CN108526388A - 一种用于流涂的铸造涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于流涂的铸造涂料及其制备方法，所述铸造涂料包括如下质量份数的组分：耐火骨料60‑90份；有机酸0.1～2份；悬浮剂2.0‑4.5份；粘结剂0.7‑2.8份；溶剂15‑45份；所述耐火骨料包括镁砂粉；所述有机酸的分子式中羟基和羧基的个数之和:C的理论个数之比>2/3；其中，当分子式中不含有苯环时，C的理论个数＝C原子总个数；当分子式中含有苯环时，C的理论个数＝C原子总个数‑苯环个数×5。以较低的有机酸加入量有效提高涂料的流平性能，可用于流涂工艺无流痕、流淌、堆积等问题；且有机酸中和煅烧或电熔镁砂粉中残存的活性氧化镁和氧化钙，利于涂料稳定性；能均匀附着于渗透砂型，涂层表面质量好。

Description

一种用于流涂的铸造涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及铸造材料技术领域，具体涉及一种用于流涂的铸造涂料及其制备方法。

背景技术

铸造涂料是铸造生产中的一种十分重要的辅助材料，对于铸件的表面质量起到决定性的作用。铸造涂料根据铸件材质的不同需要使用不同的耐火骨料，比如：石墨粉、石英粉、锆英粉、高铝矾土粉、莫来石粉、镁砂粉等等，对于高铬铸铁和高锰钢铸件来说，必须使用以镁砂粉作为耐火骨料的铸造涂料。

铸造涂料的施涂工艺主要有刷涂、浸涂、流涂、喷涂等。传统的铸造涂料施涂方法为刷涂，由于刷涂工艺劳动强度大、效率低，近年来逐渐应用浸涂、流涂、喷涂工艺。由于高铬铸铁和高锰钢铸件一般都比较大，属于单件小批量铸件，浸涂工艺很难应用；再有该铸件壁厚较大，需要涂层较厚，喷涂工艺得到的涂层较薄，也很难应用；流涂工艺效率高，涂层表面质量好，涂层厚度合适，可以用于此类铸件生产中。

但由于镁砂粉耐火骨料性能缺陷，导致镁砂粉铸造涂料流涂性能差，使用流涂工艺后涂层表面容易出现流痕缺陷。现有的涂料流平性能的方法主要有：

一、调整无机/有机悬浮剂的加入量，针对镁砂粉涂料提高流动性来说，需要降低悬浮剂的加入量；缺点是降低了悬浮性，使得涂料沉淀速度过快，影响使用。

二、加入减水剂，比如木质素磺酸盐、磺化三聚氰胺甲醛树脂、粉末聚羧酸酯等；缺点是上述减水剂均为离子表面活性剂，改变了涂料的润湿性能和渗透性，影响了涂料与砂型的接触性能，容易造成涂料起泡、涂层厚度不均匀等不良后果。

三、加入分散剂，如三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等；缺点是上述分散机均为低熔点无机盐，镁砂粉涂料用于高锰钢等碱性钢铸件，浇铸温度非常高，对涂层的耐火度要求非常高，上述低熔点无机盐的存在影响了涂层的耐火度，容易造成铸件表面粘砂等缺陷。

CN105251937A公开了一种用于不锈钢铸件的铸型涂料，按重量份数计，包括以下组分：镁砂粉40-55份，含锆复合硅酸盐10-15份，钾长石粉10-15份，常温粘结剂1-3份，高温粘结剂1-3份，聚乙烯醇缩丁醛1-5份，聚乙二醇2-3份，锂基膨润土1-3份，表面活性剂2-5份，水16-35份，所述镁砂粉，含锆复合硅酸盐和钾长石粉均经过煅烧或电熔处理。一定程度上降低了涂层沾砂现象，但是此涂料为水基涂料适用性有限，且流涂性能有待进一步提高。

因此，需要开发一种包含镁砂粉的铸造涂料，改善流涂性能，能够达到与骨料为石墨粉、锆英粉等的涂料相当的流涂性能，从而实现镁砂粉铸造涂料可以应用于流涂工艺的目的，提高铸造厂的生产效率。

发明内容

针对现有技术中存在的镁砂粉涂料不适用于流涂工艺等问题，本发明的目的之一是提供一种包含镁砂粉的铸造涂料，改善流涂性能，能够达到与骨料为石墨粉、锆英粉等的涂料相当的流涂性能，从而实现镁砂粉铸造涂料可以应用于流涂工艺的目的，提高铸造厂的生产效率。

为达此目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种用于流涂的铸造涂料，所述铸造涂料包括如下质量份数的组分：

所述耐火骨料包括镁砂粉；

所述有机酸的分子式中羟基和羧基的个数之和:C的理论个数之比>2/3；

其中，当所述分子式中不含有苯环时，C的理论个数＝C原子总个数；当所述分子式中含有苯环时，C的理论个数＝C原子总个数-苯环个数×5。

苯环是特殊共轭结构，苯环上取代基与苯环之间的键是与6个碳原子共用。

本发明所述的“包括”，意指其除所述组分外，还可以包括其他组分，这些其他组分赋予所述铸造涂料不同的特性。除此之外，本发明所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。

铸造涂料实质上是一个多相混合分散体系，以溶剂、粘结剂等极性各异的有机物构成的连续相为分散介质，以耐火骨料等功能性颗粒为分散相，属于介稳态。现有技术尚未解决镁砂粉涂料难以流涂的问题，本发明通过限定有机酸的结构和含量，羟基和羧基的个数之和:C的理论个数之比>2/3时，亲水基团和亲油基团具有合适的配比和分布，使得有机酸能涂料中各原料相互配合，构成稳定的悬浮体系，具有恰当的粘度和流动性，使镁砂粉涂料能够用于流涂工艺，且具有如下优势：一、有机酸加入量较低，可有效提高涂料的流平性能，可用于流涂工艺，且涂层无流痕、流淌、堆积等问题；二、中和掉煅烧或电熔镁砂粉中残存的活性氧化镁和氧化钙，利于涂料的稳定性，悬浮性好；三、不改变涂料的润湿性能，涂料能均匀附着于渗透砂型，涂层表面质量好；四、有机酸为有机物，高温浇铸时碳化，不会影响涂层的耐火度，铸件不出现粘砂缺陷。

优选地，所述耐火骨料中还包括镁橄榄石粉、高铝矾土粉、莫来石粉和铬铁矿粉中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为：镁橄榄石粉和高铝矾土粉的组合，莫来石粉和铬铁矿粉的组合、高铝矾土粉和莫来石粉的组合，镁橄榄石粉、高铝矾土粉和莫来石粉的组合，镁橄榄石粉、高铝矾土粉、莫来石粉和铬铁矿粉的组合。

优选地，所述耐火骨料中镁砂粉的质量百分比为50～100wt％，例如50wt％、52wt％、55wt％、58wt％、60wt％、62wt％、65wt％、68wt％、70wt％、72wt％、75wt％、78wt％、80wt％、82wt％、85wt％、88wt％、90wt％、92wt％、95wt％、98wt％或100wt％等。

优选地，所述镁砂粉的粒径为-120目～+325目。镁砂粉的粒径为-120目～+325目时，进一步优化有机酸对镁砂粉的分散，从而优化涂料的流动性。根据颗粒目数的定义，-120～+325目指这些颗粒能从120目网孔漏过而不能从325目的网孔漏过，在筛选这种目数的颗粒时，应将目数大(325目)的放在目数小(120目)的筛网下面，在目数大(325目)的筛网中留下的即为-120～+325目的颗粒。

优选地，所述镁砂粉包括重烧镁砂粉和/或电熔镁砂粉。

优选地，所述重烧镁砂粉是以菱镁矿为原料，经1500～2300℃的高温竖窑或回转窑煅烧后磨粉而成。

优选地，所述电熔镁砂粉是以菱镁矿为原料，经电弧炉中进行熔融后冷却、磨粉而成。

优选地，所述有机酸的分子式中羟基和羧基的个数之和:C的理论个数之比≥1，例如1、1.5、2或等，优选为1。再此范围内能进一步优化亲水基与亲油基的比例，促进有机酸对镁砂粉涂料流动性的改善作用。

优选地，所述有机酸包括酒石酸、草酸、苹果酸或水杨酸中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为：酒石酸和草酸的组合，苹果酸、草酸和水杨酸的组合，酒石酸和水杨酸的组合，酒石酸、草酸、苹果酸和水杨酸的组合。

优选地，所述悬浮剂包括有机悬浮剂和/或无机悬浮剂。

优选地，所述有机悬浮剂包括聚乙醇缩丁醛、聚乙二醇和聚丙烯酰胺中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为：聚乙醇缩丁醛与聚乙二醇的组合，聚丙烯酰胺与聚乙二醇的组合，聚乙醇缩丁醛与聚丙烯酰胺的组合，聚乙醇缩丁醛、聚乙二醇与聚丙烯酰胺的组合，优选聚乙二醇。

优选地，所述无机悬浮剂包括钠基膨润土、锂基膨润土、有机膨润土、海泡石、锂基累托石、凹凸棒土中的任意一种或至少两种的组合，其中，典型但非限制性的组合为：钠基膨润土与锂基膨润土的组合，有机膨润土与海泡石的组合，锂基累托石与凹凸棒土的组合，锂基膨润土、有机膨润土与海泡石的组合，优选锂基膨润土和凹凸棒土的组合。

优选地，所述无机悬浮剂同时包括纳米片状悬浮剂和纳米针状悬浮剂。

优选地，所述无机悬浮剂的粒径为800目以上。

优选地，所述纳米片状悬浮剂和纳米针状悬浮剂的质量比为(1-5):1，例如1:1、1.2:1、1.5:1、1.8:1、2:1、2.2:1、2.5:1、2.8:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1或5:1等。两种形貌的悬浮剂各有特点，片状悬浮剂表面积大，而针状悬浮剂的比表面积大，悬浮剂在分散介质中各向受力达到平衡时，涂料体系相对稳定，随着两者添加比例的变化，悬浮剂与分散介质之间的固液界面在涂料中的分布发生非线性的不可预期的变化，从而对于涂料的流动性和分散性也具有非线性的的不可预期的影响，在本发明的优选方案中，将本发明纳米片状悬浮剂和纳米针状悬浮剂的质量比控制在(1-5):1范围内，取得了仅添加其中一种形貌悬浮剂无法取得的涂料流动性，属于预料不到的技术效果。

优选地，所述粘结剂包括常温粘结树脂和/或高温粘结剂，优选同时包括常温粘结树脂和高温粘结剂。

优选地，所述常温粘结树脂包括酚醛树脂和/或松香树脂。

优选地，所述高温粘结剂包括硅溶胶、磷酸盐和硅酸盐中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为：硅溶胶与磷酸盐的组合、硅溶胶与硅酸盐的组合、磷酸盐与硅酸盐的组合、硅溶胶、磷酸盐与硅酸盐的组合；优选硅酸盐。

优选地，所述常温粘结剂与所述高温粘结剂的质量比为1:(2-3)，例如1:2、1:2.1、1:2.2、1:2.3、1:2.4、1:2.5、1:2.6、1:2.7、1:2.8、1:2.9或1:3等。

优选地，所述溶剂包括甲醇、乙醇、二甲苯、异丙醇中的任意一种或至少两种的组合，其中，典型但非限制性的组合为：甲醇与乙醇的组合，二甲苯与异丙醇的组合，乙醇与二甲苯的组合，乙醇、二甲苯与异丙醇的组合，甲醇、乙醇与异丙醇的组合，甲醇、乙醇、二甲苯与异丙醇的组合。

优选地，所述溶剂为甲醇和二甲苯的混合溶剂。

优选地，所述溶剂中甲醇和二甲苯的体积比为(30-40):(2-5)，例如30:2、32:4、35:3、38:5、40:2、40:5或30:5等。

第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的用于流涂的铸造涂料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将粘结剂和悬浮剂混合于溶剂中，进行乳化，得到粘结体系；

(2)将耐火骨料、有机酸依次分散于步骤(1)所得粘结体系中，得到用于流涂的铸造涂料。

优选地，步骤(1)所述乳化的温度为10-30℃，例如10℃、12℃、15℃、18℃、20℃、22℃、25℃、28℃或30℃等，时间为10-30min，例如10min、12min、15min、18min、20min、22min、25min、28min或30min等。

与现有技术方案相比，本发明至少具有如下有益效果：

1.本发明通过限定有机酸的结构和含量，当有机酸的分子式中羟基和羧基的个数之和:C的理论个数之比>2/3时，亲水基团和亲油基团具有合适的配比和分布，使得有机酸能涂料中各原料相互配合，构成稳定的悬浮体系，具有恰当的粘度和流动性，有机酸加入量较低，可有效提高涂料的流平性能，可用于流涂工艺，且涂层无流痕、流淌、堆积等问题；

2.有机酸中和掉煅烧或电熔镁砂粉中残存的活性氧化镁和氧化钙，有利于涂料的稳定性，悬浮性好；

3.不改变涂料的润湿性能，涂料能均匀附着于渗透砂型，涂层表面质量好；

4.所加有机酸为有机物，高温浇铸时碳化，不会影响涂层的耐火度，铸件不出现粘砂缺陷。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1～5分别提供一种用于流涂的铸造涂料，各组分质量份数见表1。

实施例1还提供了用于流涂的铸造涂料的制备方法，步骤如下：

(1)将粘结剂和悬浮剂混合于溶剂中，反应釜中30℃高速乳化搅拌30min，得到粘结体系；

(2)将耐火骨料分散于步骤(1)所得粘结体系中，高速搅拌分散60min，再加入有机酸，高速搅拌分散15min，得到用于流涂的铸造涂料。

表1

表1中“份”表示质量份数，“-”表示对应的组分含量为0；重烧镁砂粉是以菱镁矿为原料，经2000℃的高温竖窑煅烧后磨粉而成；电熔镁砂粉是以菱镁矿为原料，经电弧炉中进行熔融后冷却、磨粉而成。

对比例1

与实施例5的区别仅在于：将实施例5中苹果酸替换为等质量的柠檬酸。

对比例2

与实施例5的区别仅在于：将苹果酸替换为等质量的苯甲酸。

对比例3

与实施例5的区别仅在于：将苹果酸替换为等质量的琥珀酸。

实施例6

与实施例5的区别仅在于：将镁砂粉的粒径全部替换为-100目～+120目，质量份数与实施例5相同。

实施例7

与实施例5的区别仅在于：将镁砂粉的粒径全部替换为-120目～+230目，质量份数与实施例5相同。

实施例8

与实施例5的区别仅在于：将纳米针状凹凸棒土替换为等质量的纳米片状状凹凸棒土，目数不变。

实施例9

与实施例5的区别仅在于：将纳米片状锂基膨润土替换为等质量的纳米针状状锂基膨润土，目数不变。

实施例10

与实施例5的区别仅在于：将纳米片状锂基膨润土与纳米针状凹凸棒土的质量比由5:4替换为8:1，总质量和目数不变。

实施例11

与实施例5的区别仅在于：将纳米片状锂基膨润土与纳米针状凹凸棒土的质量比由5:4替换为1:2，总质量和目数不变。

流涂性能测试：参照JB/T 3998-1999涂料流平性涂挂测定法对各实施例和对比例所提供的铸造涂料进行流涂性能测试，结果整理于表2。

表2

涂料	流涂性能	涂料	流涂性能
				实施例1	5～6级	实施例8	6～7级
实施例2	5～6级	实施例9	6～7级
				实施例3	7～8级	实施例10	5～6级
实施例4	7～8级	实施例11	8～9级
				实施例5	9～10级	对比例1	3～4级
实施例6	7～8级	对比例2	3～4级
				实施例7	8～9级	对比例3	3～4级

如表2所示，对照实施例5与对比例1的结果可知，本发明通过选择羟基和羧基的个数之和:C的理论个数之比>2/3的有机酸，亲水基团和亲油基团具有合适的配比和分布，使得有机酸能涂料中各原料相互配合，构成稳定的悬浮体系，具有恰当的粘度和流动性，镁砂粉涂料能够用于流涂工艺流涂性能优异，当有机酸中羟基和羧基的个数之和:C的理论个数之比不大于2/3(例如对比例1的柠檬酸、对比例2的苯甲酸、对比例3的琥珀酸)时，流涂性能大打折扣。

对照实施例5与实施例8～11的结果可知，纳米针状悬浮剂和纳米片状悬浮剂产生协同效应，相较于比例不在(1-5):1范围内的组合或仅加入其中一种形貌的悬浮剂，纳米针状悬浮剂和纳米片状悬浮剂按照质量比为(1-5):1添加时，对镁砂粉涂料流涂性能具有显著的提高作用。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种用于流涂的铸造涂料，其特征在于，所述铸造涂料包括如下质量份数的组分：

所述耐火骨料包括镁砂粉；

所述有机酸的分子式中羟基和羧基的个数之和:C的理论个数之比>2/3；

其中，当所述分子式中不含有苯环时，C的理论个数＝C原子总个数；当所述分子式中含有苯环时，C的理论个数＝C原子总个数-苯环个数×5。

2.如权利要求1所述的用于流涂的铸造涂料，其特征在于，所述耐火骨料中还包括镁橄榄石粉、高铝矾土粉、莫来石粉和铬铁矿粉中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述耐火骨料中镁砂粉的质量百分比为50～100wt％；

优选地，所述镁砂粉的粒径为-120目～+325目。

3.如权利要求1或2所述的用于流涂的铸造涂料，其特征在于，所述镁砂粉包括重烧镁砂粉和/或电熔镁砂粉；

优选地，所述重烧镁砂粉是以菱镁矿为原料，经1500～2300℃的高温竖窑或回转窑煅烧后磨粉而成；

优选地，所述电熔镁砂粉是以菱镁矿为原料，经电弧炉中进行熔融后冷却、磨粉而成。

4.如权利要求1～3任一项所述的用于流涂的铸造涂料，其特征在于，所述有机酸包括酒石酸、草酸、苹果酸或水杨酸中的任意一种或至少两种的组合。

5.如权利要求1～4任一项所述的用于流涂的铸造涂料，其特征在于，所述有机酸的分子式中羟基和羧基的个数之和:C的理论个数之比≥1，优选为1。

6.如权利要求1～5任一项所述的用于流涂的铸造涂料，其特征在于，所述悬浮剂包括有机悬浮剂和/或无机悬浮剂；

优选地，所述有机悬浮剂包括聚乙醇缩丁醛、聚乙二醇和聚丙烯酰胺中的任意一种或至少两种的组合，优选聚乙二醇；

优选地，所述无机悬浮剂包括钠基膨润土、锂基膨润土、有机膨润土、海泡石、锂基累托石、凹凸棒土中的任意一种或至少两种的组合，优选锂基膨润土和凹凸棒土的组合；

优选地，所述无机悬浮剂同时包括纳米片状悬浮剂和纳米针状悬浮剂；

优选地，所述无机悬浮剂的粒径为800目以上；

优选地，所述纳米片状悬浮剂和纳米针状悬浮剂的质量比为(1-5):1。

7.如权利要求1～6任一项所述的用于流涂的铸造涂料，其特征在于，所述粘结剂包括常温粘结树脂和/或高温粘结剂，优选同时包括常温粘结树脂和高温粘结剂；

优选地，所述常温粘结树脂包括酚醛树脂和/或松香树脂；

优选地，所述高温粘结剂包括硅溶胶、磷酸盐和硅酸盐中的任意一种或至少两种的组合，优选硅酸盐；

优选地，所述常温粘结剂与所述高温粘结剂的质量比为1:(2-3)。

8.如权利要求1～7任一项所述的用于流涂的铸造涂料，其特征在于，所述溶剂包括甲醇、乙醇、二甲苯、异丙醇中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述溶剂为甲醇和二甲苯的混合溶剂；

优选地，所述溶剂中甲醇和二甲苯的体积比为(30-40):(2-5)。

9.一种如权利要求1～8任一项所述的用于流涂的铸造涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将粘结剂和悬浮剂混合于溶剂中，进行乳化，得到粘结体系；

(2)将耐火骨料、有机酸依次分散于步骤(1)所得粘结体系中，得到用于流涂的铸造涂料。

10.如权利要求9所述的用于流涂的铸造涂料的制备方法，步骤(1)所述乳化的温度为10-30℃，时间为10-30min。