CN103274703A - 一种节水型减水剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于减水剂制备技术领域，公开了一种节水型减水剂及其制备方法和应用。该方法包含以下步骤：将丙烯酸、烯丙基缩水甘油醚和不饱和单体加入水中，再加入链转移剂，升温，加入引发剂，恒温搅拌反应2～4h，加入聚乙烯醇，继续搅拌0.5～1h；冷却，调节pH，得到节水型减水剂。本方法反应条件可控，后处理工序简单，制备得到的节水型减水剂用于陶瓷生产具有显著节水效果，可使陶瓷料浆中含水率保持在29wt%以下；同时，使所得陶瓷料浆保持良好的流动性和适当的粘度，避免出现缩釉等现象。

Description

一种节水型减水剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于减水剂制备技术领域，特别涉及一种节水型减水剂及其制备方法和应用。

背景技术

注浆法是陶瓷生产中广泛应用的成型方法之一，而在陶瓷烧结成型过程中，其能源损耗的80%以上都用于烧成和干燥工序，因此，该行业面临的一个关键技术问题就是尽量降低陶瓷浆料中水的加入量，并同时保持料浆体系合适的流动性和粘度。陶瓷减水剂是陶瓷添加剂的一种，亦称解凝剂、分散剂、稀释剂或者解胶剂，广泛应用陶瓷工业磨浆、制釉等工艺过程。陶瓷减水剂是用来改善浆料的流动性，使其在低含水量的情况下，保持料浆体系的流动性，减少干燥能耗，提高工作效率，改善产品性能。因此，优良的陶瓷减水剂能促进陶瓷产业向低能耗、高质量、高效益的方向发展。

目前我国陶瓷行业普遍使用水玻璃、碳酸钠、三聚磷酸钠、腐植酸钠等无机盐类作为陶瓷减水剂。如程瑞君（中国陶瓷,2005,41(1):59-60.）研究发现六偏磷酸钠和三聚磷酸钠对黑泥泥土有较好的分散效果。但无机类减水剂，由于受分子结构、相对分子质量等因素的影响，其减水效果不佳，而且用量较大，影响了料浆性能。高分子减水剂由于其亲水基、疏水基位置和大小可调，可实现多种功能化结构，对陶瓷料浆的颗粒表面覆盖及包覆效果较无机类减水剂好，且其分散体系更易于稳定、流动性较好。因此，高分子减水剂已经成为陶瓷减水剂行业很有发展前景的一类减水剂。

目前研究较多的高分子减水剂是聚羧酸类高分子减水剂。聚羧酸类高分子经过适当改性在低添加量下就具有高的分散性能、较好的保坍性能，一般是先制备聚合活性的大单体，然后再与一定量的活性单体聚合而成，或者先聚合然后再在聚合物侧链进行功能化。如王鹏等（中国陶瓷,2006,42(9):26-28.）用丙烯酸与聚乙二醇在催化剂的作用下进行酯化反应，合成得到聚氧乙烯基烯丙酯大单体；第二步由聚氧乙烯基烯丙酯大单体、甲基丙烯磺酸钠和丙烯酸共聚得到所需的聚羧酸减水剂。或者先聚合制备聚羧酸盐，然后与无机类减水剂复配，制备得到陶瓷减水剂。如蒋冰艳等（公开号为CN101838433A的专利）通过将丙烯酸-马来酸酐聚合与无机盐复配得到的减水剂，可使陶瓷含水率降到38wt%以下。这些合成方法制备工艺难度大，后续分离工艺复杂，或者引入了无机盐，使得产品稳定性差，不易市场化。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种节水型减水剂的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的节水型减水剂。

本发明再一目的在于提供上述减水剂在陶瓷生产中的应用。该减水剂应用于陶瓷生产，可以降低陶瓷料浆含水率，并保持陶瓷料浆良好的流动性、适当的粘度，避免出现缩釉等现象。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种节水型减水剂的制备方法，具体包含以下步骤：

将丙烯酸、烯丙基缩水甘油醚和不饱和单体加入水中，再加入链转移剂，升温，加入引发剂，恒温搅拌反应2～4h，加入聚乙烯醇，继续搅拌0.5～1h；冷却，调节pH，得到节水型减水剂。

所用丙烯酸的量为每100mL水使用15～30g丙烯酸。

所述的不饱和单体指烯丙基聚乙二醇400和甲基丙烯磺酸钠类单体中的至少一种；所用烯丙基聚乙二醇400的量为丙烯酸质量的0～10%；所用甲基丙烯磺酸钠的量为丙烯酸质量的0～15%。

所用烯丙基缩水甘油醚的量为丙烯酸质量的5～15%。

所述的链转移剂指次亚磷酸钠、亚硫酸氢钠和亚硫酸氢钾中的至少一种，优选为次亚磷酸钠。

所用链转移剂的量为丙烯酸质量的0.5～4%。

所述的引发剂指过硫酸铵或过硫酸钾，优选为过硫酸铵。所用引发剂的量为丙烯酸质量的0.5～1.5%。

所述的聚乙烯醇型号为1788或1799，优选为聚乙烯醇1799。所用聚乙烯醇的量为丙烯酸质量的10～30%。

聚乙烯醇1799醇解度大，形成的减水剂水溶液中羟基含量更高，有利于降低外加水的含量。

所述的升温指加热温度至70～85℃

所述的冷却指降温至40～50℃。

所述的调节pH指用35wt%的氢氧化钠（NaOH）溶液调节pH值为8～10。

本方法所选用的丙烯酸具有在用碱中和后可离子化的阴离子，与陶瓷粘土中的阳离子形成静电层结构；所用的烯丙基缩水甘油醚及聚乙烯醇含有强的亲水性基团，可以与水形成稳定的水化层结构，保持带电粒子的在料浆中的分散稳定性，达到节水作用。

上述方法制备得到的节水型减水剂。

所述减水剂为淡黄色粘稠性液体，产品不挥发，无刺激性气味。

上述节水型减水剂在陶瓷生产中的应用。

本发明的机理为：

本发明制备的减水剂加入到陶瓷料浆体系中，陶瓷颗粒表面吸附羧酸根或是磺酸根阴离子后，形成静电稳定层结构，而亲水性的羟基或是醚键侧链与料浆中的水结合形成水化层包围在静电稳定层周围，减少带电层的相互碰撞，使陶瓷粒子均匀地分散在料浆体系中，从而使料浆体系分散稳定，可以减少水的加入量，起到节水作用。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：

（1）本方法反应条件可控，后处理工序简单，易于广泛应用于工业生产。

（2）本方法制备得到的节水型减水剂用于陶瓷生产具有显著节水效果，可使陶瓷料浆中含水率保持在29wt%以下。同时，使所得陶瓷料浆保持良好的流动性和适当的粘度，避免出现缩釉等现象。

（3）本方法制备所用的试剂无毒无害，反应过程无需加入有机溶剂，反应过程无需氮气保护，制备方法及工艺条件简单，产物绿色环保。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

在三口烧瓶中加入30g丙烯酸、1.5g烯丙基缩水甘油醚、0.15g次亚磷酸钠和200mL去离子水，升温到85℃搅拌溶解后，逐滴加入0.15g过硫酸铵，加完后保持温度85℃反应2h，加入9g聚乙烯醇1799，继续搅拌0.5h。冷却体系至50℃，用质量分数为35%的NaOH溶液调节体系pH值为10，得到节水型减水剂。

性能测试：

减水剂的使用按常规方法。减水剂的减水性能分别以陶瓷料浆静置0和0.5小时后，料浆在注满的涂-4杯中流完的所需的流动时间表示。减水剂的添加量为陶瓷坯料0.3wt%，得到的浆料含水率为29wt%，初始净浆流速为42.5s，放置0.5h后净浆流速63.7s。

实施例2

在三口烧瓶中加入30g丙烯酸、4.5g烯丙基缩水甘油醚、0.15g亚硫酸氢钠和200mL去离子水，升温到85℃搅拌溶解后，逐滴加入0.2g过硫酸钾，加完后保持温度85℃反应2h，加入7g聚乙烯醇1788，继续搅拌0.5h。冷却体系至50℃，用质量分数为35wt%的NaOH溶液调节体系pH值为10，得到节水型减水剂。

性能测试：

减水剂的使用按常规方法。减水剂的减水性能分别以陶瓷料浆静置0和0.5小时后，料浆在注满的涂-4杯中流完的所需的流动时间表示。减水剂的添加量为陶瓷坯料0.3wt%，得到的浆料含水率为29wt%，初始净浆流速为42.9s，放置0.5h后净浆流速63.8s。

实施例3

在三口烧瓶中加入60g丙烯酸、5g烯丙基缩水甘油醚、2.5g烯丙基聚乙二醇400、2.4g亚硫酸氢钾和200mL去离子水，升温到85℃搅拌溶解后，逐滴加入0.9g过硫酸铵，加完后保持温度70℃反应4h，加入18g聚乙烯醇1799，继续搅拌1h。冷却体系至40℃，用质量分数为35wt%的NaOH溶液调节体系pH值为8，得到节水型减水剂。

性能测试：

减水剂的使用按常规方法。减水剂的减水性能分别以陶瓷料浆静置0和0.5小时后，料浆在注满的涂-4杯中流完的所需的流动时间表示。减水剂的添加量为陶瓷坯料0.3wt%，得到的浆料含水率为28wt%，初始净浆流速为43.6s，放置0.5h后净浆流速63.3s。

实施例4

在三口烧瓶中加入50g丙烯酸、3g烯丙基缩水甘油醚、7.5g甲基丙烯磺酸钠、1g次亚磷酸钠和200mL去离子水，升温到80℃搅拌溶解后，逐滴加入0.4g过硫酸铵，加完后保持温度80℃反应2h，加入15g聚乙烯醇1799，继续搅拌1h。冷却体系至40℃，用质量分数为35wt%的NaOH溶液调节体系pH值为8，得到节水型减水剂。

性能测试：

减水剂的使用按常规方法。减水剂的减水性能分别以陶瓷料浆静置0和0.5小时后，料浆在注满的涂-4杯中流完的所需的流动时间表示。减水剂的添加量为陶瓷坯料0.3wt%，得到的浆料含水率为28wt%，初始净浆流速为43.2s，放置0.5h后净浆流速63.1s。

实施例5

在三口烧瓶中加入50g丙烯酸、3g烯丙基缩水甘油醚、7.5g甲基丙烯磺酸钠、5g烯丙基聚乙二醇400、2g次亚磷酸钠和200mL去离子水，升温到70℃搅拌溶解后，逐滴加入0.3g过硫酸铵，加完后保持温度70℃反应3h，加入10g聚乙烯醇1799，继续搅拌1h。冷却体系至40℃，用质量分数为35wt%的NaOH溶液调节体系pH值为8，得到节水型减水剂。

性能测试：

减水剂的使用按常规方法。减水剂的减水性能分别以陶瓷料浆静置0和0.5小时后，料浆在注满的涂-4杯中流完的所需的流动时间表示。减水剂的添加量为陶瓷坯料0.3wt%，得到的浆料含水率为29wt%，初始净浆流速为42.7s，放置0.5h后净浆流速63.5s。

实施例6

在三口烧瓶中加入50g丙烯酸、3g烯丙基缩水甘油醚、2.5g甲基丙烯磺酸钠、5g烯丙基聚乙二醇400、2g次亚磷酸钠和200mL去离子水，升温到85℃搅拌溶解后，逐滴加入0.3g过硫酸铵，加完后保持温度85℃反应2h，加入10g聚乙烯醇1799，继续搅拌1h。冷却体系至40℃，用质量分数为35wt%的NaOH溶液调节体系pH值为8，得到节水型减水剂。

性能测试：

减水剂的使用按常规方法。减水剂的减水性能分别以陶瓷料浆静置0和0.5小时后，料浆在注满的涂-4杯中流完的所需的流动时间表示。减水剂的添加量为陶瓷坯料0.3wt%，得到的浆料含水率为29wt%，初始净浆流速为41.9s，放置0.5h后净浆流速62.8s。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种节水型减水剂的制备方法，其特征在于具体包含以下步骤：将丙烯酸、烯丙基缩水甘油醚和不饱和单体加入水中，再加入链转移剂，升温，加入引发剂，恒温搅拌反应2～4h，加入聚乙烯醇，继续搅拌0.5～1h；冷却，调节pH，得到节水型减水剂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所用丙烯酸的量为每100mL水使用15～30g丙烯酸。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的不饱和单体指烯丙基聚乙二醇400和甲基丙烯磺酸钠中的至少一种；所用烯丙基聚乙二醇400的量为丙烯酸质量的0～10%；所用甲基丙烯磺酸钠的量为丙烯酸质量的0～15%。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所用烯丙基缩水甘油醚的量为丙烯酸质量的5～15%。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的链转移剂指次亚磷酸钠、亚硫酸氢钠和亚硫酸氢钾中的至少一种；所用链转移剂的量为丙烯酸质量的0.5～4%。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的引发剂指过硫酸铵或过硫酸钾；所用引发剂的量为丙烯酸质量的0.5～1.5%。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的聚乙烯醇型号为1788或1799；所用聚乙烯醇的量为丙烯酸质量的10～30%。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的升温指加热温度至70～85℃；所述的冷却指降温至40～50℃；所述的调节pH指用35wt%的氢氧化钠溶液调节pH值为8～10。

9.根据权利要求1～8任一项所述方法制备得到的节水型减水剂。

10.根据权利要求9所述节水型减水剂在陶瓷生产中的应用。