CN103304244B

CN103304244B - 一种陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN103304244B
Application number: CN201210560505.4A
Authority: CN
Inventors: 庞浩; 黄清泉; 廖兵; 黄健恒; 计红果; 邓理
Original assignee: Foshan Function High Polymer Materials & Fine Chemicals Professional Center; Guangzhou Chemical Co Ltd of CAS
Current assignee: Foshan Function High Polymer Materials & Fine Chemicals Professional Center; Guangzhou Chemical Co Ltd of CAS
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: CN103304244A

Abstract

本发明公开了一种陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂及其制备方法和用途，该减水剂的结构如下式所示，由以下步骤制备得到：将丙烯酸、马来酸酐、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸溶于蒸馏水中形成混合溶液，调节混合溶液的pH值为7-8，加入无机类链转移剂后加热升温至80-100℃，滴加引发剂，反应3-5小时得到陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂。本发明制备的高分子减水剂，在添加量低的条件下，陶瓷料浆流动性良好，能满足陶瓷生产加工的要求。陶瓷减水剂添加量范围在0.1-0.3%之间时，涂4杯测定的初始流动时间为35.2-38.1s。本发明制备的高分子减水剂高具有高减水率的优点，不仅可以使料浆的含水率在30%以下，而且还可以保持良好的流动性。

Description

一种陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂及其制备方法和用途

技术领域

本发明属于陶瓷添加剂领域，具体涉及一种陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂及其制备方法和用途。

背景技术

陶瓷减水剂是目前应用非常广泛的一种陶瓷添加剂，使用后可以使浆料的含水量尽可能少，又达到所要求的流动性。在陶瓷生产制造过程中，虽然用水量增大也能达到所要求的流动性，但是会使得陶瓷料浆悬浮性变差，且不稳定易沉降。因此使用优良的减水剂能使陶瓷料浆的流动性增加，也能使料浆的稳定性增加。

目前陶瓷行业常用的普通减水剂大多是一些无机盐或者无机盐与有机小分子的复配物。裴新美等使用腐植酸钠、三聚磷酸钠作为减水剂，当腐植酸钠的加入量为0.6-0.8%时，陶瓷料浆的粘度达到最低；当三聚磷酸钠添加量为0.2-0.4%时减水效果最好，但是添加量大于0.4时，会明显出现聚沉现象。曹文华等使用腐殖酸钠-硅酸钠复配物作为减水剂，减水剂掺量为0.5%，料浆含水率在38-39%之间，才达到所要求的流动性。无机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率低而且添加量较大。并且无机减水剂的解凝范围窄，用量过多又会使得料浆聚沉，稳定性下降。

发明内容

为了克服现有的无机减水剂解凝范围窄、用量多、易使料浆稳定性下降易聚沉等缺陷，本发明的首要目的在于提供一种低掺量、减水率高且悬浮性好的陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂，该减水剂解凝范围宽、料浆稳定、流动性好。

本发明的另一目的在于提供上述的陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述的陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂的用途。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂，其结构如下式所示：

上式中，a为60-180，b为5-30，c为5-30，M为Na⁺或NH₄ ⁺。

上述的陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂的制备方法，包括以下步骤：

将丙烯酸、马来酸酐、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸溶于蒸馏水中形成混合溶液，调节混合溶液的pH值为7-8，加入无机类链转移剂后加热升温至80-100℃，滴加引发剂，反应3-5小时得到陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂，产品为淡黄色粘稠性液体，无刺激性气味。

所述的丙烯酸占单体总质量的50-80%；

所述的马来酸酐占单体总质量的6.7-13.0%；

所述的2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸占单体总质量的13-37%；

混合溶液中，单体的总质量百分比浓度为33-43%；

所述的无机类链转移剂为亚硫酸氢钠、亚磷酸氢钠或次磷酸钠中的一种，优选亚磷酸氢钠；所述的无机类链转移剂的用量占单体总质量的6-16%；

所述的引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾；所述引发剂的用量占单体总质量的0.7-1.4%；

所述的单体包括丙烯酸、马来酸酐和2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸。

上述的陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂可以应用于陶瓷工业中。

本发明的高分子减水剂具有分子结构可变的优点，在实际应用中可以根据不同的原料来调节分子结构。通过调节分子量大小来达到最佳的空间位阻作用，通过改变亲水基和疏水基位置、含量，使得高分子的亲水基与料浆颗粒很好的吸附，而疏水基伸展在介质中形成憎水保护膜，并且置换出被阳离子吸附的水分子，从而达到减水的目的。因此，本发明的高分子减水剂用量少、解凝范围宽、料浆稳定、流动性好。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明的陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂，合成条件温和，合成工艺简单，对设备要求低，能耗低。

2、本发明的合成方法中不引入有机溶剂，后处理工序简单。

3、本发明制备的高分子减水剂，在添加量低的条件下，陶瓷料浆流动性良好，能满足陶瓷生产加工的要求。陶瓷减水剂添加量范围在0.1-0.3%之间时，涂4杯测定的初始流动时间为35.2-38.1s。

4、本发明制备的高分子减水剂高具有高减水率的优点，不仅可以使料浆的含水率在30%以下，而且还可以保持良好的流动性。

5、本发明制备的减水剂具有解凝范围宽的优点。陶瓷减水剂添加量范围在0.2-1.4%之间时，陶瓷料浆不会出现聚沉现象，流动性良好。

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

一种陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂，由以下方法制备得到：

称取158g丙烯酸、52g2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸与19.5g马来酸酐加入到三口烧瓶中，用300g蒸馏水进行溶解后，滴加质量分数为50%的氢氧化钠溶液使得混合液的pH值为7，加入36.7g链转移剂亚硫酸氢钠，不断搅拌升温，当升温至80℃时，将2.98g过硫酸铵用蒸馏水溶解后倒入恒压滴液漏斗中缓慢滴加到三口烧瓶中，恒温反应3h后，得到高分子减水剂。

所得高分子减水剂经分离提纯后，用KBr压片的方法测定其红外光谱图，IR(KBr)(wavenumber，cm^-1):3436(-OH)，

2946(-CH₂),1660(C=O),1568,1458(-COO^-),1191，1047(S=O),628(S-O);以氘代水为溶剂进行氢谱分析，得到制备的高分子减水剂的氢谱数据H-NMR,δ(400MHz，D₂O，ppm):δ=1.46-1.66,核磁峰的积分面积为9.8；δ=1.46,核磁峰的积分面积为3；δ=2.03-2.10，核磁峰的积分面积为5.7；δ=3.44,核磁峰的积分面积为1。因此所得的高分子的结构式如下：

性能测试

将质量占陶瓷粘土干重0.25%的本实施例减水剂和86g水搅拌混合均匀后，加入到200g陶瓷粘土中，用行星式快速球磨机球磨3min后，用涂-4杯测量泥浆的初始流动时间。

高效减水剂的添加量为陶瓷粘土干重的0.25%，料浆含水率30%，初始净浆流动时间为40.4s；当减水剂的添加量为1.4%时，初始净浆流动时间41.5s，没有发生明显的聚沉现象，流动性好。与腐殖酸钠-硅酸钠复合减水剂（含水率39%，添加量0.5%）相比，添加量更低，减水率更高，流动性更好。

实施例2

一种陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂，由以下方法制备得到：

称取168g丙烯酸、28g2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸与14g马来酸酐加入到三口烧瓶中，用300g蒸馏水进行溶解后，滴加质量分数为40%的氢氧化钠溶液使得混合液的pH值为8，加入25.2g链转移剂亚硫酸氢钠，不断搅拌升温，当升温至100℃时，将2.98g过硫酸铵用蒸馏水溶解后倒入恒压滴液漏斗中缓慢滴加到三口烧瓶中，恒温反应4h后，得到高分子减水剂。

所得高分子减水剂经分离提纯后，用KBr压片的方法测定其红外光谱图，IR(KBr)(wavenumber，cm^-1):3439(-OH)，

2944(-CH₂),1660(C=O),1565,1460(-COO^-),1190，1049(S=O),630(S-O);以氘代水为溶剂进行氢谱分析，得到制备的高分子减水剂的氢谱数据H-NMR,δ(400MHz，D₂O，ppm):δ=1.46-1.66,核磁峰的积分面积为18.2；δ=1.46,核磁峰的积分面积为3；δ=2.03-2.10，核磁峰的积分面积为10.1；δ=3.44,核磁峰的积分面积为1。因此所得的高分子的结构式如下：

性能测试

测试方法同实施例1。高效减水剂的添加量为陶瓷粘土干重的0.25%，料浆含水率30%，初始净浆流动时间为43.2s；当减水剂的添加量为1.4%时，初始净浆流动时间44.1s，没有发生明显的聚沉现象，流动性好。与腐殖酸钠-硅酸钠复合减水剂（含水率39%，添加量0.5%）相比，添加量更低，减水率更高，流动性更好。

实施例3

一种陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂，由以下方法制备得到：

称取160g丙烯酸、40g2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸与20g马来酸酐加入到三口烧瓶中，用400g蒸馏水进行溶解后，滴加质量分数为40%的氢氧化钠溶液使得混合液的pH值为8，加入22g链转移剂亚硫酸氢钠，不断搅拌升温，当升温至80℃时，将1.98g过硫酸铵用蒸馏水溶解后倒入恒压滴液漏斗中缓慢滴加到三口烧瓶中，恒温反应5h后，得到高分子减水剂。

所得高分子减水剂经分离提纯后，用KBr压片的方法测定其红外光谱图，IR(KBr)(wavenumber，cm^-1):3437(-OH)，

2946(-CH₂),1660(C=O),1567,1462(-COO^-),1190，1048(S=O),629(S-O);以氘代水为溶剂进行氢谱分析，得到制备的高分子减水剂的氢谱数据H-NMR,δ(400MHz，D₂O，ppm):δ=1.46-1.66,核磁峰的积分面积为12.4；δ=1.46,核磁峰的积分面积为3；δ=2.03-2.10，核磁峰的积分面积为7.2；δ=3.44,核磁峰的积分面积为1。因此所得的高分子的结构式如下：

性能测试

测试方法同实施例1。高效减水剂的添加量为陶瓷粘土干重的0.25%，料浆含水率30%，初始净浆流动时间为35.2s；当减水剂的添加量为1.4%时，初始净浆流动时间36.0s，没有发生明显的聚沉现象，流动性好。与腐殖酸钠-硅酸钠复合减水剂（含水率39%，添加量0.5%）相比，添加量更低，减水率更高，流动性更好。

实施例4

一种陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂，由以下方法制备得到：

称取160g丙烯酸、48g2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸与16g马来酸酐加入到三口烧瓶中，用300g蒸馏水进行溶解后，滴加质量分数为40%的氢氧化钠溶液使得混合液的pH值为8，加入13.44g链转移剂亚硫酸氢钠，不断搅拌升温，当升温至80℃时，将1.57g过硫酸铵用蒸馏水溶解后倒入恒压滴液漏斗中缓慢滴加到三口烧瓶中，恒温反应4h后，得到高分子减水剂。

所得高分子减水剂经分离提纯后，用KBr压片的方法测定其红外光谱图，IR(KBr)(wavenumber，cm^-1):3438(-OH)，

29454(-CH₂),1660(C=O),1565,1460(-COO^-),1190，1047(S=O),628(S-O);以氘代水为溶剂进行氢谱分析，得到制备的高分子减水剂的氢谱数据H-NMR,δ(400MHz，D₂O，ppm):δ=1.46-1.66,核磁峰的积分面积为10.5；δ=1.46,核磁峰的积分面积为3；δ=2.03-2.10，核磁峰的积分面积为5.6；δ=3.44,核磁峰的积分面积为1。因此所得的高分子的结构式如下：

性能测试

测试方法同实施例1。高效减水剂的添加量为陶瓷粘土干重的0.25%，料浆含水率30%，初始净浆流动时间为37.4s；当减水剂的添加量为1.4%时，初始净浆流动时间38.3s，没有发生明显的聚沉现象，流动性好。与腐殖酸钠-硅酸钠复合减水剂（含水率39%，添加量0.5%）相比，添加量更低，减水率更高，流动性更好。

实施例5

一种陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂，由以下方法制备得到：

称取120g丙烯酸、60g2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸与18g马来酸酐加入到三口烧瓶中，用400g蒸馏水进行溶解后，滴加质量分数为30%的氢氧化钠溶液使得混合液的pH值为7，加入23.8g链转移剂亚硫酸氢钠，不断搅拌升温，当升温至100℃时，将2.2g过硫酸铵用蒸馏水溶解后倒入恒压滴液漏斗中缓慢滴加到三口烧瓶中，恒温反应3h后，得到高分子减水剂。

所得高分子减水剂经分离提纯后，用KBr压片的方法测定其红外光谱图，IR(KBr)(wavenumber，cm^-1):3439(—OH)，2944(—CH₂),1660(C=O),1565,1460(—COO^-),1190，1049(S=O),630(S—O);以氘代水为溶剂进行氢谱分析，得到制备的高分子减水剂的氢谱数据H-NMR,δ(400MHz，D₂O，ppm):δ=1.46-1.66,核磁峰的积分面积为6.8；δ=1.46,核磁峰的积分面积为3；δ=2.03-2.10，核磁峰的积分面积为4.1；δ=3.44,核磁峰的积分面积为1。因此所得的高分子的结构式如下：

性能测试

测试方法同实施例1。高效减水剂的添加量为陶瓷粘土干重的0.25%，料浆含水率30%，初始净浆流动时间为38.9s；当减水剂的添加量为1.4%时，初始净浆流动时间39.5s，没有发生明显的聚沉现象，流动性好。与腐殖酸钠-硅酸钠复合减水剂（含水率39%，添加量0.5%）相比，添加量更低，减水率更高，流动性更好。

实施例6

一种陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂，由以下方法制备得到：

称取96g丙烯酸、72g2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸与25.2g马来酸酐加入到三口烧瓶中，用400g蒸馏水进行溶解后，滴加质量分数为30%的氢氧化钠溶液使得混合液的pH值为7，加入25.5g链转移剂亚硫酸氢钠，不断搅拌升温，当升温至80℃时，将2.34g过硫酸铵用蒸馏水溶解后倒入恒压滴液漏斗中缓慢滴加到三口烧瓶中，恒温反应3h后，得到高分子减水剂。

所得高分子减水剂经分离提纯后，用KBr压片的方法测定其红外光谱图，IR(KBr)(wavenumber，cm^-1):3439(-OH)，2947(-CH₂),1660(C=O),1565,1460(-COO^-),1191，1049(S=O),630(S-O);以氘代水为溶剂进行氢谱分析，得到制备的高分子减水剂的氢谱数据H-NMR,δ(400MHz，D₂O，ppm):δ=1.46-1.66,核磁峰的积分面积为4.8；δ=1.46,核磁峰的积分面积为3；δ=2.03-2.10，核磁峰的积分面积为3.2；δ=3.44,核磁峰的积分面积为1。因此所得的高分子的结构式如下：

性能测试：

测试方法同实施例1。高效减水剂的添加量为陶瓷粘土干重的0.25%，料浆含水率30%，初始净浆流动时间为37.3s；当减水剂的添加量为1.4%时，初始净浆流动时间37.9s，没有发生明显的聚沉现象，流动性好。与腐殖酸钠-硅酸钠复合减水剂（含水率39%，添加量0.5%）相比，添加量更低，减水率更高，流动性更好。

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

1.一种陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂，其特征在于结构如下式所示：

上式中，a为60-180，b为5-30，c为5-30，M为Na⁺或NH₄ ⁺。

2.权利要求1所述的陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

将丙烯酸、马来酸酐、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸溶于蒸馏水中形成混合溶液，调节混合溶液的pH值为7-8，加入无机类链转移剂后加热升温至80-100℃，滴加引发剂，反应3-5小时得到陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂；

所述的丙烯酸占单体总质量的50-80％；

所述的马来酸酐占单体总质量的6.7-13.0％；

所述的2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸占单体总质量的13-37％。

3.根据权利要求2所述的陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂的制备方法，其特征在于：所述的混合溶液中，单体的总质量百分比浓度为33-43％。

4.根据权利要求2所述的陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂的制备方法，其特征在于：所述的无机类链转移剂为亚硫酸氢钠、亚磷酸氢钠或次磷酸钠中的一种。

5.根据权利要求2所述的陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂的制备方法，其特征在于：所述的无机类链转移剂为亚磷酸氢钠。

6.根据权利要求2所述的陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂的制备方法，其特征在于：所述的无机类链转移剂的用量占单体总质量的6-16％。

7.根据权利要求2所述的陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂的制备方法，其特征在于：所述的引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。

8.根据权利要求2所述的陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂的制备方法，其特征在于：所述引发剂的用量占单体总质量的0.7-1.4％。

9.权利要求1所述的陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂在陶瓷工业中的应用。