本發(fā)明屬于陶瓷生產(chǎn)助劑，具體涉及一種建筑陶瓷料漿分散-增強型外加劑及其制備方法和應用。

背景技術：

1、陶瓷是一種通過高溫燒結制備的無機非金屬材料，主要由粘土、長石、石英等礦物質(zhì)組成，具有硬度高、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異特性，被廣泛應用于結構材料和功能材料領域。隨著材料科學的發(fā)展，現(xiàn)代陶瓷分為傳統(tǒng)陶瓷和新型陶瓷。傳統(tǒng)陶瓷包括日用陶瓷、建筑陶瓷等；新型陶瓷則涵蓋電子陶瓷、生物陶瓷、結構陶瓷等，分別在電子元件、醫(yī)療器械、高溫和高強度環(huán)境中發(fā)揮重要作用。陶瓷的生產(chǎn)流程通常包括原料處理、成型、干燥、燒結和表面處理。原料的分散性和顆粒大小直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，為改善漿料的流動性和加工性能，生產(chǎn)中常加入外加劑，以增強陶瓷的機械性能，提高燒結密度，減少缺陷。其中，分散劑的作用在于降低顆粒間的相互作用力，使固體顆粒均勻分布，提升漿料的流動性和穩(wěn)定性，確保成型和燒結過程順利進行，并有效防止裂紋和缺陷的產(chǎn)生。此外，降低入塔漿料的含水率還可以減少干燥環(huán)節(jié)蒸發(fā)水分的能耗量，對提升生產(chǎn)效率和節(jié)能減排具有重要意義。增強劑則主要用于提高陶瓷的機械強度和抗沖擊性能，增加材料的致密度和耐久性，使其在高應力或惡劣環(huán)境中表現(xiàn)得更加出色。

2、目前，常用的建筑陶瓷分散劑包括無機電解質(zhì)(如磷酸鈉、硅酸鈉、碳酸鈉、偏硅酸鈉等)、有機小分子(如檸檬酸鈉、腐植酸鈉等)以及有機高分子(如聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺、苯乙烯-馬來酸酐共聚物等)。這些分散劑通過靜電斥力或(和)空間位阻作用發(fā)揮分散機制。常見的建筑陶瓷胚體增強劑有木質(zhì)素磺酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈣、甲基纖維素鈉、聚乙烯醇及丙烯聚合物、聚丙烯酸鈉和海藻酸鈉等。增強劑的使用能夠提高胚體的生坯強度，但通常也會使?jié){料的粘度升高，對陶瓷漿料的流動性產(chǎn)生不利影響。因此，如何在提高生坯強度的同時，保持漿料良好的流動性，是陶瓷外加劑應用中的一大挑戰(zhàn)。

3、上述傳統(tǒng)陶瓷外加劑在使用過程中存在效用、摻量和成本方面的局限性，難以同時滿足陶瓷生產(chǎn)中對分散性和增強性能的要求。因此，對多功能分散劑的研究開發(fā)逐漸成為熱點。比如，中國發(fā)明專利cn112573929a公開了一種復合陶瓷減水劑，其主要成分包括偏硅酸鈉、多聚磷酸鈉、甲基纖維素、檸檬酸鈉、過硼酸鈉、碳酸鎂、聚合醇胺、脂肪醇聚氧乙烯醚以及廢砂。該減水劑不僅可以減少泥漿含水率、縮短球磨時間、降低研磨電耗，而且能夠提高陶瓷干坯強度，具有助磨、增強強度和減水功能。該減水劑適用于含瘠性料較多的粘土，能夠提高產(chǎn)品的成形合格率，降低生產(chǎn)成本，并具有節(jié)能減排效果。中國發(fā)明專利cn104291830a公開了一種復合陶瓷分散劑，該分散劑主要由腐殖酸鈉、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉和過硫酸鉀組成，且該分散劑的制備采用微波輻射技術，顯著提高了反應速度和效率。該分散劑能夠有效提高陶瓷漿料的流動性，降低泥漿的含水量，從而減少干燥能耗，并提高陶瓷產(chǎn)品的強度。該分散劑具有較好的通用性，適用于各種不同的粘土礦物原料，且在加入量較小的情況下，依然能達到良好的分散效果。中國發(fā)明專利cn105968270a公開了一種復合型陶瓷減水劑，該減水劑的組成主要包括栲膠、雙烯丙基聚乙二醇醚、丙烯酸葡萄糖酯、不飽和羧酸及其鹽、引發(fā)劑和無機分散劑，將上述組分混合后進行聚合反應，通過控制溫度和反應時間，進而制得具備良好流動性和粘度控制效果的陶瓷減水劑。該減水劑能夠減少陶瓷漿料中的水分含量，提升漿料的流動性和生坯的抗折強度，達到節(jié)能降耗和提高陶瓷產(chǎn)品性能的效果。

4、綜上可見，目前涉及的復合型陶瓷減水劑/分散劑主要是通過結合無機或有機的關鍵功能基團來進一步提高合成或組合產(chǎn)物在陶瓷料漿中的分散能力，從而降低陶瓷土顆粒在球磨中對水的需求。然而目前市面上能夠兼具良好分散性能和顯著增強生坯強度的陶瓷外加劑產(chǎn)品仍較為有限。市場上對于復合陶瓷外加劑的需求依然較大，并且提出通用性強、用量小、效果好的特點。因此，需要進一步開發(fā)功能綜合、使用量小且綠色環(huán)保的多功能陶瓷外加劑。

技術實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提出了一種陶瓷料漿分散-增強型外加劑及其制備方法，旨在解決陶瓷料漿分散性和增強性兩者的兼容問題。該外加劑能夠有效提高陶瓷漿料的分散性和流動性，并增強最終制品的機械強度和耐用性，為陶瓷生產(chǎn)提供了更加高效和穩(wěn)定的解決方案，具有實際應用意義。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：

3、本發(fā)明提供了一種陶瓷料漿分散-增強型外加劑，按質(zhì)量份數(shù)計，所述外加劑的原料包括改性硅酸鹽料15-25份，羧酸接枝酯胺共聚物3-8份，改性聚甲基丙烯酸鹽1-5份，電荷屏蔽劑6-12份；

4、所述改性硅酸鹽料的制備方法為：往水玻璃中加入氫氧化鈉水溶液，將其模數(shù)調(diào)節(jié)至2.0，再加入氯化鋁溶液和礦石粉，并控制溶液中的硅鋁比＝200:2-4，然后將混合液置于625-700℃的溫度下煅燒5-25min，最后經(jīng)冷卻、研磨后制得改性硅酸鹽料；

5、所述羧酸接枝酯胺共聚物為醇胺-羧酸型聚合物，其制備方法為：將n-甲基混合醇胺59-66份、馬來酸酐33-39份、濃硫酸1-1.6份、乙酸丁酯15-100份和對苯二酚0.4-0.6份混合，在110-120℃的溫度下反應4-8小時，減壓蒸餾并回收未反應原料，分離提純后制得中間體，然后用水將中間體稀釋至15％-30％的質(zhì)量濃度，升溫至80-90℃后再加入質(zhì)量濃度為40％-50％的異戊烯醇聚氧乙烯醚和質(zhì)量濃度為5％-10％的過硫酸鉀，反應2-4小時并冷卻后，調(diào)節(jié)溶液的ph至中性，即得到羧酸接枝酯胺共聚物；

6、所述改性聚甲基丙烯酸鹽的制備方法為：將92-105份質(zhì)量濃度為10％的丙烯酸溶液與40-70份甲基丙烯磺酸鈉混合，持續(xù)攪拌狀態(tài)下通氮氣置換15-30分鐘后，再加入7.5-10份過硫酸鉀和3.8-5.1份亞硫酸氫鈉氧化還原引發(fā)劑，然后加熱至60-80℃引發(fā)聚合反應1-3h，再將0.2-0.8份羥乙基纖維素加入反應溶液中并保持恒溫反應2-4h，反應后經(jīng)分離提純即得到改性聚甲基丙烯酸鹽。

7、本發(fā)明通過利用水玻璃在中溫條件下的特定脫水反應和分解反應，制備了一種新型層狀硅酸鹽，該原料具有很強的離子交換能力，能夠增強傳統(tǒng)磷酸鹽分散劑的減水效果，進一步提高陶瓷料漿的流動性，并具有ph堿性調(diào)節(jié)和增強生坯強度的效果。隨后，通過化學合成法制備了一種羧酸接枝酯胺共聚物，該聚合物起到對陶瓷原料混合時的助磨作用和料漿的減水作用，并具有維持陶瓷料漿穩(wěn)定性的作用，延緩陶瓷料漿在靜置時的分層時間。由此配方制成的陶瓷料漿外加劑具有多功能效應，面向的陶瓷原料種類的適用性范圍廣，對料漿的分散效果好，需水量可進一步下降，有助于生產(chǎn)環(huán)節(jié)的節(jié)能降耗，是一種綠色環(huán)保的高性能外加劑。

8、優(yōu)選地，所述礦石粉包括蒙脫石粉、蛭石粉、水滑石粉和重晶石粉中的至少一種。

9、優(yōu)選地，所述礦石粉的粒徑小于0.1mm，且在混合液中的質(zhì)量份數(shù)為10％-20％。

10、優(yōu)選地，所述異戊烯醇聚氧乙烯醚的單體分子量為800-1600。

11、優(yōu)選地，在5小時內(nèi)緩慢滴加質(zhì)量濃度為40％-50％的異戊烯醇聚氧乙烯醚和質(zhì)量濃度為5％-10％的過硫酸鉀。

12、優(yōu)選地，所述氧化引發(fā)劑為過硫酸鉀，所述還原引發(fā)劑為亞硫酸氫鈉。

13、優(yōu)選地，所述電荷屏蔽劑為六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、聚丙烯酸鈉、聚羧酸鈉、檸檬酸鈉、草酸鈉、腐植酸鈉中的至少一種。

14、本發(fā)明還提供了上述的陶瓷料漿分散-增強型外加劑在制備建筑陶瓷中的應用。

15、本發(fā)明涉及的陶瓷料漿外加劑在滿足陶瓷料漿分散性的同時，還對后續(xù)的制胚流程中的生坯強度有所優(yōu)化，確保了產(chǎn)品在節(jié)能降耗和高效生產(chǎn)上的表現(xiàn)。能夠滿足陶瓷工業(yè)對高效、低能耗生產(chǎn)工藝的需求，同時促進了陶瓷產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的提升。

16、優(yōu)選地，所述陶瓷料漿分散-增強型外加劑在制備建筑陶瓷時的摻量為0.1-1.2wt％。

17、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

18、本發(fā)明公開了一種陶瓷料漿分散-增強型外加劑，該陶瓷外加劑的原料包括改性硅酸鹽料、羧酸接枝酯胺共聚物、改性聚甲基丙烯酸鹽和電荷屏蔽劑。將本發(fā)明的陶瓷料漿分散-增強型外加劑應用于陶瓷生產(chǎn)的球磨分散和燒結環(huán)節(jié)中，可進一步提升陶瓷料漿的分散性能，降低球磨過程的需水量和后續(xù)燒結過程的耗能，并且可以提高生坯強度，利于后續(xù)的加工穩(wěn)定性，并減少廢品率，提高陶瓷生產(chǎn)效率。總體而言，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

19、(1)本發(fā)明提供的陶瓷多功能外加劑，摻入量少，儲存條件寬松，符合環(huán)保要求，適用于大規(guī)模生產(chǎn)條件；從產(chǎn)品功能看，該外加劑集助磨、分散減水、堿性ph緩沖、穩(wěn)定懸浮膠體和增強胚體強度等多功效為一體，不僅保證了陶瓷生產(chǎn)過程中料漿的流動質(zhì)量和生坯壓制的強度，且有助于生產(chǎn)環(huán)節(jié)降低制料過程中的需水量和后續(xù)噴霧干燥流程的能耗，綠色環(huán)保，是一種多功能外加劑。

20、(2)本發(fā)明提供的陶瓷多功能外加劑原料中，使用改性硅酸鹽料大幅降低了陶瓷工藝中常用的磷酸鹽分散劑的摻量，減輕了傳統(tǒng)外加劑帶來的環(huán)境影響。改性硅酸鹽料具有一定的助磨效果和耐高溫穩(wěn)定性，能夠確保在球磨升溫過程中持續(xù)發(fā)揮功效，有利于縮短陶瓷原料的球磨過程并優(yōu)化顆粒級配。在陶瓷料漿中，改性硅酸鹽料擁有ph緩沖能力和強陽離子交換能力，一方面可以穩(wěn)定陶瓷料漿的堿性環(huán)境使得陶瓷顆粒表面盡可能帶負電荷，另一方面改性硅酸鹽料獨特的層狀結構間存在由負電荷的硅氧基團通過電中和作用吸引料漿中的鈣離子、鎂離子和鋁離子入層間，使陶瓷顆粒表面的負電荷量進一步提高，增強分散效果。這種改性硅酸鹽料在后續(xù)的胚體燒結過程中，還能與其他陶瓷原料發(fā)生化學反應，形成的新的相結構在材料內(nèi)部形成橋接或填充作用，從而增強陶瓷材料的整體機械強度。

21、(3)本發(fā)明提供的陶瓷多功能外加劑原料中，使用了改性聚甲基丙烯酸鹽，該鹽為一種線型聚羧酸系分散劑，主鏈具有很強的陰離子特性，能夠吸引并穩(wěn)定帶正電的顆粒，支鏈上具有大量的羥基基團，具有良好的水溶性和粘附性?；谄浞肿犹攸c，主鏈上的羧基和磺酸鹽基團能夠為陶瓷顆粒提供負電荷，增強顆粒間的靜電排斥力，防止顆粒團聚，接枝的支鏈通過提供空間位阻，進一步防止顆粒靠近和團聚，保持顆粒的良好分散狀態(tài)，并對溫度和ph變化具有一定的穩(wěn)定性，有利于料漿在不同條件下形成穩(wěn)定的分散體系。

22、(4)本發(fā)明提供的陶瓷多功能外加劑原料中，使用了羧酸接枝酯胺共聚物，這種聚合物具有羧酸系的梳形分子結構，分子側(cè)鏈上分布著聚氧乙烯鏈、羥基、胺基、羧基、酯基等官能團，有利于分子表面的活性部分與陶瓷顆粒表面接觸，形成一層吸附膜，且分子支鏈能與其它顆粒表面的支鏈形成立體交叉，減少顆粒間直接接觸，發(fā)揮優(yōu)異的助磨和分散作用，進一步優(yōu)化陶瓷原料球磨后的顆粒級配效果。此外，分子上的活性位點可以與金屬陽離子發(fā)生交聯(lián)反應，形成三維膠凝網(wǎng)絡結構，捕捉和固定懸浮的陶瓷顆粒，防止其沉降，在靜止或低剪切應力作用下維持懸浮顆粒的穩(wěn)定性，增加制胚效率。