一種新型高效陶瓷坯體增強劑的制備方法及其制得的產品和應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于精細化工、陶瓷工業領域，具體涉及一種新型高效陶瓷坯體增強劑的制備方法及其制得的產品和應用。
【背景技術】
[0002]我國是陶瓷生產、使用大國，陶瓷產量連續二十年以兩位數增長，日用陶瓷、建筑陶瓷產量連續幾年居于世界第一。但同時我國陶瓷工業仍面臨著諸多問題:一、優質粘土資源日益枯竭，如龍巖高嶺、廣東黑泥等，且粘土屬于不可再生資源，這制約著我國陶瓷產業進一步發展；二、由于優質粘土匱乏，陶瓷坯體干燥強度下降，裂紋、斷角、缺邊等諸多缺陷嚴重，影響陶瓷生產。
[0003]針對以上問題，行業提出:一、對陶瓷產品適當減薄，可大量節約資源、能源。這也是未來陶瓷產業發展方向。以墻地磚、潔具減薄四分之一為例，每年可以節約優質陶瓷礦物原料2000萬噸以上，節約能源10%以上，折合成標準煤30萬噸。二、尋找或制造出新的原料替代或部分替代優質粘土在陶瓷中的使用。但不管什么方法，都面臨同樣的技術難題，即如何提高陶瓷坯體干燥強度，使之在成形、輸送、干燥施釉過程中不易破損。因為坯體的干燥強度是一個重要工藝指標，它對產品的成品率及質量有重要影響。因此，選擇一種恰當的提高坯體強度的方法尤為重要。大多數陶瓷生產企業都希望能有一種既不改變現有生產配方、工藝又能增強坯體干燥強度的原料。
[0004]基于此，現今有陶瓷生產企業將膨潤土、腐鈉、木質素、CMC、PAM等原料引入坯體中，以此提高產品生產質量。但是仍存在影響泥漿流動性等生產工藝問題。國內外科研工作者也做了很多相關研宄工作。李向鈺等利用聚乙烯醇、膨潤土、水玻璃、三聚磷酸鈉等為原料制備了一種增強劑以提高陶瓷坯體干燥強度(廣東道氏技術股份有限公司李向鈺、石教藝、余水林、張翼一種陶瓷坯體增強劑及其應用發明專利申請號201210033695.4)。鄒玉林等利用甲基纖維素、膨潤土、焦磷酸鈉等為原料與陶瓷坯料一起球磨來提高衛生陶瓷坯體強度(北京工業大學鄒玉林、于海霞、孟祥瑞、徐青青一種陶瓷增強劑及應用)。
[0005]實際陶瓷生產中，人為額外引入礦物原料，無形中會對陶瓷坯體化學成分、燒成溫度都有影響，不利于大面積推廣使用。因此，迫切需要開發出一種性價比高，原料來源豐富、價格低廉，而且性能穩定，既能有效提高陶瓷坯體干燥強度，又不影響泥漿流動性等工藝性能的添加劑，以此來解決陶瓷行業所面臨的嚴峻問題。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題是提供一種綠色低碳，工藝簡單，成本低廉的新型高效陶瓷坯體增強劑的制備方法及其制得的產品和應用。
[0007]為解決以上技術問題，本發明的技術方案是:一種新型高效陶瓷坯體增強劑的制備方法，其特征在于，以淀粉、堿、磷酸鹽為原料，以水或有機溶劑為連續相，同時在催化作用下，反應生成可提高陶瓷坯體干燥強度的增強劑，其具體制備步驟如下:
第一步堿化:將淀粉加入溶劑中，配制固含量為20~98%的淀粉溶液，在10~60°C溫度下攪拌5~90min，再加入淀粉質量百分數為6~30%的堿，在30~110°C反應溫度下攪拌5~180min ；
第二步酯化:在第一步的反應產物中加入淀粉質量分數0.05~10%的催化劑，在30~110°C反應溫度下攪拌5~90min，再加入淀粉質量分數4~20%的酯化劑，在40~120°C下攪拌 30~240min ；
第三步醚化:在第二步的反應產物中加入淀粉質量分數0.1-25%的醚化劑，在40-1200C的反應溫度下攪拌5~240min，再經過濾，干燥，粉碎，獲得制品。
[0008]所述的淀粉為谷類、豆類、薯類中的一種或兩種以上。
[0009]所述的溶劑為水、乙醇、甲醇、異丙醇、乙二醇、甘油、乙醚、三氯甲烷、氯仿中的一種或兩種以上。
[0010]所述的堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鎂、氫氧化媽、硫化鈉、娃酸鈉、硼酸鈉、磷酸三鈉中的一種或兩種以上。
[0011]所述的催化劑為硝酸鈰、過硫酸銨、碳酸鎂、碳酸鈣中的一種或兩種以上。
[0012]所述的酯化劑為二聚磷酸鈉、三聚磷酸鈉、多聚磷酸鈉、三偏磷酸鈉、六偏磷酸鈉、乙酸、乙酸鈉、醋酸酐、三氯氧磷等中的一種或兩種以上。
[0013]所述的醚化劑為氯乙酸、氯乙酸鈉、環氧氯丙烷中的一種或兩種以上。
[0014]所述過濾工序采用減壓抽濾裝置，排氣量為5~200L/min真空度為0.09~2.00ΜΡ，過濾溫度為10~120°C ;所述干燥工序采用噴霧干燥設備，其進口溫度為110~260°C，出口溫度為70~120°C，干粉回收率為94% ;所述攪拌工序的轉速為10~600r/min。
[0015]上述制備方法制得的產品，其特征在于，所述坯體增強劑為白度為40~95%的白色固體粉末，其平均相對分子質量Mr為2000~100000，在25°C時密度為0.35-1.52g/cm3。
[0016]上述產品的應用方法，其特征在于，將所述的坯體增強劑按陶瓷坯料干料的
0.05-0.5%加入，與陶瓷坯料和水一起球磨，制備成漿，后續工作按原生產工藝進行，可以提高坯體干燥強度15~200 %。
[0017]本發明針對現有技術的缺陷和不足，提供一種新型高效陶瓷坯體增強劑作為陶瓷添加劑使用，起到增強陶瓷坯體強度的作用。該添加劑的生產原料來源廣闊，生產工藝簡單、反應條件溫和，設備簡單，生產成本低，是一種綠色環保的陶瓷添加劑，因此具有廣闊的市場前景。
【具體實施方式】
[0018]以下結合具體實例對本發明進行詳細說明，但本發明不僅限于此。
[0019]實施例1
將10g玉米淀粉加入裝有SOmL蒸餾水的燒杯中，充分攪拌成糊狀后倒入反應器中，于550C的水浴加熱，攪拌20min后，加入20g氫氧化鈉粉末，恒溫攪拌150min，加入0.6g過硫酸錢，攪拌30min ;升溫水浴80°C，再加入12g乙酸鈉和4g醋酸酐，恒溫攪拌120min ;再升溫水浴溫度至90°C，加入0.3g環氧氯丙烷，恒溫攪拌150min;用排氣量為20L/min、真空度為0.9MP的過濾裝置于60°C過濾；采用進口溫度為130°C，出口溫度為70°C的噴霧干燥設備干燥，即得白度為92、平均相對分子質量Mr為30000，在25°C時密度為0.35g/cm3的新型高效陶瓷坯體增強劑。將所制備的坯體增強劑按陶瓷坯料干料的0.2%加入，與陶瓷坯料和水一起球磨，制備成漿，后續工作按原生產工藝進行，可以提高坯體干燥強度80 %。
[0020]實施例2
將10g木薯淀粉加入裝有50mL無水乙醇和15mL異丙醇混合溶液的燒杯中，充分攪拌均勻后倒入反應器中，于60°C水浴中加熱，攪拌30min后，加18g氫氧化鉀，恒溫攪拌130min，加入0.3g硝酸鐘，攪拌30min，水浴升溫至85°C再加入15g 二聚磷酸鈉粉末，恒溫攪拌120min，升溫油浴溫度至110°C，加入氯乙酸鈉18g，恒溫攪拌160min ;用排氣量為10L/min、真空度