用于模具石膏增強的酰胺型聚醚磺酸鈉大分子的合成及應用
【專利說明】用于模具石膏增強的釀胺型聚醚磺酸鈉大分子的合成及應 用 【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于模具石膏增強的酰胺型聚醚磺酸鈉大分子的合成及應用，屬 于材料技術領域。 【【背景技術】】
[0002] 石膏由于具有原料豐富、生產(chǎn)成本低、綠色環(huán)保、可塑性好等優(yōu)點，而被廣泛應用 在陶瓷等行業(yè)。但由于制備石膏模具時，實際用水量遠遠大于理論水化需水量，而致使石膏 模具強度低、易破損、質(zhì)量差、使用壽命短這一致命的弱點越來越突出。隨著陶瓷工業(yè)逐步 向機械化自動化生產(chǎn)方向的發(fā)展，國內(nèi)對石膏模具的需求量越來越多，質(zhì)量要求也更高。相 比于通過混合價高質(zhì)優(yōu)的ct-半水石膏和價廉質(zhì)劣的(6-半水石膏的方法（一般在40 : 60 重量比左右）來提高石膏模具的強度，通過添加添加劑的方法來提高模具石膏強度，更具 有價格和性能上的優(yōu)勢。
[0003] 目前，雖然有很多聚羧酸大分子添加劑應用在石膏模具中，但很多有關石膏聚羧 酸大分子的研究基本是照搬混凝土體系的理論。由于石膏模具的強度和吸水性實際是一對 矛盾，而且(6-半水石膏使用的水膏比很高，傳統(tǒng)的添加劑的減水增強效果用于石膏中效 果并不好，甚至會降低石膏強度，尤其是在維持強度的前提下會大大降低模具的吸水性；且 大部分的聚羧酸大分子由于其分子結構中含有羧酸基團，致使緩凝效果嚴重，在高水膏比 的情況下往往會對石膏的機械強度造成不利的影響。另一方面，正因為石膏模具的強度和 吸水性實際是一對矛盾，而且(6-半水石膏使用的水膏比很高，所以大分子添加劑的單體 配方包括單體種類和各單體配比的選擇尤為重要，需要尋求一個合理和適當?shù)钠胶?，否則 會顧此失彼。
[0004] 鑒于此，本發(fā)明所涉及的酰胺型聚醚磺酸鈉大分子在其分子結構中不引入羧酸 基團，從而消除了因緩凝作用而造成石膏模具機械性能的不良影響；而引入有促凝作用的 磺酸基團基及有適當親水性的聚醚基團，有利于提高石膏模具的吸水性及機械強度。將少 量該酰胺型聚醚磺酸鈉大分子添加到P石膏中后可以替代傳統(tǒng)使用的ct混合石膏，降 低石膏原料成本；同時因為在保證石膏模具吸水率要求的同時，石膏模具強度的提高可增 加其使用次數(shù)，因而陶瓷等使用石膏模具的產(chǎn)品的生產(chǎn)成本也降低。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] [要解決的技術問題]
[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種用于模具石膏增強的酰胺型聚醚磺酸鈉大分子的合成 的單體配方、合成工藝及應用，使得通過加入少量該產(chǎn)品于價廉質(zhì)劣的3石膏中可以替代 傳統(tǒng)使用的a、P混合石膏來制作石膏模具；在保證石膏模具吸水率要求的同時，即使在 高水膏比下，也能提高模具石膏強度，從而降低石膏原料成本，并且提高石膏模具的使用次 數(shù)。該方法所用原料易得，工藝簡單，操作方便，綠色環(huán)保。
[0007][技術方案]
[0008] 本發(fā)明是通過下述技術方案實現(xiàn)的：所述的酰胺型聚醚磺酸鈉大分子可通過以下 方法制備：以甲基丙烯磺酸鈉、甲基烯基聚氧乙烯聚氧丙烯醚、N-羥甲基丙烯酰胺為單體， 且單體摩爾比為（2-10) : (4-10) : (5-20)，并以過硫酸銨為引發(fā)劑，于70-90°C下進行 水相自由基反應5_8h后，即可結束反應；高反應溫度下可選擇低的引發(fā)劑添加量和短的 反應時間，本領域科技人員可根據(jù)自身情況通過有限次實驗自行選擇；待反應液冷卻后用 質(zhì)量分數(shù)為30%的NaOH中和至pH為7. 0-7. 2即可，其結構如下式所示；其中引發(fā)劑用量 為0. 4% -0. 7%，優(yōu)選0. 5%。然后將一定量上述酰胺型聚醚磺酸鈉大分子以石膏質(zhì)量的 0.05% -0. 15% (優(yōu)選0. 1% -0. 15% )，加入鑄模所需水中配制成溶液，需水量以水膏比 (推薦使用0.60-0. 75,本領域技術人員可以通過后續(xù)泥料的技術特征來自行確定）計算。 將此溶液在緩慢攪拌下2-3min內(nèi)加入模具石膏中，再放置l-3min后再制成石膏模具試件， 終凝后拆模，室溫下存放8小時，45°C養(yǎng)護40-48小時后（至含水量為15% -20% )用于泥 料成型，可同時測試模具使用次數(shù)（以模具邊緣變形不超過2mm為限）；模具的泥料制坯成 型時間為10-15分鐘。對于強度和吸水性能數(shù)據(jù)測定，則將模具烘干至恒重后測量石膏試 件強度、吸水性能。本領域技術人員可根據(jù)所用泥料的特點來自行調(diào)節(jié)制坯成型時間。與 此同時，以含羧酸基團的添加劑PC-l、PC-2、PC-3及空白樣做對比。
[0009] 石膏試件強度測定參照GBT1640-1992,陶瓷模用石膏粉物理性能測試方法\吸 水率的測定如下：將測完抗折強度后剩下的另一半塊石膏試件稱重（M1),然后浸沒入水中 (水面約高出石膏試件上端2cm左右），放置IOmin(本領域科計人員可以按照實際制坯時 間加以調(diào)整），取出，用濕抹布拭去試件表面多余的水，稱重（M2)并計算吸水率。計算公式 如下：
[0011] 本發(fā)明所述的酰胺型聚醚磺酸鈉大分子，可以通過以下技術方法獲得：以甲基丙 烯磺酸鈉、甲基烯基聚氧乙烯聚氧丙烯醚、N-羥甲基丙烯酰胺為單體，以過硫酸銨為引發(fā) 劑，于70-90°C下進行水相自由基反應5-8h后，即可結束反應。待冷卻后用質(zhì)量分數(shù)為30% 的NaOH中和至pH為7. 0-7. 2即可，其結構如下式所示。其中甲基丙烯磺酸鈉、甲基烯基聚 氧乙烯聚氧丙烯醚、N-羥甲基丙烯酰胺三種單體摩爾比為（2-10) : (4-10) : (5-20)，引 發(fā)劑用量為〇. 4% -0. 7%，合成后的產(chǎn)品固含量為40%左右。
[0012]
[0013] 所述的傳統(tǒng)聚羧酸添加劑？〇11(：-2、？(：-3，其分子結構式分別如下所示。因其分 子結構中含有羧酸基團，在石膏水化過程中會與Ca2+形成絡合物羧酸鈣鹽，阻止了溶液中SO42與Ca2+結合形成二水化合物，致使模具石膏凝結時間延長，緩凝效果嚴重，對石膏的機 械強度造成不利的影響。而本發(fā)明所涉及的酰胺型聚醚磺酸鈉大分子在分子結構中不引入 羧酸基團，從而消除了因緩凝作用而造成石膏模具機械性能的不良影響；而引入具有促凝 作用的磺酸基團及親水性聚醚基團，有利于石膏模具的吸水性及機械強度。
[0015][有益效果]
[0016]本發(fā)明通過加入少量產(chǎn)品于價廉質(zhì)劣的P石膏中可以替代傳統(tǒng)使用的a、0混 合石膏來制作石膏模具；在保證石膏模具吸水率要求的同時，即使在高水膏比下，也能提高 模具石膏強度，從而降低石膏原料成本，并且提高石膏模具的使用次數(shù)，減少石膏廢棄物并 降低陶瓷等使用石膏模具的產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。該方法所用原料易得，工藝簡單，一鍋法合成 操作方便，綠色環(huán)保。 【【具體實施方式】】
[0017] 下面結合具體的實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但不以任何方式對本發(fā)明加以 限制，基于本發(fā)明教導所作的任何變換或替換，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0018] 實施例一
[0019] 以過硫酸銨為引發(fā)劑，將甲基丙烯磺酸鈉、甲基烯基聚氧乙烯聚氧丙烯醚、N-羥甲 基丙烯酰胺三種單體按摩爾比為2 : 6 : 10,于80°C下進行水相自由基反應7h結束。待 產(chǎn)品冷卻后用質(zhì)量分數(shù)為30%的NaOH中和至pH為7,即可得到本發(fā)明所述的酰胺型聚醚 磺酸鈉大分子。其中，引發(fā)劑用量為0.7%。
[0020] 將上述合成的酰胺型聚醚磺酸鈉大分子，以石膏質(zhì)量的0. 15%摻量加入到按水膏 比為0.7計算所需的需水量中配制成溶液，將0 -半水石膏在2min內(nèi)緩慢均勻加入此溶液 中，再放置Imin后再制成石膏模具試件，終凝后拆模，室溫下存放8小時，45°C養(yǎng)護48小時 后用于泥料成型，可同時測試模具使用次數(shù)（以模具邊緣變形不超過2mm為限）；模具的泥 料制坯成型時間為10分鐘。對于強度和吸水性能數(shù)據(jù)測定，則將模具烘干至恒重后測量石 膏試件強度、吸水性能。
[0021] 對比例一
[0022] 與空白樣對比，即將P-半水石膏在2min內(nèi)緩慢均勻加入到按水膏比為0.7計 算所需的需水量中，再放置Imin后再制成石膏模具試件，終凝后拆模，室溫下存放8小時， 45°C養(yǎng)護48小時后用于泥料成型，可同時測試模具使用次數(shù)（以模具邊緣變形不超過2mm為限）；模具的泥料制坯成型時間為10分鐘。對于強度和吸水性能數(shù)據(jù)測定，則將模具烘 干至恒重后測量石膏試件強度、吸水性能。
[0023] 對比結果表明，相對于空白樣石膏試件（抗折強度為6. 36MPa，抗壓強度 15. 31MPa，吸水率為32. 85)，摻有酰胺型聚醚磺酸鈉大分子的石膏試件（抗折強度為 6. 62MPa，抗壓強度15. 60MPa，吸水率為32. 51)，其抗折強度增大了 4%，抗壓強度增大了 1.89%，吸水率減小了 1.03%。用此改性石膏制作的陶瓷餐具模具，其使用次數(shù)由原來的 130-150次提高到300-320次。
[0024] 實施例二
[0025]