CN101259516B - 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 (4)
1.一种铸造用水玻璃化学改性剂，其特征是工艺步骤：将羧甲基纤维素钠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％；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；以上水玻璃化学改性剂各组成物成份含量以水玻璃相对质量计算。
2.根据权利要求1所述的铸造用水玻璃化学改性剂，其特征是水玻璃化学改性剂所加入的组成物还有磷酸氢二钾1％-8％、烷基磺酸钠0.1％-1％，纳米蒙脱土1％-6％。
3.一种铸造用有机改性水玻璃，其特征是工艺包含以下步骤：
①.将羧甲基纤维素钠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；
以上各组成物成份含量以水玻璃相对质量计算。
4.一种铸造用化学复合改性水玻璃，其特征是铸造用化学复合改性水玻璃包含以下工艺步骤：
①.将羧甲基纤维素钠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；
以上铸造用化学复合改性水玻璃组成物成份含量以水玻璃相对质计算。
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