CN103878302B - 一种水基自干/快干砂型铸造涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种干燥速度快、少/无污染、使用安全、制作成本低、且烧结剥离率高的水基自干/快干砂型铸造涂料和制备方法。本发明以锆英粉、铬铁矿粉或含锆复合硅酸盐矿粉等不经煅烧或电熔处理的天然耐火材料为基料，采用常温固化型改性高分子聚合物作为主要的常温自干/低温快干粘结剂，同时以快干型硅酸盐粘结剂作为主要的高温粘结剂，采用耐火度高、热收缩率低的高效复合悬浮分散剂，并且加入适量的高效减水剂和消泡剂，制得高固含量（不挥发物含量）、低渗透性的铸钢铸铁系列水基快干/自干涂料，其具备优良的触变性和涂刷性以及快速干燥性能，达到节约能源、改善环境、提高铸件质量的目的。本发明可应用于铸造涂料领域。

Description

一种水基自干/快干砂型铸造涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种砂型铸造涂料，尤其涉及一种水基自干/快干砂型铸造涂料以及该涂料的制备方法。

背景技术

砂型铸造涂料按照溶剂种类主要分为醇基涂料和水基涂料两种。

目前国内广泛使用以甲醇、乙醇和异丙醇为溶剂的醇基涂料，施涂后立即点火燃烧，具有快速固化、工时消耗少等特点。

以自来水为溶剂的普通水基涂料，施涂后一般置入加热炉内长时间烘干，或者采用天然气、煤气、柴油火焰喷枪烘烤，具有安全可靠、运输方便、价格低廉、清洁无污染、悬浮性和涂刷性能稳定等特点。

但醇基涂料存在如下问题：甲醇有毒，对人体视神经有较强的刺激性，工人长期接触易导致眼睛失明；乙醇和异丙醇虽然无毒、无臭，但是和甲醇都属于容易挥发和易燃易爆的甲级危险品，在涂料生产、运输、保存和使用过程中容易发生安全事故，不便于产品长途运输和存放,恶化安全生产条件；乙醇和甲醇还是重要的汽车能源和基本化工原料；涂料悬浮稳定性较差，不具有时间触变性，刷涂时刷痕严重，难以流平，而且其中的有机物成分在金属液浇注时会产生有毒气体，发气量很大，铸件易产生气孔缺陷，还污染工作环境，影响工人身体健康。

普通水基涂料的固含量普遍较低，水分渗透过深，烘干温度较高（200℃～400℃），需要较长时间（一般30min以上）才能烘透，难以自然干燥，而且涂层在干燥后的存放过程中容易吸湿并降低强度，导致生产周期长，铸件质量差，能源消耗多。

当前，节能环保和安全生产的要求日益严格，对铸件表面质量的要求也日益提高。因此，从改善操作环境、节能降耗、提高生产安全性和铸件表面质量等方面考虑，砂型铸造涂料的发展方向是研制和推广水基自干/快干涂料。

国外最早研制的水基自干/快干涂料是俄罗斯莫斯科机床铸造厂用于树脂砂芯的非增韧聚乙烯醇缩醛树脂粉自硬水基涂料。该涂料的缺点是：自干时间较长(5h)，发气量大。美国Ashland（亚什兰）公司于2008年开发了9022FD型快干水基涂料。该涂料是一种低渗透型水基涂料，可显著减少细薄砂型（芯）因水分侵蚀而产生的断裂现象。该型快干水基涂料在80℃条件下的烘干时间≤10min。

国内对水基自干涂料开展研究的单位有东南大学、武汉工学院、东风汽车公司、辽宁工学院等。东南大学在国内最早研制出聚乙烯醇水基自干涂料（CN85100565A）。该涂料在环境温度20℃、相对湿度RH80%条件下，涂层自干时间长达24h；涂料固化后的抗吸湿性较差，会使涂层强度下降，发气量增大。武汉工学院随后研制了一种磷酸盐水基自硬涂料。该涂料具有优良的高温性能。但是该涂料系双组分型，即固化剂必须单独包装，只能在使用前加入到主组份中搅拌均匀后尽快用完，其可使用时间短，使用不方便，而且自干速度仍然较慢，在环境温度25℃、相对湿度RH67%条件下的自干时间为4h～8h。磷酸盐自硬涂料的常温强度和抗吸湿性也有待提高。东风汽车公司开发的JZ-1型水基快速烘干涂料，烘干温度从该厂原来使用涂料的180℃～240℃降低到110℃～140℃，烘干时间从原来涂料的20min～25min降低到13min～17min。

国内外的上述单组份水基自干/快干涂料的干燥速度都较慢，还有待进一步提高。因此，研制干燥速度更快的新型节能环保水基自干/快干铸造涂料势在必行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种干燥速度快、少/无污染、使用安全、制作成本低且烧结剥离率高的水基自干/快干砂型铸造涂料以及该涂料的制备方法。

本发明所述水基自干/快干砂型铸造涂料所采用的技术方案是：该铸造涂料包括耐火基料，以耐火基料的用量为100份计算，该涂料还包括以下组分：分散悬浮剂1.5～4.0份；室温自交联苯丙乳液1.5～5.0份；快干硅溶胶2～8份；减水剂0.2～1.5份；消泡剂0.2～1.5份；防腐剂0～0.5份；自来水35～65份；

所述室温自交联苯丙乳液由单体、水、水溶性引发剂和水溶性乳化剂和交联剂合成，其固含量为45～50％，粘度500～1500mPa·s，残余单体溴值不大于1.0%，凝胶率不大于1.0％，平均粒径不大于200nm，玻璃化温度Tg为12～25℃，pH值为8.0～8.5。

所述耐火基料为不经高温煅烧和电熔的常温加工型耐火材料，包括锆英粉或铬铁矿粉或含锆复合硅酸盐粉或粉石英或镁橄榄石粉或石墨粉或叶腊石粉或滑石粉，或者是其中的两种材料的组合，或多种材料的组合。

在非滑石粉类耐火基料中，加入0～8份的滑石粉或0～5份的三氧化二铁粉作为烧结剥离助剂；加入三氧化二铁粉时，三氧化二铁粉中的Fe₂O₃含量不小于75%，粒度为10～75μm。

所述快干硅溶胶中的SiO₂含量不小于28%，Na₂O含量不大于0.5%，pH值为9.0～10.5，粘度不大于10mPa·s，平均粒径不大于20nm，密度为1.10～1.25g/cm³。

所述分散悬浮剂为钠基累托石粉或钠基膨润土粉或钠基凹凸棒土粉。

所述减水剂为聚羧酸减水剂、木质素磺酸钠盐减水剂、多环芳香族盐减水剂或水溶性树脂磺酸盐类减水剂。

所述消泡剂为正丁醇、正辛醇或正戊醇。

所述防腐剂为苯甲酸钠、百里酚或五氯酚。

一种如上所述的水基自干/快干砂型铸造涂料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）定量称取各种原材料；

（2）往高速搅拌机中加入分散悬浮剂3～8倍量的自来水，开机搅拌，同时逐渐加入全部分散悬浮剂，继续搅拌30min以上，再在胶体磨中循环加工2～3遍，制得分散悬浮剂膏并出料备用；

（3）将上述分散悬浮剂膏加入到高速搅拌机中，开机搅拌，同时逐渐交替加入部分自来水和全部耐火基料，继续搅拌15min以上；

（4）再分别加入室温自交联苯丙乳液、快干硅溶胶、减水剂、消泡剂、防腐剂和余量自来水，继续搅拌15min以上；

（5）出料包装，制得水基自干/快干砂型铸造浆状涂料。

本发明的有益效果是：本发明以上述锆英粉、铬铁矿粉、粉石英、镁橄榄石粉、石墨粉、叶腊石粉、滑石粉和/或含锆复合硅酸盐矿粉等不经煅烧或电熔处理的天然耐火材料为基料，采用室温自交联苯丙乳液有机粘结剂作为主要的常温自干/低温快干粘结剂，同时以快干硅溶胶粘结剂作为主要的高温粘结剂，采用耐火度高、热收缩率低的高效复合分散悬浮剂，并且加入适量的高效减水剂和消泡剂，设计高固含量（不挥发物含量）、低渗透性的铸钢铸铁系列水基快干/自干涂料，使其具备优良的触变性，在较高粘度和固含量条件下具有良好的涂刷性和低的渗透性，从而使涂料能够实现在较低烘温和较短时间内快速烘干，或者实现喷灯、煤气、氧-乙炔气或热风短时快速表面干燥，以至在环境温度较高、湿度较低和良好通风条件下实现快速自然干燥，并且不恶化型砂强度，干燥后的涂层抗吸湿能力强，达到节约能源消耗、改善环境条件、提高铸件质量的目的。

经过大量测试表明：本发明涂料在粘度高达25s～40s（出口直径Φ6mm的流出杯粘度）时仍然具有良好的涂刷性和流平性，涂层不挥发物含量高达70%以上，悬浮性优异，存放2h基本不沉淀，存放24h后悬浮率高达98%以上，1000℃发气量不超过35ml/g，能够在高粘度、高不挥发物含量、低耗水量条件下施涂，对砂型（芯）的渗透性低，对砂型（芯）强度的不利影响较小，自干速度快（厚度为0.5mm的涂层在一般生产条件下的自干时间为1.5h～3.0h），也可实现喷灯、煤气、氧-乙炔气或热风短时快速表面干燥（厚度为0.5mm的涂层在80℃±5℃的热风作用下，在4～8min内就能完全干燥），干燥后的强度高，抗吸湿性较好，高温爆热裂纹等级为Ⅰ级～Ⅱ级。

本发明可分别代替醇基和水基普通烘干型锆英粉涂料、石墨粉涂料等品种用于水玻璃砂、树脂砂工艺生产各种铸钢、铸铁和有色金属铸件，涂层烧结剥离性好，铸件清理工作量显著减少，铸件粘砂、夹砂、掉砂和气孔等缺陷得到有效防止，铸件表面光洁，完全能够满足铸造生产要求。

具体实施方式

本发明给出了一种水基自干/快干砂型铸造涂料及其制备方法。下面以具体实施例来对本发明作进一步说明。

实施例一：水基自干/快干铬铁矿粉涂料

组分及含量：铬铁矿粉100份，分散悬浮剂2份，室温自交联苯丙乳液3份，快干硅溶胶3份，减水剂0.2份，消泡剂1.0份，防腐剂0.2份，自来水40份。将上述组分按上述涂料的制备方法制得涂料。

该涂料用于酸自硬呋喃树脂砂工艺生产高铬合金钢叶轮铸件。厚0.5mm左右的涂层在30℃～34℃、相对湿度65%～71%条件下，可在2.5h内完全干燥。工艺完成后，涂层绝大部分自动成片剥离，铸件抛丸后仅转角局部少量粘砂，表面未见气孔。

实施例二：水基自干/快干含锆复合硅酸盐与锆英粉复合涂料

组分及含量：含锆复合硅酸盐粉80份，锆英粉15份，滑石粉5份，氧化铁红粉5份，分散悬浮剂3份，室温自交联苯丙乳液2份，快干硅溶胶8份，减水剂1份，消泡剂1.5份，自来水45份。将上述组分按上述涂料的制备方法制得涂料。

该涂料用于酸自硬呋喃树脂砂工艺生产厚大型泵盖铸铁件。厚0.7mm左右的涂层在30℃～34℃、相对湿度65%～71%条件下，可在2.5h内完全干燥。工艺完成后，涂层大部份自动成片剥离，铸件抛丸后未见粘砂，表面未见气孔。

实施例三：水基自干/快干含锆复合硅酸盐粉涂料

组分及含量：含锆复合硅酸盐粉100份，分散悬浮剂3份，室温自交联苯丙乳液5份，快干硅溶胶6份，减水剂1.5份，消泡剂0.2份，防腐剂0.5份，自来水50份。将上述组分按上述涂料的制备方法制得涂料。

该涂料用于CO₂吹气固化水玻璃砂工艺生产普通碳钢钢圈铸件。厚0.8mm左右的涂层在环境温度33℃～35℃、相对湿度54%～60%条件下，在3.0h内即可完全干燥。工艺完成后，涂层全部自动成片剥离，铸件表面未见粘砂，未见气孔，加工后亦未见气孔。

该涂料用于酸自硬呋喃树脂砂工艺生产厚大型压铸机动压板铸铁件。厚0.4mm左右的涂层在环境温度28℃～30℃、相对湿度72%～78%条件下，在2.0h内即可完全干燥。工艺完成后，涂层绝大部份自动成片剥离，铸件抛丸后基本不粘砂，表面未见气孔。

实施例四：水基自干/快干粉石英涂料

组分及含量：粉石英100份，分散悬浮剂4份，室温自交联苯丙乳液4份，快干硅溶胶7份，减水剂0.2份，消泡剂1.5份，防腐剂0.5份，自来水42份。将上述组分按上述涂料的制备方法制得涂料。

该涂料用于CO₂吹气固化水玻璃砂工艺生产小型盖板碳钢铸件。厚0.5mm左右的涂层在环境温度32℃～35℃、相对湿度62%～69%条件下，在2.5h内即可完全干燥。工艺完成后，涂层全部自动成片剥离，铸件表面未见粘砂，未见气孔。

实施例五：水基自干/快干粉石英与含锆复合硅酸盐复合涂料

组成成分和含量：粉石英60份，含锆复合硅酸盐粉37份，氧化铁红粉3份，分散悬浮剂4份，室温自交联苯丙乳液4份，快干硅溶胶8份，减水剂1.2份，消泡剂0.8份，防腐剂0.5份，自来水50份。将上述组分按上述涂料的制备方法制得涂料。

该涂料用于酸自硬呋喃树脂砂工艺生产小型压铸机长铰铸铁件。厚0.3mm左右的涂层在环境温度28℃～30℃、相对湿度81%～89%条件下，在2.5h内即可完全干燥。工艺完成后，涂层大部份自动成片剥离，铸件抛丸后未见粘砂，表面未见气孔。

以上实施例只是本发明为帮助理解而给出的实施方案，本发明的发明范围并不以上述内容为限。

在此特别指出：对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，对本发明做出的等效修饰、变化或改进，皆应纳入权利要求书中所要求的保护范围内。

本发明也可扩大应用于消失模铸造涂料、金属型铸造涂料、熔模铸造涂料等特种铸造涂料技术领域。

Claims (9)

1.一种水基自干/快干砂型铸造涂料，其特征在于，该铸造涂料包括耐火基料，以耐火基料的用量为100份计算，该涂料还包括以下组分：分散悬浮剂1.5～4.0份；室温自交联苯丙乳液1.5～5.0份；快干硅溶胶2～8份；减水剂0.2～1.5份；消泡剂0.2～1.5份；防腐剂0～0.5份；自来水35～65份；

所述室温自交联苯丙乳液由单体、水、水溶性引发剂和水溶性乳化剂和交联剂合成，其固含量为45～50％，粘度500～1500mPa·s，残余单体溴值不大于1.0%，凝胶率不大于1.0％，平均粒径不大于200nm，玻璃化温度Tg为12～25℃，pH值为8.0～8.5。

2.根据权利要求1所述的一种水基自干/快干砂型铸造涂料，其特征在于：所述耐火基料为不经高温煅烧和电熔的常温加工型耐火材料，包括锆英粉或铬铁矿粉或含锆复合硅酸盐粉或粉石英或镁橄榄石粉或石墨粉或叶腊石粉或滑石粉，或者是其中的两种材料的组合，或多种材料的组合。

3.根据权利要求2所述的一种水基自干/快干砂型铸造涂料，其特征在于：在非滑石粉类耐火基料中，加入0～8份的滑石粉或0～5份的三氧化二铁粉作为烧结剥离助剂；加入三氧化二铁粉时，三氧化二铁粉中的Fe₂O₃含量不小于75%，粒度为10～75μm。

4.根据权利要求1所述的一种水基自干/快干砂型铸造涂料，其特征在于：所述快干硅溶胶中的SiO₂含量不小于28%，Na₂O含量不大于0.5%，pH值为9.0～10.5，粘度不大于10mPa·s，平均粒径不大于20nm，密度为1.10～1.25g/cm³。

5.根据权利要求1所述的一种水基自干/快干砂型铸造涂料，其特征在于：所述分散悬浮剂为钠基累托石粉或钠基膨润土粉或钠基凹凸棒土粉。

6.根据权利要求1所述的一种水基自干/快干砂型铸造涂料，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸减水剂、木质素磺酸钠盐减水剂、多环芳香族盐减水剂或水溶性树脂磺酸盐类减水剂。

7.根据权利要求1所述的一种水基自干/快干砂型铸造涂料，其特征在于：所述消泡剂为正丁醇、正辛醇或正戊醇。

8.根据权利要求1所述的一种水基自干/快干砂型铸造涂料，其特征在于：所述防腐剂为苯甲酸钠、百里酚或五氯酚。

9.一种如权利要求1所述的水基自干/快干砂型铸造涂料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）定量称取各种原材料；

（2）往高速搅拌机中加入分散悬浮剂3～8倍量的自来水，开机搅拌，同时逐渐加入全部分散悬浮剂，继续搅拌30min以上，再在胶体磨中循环加工2～3遍，制得分散悬浮剂膏并出料备用；

（3）将上述分散悬浮剂膏加入到高速搅拌机中，开机搅拌，同时逐渐交替加入部分自来水和全部耐火基料，继续搅拌15min以上；

（4）再分别加入室温自交联苯丙乳液、快干硅溶胶、减水剂、消泡剂、防腐剂和余量自来水，继续搅拌15min以上；

（5）出料包装，制得水基自干/快干砂型铸造浆状涂料。