CN109093062A - 一种纳米氧化钇改性的磷酸盐粘结剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米氧化钇改性的磷酸盐粘接剂及其制备方法。该纳米氧化钇改性的磷酸盐粘接剂有一下原料制备而成：工业磷酸57.96％～58.05％、氢氧化铝粉末11.67％～11.83％、硅酸1.029％～1.03％、硼酸1.372％～1.374％、轻质氧化镁2.058％～2.061％、氧化钇0.021％～0.086％、水25.72％～25.76％。制备过程中按特定顺序添加上述原料，加热搅拌直至反应完全，最后出料。所制备的纳米氧化钇改性的磷酸盐粘接剂在极少量的加入量下就能明显提高所制备砂样的强度。测试表明在2.5wt％所述磷酸盐粘接剂的加入量下，砂样即时强度最大可达1.71MPa，6h强度最大可达1.71MPa。

Description

一种纳米氧化钇改性的磷酸盐粘结剂及其制备方法
技术领域
本发明属于铸造行业领域，具体涉及到纳米氧化钇改性的磷酸盐粘结剂及其制备方法。
背景技术
磷酸盐粘结剂作为一种绿色环保的铸造无机粘结剂，它具有溃散性好，无色，无味的特点，能够明显减小对环境的污染，但相较于传统的有机树脂粘结剂其具有性能不稳定，抗吸湿性差等特点。对磷酸盐粘结剂的相关特性，对其进行改性处理，例如一些简单的酸类改性剂的添加，在一定程度上改善了磷酸盐粘结剂的性能，但对砂样强度的提高并不明显。为了达到与传统有机树脂粘结剂相同强度的使用要求，需要更多的磷酸盐粘结剂加入量。如何改性磷酸盐粘结剂，提高其强度来减少磷酸盐粘结剂的加入量，使之满足实际生产需要，是目前存在的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明致力于提供一种纳米氧化钇改性的磷酸盐粘结剂及其制备方法，本发明所制备的粘接剂相较于传统的磷酸盐粘结剂具有粘结强度高、稳定性好、抗湿性好的优点。
本发明采用纳米氧化钇改性粘结剂。氧化钇是一种稀土氧化物，其特点是不溶于水、不溶于碱、能够溶于酸。经测试，在极少的改性纳米氧化钇粘接剂加入量的情况下，所制备砂样的强度得到明显提高，在2.5wt％的磷酸盐粘结剂加入量下，砂样即时强度依然能达到1.71MPa，6h强度能达1.71MPa。产生上述效果的原因可能是：纳米氧化钇在酸性环境下溶解后形成钇离子，钇离子电价高，半径大，含钇离子及其它各种金属及非金属离子的粘结剂硬化后重新形成各种氧化物结晶体，不同氧化物晶体的结构，尺寸等不同，因此形成的是一种复杂的多元、多相、多晶体粘结体，这种晶体结构使得当晶体受到外力时，晶体滑移变形的阻力增加，因而晶体的强度增加，即使得上述改性粘接剂的性能得到提升。
本发明提供的改性磷酸盐粘接剂由以下质量百分比的原料制成：
工业磷酸57.96％～58.05％、氢氧化铝粉末11.67％～11.83％、硅酸1.029％～1.03％、硼酸1.372％～1.374％、轻质氧化镁2.058％～2.061％、氧化钇0.021％～0.086％、水25.72％～25.76％。
其中，工业磷酸浓度为85％，硅酸、硼酸与轻质氧化镁均为分析纯，纳米氧化钇为40nm球形氧化钇，使得其在酸性环境下溶解速度快。
本发明的另一目的在于提供上述改性磷酸盐粘接剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将磷酸加入反应釜中，边搅拌边加热至180～200℃；
2)加入硅酸粉末，继续加热搅拌至反应溶液透明；
3)加入纳米氧化钇粉末，继续加热搅拌至反应溶液透明；
4)将氢氧化铝粉末少量多次加入反应釜中，继续搅拌至反应溶液呈透明状；
5)加入硼酸粉末，继续加热搅拌至反应溶液透明；
6)加入水，加热搅拌至反应溶液温度恢复加水之前的温度；
7)将轻质氧化镁粉末少量多次加入反应釜中，继续加热搅拌至反应溶液透明；
8)加入水，继续加热搅拌至反应溶液透明清澈，出料。
上述步骤所述步骤6)加水量为原料中水量的三分之二，步骤8)中加水量为原料中水量的三分之一。
本发明的有益效果：
采用纳米氧化钇作为改性剂，在极少量的加入量下就能明显提高所制备砂样的强度。测试表明在2.5wt％所述磷酸盐粘接剂的加入量下，砂样即时强度提高34％以上，6小时存放强度提高达18％以上(见下面的实施例与对比例)。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明，本发明的内容完全不限于此。
实施例1
制备纳米氧化钇改性的磷酸盐粘结剂
原料配比：
85％工业磷酸338g、320目氢氧化铝粉末68g、硼酸8g、硅酸6g、轻质氧化镁12g、纳米氧化钇0.5g、纯净水150g。
制备步骤：
1.将磷酸加入三口反应釜中，开启搅拌器与加热器，缓慢加热至180～200℃；
2.加入硅酸粉末，继续加热搅拌至溶液透明；
3.加入纳米氧化钇粉末，继续加热搅拌至溶液透明；
4.将氢氧化铝粉末少量多次加入反应釜中，继续搅拌反应直至反应釜内溶液呈透明状；
5.加入硼酸粉末，继续加热搅拌至溶液透明；
6.加入100g纯净水，加热搅拌至溶液温度恢复加水之前的温度；
7.将轻质氧化镁粉末少量多次加入反应釜中，继续加热搅拌至溶液透明；
8.加入最后50g纯净水，继续加热搅拌至溶液透明清澈，出料。
实施例2
制备纳米氧化钇改性的磷酸盐粘结剂
原料配比：
85％工业磷酸338g、320目氢氧化铝粉末68g、硼酸8g、硅酸6g、氧化镁12g、纳米氧化钇0.25g、纯净水150g。
制备步骤同实施例1。
实施例3
制备纳米氧化钇改性的磷酸盐粘结剂
原料配比：85％工业磷酸338g、320目氢氧化铝粉末68g、硼酸8g、硅酸6g、轻质氧化镁12g、纳米氧化钇0.125g、纯净水150g。
制备步骤同实施例1。
对比实施例1
制备不使用纳米氧化钇改性的磷酸盐粘结剂
原料配比：
85％工业磷酸338g、320目氢氧化铝粉末68g、硼酸8g、硅酸6g、轻质氧化镁12g、纯净水150g。
制备步骤：
1.将磷酸加入三口反应釜中，开启搅拌器与加热器，缓慢加热至180～200℃；
2.将氢氧化铝粉末少量多次加入反应釜中，继续搅拌反应直至反应釜内溶液呈透明状；
3.加入硼酸粉末，继续加热搅拌至溶液透明；
4.加入硅酸粉末，继续加热搅拌至溶液透明；
5.加入100g纯净水，加热搅拌至溶液温度恢复加水之前的温度；
6.将轻质氧化镁粉末少量多次加入反应釜中，继续加热搅拌至溶液透明；
7.加入最后50g纯净水，继续加热搅拌至溶液透明清澈，出料。
实施例4
使用实施例1-3和对比实施例1所制备的磷酸盐粘接剂制备砂型并测试其性能
制样：
称取300g标准石英砂，再称取7.5g磷酸盐粘结剂加入300g标准石英砂中，充分搅拌均匀。将搅拌后的砂导入8字样模具中，使用微波加热5分钟，并记录制样时间。
性能测试：测试砂样硬化即时强度与6小时后强度(35％～40％RH恒湿库存放)并进行对比。
测试结果如下表所示：
表1实施例1粘接剂所制备砂型性能测试
表2实施例2粘接剂所制备砂型测试
表3实施例3粘接剂所制备砂型测试
表4对比实施例1粘接剂所制备砂型测试
从表1-4可以看出，实施例1-3所制备砂型的即时强度均值范围为1.63-1.71MPa，6h强度均值范围为1.52-1.71MPa，对比例1所制备砂型的即时强度均值为1.25MPa，6h强度均值为1.39MPa，对比而言，实施例1-3的两种强度均高于对比例1的强度，增幅较大。结果表明：加入极少量(2.5wt％)纳米氧化钇改性的磷酸盐粘结剂与未加入该材料改性的磷酸盐粘结剂相比较，砂样硬化即时强度与6小时后强度(35％～40％RH恒湿库存放)均有明显提升。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种纳米氧化钇改性的磷酸盐粘接剂，其特征在于，由以下质量百分比含量的原料制成：
工业磷酸57.96％～58.05％、氢氧化铝粉末11.67％～11.83％、硅酸1.029％～1.03％、硼酸1.372％～1.374％、轻质氧化镁2.058％～2.061％、氧化钇0.021％～0.086％、水25.72％～25.76％。
2.根据权利要求1所述的磷酸盐粘接剂，其特征在于：所述工业磷酸浓度为85％。
3.根据权利要求1所述的磷酸盐粘接剂，其特征在于：所述硅酸、硼酸与轻质氧化镁均为分析纯。
4.根据权利要求1所述的磷酸盐粘接剂，其特征在于：所述纳米氧化钇为40nm球形氧化钇。
5.一种权利要求1所述的磷酸盐粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将磷酸加入反应釜中，边搅拌边加热至180～200℃；
2)加入硅酸粉末，继续加热搅拌至反应溶液透明；
3)加入纳米氧化钇粉末，继续加热搅拌至反应溶液透明；
4)将氢氧化铝粉末少量多次加入反应釜中，继续搅拌至反应溶液呈透明状；
5)加入硼酸粉末，继续加热搅拌至反应溶液透明；
6)加入水，加热搅拌至反应溶液温度恢复加水之前的温度；
7)将轻质氧化镁粉末少量多次加入反应釜中，继续加热搅拌至反应溶液透明；
8)加入水，继续加热搅拌至反应溶液透明清澈，出料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤6)加水量为原料中水量的2/3；步骤8)中加水量为原料中水量的1/3。
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