CN106046266B - 金属铸件用甲基丙烯酸酯类浸渗剂 - Google Patents

金属铸件用甲基丙烯酸酯类浸渗剂 Download PDF

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Abstract

金属铸件用含环氧基单体的甲基丙烯酸酯类浸渗剂，其特征在于：在反应容器中向反应容器中加入甲基丙烯酸酯类单体、催化剂、引发剂、二甲基甲酰胺，搅拌速度为200~400rmp，温度为30℃，搅拌时间30min，加入交联剂，升温到50℃，搅拌速度为100~200rmp，搅拌时间为1h，加入阴离子聚丙烯酰胺、月桂醇硫酸酯铵盐、山梨醇、频哪醇，反应温度40℃，搅拌速度为100~200rmp，搅拌时间为2h，加入脂肪醇聚氧乙烯醚、甲氧基聚乙二醇、马来酸酐，45℃反应1h，加入阻聚剂，即得该渗透剂，具有可溶性单体的浓度极低，很环保；粘度低（粘度低于8mPa·s）、流动性好；同时，该浸渗剂无毒性、低挥发。

Description

金属铸件用甲基丙烯酸酯类浸渗剂
技术领域
本发明涉及一种低粘度的、密封补强用的、的金属铸件用甲基丙烯酸酯类的浸渗剂。
背景技术
在工业化生产的过程中，金属铸件在铸造的工艺过程中，从熔融的液态金属转变为固态金属的过程中，存在体积的收缩。在该过程中，会产生不同程度的疏松、气孔和夹杂等缺陷。此外，焊件和压铸件也会在制造过程中存在不同程度的孔隙、裂纹、砂眼和空洞等。这些缺陷会使加工后的机械产品达不到设计要求，甚至导致铸件的报废。有些缺陷不容易被发现，到加工后经过试压才出现问题、发生报废，造成原材料和机加工的浪费。因此，在机械加工过程后，需要对铸件进行密封和补强的后处理。
浸渗处理就是为了达到这种目的而产生的一种新工艺，其使用的密封和补强介质就是起初处于液体状态、经过处理而固化的浸渗剂。浸渗技术是利用浸渗剂在外加压力的作用下，渗入到多孔或者缝隙中，经过固化反应而达到填补损伤的目的，是随着现代科技发展而诞生的一项新技术。对于零件的加工过程根据不同的情况和技术要求，主要有涂渗法、压力渗入法、真空浸渗法和自然浸渗法等，也可以分为局部和整体的浸渗修补法。浸渗处理解决了压铸件、焊件等普遍存在的疏松和微孔等缺陷，增加气密性，从而大幅提高产品的质量，节省了材料的消耗和加工的能耗。目前，浸渗处理也广泛用于机械、冶金、电机电器和电子元器件等领域，并被铸造、陶瓷、木材等多个工程部门广泛使用。
由于浸渗处理可以针对整个机械零件或构件进行处理，在近年来得到了广泛的应用和发展。常用的浸渗剂，主要有无机浸渗剂（硅酸钠为主要成分的浸渗剂）、不饱和聚酯化合物(以苯二甲酸丙烯酯为主要成分的浸渗剂)浸渗剂和甲基丙烯酸酯类型的浸渗剂等。目前应用较多的是甲基丙烯酸酯浸渗剂，按聚合固化的反应机理，该浸渗剂又可分为厌氧型和热固化型两种。
甲基丙烯酸酯类单体是高分子领域常用的树脂体系之一，一般通过复配以提高性能，其中含有一定量的多官能基团的甲基丙烯酸酯，能够在引发剂的作用下，由低粘度的液体迅速转变为固体，形成高度交联的聚合物网络，并赋予材料良好的机械物理性能，这些特点使其广泛应用于包含浸渗在内的众多领域。
甲基丙烯酸酯类的单体中，有些聚合物单体可以在水中部分溶解、单体自身也可以保持一定量的水分；单体聚合后可被水或有机溶剂溶胀，甚至溶解，这是浸渗行业不希望看到的现象；聚合物的网络结构中高分子链之间的交联起着至关重要的作用，该交联作用阻止了高分子链在水或溶剂中的溶解或溶胀，达到抗溶剂性能，而且也赋予了聚合物的强度、韧性和一定的耐热度等。在众多的聚合物合成方法中，将含有双键的单体在交联剂存在下进行聚合是一种较为常用的方法。聚合中的交联剂必须含有两个或两个以上的功能团，在聚合过程中将线性的高分子链联结起来，构成空间的网状结构，成为不溶和不熔的固体材料。
浸渗剂固化后形成的甲基丙烯酸酯树脂除了具有优良的机械强度、耐冲击性外，还有良好的耐候、耐水性和耐化学品性，但易产生热黏冷脆现象，抗回黏性、热变形温度低；该甲基丙烯酸酯树脂还具有乙烯基树脂的通病：热分解温度低和耐热性能较差。此外，未固化的浸渗剂的吸水性比较强，也容易部分溶解在水中，如果直接排放则对环保不利，因为排放的水中会溶解部分甲基丙烯酸酯的可溶性单体。
为了克服这些弊端，利用环氧树脂优异的耐碱性、耐化学品性、耐溶剂性、极好的附着力的优势，以及对水的不溶解性，可以使用环氧单体对浸渗剂进行改良，替代部分甲基丙烯酸酯的可溶性单体，使固化后的甲基丙烯酸酯树脂的性能提升，改善乙烯基树脂的特性。通过环氧基单体改性甲基丙烯酸酯类浸渗剂，是一类新型的功能性浸渗剂，可以大幅度提升固化后的高分子填充材料。
早期的浸渗处理主要是利用加压的技术使得浸渗剂进入零件的孔隙中。到上个世纪中叶，真空与加压相结合的方法，使得真空浸渗技术在机械零件的修补中得到更广泛的应用。上个世纪八十年代以来，新型的甲基丙烯酸酯类浸渗剂得到了大力的推广和深入的应用，在机械领域逐渐取代了其它类型的浸渗剂。在本申请中，通过添加含环氧基的单体，大幅度提升甲基丙烯酸酯类浸渗剂的性能，其粘度较低、毒性小、低挥发，适合于各种尺寸大小孔隙的修补；生产过程中，排放的水没有污染；固化后的高分子材料性能大大优于普通的甲基丙烯酸酯树脂。
发明内容
本发明通过含环氧基团的多功能单体与甲基丙烯酸酯类进行复合，通过添加催化剂、引发剂和阻聚剂，得到新型的功能性浸渗剂，具有含水量低，有较好的品质，在排放的水中，可溶性单体的浓度极低，很环保；粘度低（粘度低于8mPa·s）、流动性好；同时，该浸渗剂无毒性、低挥发。
金属铸件用甲基丙烯酸酯类浸渗剂，其特征在于：
(1)在反应容器中向反应容器中加入甲基丙烯酸酯类单体、催化剂、引发剂、二甲基甲 酰胺，搅拌速度为200~400转/分（转/分），温度为30℃，搅拌时间30min，加入交联剂，升温到50℃，搅拌 速度为100~200转/分，搅拌时间为1h，加入阴离子聚丙烯酰胺、月桂醇硫酸酯铵盐、山梨醇、频哪醇，反应温度40℃，搅拌速度为100~200转/分，搅拌时间为2h，加入脂肪醇聚氧乙烯醚、甲氧 基聚乙二醇、马来酸酐，45℃反应1h；
(2)向上述反应体系中加入阻聚剂，搅拌速度为300~500转/分，反应温度为30℃，时间为 2h，即得的浸渗剂，所述的二甲基甲酰胺用量为单体的1~2倍，催化剂为单体重量的1/800到 1/100，引发剂为单体重量的1/100到8/100，交联剂为单体重量的0.02~0.05倍，阻聚剂为单 体重量的1/10000到5/10000，阴离子聚丙烯酰胺、月桂醇硫酸酯铵盐、山梨醇、频哪醇为单 体用量的1/100、1.5/100、3/100和4/100，而脂肪醇聚氧乙烯醚、甲氧基聚乙二醇、马来酸酐 分别为单体重量的0.02、0.03和0.05。
甲基丙烯酸酯类为甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸异戊酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸异己酯、甲基丙烯酸庚酯、甲基丙烯酸异庚酯、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸壬酯、甲基丙烯酸异壬酯、甲基丙烯酸葵酯、甲基丙烯酸异葵酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸油醇酯、甲基丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸十八烯酯、二甲基丙烯酸多缩乙二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸丁二醇酯、二甲基丙烯酸己二醇酯中的一种或二种以上任意比的混合物；交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化氢二异丙苯、2,5-二甲基-2,5 二叔丁基过氧化己烷的一种或二种以上任意比的混合物；催化剂为氯化苄基三乙基铵、十八烷基二甲基羟乙基丙烯酸铵和十八烷基三甲基丙烯酸铵、N,N-二甲基苄胺、溴化四丁基铵，二甲苯胺一种 或二种以上任意比的混合物；引发剂为过氧化苯甲酰、异丙苯过氧化氢、过氧化二异丙苯、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种或二种以上任意比的混合物； 阻聚剂为苯二酚、苯醌、蒽醌、萘醌、苦味酸中的一种或几种。
本发明的优势：
（1）制备得到的新型含环氧基单体的甲基丙烯酸酯类功能性浸渗剂，其耐热温度很高， 热分解温度最高可达280℃；使用温度也大大提高，可以在220~230℃下使用；
（2）浸渗剂不熔不溶、不热变形，不热分解，保持较高的密封性能。
以下是本发明的具体实施例；
（3）阴离子聚丙烯酰胺、月桂醇硫酸酯铵盐、山梨醇、频哪醇增加浸渗剂的稳定性；
（4）脂肪醇聚氧乙烯醚、甲氧基聚乙二醇、马来酸酐、四乙基氯化铵、苯甲酰氯、使渗透 剂具有较强的渗透性和低黏度。
（5）所有的原料市场中均可购买到，只要主要成份为其可以适合。
实施例1：
(1)向反应容器中加入甲基丙烯酸丙酯100kg、氯化苄基三乙基铵0.125kg、过氧化苯甲 酰1kg、二甲基甲酰胺100kg，搅拌速度为200转/分，温度为30℃，搅拌时间30min，加入过氧化 二异丙苯2kg，升温到50℃，搅拌速度为100转/分，搅拌时间为1h，加入阴离子聚丙烯酰胺1kg、 月桂醇硫酸酯铵盐1.5kg、山梨醇3kg、频哪醇4kg，反应温度40℃，搅拌速度为100转/分，搅拌 时间为2h，加入脂肪醇聚氧乙烯醚2kg、甲氧基聚乙二醇3kg、马来酸酐5kg，45℃反应1h；
(2)向上述反应体系中加入苯二酚0.01kg，搅拌速度为300转/分，反应温度为30℃，时间 为2h，即得的浸渗剂。
由实施例1所得到浸渗剂的物理性质如下：
测试内容 本发明 美柯达DPT-8渗透剂
密度,kg/m<sup>3</sup> 0.92×10<sup>3</sup> 0.98×10<sup>3</sup>
粘度，mPa.S 7.21 8.45
浸渗中的回收率,% 69.3 60.8
固化时间，s 171 212
固化后的硬度,D 93.3 87.2
本发明在黏度、回收率、固化时间、固化后硬度方面均优于市场的渗透剂。
实施例2：
(1)向反应容器中加入甲基丙烯酸丁酯50kg、甲基丙烯酸异丁酯50kg、氯化氢四丁基铵 1kg、异丙苯过氧化氢8kg、二甲基甲酰胺200kg，搅拌速度为400转/分，温度为30℃，搅拌时间 30min，加入过氧化氢二异丙苯5kg，升温到50℃，搅拌速度为200转/分，搅拌时间为1h，加入阴 离子聚丙烯酰胺1kg、月桂醇硫酸酯铵盐1.5kg、山梨醇3kg、频哪醇4kg，反应温度40℃，搅拌 速度为200转/分，搅拌时间为2h，加入脂肪醇聚氧乙烯醚2kg、甲氧基聚乙二醇3kg、马来酸酐 5kg，45℃反应1h；
(2)向上述反应体系中加入苯醌0.05kg，搅拌速度为500转/分，反应温度为30℃，时间为 2h，即得的浸渗剂。
由实施例2所得到浸渗剂的物理性质如下：
测试内容 本发明 美柯达DPT-8渗透剂
密度,kg/m<sup>3</sup> 0.91×10<sup>3</sup> 0.94×10<sup>3</sup>
粘度，mPa.S 8.21 8.35
浸渗中的回收率,% 79.3 62.8
固化时间，s 188 214
固化后的硬度,D 88.7 87.2
本发明在黏度、回收率、固化时间、固化后硬度方面均优于市场的渗透剂。
实施例3：
(1)向反应容器中加入甲基丙烯酸异丁酯100kg、十八烷基二甲基羟乙基丙烯酸铵0.625kg、过氧化甲苯酸叔丁基4.5kg、二甲基甲酰胺150kg，搅拌速度为300转/分，温度为30℃，搅拌时间30min，加入2,5-二甲基-2,5 二叔丁基过氧化己烷3.5kg，升温到50℃，搅拌速度为150转/分，搅拌时间为1h，加入阴离子聚丙烯酰胺1kg、月桂醇硫酸酯铵盐1.5kg、山梨醇 3kg、频哪醇4kg，反应温度40℃，搅拌速度为150转/分，搅拌时间为2h，加入脂肪醇聚氧乙烯醚 2kg、甲氧基聚乙二醇3kg、马来酸酐5kg和苯甲酰氯2kg，45℃反应1h；
(2)向上述反应体系中加入蒽醌0.03kg，搅拌速度为400转/分，反应温度为30℃，时间为 2h，即得的浸渗剂。
由实施例3所得到浸渗剂的物理性质如下：
测试内容 本发明 美柯达DPT-8渗透剂
密度,kg/m<sup>3</sup> 0.98×10<sup>3</sup> 0.94×10<sup>3</sup>
粘度，mPa.S 4.33 8.35
浸渗中的回收率,% 59.1 62.8
固化时间，s 141 214
固化后的硬度,D 93.4 87.2
本发明在黏度、回收率、固化时间、固化后硬度方面均优于市场的渗透剂。
实施例4：
向反应容器中加入甲基丙烯酸己酯100kg、十八烷基二甲基羟乙基丙烯酸铵0.625kg、 过氧化甲苯酸叔丁基4.5kg、二甲基甲酰胺150kg，搅拌速度为300转/分，温度为30℃，搅拌时 间30min，加入2,5-二甲基-2,5 二叔丁基过氧化己烷3.5kg，升温到50℃，搅拌速度为 150转/分，搅拌时间为1h，加入阴离子聚丙烯酰胺1kg、月桂醇硫酸酯铵盐1.5kg、山梨醇3kg、 频哪醇4kg，反应温度40℃，搅拌速度为150转/分，搅拌时间为2h，加入脂肪醇聚氧乙烯醚2kg、 甲氧基聚乙二醇3kg、马来酸酐5kg和四乙基氯化铵1kg，45℃反应1h；
(2)向上述反应体系中加入蒽醌0.03kg，搅拌速度为400转/分，反应温度为30℃，时间为 2h，即得的浸渗剂
由实施例4所得到浸渗剂的物理性质如下：
测试内容 本发明 美柯达DPT-8渗透剂
密度,kg/m<sup>3</sup> 0.87×10<sup>3</sup> 0.94×10<sup>3</sup>
粘度，mPa.S 2.43 8.35
浸渗中的回收率,% 78.6 62.8
固化时间，s 128 214
固化后的硬度,D 79.2 87.2
本发明在黏度、回收率、固化时间、固化后硬度方面均优于市场的渗透剂。

Claims (6)

1.金属铸件用甲基丙烯酸酯类浸渗剂，其特征在于：向反应容器中加入甲基丙烯酸酯类单体、催化剂、引发剂、二甲基甲酰胺，搅拌速度为200 ~ 400转/分，温度为30℃，搅拌时间30min，加入交联剂，升温到50℃，搅拌速度为100 ~ 200转/分，搅拌时间为1h，加入阴离子聚丙烯酰胺、月桂醇硫酸酯铵盐、山梨醇、频哪醇，反应温度40℃，搅拌速度为100 ~ 200转/分，搅拌时间为2h，加入脂肪醇聚氧乙烯醚、甲氧基 聚乙二醇、马来酸酐，45℃反应1h；向上述反应体系中加入阻聚剂，搅拌速度为300 ~ 500 转/分，反应温度为30℃，时间为2h，即得金属铸件用甲基丙烯酸酯类浸渗剂，所述的二甲基甲酰胺用量为单体的1 ~ 2倍，催化剂为单体重量的1/800到1/ 100，引发剂为单体重量的1/100到8/100，交联剂为单体重量的0 .02 ~ 0 .05倍，阻聚剂为单体重量的1/10000到5/10000，阴离子聚丙烯酰胺、月桂醇硫酸酯铵盐、山梨醇、频哪醇为单体 用量的1/100、1.5/100、3/100和4/100，而脂肪醇聚氧乙烯醚、甲氧基聚乙二醇、马来酸酐分别为单体重量的0.02、0.03和0.05。
2.根据权利要求1所述的金属铸件用甲基丙烯酸酯类浸渗剂，其特征 在于：甲基丙烯酸酯类为甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯 酸戊酯、甲基丙烯酸异戊酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸异己酯、甲基丙烯酸庚酯、甲基丙 烯酸异庚酯、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸壬酯、甲基丙烯酸异壬酯、甲 基丙烯酸葵酯、甲基丙烯酸异葵酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸油醇酯、甲基丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸十八烯酯、二甲基丙烯酸多缩乙二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二甲基 丙烯酸丁二醇酯、二甲基丙烯酸己二醇酯中的一种或二种以上任意比的混合物。
3.根据权利要求1所述的金属铸件用甲基丙烯酸酯类浸渗剂，其特征 在于：交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化氢二异丙苯、2 ,5-二甲基-2 ,5 二叔丁基过氧化己 烷的一种或二种以上任意比的混合物。
4.根据权利要求1所述的金属铸件用甲基丙烯酸酯类浸渗剂，其特征在于：催化剂为氯化苄基三乙基铵、十八烷基二甲基羟乙基丙烯酸铵、十八烷基三甲基丙烯酸铵、N ,N-二甲基苄胺、溴化四丁基铵、二甲苯胺中的一种或二种以上任意比的混合物。
5.根据权利要求1所述的金属铸件用甲基丙烯酸酯类浸渗剂，其特征在于：引发剂为过氧化苯甲酰、异丙苯过氧化氢、过氧化二异丙苯、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的一种或二种以上任意比的混合物。
6.根据权利要求1所述的金属铸件用甲基丙烯酸酯类浸渗剂，其特征在于：阻聚剂为苯二酚、苯醌、蒽醌、萘醌、苦味酸中的一种或几种。
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