CN104985107B - 模制材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种模制材料，由模制材料基料和辅料制成；所述辅料包括水玻璃和木质素‑糖组合物；所述木质素‑糖组合物包括木质素磺酸盐和糖类；所述糖类选自单糖、双糖、低聚糖和糖醇中的一种或多种；所述木质素磺酸盐和糖类的质量比为(10～30)：(10～60)。本发明提供的模制材料由模制材料基料和辅料制成，其中辅料包括木质素‑糖组合物，本发明提供的木质素‑糖组合物可以部分替代水玻璃作为模制材料的粘合剂，应用于模制材料领域粘合效果好、成本低，并且与水玻璃共同制备得到的铸型强度高，抗湿性好，溃散性好。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其是涉及一种模制材料。
背景技术
铸造业对改善人们的生活质量起了重要作用，但也对生活环境造成了极大破坏。铸造是机械制造业中污染最严重的一个行业，其中造型制芯用粘结剂是造成污染的主要根源。粘结剂需满足以下要求：(1)通过粘结剂制备的铸型在浇筑时应具有足够的稳定性和耐高温性；(2)浇筑金属液释放的热量使粘结剂在铸型材料颗粒间的粘结强度下降甚至消除，易于溃散。
铸造用粘结剂主要有机粘结剂和无机粘结剂，有机粘结剂如呋喃树脂、脲烷树脂；无机粘结剂如水玻璃、磷酸盐。在液态金属浇入铸型时有机粘结剂热分解可能释放出甲苯、二甲苯、苯酚、一氧化碳和悬浮物等有毒气体和有害物质，虽然可通过相关措施来减少排放但是不可能完全避免，无机-有机混合粘结剂也是如此。为了避免浇铸过程期中有毒气体和有害物质的排放，必须采用不含或仅含少量有机化合物的无机粘结剂。
目前，环境问题是当今国际社会关注的全球性热点问题，相关国家的法律、法规对铸造厂排放的气体和物质、工人生产环境的要求越来越高，因此绿色环保、成本低且质量好的无机粘结剂是开发的重点。而现有的无机粘结剂同有机粘结剂制备的铸型相比，强度低、抗湿性差；浇筑后，铸型的溃散性差。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种模制材料，本发明提供的模制材料制备得到的铸型强度高、抗湿性好、溃散性好。
本发明提供了一种模制材料，由模制材料基料和辅料制成；
所述辅料包括水玻璃和木质素-糖组合物；
所述木质素-糖组合物包括木质素磺酸盐和糖类；
所述糖类选自单糖、双糖、低聚糖和糖醇中的一种或多种；
所述木质素磺酸盐和糖类的质量比为(10～30)：(10～60)。
优选的，所述木质素磺酸盐和糖类的质量比为20：(10～60)。
优选的，所述木质素磺酸盐选自木质素磺酸钠、木质素磺酸镁、木质素磺酸钙和木质素磺酸铵中的一种或多种。
优选的，所述单糖选自木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、鼠李糖和果糖中的一种或多种；
所述双糖选自蔗糖、乳糖和麦芽糖中的一种或几种；
所述低聚糖为功能性低聚糖；
所述糖醇选自木糖醇和山梨糖醇中的一种或多种。
优选的，所述木质素-糖组合物和所述模制材料的质量比为(1～10)：1000。
优选的，所述水玻璃的模数为1.8～3.0。
优选的，所述水玻璃中二氧化硅和所述模制材料的质量比为(0.5～1.5)： 1000。
优选的，所述糖类选自单糖、双糖、低聚糖和糖醇中的两种或两种以上。
本发明提供了一种铸型的制备方法，包括：
制备上述权利要求所述的模制材料；
将所述模制材料加热并通入热空气固化得到铸型。
本发明提供了一种木质素-糖组合物，包括：
木质素磺酸盐和糖类；
所述糖类为单糖、双糖、低聚糖和糖醇中的一种或多种；
所述木质素磺酸盐和糖类的质量比为(10～30)：(10～60)。
与现有技术相比，本发明提供了一种模制材料，由模制材料基料和辅料制成；所述辅料包括水玻璃和木质素-糖组合物；所述木质素-糖组合物包括木质素磺酸盐和糖类；所述糖类选自单糖、双糖、低聚糖和糖醇中的一种或多种；所述木质素磺酸盐和糖类的质量比为(10～30)：(10～60)。本发明提供的模制材料由模制材料基料和辅料制成，其中辅料包括木质素-糖组合物，本发明提供的木质素-糖组合物可以部分替代水玻璃作为模制材料的粘合剂，应用于模制材料领域粘合效果好、成本低，并且与水玻璃共同制备得到的铸型强度高，抗湿性好，溃散性好。实验结果表明，本发明提供的模制材料制备得到的铸型即时强度大于0.70MPa，24h高干强度大于2.15MPa，24h高湿强度大于0.42MPa，溃散强度大于0.30MPa。
具体实施方式
本发明提供了一种模制材料，由模制材料基料和辅料制成；
所述辅料包括水玻璃和木质素-糖组合物；
所述木质素-糖组合物包括木质素磺酸盐和糖类；
所述糖类选自单糖、双糖、低聚糖和糖醇中的一种或多种；
所述木质素磺酸盐和糖类的质量比为(10～30)：(10～60)。
本发明提供了一种模制材料，包括模制材料基料，本发明对于所述模制材料基料不进行限定，本领域技术人员熟知的模制材料基料即可，优选可以为橄榄石、铬铁矿石、蛭石、石英砂、玻璃珠和球形材料中的一种或几种。
在本发明中，所述模制材料包括辅料，所述辅料包括水玻璃和木质素-糖组合物，所述木质素-糖组合物包括木质素磺酸盐和糖类，所述木质素磺酸盐优选选自木质素磺酸钠、木质素磺酸镁、木质素磺酸钙和木质素磺酸铵中的一种或多种，更优选选自木质素磺酸钠、木质素磺酸镁和木质素磺酸钙中的一种或多种，最优选为木质素磺酸钠和木质素磺酸钙中的一种或多种。
本发明对于上述木质素磺酸盐的来源不进行限定，可以为市售，也可以为自制。
本发明所述水玻璃的模数优选为1.8～3.0；所述水玻璃SiO2/M2O优选为M 为钠或钾，也就是为钠水玻璃或钾水玻璃。所述水玻璃中二氧化硅和所述模制材料的质量比优选为(0.5～1.5)：1000，更优选为(0.6～1.4)：1000。
本发明所述糖类选自单糖、双糖、低聚糖和糖醇中的一种或多种；更优选选自单糖、双糖和低聚糖中的一种或多种；所述单糖优选选自木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、鼠李糖和果糖中的一种或多种；所述双糖选自蔗糖、乳糖和麦芽糖中的一种或几种；所述低聚糖优选为功能性低聚糖；所述糖醇优选选自木糖醇和山梨糖醇中的一种或多种。所述功能性低聚糖优选选自低聚木糖或低聚果糖。
在本发明中，所述木质素磺酸盐和糖类的质量比为(10～30)：(10～60)，优选为(12～28)：(10～60)，更优选为(15～25)：(15～55)。
本发明所述糖类更优选选自单糖、双糖、低聚糖和糖醇中的两种或两种以上，最优选选自单糖、双糖和低聚糖中的两种或两种以上。
在本发明中，所述木质素-糖组合物和所述模制材料的质量比优选为 (1～10)：1000，更优选为(1.5～8)：1000，最优选为(1～5)：1000。
在本发明一部分实施例中，所述糖类优选包括单糖和双糖，所述单糖和双糖的质量比优选为(5～30)：(5～25)，更优选为(6～28)：(6～23)；在本发明一部分实施例中，所述糖类优选包括单糖和低聚糖，所述单糖和低聚糖的质量比优选为(5～30)：(5～25)，更优选为(7～28)：(7～23)；在本发明一部分分实施例中，所述糖类优选包括双糖和低聚糖，所述双糖和低聚糖的质量比优选为(5～25)：(5～25)，更优选为(6～23)：(7～23)。
在本发明一部分实施例中，所述糖类优选包括单糖、双糖和低聚糖，所述单糖、双糖和低聚糖的质量比优选为(5～30)：(5～25)：(5～25)，更优选为 (6～28)：(6～23)：(7～23)；本发明对于上述糖类的来源不进行限定，可以为市售。
本发明提供了一种铸型的制备方法，包括：
制备上述技术方案所述的模制材料；
将所述模制材料加热并通入热空气固化得到铸型。
在本发明中，首先制备上述技术方案所述的模制材料，本发明对于所述制备方法不进行限定，直接混合即可得到。具体可以为：预制基料，搅拌，而后加入木质素-糖组合物继续搅拌，而后加入水玻璃。所述搅拌时间以混合物混匀为宜，可根据实际需要自行调整，优选为60～180s，最优选为80s-120s。所述制备仪器优选可以为苏州志明试验用芯盒射芯机。
将所述模制材料加热并通入热空气固化得到铸型，所述加热温度优选为 100～300℃，所述热空气温度优选为100～180℃。
本发明还提供了一种木质素-糖组合物，包括：
木质素磺酸盐和糖类；
所述糖类为单糖、双糖、低聚糖和糖醇中的一种或多种；
所述木质素磺酸盐和糖类的质量比为(10～30)：(10～60)。
本发明所述木质素-糖组合物包括木质素磺酸盐和糖类，所述木质素磺酸盐优选选自木质素磺酸钠、木质素磺酸镁、木质素磺酸钙和木质素磺酸铵中的一种或多种，更优选选自木质素磺酸钠、木质素磺酸镁和木质素磺酸钙中的一种或多种，最优选为木质素磺酸钠和木质素磺酸钙中的一种或多种。
本发明对于上述木质素磺酸盐的来源不进行限定，可以为市售，也可以为自制。本发明对于所述木质素-糖组合物的制备方法也不进行限定，本领域技术人员熟知的直接混合即可。
本发明所述糖类选自单糖、双糖、低聚糖和糖醇中的一种或多种；更优选选自单糖、双糖和低聚糖中的一种或多种；所述单糖优选选自木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、鼠李糖和果糖中的一种或多种；所述双糖选自蔗糖、乳糖和麦芽糖中的一种或几种；所述低聚糖优选为功能性低聚糖；所述糖醇优选选自木糖醇和山梨糖醇中的一种或多种。所述功能性低聚糖优选选自低聚木糖或低聚果糖。
在本发明中，所述木质素磺酸盐和糖类的质量比为(10～30)：(10～60)，优选为(12～28)：(10～60)，更优选为(15～25)：(15～55)。
本发明所述糖类更优选选自单糖、双糖、低聚糖和糖醇中的两种或两种以上，最优选选自单糖、双糖和低聚糖中的两种或两种以上。
在本发明中，所述木质素-糖组合物和所述模制材料的质量比优选为 (1～10)：1000，更优选为(1.5～8)：1000，最优选为(1～5)：1000。
在本发明一部分实施例中，所述糖类优选包括单糖和双糖，所述单糖和双糖的质量比优选为(5～30)：(5～25)，更优选为(6～28)：(6～23)；在本发明一部分实施例中，所述糖类优选包括单糖和低聚糖，所述单糖和低聚糖的质量比优选为(5～30)：(5～25)，更优选为(7～28)：(7～23)；在本发明一部分分实施例中，所述糖类优选包括双糖和低聚糖，所述双糖和低聚糖的质量比优选为(5～25)：(5～25)，更优选为(6～23)：(7～23)。
在本发明一部分实施例中，所述糖类优选包括单糖、双糖和低聚糖，所述单糖、双糖和低聚糖的质量比优选为(5～30)：(5～25)：(5～25)，更优选为 (6～28)：(6～23)：(7～23)；
本发明对于上述糖类的来源不进行限定，可以为市售。
本发明优选采用以下方式对于制备得到的铸型进行性能测定：
所用砂为符合JB/T 9224规定的标准砂；
装置：SWY型液压强度试验机；NRJ-411型水泥胶砂搅拌机，容量3kg；台秤：10kg；天平：感量0.1kg；恒温恒湿箱；马弗炉。
“8”字形试块(GB/2684)的制备和保存；
实验条件：砂温20±2℃；室温20±2℃；相对湿度(60±5)％；
混合料的制备：首先预置入石英砂并在搅拌的同时加入木质素-糖组合物继续搅拌，随后加入水玻璃继续搅拌混合物；
将造型材料混合物移至苏州志明实验用温芯盒射芯机的贮料仓内；
借助于4.5兆帕压缩空气将造型材料混合物引入160℃的模塑工具中并通入150℃的热空气，使造型材料混合物快速固化；
打开模塑工具取出“8”字形试块。
运用SWY型液压强度试验机测试“8”字形试块抗拉强度；
依如下模式测试抗拉强度：
即时强度：取出之后8S；
24h高干强度：取出之后24h高干即：将“8”字形试块置于干燥剂为硅胶颗粒的干燥器内；
24h高湿强度：取出之后24h高湿即：将“8”字形试块置于温度20℃，湿度85％的恒温恒湿箱内；取出之后将“8”字形试块置于马弗炉中，设定温度为800℃，保温30min，自然冷却后，测试溃散强度。
本发明提供的模制材料由模制材料基料和辅料制成，其中辅料包括木质素-糖组合物，本发明提供的木质素-糖组合物可以部分替代水玻璃作为模制材料的粘合剂，应用于模制材料领域粘合效果好、成本低，并且与水玻璃共同制备得到的铸型强度高，抗湿性好，溃散性好。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的模制材料进行详细描述。
实施例1
将4g木糖和6g木质素磺酸钠30℃混合，得到10g木质素-糖组合物。
实施例2
将3g甘蔗糖和7g木质素磺酸镁40℃混合，得到10g木质素-糖组合物。
实施例3
将5g低聚木糖、5g木质素磺酸钙50℃混合，得到10g木质素-糖组合物。
实施例4
将2g阿拉伯糖、2g甜菜糖、6g木质素磺酸钠60℃混合，得到10g木质素-糖组合物。
实施例5
将2g葡萄糖、1g低聚木糖、7g木质素磺酸镁50℃混合，得到10g木质素-糖组合物。
实施例6
将2.5g乳糖、2.5g低聚木糖、5g木质素磺酸钠30℃混合，得到10g木质素-糖组合物。
实施例7
将2g果糖、1g麦芽糖、1g低聚木糖、50g木质素磺酸钙，35℃混合，得到10g木质素-糖组合物。
实施例8
首先预制1kg石英砂，搅拌30s，在搅拌的情况下加入实施例1制备的1g 木质素-糖组合物搅拌45s，再加入模数为2.2，固含为40％的20g钠水玻璃 (SiO2/M2O)搅拌45s。将造型材料移制苏州志明实验用温芯盒射芯机的贮料仓内，射芯机的造型模具已经加热至160℃。借助于4.5兆帕压缩空气将造型材料混合物引入160℃的模塑工具中并通入压力为3.0兆帕，温度为150℃的热空气，持续45s后打开造型模具取出，得到铸型。按照本提供的方法进行性能测定，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例制备得到的铸型的性能测定结果。
实施例9
首先预制1kg石英砂，搅拌30s，在搅拌的情况下加入实施例2制备的2g 木质素-糖组合物搅拌45s，再加入模数为2.2，固含为40％的16g钠水玻璃 (SiO2/M2O)搅拌30s。将造型材料移制苏州志明实验用温芯盒射芯机的贮料仓内，射芯机的造型模具已经加热至160℃。借助于4.5兆帕压缩空气将造型材料混合物引入160℃的模塑工具中并通入压力为3.0兆帕，温度为150℃的热空气，持续45s后打开造型模具取出，得到铸型。按照本提供的方法进行性能测定，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例制备得到的铸型的性能测定结果。
实施例10
首先预制1kg石英砂，搅拌30s，在搅拌的情况下加入实施例3制备的3g 木质素-糖组合物搅拌45s，再加入模数为2.2，固含为40％的24g钠水玻璃 (SiO2/M2O)搅拌30s。将造型材料移制苏州志明实验用温芯盒射芯机的贮料仓内，射芯机的造型模具已经加热至160℃。借助于4.5兆帕压缩空气将造型材料混合物引入160℃的模塑工具中并通入压力为3.0兆帕，温度为150℃的热空气，持续45s后打开造型模具取出，得到铸型。按照本提供的方法进行性能测定，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例制备得到的铸型的性能测定结果。
实施例11
首先预制1kg石英砂，搅拌30s，在搅拌的情况下加入实施例4制备的4g 木质素-糖组合物搅拌45s，再加入模数为2.2，固含为40％的20g钾水玻璃 (SiO2/M2O)搅拌30s。将造型材料移制苏州志明实验用温芯盒射芯机的贮料仓内，射芯机的造型模具已经加热至160℃。借助于4.5兆帕压缩空气将造型材料混合物引入160℃的模塑工具中并通入压力为3.0兆帕，温度为150℃的热空气，持续45s后打开造型模具取出，得到铸型。按照本提供的方法进行性能测定，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例制备得到的铸型的性能测定结果。
实施例12
首先预制1kg石英砂，搅拌30s，在搅拌的情况下加入实施例5制备的5g 木质素-糖组合物搅拌45s，再加入模数为2.2，固含为40％的20g钠水玻璃 (SiO2/M2O)搅拌30s。将造型材料移制苏州志明实验用温芯盒射芯机的贮料仓内，射芯机的造型模具已经加热至160℃。借助于4.5兆帕压缩空气将造型材料混合物引入160℃的模塑工具中并通入压力为3.0兆帕，温度为150℃的热空气，持续45s后打开造型模具取出，得到铸型。按照本提供的方法进行性能测定，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例制备得到的铸型的性能测定结果。
实施例13
首先预制1kg石英砂，搅拌30s，在搅拌的情况下加入实施例6制备的6g 木质素-糖组合物搅拌45s，再加入模数为2.2，固含为40％的16g钾水玻璃 (SiO2/M2O)搅拌30s。将造型材料移制苏州志明实验用温芯盒射芯机的贮料仓内，射芯机的造型模具已经加热至160℃。借助于4.5兆帕压缩空气将造型材料混合物引入160℃的模塑工具中并通入压力为3.0兆帕，温度为150℃的热空气，持续45s后打开造型模具取出，得到铸型。按照本提供的方法进行性能测定，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例制备得到的铸型的性能测定结果。
实施例14
首先预制1kg石英砂，搅拌30s，在搅拌的情况下加入实施例7制备的6g 木质素-糖组合物搅拌45s，再加入模数为2.2，固含为40％的24g钾水玻璃 (SiO2/M2O)搅拌30s。将造型材料移制苏州志明实验用温芯盒射芯机的贮料仓内，射芯机的造型模具已经加热至160℃。借助于4.5兆帕压缩空气将造型材料混合物引入160℃的模塑工具中并通入压力为3.0兆帕，温度为150℃的热空气，持续45s后打开造型模具取出，得到铸型。按照本提供的方法进行性能测定，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例制备得到的铸型的性能测定结果。
实施例15
首先预制1kg石英砂，搅拌30s，在搅拌的情况下加入实施例7制备的9g 木质素-糖组合物搅拌45s，再加入模数为2.2，固含为40％的24g钾水玻璃 (SiO2/M2O)搅拌30s。将造型材料移制苏州志明实验用温芯盒射芯机的贮料仓内，射芯机的造型模具已经加热至160℃。借助于4.5兆帕压缩空气将造型材料混合物引入160℃的模塑工具中并通入压力为3.0兆帕，温度为150℃的热空气，持续45s后打开造型模具取出，得到铸型。按照本提供的方法进行性能测定，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例制备得到的铸型的性能测定结果。
比较例1
首先预制1kg石英砂，搅拌30s，在搅拌的情况下加入模数为2.2，固含为40％的20g钠水玻璃(SiO2/M2O)搅拌30s。将造型材料移制苏州志明实验用温芯盒射芯机的贮料仓内，射芯机的造型模具已经加热至160℃。借助于 4.5兆帕压缩空气将造型材料引入160℃的模塑工具中并通入压力为3.0兆帕，温度为150℃的热空气，持续45s后打开造型模具取出，得到铸型。按照本提供的方法进行性能测定，结果如表1所示，表1为本发明实施例和比较例制备得到的铸型的性能测定结果。
表1 为本发明实施例制备得到的铸型的性能测定结果
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种模制材料，由模制材料基料和辅料制成；
所述辅料由水玻璃和木质素-糖组合物组成；
所述木质素-糖组合物由木质素磺酸盐和糖类组成；
所述糖类选自单糖、双糖和低聚糖中的一种或多种；
所述单糖选自木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、鼠李糖和果糖中的一种或多种；所述双糖选自蔗糖、乳糖和麦芽糖中的一种或几种；所述低聚糖为功能性低聚糖；
所述木质素磺酸盐和糖类的质量比为(10～30)：(10～60)；
所述木质素-糖组合物和所述模制材料的质量比为(1～10)：1000。
2.根据权利要求1所述的模制材料，其特征在于，所述木质素磺酸盐和糖类的质量比为20：(10～60)。
3.根据权利要求1所述的模制材料，其特征在于，所述木质素磺酸盐选自木质素磺酸钠、木质素磺酸镁、木质素磺酸钙和木质素磺酸铵中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的模制材料，其特征在于，所述水玻璃的模数为1.8～3.0。
5.根据权利要求1所述的模制材料，其特征在于，所述水玻璃中二氧化硅和所述模制材料的质量比为(0.5～1.5)：1000。
6.根据权利要求1所述的模制材料，其特征在于，所述糖类选自单糖、双糖和低聚糖中的两种或两种以上。
7.一种铸型的制备方法，包括：
制备权利要求1～6任意一项所述的模制材料；
将所述模制材料加热并通入热空气固化得到铸型。
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