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木质素系陶瓷分散剂的制备及其应用性能研究

作　者: 王安安
导　师: 邱学青
学　校: 华南理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 陶瓷 木质素 氨基磺酸 复合分散剂 改性
分类号: TQ174.49
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


在建筑陶瓷生产过程中,分散剂的加入有助于陶瓷颗粒的有效分散并且在高固含量的情况下保持良好的流动性。分散剂能有效提高陶瓷浆体的质量和助磨效率,降低用水量和能耗。目前,建筑陶瓷分散剂主要以无机盐为主,其对陶瓷料浆的稳定性和助磨效果不理想。高分子分散剂能满足陶瓷料浆良好分散稳定性的需求,但是其价格高而使其应用受到限制。本文系统研究了一系列高分子分散剂对建筑陶瓷浆体性能的影响,并通过化学改性和物理复配的方法研制了木质素系陶瓷分散剂。主要研究进展和成果如下:（1）系统研究了一系列高分子分散剂对建筑陶瓷浆体的固含量、流出时间和表观粘度等性能的影响,初步筛选出具有较好分散降黏效果的萘系减水剂FDN、东莞高效分散剂GCL4-1、氨基磺酸系减水剂ASP和木质素改性氨基磺酸系ASL四种分散剂。但单一使用这些高分子分散剂时,其对建筑陶瓷浆体的分散性能不及市场上常用的分散剂对比样（三聚磷酸钠-水玻璃）。（2）将四种分散剂分别与无机盐配伍,得到两种复合分散剂的降黏效果与分散稳定性均优于市场上常用的分散剂对比样。第一种是ASP与H、S配伍得到的复合分散剂。当ASP与H、S的质量比为1.0:1.0:5.0,固含量为69%和掺量0.35%时,流出时间为45.12s,比分散剂对比样缩短13.32s。第二种是ASL与T、S配伍得到的复合分散剂。当ASL与T、S的质量比为1.0:0.8:5.0,固含量为69%和掺量0.34%时,流出时间为53.50s,比分散剂对比样缩短4.94s。掺分散剂ASP-H-S、ASL-T-S和对比样分散剂的浆体表观黏度分别为240.0 mpa.s、246.5 mpa.s和288.5 mpa.s;沉降时间120min时,分散稳定指数分别为3.32、3.39和3.95;颗粒沉降粒径分别为17.25μm、16.34μm和16.27μm。（3）中试结果表明,复合分散剂ASP-H-S、ASL-T-S的助磨效果优于对比样。掺对比样的料浆球磨7h后过250目筛余为1.02%,掺样品ASP-H-S和ASL-T-S的球磨7h和6h后,过250目筛余分别为0.30%和1.04%;掺三种分散剂的陶瓷砖抗折强度相差不大,分别为2.53 MPa,2.48 MPa和2.67 MPa。（4）为了降低复合分散剂的生产成本和提高其分散性能,引入碱木质素代替部分苯酚与对氨基苯磺酸钠和苯酚缩合、工艺优化,合成新型木质素系分散剂LMA。LMA的优化反应工艺条件为n（A）: n（P）: n（L）: n（F）=1.00: 0.90:1.26:2.50,其中碱木质素代替苯酚的替代率为70%,反应溶液的最佳pH值为10.4左右,95℃下缩合时间为3.0h左右,反应物浓度控制在25wt%～33wt%。通过红外谱图可证明改性后的LMA中引入了碱木质素。（5）研究了LMA水溶液的表面张力,其在陶瓷颗粒表面的吸附能力以及加盐对其吸附性能的影响。LMA能使水溶液的表面张力降低至49.92 mN.m-1,其在陶瓷颗粒表面的饱和吸附量为1.1mg.g-1。当T与LMA的质量比为1:1时,水溶液的表面张力可降低至46.51mN.m-1,由于加入的盐与LMA产生竞争吸附,使得饱和吸附量降低至0.4 mg.g-1,且盐的量越多,LMA在陶瓷颗粒的饱和吸附量越少。（6）将LMA与T、S复配得到木质素系陶瓷分散剂LMA-T-S,系统研究其对建筑陶瓷浆体性能的影响。固含量为69%时,掺木质素系陶瓷分散剂LMA-T-S的浆体的流出时间为49.53s,比对比样缩短了7.08s。其对陶瓷助磨、分散稳定效果均优于对比样。球磨后空白的和对比样的陶瓷颗粒粒径分别为19.47μm、13.45μm,而掺LMA-T-S的颗粒粒径仅为12.61μm。掺LMA-T-S的浆体分散稳定性指数120min时为2.5,小于对比样浆体的3.0;在60min时,掺LMA-T-S的浆体颗粒沉降粒径的为15.37μm,小于对比样浆体的16.29μm。掺LMA-T-S的陶瓷颗粒表面的Zeta电位总体高于掺对比样的,尤其在掺量0.35wt%时,其Zeta电位绝对值已达到38.89mv,比掺对比样的Zeta电位绝对值高6.0 mv。通过显微镜放大1000倍进一步证明掺LMA-T-S的样品分散优于对比样。从流变曲线可以看出,掺LMA-T-S的浆体有较好的降黏效果,在固含量接近70wt%时,特性粘为232.3 mpa.s。

全文目录


摘要  6-8
ABSTRACT  8-11
主要符号表  11-17
第一章 绪论  17-34
  1.1 陶瓷行业发展概述及存在的问题  17-18
  1.2 陶瓷添加剂的应用研究  18-24
    1.2.1 陶瓷添加剂的种类及作用  19-20
    1.2.2 陶瓷料浆分散剂的分类  20
    1.2.3 分散剂在陶浆制备中的应用  20-24
  1.3 木质素及其改性产物的应用进展  24-26
  1.4 陶瓷分散剂作用机理及分散稳定的影响因素  26-32
    1.4.1 浆体的流变学性质  26-27
    1.4.2 陶瓷浆体的分散体系  27-28
    1.4.3 分散稳定作用  28-30
    1.4.4 分散剂用量对料浆稳定性的影响  30
    1.4.5 pH对料浆稳定性的影响  30-31
    1.4.6 温度对料浆稳定性的影响  31-32
  1.5 复合分散剂在陶瓷料浆中应用概述  32
  1.6 论文研究内容和意义  32-34
    1.6.1 主要研究内容  32-33
    1.6.2 论文创新点  33
    1.6.3 研究意义  33-34
第二章 实验技术与测试方法  34-41
  2.1 实验原料与试剂  34-36
    2.1.1 陶瓷原料  34
    2.1.2 试剂  34
    2.1.3 试验仪器及反应装置  34-36
  2.2 陶瓷浆体的制备及性能测试  36-37
    2.2.1 陶瓷原料的处理  36
    2.2.2 料浆的制备  36
    2.2.3 料浆的流出时间的测试  36-37
    2.2.4 料浆厚化度的测定  37
    2.2.5 料浆表观粘度及流变性能的测定  37
    2.2.6 料浆固含量的测定  37
  2.3 分散剂合成及表征  37-39
    2.3.1 分散剂合成方法  37
    2.3.2 溶液表面张力测定  37
    2.3.3 分散剂特性黏度测试  37-38
    2.3.4 凝胶渗透色谱(GPC)测试  38
    2.3.5 红外吸收光谱（IR）测试  38-39
  2.4 复合分散剂的应用性能研究  39-41
    2.4.1 陶瓷砖抗折强度测试  39
    2.4.2 陶瓷颗粒球磨效果测试  39
    2.4.3 浆体稳定性测定  39
    2.4.4 陶瓷颗粒zeta电位的测试  39-40
    2.4.5 分散性测试  40
    2.4.6 陶瓷颗粒表面吸附量测定  40-41
第三章 陶瓷用分散剂的筛选及其配伍性能的研究  41-60
  3.1 引言  41
  3.2 陶瓷原料分析  41-42
  3.3 分散剂对陶瓷料浆性能影响  42-53
    3.3.1 分散剂的筛选  42-43
    3.3.2 分散剂的掺量对陶瓷料浆性能的影响  43-49
    3.3.3 固含量对陶瓷料浆应用性能的影响  49-53
  3.4 分散剂配伍对陶瓷料浆性能的影响  53-57
    3.4.1 复合分散剂的筛选  53-55
    3.4.2 复合分散剂对浆体流变性的影响  55-56
    3.4.3 复合分散剂对浆体分散稳定性影响  56-57
  3.5 复合分散剂在中试生产的应用  57-58
  3.6 结论  58-60
第四章 木质素系分散剂LMA的研制  60-76
  4.1 引言  60-61
  4.2 原料的用量对改性产物分散性能的影响  61-66
    4.2.1 木质素与苯酚比例对改性产物分散性能的影响  61-63
    4.2.2 甲醛用量对改性产物分散性能的影响  63-65
    4.2.3 对氨基苯磺酸钠用量对改性产物分散性能的影响  65-66
  4.3 PH值对改性产物分散性能的影响  66-68
    4.3.1 不同pH下的改性产物单独掺加对陶瓷浆体性能的影响  66-67
    4.3.2 不同pH下的改性产物与两种无机盐复合对陶瓷浆体性能的影响  67-68
  4.4 缩合时间对改性产物分散性能的影响  68-69
    4.4.1 不同缩合时间下的改性产物单独掺加对陶瓷浆体性能的影响  68-69
    4.4.2 不同缩合时间下的改性产物与两种无机盐复合对陶瓷浆体性能的影响  69
  4.5 反应浓度对改性产物分散性能的影响  69-72
    4.5.1 不同反应浓度下的改性产物凝胶渗透色谱分析  70
    4.5.2 不同反应浓度下的改性产物单独掺加对陶瓷浆体性能的影响  70-71
    4.5.3 不同反应浓度下的改性产物与两种无机盐复合对陶瓷浆体性能的影响  71-72
  4.6 红外分析  72-75
  4.7 本章小结  75-76
第五章 木质素系分散剂LMA与无机盐复合应用性能的研究  76-90
  5.1 引言  76
  5.2 木质素系陶瓷分散剂LMA-T-S应用性能研究  76-85
    5.2.1 LMA-T-S对陶瓷颗粒助磨效果的影响  76-78
    5.2.2 LMA-T-S对陶瓷浆体稳定性的影响  78-80
    5.2.3 LMA-T-S对陶瓷颗粒表面Zeta电位的影响  80-83
    5.2.4 LMA-T-S对陶瓷悬浮液分散效果测试  83-84
    5.2.5 LMA-T-S对陶瓷浆体流变性究  84-85
  5.3 木质素系陶瓷分散剂LMA-T-S物化性能的测试  85-88
    5.3.1 溶液表面张力的测试  85
    5.3.2 木质素系陶瓷分散剂LMA-T-S稳定性测试  85-86
    5.3.3 分散剂在陶瓷表面的吸附情况  86-88
  5.4 结论  88-90
结论与展望  90-93
参考文献  93-101
攻读硕士学位期间取得的研究成果  101-102
致谢  102

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 陶瓷工业 > 原料和辅助物料 > 其他
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