CN109454200A - 一种磷酸盐粘结剂用液体固化剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磷酸盐粘结剂用液体固化剂及其应用。所述固化剂包含两个组分：组分一为硅烷偶联剂，占比45.16％～55.17％；组分二由水、柠檬酸组成，占比44.83％～54.84％，其中组分二中柠檬酸占比9.68％‑17.24％，水占比27.59％‑45.16％。本发明所制得的液体固化剂原料来源广泛、成本低廉、制备及使用工艺简单，用于自硬砂生产型砂可使用时间长、脱模时间短，用于冷芯盒吹气硬化，所用压缩空气成本低，绿色环保无污染。
Description
技术领域
本发明涉及铸造行业中的造型(芯)材料领域，具体指一种磷酸盐粘结剂用液体固化剂及其制备方法和使用方法。
背景技术
铸造业是高能耗、高污染的行业。铸造行业耗能占机械工业总耗能约1/3。目前我国的铸造业产量虽然居于世界第一，但污染控制技术及设施等相对落后，三废排放量是一些工业发达国家十倍之多，其中废气污染很大一部分是来自于有机树脂粘结剂热解，在新政策、新环境下，传统的铸造企业面临转型升级的阵痛，许多企业正积极寻求一种可以替代传统有机树脂砂的新型无机粘结剂。
但传统的无机粘结剂，如粘土、水玻璃等由于造型强度低或浇注后溃散性差等各种问题在实际应用效果均不甚理想。相比于传统的有机树脂粘结剂，磷酸盐无机粘结剂的优点在于强度高、发气量低、溃散性好且绿色环保无污染等优点，使之具有非常高的应用价值及宽广的应用前景。目前磷酸盐粘结剂砂固化方式主要为热硬和自硬两种，通过热硬方式所制得的砂型(芯)虽然强度较高，但受环境制约，随环境温湿度变化强度波动极大且抗吸湿性差。而传统磷酸盐粘结剂自硬用的固化剂大多都是粉状固化剂，这在实际使用过程中存在加入量不易控制、扬尘等问题，而且磷酸盐粘结剂自硬砂强度较低，砂型(芯)存放稳定性较差。基于以上技术背景，制备出一种应用于磷酸盐自硬砂的新型液体固化剂。
发明内容
本发明目的在于研制出一种用于磷酸盐粘结剂的液体固化剂，以代替目前现有的粉状固化剂，解决粉状固化剂在制备砂型(芯)过程中自动加料控制难度大、易扬尘以及砂型(芯)脱模时间长、强度不高、稳定较差等技术难题。
本发明的技术方案可以通过以下技术措施来实现：
一种磷酸盐粘结剂用液体固化剂，包括以下组分：
组分一45.16％～55.17％、
组分二44.83％～54.84％；
其中组分一由硅烷偶联剂组成，组分二由柠檬酸及水组成，组分二中柠檬酸占比9.68％-17.24％，水占比27.59％-45.16％。
优选地，所述水为普通自来水。
优选地，所述硅烷偶联剂为KH-550。
优选地，所述柠檬酸为分析纯级。
本发明还提供了上述磷酸盐粘结剂用液体固化剂在铸造砂型制备中的应用，包括如下步骤：
(1)将柠檬酸溶于水中充分搅拌至无色透明，得到组分二，备用；
(2)称取原砂、磷酸盐粘结剂和占磷酸盐粘结剂质量24％-36％的组分一及占磷酸盐粘结剂质量26％-34％的组分二备用；
(3)先将组分二在常温下与磷酸盐粘结剂混合搅拌均匀备用，然后使组分一与原砂混合均匀，接着加入磷酸盐粘结剂与组分二的混合液混合均匀后出砂；
(4)将混合均匀的砂料用于造型，吹压缩空气2-7min硬化，脱模存放。
优选地，步骤(3)混合均匀的砂料造型后，吹压缩空气2～3分钟获得脱模硬度后，可采取继续存放至少24小时或者继续吹压缩空气3～5分钟的方式获得使用强度。
本发明磷酸盐粘结剂用液体固化剂中主要成分为硅烷偶联剂和柠檬酸，KH550硅烷偶联剂，是氨基官能团硅烷，呈碱性，即3-氨基丙基三乙氧基硅烷，分子式为H2NCH2CH2CH2Si(OC2H5)3，其中—Si(OC2H5)3基团水解后生成—Si(OH)3的基团，本发明所采用的粘结剂为酸性磷酸盐粘结剂，主要化学式为Al—(H2PO4)3，当硅烷偶联剂加入量达到粘结剂质量的24％-36％时，两者在室温下发生聚合反应，形成含P—O—Si基团的聚合物，并在吹入压缩空气的情况下形成碳酸盐加快反应速度，使试样具有一定初始强度，存放过程中，聚合反应逐步完成，试样强度逐渐提高，达到峰值，并且具有良好的抗吸湿性能；组分二中水性可溶的柠檬酸溶于水形成易于稳定保存的水溶液，常温下与粘结剂混合后再加入型砂中能够起到双重作用：一方面能够减缓型砂存放中与空气的化学反应，大大延长了型砂可使用时间，另一方面与硅烷偶联剂反应可以生成含B—O—Si基团的胶状物，使得砂粒间结合更紧密，进一步提高试样强度；组分二中的水分一方面作为柠檬酸的溶剂，可以溶解柠檬酸，另一方面可以稀释磷酸盐粘结剂，减缓混砂过程中的化学反应，延长型砂可使用时间，在混砂过程中可使各组分更加均匀地包裹于砂粒表面，使制得的试样内部强度更均匀。
具体实施方式
为使本发明更加容易理解，下面将进一步阐述本发明的具体实施例，所用磷酸盐粘结剂化学成分为：85％工业磷酸75.33％，氢氧化铝粉末15.25％，硼酸2.69％，碳酸镁6.73％。
实施例1
1)称取100g自来水，柠檬酸40g备用；
2)将1)中的40g柠檬酸与100g水加入反应釜中，开动搅拌器，搅拌均匀后出料得到无色透明的柠檬酸水溶液；
3)称取6g硅烷偶联剂备用；
4)称取1000g原砂、25g的磷酸盐粘结剂、7g柠檬酸水溶液备用；
5)将称好的柠檬酸水溶液与磷酸盐粘结剂混合均匀备用；
6)先在混砂机中将硅烷偶联剂与原砂搅拌混砂至均匀，然后继续加入步骤5)所得磷酸盐粘结剂与柠檬酸水溶液的混合溶液混砂至均匀后出砂(加料过程中不停机)。
7)向“8”字试样模具内填砂，吹入压缩空气3min，取模存放。
实施例2
1)称取100g自来水，柠檬酸62.5g备用；
2)将1)中的62.5g柠檬酸与100g水加入反应釜中，开动搅拌器，搅拌均匀后出料得到无色透明的柠檬酸水溶液；
3)称取8g硅烷偶联剂备用；
4)称取1000g原砂、25g的磷酸盐粘结剂、6.5g柠檬酸水溶液备用；
5)将称好的柠檬酸水溶液与磷酸盐粘结剂混合均匀备用；
6)先在混砂机中将硅烷偶联剂与原砂搅拌混砂至均匀，然后继续加入步骤5)所得磷酸盐粘结剂与柠檬酸水溶液的混合溶液混砂至均匀后出砂(加料过程中不停机)；
7)向“8”字试样模具内填砂，吹入压缩空气2min，取模存放。
实施例3
1)称取100g自来水，柠檬酸21.43g备用；
2)将1)中的21.43g柠檬酸与100g水加入反应釜中，开动搅拌器，搅拌均匀后出料；
3)称取7g硅烷偶联剂备用；
4)称取1000g原砂、25g的磷酸盐粘结剂、8.5g柠檬酸水溶液备用；
5)先将称好的柠檬酸水溶液与粘结剂混合均匀备用；
6)先在混砂机中将硅烷偶联剂与原砂搅拌混砂至均匀，然后继续加入磷酸盐粘结剂与柠檬酸水溶液的混合溶液混砂至均匀后出砂(加料过程中不停机)；
7)向“8”字试样模具内填砂，吹入压缩空气7min，取模。
实施例4
1)称取100g自来水，柠檬酸33.33g备用；
2)将1)中的33.33g柠檬酸与100g水加入反应釜中，开动搅拌器，搅拌均匀后出料；
3)称取9g硅烷偶联剂备用；
4)称取1000g原砂、25g的磷酸盐粘结剂、8g柠檬酸水溶液备用；
5)将称好的柠檬酸水溶液与粘结剂混合均匀备用；
6)先在混砂机中将硅烷偶联剂与原砂搅拌混砂至均匀，然后继续加入磷酸盐粘结剂与柠檬酸水溶液的混合溶液搅拌至均匀后出砂(加料过程中不停机)。
7)向“8”字试样模具内填砂，吹入压缩空气6min，取模。
对比例
对比例使用传统碱金属类粉状固化剂制作砂型(芯)：称取原砂1000g，磷酸盐粘结剂25g，2.5g电熔镁砂粉用作固化剂备用。将原砂与所述固化剂混合搅拌90s，加入磷酸盐粘结剂搅拌60s后出砂，倒入标准8字形模具中制备砂样，硬化30min后起模，硬化后脱模存放。
型砂性能测试
将实施例1～4及对比例所得砂样在20-35℃、湿度范围25-60％RH条件下进行存放，每隔24小时测试一次抗拉强度，测试结果如下表1所示。
表1砂样抗拉强度测试结果
从性能测试结果来看，与对比例比较，本发明所得液体固化剂采用自硬方式使试样固化至脱模硬度后脱模存放，24小时强度接近1MPa，冷芯盒方式固化，吹气6-7min试样抗拉强度达到0.8-0.9MPa，两种方式的试样均可以直接用于浇注，对比例中自硬化试样24h抗拉强度仅0.5MPa；从存放48h、72h、96h的数据来看，本发明所得的试样都具有良好的存放稳定性。
综上，本发明所制得的磷酸盐粘结剂用液体固化剂原料来源广泛、成本低廉、制备及使用工艺简单，用于自硬砂生产型砂可使用时间长、脱模时间短，用于冷芯盒吹气硬化，所用压缩空气成本低，绿色环保无污染。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.一种磷酸盐粘结剂用液体固化剂，其特征在于，包括以下组分：
组分一 45.16％～55.17％、
组分二 44.83％～54.84％；
其中组分一由硅烷偶联剂组成，组分二由柠檬酸及水组成，组分二中柠檬酸占比9.68％-17.24％，水占比27.59％-45.16％。
2.根据权利要求1所述的磷酸盐粘结剂用液体固化剂，其特征在于，所述水为普通自来水。
3.根据权利要求1所述的磷酸盐粘结剂用液体固化剂，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH-550。
4.根据权利要求1所述的磷酸盐粘结剂用液体固化剂，其特征在于，所述柠檬酸为分析纯级。
5.如权利要求1～4任一项所述磷酸盐粘结剂用液体固化剂在铸造砂型制备中的应用，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将柠檬酸溶于水中充分搅拌至无色透明，得到组分二，备用；
(2)称取原砂、磷酸盐粘结剂和占磷酸盐粘结剂重量24％-36％的组分一及占磷酸盐粘结剂重量26％-34％的组分二备用；
(3)先将组分二在常温下与磷酸盐粘结剂混合搅拌均匀备用，然后使组分一与原砂混合均匀，接着加入磷酸盐粘结剂与组分二的混合液混合均匀后出砂；
(4)将混合均匀的砂料用于造型，吹压缩空气2-7min硬化，脱模存放。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，步骤(3)混合均匀的砂料造型后，吹压缩空气2～3分钟获得脱模硬度后，可采取继续存放至少24小时或者继续吹压缩空气3～5分钟的方式获得使用强度。
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