CN107737868A - 一种高强度水基消失模涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度水基消失模涂料，各组分的质量分数为：白刚玉6‑12%，锆英粉10‑20%，烧结莫来石55‑75%，羧甲基纤维素0.5‑2.5%，硅溶胶1‑5%，大豆粉1‑5%，钠基膨润土1‑6%，氧化铁红0.5‑2.5%，表面活性剂0.1‑1%，各组分的质量分数之和为100%；其中，所述大豆粉是指由干大豆经蒸煮熟化后，在90‑100℃下干燥10‑15min，粉碎至200目过筛后制得；本发明选用白刚玉、锆英粉、烧结莫来石作为耐火骨料，羧甲基纤维素（CMC）、钠基膨润土为悬浮剂，以水为载液，具有绿色环保、经济、安全、节约能源的优点。

Description

一种高强度水基消失模涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及铸造涂料技术领域，具体是一种高强度水基消失模涂料及其制备方法。

背景技术

目前，国内外铸造行业所使用的涂料根据载液的不同分为醇基涂料和水基涂料两大类。醇基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。水基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。

在铸型浇注过程中，为了避免产生机械粘砂，在消失模模样表面涂挂一层涂料，这一层耐火涂料是介于金属液和型砂之间，对消失模模样的气化、金属液充填和铸件的形成等起着十分重要的作用。消失模涂料是消失模铸造获得表面光洁的优质铸件必不可少的辅助材料，涂料性能的优劣直接影响着铸件质量的好坏。现有的消失模涂料由于片面追求高耐火度，耐火材料选择单一，消失模涂料强度低，透气性差，涂层在浇注完后不易与铸件剥离，造成铸件表面清砂困难以及存在气孔、冷隔、浇不到、积碳等多样性缺陷。因此，研发一种高强度水基消失模涂料及其制备方法是本发明研究的重要内容。

发明内容

本发明的目的就是针对目前的消失模涂料由于片面追求高耐火度，耐火材料选择单一，消失模涂料强度低，透气性差，涂层在浇注完后不易与铸件剥离，造成铸件表面清砂困难以及存在气孔、冷隔、浇不到、积碳等多样性缺陷的问题，提供一种高强度、高透气性、烧结后易于从铸件表面脱落的水基消失模涂料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种高强度水基消失模涂料，各组分的质量分数为：白刚玉6-12%，锆英粉10-20%，烧结莫来石55-75%，羧甲基纤维素0.5-2.5%，硅溶胶1-5%，大豆粉1-5%，钠基膨润土1-6%，氧化铁红0.5-2.5%，表面活性剂0.1-1%，各组分的质量分数之和为100%；其中，所述大豆粉是指由干大豆经蒸煮熟化后，在90-100℃下干燥10-15min，粉碎至200目过筛后制得。

本发明中各组分的质量分数优选为：白刚玉8%，锆英粉14%，烧结莫来石65%，羧甲基纤维素1.5%，硅溶胶3%，大豆粉3%，钠基膨润土4%，氧化铁红1.0%，表面活性剂0.5%。

本发明中所述白刚玉中Al₂O₃的质量百分比≥97%，平均粒度为200目。

本发明中所述锆英粉中ZrO₂的质量百分比≥62%，平均粒度为200目。

本发明中所述烧结莫来石中Al₂O₃的质量百分比≥70%，平均粒度为325目，是采用长沙珲泰陶瓷科技有限公司生产的M72型烧结莫来石。

本发明中所述钠基膨润土的膨胀容≥25mL/g，含水量≤5%，粒度为300－325目。

本发明中所述羧甲基纤维素配制成2%水溶液，动力粘度为300－600mPa·s，pH值为7.0－8.0。

本发明中所述硅溶胶的粘度≤6.5mm²/s，pH值为7.0－8.5。

本发明中所述表面活性剂为非离子型表面活性剂，是采用江苏省海安石油化工厂生产的OP-10乳化剂。

本发明还提供了一种高强度水基消失模涂料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按比例称取钠基膨润土，将钠基膨润土与水按照质量比为2﹕3混合，在≥1200r/min的转速下搅拌均匀，装入密闭容器中静置24-48h，使钠基膨润土充分润湿、活化，制得甲液；

（2）按比例称取羧甲基纤维素，将羧甲基纤维素与乙醇溶液按照质量比为1:1进行分散，所述乙醇溶液中乙醇的质量分数≥95%，向分散后的溶液中加入水，所述水的加入量为羧甲基纤维素质量的50倍，在≥1200r/min的速度下搅拌均匀，静置48-72h后备用，即得乙液；

（3）按比例称取大豆粉，将大豆粉与水按重量比为1：5混合，在≥1200r/min的转速下搅拌均匀，静置24-48h后备用，即得丙液；

（4）将上述甲液、乙液和丙液混合，向混合液中加入水，在≥1200r/min的转速下持续搅拌，所述水的加入量为甲液、乙液和丙液总质量的0.5-0.8倍，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；

（5）按比例称取白刚玉、锆英粉、烧结莫来石、硅溶胶、氧化铁红和表面活性剂，将白刚玉、锆英粉、烧结莫来石倒入碾轮式混砂机中，依次加入步骤（4）中的复合悬浮剂、氧化铁红、表面活性剂、硅溶胶及水，所述水的加入量为白刚玉、锆英粉、烧结莫来石、硅溶胶、氧化铁红、表面活性剂和步骤（4）中的复合悬浮剂总质量的0.5-1.5倍，混碾1-2h后制得膏状涂料，加水稀释，在≥1200r/min的速度下搅拌均匀，调至波美度为65－70即得本发明的涂料，所述涂料的密度为2.50-3.20g/cm³，固体含量≥65%，采用涂6#杯25℃时粘度为16-20s，24h悬浮性≥98%，850℃时发气性≤15mL/g，单层涂膜厚度≥0.5mm，pH=7.0-8.5， 在1200℃下30s无裂纹。

本发明中的氧化铁红采用泰兴市永弘化工有限公司生产的T985型氧化铁红。

本发明选用白刚玉、锆英粉、烧结莫来石作为耐火骨料，羧甲基纤维素（CMC）、钠基膨润土为悬浮剂，以水为载液，具有绿色环保、经济、 安全、节约能源的优点。使用本发明浇铸后涂层可整体烧结，冷却后易于从铸件表面剥离，提高了铸件表面质量，降低铸件清砂工作量，配方中适量使用的表面活性剂、在涂料中起降低涂料表面张力的作用，加入的氧化铁红有助于涂层的烧结，起助烧结剂的作用。

具体实施方式

实施例1

本实施例的一种高强度水基消失模涂料，各组分的质量为：白刚玉8kg，锆英粉14kg，烧结莫来石65kg，羧甲基纤维素（CMC）1.5kg，硅溶胶3kg，大豆粉3kg，钠基膨润土4kg，氧化铁红1kg，表面活性剂0.5kg；其中，所述大豆粉是指由干大豆经蒸煮熟化后，在95℃下干燥12min，粉碎至200目过筛后制得。

本实施例中所述白刚玉中Al₂O₃的质量百分比为98.2%，平均粒度为200目。

本实施例中所述锆英粉中ZrO₂的质量百分比为63.5%，平均粒度为200目。

本实施例中所述烧结莫来石中Al₂O₃的质量百分比为71.6%，平均粒度为325目，是采用长沙珲泰陶瓷科技有限公司生产的M72型烧结莫来石。

本实施例中所述钠基膨润土的膨胀容为28mL/g，含水量为3.5%，粒度为320目。

本实施例中所述羧甲基纤维素配制成2%水溶液，动力粘度为500mPa·s，pH值为7.5。

本实施例中所述硅溶胶的粘度为5.8mm²/s，pH值为7.8。

本实施例中所述表面活性剂为非离子型表面活性剂，是采用江苏省海安石油化工厂生产的OP-10乳化剂。

本实施例的一种高强度水基消失模涂料的制备方法，包括以下步骤：

（1）称取4kg钠基膨润土与6kg水混合，在1200r/min转速下搅拌均匀，装入密闭容器中静置36h，使钠基膨润土充分润湿、活化，制得甲液；

（2）称取1.5kg羧甲基纤维素与1.5kg乙醇溶液混合后进行分散，所述乙醇溶液中乙醇的质量分数为95%，再向分散液中加入75kg水，在1200r/min的速度下搅拌均匀，静置60h后备用，制得乙液；

（3）称取3kg大豆粉与15kg水混合，在1200r/min的转速下搅拌均匀，静置30h后备用，制得丙液；

（4）将上述甲液、乙液和丙液混合，向混合液中加入水，在1200r/min的转速下持续搅拌，所述水的加入量为75kg，搅拌至体系中无粗粒、呈细腻的均匀浆状体时停止搅拌，制得复合悬浮剂；

（5）称取8kg白刚玉、14kg锆英粉和65kg烧结莫来石倒入碾轮式混砂机中，依次加入步骤（4）中的复合悬浮剂、1kg氧化铁红、0.5kg表面活性剂、3kg硅溶胶及200kg水，混碾1.5h后制得膏状涂料，加水稀释，在1200r/min的速度下搅拌均匀，调至波美度为68即得本实施例的涂料，所述涂料的密度为2.80g/cm³，固体含量为76%，采用涂6#杯测得25℃粘度为18s，24h悬浮性为99%，850℃时发气性为13mL/g，单层涂膜厚度为0.72mm，pH =7.6，在1200℃下30s无裂纹。经过实际生产验证，使用本实施例所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，提高了铸件表面质量，说明本实施例中各组分的配比和工艺参数均为最佳方案。

实施例2

本实施例的一种高强度水基消失模涂料，各组分的质量为：白刚玉6kg，锆英粉20kg，烧结莫来石55kg，羧甲基纤维素（CMC）2.5kg，硅溶胶1kg，大豆粉5kg，钠基膨润土1kg，氧化铁红2.5kg，表面活性剂0.1kg；其中，所述大豆粉是指由干大豆经蒸煮熟化后，在90℃下干燥15min，粉碎至200目过筛后制得。

本实施例中所述白刚玉中Al₂O₃的质量百分比为97.1%，平均粒度为200目。

本实施例中所述锆英粉中ZrO₂的质量百分比为62.9%，平均粒度为200目。

本实施例中所述烧结莫来石中Al₂O₃的质量百分比为72%，平均粒度为325目，是采用长沙珲泰陶瓷科技有限公司生产的M72型烧结莫来石。

本实施例中所述钠基膨润土的膨胀容为28mL/g，含水量为4.8%，粒度为300目。

本实施例中所述羧甲基纤维素配制成2%水溶液，动力粘度为300mPa·s，pH值为7.0。

本实施例中所述硅溶胶的粘度为6.0mm²/s，pH值为7.0。

本实施例中所述表面活性剂为非离子型表面活性剂，是采用江苏省海安石油化工厂生产的OP-10乳化剂。

本实施例的一种高强度水基消失模涂料的制备方法，包括以下步骤：

（1）称取1kg钠基膨润土与1.5kg水混合，在1500r/min转速下搅拌均匀，装入密闭容器中静置48h，使钠基膨润土充分润湿、活化，制得甲液；

（2）称取2.5kg羧甲基纤维素与2.5kg乙醇混合后进行分散，所述乙醇的质量百分比为98%，再加入125kg水，在1500r/min的速度下搅拌均匀，静置72h后备用，制得乙液；

（3）称取5kg大豆粉与25kg水混合，在1500r/min的转速下搅拌均匀，静置48h后备用，制得丙液；

（4）将上述甲液、乙液和丙液混合，再向混合液中加入水，在1500r/min的转速下持续搅拌，所述水的加入量为81.25kg，搅拌至体系中无粗粒、呈细腻的均匀浆状体时停止搅拌，制得复合悬浮剂；

（5）称取6kg白刚玉、20kg锆英粉和55kg烧结莫来石倒入碾轮式混砂机中，依次加入步骤（4）中的复合悬浮剂、2.5kg氧化铁红、0.1kg表面活性剂、1kg硅溶胶及164.2kg水，混碾1h后制得膏状涂料，加水稀释，在1500r/min的速度下搅拌均匀，调至波美度为65即得本实施例的涂料，所述涂料的密度为2.63g/cm³，固体含量为68%，采用涂6#杯测得25℃粘度为17s，24h悬浮性为98.7%，850℃时发气性为11mL/g，单层涂膜厚度为0.61mm，pH =7.2，在1200℃下30s无裂纹。

实施例3

本实施例的一种高强度水基消失模涂料，各组分的质量为：白刚玉12kg，锆英粉10kg，烧结莫来石75kg，羧甲基纤维素（CMC）0.5kg，硅溶胶5kg，大豆粉1kg，钠基膨润土6kg，氧化铁红0.5kg，表面活性剂0.1kg；其中，所述大豆粉是指由干大豆经蒸煮熟化后，在100℃下干燥10min，粉碎至200目过筛后制得。

本实施例中所述白刚玉中Al₂O₃的质量百分比为97.2%，平均粒度为200目。

本实施例中所述锆英粉中ZrO₂的质量百分比为63%，平均粒度为200目。

本实施例中所述烧结莫来石中Al₂O₃的质量百分比为71%，平均粒度为325目，是采用长沙珲泰陶瓷科技有限公司生产的M72型烧结莫来石。

本实施例中所述钠基膨润土的膨胀容为30mL/g，含水量为3.5%，粒度为325目。

本实施例中所述羧甲基纤维素配制成2%水溶液，动力粘度为600mPa·s，pH值为8.0。

本实施例中所述硅溶胶的粘度为5.7mm²/s，pH值为8.5。

本实施例中所述表面活性剂为非离子型表面活性剂，是采用江苏省海安石油化工厂生产的OP-10乳化剂。

本实施例的一种高强度水基消失模涂料的制备方法，包括以下步骤：

（1）称取6kg钠基膨润土与9kg水混合，在2000r/min转速下搅拌均匀，装入密闭容器中静置24h，使钠基膨润土充分润湿、活化，制得甲液；

（2）称取0.5kg羧甲基纤维素与0.5kg乙醇混合后进行分散，所述乙醇的质量百分比为97%，再加入25kg水，在2000r/min的速度下搅拌均匀，静置48h后备用，制得乙液；

（3）称取1kg大豆粉与5kg水混合，在2000r/min的转速下搅拌均匀，静置24h后备用，制得丙液；

（4）将上述甲液、乙液和丙液混合，再向混合液中加入水，在2000r/min的转速下持续搅拌，所述水的加入量为37.6kg，搅拌至体系中无粗粒、呈细腻的均匀浆状体时停止搅拌，制得复合悬浮剂；

（5）称取12kg白刚玉、10kg锆英粉和75kg烧结莫来石倒入碾轮式混砂机中，依次加入步骤（4）中的复合悬浮剂、0.5kg氧化铁红、0.1kg表面活性剂、5kg硅溶胶及280.8kg水，混碾2h后制得膏状涂料，加水稀释，在2000r/min的速度下搅拌均匀，调至波美度为70即得本实施例的涂料，所述涂料的密度为3.10g/cm³，固体含量为67%，采用涂6#杯测得25℃粘度为19s，24h悬浮性为99%，850℃时发气性为13.8mL/g，单层涂膜厚度为0.62mm，pH =8.3，在1200℃下30s无裂纹。

Claims (10)

1.一种高强度水基消失模涂料，其特征在于各组分的质量分数为：白刚玉6-12%，锆英粉10-20%，烧结莫来石55-75%，羧甲基纤维素0.5-2.5%，硅溶胶1-5%，大豆粉1-5%，钠基膨润土1-6%，氧化铁红0.5-2.5%，表面活性剂0.1-1%，各组分的质量分数之和为100%；其中，所述大豆粉是指由干大豆经蒸煮熟化后，在90-100℃下干燥10-15min，粉碎至200目过筛后制得。

2.根据权利要求1所述的一种高强度水基消失模涂料，其特征在于各组分的质量分数为：白刚玉8%，锆英粉14%，烧结莫来石65%，羧甲基纤维素1.5%，硅溶胶3%，大豆粉3%，钠基膨润土4%，氧化铁红1.0%，表面活性剂0.5%。

3.根据权利要求1或2所述的一种高强度水基消失模涂料，其特征在于：所述白刚玉中Al₂O₃的质量百分比≥97%，平均粒度为200目。

4.根据权利要求1或2所述的一种高强度水基消失模涂料，其特征在于：所述锆英粉中ZrO₂的质量百分比≥62%，平均粒度为200目。

5.根据权利要求1或2所述的一种高强度水基消失模涂料，其特征在于：所述烧结莫来石中Al₂O₃的质量百分比≥70%，平均粒度为325目。

6.根据权利要求1或2所述的一种高强度水基消失模涂料，其特征在于：所述钠基膨润土的膨胀容≥25mL/g，含水量≤5%，粒度为300－325目。

7.根据权利要求1或2所述的一种高强度水基消失模涂料，其特征在于：所述羧甲基纤维素配制成2%水溶液，动力粘度为300－600mPa·s，pH值为7.0－8.0。

8.根据权利要求1或2所述的一种高强度水基消失模涂料，其特征在于：所述硅溶胶的粘度≤6.5mm²/s，pH值为7.0－8.5。

9.根据权利要求1或2所述的一种高强度水基消失模涂料，其特征在于：所述表面活性剂为非离子型表面活性剂。

10.如权利要求1或2所述的一种高强度水基消失模涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）按比例称取钠基膨润土，将钠基膨润土与水按照质量比为2﹕3混合，在≥1200r/min的转速下搅拌均匀，装入密闭容器中静置24-48h，使钠基膨润土充分润湿、活化，制得甲液；

（2）按比例称取羧甲基纤维素，将羧甲基纤维素与乙醇溶液按照质量比为1:1进行分散，所述乙醇溶液中乙醇的质量分数≥95%，向分散后的溶液中加入水，所述水的加入量为羧甲基纤维素质量的50倍，在≥1200r/min的速度下搅拌均匀，静置48-72h后备用，即得乙液；

（3）按比例称取大豆粉，将大豆粉与水按重量比为1：5混合，在≥1200r/min的转速下搅拌均匀，静置24-48h后备用，即得丙液；

（4）将上述甲液、乙液和丙液混合，向混合液中加入水，在≥1200r/min的转速下持续搅拌，所述水的加入量为甲液、乙液和丙液总质量的0.5-0.8倍，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；

（5）按比例称取白刚玉、锆英粉、烧结莫来石、硅溶胶、氧化铁红和表面活性剂，将白刚玉、锆英粉、烧结莫来石倒入碾轮式混砂机中，依次加入步骤（4）中的复合悬浮剂、氧化铁红、表面活性剂、硅溶胶及水，所述水的加入量为白刚玉、锆英粉、烧结莫来石、硅溶胶、氧化铁红、表面活性剂和步骤（4）中的复合悬浮剂总质量的0.5-1.5倍，混碾1-2h后制得膏状涂料，加水稀释，在≥1200r/min的速度下搅拌均匀，调至波美度为65－70即得本发明的涂料，所述涂料的密度为2.50-3.20g/cm³，固体含量≥65%，采用涂6#杯25℃时粘度为16-20s，24h悬浮性≥98%，850℃时发气性≤15mL/g，单层涂膜厚度≥0.5mm，pH=7.0-8.5， 在1200℃下30s无裂纹。