CN104725002B - 用高醇解度聚醋酸乙烯酯改良β石膏用于制造陶瓷餐具模具 - Google Patents
用高醇解度聚醋酸乙烯酯改良β石膏用于制造陶瓷餐具模具 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了用高醇解度聚醋酸乙烯酯改良β石膏用于制造陶瓷餐具模具的方法。β石膏强度差但价廉且吸水性能好，因此石膏陶瓷餐具模具一直选用强度高但价高的α石膏与之配合使用，本发明将少量醇解度为80％‑95％的聚醋酸乙烯酯，加入β石膏中制作陶瓷餐具模具，在不明显降低甚至提高β石膏良好吸水性能的同时，还提高陶瓷餐具模具石膏强度，进而有助于提高陶瓷餐具模具的使用次数和生产效率，并降低生产成本。参考文献：【1】.Singh N B，Middendorf B.Calcium sulphate hemihydrate hydration leading to gypsum crystallization.Prog Cryst Growth Ch，2007，53(1)：57‑77【2】.GB/T1640‑1992，陶瓷模用石膏粉物理性能测试方法，1993【3】.GB/T 12010.2‑2010，塑料‑聚乙烯醇材料(PVAL).第2部分：性能测定.2010。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种用高醇解度聚醋酸乙烯酯改良β石膏用于制造陶瓷餐具模具，属于日用陶瓷技术领域。
【背景技术】
随着陶瓷工业逐步向机械化自动化生产方向的发展，国内对石膏陶瓷餐具模具的需求量越来越多，质量要求也更高。由于制备石膏陶瓷餐具模具时，实际用水量远远大于理论水化需水量，而致使石膏陶瓷餐具模具强度低、易破损、质量差、使用寿命短这一致命的弱点越来越突出。目前，国内石膏陶瓷餐具模具的平均使用次数为100-200次，而国外则可以达到300-500次左右。
目前所用的陶瓷餐具模具石膏粉主要有α石膏及β石膏，且α石膏价格相比于β石膏价格要贵。由于α石膏具有强度高、吸水率差，而β石膏具有强度低、吸水率高的特点，因此目前使用的石膏多为α、β混合石膏(质量比α∶β＝4∶6)；与此同时，也增加了混合工艺，对质量的控制也更严格，从而增加了成本。Singh等的研究表明1，大分子添加剂可以改变β石膏的晶型，使絮状的β半水石膏晶型，转变成棱柱型晶型，这提示大分子的加入有可能能够起到提高β石膏机械强度的作用，可能可以用改性后的β石膏替代传统使用的α、β混合石膏。因此，如果能够通过大分子添加剂改性β石膏，在不降低β石膏吸水性或降低程度可以容忍的前提下提高石膏强度，那将提高陶瓷餐具模具使用次数并减少α、β预混合工艺、降低生产成本。但是，迄今为止，针对石膏陶瓷餐具模具专用的外加剂并不是很多，传统的大分子添加剂对石膏增强效果并不是很好，或增强但降低吸水性，或提高吸水性但降低陶瓷餐具模具强度。此外，β石膏虽然吸水性良好，但所需水膏比在0.70以上， 模具生产效率低；而大分子添加剂的减水作用可以缓解这一缺陷。
本发明用一种高醇解度聚醋酸乙烯酯改性β石膏，其中留有部分醋酸乙烯酯以调节大分子的支化度、水溶性，调控材料的网络结构，将少量高聚醋酸乙烯酯添加到β石膏中后，可以替代传统使用的α、β混合石膏，降低成本；在不明显降低甚至提高β石膏良好吸水性能的同时，还提高陶瓷餐具模具石膏强度，提高陶瓷餐具模具的使用效率、降低水膏比和生产成本。
【发明内容】
[要解决的技术问题]
本发明的目的是提供一种用高醇解度聚醋酸乙烯酯来提高β石膏陶瓷餐具模具性能的方法，该方法所用原料易得，工艺简单，操作方便。
[技术方案]
本发明是通过下述技术方案实现的：将一定醇解度的聚醋酸乙烯酯(优选85％-99％)，以石膏质量的0.05％-0.2％(优选0.1％-0.15％)加入铸模所需水中配制成溶液，需水量以水膏比(推荐使用0.60-0.75，本领域技术人员可以通过后续陶瓷泥料的技术特征来自行确定)计算。将此溶液在缓慢搅拌下在2-3min内加入β石膏中，再放置1-3min后再制成石膏陶瓷餐具模具试件，终凝后拆模，室温下存放8小时，45℃养护40-48小时后(至含水量为15％-20％)用于泥料成型，可同时测试陶瓷餐具模具使用次数(以模具边缘变形不超过2mm为限)；陶瓷餐具(碗、杯、碟)的泥料制坯成型时间为10-15分钟。对于强度和吸水性能数据测定，则将模具烘干至恒重后测量石膏试件强度、吸水性能。本领域技术人员可根据所用陶瓷泥料的特点来自行调节制坯成型时间。
石膏试件强度测定参照GBT1640-1992，陶瓷模用石膏粉物理性能测试方法2，吸水率的测定如下：将测完抗折强度后剩下的另一半块石膏试件称重(M1)，然 后浸没入水中(水面约高出石膏试件上端2cm左右)，放置10min(本领域科计人员可以按照实际制坯时间加以调整)，取出，用湿抹布拭去试件表面多余的水，称重(M2)并计算吸水率。计算公式如下：
本发明所述的高醇解度聚醋酸乙烯酯的醇解度为80％-99％(优选85％-99％)，可以通过以下技术方法获得：150mL 0.2g/mL聚醋酸乙烯酯的乙醇溶液和5mL的NaOH水溶液(1mol/L)于60℃下反应0.5-1小时，分别得到不同醇解度的产品(测定方法参见GB/T12010.2-2010，塑料-聚乙烯醇材料(PVAL).第2部分：性能测定.20103)，反应体系为破碎的凝胶颗粒。反应结束后经离心、乙醇洗涤、过滤、烘干后分别得到不同醇解度的颗粒状产品。本领域技术人员可以通过对催化剂浓度、反应温度和反应时间来自行调节反应条件，也可以将NaOH替换成KOH。对搅拌速度没有特定要求，推荐采用600rpm以获得该条件下合适的产品颗粒度；本领域技术人员可以通过有限次实验自行确定转速以获得想要的颗粒度，但是产品颗粒度对本发明的使用情况不产生明显影响。
[有益效果]
本发明用少量高聚醋酸乙烯酯添加到β石膏中后，可以替代传统使用的α、β混合石膏，降低成本；在不明显降低甚至提高β石膏良好吸水性能的同时，还提高陶瓷餐具模具石膏强度，提高陶瓷餐具模具的使用效率、降低水膏比和生产成本。
【具体实施方式】
下面结合具体的实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
实施例一：
将醇解度为80％，分子量为5×104的聚醋酸乙烯酯，以石膏质量的0.1％掺量加入到按水膏比为0.65计算所需的需水量中配制成溶液，将此溶液在缓慢搅拌下在2min内加入β石膏中，再放置1min后再制成石膏陶瓷餐具模具试件，终凝后拆模，室温下存放8小时，45℃养护48小时后用于泥料成型，可同时测试陶瓷餐具模具使用次数(以模具边缘变形不超过2mm为限)；陶瓷餐具(碗、杯、碟)的泥料制坯成型时间为10分钟。对于强度和吸水性能数据测定，则将模具烘干至恒重后测量石膏试件强度、吸水性能。相对于空白样石膏试件(抗折强度为6.56MPa，抗压强度21.56MPa，吸水率为27.01)，掺有聚醋酸乙烯酯的石膏试件(抗折强度为7.64MPa，抗压强度25.46MPa，吸水率为27.14)，其抗折强度增大了16.55％，抗压强度为18.10％，吸水率基本不变。用此改性石膏制作的陶瓷餐具模具，其使用次数由原来的140-160次提高到305-320次。
实施例二
将醇解度为91％，分子量为8×104的聚醋酸乙烯酯，以石膏质量的0.09％掺量加入到按水膏比为0.65计算所需的需水量中配制成溶液，将此溶液在缓慢搅拌下在2min内加入β石膏中，再放置2min后再制成石膏陶瓷餐具模具试件，终凝后拆模，室温下存放8小时，45℃养护48小时后用于泥料成型，可同时测试陶瓷餐具模具使用次数(以模具边缘变形不超过2mm为限)；陶瓷餐具(碗、杯、碟)的泥料制坯成型时间为12分钟。对于强度和吸水性能数据测定，则将模具烘干至恒重后测量石膏试件强度、吸水性能。相对于空白样石膏试件(抗折强度为6.56MPa，抗压强度21.56MPa，吸水率为27.01)，掺有聚醋酸乙烯酯的石膏试件(抗折强度为7.28MPa，抗压强度15.76MPa，吸水率为27.73)，其抗折强度增大了11.09％，抗压强度为4.0％，吸水率提高了2.68％。用此改性石膏制作的陶瓷餐具 模具，其使用次数由原来的140-160次提高到295-315次。
实施例三
将醇解度为94％，分子量为6×104的聚醋酸乙烯酯，以石膏质量的0.15％掺量加入到按水膏比为0.65计算所需的需水量中配制成溶液，将此溶液在缓慢搅拌下在2min内加入β石膏中，再放置3min后再制成石膏陶瓷餐具模具试件，终凝后拆模，室温下存放8小时，45℃养护45小时后用于泥料成型，可同时测试陶瓷餐具模具使用次数(以模具边缘变形不超过2mm为限)；陶瓷餐具(碗、杯、碟)的泥料制坯成型时间为12分钟。对于强度和吸水性能数据测定，则将模具烘干至恒重后测量石膏试件强度、吸水性能。相对于空白样石膏试件(抗折强度为6.56MPa，抗压强度21.56MPa，吸水率为27.01)，掺有聚醋酸乙烯酯的石膏试件(抗折强度为7.36MPa，抗压强度23.20MPa，吸水率为27.25)，其抗折强度增大了12.25％，抗压强度为7.61％，吸水率提高了0.8％，基本持平。用此改性石膏制作的陶瓷餐具模具，其使用次数由原来的140-160次提高到300-320次。
实施例四
将醇解度为99％，分子量为4×104的聚醋酸乙烯酯，以石膏质量的0.08％掺量加入到按水膏比为0.65计算所需的需水量中配制成溶液，将此溶液在缓慢搅拌下在3min内加入β石膏中，再放置1min后再制成石膏陶瓷餐具模具试件，终凝后拆模，室温下存放8小时，45℃养护45小时后用于泥料成型，可同时测试陶瓷餐具模具使用次数(以模具边缘变形不超过2mm为限)；陶瓷餐具(碗、杯、碟)的泥料制坯成型时间为10分钟。对于强度和吸水性能数据测定，则将模具烘干至恒重后测量石膏试件强度、吸水性能。相对于空白样石膏试件(抗折强度为6.56 MPa，抗压强度21.56MPa，吸水率为27.01)，掺有聚醋酸乙烯酯的石膏试件(抗折强度为7.11MPa，抗压强度23.85MPa，吸水率为26.96)，其抗折强度增大了8.4％，抗压强度为10.63％，吸水率基本持平。用此改性石膏制作的陶瓷餐具模具，其使用次数由原来的140-160次提高到295-325次。
实施例五
将醇解度为93％，分子量为8.7×104的聚醋酸乙烯酯，以石膏质量的0.2％掺量加入到按水膏比为0.6计算所需的需水量中配制成溶液，将此溶液在缓慢搅拌下在2min内加入β石膏中，再放置2min后再制成石膏陶瓷餐具模具试件，终凝后拆模，室温下存放8小时，45℃养护48小时后用于泥料成型，可同时测试陶瓷餐具模具使用次数(以模具边缘变形不超过2mm为限)；陶瓷餐具(碗、杯、碟)的泥料制坯成型时间为10分钟。对于强度和吸水性能数据测定，则将模具烘干至恒重后测量石膏试件强度、吸水性能。相对于空白样石膏试件(抗折强度为7.81MPa，抗压强度24.46MPa，吸水率为23.75)，掺有聚醋酸乙烯酯的石膏试件(抗折强度为8.75MPa，抗压强度25.44MPa，吸水率为24.22)，其抗折强度增大了12％，抗压强度为4％，吸水率增大0.2％，基本持平。用此改性石膏制作的陶瓷餐具模具，其使用次数由原来的180-190次提高到340-360次。
实施例六
将醇解度为89％，分子量为9.2×104的聚醋酸乙烯酯，以石膏质量的0.1％掺量加入到按水膏比为0.65计算所需的需水量中配制成溶液，将此溶液在缓慢搅拌下在3min内加入β石膏中，再放置1min后再制成石膏陶瓷餐具模具试件，终凝后拆模，室温下存放8小时，45℃养护40小时后用于泥料成型，可同时测试陶瓷 餐具模具使用次数(以模具边缘变形不超过2mm为限)；陶瓷餐具(碗、杯、碟)的泥料制坯成型时间为12分钟。对于强度和吸水性能数据测定，则将模具烘干至恒重后测量石膏试件强度、吸水性能。相对于空白样石膏试件(抗折强度为6.56MPa，抗压强度21.56MPa，吸水率为27.01)，掺有聚醋酸乙烯酯的石膏试件(抗折强度为7.80MPa，抗压强度23.28MPa，吸水率为27.67)，其抗折强度增大了19％，抗压强度为8％，吸水率提高2.4％。用此改性石膏制作的陶瓷餐具模具，其使用次数由原来的140-160次提高到300-315次。
实施例七
将醇解度为94％，分子量为7.48×104的聚醋酸乙烯酯，以石膏质量的0.12％掺量加入到按水膏比为0.75计算所需的需水量中配制成溶液，将此溶液在缓慢搅拌下在2min内加入β石膏中，再放置3min后再制成石膏陶瓷餐具模具试件，终凝后拆模，室温下存放8小时，45℃养护42小时后用于泥料成型，可同时测试陶瓷餐具模具使用次数(以模具边缘变形不超过2mm为限)；陶瓷餐具(碗、杯、碟)的泥料制坯成型时间为10分钟。对于强度和吸水性能数据测定，则将模具烘干至恒重后测量石膏试件强度、吸水性能。相对于空白样石膏试件(抗折强度为5.53MPa，抗压强度11.58MPa，吸水率为35.74)，掺有聚醋酸乙烯酯的石膏试件(抗折强度为7.63MPa，抗压强度12.40MPa，吸水率为35.48)，其抗折强度增大了38％，抗压强度为7％，吸水率基本持平。用此改性石膏制作的陶瓷餐具模具，其使用次数由原来的100-120次提高到310-330次。
实施例八
将醇解度为95％，分子量为10.56×104的聚醋酸乙烯酯，以石膏质量的0.16％ 掺量加入到按水膏比为0.6计算所需的需水量中配制成溶液，将此溶液在缓慢搅拌下在2min内加入β石膏中，再放置2min后再制成石膏陶瓷餐具模具试件，终凝后拆模，室温下存放8小时，45℃养护48小时后用于泥料成型，可同时测试陶瓷餐具模具使用次数(以模具边缘变形不超过2mm为限)；陶瓷餐具(碗、杯、碟)的泥料制坯成型时间为12分钟。对于强度和吸水性能数据测定，则将模具烘干至恒重后测量石膏试件强度、吸水性能。相对于空白样石膏试件(抗折强度为7.81MPa，抗压强度24.46MPa，吸水率为23.75)，掺有聚醋酸乙烯酯的石膏试件(抗折强度为9.53MPa，抗压强度25.44MPa，吸水率为24.70)，其抗折强度增大了22％，抗压强度为4％，吸水率增大4％。用此改性石膏制作的陶瓷餐具模具，其使用次数由原来的180-190次提高到360-380次。
实施例九
将醇解度为87％，分子量为11×104的聚醋酸乙烯酯，以石膏质量的0.13％掺量加入到按水膏比为0.6计算所需的需水量中配制成溶液，将此溶液在缓慢搅拌下在2min内加入β石膏中，再放置3min后再制成石膏陶瓷餐具模具试件，终凝后拆模，室温下存放8小时，45℃养护40小时后用于泥料成型，可同时测试陶瓷餐具模具使用次数(以模具边缘变形不超过2mm为限)；陶瓷餐具(碗、杯、碟)的泥料制坯成型时间为15分钟。对于强度和吸水性能数据测定，则将模具烘干至恒重后测量石膏试件强度、吸水性能。相对于空白样石膏试件(抗折强度为7.81MPa，抗压强度24.46MPa，吸水率为23.75)，掺有聚醋酸乙烯酯的石膏试件(抗折强度为8.51MPa，抗压强度26.53MPa，吸水率为23.94)，其抗折强度增大了9％，抗压强度为13.17％，吸水率增大0.80％。用此改性石膏制作的陶瓷餐具模具，其使用次数由原来的180-190次提高到350-365次。
Claims (9)
1.一种用高醇解度聚醋酸乙烯酯改良的β石膏制造陶瓷餐具模具的方法，其特征在于：将高醇解度聚醋酸乙烯酯，加入β石膏中以替代传统使用的α、β混合石膏来制作陶瓷餐具模具；在不明显降低甚至提高β石膏良好吸水性能的同时，提高陶瓷餐具模具石膏强度，进而有助于提高陶瓷餐具模具的使用次数和生产效率，降低水膏比和生产成本；以β石膏质量计，所述的高醇解度聚醋酸乙烯酯用于β石膏陶瓷餐具模具的掺量为0.01％-0.2％；所述的高醇解度聚醋酸乙烯酯的醇解度为80％-95％。
2.根据权利要求1所述的用高醇解度聚醋酸乙烯酯改良的β石膏制造陶瓷餐具模具的方法，其特征在于：将一定醇解度的聚醋酸乙烯酯以一定掺量加入铸模所需水中配制成溶液，需水量以实际水膏比计算；将所述溶液在缓慢搅拌下在2-3min内加入β石膏中，放置1-3min后制成石膏陶瓷餐具模具试件，终凝后拆模，室温下存放8小时，45℃养护40-48小时后用于陶瓷餐具的泥料制坯成型；陶瓷餐具的泥料制坯成型时间为10-15分钟。
3.根据权利要求1所述的用高醇解度聚醋酸乙烯酯改良的β石膏制造陶瓷餐具模具的方法，其特征在于：所述的高醇解度聚醋酸乙烯酯采用以下方法制备：150mL的0.2g/mL聚醋酸乙烯酯的乙醇溶液和5mL的1mol/L NaOH水溶液于60℃下搅拌反应0.5-1小时，搅拌速度为600rpm，得到不同醇解度的凝胶颗粒产品，反应结束后经离心、乙醇洗涤、过滤、烘干后分别得到不同醇解度的颗粒状产品。
4.根据权利要求1所述的用高醇解度聚醋酸乙烯酯改良的β石膏制造陶瓷餐具模具的方法，其特征在于：所述的高醇解度聚醋酸乙烯酯的分子量范围为3×104-15×104。
5.根据权利要求1所述的用高醇解度聚醋酸乙烯酯改良的β石膏制造陶瓷 餐具模具的方法，其特征在于：所述的高醇解度聚醋酸乙烯酯的分子量范围为8×104-11×104。
6.根据权利要求1所述的用高醇解度聚醋酸乙烯酯改良的β石膏制造陶瓷餐具模具的方法，其特征在于：以β石膏质量计，所述的高醇解度聚醋酸乙烯酯用于β石膏陶瓷餐具模具的掺量为0.1％-0.15％。
7.根据权利要求2所述的用高醇解度聚醋酸乙烯酯改良的β石膏制造陶瓷餐具模具的方法，其特征在于：所述的水膏比为0.60-0.75。
8.根据权利要求2所述的用高醇解度聚醋酸乙烯酯改良的β石膏制造陶瓷餐具模具的方法，其特征在于：所述的水膏比为0.65。
9.根据权利要求1-8任一所述的方法制备的陶瓷餐具模具。
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