本文采用沉降法對國內(nèi)某公司生產(chǎn)的6種色料作了顆粒大小及分布的測定。自制了顆粒分析專用軟件，對測定數(shù)據(jù)進行計算機處理并自動繪制出顆粒分布的累積曲線。重點討論了分散劑用量﹑分散手段和操作方法等因素對結(jié)果準(zhǔn)確性的影響。
關(guān)鍵詞 顆粒分析，沉降法，陶瓷色釉料，分散體系，計算機專用軟件，系統(tǒng)誤差。
1 前言
色料的顆粒大小和粒徑分布直接影響到色料的呈色強度和呈色均勻性，因此它是生產(chǎn)廠家品質(zhì)管理中的一個主要參數(shù)，需進行在線控制。
目前，顆粒分析的主要手段常用的有篩分法﹑重力沉降法和激光法三種。這三種方法都有其特定的最佳測試范圍。由于色料較細，只能采用后兩種方法。其中，激光法屬快速測定，測定精度也高，但激光顆粒分析儀較貴，國產(chǎn)的也要6～8萬/臺，且測定較大顆粒和有色顆粒時，存在屏蔽效應(yīng)，從而影響測試的準(zhǔn)確性；而采用重力沉降法，裝置簡單靈活，對于測定粒度1μm～40μm的粉體十分合適。只要色料在介質(zhì)中分散好，操作者經(jīng)一段時間摸索熟練后，測定數(shù)據(jù)也較準(zhǔn)確，完全能滿足生產(chǎn)控制的要求，不失為一種簡便﹑實用的方法。且整套設(shè)備在800元左右，任何一個色料廠家都用得起。重力沉降法測定顆粒大小及分布的原理基于斯托克斯定律，它的結(jié)果取決于分散相的密度，分散介質(zhì)的密度﹑粘度和分散相的表面積等因素。它可由沉降速度和某一定位置小區(qū)域中的密度變化再通過計算得出，為了減少繁瑣計算和繪制顆粒分布曲線的麻煩，我們設(shè)計了專用的計算機軟件，使用它再接上打印機，可以在幾分鐘內(nèi)將數(shù)據(jù)和分布曲線打印出來，從根本上解決了過去重力沉降法測試和數(shù)據(jù)處理費時的缺點，從而可以滿足在線檢測的要求。其實作為在線控制主要是控制D90，D50，如果這樣的話就可以更省時了，通常作全過程也不會超過2小時。
一、 實驗
取國內(nèi)某公司的色料6種，首先測定它們的真密度，如表1所示
表1 浸液法測定的6種色料的真密度
編號
試樣名稱
品牌號
主要組成
礦物結(jié)構(gòu)
密度
1
鋯鐵紅
2D-322
Zr-Fe-Si
鋯英石
4．45
2
鋯鐠黃
2D-433
Zr-Pr-Si
鋯英石
4．73
3
鋯釩藍
2D-622A
Zr-V-Si
鋯英石
4．43
4
鈷藍
2D-632A
Al-Co-Zn
尖晶石
4．11
5
金棕
2D-215
Cr-Fe-Zn
尖晶石
4．07
6
無鈷艷黑
GC-10
Cr-Fe-Ni-Mn
尖晶石
4．92
1．1 激光顆粒分析
采用英國馬爾文激光顆粒分析儀測定了3號試樣鋯釩藍色料的顆粒大小及分布
1.2 自制的采用重力沉降法測定色料顆粒分布的裝置
1. 實驗裝置和藥品，實驗步驟
精密比重計（1.000-1.040）、1000ml量筒、溫度計、定位環(huán)、秒表（可持續(xù)計時達2個小時）、塑料薄膜、分散劑（焦磷酸納或六偏磷酸納）。
2. 試樣制備
將稱量好的6種色料各50g，放入烘箱烘干，冷卻至室溫待測。
3. 實驗方法
將所測色料倒入量筒中，加入蒸餾水，并不斷用玻璃棒攪拌。將制備好的分散劑水溶液全部轉(zhuǎn)移到量筒中并加水到1000ml刻度線。用塑料薄膜包住量筒口，并用繩扎緊。左右手握住量筒上下部，180度倒反50次，使懸濁液中的聚集顆粒分散開，且分布均勻。將量筒塞口打開，在保持量筒靜置狀態(tài)下（避開太陽直射和熱源），盡快插入比重計,安上定位環(huán)開始計時，從放好量筒（顆粒開始沉降）到讀第一個數(shù)，間隔不超過30秒。按0.5分、1分、2分、4分、6分、8分、10分的間隔（根據(jù)沉降的快慢來確定）通常，細的色料在120~150分鐘內(nèi)測完，粗的色料則在20分鐘內(nèi)測完。
4. 計算公式和數(shù)據(jù)處理
公式（1）中的 為環(huán)境溫度下的水的粘度可查附表1，S為色料的真密度 ， 為環(huán)境溫度下水的密度可近似取1，公式（1）中對每一種測定的色料試樣，A是常數(shù)，L可根據(jù)精密比重計的讀數(shù)R再對照附表 2 查出，t 為秒表讀出的對應(yīng)時間，其中
的量綱為毫帕秒即厘泊，密度的量綱為 ，t的量綱為分，L 的量綱為厘米，即t 分鐘后比重計的沉降深度。 為色料的當(dāng)量直徑，量綱為微米。
公式（2）中P為累計百分率，即小于 尺寸的顆粒的累計百分含量。量筒中懸浮液中的總體積，即1000毫升。W為色料質(zhì)量（克），對每個待測定的色料試樣B也是一個常數(shù)。
5. 根據(jù) 和對應(yīng)的P畫出顆粒分布曲線（可由專用軟件通過打印機打出，也可人工作出），其中橫坐標(biāo)為采用對數(shù)坐標(biāo)，縱坐標(biāo)為P。
二、 結(jié)果分析與討論
1. 3號試樣鋯釩藍的激光顆粒分析，如圖1所示
圖1 鋯釩藍的激光顆粒分析
由圖1可知鋯釩藍色料的平均粒徑D（0.5）=6.67 ,且顆粒分布曲線為正態(tài)分布。
表2 焦磷酸鈉為5g時2號試樣鋯鐠黃的實驗結(jié)果
t（分）
R
L
P%
0．8
1．0380
8．50
27．97
95．99
1．8
1．0340
9．30
19．50
85．88
2．8
1．0295
10．27
16．43
74．52
6．3
1．0240
11．38
11．53
60．62
11．3
1．0200
12．20
8．92
50．52
16．3
1．0178
12．64
7．56
44．96
20．3
1．0148
13．83
6．09
37．38
60．3
1．0104
14．19
4．16
26．27
120．3
1．0060
15．10
3．04
15．16
表3 焦磷酸鈉為7g時2號試樣鋯鐠黃的實驗結(jié)果
t（分）
R
L
P%
1．5
1．0375
8．60
20．87
94．73
3
1．0320
9．73
15．66
88．83
4
1．0300
10．17
13．86
75．78
9
1．0240
11．38
9．78
60．62
14
1．0212
11．96
8．03
53．55
20
1．0195
12．30
6．82
49．26
45
1．0150
13．20
4．71
37．89
60
1．0128
13．65
4．15
32．33
120
1．0080
14．70
3．04
20．21
同理可得出1，3，4，5，6試樣的實驗結(jié)果（其表省略）
2. 6個試樣的顆粒分布曲線可由上表中的數(shù)據(jù)得出，經(jīng)整理后得出結(jié)果如圖2所示
圖2 6種試樣的顆粒分布曲線
曲線1—鋯鐵紅 D（0.5）=9.82
曲線2—鋯鐠黃 D（0.5）=7.96
曲線3—鋯釩藍 D（0.5）=6.68
曲線4—鈷藍 D（0.5）=4.82
曲線5—金棕 D（0.5）=6.40
曲線6—無鈷艷黑 D（0.5）=22.8
由圖2可知上述6種色料的平均粒徑，其中以鈷藍為最小，按照金棕、鋯釩藍、鋯鐠黃、鋯鐵紅、無鈷艷黑依次遞增。且各曲線的形狀也不同，反映它們顆粒分布上的差異。
對比圖1，圖2中鋯釩藍色料的平均粒徑幾乎相同，可見重力沉降法的測定結(jié)果是準(zhǔn)確的。
3. 測定系統(tǒng)誤差
沉降法測定的結(jié)果和懸浮介質(zhì)的粘度有關(guān)。因此，在測試過程中要記錄液體的溫度，而且要求在測試的過程中液體的溫度恒定。溫度的波動會影響結(jié)果的重現(xiàn)性。該實驗產(chǎn)生人為誤差的可能性較大。要求操作者能夠熟練操作，而且讀數(shù)要準(zhǔn)，特別是實驗開始時，讀數(shù)變化快，所以動作要快，讀數(shù)要準(zhǔn)。比重計的正確讀數(shù)應(yīng)按其彎月面的低線讀數(shù)，但因溶液渾濁看不清，可按接觸面讀數(shù)（如圖3所示），但此時要加0.001的校正系數(shù)。在實驗過程中，要避免振動，否則會影響測試結(jié)果。可通過熟練操作使人為誤差減小到最低程度。
圖3 比重計正確讀數(shù)的圖例
4. 圖1為3號試樣鋯釩藍色料的顆粒分布曲線，圖2為6種色料的負(fù)累積顆粒分布曲線，雖然它們的表示方法不同，但是所表示的內(nèi)容是一致的。以平均粒徑為例：圖1中曲線的最高值即3號試樣鋯釩藍色料的平均粒徑D50=6.67 ,反映到圖2中，即P%=50時曲線3所對應(yīng)的粒徑（即平均粒徑D50=6.68 ）.
5. 顆粒分布曲線和顆粒累積分布曲線形式不同，但意義是一樣的，通過數(shù)學(xué)處理，兩者可以互相轉(zhuǎn)換。
三、 結(jié)論
1、 商品色料的種類不同，其密度和顆粒大小及分布也不同，它們將直接影響到色料的呈色和呈色強度。因此，作為色料品質(zhì)的重要參數(shù)必須加以控制。
2、 該沉降法可以測定顆粒的范圍在2～44 ，而一般色料的平均粒徑在5 以上，故該方法可用于實際生產(chǎn)中的粒度分析。
3、 當(dāng)選擇正確的分散劑及分散劑的加入量時，得出的結(jié)果與激光粒度分析相比，誤差很小，可以滿足工業(yè)生產(chǎn)對顆粒分析所需的要求。只要操作正確仔細，該方法的重現(xiàn)性是很好的，故該方法是可靠的。
4、 該方法產(chǎn)生的人為誤差的可能性是存在的，故對操作人員的要求較高，可以通過熟練操作使人為誤差減小到最低程度。
5、 本研究編制了實用的數(shù)據(jù)處理軟件，可大大加快數(shù)據(jù)的處理速度，并可和打印機連接，直接打印出實驗結(jié)果，滿足用戶的要求。
附表一 水的粘度與溫度的關(guān)系
溫度℃
0
5
10
15
20
25
30
40
粘度（厘泊）
1.794
1.520
1.307
1.138
1.009
0.890
0.800
0.654
附表二 R---L對應(yīng)表
R
L
R
L
R
L
R
L
1.040
8.10
1.030
10.17
1.020
12.20
1.010
14.28
1.039
8.30
1.029
10.36
1.019
12.40
1.009
14.50
1.038
8.50
1.028
10.50
1.018
12.60
1.008
14.70
1.037
8.70
1.027
10.75
1.017
12.80
1.007
14.90
1.036
8.90
1.026
10.96
1.016
13.00
1.006
15.10
1.035
9.10
1.025
11.18
1.015
13.20
1.005
15.30
1.034
9.30
1.024
11.38
1.014
13.40
1.004
15.50
1.033
9.50
1.023
11.60
1.013
13.60
1.003
15.70
1.032
9.73
1.022
11.80
1.012
13.83
1.002
15.90
1.031
9.95
1.021
12.00
1.011
14.05
1.001
16.10
