CN111393172B - 一种基于硅酸盐体系的无机坯体增强剂 - Google Patents

一种基于硅酸盐体系的无机坯体增强剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于硅酸盐体系的无机坯体增强剂，其包括如下重量份的组分：无机纳米氧化物粉末1‑3份；硫酸钠1份‑5份；硫酸铝1份‑5份；焦磷酸钠1份‑5份；硅酸钠5份‑15份；氟硅酸钠0.1份‑1份；硅酸镁锂盐0.1份‑1份。本发明的增强剂采用无机纳米氧化物粉末与无机盐复配而成，大部分材料易溶于水，且分散性好，加上硅酸钠、硅酸锂镁钠盐等物质，均与阳离子具有很好的交换性，使粘土具有较好的可塑性，并且本发明的增强剂烧结后，各物料均可转化为相对应的氧化物等物质，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无机坯体增强剂
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无机坯体增强剂。
背景技术
在陶瓷工业生产中，坯体的干燥强度是一个重要指标，对于产品的产品率和质量具有重要的影响，作为坯体的增强剂，在不影响坯体性能的前提下，应当是能够大大增强干坯强度，提高粉料流动性，并提高粉体的结合性。坯体增强剂可分为有机型瓷砖坯体增强剂，如PVA(聚乙烯醇)、CMC(羧甲基纤维素)、改性淀粉、聚丙烯酸钠、改性多糖、聚丙烯酸酯、木质素等等；无机型瓷砖坯体增强剂，如水玻璃、磷酸盐、膨润土、腐殖酸钠、木质素磺酸盐、碱木质素等等；还有有机-无机复合增强剂。
现有技术使用的坯体增强剂大多含有高分子类有机物，这类聚合物分子量较大，结构链较长，使得泥浆的流动性变差，加入量多时，泥浆的流动性愈加变差，需要加入解凝剂来降低泥浆的粘度，并减少泥浆的含水率，以降低喷雾塔造粒工序中干燥泥浆水分，所消耗的燃料。目前，所使用的有机增强剂还存着以下的问题，如CMC具有很强的保水性，难溶于水，需要通过乙二醇作为介质，才能溶解于水中，用量过多会造成泥浆流动性变差，影响泥浆的后续生产，如喷雾造粒、干燥等工序。木质素类增强剂使用过多会导致坯体烧失量过大，且难以在坯体氧化烧成阶段完全氧化，这样，残余的有机物会在釉面熔融后继续氧化，以致会有气体继续排出，从而导致瓷砖表面出现大量的气泡或者针孔等缺陷。
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无机坯体增强剂，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无机坯体增强剂，其包括如下重量份的组分：
无机纳米氧化物粉末1-3份；
硫酸钠1份-5份；
硫酸铝1份-5份；
焦磷酸钠1份-5份；
硅酸钠5份-15份；
氟硅酸钠0.1份-1份；
硅酸镁锂盐0.1份-1份。
进一步的，该基于硅酸盐体系的无机坯体增强剂包括如下重量份的组分：
无机纳米氧化物粉末1-2份；
硫酸钠1份-3份；
硫酸铝1份-3份；
焦磷酸钠1份-3份；
硅酸钠5份-10份；
氟硅酸钠0.1份-1份；
硅酸镁锂盐0.1份-1份。
进一步的，所述无机纳米氧化物粉末为气相二氧化钛、气相氧化铝、亲水性气相二氧化硅的混合物。
进一步的，所述气相二氧化钛、气相氧化铝、亲水性气相二氧化硅的质量比为1:1:1-4。
进一步的，所述气相二氧化钛的粒径范围为10nm～20nm。
进一步的，所述气相二氧化钛为气相二氧化钛P25。
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，所述亲水性气相二氧化硅的松堆积密度为200g/dm3～400g/dm3，孔隙体积为0.1cm3/g～1.0cm3/g，平均孔隙直径为5nm～45nm。
进一步的，所述硅酸钠与所述氟硅酸钠的质量比为4-8：1。
进一步的，所述硅酸钠与所述硅酸镁锂盐的质量比为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无机纳米氧化物粉末与无机盐复配而成，大部分材料易溶于水，且分散性好，加上硅酸钠、硅酸锂镁钠盐等物质，均与阳离子具有很好的交换性，使粘土具有较好的可塑性，并且本发明的增强剂烧结后，各物料均可转化为相对应的氧化物等物质，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无机坯体增强剂，包括如下重量份的组分：
无机纳米氧化物粉末1-3份；
硫酸钠1份-5份；
硫酸铝1份-5份；
焦磷酸钠1份-5份；
硅酸钠5份-15份；
氟硅酸钠0.1份-1份；
硅酸镁锂盐0.1份-1份。
具体的，无机纳米氧化物粉末为气相二氧化钛、气相氧化铝、亲水性气相二氧化硅的混合物。气相二氧化钛、气相氧化铝、亲水性气相二氧化硅的质量比为1:1:1-4。气相二氧化钛的粒径范围为10nm～20nm。气相二氧化钛为气相二氧化钛P25。气相氧化铝的粒径范围为10nm～50nm，比表面积≥230m2/g。亲水性气相二氧化硅的松堆积密度为200g/dm3～400g/dm3，孔隙体积为0.1cm3/g～1.0cm3/g，平均孔隙直径为5nm～45nm。
其中，气相二氧化钛是通过四氯化钛氢火焰燃烧得到。气相二氧化钛P25属于混晶型，锐钛矿和金红石的重量比大约为80/20，TiO2晶格内的缺陷密度，增大了载流子的浓度，使电子、空穴数量增加，使其具有更强的捕获在TiO2表面的溶液组份(水、氧气、有机物)的能力。
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。
亲水性气相二氧化硅，以四氯化硅、氧气(或空气)和氢气，高温下反应而成。亲水性气相二氧化硅表面的氢氧基团使其具有亲水性，基本颗粒的平均粒径大约为21nm，颗粒的大小和4g/cm3的密度使其具有50m2/g的特殊表面。
硅酸镁锂钠具有纳米微晶结构，在水中分散形成纳米无色透明触变性凝胶。硅酸镁锂凝胶的晶体结构单元是厚度以纳米计的微小薄片。小片的表面布满了可交换的阳离子，其中主要为Na+。当凝胶颗粒与水混合时，水与Na+接触被吸附到薄片的表面，将凝胶沿薄片撑开，这时颗粒迅速膨胀直至薄片分离。由于薄片层面带负电荷，端面带正电荷，分离后的薄片端面被吸引到另一薄片的层面，从而迅速形成三维空间的胶体结构，即卡片宫结构，使体系的粘度增大。
硅酸锂镁钠盐的制备过程为：以钠、镁和锂盐与硅酸钠在一定的速度和温度下混合，产生无定型沉淀物，再通过高温处理形成部分结晶体，所得产品经过滤，洗涤，干燥和碾磨得到细腻的白色粉末。
进一步的，硅酸钠与氟硅酸钠的质量比为4-8：1。硅酸钠与硅酸镁锂盐的质量比为4-8：1。
优选的，该基于硅酸盐体系的无机坯体增强剂包括如下重量份的组分：
无机纳米氧化物粉末1-2份；
硫酸钠1份-3份；
硫酸铝1份-3份；
焦磷酸钠1份-3份；
硅酸钠5份-10份；
氟硅酸钠0.1份-1份；
硅酸镁锂盐0.1份-1份。
上述的基于硅酸盐体系的无机坯体增强剂的制备方法包括如下步骤：将无机纳米氧化物粉末、硅酸镁锂盐与水混合，搅拌均匀形成分散液，再向分散液中依次加入硫酸钠、硫酸铝、焦磷酸钠、硅酸钠、氟硅酸钠，加热到80℃-120℃，恒温搅拌，然后喷雾干燥，即得无机坯体增强剂。
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。本发明的增强剂的加入量少，坯体强度有着显著的提高，在增加坯料的强度的同时对浆料的流速影响小，可代替粘土。
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
取1份无机纳米氧化物粉末、0.1份硅酸镁锂盐与水混合，搅拌均匀形成分散液，再向分散液中依次加入1份硫酸钠、1份硫酸铝、1份焦磷酸钠、5份硅酸钠、0.1份氟硅酸钠，加热到100℃，恒温搅拌，然后喷雾干燥，即得无机坯体增强剂。
其中，无机纳米氧化物粉末由质量比1:1:2的气相二氧化钛、气相氧化铝、亲水性气相二氧化硅复配而成。
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：2份无机纳米氧化物粉末、3份硫酸钠、3份硫酸铝、3份焦磷酸钠、10份硅酸钠、0.5份氟硅酸钠、0.5份硅酸镁锂盐。
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：3份无机纳米氧化物粉末、5份硫酸钠、5份硫酸铝、5份焦磷酸钠、15份硅酸钠、1份氟硅酸钠、1份硅酸镁锂盐。
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：该增强剂包括如下重量份的组分：2份无机纳米氧化物粉末、3份硫酸钠、3份硫酸铝、3份焦磷酸钠、10份硅酸钠、1份氟硅酸钠、1份硅酸镁锂盐。
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：该增强剂包括如下重量份的组分：1.5份无机纳米氧化物粉末、2份硫酸钠、2份硫酸铝、2份焦磷酸钠、8份硅酸钠、0.5份氟硅酸钠、0.5份硅酸镁锂盐。
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：该增强剂包括如下重量份的组分：2份无机纳米氧化物粉末、3份硫酸钠、3份硫酸铝、3份焦磷酸钠、5份硅酸钠、1份氟硅酸钠、1份硅酸镁锂盐。
实施例7
实施例7与实施例1不同的是：无机纳米氧化物粉末由质量比1:1:4的气相二氧化钛、气相氧化铝、亲水性气相二氧化硅复配而成。
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6的区别在于，对比例1的原料未使用无机纳米氧化物粉末。
对比例2
对比例1是一种增强剂，其与实施例7的区别在于，对比例1的原料未使用硅酸锂镁钠盐。
性能测试：
(1)测试产品
实施例1-7和对比例1-2
(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。
(3)测试结果如下表1。
表1测试结果
Figure BDA0002387007850000081
Figure BDA0002387007850000091
通过表1中数据可以看出，与对比例1和对比例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，在增加坯料的强度的同时对浆料的流速影响小。
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 (8)

1.一种基于硅酸盐体系的无机坯体增强剂，其特征在于，包括如下重量份的组分：
无机纳米氧化物粉末1-3份；
硫酸钠1份-5份；
硫酸铝1份-5份；
焦磷酸钠1份-5份；
硅酸钠5份-15份；
氟硅酸钠0.1份-1份；
硅酸镁锂钠盐0.1份-1份；
所述无机纳米氧化物粉末为气相二氧化钛、气相氧化铝、亲水性气相二氧化硅的混合物；所述气相二氧化钛、气相氧化铝、亲水性气相二氧化硅的质量比为1:1:1-4。
2.根据权利要求1所述的基于硅酸盐体系的无机坯体增强剂，其特征在于，包括如下重量份的组分：
无机纳米氧化物粉末1-2份；
硫酸钠1份-3份；
硫酸铝1份-3份；
焦磷酸钠1份-3份；
硅酸钠5份-10份；
氟硅酸钠0.1份-1份；
硅酸镁锂钠盐0.1份-1份。
3.根据权利要求1所述的基于硅酸盐体系的无机坯体增强剂，其特征在于，所述气相二氧化钛的粒径范围为10nm～20nm。
4.根据权利要求3所述的基于硅酸盐体系的无机坯体增强剂，其特征在于，所述气相二氧化钛为气相二氧化钛P25。
5.根据权利要求1所述的基于硅酸盐体系的无机坯体增强剂，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无机坯体增强剂，其特征在于，所述亲水性气相二氧化硅的松堆积密度为200g/dm3 ～400g/dm3 ，孔隙体积为0.1cm3 /g～1.0cm3 /g，平均孔隙直径为5nm～45nm。
7.根据权利要求1所述的基于硅酸盐体系的无机坯体增强剂，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。
8.根据权利要求1所述的基于硅酸盐体系的无机坯体增强剂，其特征在于，所述硅酸钠与所述硅酸镁锂钠盐的质量比为4-8：1。
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Denomination of invention: A Inorganic Body Strengthening Agent Based on Silicate System

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

Pledgor: FOSHAN SHANYOUHAI TECHNOLOGY CO.,LTD.

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