乳胶体系水基流延法制备陶瓷薄片材料的方法 【技术领域】
本发明属于陶瓷薄片材料加工范围，特别涉及以水作溶剂，乳胶作粘结剂的一种乳胶水基流延法制备陶瓷薄片材料的方法。
技术背景
流延法自1945年出现以来，在陶瓷材料的成型工艺中已经得到了广泛的应用，现已是制备大面积、薄平面陶瓷材料的重要方法。按目前流延工艺中所用的溶剂来分，可分为非水系列和水溶性系列两类。从国内外近年的研究情况来看，非水体系的流延工艺的研究已经比较成熟，制备的陶瓷坯片结构均匀、强度高、柔韧性好，便于切割和加工，在工业生产中广泛应用。但由于在非水系列流延工艺中使用了大量易燃、有毒的有机溶剂以及粘接剂、分散剂等，对人体及环境都会造成一定的危害。因此，研究以水作为溶剂的流延技术已经成为不可逆转的趋势。但是，水基流延的优缺点非常明显。水作为溶剂优点是成本低、使用安全卫生和便于大规模生产；其缺点是：(1)对粉料的湿润性较差、挥发慢和干燥时间长；(2)料浆除气较困难；(3)有的陶瓷材料能与水反应，如某些氮化物、碳化物以及MgO和CaO等；(4)流延后陶瓷素坯柔韧性较差，强度不高。然而对有机溶剂体系来说，粘结剂、增塑剂等有机物添加剂的选择范围较宽，而对水溶性系列，选择的范围比较有限，只能选择水溶性或能够分散在水中形成乳浊液的有机物。
目前水基流延体系较为常用粘结剂主要有以下几种：(1)羧酸酯单体，如丙烯酸等。该单体在开始时作为分散剂加入，然后改变成型条件使其聚合成高分子起到粘结剂的作用，但是该方法应用范围较窄，因为不同粉体需要不同类型的分散剂，分散剂分子量太小时难以形成空间位阻稳定，分散效果受影响；(2)水溶性聚氨树脂。该工艺需要添加与水相容的有机溶剂，干燥过程也要控制；(3)聚乙烯醇(PVA)作为粘结剂，但是PVA粘结剂体系也有它的缺点：浆料粘度较大，陶瓷粉体的固含量较小，一般在35vol％以下，干燥时间长等；(4)丙烯酰胺单体作为粘结剂，通过加入催化剂和引发剂后引发凝胶化反应，从而起到粘结剂的作用，该方法制备地流延素片虽然强度较高，干燥较快，但是由于存在氧气的阻聚作用，流延片表面容易掉粉起皮，流延设备也比较复杂；(5)纤维素类粘结剂，缺点是浆料中固含量较低，流延片密度较低；(6)聚丙烯酸及其衍生物作为粘结剂，但是由于粘结剂本身粘度较低，浆料的固含量很难提高。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种乳胶体系水基流延法制备陶瓷薄片材料的方法，其特征在于：采用水作为流延工艺中的溶剂，用陶瓷粉体加入水中调成均匀的水溶液，并包含加适量的粘结剂、成膜助剂、增塑剂、分散剂，制备出分散良好、粘度适宜的浆料，流延干燥后可制得流延素片；流延工艺具体包括：
(1)将水与分散剂混合均匀，配成浆料。浆料的配制有两种途径：第一种方法是将粉体加入含分散剂的水溶液中，球磨24小时、然后加入乳胶粘结剂、增塑剂以及其它添加剂，磁力搅拌2小时后待用；第二种方法是将粉体加入含分散剂的水溶液后，同时加入乳胶、增塑剂，在搅拌器中搅拌2小时，分散均匀后加入成膜助剂和消泡剂，磁力搅拌2小时后待用；
(2)将上述所得的浆料真空除泡后进行流延操作；
(3)上述所得的流延薄片在15～35℃温度范围之内自然干燥3～5小时即可从基带上剥离。
所述陶瓷粉体的粒径为0.5～5μm之间，体积百分含量35～55％。
所述粘结剂为乳胶；占浆料总体积的15～50％乳胶粒子的粒径大小在0.1～2μm之间，固体胶粒质量百分含量大于50％，玻璃化转变温度Tg小于25℃，PH＝6～7。
所述增塑剂为甘油和邻苯二甲酸二丁酯，分别占浆料总体积的1.5～2.5％；及1～1.5％。
所述成膜助剂为磷酸三丁酯，占浆料总体积的1.5～2％。
所述分散剂为适量的聚丙烯酸盐。
本发明的有益效果是：(1)可以配制固含量大于40vol％的浆料；(2)无毒、易于烧除且不留残余物：(3)与基带材料不相粘又易于剥离；(4)有较低的玻璃化转变温度(Tg)，以确保在室温下不发生凝结；(5)能起到稳定料浆和抑制颗粒沉降的作用；(6)流延后干燥速度较快，自然干燥3-5小时即干燥完全；(7)干燥后的流延片表面光滑平整，素坯密度大，能达到理论密度的55％以上；(8)形成的涂膜有较好的强度和柔韧性，可以卷曲。
【具体实施方式】
本发明为一种乳胶体系水基流延法制备陶瓷薄片材料的方法，采用水作为流延工艺中的溶剂，用陶瓷粉体加入水中调成均匀的水溶液，通过添加适量的粘结剂、成膜助剂、增塑剂、分散剂等，制备出分散良好、粘度适宜的浆料，流延干燥后可形成表面平整光滑，强度较高，柔韧性较好的流延素片；流延工艺具体包括：
(1)将水与适量分散剂混合均匀，与陶瓷粉体粒径0.5～5μm，按体积比35～55％配成浆料。浆料的配制有两种途径：第一种方法是将粉体加入含分散剂的水溶液中，球磨24小时、然后加入乳胶粘结剂、增塑剂以及其它添加剂，磁力搅拌2小时后待用；第二种方法是将方法1中粉体加入含分散剂的水溶液后，同时加入乳胶、增塑剂，在搅拌器中搅拌2小时，分散均匀后加入成膜助剂和消泡剂，磁力搅拌2小时后待用；
(2)将上述所得的浆料真空除泡后进行流延操作；
(3)上述所得的流延薄片在15-35℃温度范围之内自然干燥3-5小时即可从基带上剥离；
上述粘结剂为乳胶，其乳胶粒子的粒径大小在0.1-2μm之间，固体胶粒质量百分含量大于50％，玻璃化转变温度Tg小于25℃左右，PH＝7.0左右。上述增塑剂为甘油和邻苯二甲酸二丁酯；上述成膜助剂为磷酸三丁酯；上述分散剂为聚丙烯酸盐。
本发明中浆料的配制所采用的两种途径各有利弊，第一种方法所配制的浆料分散均匀，但是工艺繁琐，浆料固含量较低，生产周期较长；第二种方法操作简单，但分散效果不如第一种方法。但都能得到较好的产品。
本发明提出的流延工艺很容易实现，工艺过程也容易控制。不仅适用于以Al2O3为代表的氧化物粉体，而且也适用于SiC、Si3N4等非氧化物粉体的水基流延成型。根据陶瓷粉体特性不同，浆料配比也略有不同。
下面所举实施例，对该发明予以进一步说明：
实施例1
将粒径为3μm 100克的Al2O3粉体加入20ml含0.3克分散剂聚丙烯酸盐PAA-NH4的水中，球磨24小时后，加入粘结剂苯丙乳胶(固体胶粒质量百分含量大于50％，玻璃化转变温度Tg为4～6℃，PH＝6～7.0)9.0ml、加入甘油0.8ml及邻苯二甲酸二丁酯0.5ml，脱模剂液体石蜡0.5ml，成膜助剂磷酸三丁酯1.0ml，磁力搅拌2小时后，得到的浆料粘度在100-1000mPas之间。将得到的浆料真空除泡后进行流延操作，自然干燥5小时后可从基带上剥离，并可卷在纸辊上成为卷材。
实施例2
将100克中位粒径为3μm的Al2O3粉体加入20ml含0.3克分散剂PAA-NH4的水中，加入全丙乳胶(固体胶粒质量百分含量大于50％，玻璃化转变温度Tg为-5℃，PH＝7.0)9.0ml，加入甘油0.8ml，液体石蜡0.5ml，在搅拌器内搅拌2小时后加入磷酸三丁酯1.0ml，磁力搅拌2小时后，得到的浆料粘度在100-1000mPas之间。将得到的浆料真空除泡后进行流延操作，自然干燥3小时后可从基带上剥离，并可卷在纸辊上成为卷材。
实施例3
将100克中位粒径为1μm的Al2O3粉体加入20ml含0.3克分散剂PMAA-NH4的水中，球磨24小时，后加入苯丙乳胶(固体胶粒质量百分含量大于50％，玻璃化转变温度Tg为5℃，PH＝7.0)10.0ml，加入甘油0.9ml，邻苯二甲酸二丁酯0.4ml，液体石蜡0.5ml，一缩乙二醇单丁醚1.0ml，磁力搅拌2小时后，得到的浆料粘度在100-1000mPas之间。其余同实施例1。
实施例4
将71克中位粒径为0.5μm的Si3N4粉体加入20ml含0.26克分散剂PAA-NH4的水中，球磨24小时后加入苯丙乳胶(固体胶粒质量百分含量大于50％，玻璃化转变温度Tg为5℃，PH＝7.0)11.0ml，加入甘油0.8ml，邻苯二甲酸二丁酯0.5ml，液体石蜡0.4ml，磷酸三丁酯1.0ml，磁力搅拌2小时后，得到的浆料粘度在100-1000mPas之间。其余同实施例1。