CN111393133B - 一种基于硅酸盐体系的可塑性好的坯体增强剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于硅酸盐体系的可塑性好的坯体增强剂，包括如下重量份的组分：反应性微凝胶10份‑20份；羧甲基纤维素钠1份‑5份；乙二胺四乙酸钠1份‑5份；气相氧化铝1‑3份；硅酸钠5份‑15份；氟硅酸钠0.1份‑1份。本发明的增强剂采用反应性微凝胶、羧甲基纤维素钠、乙二胺四乙酸钠、气相氧化铝、硅酸钠、氟硅酸钠等材料复配而成，大部分材料易溶于水，分散性好，硅酸钠与氟硅酸钠的配合，可与阳离子具有很好的交换性，反应性微凝胶属于微米级的凝胶颗粒，具有分子内交联结构，可有效地将粘土之间的结合，形成良好的可塑泥团，在不影响泥浆性能的情况下，又能大大增强陶瓷坯体强度。

Description

一种基于硅酸盐体系的可塑性好的坯体增强剂
技术领域
本发明涉及陶瓷工业技术领域，尤其涉及一种基于硅酸盐体系的可塑性好的坯体增强剂。
背景技术
陶瓷制品是属于形状复杂，尺寸和质量均较大的制品，需要消耗大量的矿产资源和燃料。陶瓷制品的壁厚越厚，质量越大，原料及能源消耗量也越大，生产成本也就越高。近十年来，我国的陶瓷行业一直以两位数的速度在增长，陶瓷在美化人们生活环境，提高人们生活品质方面起到了不可替代的作用，但同时也给能源、环境造成了巨大的负担。为了降低生产成本，降低劳动强度，提高劳动效率，节约有限的矿产资源，燃料能源，研制薄壁轻量化的陶瓷产品，是陶瓷行业可持续发展的必然要求。
粘土是建筑陶瓷生产中的主要原料之一，除了提供建筑陶瓷需要的成分，更重要的是提供可塑性赋予坯体的成型性能。但粘土会使配方烧失量增大，既制约着烧成周期的缩短，同时又增加了烟气排放量，给建筑陶瓷的环保生产带来了较大的压力。粘土之所以作为陶瓷制品的主要原料，是由于其具有可塑性和烧结性。可塑性原料的矿物成分主要是指黏土矿物，它们均属层状构造的硅酸盐，其颗粒一般属显微粒度以下(10<u m)，并具有一定可塑性的矿物，如高岭土，膨润土，多水高岭土，瓷土等。可塑性原料在生产过程中主要起塑化跟结合作用，并它赋予坯料可塑性和注浆成形性能，保证成瓷前干坯强度及烧后的各种使用性能，如机械强度，热稳定性，化学稳定性等等，它们是成形后能够进行的基础，也是成瓷基础。
由于粘土的不可再生性，陶瓷行业不得不使用含有瘠性料较多的粘土，用来生产各种陶瓷产品，然而由于材料的先天不足性，又要保证坯料的流动性和可塑性，再加上陶瓷制品的薄型化，造成生产出来的产品有裂纹、缺角、缺边等缺陷，陶瓷坯体在壁厚减薄之后，断裂负荷会迅速下降，变形度会明显增大。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于硅酸盐体系的可塑性好的坯体增强剂，解决上述的传统问题，其具有组分简单，使用效果好。
本发明采用如下技术方案实现：
本发明提供一种基于硅酸盐体系的可塑性好的坯体增强剂，其包括如下重量份的组分：
反应性微凝胶10份-20份；
羧甲基纤维素钠1份-5份；
乙二胺四乙酸钠1份-5份；
气相氧化铝1-3份；
硅酸钠5份-15份；
氟硅酸钠0.1份-1份。
进一步的，该基于硅酸盐体系的可塑性好的坯体增强剂，包括如下重量份的组分：
反应性微凝胶12份-15份；
羧甲基纤维素钠3份-5份；
乙二胺四乙酸钠3份-5份；
气相氧化铝2-3份；
硅酸钠10份-15份；
氟硅酸钠0.1份-1份。
进一步的，所述反应性微凝胶为软质反应性微凝胶。
进一步的，所述反应性微凝胶包括如下重量份的组分：丙烯酸单体20份-40份；N,N-亚甲基双丙烯酰胺1份-5份；聚氧乙烯辛基苯酚醚-105份-10份；磺化琥珀酸二辛酯钠0.1份-1份；碳酸氢钠5份-10份；油酸山梨醇酯0.1份-1份；聚氧乙烯山梨糖醇酐单硬脂酸酯0.1份-1份；过硫酸铵0.1份-1份；去离子水30份-60份。
进一步的，所述反应性微凝胶包括如下制备步骤：将N，N-亚甲基双丙烯酰胺、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、丙烯酸单体、去离子水依次加入到反应器中，用高速乳化机预乳化20min-40 min，形成第一混合液；
将油酸山梨醇酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐单硬脂酸酯、磺化琥珀酸二辛酯钠、碳酸氢钠、去离子水依次加入到烧瓶中，搅拌并升温至80℃-100℃，形成第二混合液；
将第二混合液缓慢地滴入第一混合液内，进行乳化混合1h-2h，形成第三混合液；
向第三混合液中滴入过硫酸铵和去离子水，控制在2h-3h内加完，待物料全部加完，再保温反应0.5h -1.5h，冷却至室温，过滤，烘干，磨粉，过筛，出料，即得反应性微凝胶。
进一步的，所述丙烯酸单体与所述聚氧乙烯辛基苯酚醚-10的质量比为1-3:1。
进一步的，所述丙烯酸单体为丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中的一种或者多种组合。
进一步的，所述丙烯酸单体由质量比为1:2:3:1的丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯组成。
进一步的，所述气相氧化铝的粒径范围为10nm~50nm，比表面积≥230m2/g。
进一步的，所述硅酸钠与所述氟硅酸钠的质量比为4-8：1。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的增强剂采用反应性微凝胶、羧甲基纤维素钠、乙二胺四乙酸钠、气相氧化铝、硅酸钠、氟硅酸钠等材料复配而成，大部分材料易溶于水，分散性好，硅酸钠与氟硅酸钠的配合，可与阳离子具有很好的交换性，反应性微凝胶属于微米级的凝胶颗粒，具有分子内交联结构，可有效地将粘土之间的结合，形成良好的可塑泥团，在不影响泥浆性能的情况下，又能大大增强陶瓷坯体强度。
具体实施方式
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
本发明提供一种基于硅酸盐体系的可塑性好的坯体增强剂，包括如下重量份的组分：
反应性微凝胶10份-20份；
羧甲基纤维素钠1份-5份；
乙二胺四乙酸钠1份-5份；
气相氧化铝1-3份；
硅酸钠5份-15份；
氟硅酸钠0.1份-1份。
具体的，微凝胶是一种分子内交联的大分子，其分子结构介于支链大聚合物和空间网络聚合物之间，一个微凝胶颗粒即为一个大分子，这个大分子链被限定在一定区域内进行分子内交联而形成网状结构，在微凝胶颗粒之间不存在化学键。多功能性单体聚合形成微凝胶时，由于立体结构的因素，并非所有功能性基团都能参与网络的形成，残留的未反应的基团可进一步反应，形成具有非均相结构的网状聚合物即是反应性微凝胶。反应性微凝胶属于微米级的凝胶颗粒，是一种具有分子内交联结构的聚合物微粒。反应性微凝胶可以分为硬质反应性微凝胶和软质反应性微凝胶两类，硬质反应性微凝胶的交联密度较高，硬度也较高；相对于硬质反应性微凝胶，软质反应性微凝胶的交联密度较低，较柔软，趋向于线型聚合物。
微凝胶被加入到粘土中能有效地改善涂料的流变特性，使坯体具有良好的假塑性和触变性。反应性微凝胶是分子内交联的、致密的非均相网状聚合物，它的加入使粘土的粘性得以提高，而且反应性微凝胶加入坯体后，坯体在烧结的时候，反应性微凝胶中残余的双键在较高温度下可能与粘土或者增强剂中的活性基团发生交联反应，在坯体中形成了高强度的“石垣”结构，同时还可以通过氢键及极性基团间的相互作用力而产生诸多物理交联点，在粘土的分子间发生化学反应，使坯体具有很好的强度。
考虑到陶瓷坯体的壁厚减薄的原因，在本实施例中，反应性微凝胶采用软质反应性微凝胶，该反应性微凝胶包括如下重量份的组分：丙烯酸单体20份-40份；N,N-亚甲基双丙烯酰胺1份-5份；聚氧乙烯辛基苯酚醚-105份-10份；磺化琥珀酸二辛酯钠0.1份-1份；碳酸氢钠5份-10份；油酸山梨醇酯0.1份-1份；聚氧乙烯山梨糖醇酐单硬脂酸酯0.1份-1份；过硫酸铵0.1份-1份；去离子水30份-60份。
该反应性微凝胶包括如下制备步骤：将N，N-亚甲基双丙烯酰胺、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、丙烯酸单体、去离子水依次加入到反应器中，用高速乳化机预乳化20min-40 min，形成第一混合液；
将油酸山梨醇酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐单硬脂酸酯、磺化琥珀酸二辛酯钠、碳酸氢钠、去离子水依次加入到烧瓶中，搅拌并升温至80℃-100℃，形成第二混合液；
将第二混合液缓慢地滴入第一混合液内，进行乳化混合1h-2h，形成第三混合液；
向第三混合液中滴入过硫酸铵和去离子水，控制在2h-3h内加完，待物料全部加完，再保温反应0.5h -1.5h，冷却至室温，过滤，烘干，磨粉，过筛，出料，即得反应性微凝胶。
其中，所述丙烯酸单体与所述聚氧乙烯辛基苯酚醚-10的质量比为1-3:1。丙烯酸单体为丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯中的一种或者多种组合。优选的，丙烯酸单体由质量比为1:2:3:1的丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯组成。
气相氧化铝是由三氯化铝（AlCl3）的高温燃烧水解过程。在这个过程中三氯化铝转变为气相，然后与氢氧焰燃烧产物-水解反应，生成产物气相法纳米级三氧化二铝，减少静电荷产生、提高粉末的流动性、改善在挤出机中加工性、避免潮气吸收，延长贮藏稳定性、增加在底材上的流变性能和边角覆盖性。其中，气相氧化铝的粒径范围为10nm~50nm，比表面积≥230m2/g。
进一步的，硅酸钠与所述氟硅酸钠的质量比为4-8：1。
在另一实施例中，该基于硅酸盐体系的可塑性好的坯体增强剂，包括如下重量份的组分：
反应性微凝胶12份-15份；
羧甲基纤维素钠3份-5份；
乙二胺四乙酸钠3份-5份；
气相氧化铝2-3份；
硅酸钠10份-15份；
氟硅酸钠0.1份-1份。
上述的基于硅酸盐体系的可塑性好的胚体增强剂的制备方法为：将反应性微凝胶、羧甲基纤维素钠、乙二胺四乙酸钠、气相氧化铝、硅酸钠、氟硅酸钠采用干法混合均匀，即得胚体增强剂。
本发明的增强剂的使用方法，具体操作为：按陶瓷坯料的干料量的0.1%-0.3%与原料一起进行球磨，搅拌均匀后即可造粒使用。
以下是本发明具体的实施例，在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。
实施例1
将10份反应性微凝胶、1份羧甲基纤维素钠、1份乙二胺四乙酸钠、1份气相氧化铝、5份硅酸钠、0.1份氟硅酸钠放入混合机，搅拌均匀，搅拌时间1h，即得胚体增强剂。
其中，反应性微凝胶采用软质反应性微凝胶，反应性微凝胶包括如下重量份的组分：丙烯酸单体30份； N,N-亚甲基双丙烯酰胺2份；聚氧乙烯辛基苯酚醚-106份；磺化琥珀酸二辛酯钠0.1份；碳酸氢钠10份；油酸山梨醇酯0.1份；聚氧乙烯山梨糖醇酐单硬脂酸酯1份；过硫酸铵1份；去离子水60份。丙烯酸单体由质量比1:1的丙烯酸和甲基丙烯酸羟乙酯组成。
实施例2
实施例2与实施例1不同的是：该增强剂包括如下重量份的组分：15份反应性微凝胶、3份羧甲基纤维素钠、3份乙二胺四乙酸钠、2份气相氧化铝、10份硅酸钠、0.5份氟硅酸钠。
实施例3
实施例3与实施例1不同的是：该增强剂包括如下重量份的组分：20份反应性微凝胶、5份羧甲基纤维素钠、5份乙二胺四乙酸钠、3份气相氧化铝、15份硅酸钠、1份氟硅酸钠。
实施例4
实施例4与实施例1不同的是：该增强剂包括如下重量份的组分：12份反应性微凝胶、3份羧甲基纤维素钠、3份乙二胺四乙酸钠、2份气相氧化铝、10份硅酸钠、0.1份氟硅酸钠。
实施例5
实施例5与实施例1不同的是：该增强剂包括如下重量份的组分：13份反应性微凝胶、4份羧甲基纤维素钠、4份乙二胺四乙酸钠、2.5份气相氧化铝、12份硅酸钠、0.5份氟硅酸钠。
实施例6
实施例6与实施例1不同的是：该增强剂包括如下重量份的组分：15份反应性微凝胶、5份羧甲基纤维素钠、5份乙二胺四乙酸钠、3份气相氧化铝、15份硅酸钠、1份氟硅酸钠。
实施例7
实施例7与实施例1不同的是：该反应性微凝胶包括如下重量份的组分：丙烯酸单体30份；N,N-亚甲基双丙烯酰胺2份；聚氧乙烯辛基苯酚醚-10 10份；磺化琥珀酸二辛酯钠0.1份；碳酸氢钠10份；油酸山梨醇酯0.1份；聚氧乙烯山梨糖醇酐单硬脂酸酯1份；过硫酸铵1份；去离子水60份。
实施例8
实施例8与实施例7不同的是：丙烯酸单体由质量比为1:2:3:1的丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯组成。
实施例9
实施例9与实施例8不同的是：该增强剂包括如下重量份的组分：10份反应性微凝胶、1份羧甲基纤维素钠、1份乙二胺四乙酸钠、1份气相氧化铝、5份硅酸钠、1份氟硅酸钠。
以上实施例中，各材料不限于上述所述的组分，各材料还可以为本发明所记载的其它单个组分或者多种组分组成，并且各材料的组分份数不限于上述份数，各材料的组分份数还可以为本发明所记载的其它组分份数的组合，在此不再赘述。
对比例1
对比例1是一种增强剂，其与实施例9的区别在于，对比例1的原料未使用反应性微凝胶。
对比例2
对比例2是一种增强剂，其与实施例9的区别在于，对比例2的原料未使用气相氧化铝。
对比例3
对比例3是一种增强剂，其与实施例9的区别在于，对比例3的原料的反应性微凝胶是硬质反应性微凝胶。
性能测试：
（1）测试产品
实施例1-9和对比例1-3
（2）实验方法
按照本发明所提供的使用方法，按陶瓷坯料的干料量的0.1%与原料一起进行球磨，配置成料浆。
料浆流动性测试：将制备好的料浆倒入100ml涂-4杯中，静置3S后用秒表记录料浆完全流出所用的时间，控制料浆温度在25℃，取三次测量的平均值，即为料浆的流速。
生坯强度测试：将制备好的料浆在试验压机上以10MPa的压力成型，得到10mm×10mm×50mm的试验条，干燥后，用三点抗折仪测试试条的强度。
坯料可塑性测试：采用圆柱体压缩法，制得圆柱体试样备用，用KS-B数显式可塑性仪测量其可塑性。
（3）测试结果如下表1。
表1 测试结果
项目 生坯强度(MPa) 流动性（s） 可塑度
空白例 0.36 43.5 0.38
对比例1 0.57 42.5 0.43
对比例2 0.63 45.2 0.46
对比例3 1.09 47.1 0.56
实施例1 0.75 44.2 0.47
实施例2 0.82 44.4 0.48
实施例3 0.92 44.6 0.50
实施例4 0.81 44.3 0.47
实施例5 0.83 44.5 0.49
实施例6 0.91 44.6 0.49
实施例7 0.95 44.7 0.50
实施例8 0.98 44.8 0.51
实施例9 1.02 44.9 0.51
通过表1中数据可以看出，与对比例1-2相比，使用少量本发明的增强剂，可显著提高陶瓷坯体强度和可塑性，在增加坯料的强度的同时对浆料的流速影响小。与对比例3相比，本发明的增强剂原料使用软质反应性微凝胶比原料使用硬质反应性微凝胶的流动性好。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种基于硅酸盐体系的可塑性好的坯体增强剂，其特征在于，由以下重量份的组分组成：
反应性微凝胶10份-20份；
羧甲基纤维素钠1份-5份；
乙二胺四乙酸钠1份-5份；
气相氧化铝1-3份；
硅酸钠5份-15份；
氟硅酸钠0.1份-1份；
所述反应性微凝胶为软质反应性微凝胶；
所述反应性微凝胶包括如下重量份的组分：丙烯酸单体20份-40份；N,N-亚甲基双丙烯酰胺1份-5份；聚氧乙烯辛基苯酚醚-105份-10份；磺化琥珀酸二辛酯钠0.1份-1份；碳酸氢钠5份-10份；油酸山梨醇酯0.1份-1份；聚氧乙烯山梨糖醇酐单硬脂酸酯0.1份-1份；过硫酸铵0.1份-1份；去离子水30份-60份；所述丙烯酸单体由质量比为1:2:3:1的丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯组成。
2.根据权利要求1所述的基于硅酸盐体系的可塑性好的坯体增强剂，其特征在于，包括如下重量份的组分：
反应性微凝胶12份-15份；
羧甲基纤维素钠3份-5份；
乙二胺四乙酸钠3份-5份；
气相氧化铝2-3份；
硅酸钠10份-15份；
氟硅酸钠0.1份-1份。
3.根据权利要求1所述的基于硅酸盐体系的可塑性好的坯体增强剂，其特征在于，所述反应性微凝胶包括如下制备步骤：将N，N-亚甲基双丙烯酰胺、聚氧乙烯辛基苯酚醚-10、丙烯酸单体、去离子水依次加入到反应器中，用高速乳化机预乳化20min-40 min，形成第一混合液；
将油酸山梨醇酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐单硬脂酸酯、磺化琥珀酸二辛酯钠、碳酸氢钠、去离子水依次加入到烧瓶中，搅拌并升温至80℃-100℃，形成第二混合液；
将第二混合液缓慢地滴入第一混合液内，进行乳化混合1h-2h，形成第三混合液；
向第三混合液中滴入过硫酸铵和去离子水，控制在2h-3h内加完，待物料全部加完，再保温反应0.5h -1.5h，冷却至室温，过滤，烘干，磨粉，过筛，出料，即得反应性微凝胶。
4.根据权利要求3所述的基于硅酸盐体系的可塑性好的坯体增强剂，其特征在于，所述丙烯酸单体与所述聚氧乙烯辛基苯酚醚-10的质量比为1-3:1。
5.根据权利要求1所述的基于硅酸盐体系的可塑性好的坯体增强剂，其特征在于，所述气相氧化铝的粒径范围为10nm~50nm，比表面积≥230m2/g。
6.根据权利要求1所述的基于硅酸盐体系的可塑性好的坯体增强剂，其特征在于，所述硅酸钠与所述氟硅酸钠的质量比为4-8：1。
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Denomination of invention: A Plasticized Green Body Reinforcement Agent Based on Silicate System

Effective date of registration: 20230915

Granted publication date: 20230203

Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Foshan branch

Pledgor: FOSHAN SHANYOUHAI TECHNOLOGY CO.,LTD.

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