CN103223458A - 一种水基自干铸造涂料及其制备方法和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水基自干铸造涂料及其制备方法。所述水基自干铸造涂料是将1-3%钠基膨润土与1-1.5倍重量的水高速搅拌均匀,装入密闭容器中静置充分润湿、活化制成甲液,再将0.1-0.4%羧甲基纤维素钠用浓度大于≥95%乙醇按1∶1的重量比分散后加入30-50倍的水,搅拌均匀静置充分引发后与甲液混合加入适量的水搅拌后,采用胶体磨研磨制得复合悬浮剂之后与60-71%莫来石、0.05-0.1%润湿剂、4-6%改性磷酸盐粘结剂混碾制得膏状涂料,加水稀释制得。该涂料可以与含有镁砂粉的醇基涂料反应后自干,大大地降低了单纯使用醇基或水基涂料的成本,对环境的影响也大大改善。
Description
技术领域
本发明涉及铸造领域,具体是一种水基自干铸造涂料及其制备方法和使用方法。
背景技术
铸造涂料根据载液的不同分为醇基铸造涂料和水基铸造涂料两大类。醇基铸造涂料主要以甲醇和乙醇为载液,涂覆在铸型(芯)工作表面上后一般通过点火引燃的方式干燥涂层;醇基涂料在经过多次刷涂,多次点燃后,容易出现涂层起泡,涂层与砂型(芯)表面或各道涂层间结合不良的现象,得到的干涂层较疏松,浇注时结合不良部位的涂层在金属液的持续冲刷下容易从砂型(芯)表面脱落,从而丧失防粘砂等功能,除此之外醇基铸造涂料大面积刷涂后点火引燃时由于火势的瞬间蔓延存在烧伤操作人员的安全隐患。
水基铸造涂料主要以水为载液,涂覆后一般通过火焰烘干或进炉加热烘干等方式获得干燥涂层。由于水比酒精挥发速度慢得多,在刷涂过程中不会像溶剂一样快速挥发,而滑爽性下降较快,阻力上升,故水基涂料的刷涂性优于醇基涂料。水基涂料通过烘烤,烘干等方式干燥,其热量释放较醇基涂料点火引燃后溶剂挥发迅速温和许多,不会出现涂层起泡等缺陷,干燥涂层与砂型(芯)表面及涂层间结合紧密,涂层致密,浇铸时钢水不易将涂层从砂型(芯)表面冲刷掉,水基涂料不存在烧伤操作人员的安全隐患。因此对于大型铸件,水基涂料在降低刷涂劳动强度,保障铸件质量,提高生产安全性等方面均是优于醇基涂料的选择。
目前国内现有的水基涂料产品不能满足大型铸件生产的技术质量要求,尤其是重量超过10吨的特大型铸件生产。为此,国内也有众多的高校,科研所及企业在研制大型铸件生产所需的水基铸造涂料,但研制的这些水基铸造涂料产品在技术上与国外产品相比,仍存在着较大差距,不能满足大型铸件生产的技术质量要求。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足,提供一种大型铸件用水基铸造涂料及该涂料的制备方法,该涂料通过自身组分中的改性磷酸盐粘结剂与底层涂料中的镁砂粉发生放热反应,实现涂层自干,无需烘烤,烘干等方式干燥,节约能源,操作方便,且不会出现涂层起泡、涂层与砂型(芯)表面或各道涂层间结合不良等缺陷,具有不易燃不易爆,无腐蚀性,无污染,运输方便,操作安全,成本低等优点。
本发明所述的一种水基自干铸造涂料,其特征在于该涂料由下列重量百分比的原料制成:
以上各种原料要求达到如下指标:
莫来石:Al2O3≥75%,平均粒度为325目;水:为新鲜洁净的自来水;
钠基膨润土:膨胀容≥20ml/g、含水量≤10%、粒度为300-325目。
羧甲基纤维素钠:中等粘度,2%水溶液动力粘度为300-600mPa·s,PH值:6.5-8.0;羧甲基纤维素钠简称CMC,其重要特性是形成高粘度的胶体、溶液、有粘着、增稠、流动、乳化分散、赋形、保水、保护胶体、薄膜成型、耐酸、耐盐、悬浊等特性,且生理无害,能够吸水膨胀,在水中溶胀时,可以形成透明的粘稠胶液,在酸碱度方面表现为中性。
OP-10润湿剂采用上海贝青利实业发展有限公司生产的OP-10润湿剂。
改性磷酸盐粘结剂:选用申请人自制的32B6M6作为粘结剂(32表示三氧化二铝与五氧化二磷摩尔数的百分比,B代表硼,其后面的数字代表硼的量,M代表镁,其后面数字代表镁的量,均为相对量,不表示绝对量。)
改性磷酸盐粘结剂的具体制备方法:首先将氢氧化铝和质量浓度为85%的工业磷酸按照1∶3的摩尔比加入到三口反应釜中,并开动搅拌器,缓慢升温至100℃,此时磷酸与氢氧化铝剧烈反应,反应料为乳白色悬浊液,继续加热至透明,按照每摩尔氢氧化铝6g硼酸的比例加入硼酸,待其透明后,再按照每摩尔氢氧化铝加入6g碳酸镁的比例加入碳酸镁,等其完全澄清,关闭电源,将密度调至1.5g/cm3即制得改性磷酸盐粘结剂。
一种制备上述水基自干铸造涂料的方法,其特征在于具体步骤如下:
(1)称取以下重量百分比的原料:60-71%莫来石、20-31%水、1-3%钠基膨润土、0.1-0.4%羧甲基纤维素钠、0.05-0.1%OP-10润湿剂、4-6%改性磷酸盐粘结剂待用;
(2)将步骤(1)中准备的全部钠基膨润土投入转速≥1000r/min的高速搅拌机中,再加入1-1.5倍重的水搅拌均匀,装入密闭容器中静置24h以上,使钠基膨润土被充分润湿、活化,制得甲液;
(3)将步骤(1)中准备的全部羧甲基纤维素钠用浓度大于≥95%乙醇按1∶1的重量比分散,然后再加入羧甲基纤维素钠重量30-50倍的水,搅拌均匀,静置48h以上使羧甲基纤维素钠充分引发制成乙液;
(4)将步骤(2)中制备的甲液和步骤(3)制备的乙液和适量的水混合并高速持续搅拌,直至体系中无粗粒,呈细腻的均匀浆状体时,停止搅拌,制得复合悬浮剂,再采用胶体磨研磨4-5遍;
(5)将步骤(1)中准备的全部莫来石倒入碾轮式混砂机中,依次加入步骤(4)中研磨后的复合悬浮剂,步骤(1)中准备的全部改性磷酸盐粘结剂和OP-10润湿剂,混碾2-4h,制得膏状涂料,加入剩余的水稀释,高速搅拌10-20min,调波美度到70-75,制得成品涂料。
在以上方法中:
步骤(2)中制备甲液的静置时间为24-48小时;步骤(3)中制备乙液的静置时间为48-72小时。
所述莫来石的Al2O3≥75%,平均粒度为325目;
所述羧甲基纤维素钠为中等粘度,2%水溶液动力粘度为300-600MPa·s,pH值6.5-8.0。
上述技术方案中选用工具,如三口反应釜、高速搅拌机、胶体磨、和碾轮式混砂机均采用本领域中现有的常用工具。
按上述技术方案制得的涂料,其主要技术指标达到如下:
一种水基自干铸造涂料的使用方法,其特征在于具体步骤如下:首先在做好的铸型上涂好一层波美度为60-70的醇基镁砂粉涂料,醇基镁砂粉涂料的湿态涂层厚度为1-2毫米,涂刷后完毕后,立即点火燃烧实现涂层干燥,然后在尚未冷却的镁砂粉涂层表面刷涂配制好的水基自干铸造涂料,利用面层涂料中的改性磷酸盐成分与底层涂料中的镁砂粉成分发生化学放热反应,5-10分钟现涂层自干。
醇基镁砂粉涂料采用乙醇调节波美度至60-70,具体是在醇基镁砂粉涂料加入乙醇分散,再把波美比重计浸入溶液中,测得溶液的波美度。
在上述方法中:所述醇基镁砂粉涂料是全部以镁砂粉为骨料,加一定量的悬浮剂,粘结剂,表面活性剂,用乙醇分散后制得的一种醇基涂料。具体可以采用唐山市开平区天工耐火材料厂生产的醇基镁砂粉涂料、石家庄震宇耐火材料有限公司生产的型号为ZYM-1的醇基镁砂粉涂料。
本发明的有益效果:(1)本发明以电熔莫来石为耐火粉料、水为载液,选用兼容性好的复合悬浮剂、粘结剂、经过适宜的制备方法进行有效复合,使它们协同发挥悬浮、触变、粘结的作用,制得的产品具有优良的流变性、触变性、流平性、悬浮性(24h悬浮性≥98%),一次成膜厚度高(单层涂膜厚度≥0.5mm),干涂层与砂型(芯)结合紧密,涂层致密,非常适合大型铸件砂型(芯)大面积、多道刷涂的特点;
(2)采用本发明制备的涂料浇铸后涂层可整体烧结,冷却后易于从铸件表面剥离,能够充分实现涂料的防粘砂、夹砂、砂眼等功能,提高铸件表面质量,降低清砂工作量;
(3)本发明的配方中适量使用的无机增稠剂、触变剂、在涂料中起增稠,悬浮、触变等作用,浇注后则有助于涂层的烧结,起助烧结剂的作用;
(4)本发明制备的涂料通过自身组分中的改性磷酸盐粘结剂与底层涂料中的镁砂粉发生放热反应,实现涂层自干,无需烘烤,烘干等方式干燥,节约能源,操作方便;自干的涂层与砂型(芯)表面及涂层间结合紧密,涂层致密,不会出现涂层起泡、涂层与砂型(芯)表面或各道涂层间结合不良等缺陷,浇铸时钢水不易将涂层从砂型(芯)表面冲刷掉,制得的成品涂料,不易燃不易爆,无腐蚀性,运输方便,操作安全,能满足大型铸件尤其是重量超过10吨的大型铸件的生产应用。
本发明制备的涂料可以与底层为含有镁砂粉的醇基涂料一起使用作为面层涂料,该涂料以改性磷酸盐为粘结剂的水基涂料,利用底层涂料中的氧化镁,与面层涂料中的磷酸盐粘结剂进行化学反应固化,从而使面层涂料干燥获得强度,同时由于来自底层醇基涂料燃烧后的余热,更加快了面层涂料的固化反应,有利于加快面层涂料的干燥速度,从而完全实现了面层涂料的自干,制得的涂层表面光洁,强度高,能很好的满足实际使用要求,大大地降低了单纯使用醇基或水基涂料的成本,对环境的影响也大大改善。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1-6
表1以下表中是本发明的6组配方(原料组分及含量)
以上各种原料要求达到如下指标:
莫来石:Al2O3≥75%,平均粒度为325目;水:为新鲜洁净的自来水;
钠基膨润土:膨胀容≥20ml/g、含水量≤10%、粒度为300-325目。
羧甲基纤维素钠:中等粘度,2%水溶液动力粘度为300-600MPa·s,PH值:6.5-8.0;
改性磷酸盐粘结剂的具体制备方法:首先将氢氧化铝和质量浓度为85%的工业磷酸按照1∶3的摩尔比加入到三口反应釜中,并开动搅拌器,缓慢升温至100℃,此时磷酸与氢氧化铝剧烈反应,反应料为乳白色悬浊液,继续加热至透明,按照每摩尔氢氧化铝6g硼酸的比例加入硼酸,待其透明后,再按照每摩尔氢氧化铝加入6g碳酸镁的比例加入碳酸镁,等其完全澄清,关闭电源,调密度至1.5g/cm3即制得改性磷酸盐粘结剂。
下面以实施例1中数据对本发明所述的一种制备水基自干铸造涂料的方法作具体说明,其具体的步骤如下:
(1)按照上表中的配比量称取莫来石、钠基膨润土、羧甲基纤维素钠、OP-10润湿剂、水和改性磷酸盐粘结剂待用(具体数据以实施例1为例);
(2)将1kg的钠基膨润土与1-1.5倍重的水在转速≥1000r/min的条件下高速搅拌均匀,装入密闭容器中静置24-48h,使钠基膨润土被充分润湿、活化,制得甲液;
(3)将0.1kg羧甲基纤维素钠(CMC)与0.1kg的乙醇分散,然后再加入CMC重量30-50倍的水,搅拌均匀,静置48-72小时使羧甲基纤维素钠充分引发制成乙液;
(4)步骤(2)和步骤(3)中原料预处理后的余量水待用,将步骤(2)中制备的甲液和步骤(3)制备的乙液混合并高速持续搅拌,直至体系中无粗粒,呈细腻的均匀浆状体时,停止搅拌,制得复合悬浮剂,再采用胶体磨研磨4-5遍;
(5)将60kg的莫来石倒入碾轮式混砂机中,依次加入步骤(4)中研磨后的复合悬浮剂、4kg改性磷酸盐粘结剂、0.05kg的OP-10润湿剂,混碾2-4h,制得膏状涂料,加上剩余的水稀释,高速(转速≥1000r/min)搅拌10-20min,调波美度到70-75,制得成品涂料。
本发明的其他五组配方也是采用上述制备方法制得。将六组配方制备的涂料通过基本性能测试的结果如下:
性能 | 指标 |
密度(g/cm3) | 2.1 |
固体含量(%) | 61.8 |
粘度(涂6#杯,s,25℃) | 21 |
24h悬浮性(%) | 98 |
发气性(850℃,ml/g) | 10.6 |
单层涂膜厚度(mm) | 0.6 |
PH值 | 6 |
高温抗裂性(1200℃,30s) | 无裂纹 |
按照以上方法配置的水基自干铸造涂料具体使用时,具体选择相同型号的铸件共2件进行实施:首先调醇基镁砂粉涂料波美度至60-70,然后在做好的两件铸型上刷涂调制好的醇基镁砂粉涂料,涂刷完毕后立即点火燃烧实现涂层干燥,如点火过迟,溶剂挥发,不易点燃,影响涂层强度及水分蒸发,然后在尚未冷却的镁砂粉涂层表面,刷涂采用本发明所述的方法配制的水基自干铸造涂料,利用面层涂料中的改性磷酸盐成分与底层涂料中的镁砂粉成分发生化学放热反应,实现涂层自干,只需5-10分钟涂层即可实现自干。
其使用后涂料的工艺性能,涂层质量,铸件表面质量状况如下表:
从上表可以看出,本发明涂料所生产铸件的表面质量优良,能够很好的满足大型铸件生产的技术质量要求。
Claims (7)
2.根据权利要求1所述的一种水基自干铸造涂料,其特征在于:所述羧甲基纤维素钠为中等粘度,2%水溶液动力粘度为300-600MPa·s,pH值6.5-8.0。
3.一种制备权利要求1中所述的水基自干铸造涂料的方法,其特征在于具体步骤如下:
(1)称取以下重量百分比的原料:60-71%莫来石、20-31%水、1-3%钠基膨润土、0.1-0.4%羧甲基纤维素钠、0.05-0.1%OP-10润湿剂、4-6%改性磷酸盐粘结剂待用;
(2)将步骤(1)中准备的全部钠基膨润土投入转速≥1000r/min的高速搅拌机中,再加入1-1.5倍重的水搅拌均匀,装入密闭容器中静置24h以上,使钠基膨润土被充分润湿、活化,制得甲液;
(3)将步骤(1)中准备的全部羧甲基纤维素钠用浓度大于≥95%乙醇按1∶1的重量比分散,然后再加入羧甲基纤维素钠重量30-50倍的水,搅拌均匀,静置48h以上使羧甲基纤维素钠充分引发制成乙液;
(4)将步骤(2)中制备的甲液和步骤(3)制备的乙液混合并高速持续搅拌,直至体系中无粗粒,呈细腻的均匀浆状体时,停止搅拌,制得复合悬浮剂,再采用胶体磨研磨4-5遍;
(5)将步骤(1)中准备的全部莫来石倒入碾轮式混砂机中,依次加入步骤(4)中研磨后制得的复合悬浮剂,步骤(1)中准备的全部改性磷酸盐粘结剂和OP-10润湿剂,混碾2-4h,制得膏状涂料,加入剩余的水稀释,高速搅拌10-20min,调波美度到70-75,制得成品涂料。
4.根据权利要求3所述的一种制备水基自干铸造涂料的方法,其特征在于:所述步骤(2)中制备甲液的静置时间为24-48小时。
5.根据权利要求3所述的一种制备水基自干铸造涂料的方法,其特征在于:所述步骤(3)中制备乙液的静置时间为48-72小时。
6.根据权利要求3所述的一种制备水基自干铸造涂料的方法,其特征在于:所述莫来石的A12O3≥75%,平均粒度为325目;所述羧甲基纤维素钠为中等粘度,2%水溶液动力粘度为300-600MPa·s,pH值6.5-8.0。
7.一种权利要求1所述的水基自干铸造涂料的使用方法,其特征在于具体步骤如下:首先在做好的铸型上涂好一层波美度为60-70的醇基镁砂粉涂料后,立即点火燃烧实现涂层干燥,然后在尚未冷却的镁砂粉涂层表面刷涂配制好的水基自干铸造涂料,利用面层涂料中的改性磷酸盐成分与底层涂料中的镁砂粉成分发生化学放热反应,5-10分钟现涂层自干。
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