一种具有增强作用的N-羟甲基丙烯酰胺共聚物陶瓷减水剂的制备方法

摘要

本发明涉及一种具有增强作用的N-羟甲基丙烯酰胺共聚物陶瓷减水剂，其分子结构中包括锚固链段和溶剂化链段，锚固链段由N-羟甲基丙烯酰胺的共聚物组成，溶剂化链段由衣康酸钠的共聚物组成；所述的共聚物陶瓷减水剂数均相对分子量为5000～20000；本发明还提供一种具有增强作用的N-羟甲基丙烯酰胺共聚物陶瓷减水剂的制备方法。本发明主要利用N-羟甲基丙烯酰胺共聚物中重复单元“羟甲基酰胺”大大增加了坯体颗粒之间的毛细管力、坯体颗粒与聚合物间的氢键作用力；且共聚物分子量适宜，在发挥增强坯体抗折强度的同时，亦可保持陶瓷浆料具有较佳的流速。本发明制得的共聚物陶瓷减水剂广泛用在陶瓷坯料研磨、制浆和成型过程中。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有增强作用的N-羟甲基丙烯酰胺共聚物陶瓷减水剂的制备方法，属于陶瓷减水剂制备技术领域。

背景技术

陶瓷添加剂是在陶瓷工业生产中为满足工艺要求和性能需要所添加的助剂的通称。陶瓷添加剂的应用和对各种新型添加剂的开发已成为陶瓷工业发展的一个重要部分。按照陶瓷添加剂的功能可将陶瓷添加剂分为减水剂、增强剂、增塑剂、黏合剂、润湿剂、除泡剂、防腐剂、抗沉淀剂、矿化剂及其它添加剂。其中陶瓷减水剂、增强剂广泛用于陶瓷工业的造泥、磨浆、制釉等工艺过程。

陶瓷减水剂亦称解胶剂、分散剂，其作用是改善陶瓷料浆和釉料的流动性，使料浆和釉料在含水率较低的情况下，达到较高的分散效果和要求的流动性；减水剂一般具有助磨作用；同时，还能减少陶瓷料浆和釉层的干燥和烧结时间，降低生产成本。由于优质陶土的不可再生性，陶瓷工业不得不开始使用含瘠性料较多的粘土，用来生产各种陶瓷产品，然而由于劣质粘土的先天不足性，造成生产出来的产品普遍存在裂纹、断角、缺边等等缺陷，成品率较低，陶瓷增强剂即为解决此问题而得到推广和应用的。

陶瓷减水剂包括无机陶瓷减水剂、有机小分子陶瓷减水剂、高分子陶瓷减水剂及其复配减水剂。其中高分子陶瓷减水剂由于疏水基、亲水基的位置、大小及数量可调，分子结构可呈梳状、多支链化等，因此高分子陶瓷减水剂对分散微粒表面覆盖及包封效果要比无机陶瓷减水剂强得多、分散体系更稳定、分散体系适应性更加广泛，且高分子陶瓷减水剂在干燥和烧结过程中易分 解挥发，不会引入杂质而降低陶瓷质量。因此高分子陶瓷减水剂已经成为很有前途的一类高效减水剂。陶瓷增强剂以天然高分子和合成增强剂为主，包括可溶性淀粉、羧甲基纤维素、聚乙烯蜡、长链脂肪酸酯等；具有足够链长的高分子聚合物可在陶瓷颗粒之间架桥，产生交联作用而形成不规则网状结构，并形成凝聚，将陶瓷颗粒紧紧包裹，从而增加了坯体强度。

然而，陶瓷企业在添加减水剂的同时必须要添加增强剂，达到要求的陶瓷品质，陶瓷行业对功能更加齐全的陶瓷添加剂的需求更加急迫。

中国专利号CN201410372549.3公开了一种高效陶瓷减水剂，具有更高的减水和分散效果；对陶瓷土料具有一定的助磨作用；对陶瓷素坯具有明显的增强效果，在陶瓷制备过程中可减少助磨剂和增强剂的使用。

中国专利号CN201410419165.2公开了一种环糊精接枝共聚物型陶瓷减水剂及其制备方法；由于环糊精特殊的分子结构，所制备的减水剂具有非常好的减水和分散效果，并且对陶瓷还具有增强的效果。

但从上述专利可以看出，现行具有增强作用陶瓷减水剂仅能减少陶瓷增强剂的使用，而不能完全替代；即使某些减水剂具有一定的增强效果，但需要使用价格较高的环糊精等材料，且制备过程复杂。

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具有增强作用的N-羟甲基丙烯酰胺共聚物陶瓷减水剂。

本发明的另一目的在于提供一种具有增强作用的N-羟甲基丙烯酰胺共聚物陶瓷减水剂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述具有增强作用的N-羟甲基丙烯酰胺共聚物陶瓷减水剂的应用。

本发明合成原理：在引发剂(过硫酸铵等)和链转移剂(次磷酸钠)的作用下，N-羟甲基丙烯酰胺与衣康酸钠在水溶液中发生共聚合反应，如下所示：

本发明N-羟甲基丙烯酰胺共聚物的减水和分散作用机理，主要是分散稳定体系的静电位阻稳定机制发挥作用。静电位阻稳定稳定理论最早是由Shaw在《胶体和表面化学导论》一书中提出的，该理论认为固体颗粒表面吸附一层带电荷的聚合物分子层，带电的聚合物分子层既通过本身的电荷排斥周围粒子，又通过位阻效应来防止布朗运动的粒子之间的碰撞，产生复合稳定作用，因此静电位阻稳定机制可获得更佳的稳定效果；当粒子间的距离较大时，双电层产生斥力，以静电稳定机制为主；当粒子间距离较小时，空间位阻阻碍粒子间的相互靠近，以空间位阻稳定机制为主。因此，静电位阻稳定机制包含有两种稳定机制以实现粘土颗粒在水介质中的稳定分散。

本发明N-羟甲基丙烯酰胺共聚物减水剂具有两种稳定作用机制，较为符合静电位阻稳定机理。高分子聚电解质的锚固基团能够吸附在固体颗粒表面，而其溶剂化链在水介质中充分伸展形成空间位阻层，阻碍颗粒的碰撞团聚和重力沉淀；由于静电位阻稳定机制的分散效果比静电稳定机制、空间位阻稳定机制的分散效果更好。

本发明N-羟甲基丙烯酰胺共聚物的增强作用机理，主要是因N-羟甲 基丙烯酰胺共聚物中重复单元“羟甲基酰胺”大大增加了坯体颗粒之间的毛细管力、坯体颗粒与聚合物间的氢键作用力；且由于本发明分子量适宜，在发挥增强坯体抗折强度的同时，亦可保持陶瓷浆料具有较佳的流速。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

1、一种具有增强作用的N-羟甲基丙烯酰胺共聚物陶瓷减水剂基本结构如下所示：

2、式中，m:n为1:0.5～1:0.1；共聚物数均相对分子量为5000～20000；本发明在合成过程中反应单体N-羟甲基丙烯酰胺的质量份数为100，衣康酸的质量份数为11～54。

3、本发明提出一种具有增强作用的N-羟甲基丙烯酰胺共聚物陶瓷减水剂的制备方法，包括以下步骤：

a、将摩尔比为1：2的衣康酸和碱加入到水中溶解，得到混合液Ⅰ；其中，所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水，优选氢氧化钠溶液；且碱溶液中碱的摩尔数(物质的量)为衣康酸的2倍；

b、将N-羟甲基丙烯酰胺、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；其中，所述的链转移剂为是亚硫酸钠、次磷酸钠、亚硫酸氢钠的一种，优选次磷酸钠，添加质量份数为1～5；

c、加热混合液Ⅱ至60～90℃，将引发剂的水溶液滴加到混合液Ⅱ中，反应2～4小时，得到混合液Ⅲ；其中，所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过氧化氢的一种，优选过硫酸铵；且引发剂的质量份数为0.2～4；

d、在混合液Ⅲ中加入链终止剂溶液，停止加热，在搅拌条件下冷却，即得一种具有增强作用的N-羟甲基丙烯酰胺共聚物陶瓷减水剂；其中，所述的链中止剂为亚硫酸钠、次磷酸钠、亚硫酸氢钠的一种，优选次磷酸钠，且添加质量份数为0.5～3。

本发明制得的一种具有增强作用的N-羟甲基丙烯酰胺共聚物陶瓷减水剂在陶瓷坯料研磨、制浆和成型过程中应用。

具体实施方式

下面结合实施例与附图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：

a、将11g衣康酸、含有8g NaOH加入到水中溶解，转移至搅拌反应器中，开动搅拌，得到混合液Ⅰ；

b、将100g N-羟甲基丙烯酰胺、10g 10％亚硫酸铵溶液加入到上述混合液Ⅰ中，搅拌充分溶解，得到混合液Ⅱ；

c、加热混合液Ⅱ至60℃，将2g 10％过硫酸铵的水溶液滴加到混合液Ⅱ中，反应4h，得到混合液Ⅲ；

d、在混合液Ⅲ中加入5g 10％亚硫酸钠溶液，停止加热，在搅拌条件下冷却至室温，停止搅拌即制得一种具有增强作用的N-羟甲基丙烯酰胺共聚物陶瓷减水剂。

实施例2：

a、将54g衣康酸、28gKOH加入到水中溶解，转移至搅拌反应器中，开动搅拌，得到混合液Ⅰ；

b、将100g N-羟甲基丙烯酰胺、50g 10％次磷酸钠溶液加入到上述混合液Ⅰ中，搅拌充分溶解，得到混合液Ⅱ；

c、加热混合液Ⅱ至90℃，将40g 10％过硫酸钾的水溶液滴加到混合液Ⅱ中，反应2h，得到混合液Ⅲ；

d、在混合液Ⅲ中加入30g 10％次磷酸钠溶液，停止加热，在搅拌条件下冷却至室温，停止搅拌即制得一种具有增强作用的N-羟甲基丙烯酰胺共聚物陶瓷减水剂。

实施例3：

a、将22g衣康酸、56g 25％氨水加入到水中溶解，得到混合液Ⅰ；

b、将100g N-羟甲基丙烯酰胺、30g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；

c、加热混合液Ⅱ至80℃，将45g 30％g过氧化氢溶液的水溶液滴加到混合液Ⅱ中，反应3h，得到混合液Ⅲ；

d、在混合液Ⅲ中加入20g 10％亚硫酸氢钠溶液，停止加热，在搅拌条件下冷却至室温，停止搅拌即制得一种具有增强作用的N-羟甲基丙烯酰胺共聚物陶瓷减水剂。

尽管本发明已作了详细说明并引证了实施例，但对于本领域的普通技术人员，显然可以按照上述说明而做出的各种方案、修改和改动，都应该包括在权利要求的范围之内。