CN101838433A - 一种聚羧酸系复合型陶瓷减水剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚羧酸系复合型陶瓷减水剂的制备方法，是将马来酸酐、引发剂和水混合，升温，加入丙烯酸与无机类链转移剂的混合液；恒温反应，再加入无机盐淬灭剂，得到聚羧酸系减水剂主体即丙烯酸-马来酸酐共聚物；然后冷却到40～50℃后，用质量浓度为25～35％的NaOH溶液调节反应体系的pH值为7～8，得到聚羧酸盐类共聚物；再与无机盐复配后溶于水，制得聚羧酸系复合型陶瓷减水剂。本发明的反应条件温和，不需氮气保护；合成工艺简单，对设备要求低，能耗低，生产成本较低；本发明的复合减水剂添加到陶瓷浆料中，不仅料浆含水率在38％以下，触变性好，而且可以改善陶瓷产品的综合性能。

Description

一种聚羧酸系复合型陶瓷减水剂的制备方法

技术领域

本发明涉及减水剂领域，特别涉及一种聚羧酸系复合型陶瓷减水剂的制备方法。

背景技术

陶瓷减水剂作为一种添加剂，广泛用于陶瓷工业的造泥、磨浆、制釉等工艺过程。陶瓷减水剂的应用直接关系到陶瓷成品成本的降低、产品质量的提高及性能的改进。

目前，国内外研究较多的聚羧酸系减水剂主要应用于水泥行业，而在陶瓷生产方面应用较少。现已处于实验室研发阶段的聚羧酸系减水剂应用于陶瓷泥浆中，仍存在减水率低、体系稳定性及相容性不太好等问题。因此，合成成本低廉、减水效果好且综合性能优良的聚羧酸剂减水剂，成为陶瓷行业亟待解决的难题。

国内应用比较广泛的复合型减水剂品种主要是传统型无机盐类陶瓷减水剂，此类减水剂虽然在某些粘土料中的应用效果比较好，但是针对全国各个地区粘土成分差异很大的现状及实验结果来看，传统无机复合型减水剂对不同产地的原料适应性差，而且其减水效果与综合性能并不能满足现代陶瓷厂家的需求。鉴于生产成本的原因，有机大分子类陶瓷减水剂的研究仍处于研究阶段，暂时没有实现工业化。然而，本发明的聚羧酸系复合型陶瓷减水剂在成本较低的前提下，不仅对陶瓷原料的适应范围广，而且流动性能良好，泥浆的综合性能相对传统陶瓷减水剂有很大的改善。其减水效果与综合性能优良主要是由于采用具有一定长度的大分子结构作主链、带有一定极性侧链的聚羧酸系钠盐与原本具有一定减水性能的无机盐复配，这种组合体系不仅能够更好的吸附在粘土料浆颗粒上，而且还能够利用离子置换的原理，将粘土料中固有的水合阳离子吸附的自由水释放出来，使可供体系流动的自由水量增加，从而体系具有更好的流动性及综合性能，促使进一步满足陶瓷行业的高性能需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种性能稳定、环境友好、成本低、工艺简单的聚羧酸系复合型陶瓷减水剂的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种聚羧酸系复合型陶瓷减水剂的制备方法，包括下述步骤：

(1)将马来酸酐、引发剂和水混合，升温至80～90℃，加入丙烯酸与无机类链转移剂的混合液；然后在90～100℃下恒温反应1～3小时，再加入无机盐淬灭剂，继续反应1～2小时，得到聚羧酸系减水剂主体即丙烯酸-马来酸酐共聚物；

(2)将所述丙烯酸-马来酸酐共聚物冷却到40～50℃后，用质量浓度为25～35％的NaOH溶液调节反应体系的pH值为7～8，得到聚羧酸盐类共聚物；

(3)所述聚羧酸盐类共聚物与无机盐复配后溶于水，调节反应体系的pH值为6～8，制得聚羧酸系复合型陶瓷减水剂。

步骤1中，马来酸酐与丙烯酸的质量比为(0.5～1)∶(6～12)。

步骤1中，所述引发剂为无机类过氧化物，优选过硫酸盐，更优选过硫酸铵、过硫酸钾或者过硫酸钠。所述引发剂的用量为丙烯酸和马来酸酐质量之和的0.5～5％。

步骤1中，所述无机类链转移剂为亚硫酸盐；优选为亚硫酸氢钠或亚硫酸氢钾。所述无机类链转移剂的用量为丙烯酸和马来酸酐质量之和的5～15％。

步骤1中，所述无机盐淬灭剂为磷酸盐，优选次亚磷酸钠或多聚磷酸钠。所述无机盐淬灭剂的用量为丙烯酸和马来酸酐质量之和的0.2％-1.5％。

步骤3中，所述无机盐为磷酸盐，优选六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或焦磷酸钠中的一种或一种以上混合物。

步骤3中，所述聚羧酸盐类共聚物与无机盐的质量比为(5～10)∶(0.5～2)。

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：

(1)本发明的反应条件温和，不需氮气保护；合成工艺简单，对设备要求低，能耗低，生产成本较低。

(2)本发明的产物纯度及产率高，后处理工序简单；反应过程不引入有机溶剂，产物绿色环保。

(3)本发明采用无机盐与有机高分子类减水剂进行复配，可以降低料浆含水率，流动性好。

(4)本发明的复合减水剂添加到陶瓷浆料中，不仅料浆含水率在38％以下，触变性好，而且可以改善陶瓷产品的综合性能。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

(1)称取21g马来酸酐与2.38g过硫酸铵加入到四口烧瓶中，用蒸馏水溶解后，搅拌并加热升温至80℃。将210g丙烯酸与23.8g链转移剂亚硫酸氢钠混合液用水溶解后，倒入分液漏斗中缓慢滴加到四口烧瓶中。滴完后再升温至90℃，并恒温反应1.5h，加入含1.19g亚磷酸钠的水溶液后保温反应1h，得到聚羧酸系减水剂主体即丙烯酸-马来酸酐共聚物。

(2)待共聚物降温至50℃时，滴加30％的NaOH溶液使共聚物的pH值为8，从而得到固含量为78％的聚丙烯酸-马来酸酐的钠盐共聚物。

(3)将100g钠盐共聚物、18g三聚磷酸钠与水混合均匀后，pH为6，获得聚羧酸系复合型陶瓷减水剂。

性能测试：

陶瓷减水剂的使用按照常规方法。陶瓷减水剂的添加量为0.5％时，减水率达到36％，30s净浆流速为26.4s，放置半小时后净浆流速为34.5s，触变量为1.31。放置过夜之后，料浆没有发生沉降，触变性好。

实施例2

(1)称取21g马来酸酐与2.1g过硫酸钾加入到四口烧瓶中，用蒸馏水溶解后，搅拌并加热升温至85℃时，将315g丙烯酸与18.9g链转移剂亚硫酸氢钾混合液用水溶解完毕后，倒入分液漏斗中缓慢滴加到四口烧瓶中反应。滴完后再升温至90℃，并恒温反应2h，加入含1.19g亚磷酸钠淬灭剂溶液保温1h，得到聚羧酸系减水剂主体丙烯酸-马来酸酐共聚物。

(2)待共聚物降温至45℃时，滴加35％的NaOH溶液使得共聚物的pH值为8，从而得到固含量为83％的聚丙烯酸-马来酸酐的钠盐共聚物。

(3)将100g钠盐共聚物、8g焦磷酸钠与水混合均匀后，pH为7，获得聚羧酸系复合型陶瓷减水剂。

性能测试：

陶瓷减水剂的使用按照常规方法。陶瓷减水剂的添加量为0.5％时，减水率达到32％，30s净浆流速为28.5s，放置半小时后净浆流速为34.6s，触变量为1.21。放置过夜之后，料浆没有发生明显的沉降。

实施例3

(1)称取36g马来酸酐与12g过硫酸钠加入到四口烧瓶中，用蒸馏水溶解后，搅拌并加热升温至80℃时，将315g丙烯酸与50g链转移剂亚硫酸氢钾混合液用蒸馏水溶解，倒入分液漏斗中缓慢滴加到四口烧瓶中。滴完后再升温至95℃，并恒温反应2h，加入含多聚磷酸钠5.1g的水溶液后保温反应1.5h，得到聚羧酸系减水剂主体丙烯酸-马来酸酐共聚物。

(2)待共聚物降温至50℃时，滴加30％的NaOH溶液使得共聚物的pH值为8，从而得到固含量为79％的聚丙烯酸-马来酸酐的钠盐共聚物。

(3)将100g钠盐共聚物、16g六偏磷酸钠与水混合均匀后，pH为5～6，获得聚羧酸系复合型陶瓷减水剂。

性能测试：

陶瓷减水剂的使用按照常规方法。陶瓷减水剂的添加量为0.5％时，减水率达到37％，30s净浆流速为29.4s，放置半小时后净浆流速为38.9s，触变量为1.32。放置过夜之后，料浆没有发生明显的沉降。

实施例4

(1)称取36g马来酸酐与15g过硫酸钾加入到四口烧瓶中，用蒸馏水溶解后，加热升温至85℃时，将315g丙烯酸与50g链转移剂亚硫酸氢钾混合液用水溶解后，倒入分液漏斗中缓慢滴加到四口烧瓶中。滴完后再升温至95℃，并恒温反应1.5h，加入含多聚磷酸钠5.1g的水溶液后保温反应1.5h，得到聚羧酸系减水剂主体丙烯酸-马来酸酐共聚物。

(2)待共聚物降温至50℃时，滴加30％的NaOH溶液使得共聚物的pH值为7，从而得到固含量为78％的聚丙烯酸-马来酸酐的钠盐共聚物。

(3)将100g钠盐共聚物、10g六偏磷酸钠、5g三聚磷酸钠与水混合均匀后，pH为7，获得聚羧酸系复合型陶瓷减水剂。

性能测试：

陶瓷减水剂的使用按照常规方法。陶瓷减水剂的添加量为0.4％时，减水率达到36％，30s净浆流速为27.6s，放置半小时后净浆流速为35.5s，触变量为1.29。放置过夜之后，料浆没有发生明显的沉降。

实施例5

(1)称取36g马来酸酐与15g过硫酸铵加入到四口烧瓶中，用蒸馏水溶解后，搅拌并加热升温至80℃时，将315g丙烯酸与50g链转移剂亚硫酸氢钠混合液用水溶解后，倒入分液漏斗中缓慢滴加到四口烧瓶中反应。滴完后再升温至95℃，并恒温反应2h，加入含多聚磷酸钠3.2g的水溶液后保温反应1.5h，得到聚羧酸系减水剂主体丙烯酸-马来酸酐共聚物。

(2)待共聚物降温至50℃时，滴加30％的NaOH溶液使得共聚物的pH值为8，从而得到固含量为79％的聚丙烯酸-马来酸酐的钠盐共聚物。

(3)将100g钠盐共聚物、5g六偏磷酸钠、8g三聚磷酸钠与水混匀，pH为8，获得聚羧酸系复合型陶瓷减水剂。

性能测试：

陶瓷减水剂的使用按照常规方法。陶瓷减水剂的添加量为0.4％时，减水率达到34％，30s净浆流速为26.3s，放置半小时后净浆流速为32.6s，触变量为1.24。放置过夜之后，料浆没有发生明显的沉降。

Claims (7)

1.一种聚羧酸系复合型陶瓷减水剂的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)将马来酸酐、引发剂和水混合，升温至80～90℃，加入丙烯酸与无机类链转移剂的混合液；然后在90～100℃下恒温反应1～3小时，再加入无机盐淬灭剂，继续反应1～2小时，得到聚羧酸系减水剂主体即丙烯酸-马来酸酐共聚物；

(2)将所述丙烯酸-马来酸酐共聚物冷却到40～50℃后，用质量浓度为25～35％的NaOH溶液调节反应体系的pH值为7～8，得到聚羧酸盐类共聚物；

(3)所述聚羧酸盐类共聚物与无机盐复配后溶于水，调节反应体系的pH值为6～8，制得聚羧酸系复合型陶瓷减水剂。

2.根据权利要求1所述的聚羧酸系复合型陶瓷减水剂的制备方法，其特征在于：步骤1中，马来酸酐与丙烯酸的质量比为(0.5～1)∶(6～12)。

3.根据权利要求1所述的聚羧酸系复合型陶瓷减水剂的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾或者过硫酸钠；所述引发剂的用量为丙烯酸和马来酸酐质量之和的0.5～5％

4.根据权利要求1所述的聚羧酸系复合型陶瓷减水剂的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述无机类链转移剂为亚硫酸氢钠或亚硫酸氢钾；所述无机类链转移剂的用量为丙烯酸和马来酸酐质量之和的5～15％。

5.根据权利要求1所述的聚羧酸系复合型陶瓷减水剂的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述无机盐淬灭剂为次亚磷酸钠或多聚磷酸钠；所述无机盐淬灭剂的用量为丙烯酸和马来酸酐质量之和的0.2％-1.5％。

6.根据权利要求1所述的聚羧酸系复合型陶瓷减水剂的制备方法，其特征在于：步骤3中，所述无机盐为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或焦磷酸钠中的一种或一种以上混合物。

7.根据权利要求1所述的聚羧酸系复合型陶瓷减水剂的制备方法，其特征在于：步骤3中，所述聚羧酸盐类共聚物与无机盐的质量比为(5～10)∶(0.5～2)。