一種聚羧酸型陶瓷分散劑及其制備方法與應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于陶瓷分散劑制備【技術領域】，公開了一種聚羧酸型陶瓷分散劑及其制備方法與應用。該制備方法按照以下步驟：將3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸鹽、丙烯酸、中和劑和鏈轉移劑在攪拌下混合，加熱到60～90℃，得到混合液Ⅰ；將引發(fā)劑溶液逐滴滴加到混合液Ⅰ中，加熱，得到混合液Ⅱ；在混合液Ⅱ中加入鏈終止劑，停止加熱，攪拌下冷卻至室溫，即得到聚羧酸型陶瓷分散劑。本發(fā)明產品對陶瓷素坯具有明顯的增強效果。本發(fā)明制備的聚羧酸型陶瓷分散劑的加入，可以減少增強劑的使用。本發(fā)明在聚羧酸主鏈上引入季銨鹽陽離子，增加了聚羧酸型分散劑的水化能力和熱穩(wěn)定性；本發(fā)明反應條件溫和，合成工藝簡單，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產。
【專利說明】一種聚羧酸型陶瓷分散劑及其制備方法與應用

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于陶瓷分散劑制備【技術領域】，具體涉及一種聚羧酸型陶瓷分散劑及其制備方法與應用。

【背景技術】
[0002]陶瓷分散劑是陶瓷添加劑的一種，又稱稀釋劑或解凝劑，主要功能是提高系統(tǒng)的電動電位從而改善漿料的流動性，使其在水分含量減少的情況下，又可以保持適當?shù)牧鲃有耘c適當?shù)恼扯?；同時降低了生坯的含水量，降低陶瓷干燥與燒結的能耗，降低了生產成本。因此，使用優(yōu)良的陶瓷分散劑，能促進陶瓷生產向高效益、高質量、低能耗的方向發(fā)展。
[0003]根據陶瓷分散劑的組成的不同，可將現(xiàn)行生產中常用陶瓷分散劑分為無機鹽分散劑、有機小分子分散劑和高分子分散劑。
[0004]無機分散劑，一般是含有鈉離子的無機鹽，如硅酸鈉、三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、碳酸鈉等。無機分散劑在水中可以電離，起調節(jié)電荷的作用。無機陶瓷分散劑存在摻加量大、分散效率低和制得的泥漿穩(wěn)定性差等缺點。國內多采用無機類分散劑，雖然能在一定程度上改善泥漿性能，但是用量較大，解凝范圍窄，效果不穩(wěn)定。
[0005]有機小分子分散劑，主要是低分子有機電解質類分散劑和表面活性劑分散劑，如腐植酸鈉、檸檬酸鈉、乙二胺四乙酸鈉(EDTA)。此類分散劑的分散效果比無機分散劑好，但是價格相對較高、穩(wěn)定性不是太好，并且會對環(huán)境造成污染。
[0006]高分子分散劑主要為水溶性高分子，包括高分子聚電解質和非離子型高分子。高分子陶瓷分散劑由于疏水基、親水基的位置、大小及數(shù)量可調，分子結構可呈梳狀、多支鏈化等，因此高分子陶瓷分散劑對分散微粒表面覆蓋及包封效果要更好、分散體系更穩(wěn)定、分散體系適應性更加廣泛。因此，高分子陶瓷分散劑將成為陶瓷分散劑的發(fā)展趨勢，其合成及應用也將逐漸成為本領域研宄的熱點。例如Davies等以分子量為3500的聚丙烯酸銨作為氧化鋁的分散劑，適當添加量的情況下可以使83wt%的氧化鋁料漿的粘度降至^OmPa.1T1左右，降粘效果受濃度影響較大。Bouhamed等用RAFT聚合合成AMPS-MPEG共聚物分散劑，并將其與無規(guī)的分散劑進行了對比，結果發(fā)現(xiàn)嵌段共聚物的吸附還與嵌段的長度有關，同時加入嵌段共聚物的料漿的Zeta電位值越負，更容易達到平衡穩(wěn)定的狀態(tài)；嵌段共聚物體系的分散效率更高，同時受介質離子強度的影響也越大。但由于工業(yè)生產成本較高，聚羧酸系高分子陶瓷分散劑主要處于研宄階段。


【發(fā)明內容】

[0007]為了克服現(xiàn)有技術陶瓷料漿中分散不穩(wěn)定、高含水率的缺點與不足，達到陶瓷行業(yè)節(jié)能減排降耗、提高陶瓷漿料均勻性的目標，本發(fā)明的首要目的在于提供一種合成工藝簡單、性能穩(wěn)定、節(jié)約能源的聚羧酸型陶瓷分散劑的制備方法。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于提供通過上述制備方法制備的聚羧酸型陶瓷分散劑。
[0009]本發(fā)明的再一目的在于提供上述聚羧酸型陶瓷分散劑在制備陶瓷中的應用。
[0010]本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn):
[0011]一種聚羧酸型陶瓷分散劑的制備方法，該制備方法按照以下操作步驟:
[0012](I)將單體3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸鹽(DMAPS)、丙烯酸、中和劑和鏈轉移劑在攪拌下混合，加熱到60?90°C，得到混合液I ;
[0013](2)將引發(fā)劑溶液逐滴滴加到混合液I中，加熱2?6小時，得到混合液II ；
[0014](3)在混合液II中加入鏈終止劑，停止加熱，攪拌下冷卻至室溫，即得到聚羧酸型陶瓷分散劑。
[0015]步驟(I)所述丙烯酸與3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸鹽(DMAPS)的質量比為(1.0-8.0):1 ；
[0016]所述中和劑的用量為調混合液I的pH值至7?8 ;
[0017]所述鏈轉移劑的質量為3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸鹽和丙烯酸質量總和的5%?10%。
[0018]步驟⑴所述所述中和劑為氫氧化鈉溶液，其中的有效成分氫氧化鈉與丙烯酸的質量比為0.556:1 ;所述鏈轉移劑為無機鹽類，優(yōu)選為次亞磷酸鈉、次亞磷酸鉀中的至少一種。
[0019]步驟(2)所述引發(fā)劑溶液中引發(fā)劑的質量為丙烯酸和3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸鹽質量總和的0.05%?4% ;引發(fā)劑溶液為質量百分比為1.0?3.0%的過硫酸鹽水溶液。所述引發(fā)劑溶液優(yōu)選為過硫酸銨水溶液。
[0020]步驟⑵所述逐滴滴加的速度為5?1s/滴；所述加熱的條件為在60?90°C下加熱2?6小時。
[0021]步驟(3)所述鏈終止劑為次亞磷酸鈉和次亞磷酸鉀中的至少一種；鏈終止劑的質量為丙烯酸和3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸鹽質量總和的1.0%?5.0%;所述室溫為15?30°C。
[0022]一種由上述制備方法得到的聚羧酸型陶瓷分散劑。
[0023]上述的聚羧酸型陶瓷分散劑在制備陶瓷中的應用。
[0024]本發(fā)明的機理是:
[0025]在水一固分散系統(tǒng)中，由于納米離子表面電荷的存在，在靜電引力的作用下，必然要吸引等電量的相反電荷離子(或反離子)環(huán)繞在固體周圍，而溶液中的反離子因熱運動呈擴散狀態(tài)分布在溶液中，不能整齊地排列在一個平面上，從而形成所謂的雙電層結構(緊靠顆粒的吸附層和吸附層外的擴散層)和Zeta電位。所謂雙電層結構是由吸附層與擴散層構成，即內層緊靠粒子表面整齊排列著一層反離子，稱為吸附層；外層為擴散層，即反離子既受靜電引力作用向界面靠近，又受無規(guī)則熱運動的影響而向介質擴散。吸附層與擴散層相接觸的面稱為滑移面，而滑動面處電位與溶液內部電位之差稱為zeta電位。這兩層電荷厚度增加，粒子間排斥力增大，粒子容易相對滑動，不易因碰撞而黏結聚沉，這樣就能提尚納米粒子懸浮液的穩(wěn)定性和流動性。
[0026]另一方面空間位阻斥力是由包覆在陶瓷顆粒表面的表面活性劑之間產生的，當陶瓷顆粒相互接近時，吸附在其表面上的兩性離子型聚電解質分散劑之間會產生空間阻礙作用，使顆粒間相互聚集變得困難，使分散體系趨于穩(wěn)定。
[0027]本發(fā)明新型兩性離子型聚電解質分散劑，一方面分子鏈上還有大量的磺酸根離子與羧酸根粒子，增加了 zeta電位和粘土粒子間的排斥作用；另一方面本發(fā)明分子鏈為高分子分子鏈，吸附在粘土粒子上，不同粘土粒子間由于高分子鏈的存在，增大了粘土粒子間的相互阻礙的空間位阻作用。因此本發(fā)明分散劑相對于無機鹽效果更加高效。
[0028]本發(fā)明在聚羧酸主鏈上引入季銨鹽陽離子，因其化學性和熱穩(wěn)定性好、水化能力強且不易受溶液PH值影響的等優(yōu)點水化能力強且不易受溶液pH值影響的等優(yōu)點。
[0029]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有如下的優(yōu)點及效果
[0030](I)在添加量和其他條件相同時，本發(fā)明相對于無機鹽類陶瓷分散劑和其它聚羧酸系分散劑，具有更高的分散效果。
[0031](2)本發(fā)明制備的聚羧酸型陶瓷分散劑對陶瓷素坯具有明顯的增強效果。本發(fā)明制備的聚羧酸型陶瓷分散劑的加入，可以減少增強劑的使用。
[0032](3)本發(fā)明在聚羧酸主鏈上引入季銨鹽陽離子，增加了聚羧酸型分散劑的水化能力和熱穩(wěn)定性。
[0033](4)本發(fā)明反應條件溫和，合成工藝簡單，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產。

【具體實施方式】
[0034]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0035]實施例1
[0036](I)稱取丙烯酸20g，3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸鹽20g，加入到三口燒瓶中；稱取11.12g氫氧化鈉，攪拌下溶解于30.0Og水中，得到氫氧化鈉水溶液；稱取次亞磷酸鈉4g，溶解于10.0Og水中，得到次亞磷酸鈉水溶液；將上述氫氧化鈉水溶液與次亞磷酸鈉水溶液同時加入到上述三口燒瓶中，得到混合液I，混合液I的PH值為7，攪拌并加熱混合液I至90°C。
[0037](2)將0.16g過硫酸銨溶解到16.0Og水中，并將該過硫酸銨水溶液逐滴滴加到混合液I中，引發(fā)反應，90°C反應6小時，得到混合液II。
[0038](3)將4.0Og 1wt %的次亞磷酸鈉水溶液加入到混合液II中，在攪拌下冷卻至室溫，即得聚羧酸型陶瓷分散劑。
[0039]性能測試:聚羧酸型陶瓷分散劑的使用按常規(guī)方法。
[0040]梳形聚羧酸型高效陶瓷減水劑的分散性能分別以陶瓷料漿靜置O和0.5小時后，料漿在注滿的涂-4杯中流完所需流動時間表示。本測試所用坯料為佛山地區(qū)標準配方土，分散劑劑的添加量為陶瓷坯料的0.3wt%，高速時間為lOmin，得到的料漿含水率為30wt%。初始料漿流動時間為30.57s，放置0.5小時后料漿流動時間59.24s。
[0041]實施例2
[0042](I)稱取丙烯酸20g，3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸鹽2.5g，加入到三口燒瓶中；稱取11.12g氫氧化鈉，攪拌下溶解于20.0Og水中，得到氫氧化鈉水溶液；稱取次亞磷酸鈉1.12g，溶解于10.0Og水中，得到次亞磷酸鈉水溶液；將上述氫氧化鈉水溶液與次亞磷酸鈉水溶液同時加入到上述三口燒瓶中，得到混合液I，混合液I的pH值為8，攪拌并加熱混合液I至60°C。
[0043](2)將0.90g過硫酸銨溶解到30g水中，并將該過硫酸銨水溶液逐滴滴加到混合液I中，引發(fā)反應，60°c反應2小時，得到混合液II。
[0044](3)將IL 2g 1wt %的次亞磷酸鈉水溶液加入到混合液II中，在攪拌下冷卻至室溫，即得聚羧酸型陶瓷分散劑。
[0045]性能測試:聚羧酸型陶瓷分散劑的使用按常規(guī)方法。
[0046]梳形聚羧酸型高效陶瓷減水劑的分散性能分別以陶瓷料漿靜置O和0.5小時后，料漿在注滿的涂-4杯中流完所需流動時間表示。本測試所用坯料為佛山地區(qū)標準配方土，分散劑劑的添加量為陶瓷坯料的0.3wt%，高速時間為lOmin，得到的料漿含水率為30wt%。初始料漿流動時間為36.33s，放置0.5小時后料漿流動時間64.92s。
[0047]實施例3
[0048](I)稱取丙烯酸20g，3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸鹽10g，加入到三口燒瓶中；稱取11.12g氫氧化鈉，攪拌下溶解于20.0Og水中，得到氫氧化鈉水溶液；稱取次亞磷酸鈉1.8g，溶解于15.0Og水中，得到次亞磷酸鈉水溶液；將上述氫氧化鈉水溶液與次亞磷酸鈉水溶液同時加入到上述三口燒瓶中，得到混合液I，混合液I的pH值為8，攪拌并加熱混合液I至80°C。
[0049](2)將0.60g過硫酸銨溶解到30.0Og水中，并將該過硫酸銨水溶液逐滴滴加到混合液I中，引發(fā)反應，80°C反應4小時，得到混合液II。
[0050](3)將14g 10wt%的次亞磷酸鈉水溶液加入到混合液II中，在攪拌下冷卻至室溫，即得聚羧酸型陶瓷分散劑。
[0051]性能測試:聚羧酸型陶瓷分散劑的使用按常規(guī)方法。
[0052]梳形聚羧酸型高效陶瓷減水劑的分散性能分別以陶瓷料漿靜置O和0.5小時后，料漿在注滿的涂-4杯中流完所需流動時間表示。本測試所用坯料為佛山地區(qū)標準配方土，分散劑劑的添加量為陶瓷坯料的0.3wt%，高速時間為lOmin，得到的料漿含水率為30wt%,記為料漿I。初始料漿流動時間為46.80s，放置0.5小時后料漿流動時間78.75s。
[0053]實施例4
[0054](I)稱取丙烯酸20g，3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸鹽15g，加入到三口燒瓶中；稱取11.12g氫氧化鈉，攪拌下溶解于20.0Og水中，得到氫氧化鈉水溶液；稱取次亞磷酸鈉2g，溶解于10.0Og水中，得到次亞磷酸鉀水溶液；將上述氫氧化鈉水溶液與次亞磷酸鈉水溶液同時加入到上述三口燒瓶中，得到混合液I，混合液I的PH值為7，攪拌并加熱混合液I至85°C。
[0055](2)將0.72g過硫酸銨溶解到20.0Og水中，并將該過硫酸銨水溶液逐滴滴加到混合液I中，引發(fā)反應，85°C反應4小時，得到混合液II。
[0056](3)將8.0Og 1wt %的次亞磷酸鉀水溶液加入到混合液II中，在攪拌下冷卻至室溫，即得聚羧酸型陶瓷分散劑。
[0057]性能測試:聚羧酸型陶瓷分散劑的使用按常規(guī)方法。
[0058]梳形聚羧酸型高效陶瓷減水劑的分散性能分別以陶瓷料漿靜置O和0.5小時后，料漿在注滿的涂-4杯中流完所需流動時間表示。本測試所用坯料為佛山地區(qū)標準配方土，分散劑劑的添加量為陶瓷坯料的0.3wt%，高速時間為lOmin，得到的料漿含水率為30wt%，記為料漿I。初始料漿流動時間為28.45s，放置0.5小時后料漿流動時間59.55。
[0059]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種聚羧酸型陶瓷分散劑的制備方法，其特征在于:該制備方法按照以下操作步驟: (1)將單體3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸鹽、丙烯酸、中和劑和鏈轉移劑在攪拌下混合，加熱到60?90°C，得到混合液I ; (2)將引發(fā)劑溶液逐滴滴加到混合液I中，加熱2?6小時，得到混合液II; (3)在混合液II中加入鏈終止劑，停止加熱，攪拌下冷卻至室溫，即得到聚羧酸型陶瓷分散劑。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(I)所述丙烯酸與3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸鹽的質量比為(1.0?8.0):1 ; 所述中和劑的用量為調混合液I的pH值至7?8 ; 所述鏈轉移劑的質量為3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸鹽和丙烯酸質量總和的 5%~ 10%。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(I)所述所述中和劑為氫氧化鈉溶液，其中的有效成分氫氧化鈉與丙烯酸的質量比為0.556:1 ;所述鏈轉移劑為無機鹽類。
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述鏈轉移劑為次亞磷酸鈉、次亞磷酸鉀中的至少一種。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述引發(fā)劑溶液中引發(fā)劑的質量為丙烯酸和3- (2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸鹽質量總和的0.05 %?4 %;引發(fā)劑溶液為質量百分比為1.0?3.0%的過硫酸鹽水溶液。
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于:所述引發(fā)劑溶液為過硫酸銨水溶液。
7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述逐滴滴加的速度為5?1s/滴；所述加熱的條件為在60?90°C下加熱2?6小時。
8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:步驟(3)所述鏈終止劑為次亞磷酸鈉和次亞磷酸鉀中的至少一種；鏈終止劑的質量為丙烯酸和3-(2-甲基丙烯酰氧乙基二甲胺基)丙磺酸鹽質量總和的1.0%?5.0% ;所述室溫為15?30°C。
9.一種由權利要求1?8任一項所述制備方法得到的聚羧酸型陶瓷分散劑。
10.根據權利要求9所述的聚羧酸型陶瓷分散劑在制備陶瓷中的應用。
【文檔編號】C04B35/634GK104479068SQ201410835982
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月26日 優(yōu)先權日:2014年12月26日
【發(fā)明者】王斌, 謝義鵬, 黃月文, 方天勇, 梁彩珍 申請人:中科院廣州化學有限公司