一种提高生坯强度的添加剂及其制备方法与应用与流程

1.本发明属于陶瓷技术领域，涉及一种陶瓷坯体添加剂，尤其涉及一种提高生坯强度的添加剂及其制备方法与应用。


背景技术：

2.大多的陶瓷产品制备工艺包括如下步骤：利用素烧把坯体原料内含有的有机物、结构水、各种可分解的无机盐排除干净，使坯体的各种瓷土的矿物质发生反应烧成有一定强度的陶瓷坯体，然后在陶瓷坯体上进行施釉、印花、喷墨与打磨等美化工序后，在进入窑炉内进行釉烧，冷却后得到陶瓷成品。在素烧过程中，需要把坯体中的可分解物尽可能的排干净，避免在釉烧时，产生大量的气体冲破釉面，导致对釉面的破坏。坯体原料的组成对坯体的结构强度存在影响。
3.陶瓷生坯所用黏土的可塑性普遍较差，且对黏土的使用量存在限制，因此干燥后的生坯强度较低，容易出现缺边、掉角、裂纹等缺陷，在输送和使用过程中，容易出现损坏与开裂，因此提高陶瓷生坯的强度对于陶瓷生产十分重要。提高陶瓷生坯强度的方法主要包括：提高优质黏土用量，但会导致原料成本增加；使用添加剂减少黏土用量，并降低生产成本。
4.添加剂的加入增加了陶瓷的生坯强度，且添加剂在提高生坯均匀性和强度的同时，不会增加陶瓷生产过程的时间、工作量和能耗，也不会对陶瓷的生产工艺和环境带来不利影响。
5.cn 109337013a公开了一种基于atrp法改性的环糊精共聚物陶瓷坯体增强剂，其制备方法为先采用含有双键的改性环糊精单体，再采用水性atrp法引发改性环糊精单体、丙烯酸盐单体、含羟基的丙烯酸酯单体聚合而成，其中环糊精共聚物陶瓷坯体增强剂的数均分子量为15000-25000，pdi≤1.3。其通过以环糊精、羟基丙烯酸酯单体为重复单元，通过重复单元与颗粒发生的强氢键作用实现坯体的增强效果。但环糊精的分子结构较为复杂，在素烧过程中环糊精的分解容易造成结构塌陷，因此其添加量不宜过高，对坯体的增强效果有限。
6.cn 105859945a公开了一种改性聚乙烯醇共聚物交联型陶瓷坯体增强剂，在引发剂和链转移剂的作用下，醋酸乙烯酯与丙烯酸发生自由基聚合反应，当加入碱处理时，共聚物的部分酯键水解，制得一种丙烯酸、醋酸乙烯酯改性丙烯醇共聚物的陶瓷坯体增强剂。其在坯体浆料成型的过程中，在碱性条件下水解成丙烯酸与乙烯醇共聚物，共聚物中的羟基与生坯中颗粒发生氢键结合，使坯体内部颗粒成网状结构，从而增加了坯体的生坯强度、干燥强度与施釉强度。但该增强剂的制备原料成本较高，不利于工业化生产利用。
7.cn 107935606a公开了一种高效陶瓷坯体增强剂组合物及其制得的产品，以质量百分比计，组成为：4-8％的丙烯酸压敏胶乳液、1-3％的改性天然高分子、8-15％的环氧改性聚丙烯酸钠，其余为水。其将丙烯酸压敏胶乳液与环氧改性聚丙烯酸钠用于陶瓷坯体增强，降低了生坯的开裂长度，延长了生坯的开裂时间。但其主要成分的质量百分比较小，如
果增大有效成分含量，则增强剂无法在陶瓷原料中有效分散。因此，其在应用过程中，会极大地提高干燥的成本。
8.对此，需要提供一种应用简单，且能够用于增强陶瓷生坯强度的添加剂，使其能够在陶瓷材料中均匀分散，并能够有效提高生坯的强度，延长生坯的开裂时间。


技术实现要素：

9.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种提高生坯强度的添加剂及其制备方法与应用，所述添加剂的组成简单、原料来源广泛且成本较低，用于陶瓷生坯增强剂时，能够均匀分布，保证了陶瓷生坯强度的均匀性，有效提高了陶瓷生坯的强度，并能有效延长陶瓷生坯的开裂时间。
10.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
11.第一方面，本发明提供了一种提高生坯强度的添加剂，所述添加剂的制备原料包括质量比(2-6):1的第一组分与第二组分；
12.所述第一组分包括质量比(1-9):(1-9)的木质素磺酸盐与三乙醇胺；
13.所述第二组分包括质量比(1-9):(1-9)的硅溶胶与铝盐。
14.本发明所述添加剂中，第一组分与第二组分的质量比为(2-6):1，例如可以是2:1、3:1、4:1、5:1或6:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
15.所述第一组分中，木质素磺酸盐与三乙醇胺的质量比为(1-9):(1-9)，例如可以是1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1或9:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
16.所述第二组分中，硅溶胶与铝盐的质量比为(1-9):(1-9)，例如可以是1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1或9:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
17.所述木质素磺酸盐的添加，能够提供高分子链结构形成的网状结构，与陶瓷颗粒结合在一起，可以提高陶瓷坯体的强度；三乙醇胺的添加则能够协同木质素磺酸钠与陶瓷颗粒的作用，使木质素磺酸盐能够均匀作用于陶瓷颗粒。
18.所述硅溶胶与铝盐组成的第二组分，在素烧过程中不仅能够提供有利于提高陶瓷生坯强度的al2o3与sio2，还能促进盐分析出，使最终所得陶瓷生坯中的粒径分布更加合理，加之木质素磺酸盐的协同，保证了最终所得陶瓷生坯的强度均匀性与稳定性。
19.优选地，所述第一组分与第二组分的质量比为(3-5):1，例如可以是3:1、3.5:1、4:1、4.5:1或5:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
20.优选地，所述木质素磺酸盐与三乙醇胺的质量比为(5-8):1，例如可以是5:1、6:1、7:1或8:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
21.优选地，所述木质素磺酸盐包括木质素磺酸钠、木质素磺酸钾或木质素磺酸氨中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括木质素磺酸钠与木质素磺酸钾的组合，木质素磺酸钾与木质素磺酸氨的组合，木质素磺酸钠与木质素磺酸氨的组合，或木质素磺酸钠、木质素磺酸钾与木质素磺酸氨的组合。
22.优选地，所述硅溶胶与铝盐的质量比为(1-3):1，例如可以是1:1、2:1或3:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
23.优选地，所述硅溶胶中sio2的含量为15-21wt％，ph值为2.5-3.5。
24.本发明所述硅溶胶中sio2的含量为15-21wt％，例如可以是15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％、20wt％或21wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
25.本发明所述硅溶胶的ph值为2.5-3.5，例如可以是2.5、3或3.5，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
26.优选地，所述铝盐包括氯化铝和/或硝酸铝。
27.优选地，所述添加剂中还包括三聚磷酸钠。
28.本发明通过在添加剂中进一步添加三聚磷酸钠，能够进一步提升第一组分与第二组分的协同改良效果，使所得陶瓷生坯的强度得以进一步提升。
29.优选地，所述三聚磷酸钠与第二组分的质量比为(0.1-0.3):1，例如可以是0.1:1、0.2:1或0.3:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
30.优选地，所述添加剂中还包括辅助剂。
31.优选地，所述第一组分与辅助剂的质量比为(30-40):1，例如可以是30:1、31:1、32:1、33:1、34:1、35:1、36:1、37:1、38:1、39:1或40:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
32.优选地，所述辅助剂包括树胶、淀粉或羧甲基纤维素钠中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括树胶与淀粉的组合，淀粉与羧甲基纤维素钠的组合，树胶与羧甲基纤维素钠的组合，或树胶、淀粉与羧甲基纤维素钠的组合。
33.树胶与淀粉的来源广泛，少量添加树胶与淀粉能够提高陶瓷生坯的强度，降低产品的破损率；羧甲基纤维素则为一种醚类增强剂，通过控制第一组分与辅助剂的质量比为(30-40):1，既能够进一步提升陶瓷生坯的强度，还能够降低素烧时树胶、淀粉或羧甲基纤维素钠过多带来的不利影响。
34.第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述添加剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
35.(1)按配方量混合木质素磺酸盐与三乙醇胺，得到第一混料；
36.(2)按配方量混合硅溶胶与铝盐，得到第二混料；
37.(3)球磨混合第一混料与第二混料，干燥，得到所述添加剂；
38.步骤(1)与步骤(2)不分先后顺序。
39.优选地，步骤(3)所述球磨混合还包括混合配方量的三聚磷酸钠与辅助剂。
40.优选地，步骤(3)所述球磨的时间为10-30min，例如可以是10min、15min、20min、25min或30min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
41.优选地，步骤(3)所述球磨的转速为400-500r/min，例如可以是400r/min、420r/min、450r/min、480r/min或500r/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
42.优选地，步骤(3)所述球磨的球料比为(5-8):1，例如可以是5:1、6:1、7:1或8:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
43.本发明所述球料比为球料质量比，所述球磨所用研磨球包括但不限于锆球。
44.优选地，步骤(3)所述干燥的温度为150-180℃，时间≥60min。
45.本发明步骤(3)所述干燥的温度为150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃或180℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
46.本发明步骤(3)所述干燥的时间≥60min，例如可以是60min、65min、70min、75min、80min、85min或90min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
47.第三方面，本发明提供了一种如第一方面所述添加剂的应用，所述添加剂用于陶瓷生坯增强剂。
48.优选地，所述添加剂的用量为陶瓷生坯原料质量的3-5wt％，例如可以是3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％或5wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
49.本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
50.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
51.本发明通过特定质量比的木质素磺酸盐、三乙醇胺、硅溶胶与铝盐的使用，仅通过陶瓷生坯原料质量3-5wt％的添加，即可实现陶瓷生坯强度的提高，保证了最终所得陶瓷生坯的强度均匀性与稳定性。
具体实施方式
52.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
53.实施例1
54.本实施例提供了一种提高生坯强度的添加剂，所述添加剂的制备原料包括质量比4:1的第一组分与第二组分；
55.所述第一组分包括质量比6:1的木质素磺酸钠与三乙醇胺；
56.所述第二组分包括质量比2:1的硅溶胶与氯化铝；
57.所述硅溶胶中sio2的含量为18wt％，ph值为3。
58.所述添加剂采用如下制备方法制备得到，所述制备方法包括如下步骤：
59.(1)按配方量混合木质素磺酸钠与三乙醇胺，得到第一混料；
60.(2)按配方量混合硅溶胶与氯化铝，得到第二混料；
61.(3)450r/min球磨混合第一混料与第二混料20min，160℃干燥60min，得到所述添加剂；所述球磨的球料比为6:1；
62.步骤(1)与步骤(2)不分先后顺序。
63.实施例2
64.本实施例提供了一种提高生坯强度的添加剂，所述添加剂的制备原料包括质量比6:1的第一组分与第二组分；
65.所述第一组分包括质量比5:1的木质素磺酸钠与三乙醇胺；
66.所述第二组分包括质量比3:1的硅溶胶与氯化铝；
67.所述硅溶胶中sio2的含量为15wt％，ph值为2.5。
68.所述添加剂采用如下制备方法制备得到，所述制备方法包括如下步骤：
69.(1)按配方量混合木质素磺酸钠与三乙醇胺，得到第一混料；
70.(2)按配方量混合硅溶胶与氯化铝，得到第二混料；
71.(3)400r/min球磨混合第一混料与第二混料30min，180℃干燥60min，得到所述添加剂；所述球磨的球料比为5:1；
72.步骤(1)与步骤(2)不分先后顺序。
73.实施例3
74.本实施例提供了一种提高生坯强度的添加剂，所述添加剂的制备原料包括质量比2:1的第一组分与第二组分；
75.所述第一组分包括质量比8:1的木质素磺酸钠与三乙醇胺；
76.所述第二组分包括质量比1:1的硅溶胶与氯化铝；
77.所述硅溶胶中sio2的含量为21wt％，ph值为3.5。
78.所述添加剂采用如下制备方法制备得到，所述制备方法包括如下步骤：
79.(1)按配方量混合木质素磺酸钠与三乙醇胺，得到第一混料；
80.(2)按配方量混合硅溶胶与氯化铝，得到第二混料；
81.(3)500r/min球磨混合第一混料与第二混料10min，150℃干燥60min，得到所述添加剂；所述球磨的球料比为8:1；
82.步骤(1)与步骤(2)不分先后顺序。
83.实施例4
84.本实施例提供了一种提高生坯强度的添加剂，与实施例1相比，所述添加剂还包括三聚磷酸钠，且所述三聚磷酸钠与第二组分的质量比为0.1:1外，其余添加剂的组成均与实施例1相同。
85.所述添加剂采用如下制备方法制备得到，所述制备方法包括如下步骤：
86.(1)按配方量混合木质素磺酸钠与三乙醇胺，得到第一混料；
87.(2)按配方量混合硅溶胶与氯化铝，得到第二混料；
88.(3)450r/min球磨混合第一混料、第二混料以及三聚磷酸钠20min，160℃干燥60min，得到所述添加剂；所述球磨的球料比为6:1；
89.步骤(1)与步骤(2)不分先后顺序。
90.实施例5
91.本实施例提供了一种提高生坯强度的添加剂，除所述三聚磷酸钠与第二组分的质量比为0.2:1外，其余均与实施例1相同。
92.实施例6
93.本实施例提供了一种提高生坯强度的添加剂，除所述三聚磷酸钠与第二组分的质量比为0.3:1外，其余均与实施例1相同。
94.实施例7
95.本实施例提供了一种提高生坯强度的添加剂，与实施例4相比，所述添加剂还包括辅助剂羧甲基纤维素钠，且第一组份与辅助剂的质量比为35:1外，其余添加剂的组成均与实施例4相同。
96.所述添加剂采用如下制备方法制备得到，所述制备方法包括如下步骤：
97.(1)按配方量混合木质素磺酸钠与三乙醇胺，得到第一混料；
98.(2)按配方量混合硅溶胶与氯化铝，得到第二混料；
99.(3)450r/min球磨混合第一混料、第二混料、三聚磷酸钠以及羧甲基纤维素钠20min，160℃干燥60min，得到所述添加剂；所述球磨的球料比为6:1；
100.步骤(1)与步骤(2)不分先后顺序。
101.实施例8
102.本实施例提供了一种提高生坯强度的添加剂，除第一组份与辅助剂的质量比为30:1外，其余均与实施例1相同。
103.实施例9
104.本实施例提供了一种提高生坯强度的添加剂，除第一组份与辅助剂的质量比为40:1外，其余均与实施例1相同。
105.实施例10
106.本实施例提供了一种提高生坯强度的添加剂，除将木质素磺酸钠等质量替换为木质素磺酸钾外，其余均与实施例1相同。
107.实施例11
108.本实施例提供了一种提高生坯强度的添加剂，除将木质素磺酸钠等质量替换为木质素磺酸铵外，其余均与实施例1相同。
109.对比例1
110.本对比例提供了一种提高生坯强度的添加剂，除第一组份与第二组分的质量比为1:1外，其余均与实施例1相同。
111.对比例2
112.本对比例提供了一种提高生坯强度的添加剂，除第一组份与第二组分的质量比为7:1外，其余均与实施例1相同。
113.对比例3
114.本对比例提供了一种提高生坯强度的添加剂，除了将三乙醇胺等质量替换为木质素磺酸钠外，其余均与实施例1相同。
115.对比例4
116.本对比例提供了一种提高生坯强度的添加剂，除了将铝盐等质量替换为硅溶胶外，其余均与实施例1相同。
117.对比例5
118.本对比例提供了一种提高生坯强度的添加剂，除了将三乙醇胺等质量替换为异丙醇胺外，其余均与实施例1相同。
119.性能测试
120.为了说明实施例1-11以及对比例1-5提供的提高生坯强度的添加剂的效果，具体实施方式中提供了一种常规的陶瓷生坯原料组成：14wt％的al2o3，0.05wt％的fe2o3，7wt％的cao，1.5wt％的mgo，0.8wt％的k2o与1.2wt％的na2o，余量为sio2。
121.混合陶瓷生坯原料与添加剂，添加剂的添加量为陶瓷生坯质量的3-5wt％，球磨混合均匀后进行烘干，过60目筛进行造粒，以10mpa压力成型，得到40mm
×
70mm
×
5mm的试样，采用三点式抗折仪测定试样的湿坯抗折强度。
122.湿坯于150℃干燥2h，之后采用三点式抗折仪测定试样的干坯抗折强度。
123.所得结果如表1所示。
124.表1
[0125][0126][0127]
综上所述，本发明通过特定质量比的木质素磺酸盐、三乙醇胺、硅溶胶与铝盐的使用，仅通过陶瓷生坯原料质量3-5wt％的添加，即可实现陶瓷生坯强度的提高，保证了最终所得陶瓷生坯的强度。
[0128]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。