CN108723285A - 一种高湿压强度型砂粘结剂材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高湿压强度型砂粘结剂材料的制备方法，属于粘结剂技术领域。本发明技术方案通过采用菜籽粕和改性淀粉为原料，经酸化处理，一部分糖类、蛋白质类等物质在酸的作用下，继续凝聚析出，一部分糖类、蛋白质类等物质改变结构，通过树脂化作用交联聚合成为大分子结构，增加其与植物油相溶性，以便在型芯的使用和烘干过程中作为有效成分，提高型芯的干拉强度或湿压强度，同时利用硫酸的强氧化性和强脱水性，蜡类、固醇类、不饱和脂肪酸类等物质会产生更多的羟基、羰基、羧基、双键等结构，这些结构在型芯烘干过程中进一步交联固化而成为网状结构，也成为粘结剂的有效成分，进一步改善材料的粘结性能。

Description

一种高湿压强度型砂粘结剂材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高湿压强度型砂粘结剂材料的制备方法，属于粘结剂技术领域。
背景技术
众所周知，铸造行业造型、制芯每年都要消耗掉巨量的有机粘结材料，包括酚醛树脂、呋喃树脂、冷芯盒树脂等等，在制备和生产过程中释放的有毒有害成分对自然生态环境的构成很大的不利。近年来，随着环保要求的提高，一些无毒或低毒的粘结剂逐步被开发，特别是上世纪末的20年间，铸造工作者们先后开发了聚丙烯酸钠树脂粘结剂、聚乙烯醇水溶液粘结剂、有机酯气硬碱性甲阶酚醛树脂粘结剂、CO2硬化碱性酚醛树脂、有机酯硬化改性水玻璃粘结剂等。然而它们中的一些材料具有吸湿性强、强度低、再生困难等缺点，这些粘结剂系统没有很好地得到推广应用。因此，合理选用粘结剂体系，研发无毒、无害的铸造粘结剂，对改善铸造环境，促进铸造行业的发展是非常必要的。
铸造粘结剂与其他用途的粘结剂相异，其在经济、性能和环境等诸多地方均有它特有的条件。铸造粘结剂的使用大都是开放式的环境，粘结剂能很容易的和工人碰触，所以粘结剂必须无毒或低毒、无刺激性气味、无腐蚀性，与皮肤碰触的时候，不产生有害于皮肤的物质，并且在加热分解以后尽量少的生成有毒或易燃易爆的气体，垃圾屯放处的废弃砂中不能释放出对自然环境和水源有毒有害的物质。铸造用粘结剂的市场前景非常乐观，铸造用砂要不断的反复使用，这也就要求粘结剂必须容易清理、容易剔除掉及易再次使用。动物胶粘结剂的工作和工艺方面的性能必须适用于铸造生产的制做工艺和铸件质量的条件。并且粘结剂必须容易储运、价格低廉，但是现有的绿色粘结剂材料由于其干燥性能及湿压强度不佳，导致粘结剂材料使用受限，所以对其进行有效改性很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有型砂粘结剂材料干燥性能及湿压强度不佳，导致粘结剂材料使用受限的问题，提供了一种高湿压强度型砂粘结剂材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）按重量份数计，分别称量45～50份乙醇溶液、10～15份一氯乙酸、6～8份氢氧化钠、10～15份环氧丙烷和10～15份玉米淀粉置于搅拌机中，搅拌混合并收集浆液；
（2）将浆液置于三口烧瓶中，搅拌混合并通氮气排除空气，在氮气气氛下、55～60℃下保温反应，静置冷却至室温并调节pH至6.5，搅拌混合洗涤，收集乳液并过滤，真空冷冻干燥得改性淀粉颗粒；
（3）取菜籽粕并研磨过80目筛，得过筛颗粒并按重量份数计，分别称量55～60份去离子水、15～20份200目高炉矿渣、25～30份过筛颗粒、10～15份高锰酸钾、25～30份菜籽油、6～8份磷酸酐和15～20份改性淀粉颗粒置于搅拌机中，在55～60下搅拌混合；
（4）待搅拌混合完成后，静置冷却至室温，收集得混合物并按质量比1:8，将硫酸滴加至混合物中，待滴加完成后，搅拌混合，即可制备得所述的高湿压强度型砂粘结剂材料。
步骤（1）所述的乙醇溶液为质量分数90％乙醇溶液。
步骤（2）所述的氮气通入量为25～30mL/min。
步骤（4）所述的硫酸滴加速率为加速率为1～2mL/min。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明技术方案通过采用菜籽粕为原料，通过菜籽粕中含有的大量磷脂类物质遇水水化，在油中的溶解度降低，同时在热的作用下凝聚沉淀析出，降低其对粘结剂干燥性能的影响，同时，淀粉中糖类物质焦化析出，植物渣油中的糖类多，数为胶质多糖类，在加热时一部分凝聚成胶状物析出，可减少型芯的吸湿现象，同时其菜籽粕内部含有的蛋白质类物质加热时凝结析出，,可减少其易在粘结剂中沉淀分层并，影响干燥性能的有害作用，改善材料的粘结强度；
（2）本发明技术方案通过采用菜籽粕和改性淀粉为原料，经酸化处理，一部分糖类、蛋白质类等物质在酸的作用下，继续凝聚析出，一部分糖类、蛋白质类等物质改变结构，通过树脂化作用交联聚合成为大分子结构，增加其与植物油相溶性，以便在型芯的使用和烘干过程中作为有效成分，提高型芯的干拉强度或湿压强度，同时利用硫酸的强氧化性和强脱水性，蜡类、固醇类、不饱和脂肪酸类等物质会产生更多的羟基、羰基、羧基、双键等结构，这些结构在型芯烘干过程中进一步交联固化而成为网状结构，也成为粘结剂的有效成分，进一步改善材料的粘结性能。
具体实施方式
按重量份数计，分别称量45～50份质量分数90％乙醇溶液、10～15份一氯乙酸、6～8份氢氧化钠、10～15份环氧丙烷和10～15份玉米淀粉置于搅拌机中，搅拌混合并收集浆液，将浆液置于三口烧瓶中，搅拌混合并通氮气排除空气，控制氮气通入量为25～30mL/min，待通入完成后，再在氮气气氛下、55～60℃下保温反应6～8h，静置冷却至室温并用质量分数1％盐酸调节pH至6.5，搅拌混合并用质量分数90％无水乙醇冲洗3～5次，收集乳液并过滤，真空冷冻干燥得改性淀粉颗粒；取菜籽粕并研磨过80目筛，得过筛颗粒并按重量份数计，分别称量55～60份去离子水、15～20份200目高炉矿渣、25～30份过筛颗粒、10～15份高锰酸钾、25～30份菜籽油、6～8份磷酸酐和15～20份改性淀粉颗粒置于搅拌机中，在55～60下搅拌混合25～30min，静置冷却至室温，收集得混合物并按质量比1:8，将质量分数15％硫酸滴加至混合物中，控制滴加速率为1～2mL/min，待滴加完成后，搅拌混合25～30min，即可制备得所述的高湿压强度型砂粘结剂材料。
实例1
按重量份数计，分别称量45份质量分数90％乙醇溶液、10份一氯乙酸、6份氢氧化钠、10份环氧丙烷和10份玉米淀粉置于搅拌机中，搅拌混合并收集浆液，将浆液置于三口烧瓶中，搅拌混合并通氮气排除空气，控制氮气通入量为25mL/min，待通入完成后，再在氮气气氛下、55℃下保温反应6h，静置冷却至室温并用质量分数1％盐酸调节pH至6.5，搅拌混合并用质量分数90％无水乙醇冲洗3次，收集乳液并过滤，真空冷冻干燥得改性淀粉颗粒；取菜籽粕并研磨过80目筛，得过筛颗粒并按重量份数计，分别称量55份去离子水、15份200目高炉矿渣、25份过筛颗粒、10份高锰酸钾、25份菜籽油、6份磷酸酐和15份改性淀粉颗粒置于搅拌机中，在55下搅拌混合25min，静置冷却至室温，收集得混合物并按质量比1:8，将质量分数15％硫酸滴加至混合物中，控制滴加速率为1mL/min，待滴加完成后，搅拌混合25min，即可制备得所述的高湿压强度型砂粘结剂材料。
实例2
按重量份数计，分别称量47份质量分数90％乙醇溶液、12份一氯乙酸、7份氢氧化钠、12份环氧丙烷和12份玉米淀粉置于搅拌机中，搅拌混合并收集浆液，将浆液置于三口烧瓶中，搅拌混合并通氮气排除空气，控制氮气通入量为27mL/min，待通入完成后，再在氮气气氛下、57℃下保温反应7h，静置冷却至室温并用质量分数1％盐酸调节pH至6.5，搅拌混合并用质量分数90％无水乙醇冲洗4次，收集乳液并过滤，真空冷冻干燥得改性淀粉颗粒；取菜籽粕并研磨过80目筛，得过筛颗粒并按重量份数计，分别称量57份去离子水、17份200目高炉矿渣、27份过筛颗粒、12份高锰酸钾、27份菜籽油、7份磷酸酐和17份改性淀粉颗粒置于搅拌机中，在57下搅拌混合27min，静置冷却至室温，收集得混合物并按质量比1:8，将质量分数15％硫酸滴加至混合物中，控制滴加速率为2mL/min，待滴加完成后，搅拌混合27min，即可制备得所述的高湿压强度型砂粘结剂材料。
实例3
按重量份数计，分别称量50份质量分数90％乙醇溶液、15份一氯乙酸、8份氢氧化钠、15份环氧丙烷和15份玉米淀粉置于搅拌机中，搅拌混合并收集浆液，将浆液置于三口烧瓶中，搅拌混合并通氮气排除空气，控制氮气通入量为30mL/min，待通入完成后，再在氮气气氛下、60℃下保温反应8h，静置冷却至室温并用质量分数1％盐酸调节pH至6.5，搅拌混合并用质量分数90％无水乙醇冲洗5次，收集乳液并过滤，真空冷冻干燥得改性淀粉颗粒；取菜籽粕并研磨过80目筛，得过筛颗粒并按重量份数计，分别称量60份去离子水、20份200目高炉矿渣、30份过筛颗粒、15份高锰酸钾、30份菜籽油、8份磷酸酐和20份改性淀粉颗粒置于搅拌机中，在60下搅拌混合30min，静置冷却至室温，收集得混合物并按质量比1:8，将质量分数15％硫酸滴加至混合物中，控制滴加速率为2mL/min，待滴加完成后，搅拌混合30min，即可制备得所述的高湿压强度型砂粘结剂材料。
将本发明制备的实例1，2，3进行性能测试，具体测试结果如下表表1所示：
表1性能测试表
由上表可知，本发明制备的型砂粘结剂具有优异的粘结性能和湿压强度。

Claims (4)

1.一种高湿压强度型砂粘结剂材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，分别称量45～50份乙醇溶液、10～15份一氯乙酸、6～8份氢氧化钠、10～15份环氧丙烷和10～15份玉米淀粉置于搅拌机中，搅拌混合并收集浆液；
（2）将浆液置于三口烧瓶中，搅拌混合并通氮气排除空气，在氮气气氛下、55～60℃下保温反应，静置冷却至室温并调节pH至6.5，搅拌混合洗涤，收集乳液并过滤，真空冷冻干燥得改性淀粉颗粒；
（3）取菜籽粕并研磨过80目筛，得过筛颗粒并按重量份数计，分别称量55～60份去离子水、15～20份200目高炉矿渣、25～30份过筛颗粒、10～15份高锰酸钾、25～30份菜籽油、6～8份磷酸酐和15～20份改性淀粉颗粒置于搅拌机中，在55～60下搅拌混合；
（4）待搅拌混合完成后，静置冷却至室温，收集得混合物并按质量比1:8，将硫酸滴加至混合物中，待滴加完成后，搅拌混合，即可制备得所述的高湿压强度型砂粘结剂材料。
2.根据权利要求1所述的一种高湿压强度型砂粘结剂材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的乙醇溶液为质量分数90％乙醇溶液。
3.根据权利要求1所述的一种高湿压强度型砂粘结剂材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的氮气通入量为25～30mL/min。
4.根据权利要求1所述的一种高湿压强度型砂粘结剂材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的硫酸滴加速率为加速率为1～2mL/min。
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