漿料的組成與作用
粘結劑
粘結劑與其它有機成分的交互作用
[1]梁力平,賴永雄,李基森.片式疊層陶瓷電容器的制造與材料[M].暨南大學出版社,2008.
往期回顧
原文始發于微信公眾號(矽瓷科技):陶瓷漿料之粘結劑
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2025年8月深圳國際會展中心
漿料的組成與作用
陶瓷漿料一般由配方粉體、溶劑、黏結劑、塑化劑和分散劑組成。有時需要額外添加一些其他功能性助劑,如消泡劑。其中溶劑賦予了漿料流動性,可以潤濕并分散粉體,溶解其他添加劑。分散劑有助于粉體顆粒在漿料中分散均一,并保持其均勻懸浮性。粘結劑是漿料中唯一的連續相,它對流延帶的機械強度和可操作性有著非常大的影響。增塑劑能使漿料更加穩定均一,還能降低黏結劑的玻璃化轉變溫度(Tg),增強流延帶的柔韌性,易于加工。
圖1.陶瓷漿料組成示意圖
粘結劑
粘結劑是陶瓷漿料體系中最重要的添加劑之一,常用的粘結劑主要包括乙烯基類、丙烯酸類和纖維素醚類。
乙烯基類粘結劑
乙烯基類粘結劑在不同行業中被廣泛應用,如適用于制作硬質管材的PVC(聚氯乙烯)、應用于紡織工業和水系流延的PVA(聚乙烯醇)、廣泛用于流延成型的PVB(聚乙烯醇縮丁醛)。最常報道和廣泛研究的是PVB,它屬于熱熔性高分子化合物,包含醛基、羥基和乙?;?/strong>三種功能團,結構式如圖2所示。決定PVB性能的,主要有四個因素,即聚合度和三種功能團各自的含量。
圖2. 聚乙烯醇縮丁醛的結構式
(1)當PVB聚合度升高時,溶液粘度升高,膜片強度增大,熱壓著性降低。
表1.聚合度的影響1
(2)當PVB中的丁醛基含量增高,溶液粘度下降,并增強了與塑化劑的相溶性,提高了膜片的柔軟性和熱壓著性。
表2.醛基含量的影響1
(3)當PVB中的羥基含量增高,溶液粘度升高,膜片強度增大,吸濕性也增高。
表3.羥基含量的影響1
(4)當PVB中的乙?;吭黾樱芤赫扯冉档?,膜片柔軟性提高,熱壓著性增高。
表4.乙酰基含量的影響1
上述性能中,溶液粘度會影響流延效果;膜片強度會影響疊層,熱壓著性則會同時影響疊層、層壓;與塑化劑的相溶性和耐溶性均影響漿料的均勻性;吸濕性影響疊層和膜片質量。可以根據配方粉體及產品要求來選擇合適的PVB規格。
丙烯酸類聚合物
丙烯酸類聚合物是應用于陶瓷流延成型中另一種長鏈型粘結劑,常以乳液形態作為水基型粘結劑,其結構式如圖3所示。丙烯酸類粘結劑通過分解或蒸發即可除去,這有利于其在還原氣氛下燒除,且基本不殘留灰分或碳。此外,丙烯酸類粘結劑還具有價格低、強度大、溶解能力強、能降低Tg、污染小等優點。但是因丙烯酸類聚合物的制備方法,引入堿金屬離子雜質以及導致球磨過程易產生氣泡等因素,在選擇粘結劑時也因考慮在內。
圖3. 聚丙烯酸的結構式
纖維素類粘結劑
纖維素類粘結劑,一般用作水系流延成型的粘結劑,更具安全和環保性。纖維素聚合物有個特點即增稠性能,這導致在合適粘度下,漿料的固含量會相對降低,進而引發干燥慢,收縮率大等問題。此外,纖維素類粘結劑在使用過程中,還存在漿料氣泡較多,難以除泡的問題;其粘結性能也會隨著空氣濕度的變化而改變。
粘結劑與其它有機成分的交互作用
1、粘結劑與分散劑的交互作用
陶瓷漿料中,粉體顆粒被包裹入粘結劑中,聚合物位于粉體顆粒之間,起到了連接顆粒的作用。在未加粘結劑前,分散劑充分覆蓋在粉體顆粒表面,這也使得后加的粘結劑只能置于顆粒之間,在顆粒間構建搭橋而非對多個顆粒進行包裹,即在分散劑有效發揮作用的前提下,粘結劑利用位阻分散機制,進一步起到分散的效果。在一定情況下,當兩者同時加入時,會在顆粒表面形成競爭吸附。此時,部分粘結劑占據了顆粒表面原本屬于分散劑的吸附點位置,從而導致顆粒間粘結劑減少而分散劑過多。競爭吸附使得流延片密度和燒結密度低。
2、粘結劑與塑化劑的交互作用
大多數聚合物粘結劑有遠高于室溫的Tg,導致流延帶相對強度大,脆性高,這對后續的打孔、切割、疊層等工序要求是極為不利的。塑化劑I被稱為Tg修正劑,用于軟化粘結劑聚合物鏈,通過縮短聚合物鏈的長度和部分溶解聚合物鏈來改變聚合物的Tg。Tg降低后,聚合物鏈更能無斷裂的伸長和縮短,促使分子鏈卷曲和伸展的變形量有所提高。所以塑化劑I目的即交互粘結劑,可以降低粘結劑的Tg來增加流延帶的柔韌性。塑化劑II在聚合物長鏈之間作用,可以使其在干燥過程中更好地遷移,同時能有效阻止長鏈之間的交聯反應,起到“潤滑”的效果。
[1]梁力平,賴永雄,李基森.片式疊層陶瓷電容器的制造與材料[M].暨南大學出版社,2008.
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