[发明专利]一种改性碱木质素陶瓷助磨分散剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷助磨分散剂，特别是涉及一种改性碱木质素陶瓷助磨分散剂及其制备方法。

背景技术

目前我国陶瓷生产主要采用湿法工艺，即先将陶瓷原料球磨成泥浆，再干燥成型，最后烧成。球磨过程和喷雾干燥的能耗达到总能耗的40%，占装机容量的70%。提高原料球磨效率、缩短球磨时间和降低泥浆中的含水率对陶瓷企业的节能降耗、降低生产成本有重要的现实意义。许多研究和生产表明，陶瓷料浆中加入适量的助磨分散剂能有效改善矿物颗粒的表面性质，获得流变性好、固含量高、分散均匀稳定的料浆，从而可显著减少球磨和干燥成型的能耗。

助磨剂是指在粉碎过程中少量加入即能显著提高粉碎效率的化学物质。对陶瓷原料有助磨效果的无机电解质有三聚磷酸钠、水玻璃；阴离子型有机表面活性剂有木质素磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、TC、柠檬酸钠；非离子型有机表面活性剂的有三乙醇胺等。十二烷基苯磺酸钠单独使用浆料粒度最小，效果较好；木质素磺酸钠单独使用的效果相对差一点，通常将以上化学品混合使用以获得更好效果，如将三乙醇胺与柠檬酸钠混合，将三聚磷酸钠与TC 混合，将柠檬酸钠与水玻璃混合。但总的来说上述物质的助磨效果并不明显。

分散剂是一种有助于改善陶瓷泥浆性能的添加剂。它的加入使泥浆在水份较低的情况下，粘度适当，流动性好，不仅便于操作，而且可大幅度减少干燥泥浆、制备粉料所需的能耗。使用优良的分散剂，能促进陶瓷生产向高效益、高质量、低能耗的方向发展。

目前陶瓷生产中所用的分散剂种类很多，大致有无机分散剂、有机小分子分散剂和超分散剂三类。无机分散剂主要是无机电解质，一般为含有Na⁺ 的无机盐，如氯化钠、硅酸钠、偏硅酸钠、六偏磷酸钠、碳酸钠、三聚磷酸钠等，其中应用最多的是三聚磷酸钠，其价格低，综合性能相对较好。无机分散剂在水中可电离起调节电荷作用，如与表面活性剂复配，可帮助降低表面活性剂的临界胶束浓度，改善分散效果。但是无机分散剂由于受分子结构、相对分子质量等因素的影响，其分散作用十分有限，而且用量较大。

有机分散剂主要是低分子有机电解质类分散剂和表面活性剂类分散剂，前者主要有柠檬酸钠、腐殖酸钠、乙二胺四乙酸钠、亚氨基三乙酸钠, 羧乙基乙二胺三乙酸钠等。后者作为分散剂的多为阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂，阳离子表面活性剂和两性表面活性剂使用较少。阴离子表面活性剂较多使用的有主要羧酸盐、磺酸盐、硫酸盐等。非离子表面活性剂可分为聚氧乙烯型、多元醇型和聚醚型三类。有机分散剂单一组分使用时分散效果不明显，一般与使用无机盐类复合使用，如柠檬酸钠－三聚磷酸钠，腐植酸钠－三聚磷酸钠，聚丙烯酸钠－三聚磷酸钠，腐植酸钠－水玻璃等，但分散减水效果也不十分理想，而且这些产品还存在坯体强度低和破损率高的缺点。

高分子分散剂主要是水溶性高分子，如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸及其钠盐、羟甲基纤维素等。在陶瓷浆料中添加的高分子分散剂一般分为两类，一类是聚电解质，在水中可电离，呈现不同的离子状态，如聚丙烯酸钠；另一类是非离子型高分子表面活性剂，如聚乙烯醇。高分子陶瓷分散剂由于疏水基、亲水基的位置和大小可调，分子结构可呈梳状，又可呈现多支链化，因而对分散微粒表面覆盖及包封效果要比前者强得多，加之其分散体系更易趋于稳定、流动，高分子陶瓷分散剂已经成为很有前途的一类高效分散剂。此类产品水溶性好，分散性好，稳定性高，应用范围广，不易受强电解质的影响，在干燥和烧结过程中又很容易挥发，不留下任何杂质和离子。

工业木质素（主要包括来自亚硫酸法制浆红液的木质素磺酸盐和碱法制浆黑液的碱木质素）来源于造纸废液，大部分作为废物排放，既浪费资源，也严重污染了江河。其中木质素磺酸盐具有一定的分散性能，可用作水煤浆分散剂、混凝土减水剂、农药分散剂、粘土水悬浮液稳定剂等，还用于石油钻探中改善泥浆的流变学性质。木质素磺酸盐在陶瓷行业中主要用作助磨剂和增强剂，由于分散效果不理想，其用作陶瓷泥浆分散剂的研究应用较少。

与木质素磺酸盐相比，由碱法制浆黑液酸析而得的碱木质素数量更多，占工业木质素的90%以上。碱木质素仅溶解于强碱性溶液，较差的水溶性严重限制了碱木质素的应用，导致固体废弃物的二次污染。碱木质素的价格及其低廉，且具有来源丰富、无毒、可生物降解等优点，目前尚无利用碱木质素研究开发陶瓷浆料助磨分散剂的应用研究，因此对碱木质素进行改性，在其分子中引入亲水基团，提高分散性能，研制高效陶瓷助磨分散剂对于陶瓷行业和造纸行业均具有重大的社会和经济意义。

发明内容