CN108655332A - 一种用于3d打印砂型的水基浸涂涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铸造砂型用涂料技术领域内一种用于3D打印砂型的水基浸涂涂料及其制备方法，其中，用于3D打印砂型的水基浸涂涂料，包括如下质量组份：复合耐火骨料50～75%、复合悬浮剂3～6%、复合粘结剂0.8～1.2%、渗透剂0.1～0.5%、流平剂0.2～0.6%、防腐剂0.05～0.2%、助熔剂2～5%、消泡剂0.1～0.3%、余量为水；其特征在于，所述复合耐火骨料为锆英粉、锂辉石粉、碳化硅粉中的单品或混合物与尖晶石粉按质量比50：(4.5～16.5)混合，其中尖晶石粉为镁铝尖晶石粉、镁铬尖晶石粉或铝铬尖晶石粉，各组份的粒度为320～600目。因此本发明的水基浸涂涂料，具有优越的涂挂性、适当的渗透性、良好的流平性、高效的悬浮稳定性、合适的涂层厚度及良好的烧结剥离性、超强的抗粘砂性优。

Description

一种用于3D打印砂型的水基浸涂涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及铸造砂型用涂料技术领域，特别涉及一种用于3D打印砂型的水基浸涂涂料及其制备方法。

背景技术

由于砂型3D打印技术制芯所用的砂粒比传统制芯所用砂粒目数细，同时3D打印砂型具有整体性结构复杂等特点，因此，施涂方式对铸件质量有很重要的影响。使用刷涂和喷涂效率低，而且有时内部无法施涂；使用流涂会出现涂层厚度不一、渗透深度不够、漏涂和流痕较大的现象，影响铸件的精度和产生粘砂情况。最好的施涂方式就是使用浸涂，不但不会出现上述问题，而且效率较高。浸涂涂料的性能是影响3D打印砂型铸件质量的关键，因此，对3D打印砂型使用的浸涂涂料性能要求较高，不但要具有良好的烧结剥离性，抗粘砂性、抗高温金属液浸蚀性及足够的耐火度、化学稳定性和热稳定性，而且要无毒、无污染、无刺激味，具有附着强度高、发气量低、优良的悬浮性、良好的涂刷性、涂挂性、流变性外和高透气性、适合的流变性、涂层强度和润湿性。目前，生产上使用的水基浸涂涂料质量却不稳定，整体质量不适合3D打印砂型的要求。

发明内容

本发明根据现有技术中3D打印砂型用水基浸涂涂料的需求，提供一种综合性能优异的用于3D打印砂型的水基浸涂涂料。

本发明的目的是这样实现的，一种用于3D打印砂型的水基浸涂涂料，包括如下质量组份：复合耐火骨料50～75%、复合悬浮剂3～6%、复合粘结剂0.8～1.2%、渗透剂0.1～0.5%、流平剂0.2～0.6%、防腐剂0.05～0.2%、助熔剂2～5%、消泡剂0.1～0.3%、余量为水；所述复合耐火骨料为锆英粉、锂辉石粉、碳化硅粉中的单品或混合物与尖晶石粉按质量比50：(4.5～16.5)混合，其中尖晶石粉为镁铝尖晶石粉、镁铬尖晶石粉或铝铬尖晶石粉，各组份的粒度为320～600目。

本发明的水基浸涂涂料中，在复合耐火骨料中加入尘晶石，使涂料具有良好的抗侵蚀、抗冲击能力，并且热震稳定性好和耐高温性能得到提高。尖晶石具有耐高温、体积大、吸水率低、热膨胀系数小、热稳定性好，抗侵蚀、抗剥落能力强，抗渣性能好，热震稳定性好等特点。本发明的水基涂料，在复合耐火骨料里面加入了部分的尖晶石，使涂料具有更加优良的性能。自然界中的尖晶石是一种区域性的接触性矿物，它们大多以同晶型固溶体的形态存在，在晶体结构不改变或晶格没有任何变形的情况下，它是一种组分可被替代的固溶体，在水中尖晶石组分中一种或两种都可以被这组矿物中的其他组分大量代替，因此尖晶石在和其它的耐火骨料进行复合使用时，电离的金属离子都可被较小尺寸的其它离子代替而保持电化学平衡，使涂料的内部具有网状立体结构，增加了涂料的触变性和悬浮性。由于尖晶石是经高温熔炼精制而成， 杂质含量很低，不易引起材料的高温变形，使尖晶石的高温状态很稳定，而且抗渣性能好，从而保证铸件表面质量，有效防止化学粘砂。因此本发明水基浸涂涂料用于砂型浸涂，浇注时涂层能较好地抵御铁水的冲击，涂层不易脱落，能有效解决铸件的多肉、灰皮等缺陷，提高铸件质量。

作为本发明一方面的改进，所述复合悬乳剂为钠基膨润土、凹凸棒土、聚丙烯酰胺和海藻酸钠中两种或两种以上的混合物。本发明采用钠基膨润土、凹凸棒土、聚丙烯酰胺、海藻酸钠作为复合悬浮剂，具有优异的悬浮、防沉、触变和增稠作用，使涂料具有优良悬浮、触变和增稠性能，极大地提高了涂料的悬浮稳定性，使体系均质、稳定，不出现分层、析水现象。该复合悬乳剂在水性体系中形成的缔合网络结构具有超强的束缚并隔离固体的能力，可使涂料中的耐火骨料均匀悬浮、分散于整个体系，并赋予体系稳定的粘度和屈服值而防止耐火骨料在长时间重力作用下产生沉降。尤其在较远运输过程中，很多涂料或因悬浮剂性能欠佳，或因配方优化不够，经常出现板结、沉积现象，本复合悬浮剂很好的解决了这一现象。而且本复合悬浮剂在水中都具有优异的高剪切低粘度、低剪切高粘度的触变特性，在浸涂体系中加入本复合悬乳剂后，可使体系粘度遇剪切即变小、停止剪切后又可恢复其原始粘度，赋予涂料优良的触变性、流平性、渗透性、涂敷性。本复合悬浮剂与离子型耐火骨料或其它离子型物料搭配使用会产生显著的协同增稠效果而使体系悬浮性大幅提高。这种显著的协同增稠效果可有效降低涂料体系中悬浮剂的用量，降低铸造涂料的综合成本，同时优异的粘聚力能很好改善铸造涂料开裂现象。另外，根据不同铸件（铸钢、铸铁、铸铝等）所需要的不同的涂层厚度和渗透深度及涂料的粘度、固含量和其它性能，适当调节上述悬浮剂选用种类和比例，都不会影响涂料的使用性能，而且钠基膨润土与凹凸棒土、聚丙烯酰胺或海藻酸钠搭配使用时，还能提高涂料的粘结性及涂层强度。

作为本发明的另一方面改进，所述复合粘结剂为聚乙烯醇与α-淀粉和/或磷酸盐按1：（0.3～2.5）质量比的混合物。铸造涂料既要有一定的常温强度，又要具有良好的高温强度。为使耐火粉料颗粒在高温和低温时形成具有一定强度的粘结层，牢固地附着在铸型或型芯的表面，涂料中既要常温粘结剂也要有高温粘结剂。本涂料在选用α-淀粉作为常温粘结剂，α-淀粉在低温或常温状态下，具有粘结力高、分散性好、完全无毒环保的特点，而且对各种耐火材料均有良好的适应性，是优良粘合剂，能够极大地改善涂料的常温强度。选用磷酸盐作为高温粘结剂，磷酸盐粘结剂易溶于水，具有耐高温、抗震、抗剥落、耐高温气流冲刷等特点，而且在1500-1850℃高温时还具有良好的粘结强度，因此涂料中加入磷酸盐可有效的提高涂料的高温强度及高温附着力。α-淀粉、磷酸盐与聚乙烯醇搭配使用会产生显著的协同粘结效果，不仅使涂料体系的常温强度和高温强度大幅提高，而且使涂料具有更好的涂挂性和悬浮性，涂层不开裂，不空鼓，不剥落，有良好的烧结性，使涂层易壳状剥落，显著提高了铸件的表面质量；另外，在放置过程中，涂料粘度不下降，不分层，不结块，浸涂一遍即可达到所需涂层厚度。

作为本发明优选的方案，所述渗透剂为磺化琥珀酸二辛酯钠盐；所述流平剂为氟改性的含羟基丙烯酸树脂；所述助熔剂为萤石和氧化铁红按质量比为1：（2～5）的混合物，所述防腐剂为DL-T201（苯扎氯铵），所述消泡剂为SAF(有机硅消泡剂)乳液和CSE（一般为脂肪酸盐、硅油、烷烃油的复配物）乳液中的一种或两种的任一比混合。本发明中，选用磺化琥珀酸二辛酯钠盐作为渗透剂，无毒性，具有优良的润湿性和很高的渗透力，渗透性快速均匀，而且对水没有要求，能在硬水中稳定存在。氟改性的含羟基丙烯酸树脂作为流平剂，有效的降低了涂料与砂型之间的表面张力，使涂料与砂型具有极佳的润湿性，使涂料涂层平整、光滑、均匀；萤石、氧化铁红作为助熔剂，能有效降低涂料的烧结温度，在铁水浇注时能快速的形成陶瓷状的剥离层，增强了涂料抗粘砂性；DL-T201（苯扎氯铵）防腐剂具有抗菌力高、时效长等特点，具有极好的杀菌防霉功能，不仅能有效地防止涂料的变质，还能提高涂料的卫生安全性。

因此本发明的水基浸涂涂料，具有优越的涂挂性、适当的渗透性、良好的流平性、高效的悬浮稳定性、合适的涂层厚度及良好的烧结剥离性、超强的抗粘砂性优。与常规涂料相比，本涂料使用过程中，只需浸涂一遍，渗透深度和涂层厚度就能达到要求，烘干后涂层强度高，并且使用过程中无流痕、无滴挂、无堆积。另外，本发明涂料所选材料均为无毒材料，环保、无污染，安全系数高，改善了现场使用的环境，使用本发明涂料在铸件落砂时，呈陶瓷态的表面涂料自动剥落或轻轻敲击后易剥落，不产生粉尘，消除了常规粉涂料对生产环境的污染，改善了铸造作业环境。

本发明还提供一种上述3D打印砂型的水基浸涂涂料的制备方法，括如下步骤：

A)按质量配比要求，称量各组分物质；

B）复合悬浮剂的预处理：在搅拌条件下将复合悬浮剂的各组份与同质量的水比等比例混合，使各组份完全分散均匀，静置12～24小时，制得预处理的复合浮剂；

C)复合粘结剂各组份的预处理：因磷酸盐不需要预处理，可以直接投入溶解使用，故复合粘结剂组分的预处理分为聚乙烯醇的预处理和α-淀粉的预处理，其中：

聚乙烯醇的预处理：准备 4 倍聚乙烯醇质量的水于桶中，搅拌条件下缓慢加入聚乙烯醇，然后充分搅拌至其完全溶解，并用筛网过滤后制得预处理的聚乙烯醇；

α-淀粉的预处理：将 2倍α-淀粉质量的水于桶中，搅拌条件下缓慢加入 α-淀粉，然后充分搅拌至其完全溶解，并用筛网过滤制得预处理的α-淀粉质备用；

D) 向分散釜中加入总水量 3/5 的水及处理好的复合悬浮剂浆，开启搅拌，调节转速为 1200~1500 r/min，搅拌 5 分钟；然后加入C）步中预处理的复合粘结剂组分或磷酸盐，搅拌 5 分钟；最后依次加入渗透剂、防腐剂、助熔剂、流平剂和消泡剂，搅拌 10~15 分钟 ；

E）将反应釜搅拌速度调至 500~600 r/min，并依次加入耐火骨料的各组分，加料完毕后调节转速为 1200~1500 r/min，分散 15~20 分钟；

F) 最后，用水调波美度，将波美度调至70~80°Bé，出料包装。

进一步地，所述步骤C)中，预处理的复合粘结剂各组份需现用现配。

具体实施方式

下面结合表1的涂料组分的数据详细说明本发明。

实施例1—9

用于3D打印砂型的水基浸涂涂料通过如下步骤制行：

A)按表1中实施例相应实施例的质量配比要求，称量各组分物质；

B）复合悬浮剂的预处理：在搅拌条件下将复合悬浮剂的各组份与同质量的水等比例混合，使各组份完全分散均匀，静置12~24小时，制得预处理的复合浮剂；

C)复合粘结剂各组份的预处理：因磷酸盐不需要预处理，可以在使用时直接投入溶解使用，故复合粘结剂组分的预处理分为聚乙烯醇的预处理和α-淀粉的预处理，并且两组分的预处理需现用现配，以保证使用效果。聚乙烯醇的预处理：准备 4 倍聚乙烯醇质量的水于桶中，搅拌条件下缓慢加入聚乙烯醇，然后充分搅拌至其完全溶解，并用筛网过滤后制得预处理的聚乙烯醇；α-淀粉的预处理：将 2倍α-淀粉质量的水于桶中，搅拌条件下缓慢加入α-淀粉，然后充分搅拌至其完全溶解，并用筛网过滤制得预处理的α-淀粉质备用；

D) 向分散釜中加入总水量 3/5 的水及处理好的复合悬浮剂浆，开启搅拌，调节转速为 1200~1500 r/min，搅拌 5 分钟；然后加入C）步中预处理的复合粘结剂组分或磷酸盐，搅拌 5 分钟；最后依次加入渗透剂、防腐剂、助熔剂、流平剂和消泡剂，搅拌 10 ~15分钟 ；E）将反应釜搅拌速度调至 500~600r/min，并依次加入耐火骨料的各组分，加料完毕后调节转速为 1200~1500r/min，分散15~ 20 分钟；F)用剩余的水调波美度，将波美度调至70~80°Bé，制得本发明的水基涂料，最后出料包装。

表1

续表1

因此本发明的水基浸涂涂料，用于铸造砂型的浸涂时，具有优越的涂挂性、适当的渗透性、良好的流平性、高效的悬浮稳定性、合适的涂层厚度及良好的烧结剥离性、超强的抗粘砂性优。与常规涂料相比，本涂料使用过程中，只需浸涂一遍，渗透深度和涂层厚度就能达到要求，烘干后涂层强度高，并且使用过程中无流痕、无滴挂、无堆积。另外，本发明涂料所选材料均为无毒材料，环保、无污染，安全系数高，改善了现场使用的环境，使用本发明涂料在铸件落砂时，呈陶瓷态的表面涂料自动剥落或轻轻敲击后易剥落，不产生粉尘，消除了常规粉涂料对生产环境的污染，改善了铸造作业环境。

Claims (6)

1.一种用于3D打印砂型的水基浸涂涂料，包括如下质量组份：复合耐火骨料50～75%、复合悬浮剂3～6%、复合粘结剂0.8～1.2%、渗透剂0.1～0.5%、流平剂0.2～0.6%、防腐剂0.05～0.2%、助熔剂2～5%、消泡剂0.1～0.3%、余量为水；其特征在于，所述复合耐火骨料为锆英粉、锂辉石粉、碳化硅粉中的单品或混合物与尖晶石粉按质量比50：(4.5～16.5)混合，其中尖晶石粉为镁铝尖晶石粉、镁铬尖晶石粉或铝铬尖晶石粉，各组份的粒度为320～600目。

2.根据权利要求1所述的3D打印砂型的水基浸涂涂料,其特征在于，所述复合悬乳剂为钠基膨润土、凹凸棒土、聚丙烯酰胺和海藻酸钠中两种或两种以上的混合物。

3.根据权利要求1所述的3D打印砂型的水基浸涂涂料,其特征在于，所述复合粘结剂为聚乙烯醇与α-淀粉和/或磷酸盐按1：（0.3～2.5）质量比的混合物。

4.根据权利要求1所述的3D打印砂型的水基浸涂涂料,其特征在于，所述渗透剂为磺化琥珀酸二辛酯钠盐；所述流平剂为氟改性的含羟基丙烯酸树脂；所述助熔剂为萤石和氧化铁红按质量比为1：（2～5）的混合物，所述防腐剂为DL-T201，所述消泡剂为SAF乳液和CSE乳液中的一种或两种的任一比混合。

5.一种权利要求1—4任一项所述的3D打印砂型的水基浸涂涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

A)按质量配比要求，称量各组分物质；

B）复合悬浮剂的预处理：在搅拌条件下将复合悬浮剂的各组份与同质量的水比等比例混合，使各组份完全分散均匀，静置12～24小时，制得预处理的复合浮剂；

C)复合粘结剂各组份的预处理：因磷酸盐不需要预处理，可以直接投入溶解使用，故复合粘结剂组分的预处理分为聚乙烯醇的预处理和α-淀粉的预处理，其中：

聚乙烯醇的预处理：准备 4 倍聚乙烯醇质量的水于桶中，搅拌条件下缓慢加入聚乙烯醇，然后充分搅拌至其完全溶解，并用筛网过滤后制得预处理的聚乙烯醇；

α-淀粉的预处理：将 2倍α-淀粉质量的水于桶中，搅拌条件下缓慢加入 α-淀粉，然后充分搅拌至其完全溶解，并用筛网过滤制得预处理的α-淀粉质备用；

D) 向分散釜中加入总水量 3/5 的水及处理好的复合悬浮剂浆，开启搅拌，调节转速为 1200~1500 r/min，搅拌 5 分钟；然后加入C）步中预处理的复合粘结剂组分或磷酸盐，搅拌 5 分钟；最后依次加入渗透剂、防腐剂、助熔剂、流平剂和消泡剂，搅拌 10~15 分钟 ；

E）将反应釜搅拌速度调至 500~600 r/min，并依次加入耐火骨料的各组分，加料完毕后调节转速为 1200~1500 r/min，分散 15~20 分钟；

F) 最后，用水调波美度，将波美度调至70~80°Bé，出料包装。

6.根据权利要求5所述的3D打印砂型的水基浸涂涂料的制备方法，所述步骤C)中，预处理的组份需现用现配。