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陶瓷减水剂通过减水剂自身的阳离子与粘土中的阳离子置换,使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,使泥浆在低含水率的情况下,具有较好的流动性。聚合物中含有亲水性阴离子基团,阴离子基团和粘土中的阳离子形成静电稳定层,而亲水基团在体系中形成水化层,两者的共同作用,可提高减水剂的减水性能。在泥浆高固含量的情况下,保持料浆体系具有较好的稳定性,降低生产能耗,提高陶瓷制品质量。
本课题通过研究含有不同侧链基团的聚羧酸减水剂,考察不同侧链基团对陶瓷减水性能的影响,并分别通过经典自由基聚合和RAFT活性可控聚合制备了分子结构和分子量大小不同的减水剂,考察分子结构对减水性能的影响。论文的主要工作包括:
(1)采用经典自由基聚合,以过硫酸铵为引发剂,次亚磷酸钠作为链转移剂,合成了聚丙烯酸-马来酸酐陶瓷减水剂,考察反应温度、丙烯酸用量、过硫酸铵用量、马来酸酐用量、次亚磷酸钠用量和反应时间对陶瓷原料浆液流动时间的影响,分析反应条件对减水效果的影响。通过反应条件对料浆流动性的影响,得到最优的合成条件为:丙烯酸单体的质量分数为28%,丙烯酸、马来酸酐、引发剂和链转移剂的质量比为mAA∶mMA∶mAPS∶mSHPP=100∶5.3∶20∶0.4,反应温度为80℃和反应时间为2.5h。
研究不同添加量对陶瓷料浆的流变性和分散的影响,加入减水剂可以显著降低体系浓度,并且可以得到分散性比较稳定的陶瓷料浆悬浮液,随着减水剂添加量的增大,料浆体系的粘度逐渐降低,分散性在一定的减水剂浓度范围内达到动态平衡。
(2)采用经典自由基聚合,以过硫酸铵为引发剂,次亚磷酸钠作为链转移剂,合成聚丙烯酸-烯丙基缩水甘油醚陶瓷减水剂,考察反应温度、丙烯酸用量、过硫酸铵用量、烯丙基缩水甘油醚用量、次亚磷酸钠用量和反应时间对陶瓷原料浆液流动时间的影响,分析反应条件对减水效果的影响,研究了最优条件下合成的减水剂,得到最佳的合成条件为:丙烯酸、烯丙基缩水甘油醚、引发剂和链转移剂的质量比为mAA∶mAEG∶mAPS∶mSHPP=100∶8.6∶20∶1.7,反应温度为70℃和反应时间为3.5h。
在线红外分析结果表明,合成的产物为丙烯酸-烯丙基缩水甘油醚的聚合物,次亚磷酸钠发挥链转移剂的作用。在不同添加量下,对陶瓷料浆体系粘度、zeta电位、流变性能和沉降高度的影响,添加量增大,可显著影响料浆体系的流动性和稳定性。
(3)使用RAFT聚合,以偶氮二异氰基戊酸为引发剂,三硫代碳酸酯作为链转移剂,得到了聚丙烯酸高分子减水剂。考察反应温度、丙烯酸用量、偶氮二异氰基戊酸用量、三硫代碳酸酯用量和反应时间对陶瓷原料浆液流动时间的影响,分析其减水效果。RAFT聚合的丙烯酸聚合物最佳合成条件为:丙烯酸单体的质量分数为34%,丙烯酸、引发剂和链转移剂的质量比为mAA∶mCTA∶mACVC=100∶2.2∶0.22,反应温度为70℃和反应时间为3.5h。在线红外分析结果表明,产物为丙烯酸聚合物。
研究了最优条件下合成的减水剂,在不同添加量下,对陶瓷料浆体系粘度、zeta电位、流变性能和沉降高度的影响,减水剂剂的添加量显著影响料浆体系的流动性和稳定性,且分子量分布均匀的减水剂分散的料浆体系触变性明显减小。
(4)使用RAFT聚合,以偶氮二异氰基戊酸为引发剂,三硫代碳酸酯作为链转移剂,得到了聚丙烯酸-马来酸酐高分子减水剂。考察反应温度、丙烯酸用量、偶氮二异氰基戊酸用量、三硫代碳酸酯用量、马来酸酐用量和反应时间对陶瓷原料浆液流动时间的影响,分析其减水效果。RAFT聚合的丙烯酸-马来酸酐共聚物最佳合成条件为:丙烯酸单体的质量分数为22%,丙烯酸、引发剂和链转移剂的质量比为mAA∶mMA∶mCTA∶mACVC=100∶4.2∶4∶0.6,反应温度为70℃和反应时间为3小时,制备的减水剂具有最佳的减水效果。
研究了最优条件下合成的减水剂,在不同添加量下,对陶瓷料浆体系粘度、zeta电位、流变性能和沉降高度的影响,RAFT聚合的丙烯酸-马来酸酐减水剂,体系中的羧酸根阴离子数增多,相比于RAFT聚合的丙烯酸,在相同添加量的情况下,料浆体系的触变性更好,说明羧酸根阴离子对提高料浆体系的稳定性有很好效果。