[发明专利]阳离子季铵盐聚羧酸减水剂在制备陶瓷中的用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种减水剂的用途，具体涉及一种阳离子季铵盐聚羧酸减水剂在制备陶瓷中的用途。

背景技术

陶瓷减水剂,亦称解凝剂、分散剂、稀释剂或解胶剂，是一种广泛使用的陶瓷添加剂，用于陶瓷工业的选泥、磨浆、制釉等工艺过程。陶瓷减水剂的作用是通过系统的电动电位，改善釉料的流动性，使其在水分含量减少的情况下，粘度适当，流动性好，稳定性好，避免出现缩釉等现象，提高产品的质量；同时，还能减少釉层的干燥时间，减低干燥能耗，减低生产成本。因此，使用优良的减水剂，能促进陶瓷生产向高效益、高质量、低能耗的方向发展。

陶瓷减水剂分类：根据组成不同，可将陶瓷减水剂分为无机减水剂、有机减水剂和高分子减水剂。1、无机减水剂：主要是无机电解质，一般为含有钠离子的无机盐，如氯化钠、硅酸钠、碳酸钠、三聚磷酸钠等，适用于氧化铝等浆料，其中应用最多的是三聚磷酸钠，因其价格低，综合性能相对较好，缺点是分散作用有限，且用量大。2、有机减水剂：主要是低分子有机电解质类分散剂和表面活性剂分散剂，前者如柠檬酸钠、乙二胺四乙酸钠、羟乙基乙二胺三乙酸钠等，后者如羧酸盐、磺酸盐等。3、高分子减水剂：在陶瓷浆料中添加的高分子陶瓷减水剂一般分为两类：一类是聚电解质，在水中可电离，呈现不同的离子状态，如聚丙烯酸钠；另一类是非离子型高分子表面活性剂，如聚乙烯醇。高分子陶瓷减水剂由于疏水基、亲水基的位置和大小可调，分子结构可呈梳型、又可呈支链化，因而对分散颗粒表面覆盖及包封效果较好。其分散体系更易趋于稳定及流动，高分子陶瓷减水剂已成为很有前途的一类高性能减水剂。

陶瓷工业中，一般使用喷雾干燥的方法制造粉料，用这种方法制备出来的粉料，具有良好的流动性，适合生产要求，并可压出高强度的胚体。喷雾干燥能耗很大，据统计，入塔泥浆平均含水率为40％，粉料产品离塔平均含水率为7％，约33％的水分被蒸发，其所需的能耗约占生产总能耗的1/3左右。因此，希望在陶瓷浆具有合适的流动性和粘度的前提下，尽量少加水，减少料浆体系的含水率，降低喷雾干燥的能耗。陶瓷减水剂的作用就是在降低料浆含水率的同时，使颗粒分散更均匀，具有较好的流动性，适应生产需要。

近年来，国内外对聚羧酸系减水剂的合成工艺及相关理论研究已基本成熟。聚羧酸系减水剂已在一些大型工程中得到了成功的应用。但这些合成及应用的研究大都集中于混凝土建筑方面，作为具有优良性能的聚羧酸系减水剂在陶瓷原料中的应用很少。

聚羧酸系减水剂通常由含羧酸基和含聚氧化乙烯基的两种以上的单体，与含磺酸基、酯基或其它基团的一些可聚合单体，通过自由基共聚反应合成。在聚合物的分子结构中，不同单体以随机或有规律地聚合在一起，羧酸系聚合物结构和性能具有多变性，可作为减水剂应用于不同领域。

对聚羧酸减水剂分子结构的研究表明，所谓的梳型结构，是指在合成过程中，一个具有长链结构的聚氧化乙烯基大单体参与共聚，在形成的聚羧酸分子结构中，每相隔一定的结构单元，便有一个聚合状态的长支链聚羧酸主链之上。这样的梳型结构可以在水泥颗粒的表面形成有效的吸附作用，从而主要以空间位阻作用发挥其对水泥混凝土系统的减水以及稳定作用。根据空间位阻理论，当吸附有聚羧酸减水剂大分子的水泥颗粒相互靠近时，大分子吸附层造成的空间位阻越大，体系越趋于稳定，分散性好。

聚羧酸减水剂在水泥及粘土浆体中的作用机理及结构适应性：

1、聚羧酸减水剂在混凝土体系中的作用机理

目前关于聚羧酸减水剂的研究资料表明：在混凝土泥浆体系当中，具有梳型结构的聚羧酸减水剂的主要作用机理在于：具有支链的共聚物吸附在浆料颗粒表面，虽然浆料颗粒间的静电斥力较小，但是由于其主链与浆料颗粒表面相连，支链则延伸进入液相形成较厚的聚合物分子吸附层，从而具有较大的空间位阻斥力作用，所以，在添加量较小的情况下，便对浆料颗粒具有显著的分散作用。研究的结果表明,梳型聚羧酸减水剂作用于混凝土体系中,主要以空间位阻作用而发挥其减水作用.

2、聚羧酸减水剂在粘土体系中的作用机理

聚羧酸减水剂作用于陶瓷泥浆中,不是单一的静电斥力或空间位阻作用,而是两者共同作用的结果.静电斥力作用和空间位阻作用是陶瓷减水剂对粘土颗粒分散的两种作用.

随着陶瓷工业的迅速发展，传统的陶瓷添加剂已不能适应需求，世界各国都在积极地研究和应用新型高性能陶瓷减水剂。作为代表，聚羧酸系减水剂的合成、作用机理探讨等方面只是建立在合理推测阶段，深入研究新型高性能减水剂，具有重要的理论意义和实用价值，发展前景广阔。