本发明属于陶瓷减水剂技术领域，具体涉及一种N-羟甲基丙烯酰胺改性聚羧酸陶瓷减水剂及其常温制备方法与应用。
背景技术：
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。减水剂的加入不仅缩短了陶瓷料浆和釉层的干燥和烧结时间，降低生产成本，同时起到节能减排的作用。
陶瓷减水剂包括无机盐陶瓷减水剂、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。目前市场上所售的减水剂主要无机盐陶瓷减水剂，主要是一些无机的电解质，在水中可以电离，起到调节电荷的作用，但因无机盐减水剂主要以不同胶体粒子之间的电荷排斥作用使陶瓷泥浆体系达到动力学稳定，因此这类减水剂减水低效，添加量大。有机小分子陶瓷减水剂单独使用，减水效果亦不是很理想，价格也较贵，市场占有率最小。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已经成为很有前途的一类高效减水剂。
杨建红等研究发现在陶土中当聚丙烯酸钠的添加计量为0.6％～0.8％时才能够取得较好的解凝效果；
中国专利号CN201410316056.8涉及一种陶瓷加工用聚合物减水剂及其合成方法，其特征在于，首先将含聚醚长链的大分子不饱和单体和不饱和酸在自由基引发剂作用下共聚，然后加入另一部分不饱和酸和自由基引发剂，继续进行聚合反应，最后中和至中性，即可得到本发明的聚合物减水剂。该聚合物减水剂减水率高、分散和塑化能力强，可应用于陶瓷行业的制粉、注浆成型等工艺过程。
中国专利号CN201210560505.4公开了一种陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂及其制备方法和用途，加入原料、链转移剂后加热升温至80～100℃，滴加引发剂，反应3～5小时得到陶瓷浓悬浮体用高分子减水剂。制备的高分子减水剂，在添加量低的条件下，陶瓷料浆流动性良好，能满足陶瓷生产加工的要求。陶瓷减水剂添加量范围在0.1～0.3％之间时，涂4杯测定的初始流动时间为35.2～38.1s。本发明制备的高分子减水剂高具有高减水率的优点，不仅可以使料浆的含水率在30％以下，而且还可以保持良好的流动性。
但从上述专利可以看出，现行高分子陶瓷减水剂合成工艺均需要加热，成本较高；为降低陶瓷浆料的生产成本、节约资源成为陶瓷原料行业面临的艰巨任务。
技术实现要素：
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N-羟甲基丙烯酰胺改性聚羧酸陶瓷减水剂。
本发明的另一目的在于提供上述N-羟甲基丙烯酰胺改性聚羧酸陶瓷减水剂之常温制备方法。
本发明的再一目的在于提供上述N-羟甲基丙烯酰胺改性聚羧酸陶瓷减水剂在陶瓷行业的应用。
本发明合成原理：在引发剂、促进剂、还原剂、链转移剂及共聚型引发剂的协同作用下，N-羟甲基丙烯酰胺与乙烯基羧酸的化合物在水溶液中发生共聚合反应，如下所示：
本发明N-羟甲基丙烯酰胺改性聚羧酸陶瓷减水剂减水作用机理：水加入到陶瓷浆料中，会被粘土颗粒吸附；水与粘土颗粒的结合形式主要有两种：一种是牢固结合水，即粘土颗粒表面有规则排列的水层；一种为疏松结合水，即不规则排列水层。此外，由于水化作用，水化阳离子会吸附水分子，这种是在浆料中更主要的水存在形式。我们使用减水剂的目的就是要将水化阳离子吸附的水分子释放出来，增加泥浆中自由水的含量。本发明N-羟甲基丙烯酰胺改性聚羧酸陶瓷减水剂由于存在可以与阳离子产生螯合作用的氨基和羧基，本发明与阳离子结合，将水化阳离子吸附的水很好的释放出来，从而使泥浆在低含水率的情况还具有良好的流动性。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
1、一种N-羟甲基丙烯酰胺改性聚羧酸陶瓷减水剂，其分子结构包括锚固链段和溶剂化链段，分子结构式如下所示：
其中，所述的锚固链段为分子式中的m部分，由N-羟甲基丙烯酰胺单体的共聚物组成；所述的溶剂化链段为分子式中的n部分，由乙烯基羧酸的均聚物或共聚物组成；结构式中的R1、R2、R3、R4可以是H、-CH3及其它烷基类取代基团；所述的锚固链段与溶剂化链段的摩尔比m/n在1∶0.5～1；其共聚物陶瓷减水剂的数均相对分子量为3000～20000。
2、一种N-羟甲基丙烯酰胺改性聚羧酸陶瓷减水剂的常温制备方法，包括以下步骤：
a、常温下将N-羟甲基丙烯酰胺和一定量水加入到反应器中搅拌混合，得到混合液I；
b、将引发剂水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、将乙烯基羧酸单体、链转移剂、促进剂、共聚型引发剂混合液滴加到混合液II中，滴加时间为2～4h，滴加完毕在常温下反应1～3h，得到混合液III；
d、在混合液III中加入碱溶液至混合液pH为7～9，即得N-羟甲基丙烯酰胺改性聚羧酸陶瓷减水剂。
具体实施方式
下面结合实施例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、常温下将100gN-羟甲基丙烯酰胺和100g水加入到反应器中搅拌混合，得到混合液I；
b、将含3g过硫酸铵水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、将72g丙烯酸、1g次磷酸钠、5g巯基乙酸、5g2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸混合液滴加到混合液II中，滴加时间为2h，滴加完毕在常温下反应1h，得到混合液III；
d、在混合液III中加入一定量NaOH溶液至混合液pH为7，即得N-羟甲基丙烯酰胺改性聚羧酸陶瓷减水剂。
N-羟甲基丙烯酰胺改性聚羧酸陶瓷减水剂的减水性能分别以陶瓷坯体料浆静置0h和0.5h后，料浆在注满的涂-4杯中流完所需流动时间表示。本测试所用坯料为佛山地区标准配方土，将坯料、水、减水剂加入到球磨机中30min，其中减水剂的添加量为陶瓷坯料的0.3wt％，得到的料浆含水率为30wt％，记为料浆I，初始料浆流动时间为34.34s，放置0.5h后料浆流动时间57.15s；相同条件下未加减水剂的坯体料浆初始料浆流动时间250s，放置0.5h后料浆未能流动。
实施例2：
a、常温下将100gN-羟甲基丙烯酰胺和100g水加入到反应器中搅拌混合，得到混合液I；
b、将含0.5g过硫酸铵水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、将720g丙烯酸、3g次磷酸钠、1g巯基乙酸、1g2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸混合液滴加到混合液II中，滴加时间为4h，滴加完毕在常温下反应3h，得到混合液III；
d、在混合液III中加入一定量NaOH溶液至混合液pH为9，即得N-羟甲基丙烯酰胺改性聚羧酸陶瓷减水剂。
N-羟甲基丙烯酰胺改性聚羧酸陶瓷减水剂的减水性能分别以陶瓷坯体料浆静置0h和0.5h后，料浆在注满的涂-4杯中流完所需流动时间表示。本测试所用坯料为佛山地区标准配方土，将坯料、水、减水剂加入到球磨机中30min，其中减水剂的添加量为陶瓷坯料的0.3wt％，得到的料浆含水率为30wt％，记为料浆I，初始料浆流动时间为31.05s，放置0.5h后料浆流动时间54.81s；相同条件下未加减水剂的坯体料浆初始料浆流动时间250s，放置0.5h后料浆未能流动。