表面润湿剂:其功能及在陶瓷工业中的应用

2026.01.01


定义及主要功能

      润湿性(增湿剂),一般来说,是描述液体粘附在固体表面能力的性质。它也可以看作是液体与固体接触的过程。这种性质在决定表面是疏水(拒水)还是亲水(吸水)方面起着关键作用。通常使用接触角测量来评估,接触角测量是基于液-气界面与液-固界面相接触时形成的角度。在陶瓷中,这指的是水性浆料与基底之间的接触角,或者是浆料中固体颗粒与水的接触角。

  • 低接触角值表示高润湿性(亲水性) 
  • 高接触角值表示低润湿性(疏水性)
润湿动作

     亲水性,字面意思是对水有很强的亲和力,赋予表面最大的润湿性。相反,当一种材料是疏水的–字面上“怕水” –它显示没有润湿性,水通常在表面形成分离的、孤立的液滴,而不是向外扩张。润湿剂创造了合适的条件来实现对基材的适当润湿。它们大多是有机分子。在陶瓷中,它们既作用于陶瓷坯体/釉界面,又作用于釉/空气界面。通过改变液体的表面张力,有助于得到平滑,平整的釉面效果。

      流平效果润湿剂的主要功能之一是其流平作用。通过降低水的表面张力,它们改善了液体如何在悬浮液中固体颗粒之间的移动,例如生料釉或熔块釉。这种作用有助于打破无机颗粒的团聚,促进浆料的均匀分散,改善了浆料在陶瓷表面的流动和铺展。这种功能在钟罩或直线淋釉应用中尤其重要,其中浆料的均匀分布对成品的外观和技术性能都至关重要。

     关注:表面张力
      表面张力是液体的一种行为倾向,就像它的表面是一个柔性的薄层一样。这是由于液体分子之间的吸引力,将它们拉在一起。在液体深处,这些力相互抵消,因为每个分子在每个方向上都被其它分子包围。从表面上看,状况是不一样的:分子只有侧面和下方有“邻居”,所以被拉向里面。这就产生了使表面尽可能收缩的力。因此,液滴自然形成圆形,因为对于给定的体积,球形具有最小的表面积。

      表面张力是以牛顿/米 (N/m) 为常用单位的,其变化取决于液体的类型和温度。例如水,因为其分子形成氢键而具有高表面张力。这就是为什么有些昆虫能够在水面上站立或行走而不下沉的原因。这个属性在许多日常和工业过程中都是必不可少的。它解释了气泡是如何形成的,液体是如何通过植物根部或毛细管等微小空间移动的,洗涤剂是如何帮助水更好地传播和清洁的,喷墨打印机是如何工作的,甚至植物是如何向上吸取水来滋养自己的。

应用案例

      a ) 水刀喷釉柜喷嘴堵塞的预防

      在水刀施釉过程中,润湿性较差的颗粒会导致悬浮液内部形成固体团块,最终可能堵塞喷嘴。有时,浆料中的颗粒(干粒)并没有完全粘结或均匀分散在水中。因此,它们和浆料体系(由水和添加剂组成的液相)是分离的。

      当颗粒与水不直接接触时,换句话说,当它们没有被适当地润湿时,悬浮液就像一个非均相体系。这就像你把沙子倒入一杯水中时发生的事情:沙子保持分离,而不是平稳地混合。在应用过程中,这种行为会导致局部材料团簇的形成,特别是在喷嘴附近,增加了堵塞和不均匀喷涂的风险。

表面润湿剂

      在这些情况下,添加特定的润湿剂可以使水在颗粒与颗粒之间移动,帮助它们均匀地扩散并在系统内顺利流动。这种作用导致浆料更稳定的悬浮,进而减少甚至消除生产过程中的堵塞。这样一来,工艺运行更加顺畅、连续,中断次数更少,整体效率更高。

表面润湿剂

      值得注意的是, 润湿剂的种类和用量必须根据浆料中悬浮剂、固体颗粒的特性和应用条件进行仔细调整。在更复杂的情况下,可能需要有针对性的实验室研究来微调配方,以实现尽可能好的性能。

      b ) 改善“电视屏幕”效应

      所谓“电视效应”,是指釉面沿瓷砖边缘增厚的视觉缺陷,类似于旧CRT电视屏幕的弧形边框。当釉向瓷砖的边缘或周界迁移时,这个问题就会出现,其运动是由表面张力值略微过高驱动的。为了应对这种张力,釉料自然而然地倾向于将自身拉成圆角状,向边缘移动以降低表面能,这就导致了不均匀堆积的特征。

表面润湿剂

      防止这一缺陷的方法有多种,但最常见的方法集中在以下两点。首先是釉浆中引入特定的化学添加剂来提高釉面的干燥速度。第二种是用润湿剂降低体系的表面张力。通过精确降低表面张力,釉浆在瓷砖上的铺展更加均匀,避免了沿边缘的堆积。这不仅可以最大限度地减少“电视效应”,而且有助于制造更平滑、更均匀的釉面效果。

      c )数码喷印后水性浆料应用及排墨现象 

      在数码印花后的水性浆料应用中–如仿古保护釉、干粒浆料或用于抛光的全抛釉–会出现排墨问题。 这些问题是由于油墨中的非极性溶剂与后续悬浮液的极性、水性组分之间的不相容性造成的。

      因此,釉浆不能很好地附着在墨水装饰区域,导致覆盖不良和可见缺陷,影响最终外观。

排墨现象


      在这些情况下,使用合适的润湿剂有助于降低水基悬浮液的表面张力。这使得釉更容易扩散到墨水打印区域,在两层之间创造了更兼容的界面。随着表面张力值的接近,排斥效应降低,使釉面均匀地附着,甚至在最具挑战性的区域,并确保均匀、一致地覆盖整个表面。

结论 

      润湿剂是陶瓷生产中质量控制的关键添加剂。它们发挥着多重作用,从改善流平到防止美学和技术缺陷的产生,以及解决水基和溶剂型系统之间的兼容性问题。它们的正确选择和应用直接影响到生产效率和最终产品的性能。

      深刻理解这些添加剂的作用方式和作用机理,对于开发可靠、兼容和适应陶瓷工业不断发展的需求的解决方案至关重要。


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