压着性则会同时影响叠层、层压；与塑化剂的相溶性和耐溶性均影响浆料的均匀性；吸湿性影响叠层和膜片质量。可以根据配方粉体及产品要求来选择合适的PVB规格。

    丙烯酸类聚合物是应用于陶瓷流延成型中另一种长链型粘结剂，常以乳液形态作为水基型粘结剂，其结构式如图3所示。丙烯酸类粘结剂通过分解或蒸发即可除去，这有利于其在还原气氛下烧除，且基本不残留灰分或碳。此外，丙烯酸类粘结剂还具有价格低、强度大、溶解能力强、能降低T_g、污染小等优点。但是因丙烯酸类聚合物的制备方法，引入碱金属离子杂质以及导致球磨过程易产生气泡等因素，在选择粘结剂时也因考虑在内。

图3. 聚丙烯酸的结构式

    纤维素类粘结剂，一般用作水系流延成型的粘结剂，更具安全和环保性。纤维素聚合物有个特点即增稠性能，这导致在合适粘度下，浆料的固含量会相对降低，进而引发干燥慢，收缩率大等问题。此外，纤维素类粘结剂在使用过程中，还存在浆料气泡较多，难以除泡的问题；其粘结性能也会随着空气湿度的变化而改变。

1、粘结剂与分散剂的交互作用

    陶瓷浆料中，粉体颗粒被包裹入粘结剂中，聚合物位于粉体颗粒之间，起到了连接颗粒的作用。在未加粘结剂前，分散剂充分覆盖在粉体颗粒表面，这也使得后加的粘结剂只能置于颗粒之间，在颗粒间构建搭桥而非对多个颗粒进行包裹，即在分散剂有效发挥作用的前提下，粘结剂利用位阻分散机制，进一步起到分散的效果。在一定情况下，当两者同时加入时，会在颗粒表面形成竞争吸附。此时，部分粘结剂占据了颗粒表面原本属于分散剂的吸附点位置，从而导致颗粒间粘结剂减少而分散剂过多。竞争吸附使得流延片密度和烧结密度低。

2、粘结剂与塑化剂的交互作用

    大多数聚合物粘结剂有远高于室温的T_g，导致流延带相对强度大，脆性高，这对后续的打孔、切割、叠层等工序要求是极为不利的。塑化剂I被称为T_g修正剂，用于软化粘结剂聚合物链，通过缩短聚合物链的长度和部分溶解聚合物链来改变聚合物的T_g。T_g降低后，聚合物链更能无断裂的伸长和缩短，促使分子链卷曲和伸展的变形量有所提高。所以塑化剂I目的即交互粘结剂，可以降低粘结剂的T_g来增加流延带的柔韧性。塑化剂II在聚合物长链之间作用，可以使其在干燥过程中更好地迁移，同时能有效阻止长链之间的交联反应，起到“润滑”的效果。