一种高效环保陶瓷解胶剂及其制备方法

1.本发明涉及陶瓷添加剂领域，尤其涉及一种高效环保陶瓷解胶剂及其制备方法。


背景技术：

2.目前，在陶瓷工业中一般采用湿法制粉的方法制备陶瓷粉料，湿法制粉是将水与原料球磨制得料浆，然后通过雾化干燥塔将料浆喷雾干燥成粒状粉料，最后经筛分和陈腐制得陶瓷粉料，虽然采用湿法制粉方法得到的粉料流动性好，但是喷雾干燥工艺需要耗费大量能源。陶瓷解胶剂也称为减水剂、分散剂等，陶瓷解胶剂的主要功能是破坏陶瓷料浆粒子的絮凝结构，使含水率较低的料浆依然具有较好的流动性和较低的粘度，从而降低生产过程中用于干燥的时间和能耗。
3.我国陶瓷解胶剂发展主要经历了两个阶段，第一代解胶剂以无机解胶剂为主，常见的有水玻璃、碳酸盐、磷酸盐等，以单一或者复合的形式加入。第二代解胶剂主要以有机小分子解胶剂和复合解胶剂为主，常见的有腐殖酸盐，木质磺酸盐、腐殖酸盐-硅酸盐和磷酸盐复合解胶剂、磷酸盐-硅酸盐复合解胶剂等。近年来以聚羧酸类共聚物为代表的水溶性高分子电解质发展迅速，成为陶瓷解胶剂行业研究的热点。与传统的无机解胶剂和小分子解胶剂相比，聚羧酸类解胶剂与陶瓷粉料颗粒的吸附效果更好，制得的料浆流动性和稳定性更好。聚丙烯酸钠作为聚羧酸类陶瓷解胶剂的一种得到了广泛应用，但其解胶性能还有很大提升空间。聚羧酸合成的自由度大，可以引入带有不同功能官能团的单体来提高其解胶性能。
4.中国发明专利申请201610134181.6公开了一种n-羟甲基丙烯酰胺改性聚羧酸陶瓷解胶剂及其常温制备方法与运用。本发明采用乙烯基羧酸和n-羟甲基丙烯酰胺单体，通过水溶液自由基聚合制备了一种n-羟甲基丙烯酰胺改性聚羧酸陶瓷解胶剂。制备的解胶剂中含有氨基和羧基，可以与阳离子产生螯合作用，将水化阳离子吸附的水释放出来，从而使料浆在低含水率的情况还具有良好的流动性。
5.中国发明专利申请202010325044.7公开了一种含氮多羧基丙烯酸酯盐型共聚物解胶剂及其制备方法和应用。本发明采用乙二胺四乙酸二酐、（甲基）丙烯酸-2-羟基乙酯（丙酯）和（甲基）丙烯酸盐为单体，通过水溶液自由基聚合制备出了一种含氮多羧基丙烯酸酯盐型共聚物解胶剂。本发明制备的共聚物减水剂中含氮多羧基侧链一方面羧基负离子与金属离子形成电荷吸附作用，另一方面n原子上的孤对电子对高价金属离子的空d轨道形成配位键，整体上形成了稳定的5、6元环的多环复合物，加上n原子的强烈的亲水性，使得形成的复合物可溶解分散在介质水中，极大地消除了高价金属离子对泥浆的干扰，继续保持着对料浆颗粒在水介质中的分散性和流动性。
6.但从上述专利可以看出，目前多数陶瓷解胶剂所采用的原料均来自于石油资源，石油资源属于不可再生资源，而且生物降解速度也比较慢，在环境中长期积累也会引起环境污染问题。因此寻找替代或部分替代的环保原料，制备出高效环保陶瓷解胶剂，具有广泛的市场价值和应用前景。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种技术新颖、成分中石油制品的含量较小，能够显著提高陶瓷料浆的流动性和稳定性的高效环保陶瓷解胶剂。
8.为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种高效环保陶瓷解胶剂，包括单体a、单体b、单体c、引发剂、链转移剂、酸碱调节剂、去离子水；其中所述的单体a为一种含羧酸或氨基官能团的天然提取物单体；所述的单体b为丙烯酸、甲基丙烯酸和马来酸酐的一种或多种以任意比例混合的混合物；所述单体c为烯丙基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的一种或多种以任意比例混合的混合物。
9.优选地，所述单体a为羧甲基壳聚糖、谷氨酸、阿魏酸、衣康酸和乌头酸的一种或多种以任意比例混合的混合物。
10.优选地，所述的单体a与单体b的摩尔比为1:12~1:2，所述单体c与单体b的摩尔比为1:8~1:2。
11.优选地，所述链转移剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾、次亚磷酸钠和次亚磷酸钾的一种或多种以任意比例混合的混合物；所述的链转移剂为单体a、单体b、单体c总质量的1~9%。
12.优选地，所述的所述去离子水占去离子水和单体a、单体b、单体c总质量的60~75%。
13.优选地，所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵的一种或多种以任意比例混合的混合物；所述引发剂为单体a、单体b、单体c总质量的0.2~5%。
14.优选地，所述酸碱调节剂为naoh溶液。
15.本发明还提供了高效环保陶瓷解胶剂的制备方法，包括以下步骤：s1.将单体a、链转移剂和部分去离子水加入反应釜中，升温至50~80
°
c，搅拌溶解均匀；s2.将引发剂、单体b和单体c分别溶解于部分去离子水中，同时匀速滴加至反应釜中，滴加时间为0.5~1.5小时，滴加时温度保持在50~80
°
c，恒温搅拌；s3.滴加结束后，保持温度并继续反应1~3小时；反应结束后，将产物冷却至40~50
°
c，加入质量分数为30%的naoh溶液调节ph至7~8，得到成品。
16.优选地，所述步骤s2中引发剂溶液质量百分比为1.0~28.6%，单体b溶液质量百分比为38.3~72.7%，单体c溶液质量百分比为17.9~66.1%。
17.本发明的有益效果是：本发明的单体a、单体b、和单体c引入天然提取物单体（羧甲基壳聚糖、谷氨酸、阿魏酸、衣康酸和乌头酸）后，聚合物体系含有磺酸基、多个氨基和多个羧基官能团，一方面聚合物体系的官能团密度增大，增加了聚合物的电荷密度。带有阴离子羧基和磺酸基的聚合物吸附在陶瓷颗粒表面，导致颗粒之间形成很大的静电斥力，从而有效地防止陶瓷颗粒的团聚。而且氨基、磺酸基和羧基还可以与阳离子产生螯合作用，释放水化阳离子吸附的水，从而能够显著提高陶瓷料浆的流动性；另一方面，阿魏酸是一种同时还含有苯环结构的绿色水溶性物质，苯环结构增加了聚合物的空间位阻效应，提高了陶瓷料浆的稳定性。本发明所提供的高效环保陶瓷解胶剂，通过引入天然提取物单体，具有更好的生物降解性，更加绿色环保。同时使石油制品在本发明的陶瓷解胶剂中含量减低，减小对石油资源的依赖。本发明反应合成工艺简单，操作方便，易于实现工业化生产。
具体实施方式
18.现结合具体实施例对本发明所要求保护的技术方案作进一步详细说明。
19.实施例一本实施例中的高效环保陶瓷解胶剂包括以下原料：乌头酸（单体a）22.7g；亚硫酸氢钾（链转移剂）9.6g；过硫酸钾（引发剂）1.2g；甲基丙烯酸（单体b）67.4g；2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（单体c）29.9g；去离子水280g;在本实施例中，高效环保陶瓷解胶剂制备方法包括以下步骤：s1.将乌头酸、亚硫酸氢钾和 180g去离子水加入反应釜中，升温至60
°
c，搅拌溶解均匀。
20.s2.分别将过硫酸钾溶解于20g去离子水中，甲基丙烯酸解于40g去离子水中，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶解于40g去离子水中，同时将这三种溶液匀速滴加至反应釜中，滴加时间控制在1.5小时，滴加时温度保持在60
°
c，恒温搅拌。
21.s3.滴加结束后，保持温度并继续反应3小时；反应结束后，将产物冷却至40~50
°
c，加入质量分数为30%的naoh溶液调节ph至7.2，得到高效环保陶瓷解胶剂。
22.实施例二羟甲基壳聚糖（单体a）38.6g；亚硫酸钠（链转移剂）2g；过硫酸钾（引发剂）1.2g；马来酸酐（单体b）98.9g；甲基丙烯磺酸钠（单体c）22.5g；去离子水240g;在本实施例中，高效环保陶瓷解胶剂制备方法包括以下步骤：s1.将羟甲基壳聚糖、亚硫酸钠和140g去离子水加入反应釜中，升温至80
°
c，搅拌溶解均匀。
23.s2.分别将过硫酸钾溶解于20g去离子水中、马来酸酐溶解于40g去离子水中，甲基丙烯磺酸钠溶解于40g去离子水中，同时将这三种溶液匀速滴加至反应釜中，滴加时间控制在1小时，滴加时温度保持在80
°
c，恒温搅拌。
24.s3.滴加结束后，保持温度并继续反应2小时；反应结束后，将产物冷却至40~50
°
c，加入质量分数为30%的naoh溶液调节ph至6.9，得到高效环保陶瓷解胶剂。
25.实施例三衣康酸（单体a）25.5g；亚硫酸氢钠（链转移剂）1.0g；过硫酸铵（引发剂）0.6g；丙烯酸（单体b）56.7g；甲基丙烯磺酸钠（单体c）17.8g；
去离子水300g;在本实施例中，高效环保陶瓷解胶剂制备方法包括以下步骤：s1. 将衣康酸、亚硫酸氢钠和200g去离子水加入反应釜中，升温至50
°
c，搅拌溶解均匀。
26.s2.分别将过硫酸铵溶解于20g去离子水中，丙烯酸溶解于40g去离子水中，甲基丙烯磺酸钠溶解于40g去离子水中，同时将这三种溶液匀速滴加至反应釜中，滴加时间为1小时，滴加时温度保持在50
°
c，恒温搅拌。
27.s3.滴加结束后，保持温度并继续反应2小时；反应结束后，将产物冷却至40~50
°
c，加入质量分数为30%的naoh溶液调节ph至7.1，得到高效环保陶瓷解胶剂。
28.实施例四阿魏酸（单体a）35.8g；次亚磷酸钾（链转移剂）9.6g；过硫酸钠（引发剂）6.0g；丙烯酸（单体b）64.3g g；烯丙基磺酸钠（单体c）17.8g；去离子水19.9g;在本实施例中，高效环保陶瓷解胶剂制备方法包括以下步骤：s1. 将阿魏酸、次亚磷酸钾和 180g去离子水加入反应釜中，升温至70
°
c，搅拌溶解均匀。
29.s2.分别将过硫酸钠溶解于20g去离子水中，丙烯酸溶解于40g去离子水中，烯丙基磺酸钠溶解于40g去离子水中，同时将这三种溶液匀速滴加至反应釜中，滴加时间控制在1.5小时，滴加时温度保持在70
°
c，恒温搅拌。
30.s3.滴加结束后，保持温度并继续反应3小时；反应结束后，将产物冷却至40~50
°
c，加入质量分数为30%的naoh溶液调节ph至7.0，得到高效环保陶瓷解胶剂。
31.实施例五谷氨酸（单体a）21.4g；次亚磷酸钾（链转移剂）6.0g；过硫酸钠（引发剂）1.0g；马来酸酐（单体b）67.5g；2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（单体c）11.1g；去离子水300g;在本实施例中，高效环保陶瓷解胶剂制备方法包括以下步骤：s1. 将21.4g谷氨酸、6.0g次亚磷酸钾和 200g去离子水加入反应釜中，升温至70
°
c，搅拌溶解均匀。
32.s2.将1.0g过硫酸钠溶解于20g去离子水中、67.5g马来酸酐溶解于40g去离子水中,11.1g 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸溶解于40g去离子水中，同时将这三种溶液匀速滴加至反应釜中，滴加时间控制在0.5小时，滴加时温度保持在70
°
c，恒温搅拌。
33.s3.滴加结束后，保持温度并继续反应1小时；反应结束后，将产物冷却至40~50
°
c，加入质量分数为30%的naoh溶液调节ph至7.2，得到高效环保陶瓷解胶剂。
34.现对实施例1~5所制备的陶瓷解胶剂及对照组1~2市售的陶瓷解胶剂进行性能测试，其中对照组1为市售的陶瓷解胶剂acumer-9300，由美国罗门哈斯公司提供；对照组2为市售的陶瓷解胶剂pc-67，由德国司马化工公司提供。
35.测试方法如下：按照陶瓷解胶剂固体/干坯料为0.3wt%的比例加入到坯料和水中、研磨7min后。料浆粘度大小用流出时间表征，料浆触变性用厚化度表示。流出时间为球磨后的料浆静置30s后从涂4杯流出的时间，厚化度为球磨后的料浆静置30min后从涂4杯流出的时间与球磨后的料浆静置30s后从涂4杯流出的时间的比值。测试结果见下表：以上所述之实施例仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出更多可能的变动和润饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之思路所作的等同等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。