[发明专利]一种同时增强石膏制件机械强度和吸水性的外加剂的合成

说明书

本发明公开了一种同时增强石膏制件强度和吸水性的外加剂的合成方法，此外加剂为低磺化度的高分子聚乙烯醇硫酸钠，是通过将水解度在97％‑78％间的聚乙烯醇溶于N,N‑二甲基甲酰胺中，再用氯磺酸磺化此部分水解的聚乙烯醇到磺化度为10％‑15％，再将产物中和所制得。将此产品应用于石膏制件的制作过程中，可同时改善石膏制件的强度和吸水性。以半水石膏质量计，聚乙烯醇硫酸钠的掺量为0.05‑0.3wt.％时，可有效增大石膏制件的机械强度和吸水性。

【技术领域】

本发明涉及合成一种低磺化度的高分子聚乙烯醇硫酸钠外加剂，将其添加到半水石膏中能同时增强石膏制件的机械强度和吸水性，属于合成高分子有机化合物应用技术领域。

【背景技术】

天然石膏由于条件的难易可分别制备出α-半水石膏和β-半水石膏，因两种半水石膏的晶型不同，其性能相差甚异，价格较高的α-半水石膏水化后的石膏具有高强度、低吸水的特点，β-半水石膏正好与之相反。在石膏外加剂没有发展起来之前，调制符合模具使用要求的石膏主要是通过改变水膏比及两种半水石膏混合比例来实现的，但此方法制造工艺较为繁琐、复杂且成本高，后逐渐被外加剂的使用所代替。由于β-半水石膏价廉且改性较为困难，因此外加剂改性β-半水石膏更具商业价值和意义。

从外加剂的发展至今，主要有萘系减水剂、磺化三聚氰胺、木质素磺酸盐、聚羧酸减水剂等，其对石膏制件的改性并不理想，只是单一方面地提高了石膏的机械强度或者吸水性。

模具石膏要求石膏制件的机械强度和吸水性都高，而目前能够提高石膏制件的机械强度和吸水性的添加剂很少；因为一般能够提高石膏制件机械强度的外加剂会降低石膏制件吸水性。

我们通过研究发现接有磺酸基的大分子和部分水解的聚乙烯醇均可同时提高石膏制件的机械强度和吸水性，因此适合石膏制件的外加剂大分子上接有磺酸基、酯键和乙烯醇单元对石膏性能的改善是非常有利的。

我们发现，低磺化度的聚乙烯醇硫酸钠提高石膏制件机械强度和吸水性的程度分别要高于含磺酸基大分子和部分水解的聚乙烯醇提高石膏制件机械强度和吸水性的程度，而高磺化度的聚乙烯醇硫酸钠则不能。因此控制磺化度较为重要，而磺化反应最关键的是过度磺化并造成大分子的降解；另外大分子的物性也使得膜式磺化难以用于大分子磺化。通常是用吡啶做缚酸剂来减弱反应。例如应用于胶体滴定中的标准阴离子滴定试剂高磺化度聚乙烯醇硫酸钾(磺化度大于90％)，其是先通过吡啶与氯磺酸发生反应，再与完全水解的聚乙烯醇继续反应，最后中和所制聚乙烯醇硫酸钾；其与本发明所合成的聚乙烯醇硫酸钠区别在于磺化度、分子结构与合成方法(一步法)的不同。

本发明基于细致的构效关系研究结果，对分子结构进行设计，低温下用氯磺酸磺化一定水解度的聚乙烯醇，可制备出同时含有磺酸基的聚乙烯醇硫酸钠。

本发明的合成方法具有合成工艺更为简单、可节省生产成本、纯度更高等优点，所制备的聚乙烯醇硫酸钠产品颜色浅、杂质少，其将会更有利于聚乙烯醇硫酸钠的工业化生产和广泛应用。

【发明内容】

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种可同时增强石膏制件机械强度和吸水性的外加剂低磺化度的聚乙烯醇硫酸钠的合成方法，与吡啶氯磺酸法相比，其具有反应工艺简单、便于操作和控制，可节省生产成本，产品纯度高的优点。

[技术方案]

本发明是通过下述技术方案实现的：将水解度在97％-78％间的聚乙烯醇加热溶于N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌冷却至反应温度后于一定时间内匀速滴加氯磺酸，继续老化1小时后终止反应，用25wt.％的NaOH溶液中和反应体系pH至7.0，反应液经离心后再用少量90％的乙醇洗涤所得固体，干燥粉碎后即得米白色颗粒状产品。在上述给定的范围内，本领域技术人员可通过调节氯磺酸用量及反应温度来控制聚乙烯醇硫酸钠的磺化度。所得产品按以下方法使用和检测使用效果。