一种陶瓷材料研磨助剂的制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种研磨用的助剂，特别涉及一种陶瓷材料研磨助剂的制备方法。
背景技术
原料的粉碎是无机材料特别是陶瓷生产过程中一个必不可少的工序，而粉碎是一个高能耗、低效率的作业过程，为了提高研磨的效率，在研磨过程中添加适量研磨助剂是一种简单有效的方法，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。目前，关于助磨剂的研究主要集中在有色金属选矿方面和水泥熟料的加工两方面，在陶瓷工业原料加工中的应用以及研究很少见报道。也还没有专门开发或研究适用于大多数陶瓷原料的研磨助剂，目前的应用主要还是用一些具有减水和悬浮效果的无机或有机助剂，其在具有减水或悬浮料浆的同时还具有一定的助磨效果，例如六偏磷酸钠、碳酸钠、以及三聚磷酸钠等。此外，还有一些表面活性剂物质也可以做为助磨剂使用，如醇盐、胺盐、十二烷基苯磺酸钠、木质素磺酸盐、柠檬酸钠、油酸等。目前助磨剂研究主要是集中在现有的无机盐或有机活性剂对某种矿物的助磨作用和机理上，如郭建斌采用六偏磷酸钠、碳酸钠，发现其可以提高硅酸锆超细磨矿效率【郭建斌，六偏磷酸钠、碳酸钠提高硅酸锆超细磨矿效率研究，非金属矿，2001，24(2)：35-36】；高森等采用腐殖酸钠和三聚磷酸钠混合使用，发现在日用陶瓷细坯料研磨时可以降低研磨时间【高森，采用助磨剂缩短球磨机的研磨时间，河北陶瓷，29(2)：40】；唐林生等制备了多铵基磷酸钠，发现其对石灰石原料具有较好的助磨效果【多铵基磷酸钠的合成及其助磨性能研究】；卜景龙和沈毅制备了一种有机助磨剂，发现其对锆英砂具有较好地助磨效果，但是其没有报道具体的助磨剂物质【卜景龙、沈毅，高效有机助磨剂，陶瓷，2000，4：31-32】；此外，张健、吴基球发现将十二烷基苯磺酸钠和水玻璃以及三聚磷酸钠等混合使用可以对瓷石原料具有一定助磨效果。美国人Klimpel；和Richard R.发明了一种可以对矿石、陶瓷以及颜料和煤矿等作用的有机助磨剂，其通过氧化糖类物质的方法获得至少含有三个羟基和1-2个羧基的有机酸，发现其对许多固体物质可以起到助磨效果【Klimpel，Hydroxy-carboxylic acid grinding aids，United States Patent 5799882，September 1，1998】；日丰专利特开平J1-151955报道了利用丙酸一丙烯酸甲基聚合体的钠盐作为助磨剂，干式粉碎天然石灰石而生产重质碳酸钙，其助磨剂的加入量为给矿总量的0.05％～0.5％，采用这种方法干磨，能很容易而且有效地生产微粉重质碳酸钙。上述的这些助磨剂大多数使用效果较差，如六偏磷酸钠、碳酸钠、柠檬酸钠，三聚磷酸钠等；而有的只能局限于一种陶瓷原料，如丙酸一丙烯酸甲基聚合体的钠盐只对石灰石起到作用，有的助磨剂如十二烷基苯磺酸钠和油酸等使用于陶瓷料浆后会产生大量的气泡，因而不宜使用，即使使用也得再加入一定量的消泡剂配合使用，这将大大增加成本。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种陶瓷材料研磨助剂的制备方法，将此研磨助剂加入陶瓷原料中能够显著提高陶瓷原料的研磨效率，降低研磨时间，节省能源消耗。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：首先将马来酸酐和丙烯酸分别溶于蒸馏水中配成质量百分比浓度为10～20％的马来酸酐和5～10％丙烯酸溶液备用；将引发剂硝酸铈铵溶于蒸馏水中配成0.02～0.07mol/L的硝酸铈铵溶液备用；将对苯二酚溶于蒸馏水配成浓度为质量百分比浓度5～15％的对苯二酚溶液备用；在反应器中以40～95℃按照马来酸酐和丙烯酸的摩尔比为1.7∶1～1∶3.1的比例将丙烯酸溶液滴加到马来酸酐溶液中，在此过程中同时将引发剂硝酸铈铵溶液滴加到马来酸酐溶液中，控制反应液中硝酸铈铵的浓度为0.5～2.0mmol/L，一边滴加一边搅拌，在恒温下搅拌反应3.5～4.5小时后结束反应得到反应液；在反应液中加入氢氧化钠溶液使反应液的PH值为8～9，搅拌均匀后，滴加少量1～2滴的对苯二酚溶液即可。
本发明以马来酸酐、丙烯酸为原料，合成了一种陶瓷原料助磨剂——马来酸酐-丙烯酸共聚物的钠盐，结果表明：其对陶瓷工业中所采用的大多数硬质矿物原料如锆英石、石英、长石、滑石等有助磨效果；其以少量的加入0.01％-3.0％即可以显著提高陶瓷原料的研磨效率，降低研磨时间，节省能源消耗；其使用效果明显优于传统的陶瓷研磨助剂如碳酸钠、硅酸钠、三聚磷酸钠等；同时由于合成MA-AA共聚物的钠盐的成本较低，产品固含量较小，故而其实用成本更低。
【具体实施方式】
实施例1：在反应器中以65℃将0.05mol/L的硝酸铈铵溶液和质量百分比浓度为5％的丙烯酸溶液共同滴加到质量百分比浓度为15％的马来酸酐溶液中，一边滴加一边搅拌，控制反应液中硝酸铈铵的浓度为1.6mmol/L，控制马来酸酐溶液与丙烯酸溶液的摩尔比为1∶1，在恒温下搅拌反应4小时后结束反应，用氢氧化钠溶液调PH值8，搅拌均匀，滴加1滴的质量百分比浓度为10％的对苯二酚溶液即得到产品。
将上述产品溶液按照100％纯度计算，分别以不同的加入量加入到行星式快速研磨机中和锆英石、石英以及滑石等一起研磨，以考察其对其它陶瓷原料的助磨效果。试验中采用氧化铝陶瓷罐为研磨罐(直径170mm)，球石为球形氧化铝球石(直径10mm)，控制料球水比例为料∶球∶水＝1∶2∶1，转速200转/分，研磨5分钟后用200目筛过筛，用万分之一电子天平称量烘干后的筛余，以筛余的质量多少作为衡量研磨效果优劣的指标。试验中以相同条件下不加助磨剂时的试样为空白试样，作为对比使用。
表1分别为不同助磨剂加入量时助磨剂对石英、锆英石和滑石的研磨效果。
表2为不同助剂加入量时合成产品与工业助磨剂对石英的助磨效果
比较表
从表中可以看出，加入合成的助磨剂1％以后，在相同的时间范围内，球磨石英的200目筛余由7.17％降低到1.71％，锆英石由9.39％降低到3.24％，而滑石由8.37％降低到2.24％，说明其具有明显的助磨效果。和传统的陶瓷工业常用的助磨剂硅酸钠、碳酸钠和三聚磷酸钠等相比，效果十分显著。
表1合成产品对石英、锆英石和滑石的助磨效果表研磨助剂加入量(Wt％) 0 0.01 0.1 1 3 5 10 石英 200目筛余 7.17 2.82 1.97 1.71 2.66 3.15 3.24
锆英石 200目筛余9.39 6.58 3.37 3.24 3.67 4.59 5.57滑石 200目筛余8.37 3.59 2.52 2.24 3.05 3.68 4.12
表2合成产品与工业助磨剂对石英的助磨效果比较表助磨剂种类助磨剂加入量(Wt％) 0 0.01 0.1 1 3 5 10研磨助剂 200目筛余 7.17 2.82 1.97 1.71 2.66 3.15 3.24硅酸钠 200目筛余 7.17 7.15 6.78 6.75 7.28 7.39 7.52碳酸钠 200目筛余 7.17 7.11 6.49 6.44 6.9 7.09 7.21三聚磷酸钠 200目筛余 7.17 6.98 6.37 6.24 6.67 6.78 6.82
实施例2：在反应器中以95℃将浓度为0.02mol/L硝酸铈铵溶液和质量百分比浓度为8％的丙烯酸溶液共同滴加到质量百分比浓度为10％的马来酸酐溶液中，一边滴加一边搅拌，控制反应液中硝酸铈铵的浓度为0.5mmol/L，控制马来酸酐溶液与丙烯酸溶液的摩尔比为1.7∶3.1，在恒温下搅拌反应3.5小时后结束反应，用氢氧化钠溶液调PH值9，搅拌均匀，滴加2滴质量百分比浓度为5％的对苯二酚溶液即得到产品。
产品的助磨试验细节与实施例1相同。
表3分别为不同助磨剂加入量时助磨剂对石英和长石的研磨效果。
表中可以看出，合成的助磨剂对长石和石英具有明显的助磨效果。
表3合成产品对石英和长石的助磨效果表研磨助剂加入量(％) 0 0.01 0.1 1 3 5 10 石英 200目筛余 7.17 3.00 2.75 2.72 2.84 3.22 3.58 长石 200目筛余 6.98 4.35 4.46 2.03 2.69 3.56 3.64
实施例3：在反应器中以40℃将浓度为0.07mol/L的硝酸铈铵溶液和质量百分比浓度为10％的丙烯酸溶液共同滴加到质量百分比浓度为20％的马来酸酐溶液中，一边滴加一边搅拌，控制反应液中硝酸铈铵的浓度为为2mmol/L，控制马来酸酐溶液与丙烯酸溶液的摩尔比为1.5∶2，在恒温下搅拌反应4小时后结束反应，用氢氧化钠溶液调PH值8.5，搅拌均匀，滴加1滴质量百分比浓度为15％的对苯二酚溶液即得到产品。
产品的助磨试验细节与实施例1相同。
表4分别为不同助磨剂加入量时助磨剂对石英和长石的研磨效果。同时合成的助磨剂对典型的含有粘土的日用陶瓷配料具有明显的助磨效果。
表4合成产品对石英和长石以及典型日用陶瓷坯料配比的助磨效果表研磨助剂加入量(％)0 0.01 0.1 1 3 5 10 石英200目筛余7.17 3.53 3.25 2.88 2.71 2.99 4.81 长石200目筛余6.98 3.35 3.16 2.83 2.62 3.24 4.67 日用陶瓷坯料(石 英∶长石∶洪江土 Wt％＝30∶30∶40)200目筛余6.76 2.95 2.78 1.68 1.73 2.38 5.23