CN101941045A - 磷酸盐无机铸造粘结剂悬浮液固化剂制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磷酸盐无机铸造粘结剂悬浮液固化剂及其制备方法。在醇类溶剂中，加入有机树脂，搅拌至完全溶解后加入有机酸，再搅拌使之完全溶解后加入粉状氧化镁，再搅拌分散均匀，制得该悬浮液固化剂。本发明还公开了该固化剂在铸造工业中的应用。该磷酸盐无机铸造粘结剂固化剂制备方法简单，所用原料易得，成本较低；该固化剂具有高效、无毒、高悬浮率、高含固量、与粘结剂反应速度适中等优异性能；用该固化剂与无机粘结剂固化所粘结的铸造砂模，固化强度高，固化性能稳定，在混砂过程中无飘灰现象，不会产生粉尘污染，易于在铸造工业中推广应用。

Description

磷酸盐无机铸造粘结剂悬浮液固化剂制备方法和应用

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，具体地说是磷酸盐无机铸造粘结剂所用固化剂的制备方法和应用。

背景技术

铸造工业近二十年来已发展为我国最重要的产业之一，我国已成铸造大国，中国铸造业的产量连续7年居世界第一，占全球总产量的1/3。

但随着铸造的发展，铸造业带来的环境污染问题已引起广泛关注。铸造行业造成的污染已成为对大气、土壤和水污染的主要来源之一。污染的形式主要有：现场有毒气体、粉尘，烟气，工业废水废渣和未经处理的大量的旧砂向厂外的丢弃等。在所有的铸造污染中，砂型铸造中造型和制芯用有机树脂(如呋喃树脂、酚醛树脂、合脂及其他树脂等)粘结剂带来的化学污染越来越引人关注：有机树脂大多含酚、醛、苯、呋喃等有毒物质，在混砂、制芯、浇注、清理到废砂处理等铸造生产的各个环节中，都会对环境造成不良影响。上海交通大学朱纯熙教授在2002年第8期《铸造》杂志上对铸造环境污染问题做了较深刻的阐述。他指出：二恶英和呋喃被称为“环境激素”，是被联合国2001斯德哥尔摩公约禁止或限制的12种持久性有机污染物中的2种，它们能严重损害人类和高级动物的内分泌和生殖系统，并具有致癌性。因此开发使用无害的无机粘结剂已成当务之急。

磷酸盐无机粘结剂是一种很有前途的铸造粘结剂，其良好的粘结能力已得到公认。对于磷酸盐无机粘结剂，常用的固化剂是粉状的氧化镁，但这种固化剂不仅容易受潮结块，而且使用过程中容易产生粉尘污染、不便定量，故难以推广应用。

如果能发明一种液体固化剂，而且成本低，将非常有利于这种新型粘结剂的应用，从现有文献看，还没有发现液体状态的固化剂。而纯液体状态的固化剂，在与磷酸盐无机粘结剂混合时，分散不够均匀。

如果将粉状氧化镁制成悬浮液形式固化剂，就能解决与磷酸盐无机粘结剂混合时分散不够均匀的问题。然而，将粉状氧化镁制成悬浮液形式固化剂，需要解决一些技术难题：提高悬浮率，将氧化镁分散在载体中；提高悬浮液中的含固量，即单位体积的液体中尽可能的多分散粉状物料，使成本尽可能的降低；防止板结，使其稳定存在；降低其粘度，使其容易流动，便于输送，也使得混砂时固化剂容易分散。

发明内容

针对粉状氧化镁固化剂存在的上述问题，本发明提供一种磷酸盐无机铸造粘结剂悬浮液固化剂，是一种将粉状氧化镁分散在液体载体中制成的悬浮液形式固化剂。

所述磷酸盐无机铸造粘结剂悬浮液固化剂，是在200重量份的醇类溶剂中，加入3～10重量份的有机树脂，搅拌至完全溶解后加入0.05～1重量份的有机酸，搅拌使之完全溶解后再加入200～400重量份的粉状氧化镁，再搅拌分散均匀，得到悬浮液固化剂。

针对制备悬浮液形式固化剂要解决的技术难题，本发明提供一种制备磷酸盐无机铸造粘结剂悬浮液固化剂的方法。该方法不仅操作简单易行，成本较低，而且解决了技术上的难题。

所述磷酸盐无机铸造粘结剂悬浮液固化剂的制备方法，包括下述顺序的步骤：

(A)在200重量份的醇类溶剂中，加入3～10重量份的有机树脂，在常温下，搅拌5～15分钟至完全溶解，得到有机树脂的醇溶液；

(B)在上述醇溶液中加入0.05～1重量份的有机酸，在常温下，搅拌5～10分钟至完全溶解，即得到悬浮液固化剂的载体溶液；

(C)在已制好的载体中再加入200～400重量份的粉状氧化镁，在常温下，通过高速搅拌或胶体磨分散，使粉状氧化镁均匀分散在载体溶液中，即得到最终产物悬浮液固化剂。

在C步骤中，采用高速搅拌分散时，是在转速2500转/分～3000转/分下搅拌10～20min；采用胶体磨分散时，可先在1000～1500转/分的低速下搅拌5～8min进行预分散，然后倒入胶体磨料斗中，反复胶体磨2～3次。

本发明所述醇类溶剂为乙醇、甲醇或异丙醇。所述有机树脂为聚乙烯醇缩丁醛。所述有机酸为柠檬酸或草酸。所述粉状氧化镁为电熔镁砂粉或冶金镁砂粉。

本发明通过聚乙烯醇缩丁醛溶解到醇类溶剂增加液体载体的粘度，从而阻止粉状物的下沉。提高含固量的关键措施是高速剪切，本发明通过高速搅拌或胶体磨分散，使粉状材料充分均匀地分散在载体中，同时也有利于提高悬浮率。防止板结的方法是加入柠檬酸或草酸，其原理是柠檬酸或草酸能与金属离子形成络合物，提高悬浮液的稳定性，从而防止板结。粘度与含固量、氧化镁的分散度、柠檬酸或草酸加入量以及所使用的载液的种类等多个因素有关，这些因素的相应操作都使得其粘度降低。

本发明提供的悬浮液固化剂可用作磷酸盐无机铸造粘结剂的固化。悬浮液固化剂添加量为粘结剂重量的15～40％，具体加入量根据气温确定。用该固化剂固化磷酸盐无机粘结剂，固化后的体系有较高的强度，好的砂型存放稳定，在铸造方面得到广泛应用。

本发明的有益效果：本发明制得的悬浮液固化剂具有高效、无毒、高含固量(＞60％)、高悬浮率(98～99％)，完全消除了粉状固化剂的吸潮现象，悬浮液固化剂能稳定存放三个月以上，不出现板结，与粘结剂反应速度适中；本发明的制备方法简单，所用原料易得，成本较低；用该固化剂与磷酸盐无机铸造粘结剂固化所粘接的铸造砂模，固化强度高，固化性能稳定，在混砂过程中无飘灰现象，不会产生粉尘污染，易于在铸造工业中推广应用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。本发明对其加入量进行限定，只是便于本发明的实施，并不说明在本发明所限定的范围外不能实施。

实施例1

在安装有搅拌装置的容器中加入200g甲醇，然后加入3g聚乙烯醇缩丁醛，然后搅拌约10min使之充分溶解，得到均匀溶液，再加入0.5g柠檬酸，继续搅拌约8min使之完全溶解，由此得到载体溶液。再称取350g冶金镁砂粉，将冶金镁砂粉加入载体溶液中，在搅拌机内以3000转/分搅拌10min，即得到所需的悬浮液固化剂。

实施例2

在安装有搅拌装置的容器中加入200g乙醇，然后加入4g聚乙烯醇缩丁醛，然后搅拌约10min使之充分溶解，得到均匀溶液，再加入0.25g柠檬酸，继续搅拌约8min使之完全溶解，由此得到载体溶液。再称取300g冶金镁砂粉，将冶金镁砂粉加入载体溶液中，在搅拌机内以2900转/分搅拌15min，即得到所需的悬浮液固化剂。

实施例3

在安装有搅拌装置的容器中加入200g异丙醇，然后加入5g聚乙烯醇缩丁醛，然后搅拌约10min使之充分溶解，得到均匀溶液，再加入0.25g草酸，继续搅拌约8min使之完全溶解，由此得到载体溶液。再称取300g电熔镁砂粉，将电熔镁砂粉加入载体溶液中，在带搅拌器的容器中，先在1000～1500转/分的低速下搅拌约5min进行预分散，然后倒入胶体磨料斗中，开动胶体磨，从胶体磨出口出料，出料后再倒回胶体磨料斗，再从胶体磨出口出料，即得到所需的悬浮液固化剂。

对比实验

将普通的粉状氧化镁和本发明所制得的悬浮液固化剂应用于磷酸盐无机铸造粘结剂的固化中，并在相同的实验条件下进行了对比。

实验1：

以普通的粉状氧化镁作为固化剂应用于磷酸盐无机铸造粘结剂的固化，按照下述配比进行混合：原砂100重量份+占原砂重量2％的磷酸盐无机粘结剂+占粘结剂重量20％的粉状固化剂。

经检测，24h后所测硬化强度为0.66MPa，48h后所测硬化强度为0.5MPa，72h后所测硬化强度为0.42MPa。

在混砂过程中有飘灰现象。粉状固化剂在保存过程中有吸潮结块现象。

实验2：

以本发明所制得的悬浮液固化剂应用于磷酸盐无机铸造粘结剂的固化，按照下述配比进行混合：原砂100重量份+占原砂重量2％的磷酸盐无机粘结剂+占粘结剂重量33％的悬浮液固化剂。(因为本发明的固化剂为悬浮液，所以，实验2中所用的悬浮液固化剂中有效氧化镁折算后的含量与实验1中氧化镁的含量相同。)

经检测，24h后所测硬化强度为0.66MPa，48h后所测硬化强度为0.6MPa，72h后所测硬化强度为0.52MPa。

在混砂过程中无飘灰现象。悬浮液固化剂在保存过程中三个月无结块或板结，稍微摇动即可均匀。

从每隔24h所测强度看，实验2试样的存放稳定性比试验1的好，原因是悬浮液固化剂中的聚乙烯醇缩丁醛在无机粘结剂固化过程中具有阻止裂纹扩展的作用。

应用实施例1

将本发明制得的悬浮液固化剂应用于磷酸盐无机铸造粘结剂的固化。

按照下述配比进行混合：50/100目原砂1000g+磷酸盐无机粘结剂20g+悬浮液固化剂6g。

具体操作：称取1000g原砂，先将6g固化剂与原砂混匀，再将20g粘结剂加入并混匀，最后将混合料填入模具中用于制造砂模，同时制取标准“8”试样6个，待砂模硬化后从模具中取出，待进一步硬化24h，即可用于金属液的浇注。

应用效果：固化剂加入原砂中混砂时没有飘灰现象，型砂可使用时间约10分钟，脱模时间为20分钟，硬化24h砂型试样强度为0.6MPa，再存放5天，试样强度为0.58MPa，可见性能稳定。浇注以后，清砂时发现，旧砂溃散性好，铸件表面无缺陷。

Claims (8)

1.一种磷酸盐无机铸造粘结剂悬浮液固化剂的制备方法，该方法包括下述顺序的步骤：

(A)在200重量份的醇类溶剂中，加入3～10重量份的有机树脂，在常温下，搅拌5～15分钟至完全溶解，得到有机树脂的醇溶液；

(B)在上述醇溶液中加入0.05～1重量份的有机酸，在常温下，搅拌5～10分钟至完全溶解，即得到悬浮液固化剂的载体溶液；

(C)在已制好的载体中再加入200～400重量份的粉状氧化镁，在常温下，通过高速搅拌或胶体磨分散，使粉状氧化镁均匀分散在载体溶液中，即得到最终产物悬浮液固化剂。

2.根据权利要求1所述悬浮液固化剂的制备方法，其特征在于：在C步骤中，采用高速搅拌分散时，是在转速2500转/分～3000转/分下搅拌10～20min；采用胶体磨分散时，可先在1000～1500转/分的低速下搅拌5～8min进行预分散，然后倒入胶体磨料斗中，反复胶体磨2～3次。

3.根据权利要求1所述悬浮液固化剂的制备方法，其特征在于：所述醇类溶剂为乙醇、甲醇或异丙醇。

4.根据权利要求1所述悬浮液固化剂的制备方法，其特征在于：所述有机树脂为聚乙烯醇缩丁醛。

5.根据权利要求1所述悬浮液固化剂的制备方法，其特征在于：所述有机酸为柠檬酸或草酸。

6.根据权利要求1所述悬浮液固化剂的制备方法，其特征在于：所述粉状氧化镁为电熔镁砂粉或冶金镁砂粉。

7.用权利要求1-6中任意一项方法制备的磷酸盐无机铸造粘结剂悬浮液固化剂。

8.如权利要求1或7所述悬浮液固化剂的用途，其特征在于：所述固化剂应用于磷酸盐无机铸造粘结剂的固化。