CN105859945B - 一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂的制备方法 - Google Patents

一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明的一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂，即在引发剂和链转移剂的作用下，醋酸乙烯酯与丙烯酸发生自由基聚合反应，当加入碱处理时共聚物的部分酯键水解，制得一种丙烯酸、醋酸乙烯酯改性聚乙烯醇共聚物的陶瓷坯体增强剂；本发明的共聚物交联型陶瓷坯体增强剂，具有较好的分散性能，加入到陶瓷料浆体系中不会增加浆料粘度；在坯体浆料成型的过程中，由于在碱性条件下完全水解成丙烯酸与乙烯醇共聚物，共聚物中的羟基与生坯中颗粒发生氢键结合，使坯体内部颗粒成网状结构，大幅度增加了坯体的生坯强度、干燥强度、施釉强度。在保持聚乙烯醇原有的粘合性、分散性和降粘性的同时，大大提高了陶瓷坯体的强度，具有广阔的应用前景。

Description

一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂的制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷坯体增强剂技术领域，具体涉及一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂的制备方法。
背景技术
陶瓷在提高人们生活质量的同时，给能源、环境资源带来了重大负担--陶瓷生产的主要原料优质粘土资源日益枯竭。由于优质粘土的不可再生性，在陶瓷的生产过程中，优质粘土逐渐减少、瘠性料较多的粘土所占比例逐渐增加，导致了陶瓷坯体干燥强度下降，裂纹、断角、缺边等诸多缺陷严重，以至于成品率严重降低，影响陶瓷生产。寻找或制造新原料替代或部分替代优质粘土在陶瓷中的使用成为陶瓷行业的重要任务。目前国内陶瓷生产中常用的增强剂有羧甲基纤维素、聚乙烯醇等，但加入这些增强剂会增大坯体料浆的粘度，给陶瓷生产带来了极大不便。
中国专利号CN201410834890.6公开了一种丙烯酰胺接枝玉米淀粉陶瓷增强剂及其制备方法和应用，以淀粉为主要合成原料，来源广、无污染，相对其它增强剂更加清洁、绿色；克服了天然淀粉加工性能差、低温时难分散且渗透能力差，以及聚丙烯酰胺价格偏高、残留单体的污染、使用受各种条件限制等缺点。
中国专利号CN201210033695.4公开了一种陶瓷坯体增强剂，按陶瓷坯料干基质量的0.2～0.5％加入上述的增强剂，搅拌均匀后即可进入下一步制备工序。本发明的增强剂可以大幅度提高坯体的抗折强度，改善坯体粒裂；增加粉料的流动性，提高粉体的结合性能；对坯体的烧成无任何不良影响；对解决 坯体裂纹、边角易损等缺陷有明显效果；还可以提高坯体在窑炉内的干燥速度、烧成速度，从而缩短烧成时间，提高产能。
中国专利号CN201310332474.1公开一种具备坯体增强效果的复合陶瓷稀释剂及其使用方法，包括对无机、小分子有机减水剂以及表面活性剂和聚羧酸聚合物的选择，以及对以上各种物质添加量的优化，将上述原料按照一定的配比进行复合，并通过球磨将建陶土料以及复合陶瓷稀释剂混合均匀，对陶瓷料浆起到稀释作用的同时可提高坯体强度。
但是现行增强剂仍存在影响泥浆流动性、产生针孔黑心现象等生产问题，增加了陶瓷生产之成本，同时降低了成品率。市场上急需一款对泥浆流动性无不良影响，同时可大大提高坯体抗折强度的产品。
发明内容
为克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂。
本发明的另一目的在于提供上述一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂的制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂在陶瓷坯体制造过程中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂基本结构如下所示：
其中m：n为1:2～1:0.2，n:p为2:1～6：1；共聚物陶瓷减水剂数均相对分子量为2000～50000。
本发明提供一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂的制备方法，包括以下步骤：
a、将100份(以质量计)醋酸乙烯酯、42～420份丙烯酸加入到反应器中，加入50～500份乙醇并搅拌，使单体完全溶解均匀，得到混合液Ⅰ；
b、将1～20份链转移剂加入到上述混合液Ⅰ中，搅拌充分溶解，得到混合液Ⅱ，加热混合液Ⅱ至60～90℃；
c、将0.5～20份引发剂溶解于水中，并将该溶液滴加到混合液Ⅱ中，60～90℃反应2～4h，得到混合液Ⅲ；
d、在混合液Ⅲ中加入5～10份链终止剂，同时加入碱溶液调节体系pH至7～8，停止加热，在搅拌条件下冷却，即得一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂。
上述制备过程中，所述的链转移剂为亚硫酸钠、次磷酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或几种的组合，优选为次磷酸钠；所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化氢中的一种或几种的组合，优选为过硫酸铵；所述链终止剂为亚硫酸钠、次磷酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或几种的组合，优选为次磷酸钠；所述的碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水溶液中的一种或几种的组合，优选 为氢氧化钠溶液。
本发明还提供一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂的使用方法，陶瓷坯料球磨欲出球前，按陶瓷坯料干基质量的0.2～0.6％加入该新型高效陶瓷坯体增强剂，待球磨完成以后，即可直接进入下一步制备工序。
本发明一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂合成原理：在引发剂和链转移剂的作用下，醋酸乙烯酯与丙烯酸发生自由基聚合反应，当加入碱处理时共聚物的部分酯键水解，得丙烯酸、醋酸乙烯酯改性聚乙烯醇共聚物，如下所示：
本发明一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂，加入到陶瓷料浆中不会增加浆料粘度，在浆料干燥成型后又能对陶瓷坯体产生较强增强作用，其作用原理如下：
本发明一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂为丙烯酸、醋酸乙烯酯共聚物，共聚物具有较好的分散性能，对陶瓷坯体料浆具有一定分散能力，因而加入到陶瓷料浆体系中不会增加浆料粘度。在坯体浆料成型的过 程中，由于体系水分逐渐挥发，碱性会逐渐增强，本发明在碱性条件下完全水解成丙烯酸与乙烯醇共聚物；共聚物中的羟基与生坯中颗粒发生氢键结合，使坯体内部颗粒成网状结构，大幅度增加了坯体的生坯强度、干燥强度、施釉强度。在保持聚乙烯醇原有的粘合性、分散性和降粘性的同时，大大提高了陶瓷坯体的强度，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
实施例1
a、将100份(以质量计)醋酸乙烯酯、42份丙烯酸加入到反应器中，加入50份乙醇并搅拌，使单体完全溶解均匀，得到混合液Ⅰ；
b、将1份次磷酸钠加入到上述混合液Ⅰ中，搅拌充分溶解，得到混合液Ⅱ，加热混合液Ⅱ至90℃；
c、将0.5份过硫酸铵溶解于水中，并将该溶液滴加到混合液Ⅱ中，90℃反应4h，得到混合液Ⅲ；
d、在混合液Ⅲ中加入5份次磷酸钠，同时加入氢氧化钠溶液调节体系pH至7，停止加热，在搅拌条件下冷却，即得一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂。
实验室测试，在陶瓷标准配方土料浆中加入0.4％本发明的增强剂，料浆粘度未发生变化。
向“长方体型”模具(长50cm、宽3cm，磨具中中间有两个向内的小三角形)里注入上述料浆成型，通过与未加增强剂的料浆比较生坯的开裂情况，说明增强效果；试验发现加有0.4％该增强剂料浆成型后的素坯3h后无裂纹，12h后裂纹长7.1cm；同样条件下未加增强剂料浆成型后，0.5h后有裂纹，3h后裂纹长6.2cm
陶瓷生产线测试，在陶瓷坯料球磨欲出球前，按陶瓷坯料干基质量的0.2％加入本发明的增强剂，待球磨完成以后，进入下一步制备工序；经测试，陶瓷生坯强度增加45％。
实施例2
a、将100份(以质量计)醋酸乙烯酯、420份丙烯酸加入到反应器中，加入500份乙醇并搅拌，使单体完全溶解均匀，得到混合液Ⅰ；
b、将20份亚硫酸钠加入到上述混合液Ⅰ中，搅拌充分溶解，得到混合液Ⅱ，加热混合液Ⅱ至60℃；
c、将20份过硫酸钾溶解于水中，并将该溶液滴加到混合液Ⅱ中，60℃反应2h，得到混合液Ⅲ；
d、在混合液Ⅲ中加入10份亚硫酸钠，同时加入氨水溶液调节体系pH至7，停止加热，在搅拌条件下冷却，即得一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂。
实验室测试，在陶瓷标准配方土料浆中加入0.3％本发明的增强剂，料浆粘度未发生变化。
向“长方体型”模具(长50cm、宽3cm，磨具中中间有两个向内的小三角形)里注入上述料浆成型，通过与未加本发明增强剂的料浆比较生坯的开裂情况，说明增强效果；试验发现加有0.3％该增强剂料浆成型后的素坯3h后无裂纹，12h后裂纹长8.3cm；同样条件下未加增强剂料浆成型后，0.5h后有裂纹，3h后裂纹长6.4cm
陶瓷生产线测试，在陶瓷坯料球磨欲出球前，按陶瓷坯料干基质量的0.2％加入本发明的增强剂，待球磨完成以后，进入下一步制备工序；经测试，陶瓷生坯强度增加35％。
实施例3
a、将100份(以质量计)醋酸乙烯酯、200份丙烯酸加入到反应器中，加入300份乙醇并搅拌，使单体完全溶解均匀，得到混合液Ⅰ；
b、将8份亚硫酸氢钠加入到上述混合液Ⅰ中，搅拌充分溶解，得到混合液Ⅱ，加热混合液Ⅱ至80℃；
c、将3份过硫酸铵溶解于水中，并将该溶液滴加到混合液Ⅱ中，80℃反应3.5h，得到混合液Ⅲ；
d、在混合液Ⅲ中加入8份次磷酸钠，同时加入氢氧化钾溶液调节体系pH至8，停止加热，在搅拌条件下冷却，即得一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂。
实验室测试，在陶瓷标准配方土料浆中加入0.5％本发明的增强剂，料浆粘度未发生变化。
向“长方体型”模具(长50cm、宽3cm，磨具中中间有两个向内的小三角形)里注入上述料浆成型，通过与未加本发明增强剂的料浆比较生坯的开裂情况，说明增强效果；试验发现加有0.5％该增强剂料浆成型后的素坯3h后无裂纹，12h后裂纹长5.6cm；同样条件下未加增强剂料浆成型后，0.5h后有裂纹，3小时后裂纹长6.2cm
陶瓷生产线测试，在陶瓷坯料球磨欲出球前，按陶瓷坯料干基质量的0.2％加入本发明的增强剂，待球磨完成以后，进入下一步制备工序；经测试，陶瓷生坯强度增加50％。

Claims (4)

1.一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂，其特征在于：所述的改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂，在引发剂和链转移剂的作用下，由醋酸乙烯酯与丙烯酸发生自由基聚合反应，加碱部分水解而得；其分子结构式如下所示：
其中，所述的丙烯酸与醋酸乙烯酯的摩尔比m:n＝1:2～1:0.2；n:p＝2:1～6:1；所述的共聚物陶瓷坯体增强剂数均相对分子量为2000～50000。
2.一种根据权利要求1所述的改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、按重量份计，将100份醋酸乙烯酯、42～420份丙烯酸加入到反应器中，加入50～500份乙醇并搅拌，使单体完全溶解均匀，得到混合液Ⅰ；
b、将1～20份链转移剂加入到混合液Ⅰ中，搅拌充分溶解，得到混合液Ⅱ，加热混合液Ⅱ至60～90℃；
c、将0.5～20份引发剂溶解于水中，并将该引发剂溶液滴加到混合液Ⅱ中，在60～90℃反应2～4h，得到混合液Ⅲ；
d、在混合液Ⅲ中加入5～10份链终止剂，同时加入碱溶液调节pH至7～8，停止加热，在搅拌下冷却，得所述的改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂。
3.根据权利要求2所述的改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂，其特征在于：所述的链转移剂为亚硫酸钠、次磷酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或几种的组合；所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化氢中的一种或几种的组合；所述的链终止剂为亚硫酸钠、次磷酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或几种的组合；所述的碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水溶液中的一种或几种的组合。
4.根据据权利要求2所述的改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂，其特征在于：所述的链转移剂为次磷酸钠；所述的引发剂为过硫酸铵；所述的链终止剂为次磷酸钠；所述的碱溶液为氢氧化钠。
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