CN106216593B - 一种覆膜改性猪骨胶砂型的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种覆膜改性猪骨胶砂型的制备方法，属于铸造技术领域。本发明以猪骨胶为原料，对其进行共聚嫁接和酯化反应，制得改性猪骨胶粘结剂，然后将石英砂与改性猪骨胶粘结剂混合压实成型，经烘烤硬化后制得改性猪骨胶砂型，最后在砂型表面涂覆铸型涂料，固化得覆膜改性猪骨胶砂型。本发明制备的改性猪骨胶凝固点低、强度高，以其作为粘结剂，解决了水玻璃砂型高温强度较差、不能溃散，没有退让性，会引发产品出现裂纹、不宜回收的缺陷，具有较佳的应用前景。
Description
技术领域
本发明公开了一种覆膜改性猪骨胶砂型的制备方法，属于铸造技术领域。
背景技术
现如今，从材料的生产到使用再到废弃，整个过程可以看成是一种从自然界中提取有用资源，再把使用后的废弃物大量的排放到环境中的一个恶性循环过程。在整个过程中，人们所思考的往往是如何最大限度的使用材料，而不考虑环境对整个过程的承受压力。因此，现在我们必须要考虑到环境的保护问题，减少生产中对环境资源的消耗，提高资源利用率，使其在生产、使用、废弃整个周期内可以实现再生循环，以此来保证人类社会的可持续发展。环境友好型材料是指资源和能源消耗最少、对生态环境影响小、再生循环利用或可降解使用、安全处理，且具有优良使用性能的材料。动物胶是一种无毒、无害、无污染、可生物降解的水溶性天然胶料，其主体成分属于氨基酸类高分子化合物，有很好的强度和韧性等力学性能，具有环境友好材料的基本条件，可分为粗制品骨胶、皮胶，精制品明胶。利用普通动物胶热熔性进行造型、制芯，因其粘度较高，反应活性很低，而且需要加热设备，耗能且生产周期长。
造型材料在铸造生产中的地位十分重要。随着科学技术的发展，铸造粘结剂已由开始的粘土发展到了如今的无机、有机或无机与有机结合的粘结剂。粘土是一种十分古老的粘结剂，在铸造生产中具有十分悠久的应用历史。上世纪前50年，最重要的铸造生产工艺是粘土湿型砂工艺，但因为粘土干型砂的造型时间长、烘干设备庞大并且能量损耗较多，逐渐在铸造的生产中被淘汰。我国铸钢间开始使用水玻璃砂，应用较广。但是传统水玻璃存在易老化，导致聚硅酸聚合度不均匀，粘结强度降低，致使水玻璃砂的可使用时间缩短，工艺性变坏。造成砂模强度变化大，常常出现严重粘砂的现象且产品表面不平整，尺寸偏差大，不易回收等缺陷。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对传统水玻璃砂型粘结度低、易老化、强度变化大、容易出现粘砂现象等缺陷，提供了一种覆膜改性猪骨胶砂型的制备方法。本发明以猪骨胶为原料，对其进行共聚嫁接和酯化反应，制得改性猪骨胶粘结剂，然后将石英砂与改性猪骨胶粘结剂混合压实成型，经烘烤硬化后制得改性猪骨胶砂型，最后在砂型表面涂覆铸型涂料，固化得覆膜改性猪骨胶砂型。本发明制备的改性猪骨胶凝固点低、强度高，以其作为粘结剂，解决了水玻璃砂型高温强度较差、不能溃散，没有退让性，会引发产品出现裂纹、不宜回收的缺陷，具有较佳的应用前景。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）称取300~500g新鲜猪骨，加入400~500mL去离子水中，加热至115~120℃，蒸煮20~25min，过滤，将滤渣自然风干，加入碾碎机中碾碎至3~4cm骨块，加入400~500mL去离子水中，加热至115~120℃，蒸煮20~25min，加入离心机中，以3000~4000r/min离心分离，取沉淀，将沉淀自然风干，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，得猪骨粉；
（2）将上述猪骨粉加入漂白罐中，加入300~500mL去离子水，向混合液中以50~100mL/min通入二氧化硫至罐内压力为0.3~0.5MPa，在50~70℃下，酸解3~4h，过滤，将滤渣用去离子水洗涤3~5次，加入200~300mL去离子水中，加热混合液至沸腾，在0.25~0.30MPa下，萃取4~5h，过滤，将滤液减压蒸馏至原溶液体积的30~40%，转入50~60℃干燥箱中干燥至恒重，得猪骨胶；
（3）称取50~60g猪骨胶，加入80~96mL去离子水中，在20~25℃下溶胀15~30min，加入3~4g氢氧化钠，以300~400r/min搅拌均匀，加热至45~50℃，并保持温度30~40min，继续添加15~18g丙烯酸，7.5~9.0g葡萄糖，1.5~1.8g过硫酸铵，在75~80℃下，继续搅拌1.5~2.0h，冷却至室温，得改性猪骨胶粘结剂，备用；
（4）称取6~7g锂基膨润土，加入80~100mL无水乙醇中，以1000~1200r/min搅拌10~15min，制得混合液，分别称取70~75g镁砂粉，30~32g白刚玉，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，将过筛后的镁砂粉与白刚玉加入混合液中，以400~500r/min，搅拌15~20min，加入3~4g上述改性猪骨胶粘结剂，3~4g含水量为80%硅溶胶，0.8~1.0g聚乙烯醇缩丁醛，继续搅拌5~10min，得铸型涂料，备用；
（5）称取1~2kg石英砂，加入粉碎机中粉碎，过100目筛，将过筛后的石英砂与30~60g上述步骤（3）制备的改性猪骨胶粘结剂混合，加入混砂机中混砂3~5min，转入砂模成型机中，压实成型，并置于200~220℃烘干炉中，烘烤2~3h，得改性猪骨胶砂型；
（6）将上述改性猪骨胶砂型表面均匀涂覆上述步骤（4）制备的铸型涂料，控制涂层厚度为0.2~0.3mm，并将砂型转入烘干炉中，加热至55~60℃，预热10~15min，继续升温至160~170℃，保持温度固化1~2h，得覆膜改性猪骨胶砂型。
本发明的应用方法是：向本发明制得的覆膜改性猪骨胶砂型中注入铸铁液，待铸铁液冷却，脱模，得表面光洁，无表面粘砂铸铁，本发明制备的覆膜改性猪骨胶砂型初强度增强达到2.5~2.8MPa，发气量为18~20mL/g。
本发明的有益效果是：
（1）本发明制得的覆膜改性猪骨胶砂型初强度高，发气量低，高温溃散性好；
（2）本发明制得的覆膜改性猪骨胶砂型降低了因废料而造成的环境污染，易于回收和循环使用，节约了能源材料的浪费。
具体实施方式
称取300~500g新鲜猪骨，加入400~500mL去离子水中，加热至115~120℃，蒸煮20~25min，过滤，将滤渣自然风干，加入碾碎机中碾碎至3~4cm骨块，加入400~500mL去离子水中，加热至115~120℃，蒸煮20~25min，加入离心机中，以3000~4000r/min离心分离，取沉淀，将沉淀自然风干，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，得猪骨粉；将上述猪骨粉加入漂白罐中，加入300~500mL去离子水，向混合液中以50~100mL/min通入二氧化硫至罐内压力为0.3~0.5MPa，在50~70℃下，酸解3~4h，过滤，将滤渣用去离子水洗涤3~5次，加入200~300mL去离子水中，加热混合液至沸腾，在0.25~0.30MPa下，萃取4~5h，过滤，将滤液减压蒸馏至原溶液体积的30~40%，转入50~60℃干燥箱中干燥至恒重，得猪骨胶；称取50~60g猪骨胶，加入80~96mL去离子水中，在20~25℃下溶胀15~30min，加入3~4g氢氧化钠，以300~400r/min搅拌均匀，加热至45~50℃，并保持温度30~40min，继续添加15~18g丙烯酸，7.5~9.0g葡萄糖，1.5~1.8g过硫酸铵，在75~80℃下，继续搅拌1.5~2.0h，冷却至室温，得改性猪骨胶粘结剂，备用；称取6~7g锂基膨润土，加入80~100mL无水乙醇中，以1000~1200r/min搅拌10~15min，制得混合液，分别称取70~75g镁砂粉，30~32g白刚玉，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，将过筛后的镁砂粉与白刚玉加入混合液中，以400~500r/min，搅拌15~20min，加入3~4g上述改性猪骨胶粘结剂，3~4g含水量为80%硅溶胶，0.8~1.0g聚乙烯醇缩丁醛，继续搅拌5~10min，得铸型涂料，备用；称取1~2kg石英砂，加入粉碎机中粉碎，过100目筛，将过筛后的石英砂与30~60g上述制备的改性猪骨胶粘结剂混合，加入混砂机中混砂3~5min，转入砂模成型机中，压实成型，并置于200~220℃烘干炉中，烘烤2~3h，得改性猪骨胶砂型；将上述改性猪骨胶砂型表面均匀涂覆上述制备的铸型涂料，控制涂层厚度为0.2~0.3mm，并将砂型转入烘干炉中，加热至55~60℃，预热10~15min，继续升温至160~170℃，保持温度固化1~2h，得覆膜改性猪骨胶砂型。
实例1
称取300g新鲜猪骨，加入400mL去离子水中，加热至115℃，蒸煮20min，过滤，将滤渣自然风干，加入碾碎机中碾碎至3cm骨块，加入400mL去离子水中，加热至115℃，蒸煮20min，加入离心机中，以3000r/min离心分离，取沉淀，将沉淀自然风干，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，得猪骨粉；将上述猪骨粉加入漂白罐中，加入300mL去离子水，向混合液中以50mL/min通入二氧化硫至罐内压力为0.3MPa，在50℃下，酸解3h，过滤，将滤渣用去离子水洗涤3次，加入200mL去离子水中，加热混合液至沸腾，在0.25MPa下，萃取4h，过滤，将滤液减压蒸馏至原溶液体积的30%，转入50℃干燥箱中干燥至恒重，得猪骨胶；称取50g猪骨胶，加入80mL去离子水中，在20℃下溶胀15min，加入3g氢氧化钠，以300r/min搅拌均匀，加热至45℃，并保持温度30min，继续添加15g丙烯酸，7.5g葡萄糖，1.5g过硫酸铵，在75℃下，继续搅拌1.5h，冷却至室温，得改性猪骨胶粘结剂，备用；称取6g锂基膨润土，加入80mL无水乙醇中，以1000r/min搅拌10min，制得混合液，分别称取70g镁砂粉，30g白刚玉，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，将过筛后的镁砂粉与白刚玉加入混合液中，以400r/min，搅拌15min，加入3g上述改性猪骨胶粘结剂，3g含水量为80%硅溶胶，0.8g聚乙烯醇缩丁醛，继续搅拌5min，得铸型涂料，备用；称取1kg石英砂，加入粉碎机中粉碎，过100目筛，将过筛后的石英砂与30g上述制备的改性猪骨胶粘结剂混合，加入混砂机中混砂3min，转入砂模成型机中，压实成型，并置于200℃烘干炉中，烘烤2h，得改性猪骨胶砂型；将上述改性猪骨胶砂型表面均匀涂覆上述制备的铸型涂料，控制涂层厚度为0.2mm，并将砂型转入烘干炉中，加热至55℃，预热10min，继续升温至160℃，保持温度固化1h，得覆膜改性猪骨胶砂型。
本发明的应用方法是：向本发明制得的覆膜改性猪骨胶砂型中注入铸铁液，待铸铁液冷却，脱模，得表面光洁，无表面粘砂铸铁，本发明制备的覆膜改性猪骨胶砂型初强度增强达到2.5MPa，发气量为18mL/g。
实例2
称取400g新鲜猪骨，加入450mL去离子水中，加热至118℃，蒸煮22min，过滤，将滤渣自然风干，加入碾碎机中碾碎至3.5cm骨块，加入450mL去离子水中，加热至118℃，蒸煮22min，加入离心机中，以3500r/min离心分离，取沉淀，将沉淀自然风干，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，得猪骨粉；将上述猪骨粉加入漂白罐中，加入400mL去离子水，向混合液中以80mL/min通入二氧化硫至罐内压力为0.4MPa，在60℃下，酸解3.5h，过滤，将滤渣用去离子水洗涤4次，加入250mL去离子水中，加热混合液至沸腾，在0.28MPa下，萃取4.5h，过滤，将滤液减压蒸馏至原溶液体积的35%，转入55℃干燥箱中干燥至恒重，得猪骨胶；称取55g猪骨胶，加入88mL去离子水中，在23℃下溶胀25min，加入3.5g氢氧化钠，以350r/min搅拌均匀，加热至47℃，并保持温度35min，继续添加16g丙烯酸，8.3g葡萄糖，1.7g过硫酸铵，在77℃下，继续搅拌1.7h，冷却至室温，得改性猪骨胶粘结剂，备用；称取6.5g锂基膨润土，加入90mL无水乙醇中，以1500r/min搅拌13min，制得混合液，分别称取73g镁砂粉，31g白刚玉，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，将过筛后的镁砂粉与白刚玉加入混合液中，以450r/min，搅拌17min，加入3.5g上述改性猪骨胶粘结剂，3.5g含水量为80%硅溶胶，0.9g聚乙烯醇缩丁醛，继续搅拌7min，得铸型涂料，备用；称取1.5kg石英砂，加入粉碎机中粉碎，过100目筛，将过筛后的石英砂与45g上述制备的改性猪骨胶粘结剂混合，加入混砂机中混砂4min，转入砂模成型机中，压实成型，并置于210℃烘干炉中，烘烤2.5h，得改性猪骨胶砂型；将上述改性猪骨胶砂型表面均匀涂覆上述制备的铸型涂料，控制涂层厚度为0.25mm，并将砂型转入烘干炉中，加热至57℃，预热13min，继续升温至165℃，保持温度固化1.5h，得覆膜改性猪骨胶砂型。
本发明的应用方法是：向本发明制得的覆膜改性猪骨胶砂型中注入铸铁液，待铸铁液冷却，脱模，得表面光洁，无表面粘砂铸铁，本发明制备的覆膜改性猪骨胶砂型初强度增强达到2.6MPa，发气量为19mL/g。
实例3
称取500g新鲜猪骨，加入500mL去离子水中，加热至120℃，蒸煮25min，过滤，将滤渣自然风干，加入碾碎机中碾碎至4cm骨块，加入500mL去离子水中，加热至120℃，蒸煮25min，加入离心机中，以4000r/min离心分离，取沉淀，将沉淀自然风干，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，得猪骨粉；将上述猪骨粉加入漂白罐中，加入500mL去离子水，向混合液中以100mL/min通入二氧化硫至罐内压力为0.5MPa，在70℃下，酸解4h，过滤，将滤渣用去离子水洗涤5次，加入300mL去离子水中，加热混合液至沸腾，在0.30MPa下，萃取5h，过滤，将滤液减压蒸馏至原溶液体积的40%，转入60℃干燥箱中干燥至恒重，得猪骨胶；称取60g猪骨胶，加入96mL去离子水中，在25℃下溶胀30min，加入4g氢氧化钠，以400r/min搅拌均匀，加热至50℃，并保持温度40min，继续添加18g丙烯酸，9.0g葡萄糖，1.8g过硫酸铵，在80℃下，继续搅拌2.0h，冷却至室温，得改性猪骨胶粘结剂，备用；称取7g锂基膨润土，加入100mL无水乙醇中，以1200r/min搅拌15min，制得混合液，分别称取75g镁砂粉，32g白刚玉，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，将过筛后的镁砂粉与白刚玉加入混合液中，以500r/min，搅拌20min，加入4g上述改性猪骨胶粘结剂，4g含水量为80%硅溶胶，1.0g聚乙烯醇缩丁醛，继续搅拌10min，得铸型涂料，备用；称取2kg石英砂，加入粉碎机中粉碎，过100目筛，将过筛后的石英砂与60g上述制备的改性猪骨胶粘结剂混合，加入混砂机中混砂5min，转入砂模成型机中，压实成型，并置于220℃烘干炉中，烘烤3h，得改性猪骨胶砂型；将上述改性猪骨胶砂型表面均匀涂覆上述制备的铸型涂料，控制涂层厚度为0.3mm，并将砂型转入烘干炉中，加热至60℃，预热15min，继续升温至170℃，保持温度固化2h，得覆膜改性猪骨胶砂型。
本发明的应用方法是：向本发明制得的覆膜改性猪骨胶砂型中注入铸铁液，待铸铁液冷却，脱模，得表面光洁，无表面粘砂铸铁，本发明制备的覆膜改性猪骨胶砂型初强度增强达到2.8MPa，发气量为20mL/g。
Claims (1)
1.一种覆膜改性猪骨胶砂型的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取300~500g新鲜猪骨，加入400~500mL去离子水中，加热至115~120℃，蒸煮20~25min，过滤，将滤渣自然风干，加入碾碎机中碾碎至3~4cm骨块，加入400~500mL去离子水中，加热至115~120℃，蒸煮20~25min，加入离心机中，以3000~4000r/min离心分离，取沉淀，将沉淀自然风干，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，得猪骨粉；
（2）将上述猪骨粉加入漂白罐中，加入300~500mL去离子水，向混合液中以50~100mL/min通入二氧化硫至罐内压力为0.3~0.5MPa，在50~70℃下，酸解3~4h，过滤，将滤渣用去离子水洗涤3~5次，加入200~300mL去离子水中，加热混合液至沸腾，在0.25~0.30MPa下，萃取4~5h，过滤，将滤液减压蒸馏至原溶液体积的30~40%，转入50~60℃干燥箱中干燥至恒重，得猪骨胶；
（3）称取50~60g猪骨胶，加入80~96mL去离子水中，在20~25℃下溶胀15~30min，加入3~4g氢氧化钠，以300~400r/min搅拌均匀，加热至45~50℃，并保持温度30~40min，继续添加15~18g丙烯酸，7.5~9.0g葡萄糖，1.5~1.8g过硫酸铵，在75~80℃下，继续搅拌1.5~2.0h，冷却至室温，得改性猪骨胶粘结剂，备用；
（4）称取6~7g锂基膨润土，加入80~100mL无水乙醇中，以1000~1200r/min搅拌10~15min，制得混合液，分别称取70~75g镁砂粉，30~32g白刚玉，加入粉碎机中粉碎，过200目筛，将过筛后的镁砂粉与白刚玉加入混合液中，以400~500r/min，搅拌15~20min，加入3~4g上述改性猪骨胶粘结剂，3~4g含水量为80%硅溶胶，0.8~1.0g聚乙烯醇缩丁醛，搅拌5~10min，得铸型涂料，备用；
（5）称取1~2kg石英砂，加入粉碎机中粉碎，过100目筛，将过筛后的石英砂与30~60g上述步骤（3）制备的改性猪骨胶粘结剂混合，加入混砂机中混砂3~5min，转入砂模成型机中，压实成型，并置于200~220℃烘干炉中，烘烤2~3h，得改性猪骨胶砂型；
（6）将上述改性猪骨胶砂型表面均匀涂覆上述步骤（4）制备的铸型涂料，控制涂层厚度为0.2~0.3mm，并将砂型转入烘干炉中，加热至55~60℃，预热10~15min，继续升温至160~170℃，保持温度固化1~2h，得覆膜改性猪骨胶砂型。
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