CN101259516A - 铸造用水玻璃化学改性剂及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铸造用水玻璃化学改性剂和制备方法，其组成物中包含水玻璃相对质量的0.1％－1％羧甲基纤维素钠、0.1％－1％聚乙烯烷基醇醚、0.1％－1％聚丙烯酰胺、0.1％－1％糊精。在此基础上，还可另外包含1％－8％磷酸氢二钾、0.1％－1％十二烷基硫酸钠(或烷基磺酸钠)及1％－6％纳米蒙脱土。制备方法是：将有机组成物溶于水中，加热搅拌，冷却得到有机复合改性剂；将有机复合改性剂，按一定质量比加入水玻璃中，加热搅拌，冷却获得有机改性水玻璃；在有机改性水玻璃中，加入无机组成物，均匀搅拌，获得化学复合改性水玻璃。应用本发明的改性水玻璃可提高铸型强度，改善型砂溃散性。制备的改性剂由于生产成本低，性能优异，因此具有很强的市场竞争能力和推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，特别是涉及铸造用水玻璃化学改性剂及改性工艺和用途。
背景技术
水玻璃砂是当前铸造生产中主要应用的造型材料之一。与其它型砂相比，用它造型具有无(或少)粉尘污染、无毒害、型砂流动性好、易紧实、劳动强度低、操作简便、能耗低、硬化强度高、尺寸精度好等优点。但在目前国内的一些铸造厂中，由于用于铸造的水玻璃质量良莠不一，不得不依靠提高水玻璃加入量来保证砂型的强度，从而导致出现型砂残留强度高、溃散性差、旧砂回用性差等技术问题。此外，水玻璃还存在因放置时间延长出现凝胶化使粘结性能下降的“老化”现象。因而，自上个世纪80年代以来，国内外都在注重水玻璃改性的研究，以达到提高水玻璃粘结力、在保证铸型强度的前提下减少水玻璃加入量、消除或延缓老化现象出现等目的。但单一的改性剂往往只能改善水玻璃特性的某一方面。发展组合型改性剂是全面提升水玻璃粘结能力的有效方法之一。
发明内容
为解决水玻璃砂水玻璃加入量大、型砂残留强度高的问题，本发明提供一种可有效提高水玻璃粘结力、延缓水玻璃老化现象出现的水玻璃改性剂组成配方、制备工艺步骤及用途。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
铸造用水玻璃化学改性剂，其特征是其组成物包含有羧甲基纤维素钠、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺和糊精，各组成物成份含量以水玻璃相对质量计算，分别为：羧甲基纤维素钠0.1％-1％，聚乙烯烷基醇醚0.1％-1％，聚丙烯酰胺0.1％-1％，糊精0.1％-1％。
铸造用水玻璃化学改性剂组成物由以下物质组成：羧甲基纤维素钠、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精、磷酸氢二钾、烷基磺酸钠及纳米蒙脱土，各组成物成份含量以水玻璃相对质量计算，分别为：羧甲基纤维素钠0.1％-1％，聚乙烯烷基醇醚0.1％-1％，聚丙烯酰胺0.1％-1％，糊精0.1％-1％，磷酸氢二钾1％-8％、烷基磺酸钠0.1％-1％，纳米蒙脱土1％-6％。
所述的烷基磺酸钠为十二烷基硫酸钠。应用于铸造用CO2或有机脂硬化水玻璃型砂处理。
铸造用水玻璃化学改性剂的制备方法，其特征在于包含以下工艺步骤：将羧甲基纤维素钠、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精溶于适量蒸馏水或去离子水中，同时进行加热和搅拌，至沸腾后继续加热20-40分钟，停止加热冷却到室温，得到水玻璃化学改性剂，为无色半透明粘稠状液体。
一种铸造用有机改性水玻璃，其特征是其组成物包含有羧甲基纤维素钠、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺和糊精，各组成物成份含量以水玻璃相对质量计算，分别为：羧甲基纤维素钠0.1％-1％，聚乙烯烷基醇醚0.1％-1％，聚丙烯酰胺0.1％-1％，糊精0.1％-1％，100％普通铸造水玻璃。铸造用有机改性水玻璃的制备方法，其特征在于包含以下工艺步骤：
①.将羧甲基纤维素钠、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精溶于适量蒸馏水或去离子水中，同时进行加热和搅拌，至沸腾后继续加热20-40分钟，停止加热冷却到室温，得到有机复合改性剂，为无色半透明粘稠状液体。
②.将步骤①获得的水玻璃化学改性剂，按1∶2～5的质量比加入普通铸造用水玻璃中，加热并搅拌，沸腾20～40分钟后冷却到室温，获得有机改性水玻璃，为棕褐色粘稠液体。
一种铸造用化学复合改性水玻璃，其特征是其组成物由以下物质组成：羧甲基纤维素钠、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精、磷酸氢二钾、烷基磺酸钠及纳米蒙脱土，各组成物成份含量以水玻璃相对质量计算，分别为：羧甲基纤维素钠0.1％-1％，聚乙烯烷基醇醚0.1％-1％，聚丙烯酰胺0.1％-1％，糊精0.1％-1％，磷酸氢二钾1％-8％、烷基磺酸钠0.1％-1％，纳米蒙脱土1％-6％，100％普通铸造水玻璃。铸造用化学复合改性水玻璃的制备方法，其特征在于包含以下工艺步骤：
①.将羧甲基纤维素钠、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精溶于适量蒸馏水或去离子水中，同时进行加热和搅拌，至沸腾后继续加热20-40分钟，停止加热冷却到室温，得到水玻璃化学改性剂，为无色半透明粘稠状液体。
②.将步骤①获得的有机复合改性剂，按1∶2～5的质量比加入普通铸造用水玻璃中，加热并搅拌，沸腾20～40分钟后冷却到室温，获得的有机改性水玻璃，为棕褐色粘稠液体。
③.将步骤②获得的粘稠液体表面的致密膜去除，加入无机组成物磷酸氢二钾1％～8％、十二烷基硫酸钠或烷基磺酸钠0.1％～1％，纳米蒙脱土1％～6％，在室温下搅拌1～2小时，获得化学复合改性水玻璃。
用于铸造水玻璃砂的化学改性剂，其特殊之处是其组成物本质上包含羧甲基纤维素钠、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精(可用小麦落地面粉代替)等四种有机物。在此基础上，还可另外包含磷酸氢二钾、十二烷基硫酸钠(或烷基磺酸钠)及纳米蒙脱土三种无机物。该改性剂成分中，各组成物成份含量以水玻璃相对质量计算，分别为：羧甲基纤维素钠0.1％-1％，聚乙烯烷基醇醚0.1％-1％，聚丙烯酰胺0.1％-1％，糊精0.1％-1％，磷酸氢二钾1％-8％、十二烷基硫酸钠(或烷基磺酸钠)0.1％-1％，纳米蒙脱土1％-6％(此处水玻璃含量的意义是：以水玻璃质量为100％，然后来计算其它物质加入量。如100克水玻璃，则加入羧甲基纤维素钠0.1-1克，其余类推。
用于铸造水玻璃砂的化学改性工艺及用途，其特殊之处是：
①.将羧甲基纤维素钠、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精溶于适量蒸馏水或去离子水中，同时进行加热和搅拌。至沸腾后继续加热20-40分钟，停止加热冷却到室温，得到有机复合改性剂，即铸造用水玻璃化学改性剂，为无色半透明粘稠状液体。
②.将步骤①获得的有机复合改性剂，按1∶2-5的质量比加入普通铸造用水玻璃中，加热并搅拌，沸腾20-40分钟后冷却到室温。获得有机改性水玻璃，为棕褐色粘稠液体。获得的有机改性水玻璃，可按造型用砂质量的3％-8％加入量，直接用于配制型砂。或者按下面步骤③进行进一步改性。
③.将步骤②获得的粘稠液体表面的致密膜去除，加入无机组成物磷酸氢二钾1％-8％、十二烷基硫酸钠(或烷基磺酸钠)0.1％-1％，纳米蒙脱土1％-6％，在室温下搅拌1-2小时，获得化学复合改性水玻璃。
步骤②获得的有机改性水玻璃，或步骤③获得的化学复合改性水玻璃，按造型用砂质量的3％-8％加入量，应用普通水玻璃砂混制工艺进行混砂。
以上经步骤①获得有机复合改性剂；经步骤①、②可获得有机改性水玻璃；经步骤①、②、③可获得化学复合改性水玻璃
根据上述步骤①、②、③制备和处理后的改性水玻璃，可应用于配制铸造用CO2或有机脂硬化水玻璃型砂。与普通水玻璃相比，当应用于CO2硬化砂时，在水玻璃加入量均为5％型砂质量时，可以提高型砂即时强度80-120％、湿强度120-165％、24小时强度50-80％和烘干强度30-50％，并降低残留强度40-60％。应用于有机脂硬化砂时，在水玻璃加入量均为4％时，可以提高型砂湿强度20-40％，干强度30-45％，并降低残留强度40-60％。或在保证型砂使用强度要求的前提下，降低水玻璃砂的绝对加入量1-3个百分点。并可以有效地降低型砂的残留强度，从而改善型砂溃散性。
本发明的铸造用水玻璃化学改性剂具有合成工艺简单方便的优点，铸造生产厂家可按各种改性剂的配比量自行配制，合成的复合改性剂无须与专用水玻璃配合，使用时与当地普通水玻璃以1∶2-5比例混合均匀，即可得到改性水玻璃。适用于多种环境条件和不同造型生产线上的铸造水玻璃硬化砂。本发明改变了传统单一改性剂思想，采用复合改性技术，将有机、无机、表面活性及纳米粒子改性剂复合成一体，综合发挥各种改性剂的效果，可明显改善铸造用水玻璃砂的使用性能。在铸造生产中具有一定的市场前景。
本发明的保护范围不局限于上述的情况，只要是涉及到本发明的有机复合改性剂，即铸造用水玻璃化学改性剂，均在本发明的保护之内。
具体实施方式
下面将结合实施例进一步说明本发明的实质。
实施例一：
以2g羧甲基纤维素钠、2g聚乙烯烷基醇醚、1.5g聚丙烯酰胺、1g糊精溶入300ml水中，加热并搅拌，沸腾30分钟后停止加热，搅拌冷却后以1∶3.5的质量比与普通水玻璃混合，加热搅拌，沸腾30分钟后停止加热，冷却至室温，得到棕褐色改性水玻璃；以型砂质量4％加入量混砂。制样后测定其性能为：湿抗拉强度0.208MPa，24小时抗拉强度0.356MPa，分别比用普通水玻璃混制的型砂提高15.6％和21.7％；800℃灼烧后残留强度0.164MPa，比用普通水玻璃混制的型砂降低31.7％。
实施例二：
以2g羧甲基纤维素钠、1.5g聚乙烯烷基醇醚、1g聚丙烯酰胺、1g糊精溶入300ml水中，加热并搅拌，沸腾30分钟后停止加热，搅拌冷却后以1∶4的质量比与普通水玻璃混合，加热搅拌，沸腾30分钟后停止加热，冷却至室温，得到棕褐色改性水玻璃；以型砂质量4％加入量混砂。制样后测定其性能为：湿抗拉强度0.224MPa，24小时抗拉强度0.325MPa，分别比用同量普通水玻璃混制的型砂提高26.6％和16.1％；800℃灼烧后残留强度0.141MPa，比用普通水玻璃混制的型砂降低41.2％。
实施例三：
以2g羧甲基纤维素钠、2g聚乙烯烷基醇醚、1.5g聚丙烯酰胺、1g糊精溶入300ml水中，加热并搅拌，沸腾30分钟后停止加热，搅拌冷却后以1∶3.5的质量比与普通水玻璃混合，加热搅拌，沸腾30分钟后停止加热，冷却至室温，得到棕褐色改性水玻璃溶液；去掉该溶液表面的致密凝胶膜，加入55g磷酸氢二钾，2g十二烷基硫酸钠及14g纳米蒙脱土，在室温下搅拌1小时，得到多重化学复合改性水玻璃。以型砂质量4％加入量混砂。制样后测定其性能为：湿抗拉强度0.252MPa，24小时抗拉强度0.414MPa，分别比用同量普通水玻璃混制的型砂提高40.0％和41.9％；800℃灼烧后残留强度0.092MPa，比用普通水玻璃混制的型砂降低64.7％。
Claims (9)
1、一种铸造用水玻璃化学改性剂，其特征是其组成物包含有羧甲基纤维素钠、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺和糊精，各组成物成份含量以水玻璃相对质量计算，分别为：羧甲基纤维素钠0.1％-1％，聚乙烯烷基醇醚0.1％-1％，聚丙烯酰胺0.1％-1％，糊精0.1％-1％。
2、一种铸造用水玻璃化学改性剂，其特征是其组成物由以下物质组成：羧甲基纤维素钠、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精、磷酸氢二钾、烷基磺酸钠及纳米蒙脱土，各组成物成份含量以水玻璃相对质量计算，分别为：羧甲基纤维素钠0.1％-1％，聚乙烯烷基醇醚0.1％-1％，聚丙烯酰胺0.1％-1％，糊精0.1％-1％，磷酸氢二钾1％-8％、烷基磺酸钠0.1％-1％，纳米蒙脱土1％-6％。
3、如权利要求2所述的铸造用水玻璃化学改性剂，其特征是：所述的烷基磺酸钠为十二烷基硫酸钠。
4、如权利要求1或2所述的铸造用水玻璃化学改性剂，其特征在于应用于铸造用CO2或有机脂硬化水玻璃型砂处理。
5、一种铸造用水玻璃化学改性剂的制备方法，其特征在于包含以下工艺步骤：将羧甲基纤维素钠、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精溶于适量蒸馏水或去离子水中，同时进行加热和搅拌，至沸腾后继续加热20-40分钟，停止加热冷却到室温，得到水玻璃化学改性剂，为无色半透明粘稠状液体。
6、一种铸造用有机改性水玻璃，其特征是其组成物包含有羧甲基纤维素钠、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺和糊精，各组成物成份含量以水玻璃相对质量计算，分别为：羧甲基纤维素钠0.1％-1％，聚乙烯烷基醇醚0.1％-1％，聚丙烯酰胺0.1％-1％，糊精0.1％-1％，100％普通铸造水玻璃。
7、一种铸造用有机改性水玻璃的制备方法，其特征在于包含以下工艺步骤：
①.将羧甲基纤维素钠、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精溶于适量蒸馏水或去离子水中，同时进行加热和搅拌，至沸腾后继续加热20-40分钟，停止加热冷却到室温，得到有机复合改性剂，为无色半透明粘稠状液体。
②.将步骤①获得的水玻璃化学改性剂，按1∶2～5的质量比加入普通铸造用水玻璃中，加热并搅拌，沸腾20～40分钟后冷却到室温，获得有机改性水玻璃，为棕褐色粘稠液体。
8、一种铸造用化学复合改性水玻璃，其特征是其组成物由以下物质组成：羧甲基纤维素钠、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精、磷酸氢二钾、烷基磺酸钠及纳米蒙脱土，各组成物成份含量以水玻璃相对质量计算，分别为：羧甲基纤维素钠0.1％-1％，聚乙烯烷基醇醚0.1％-1％，聚丙烯酰胺0.1％-1％，糊精0.1％-1％，磷酸氢二钾1％-8％、烷基磺酸钠0.1％-1％，纳米蒙脱土1％-6％，100％普通铸造水玻璃。
9、一种铸造用化学复合改性水玻璃的制备方法，其特征在于包含以下工艺步骤：
①.将羧甲基纤维素钠、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精溶于适量蒸馏水或去离子水中，同时进行加热和搅拌，至沸腾后继续加热20-40分钟，停止加热冷却到室温，得到水玻璃化学改性剂，为无色半透明粘稠状液体。
②.将步骤①获得的有机复合改性剂，按1∶2～5的质量比加入普通铸造用水玻璃中，加热并搅拌，沸腾20～40分钟后冷却到室温，获得的有机改性水玻璃，为棕褐色粘稠液体。
③.将步骤②获得的粘稠液体表面的致密膜去除，加入无机组成物磷酸氢二钾1％～8％、十二烷基硫酸钠或烷基磺酸钠0.1％～1％，纳米蒙脱土1％～6％，在室温下搅拌1～2小时，获得化学复合改性水玻璃。
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