CN101497105A - 一种铸型水基涂料及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铸造造型用辅助材料，特别是一种用于砂型或消失模的铸型水基涂料配方及其制备工艺，由耐火粉料、悬浮剂、粘结剂、表面活性剂、消泡剂、防腐剂及水组成，通过将悬浮剂直接加入水中在高速分散机中混合分散，再加入消泡剂、表面活性剂、防腐剂等助剂混合，然后加入耐火粉料混合，最后加入粘结剂混合后，将涂料加水调整至使用状态的稠度后制成成品。本发明所制得的涂料具有能使高密度、低粘度的涂料具有优良的悬浮性及存放稳定性，且涂层干燥后不易开裂，有利于提高涂料抵抗高温金属侵蚀的能力等效果。

Description

一种铸型水基涂料及其制备工艺

技术领域：

本发明涉及一种铸造造型用辅助材料，特别是一种用于砂型或消失模的铸型水基涂料及其制备工艺。

背景技术：

铸型涂料是涂覆于铸型表面的一薄层耐火涂层。它是一种物理悬浮分散体系，通常由耐火粉料、载液、悬浮剂、粘结剂、增稠剂和助剂等组成。其中耐火粉料是涂料的基础，它借助悬浮剂在涂料内悬浮，并被均匀地涂覆于铸型的工作表面上，载液挥发后，粘结剂使粉料干结成致密涂层，保护了工作表面。欲使铸型涂料具有优良的悬浮性、涂覆性、流平性、渗透性和抗流淌性等物理工艺性能，除了选择合适的耐火粉料外，悬浮剂的选择也是最关键的因素之一。悬浮剂是促使涂料中耐火粉料在载液中保持悬浮、防止沉淀、分层的物质，也是使涂料具有适当触变性的主要材料。另外，它还能起辅助粘结剂的作用，将涂料中的耐火粉料粘结在一起，并粘附到铸型工作表面。

在铸型水基涂料的无机悬浮剂中，常用的是膨润土、凹凸棒土、累托石、海泡石等粘土类悬浮剂；用作水基涂料增稠剂的有机高分子化合物有：羧甲基纤维素钠(CMC)、海藻酸钠、聚丙烯酰胺、黄原胶等。无机的粘土类悬浮剂通常与作为增稠剂的有机高分子化合物配合使用，其效果才能充分发挥。这是因为细小分散的粘土质点可粘附在有机高分子的大分子链上，这种粘附可以阻止细粒粘土质点的直线运动。从而使它们不易互相接触合并而长大，同时有机高分子长链参与了网状结构的形成，使耐火粉料质点更不易沉淀。但对于高密度的耐火粉料及粘度较小的流涂、浸涂涂料，要保持涂料具有好的悬浮性，有时仍需增加无机粘土的加入量，易导致涂层干燥后产生开裂现象，还会影响涂料的工艺和工作性能；而由于一些有机高分子化合物本身的稳定性较差，有的高分子化合物与钙、镁、铁等金属离子的相容性差，若增加其加入量，随着放置时间的延长铸型水基涂料有可能会变稀，从面影响涂料的使用。

在用无机—有机复合体系作为水基铸型涂料悬浮剂时，为使其能充分被水润湿，一般需将悬浮剂与一定量的水预先混合制备成胶体浆料，放置一段时间后再加入水、耐火粉料、助剂、粘结剂等组分制成铸型水基涂料。涂料的制备所需时间长，工序多。

发明内容：

本发明正是为了解决上述现有技术问题而发明的一种铸型水基涂料，通过本发明提供一种不添加有机高分子增稠剂、且无机悬浮剂加入量较低的铸型水基涂料，能使高密度、低粘度的涂料具有优良的悬浮性及存放稳定性，且涂层干燥后不易开裂，有利于提高涂料抵抗高温金属侵蚀的能力。

本发明目的是通过以下技术手段实现的：

涂料配方：

一种铸型水基涂料，由耐火粉料、悬浮剂、粘结剂、表面活性剂、消泡剂、防腐剂及水组成，各组分的质量分数为：耐火粉料40％~80％，悬浮剂0.5％~1.5％，粘结剂3％~10％，表面活性剂0％~0.6％，消泡剂0.05％~0.50％，防腐剂0.01％~0.50％，水10％~50％。

所述的铸型水基涂料，各组分质量分数还可以为：耐火粉料60％~70％，悬浮剂1％~1.5％，粘结剂5％~10％，表面活性剂0.3％~0.6％，消泡剂0.05％~0.3％，防腐剂0.1％~0.50％，水20％~50％。

所述铸型水基涂料，各组分质量分数最优选方案还可以为：耐火粉料65％，悬浮剂1％，粘结剂5％，表面活性剂0.35％，消泡剂0.05％，防腐剂0.2％，水28.4％。

其中，各组分成分中：所述的悬浮剂为无机凝胶；耐火粉料可以是锆英粉、铬铁矿粉、刚玉粉、锆刚玉粉、镁橄榄石粉、蓝晶石粉、硅线石粉、莫来石粉、铝矾土粉、石英粉、滑石粉、石墨粉、叶腊石粉、云母粉、硅藻土粉中的一种或几种混合物，耐火粉料粒度为100~320目；粘结剂包括常温粘结剂和高温粘结剂，常温粘结剂可以是聚醋酸乙烯乳液、苯丙乳液、醋丙乳液、纯丙乳液、水溶性酚醛树脂、水溶性醇酸树脂中的一种或几种混合物，高温粘结剂可以是水玻璃、硅溶胶、聚合磷酸盐中的一种或几种混合物；表面活性剂可以是烷基苯磺酸钠、亚甲基萘磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或几种混合物；消泡剂可以是有机硅消泡剂、正丁醇、正戊醇、正辛醇中的一种；防腐剂可以是工业甲醛溶液、五氯酚钠、苯甲酸钠、五氯萘酚中的一种。

制备工艺：

本发明的铸型水基涂料的制备工艺为：将悬浮剂直接加入水中在高速分散机中混合分散10~20min，再加入消泡剂、表面活性剂、防腐剂等助剂混合5~20min，然后加入耐火粉料混合20~40min，最后加入粘结剂混合10~30min后，将涂料加水调整至使用状态的稠度。

使用方法：

将本发明提供的涂料，按使用需要与水配合成不同稠度，采用刷涂、浸涂、流涂、喷涂的方式使用，干燥方法应根据具体产品不同要求，可以采取常温自干或指定温度(50~300℃)烘干。

本发明产品与现有技术或配方生产出的产品具体优势在于：

本发明采用的无机凝胶系一种以蒙脱石为主的铝硅酸盐矿物产品。它在制备流程中通过改性膨化改变了蒙脱石的电荷性质，使蒙脱石晶层充分膨胀，致使其在水溶液中能产生最佳的缔合(桥联)，所形成的体积庞大的空间网络结构，包裹了大量自由水，从而产生较佳的增稠效果与胶体性能。因此，无机凝胶既具有良好的水分散性、悬浮性和粘结性，又是一种良好的增稠剂。

无机凝胶被分散后蒙脱石层面的负电性和边沿的正电性加强，片层可形成“Z”字型连接的搭接结构，能使分散体系的凝胶性能发生较大变化，利用此特性，在铸型水基涂料中，无机凝胶可部分或完全替代有机高分子类增稠剂，使体系保持较高的粘度。而且无机凝胶与酸、碱、盐的相容性好，不会变稀或絮凝，使涂料有较佳的存放稳定性。

无机凝胶在水体系中是不溶性固体微细颗粒悬浮剂，能使密度较高的矿物悬浮在水中，悬浮性超过其他无机有机复合体系。因此可以较低的加入量使铸型水基涂料保持高的悬浮性，从而使涂层干燥后不易开裂，有益于涂料保持较高的耐火度，减少并消除铸件的粘砂、表面粗糙等缺陷。

采用无机凝胶作为悬浮剂制备铸型水基涂料，可直接将干粉加入搅拌分散，不需要预制凝胶浆，从而简化了涂料的制备工序，缩短了涂料制备的时间。

具体实施方式：

下面通过一些具体配方及制备工艺来进一步阐释本发明。

实施例1

涂料配比：锆英粉70kg，无机凝胶1.4kg，聚醋酸乙烯乳液4.46kg，水玻璃5.48kg，有机硅消泡剂0.05kg，五氯酚钠0.01kg，水18.6kg。

制备工艺：将无机凝胶干粉直接加入水中在高速分散机中混合分散10min，再加入五氯酚钠、有机硅消泡剂混合10min，然后加入锆英粉混合20min，最后加入水玻璃、聚醋酸乙烯乳液混合30min后，将涂料以水调整至使用状态的稠度。

实施例2

涂料配比：锆英粉50kg，莫来石粉25kg，无机凝胶1.3kg，聚醋酸乙烯乳液2kg，水玻璃2.5kg，聚合磷酸盐0.5kg，亚甲基萘磺酸钠0.15kg，烷基酚聚氧乙烯醚0.23kg，有机硅消泡剂0.1kg，苯甲酸钠0.02kg，水18.2kg。

制备工艺：将无机凝胶干粉直接加入水中在高速分散机中混合分散15min，再加入苯甲酸钠、亚甲基萘磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、有机硅消泡剂混合20min，然后加入莫来石粉、锆英粉混合25min，最后加入聚合磷酸盐、水玻璃、聚醋酸乙烯乳液混合25min后，将涂料以水调整至使用状态的稠度。

实施例3

涂料配比：蓝晶石粉40kg，铝矾土粉25kg，无机凝胶1kg，聚醋酸乙烯乳液3.5kg，硅溶胶3.5kg，聚合磷酸盐1kg，烷基苯磺酸钠0.2kg，脂肪醇聚氧乙烯醚0.3kg，正丁醇0.39kg，五氯萘酚0.01kg，水25.1kg。

制备工艺：将无机凝胶干粉直接加入水中在高速分散机中混合分散20min，再加入五氯萘酚、烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、正丁醇混合5min，然后加入铝矾土粉、蓝晶石粉混合30min，最后加入聚合磷酸盐、硅溶胶、聚醋酸乙烯乳液混合20min后，将涂料以水调整至使用状态的稠度。

实施例4

涂料配比：铬铁矿粉80kg，无机凝胶1.5kg，苯丙乳液2.55kg，硅溶胶3kg，亚甲基萘磺酸钠0.1kg，脂肪醇聚氧乙烯醚0.1kg，正丁醇0.1kg，工业甲醛溶液0.05kg，水12.6kg。

制备工艺：将无机凝胶干粉直接加入水中在高速分散机中混合分散10min，再加入工业甲醛溶液、亚甲基萘磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、正丁醇混合15min，然后加入铬铁矿粉混合35min，最后加入硅溶胶、苯丙乳液混合15min后，将涂料以水调整至使用状态的稠度。

实施例5

涂料配比：镁橄榄石粉55kg，无机凝胶0.9kg，苯丙乳液4kg，水玻璃3.5kg，聚合磷酸盐1.51kg，有机硅消泡剂0.17kg，五氯酚钠0.02kg，水34.9kg。

制备工艺：将无机凝胶干粉直接加入水中在高速分散机中混合分散15min，再加入五氯酚钠、有机硅消泡剂混合5min，然后加入镁橄榄石粉混合40min，最后加入聚合磷酸盐、水玻璃、苯丙乳液混合10min后，将涂料以水调整至使用状态的稠度。

实施例6

涂料配比：锆刚玉粉65kg，无机凝胶1.2kg，纯丙乳液2.98kg，水玻璃3kg，有机硅消泡剂0.19kg，苯甲酸钠0.03kg，水27.6kg。

制备工艺：将无机凝胶干粉直接加入水中在高速分散机中混合分散20min，再加入苯甲酸钠、有机硅消泡剂混合10min，然后加入锆刚玉粉混合40min，最后加入水玻璃、纯丙乳液混合20min后，将涂料以水调整至使用状态的稠度。

实施例7

涂料配比：刚玉粉40kg，硅线石粉30kg，无机凝胶1.4kg，纯丙乳液3.5kg，硅溶胶2.5kg，聚合磷酸盐1kg，烷基苯磺酸钠0.23kg，烷基酚聚氧乙烯醚0.25kg，正戊醇0.3kg，五氯萘酚0.02kg，水20.8kg。

制备工艺：将无机凝胶干粉直接加入水中在高速分散机中混合分散10min，再加入五氯萘酚、烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、正戊醇混合15min，然后加入硅线石粉、刚玉粉混合35min，最后加入聚合磷酸盐、硅溶胶、纯丙乳液混合25min后，将涂料以水调整至使用状态的稠度。

实施例8

涂料配比：石英粉30kg，铝矾土粉30kg，无机凝胶0.9kg，醋丙乳液1.99kg，硅溶胶1.48kg，正戊醇0.2kg，工业甲醛溶液0.03kg，水35.4kg。

制备工艺：将无机凝胶干粉直接加入水中在高速分散机中混合分散15min，再加入工业甲醛溶液、正戊醇混合20min，然后加入铝矾土粉、石英粉混合30min，最后加入硅溶胶、醋丙乳液混合30min后，将涂料以水调整至使用状态的稠度。

实施例9

涂料配比：石英粉25kg，叶腊石粉30kg，无机凝胶0.7kg，醋丙乳液3kg，水玻璃1.5kg，聚合磷酸盐2kg，烷基苯磺酸钠0.25kg，脂肪醇聚氧乙烯醚0.15kg，有机硅消泡剂0.27kg，五氯酚钠0.03kg，水37.1kg。

制备工艺：将无机凝胶干粉直接加入水中在高速分散机中混合分散20min，再加入五氯酚钠、烷基苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、有机硅消泡剂混合15min，然后加入叶腊石粉、石英粉混合25min，最后加入聚合磷酸盐、水玻璃、醋丙乳液混合10min后，将涂料以水调整至使用状态的稠度。

实施例10

涂料配比：石墨粉40kg，无机凝胶0.5kg，水溶性酚醛树脂4.04kg，聚合磷酸盐5.5kg，有机硅消泡剂0.32kg，苯甲酸钠0.04kg，水49.6kg。

制备工艺：将无机凝胶干粉直接加入水中在高速分散机中混合分散10min，再加入苯甲酸钠、有机硅消泡剂混合10min，然后加入石墨粉混合20min，最后加入聚合磷酸盐、水溶性酚醛树脂混合15min后，将涂料以水调整至使用状态的稠度。

实施例11

涂料配比：石墨粉45kg，石英粉15kg，无机凝胶1.1kg，水溶性酚醛树脂3.5kg，水玻璃4kg，亚甲基萘磺酸钠0.16kg，烷基酚聚氧乙烯醚0.15kg，有机硅消泡剂0.35kg，五氯萘酚0.04kg，水30.7kg。

制备工艺：将无机凝胶干粉直接加入水中在高速分散机中混合分散15min，再加入五氯萘酚、亚甲基萘磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、有机硅消泡剂混合20min，然后加入石墨粉、石英粉混合30min，最后加入水玻璃、水溶性酚醛树脂混合20min后，将涂料以水调整至使用状态的稠度。

实施例12

涂料配比：石墨粉30kg，铝矾土粉20kg，无机凝胶0.6kg，水溶性酚醛树脂2.55kg，硅溶胶1.55kg，聚合磷酸盐0.59kg，脂肪醇聚氧乙烯醚0.35kg，正辛醇0.45kg，工业甲醛溶液0.01kg，水43.9kg。

制备工艺：将无机凝胶干粉直接加入水中在高速分散机中混合分散20min，再加入工业甲醛溶液、脂肪醇聚氧乙烯醚、正辛醇混合20min，然后加入石墨粉、铝矾土粉混合35min，最后加入聚合磷酸盐、硅溶胶、水溶性酚醛树脂混合25min后，将涂料以水调整至使用状态的稠度。

实施例13

涂料配比：滑石粉45kg，无机凝胶0.6kg，水溶性醇酸树脂1.76kg，聚合磷酸盐1.5kg，烷基苯磺酸钠0.2kg，烷基酚聚氧乙烯醚0.4kg，正辛醇0.5kg，五氯酚钠0.04kg，水50kg。

制备工艺：将无机凝胶干粉直接加入水中在高速分散机中混合分散10min，再加入五氯酚钠、烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、正辛醇混合15min，然后加入滑石粉混合40min，最后加入聚合磷酸盐、水溶性醇酸树脂混合30min后，将涂料以水调整至使用状态的稠度。

实施例14

涂料配比：滑石粉35kg，石英粉20kg，无机凝胶1.2kg，水溶性醇酸树脂4.25kg，硅溶胶3.73kg，烷基酚聚氧乙烯醚0.08kg，有机硅消泡剂0.39kg，苯甲酸钠0.05kg，水35.3kg。

制备工艺：将无机凝胶干粉直接加入水中在高速分散机中混合分散15min，再加入苯甲酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、有机硅消泡剂混合10min，然后加入滑石粉、石英粉混合20min，最后加入硅溶胶、水溶性醇酸树脂混合15min后，将涂料以水调整至使用状态的稠度。

实施例15

涂料配比：铝矾土粉15kg，硅藻土粉25kg，云母粉10kg，无机凝胶0.8kg，水溶性醇酸树脂2.52kg，聚合磷酸盐1.55kg，亚甲基萘磺酸钠0.35kg，脂肪醇聚氧乙烯醚0.25kg，有机硅消泡剂0.48kg，五氯萘酚0.05kg，水44kg。

制备工艺：将无机凝胶干粉直接加入水中在高速分散机中混合分散20min，再加入五氯萘酚、亚甲基萘磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、有机硅消泡剂混合5min，然后加入云母粉、硅藻土粉、铝矾土粉混合25min，最后加入聚合磷酸盐、水溶性醇酸树脂混合10min后，将涂料以水调整至使用状态的稠度。

以上是对本发明所提供的一种铸型水基涂料配方、制备工艺及其使用方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的配方、制备工艺及其使用方法进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1、一种铸型水基涂料，其特征在于所述涂料由耐火粉料、悬浮剂、粘结剂、表面活性剂、消泡剂、防腐剂及水组成，各组分的质量分数为：耐火粉料40％~80％，悬浮剂0.5％~1.5％，粘结剂3％~10％，表面活性剂0％~0.6％，消泡剂0.05％~0.50％，防腐剂0.01％~0.50％，水10％~50％。

2、根据权利要求1所述的铸型水基涂料，其特征在于各组分质量分数为：耐火粉料60％~70％，悬浮剂1％~1.5％，粘结剂5％~10％，表面活性剂0.3％~0.6％，消泡剂0.05％~0.4％，防腐剂0.1％~0.50％，水20％~50％。

3、根据权利要求1所述的铸型水基涂料，其特征在于各组分质量分数为：耐火粉料65％，悬浮剂1％，粘结剂5％，表面活性剂0.35％，消泡剂0.05％，防腐剂0.2％，水28.4％。

4、根据权利要求1所述的铸型水基涂料，其特征在于所述的悬浮剂为无机凝胶。

5、根据权利要求4所述铸型水基涂料，其特征在于所述的无机凝胶为铝硅酸盐。

6、根据权利要求1所述的铸型水基涂料，其特征在于所述的耐火粉料可以是锆英粉、铬铁矿粉、刚玉粉、锆刚玉粉、镁橄榄石粉、蓝晶石粉、硅线石粉、莫来石粉、铝矾土粉、石英粉、滑石粉、石墨粉、叶腊石粉、云母粉、硅藻土粉中的一种或几种混合物。

7、根据权利要求1所述的铸型水基涂料，其特征在于所述的粘结剂包括常温粘结剂和高温粘结剂：常温粘结剂可以是聚醋酸乙烯乳液、苯丙乳液、醋丙乳液、纯丙乳液、水溶性酚醛树脂、水溶性醇酸树脂中的一种或几种混合物；高温粘结剂可以是水玻璃、硅溶胶、聚合磷酸盐中的一种或几种混合物。

8、根据权利要求1所述的铸型水基涂料，其特征在于所述的表面活性剂可以是烷基苯磺酸钠、亚甲基萘磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或几种混合物。

9、根据权利要求1所述的铸型水基涂料，其特征在于所述的消泡剂可以是有机硅消泡剂、正丁醇、正戊醇、正辛醇中的一种；所述的防腐剂可以是工业甲醛溶液、五氯酚钠、五氯萘酚中的一种。

10、一种如权利要求1所述铸型水基涂料的制备工艺，其特征在于所述制作工艺包含以下几个步骤：

a、将悬浮剂直接加入水中在高速分散机中混合分散10~20分钟；

b、混合后，向液体加入消泡剂、表面活性剂、防腐剂等助剂混合5~20min；

c、再加入耐火粉料混合20~40min；

d、最后加入粘结剂混合10~30min；

e、将最后产物按具体需要加水调试稠度。