CN108329012A - 一种环保型凝胶注模成型黑陶素坯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型凝胶注模成型黑陶素坯的方法，其特征在于，采用二（二辛基二乙醇胺焦磷酰酸基）乙二胺钛酸酯对黑陶土粉体进行预处理，得到预处理黑陶土粉体；采用瓜尔胶、正戊醇、乌头酸和去离子水配制凝胶溶液；然后在球磨机中，按体积百分比加入，预处理黑陶土粉体：48%~52%，凝胶溶液：42%~47%，酒石酸铵：2%~5%，研磨6~8h，再加入硼砂：2%~5%，各组分之和为百分之百，研磨1h，超声除泡处理，得到黑陶浆料；将黑陶浆料注入模具中，缓慢加热，温度至60±2℃恒温12~15 h，自然冷却后，经干燥，脱模，得到黑陶素坯。该方法制备的黑陶素坯具有固含量高，有机物含量低，环保，烧结后所得的黑陶瓷致密度高。

Description

一种环保型凝胶注模成型黑陶素坯的方法

技术领域

本发明属于陶瓷材料成型与制备领域，具体涉及一种环保型凝胶注模成型黑陶素坯的方法，是一种操作简单、环保、高固含量，可成型复杂形状部件及大尺寸部件，所制备的黑陶制品致密度。

背景技术

黑陶，诞生于中国新石器时代，古老的汉族制陶技艺，有黑如漆，声如罄，薄如纸，亮如镜，硬如瓷的美誉。黑色陶器。出现新石器时代晚期的滇藏文化，大汶口文化、龙山文化、屈家岭文化和良渚文化等遗址中。黑陶的烧成温度达1000度左右，黑陶有细泥、泥质和夹砂三种，其中以细泥薄壁黑陶制作水平最高，有“黑如漆、薄如纸”的美称。这种黑陶的陶土经过淘洗 ，轮制，胎壁厚仅0.5-1毫米，再经打磨，烧成漆黑光亮，有“蛋壳陶”之称，表现出惊人的技巧，饮誉中外。这时期的黑陶以素面磨光的最多，带纹饰的较少，有弦纹、划纹、镂孔等几种。黑陶采用轮制，器形浑圆工整，造型优美，装饰精巧，具有“黑，薄，光，纽”的艺术特点。制作工艺，泥土取出后经晾干，后用纱布过滤制成泥坯，经过手工拉坯造型后，用贝壳反复压光，直到陶坯表面密度增加，光滑如镜。再以特制的雕刻工具运用线雕、浅雕、深雕、镂空等技法，手工雕刻出绚丽神秘的图案。然后给黑陶作品安装耳、环、鼻、腿等配件，制作工艺复杂，费时费力。采用凝胶注模成型精度高，黑陶的致密度高。

在20世纪90年代初，美国橡树岭国家重点实验室Janney等提出了凝胶注模成型技术（gelcasting），首次将传统制备工艺和聚合物化学有机结合起来，开创了在陶瓷成型工艺中利用高分子单体聚合进行成型的技术。该技术可制备密度均匀、大尺寸、精度高的复杂形状的陶瓷部件，该方法具有工艺简单、成本低等优点。至今，国内外有关凝胶注模成型的研究中，以氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮化钛等陶瓷材料居多，传统的凝胶注模成型工艺采用毒性较强具有刺激味道的单体聚丙烯酰胺或N,N-二甲基丙烯酰胺，交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，引发剂为过硫酸铵，分散剂为聚丙烯酸。传统胶态成型工艺所制备的坯体在干燥过程中收缩通常比较大，从而造成坯体在干燥过程中发生变形、开裂等问题；并且由于成型坯体的强度较低，在脱模过程中坯体容易损坏，特别对于大尺寸、复杂形状的成型坯体有时甚至无法脱模。陶瓷材料在成型干燥、烧结过程中不可避免地存在坯体尺寸收缩现象。为了克服传统凝胶注模成型缺点，研究新的凝胶注模体系，寻找优良的胶粘剂单体、分散剂等，研究凝胶注模体系的条件制备陶瓷素坯受到关注。中国发明专利CN101698607 B 中公开了一种环保型凝胶注模制备氧化铝基陶瓷材料的方法。中国发明专利CN106079032 A 中公开了一种基于琼脂糖、陶瓷浆料混合溶液的凝胶注模成型方法。

瓜尔胶，英文名为“guargum”，是从广泛种植于印巴次大陆的一种豆科植物——瓜尔豆中提取的一种高纯化天然多糖。由于其独特的分子结构特点及天然性，使其迅速成为性能优越的新型环保造纸助剂；同时它还被广泛应用于食品、石油、医药等领域。瓜尔胶为大分子天然亲水胶体，属于天然半乳甘露聚糖，品质改良剂之一，一种天然的增稠剂。外观是从白色到微黄色的自由流动粉末，能溶于冷水或热水，遇水后及形成胶状物质，达到迅速增稠的功效。主要分为食品级和工业级两种。广泛用于石油压裂、钻井等增稠目的，以及食品添加剂，印染和建筑涂料等行业。瓜尔胶是已知的最有效和水溶性最好的天然聚合物。在低浓度下，可形成高粘稠溶液；表现出非牛顿流变特性，与硼砂形成酸可逆凝胶由于它的独特性能，应用于食品、制药、化妆品、个人保健、石油、粘蚊剂、造纸和纺织印染等行业。

本发明采用二（二辛基二乙醇胺焦磷酰酸基）乙二胺钛酸酯、乌头酸和酒石酸铵具有协同分散作用，既能提高固体含量，又能降低浆料的粘度，改善表面洁度。采用瓜尔胶作为凝胶胶粘剂，采用酒石酸铵分解提高体系的pH值，加入硼砂而引发凝胶聚合反应制备黑陶素坯，然后经过高温烧结制备黑陶，本申请体系可以是固含量的体积比达到55%，成型精度高，素坯强度高，所制备的黑陶的致密度达到98%，结构均匀，无裂纹。制备工艺简单，环保，成本低。

发明内容

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种环保型凝胶注模成型黑陶素坯的方法，其特征在于，该方法具有以下工艺步骤：

（1）黑陶土粉体预处理：在球磨机中，按质量百分比加入，黑陶土：94%~97%，二（二辛基二乙醇胺焦磷酰酸基）乙二胺钛酸酯：3%~6%，各组分之和为百分之百，开启球磨机研磨4-6h，干燥，得到预处理黑陶土粉体；

（2）凝胶溶液配制：在反应器中，按质量百分浓度加入，去离子水：75%~80%，瓜尔胶：1%~5%，正戊醇：16%~20%，乌头酸：1%~3%，各组分之和为百分之百，搅拌溶解，得到凝胶溶液；

（3）黑陶浆料配制：在球磨机中，按体积百分比加入，预处理黑陶土粉体：48%~52%，凝胶溶液：42%~47%，酒石酸铵：2%~5%，研磨6~8h，再加入硼砂：2%~5%，各组分之和为百分之百，研磨1h，超声除泡处理，得到黑陶浆料；

（4）黑陶素坯的制备：将步骤（3）黑陶浆料注入模具中，缓慢加热，温度至60±2℃恒温12~15 h，自然冷却后，经干燥，脱模，得到黑陶素坯。

在步骤（1）中所述的黑陶土粉体的粒径在0.5~2.0μm范围内。

在步骤（3）中所述的酒石酸铵与硼砂的质量比为1：1。

所述的乌头酸与硼砂的质量比在1：2.5~3.5范围内。

在步骤（4）中所述的素坯经高温烧结后得到黑陶。

本发明与现有技术比较，具有如下优点及有益效果：

（1）本发明是通过加热酒石酸铵分解为氨提高体系的pH值，硼砂为交联剂使瓜尔胶交联成为凝胶，是均相反应，可以很好的控制凝胶的均匀性，瓜尔胶在pH值低时粘度小的情况下可以提高固含量，本方法固含量体积比可达55%。

（2）混料时不需要加热，注模成型后加热酒石酸铵分解作用下促进交联剂的交联作用，同时还具有分散固体的作用，所制备陶瓷的致密性可达98%。

（3）所制备的黑陶素坯中有机物含量极少，干燥成型过程不会裂缝，所制备的素坯具有一定的强度，可以在烧结前进行加工。

（4）该方法可以制备各种复杂形状部件，可以制备大尺寸的陶瓷部件，成型的精度高。

（5）本申请中采用辛基二乙醇胺焦磷酰酸基）乙二胺钛酸酯、乌头酸和酒石酸铵作为协同分散剂，既能提高固体含量，又能降低浆料的粘度，。

具体实施方式

实施例1

（1）黑陶土粉体预处理：在球磨机中，分别加入，黑陶土：950g，二（二辛基二乙醇胺焦磷酰酸基）乙二胺钛酸酯：50g，开启球磨机研磨5h，干燥，得到预处理黑陶土粉体；

（2）凝胶溶液配制：在反应器中，分别加入，去离子水：780 mL，瓜尔胶：30g，正戊醇：210mL，乌头酸：20g，搅拌溶解，得到凝胶溶液；

（3）黑陶浆料配制：在球磨机中，分别加入，预处理黑陶土粉体：500 mL，凝胶溶液：440mL，酒石酸铵：30g，研磨7h，再加入硼砂：30g，研磨1h，超声除泡处理，得到黑陶浆料；

（4）黑陶素坯的制备：将黑陶浆料注入模具中，缓慢加热，温度至60±2℃恒温13 h，自然冷却后，经干燥，脱模，得到黑陶素坯。

实施例2

（1）黑陶土粉体预处理：在球磨机中，分别加入，黑陶土：940g，二（二辛基二乙醇胺焦磷酰酸基）乙二胺钛酸酯：60g，开启球磨机研磨6h，干燥，得到预处理黑陶土粉体；

（2）凝胶溶液配制：在反应器中，分别加入，去离子水：5 mL，瓜尔胶：00g，正戊醇：200mL，乌头酸：40g，搅拌溶解，得到凝胶溶液；

（3）黑陶浆料配制：在球磨机中，分别加入，预处理黑陶土粉体：480 mL，凝胶溶液：420mL，酒石酸铵：50g，研磨6h，再加入硼砂：00g，研磨1h，超声除泡处理，得到黑陶浆料；

（4）黑陶素坯的制备：将黑陶浆料注入模具中，缓慢加热，温度至60±2℃恒温14 h，自然冷却后，经干燥，脱模，得到黑陶素坯。

实施例3

（1）黑陶土粉体预处理：在球磨机中，分别加入，黑陶土：970g，二（二辛基二乙醇胺焦磷酰酸基）乙二胺钛酸酯：30g，开启球磨机研磨5.5h，干燥，得到预处理黑陶土粉体；

（2）凝胶溶液配制：在反应器中，分别加入，去离子水：800 mL，瓜尔胶：10g，正戊醇：205mL，乌头酸：30g，搅拌溶解，得到凝胶溶液；

（3）黑陶浆料配制：在球磨机中，分别加入，预处理黑陶土粉体：520 mL，凝胶溶液：440mL，酒石酸铵：20g，研磨8h，再加入硼砂：20g，研磨1h，超声除泡处理，得到黑陶浆料；

（4）黑陶素坯的制备：将黑陶浆料注入模具中，缓慢加热，温度至60±2℃恒温12 h，自然冷却后，经干燥，脱模，得到黑陶素坯。

实施例4

（1）黑陶土粉体预处理：在球磨机中，分别加入，黑陶土：960g，二（二辛基二乙醇胺焦磷酰酸基）乙二胺钛酸酯：40g，开启球磨机研磨6h，干燥，得到预处理黑陶土粉体；

（2）凝胶溶液配制：在反应器中，分别加入，去离子水：760 mL，瓜尔胶：20g，正戊醇：245mL，乌头酸：20g，搅拌溶解，得到凝胶溶液；

（3）黑陶浆料配制：在球磨机中，分别加入，预处理黑陶土粉体：490 mL，凝胶溶液：430mL，酒石酸铵：40g，研磨7.5h，再加入硼砂：40g，研磨1h，超声除泡处理，得到黑陶浆料；

（4）黑陶素坯的制备：将黑陶浆料注入模具中，缓慢加热，温度至60±2℃恒温15 h，自然冷却后，经干燥，脱模，得到黑陶素坯。

实施例5

（1）黑陶土粉体预处理：在球磨机中，分别加入，黑陶土：950g，二（二辛基二乙醇胺焦磷酰酸基）乙二胺钛酸酯：50g，开启球磨机研磨4.5h，干燥，得到预处理黑陶土粉体；

（2）凝胶溶液配制：在反应器中，分别加入，去离子水：790 mL，瓜尔胶：15g，正戊醇：210mL，乌头酸：15g，搅拌溶解，得到凝胶溶液；

（3）黑陶浆料配制：在球磨机中，分别加入，预处理黑陶土粉体：510 mL，凝胶溶液：440mL，酒石酸铵：25g，研磨7h，再加入硼砂：25g，研磨1h，超声除泡处理，得到黑陶浆料；

（4）黑陶素坯的制备：将黑陶浆料注入模具中，缓慢加热，温度至60±2℃恒温13.5 h，自然冷却后，经干燥，脱模，得到黑陶素坯。

本申请所制备的黑陶素坯经过简单加工，进行高温烧结即可得到黑陶。所制备黑陶的致密性可达98%。

Claims (4)

1.一种环保型凝胶注模成型黑陶素坯的方法，其特征在于，该方法具有以下工艺步骤：

（1）黑陶土粉体预处理：在球磨机中，按质量百分比加入，黑陶土：94%~97%，二（二辛基二乙醇胺焦磷酰酸基）乙二胺钛酸酯：3%~6%，各组分之和为百分之百，开启球磨机研磨4-6h，干燥，得到预处理黑陶土粉体；

（2）凝胶溶液配制：在反应器中，按质量百分浓度加入，去离子水：75%~80%，瓜尔胶：1%~5%，正戊醇：16%~20%，乌头酸：1%~3%，各组分之和为百分之百，搅拌溶解，得到凝胶溶液；

（3）黑陶浆料配制：在球磨机中，按体积百分比加入，预处理黑陶土粉体：48%~52%，凝胶溶液：42%~47%，酒石酸铵：2%~5%，研磨6~8h，再加入硼砂：2%~5%，各组分之和为百分之百，研磨1h，超声除泡处理，得到黑陶浆料；

（4）黑陶素坯的制备：将步骤（3）黑陶浆料注入模具中，缓慢加热，温度至60±2℃恒温12~15 h，自然冷却后，经干燥，脱模，得到黑陶素坯。

2.根据权利要求1所述的一种环保型凝胶注模成型黑陶素坯的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的黑陶土粉体的粒径在0.5~2.0μm范围内。

3.根据权利要求1所述的一种环保型凝胶注模成型黑陶素坯的方法，其特征在于，步骤（3）中所述的酒石酸铵与硼砂的质量比为1：1。

4.根据权利要求1所述的一种环保型凝胶注模成型黑陶素坯的方法，其特征在于，所述的乌头酸与硼砂的质量比在1：2.5~3.5范围内。