CN110000330A - 一种铸造用无机粘结剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铸造用无机粘结剂，包括碱金属硅酸盐、表面活性剂、模数调节剂、防腐剂、改性剂和溶剂；所述碱金属硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂中的至少一种；所述表面活性剂为阴离子表面活性剂；所述模数调节剂为强碱；所述溶剂为去离子水；所述防腐剂为山梨酸钾、对羟基苯甲酸乙酯、对羟基苯甲酸丙酯、山梨酸中的一种或几种的组合；所述改性剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸氢二钾、糊精、二氧化硅中的一种或几种的组合；所述铸造用无机粘结剂为碱性水溶液。本发明为解决现有技术的不足，提供了一种铸造用无机粘结剂。本发明铸造3D喷墨打印用无机粘结剂具有低粘度、低发气量、低成本、低VOC排放量以及应用前景广泛的优点。
Description
技术领域
本发明涉及铸造辅助材料领域，具体涉及一种铸造用无机粘结剂。
背景技术
3D打印技术与机器人、互联网一起被称为第三次工业革命的主要标志。目前，已有部分工业级3D喷墨打印机应用于铸造生产服务，主要用于铸件的快速成型、翻制模具、打印模壳、砂芯等。
目前铸造企业普遍使用的铸造3D喷墨打印用粘结剂为有机树脂，如呋喃树脂和酚醛树脂。有机树脂粘结剂虽然具有优异的性能，但其居高不下的成本、树脂砂在使用过程中对环境的严重污染，及其过高的发气量在铸件质量控制方面的局限性等缺点，严重制约了有机树脂粘结剂在铸造3D喷墨打印领域的进一步发展。为了迎合高效、节能、环保的“绿色铸造”理念，开发出性能与有机树脂相当、环保无污染的新型铸造3D喷墨打印用粘结剂材料，已然成为了铸造工作者们的共识。
发明内容
本发明为解决现有技术的不足，提供了一种铸造用无机粘结剂，成功开发了用于铸造领域，具有低粘度、低发气量以及低VOC(挥发性有机化合物)排放量等优点的无机粘结剂产品，并公开了所述无机粘结剂产品的具体组成成分、制备方法以及应用方法。
为解决上述不足，本发明采用的技术方案为：
一种铸造用无机粘结剂，其特征在于，包括表面活性剂、模数调节剂、防腐剂、改性剂；所述质量百分比为：表面活性剂0.5％～1.5％、模数调节剂7％～17％、防腐剂0.5％～1.5％、改性剂5％～15％。
进一步，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂。
进一步，所述阴离子表面活性剂为脂肪醇酰硫酸钠、乙氧基化脂肪酸甲酯磺酸钠、仲烷基磺酸钠、醇醚羧酸盐以及醇醚磷酸盐中的一种或几种的组合。
进一步，所述模数调节剂为强碱。
进一步，所述防腐剂为山梨酸钾、对羟基苯甲酸乙酯、对羟基苯甲酸丙酯、山梨酸中的一种或几种的组合。
进一步，所述改性剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸氢二钾、糊精、二氧化硅中的一种或几种的组合。
进一步，所述铸造用无机粘结剂包括碱金属硅酸盐和溶剂；所述碱金属硅酸盐的质量百分比为25％～55％；所述溶剂的质量百分比为21％～51％。
进一步，所述溶剂为去离子水
进一步，所述碱金属硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂中的一种或几种的组合。
进一步，所述铸造用无机粘结剂为碱性水溶液，pH值≥12.0。
进一步，所述铸造用无机粘结剂25℃粘度≤12.0mpa.s、发气量≤4ml/g、VOC 排放量≤5ppm。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明铸造用无机粘结剂25℃粘度≤12.0mpa.s，粘度低，满足铸造技术要求。
(2)本发明铸造用无机粘结剂打印生产的砂型发气量低于4ml/g，远低于铸造3D喷墨打印用呋喃树脂和酚醛树脂打印生产砂型12ml/g～18ml/g的发气量水平，在轻质合金铸件质量控制方面优势明显。
(3)本发明铸造用无机粘结剂在打印生产过程中VOC排放量≤5ppm，同条件下，铸造3D喷墨打印用呋喃树脂和酚醛树脂在打印生产过程中的VOC排放量高达30～40ppm，该铸造3D喷墨打印用无机粘结剂具有环保优势。
(4)本发明铸造用无机粘结剂相比于有机树脂粘结剂成本更低，推广应用前景广阔。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关实施方式对本发明进行更全面的描述。实施例中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如上述发明要点所述铸造用无机粘结剂具体实施方式如下：
①将所述碱金属硅酸盐和所述的溶剂用真空泵抽入搪瓷反应釜中，启动搅拌并开始升温，温度升至95～105℃，计时搅拌45～60min。
②将所述模数调节剂用真空泵抽入搪瓷反应釜中，95～105℃保温搅拌反应30～45min。
③将所述改性剂用真空泵抽入搪瓷反应釜中，温度升至120～125℃，搅拌反应60～90min。
④降温至35～40℃，加入所述表面活性剂和所述防腐剂，继续搅拌 30～40min。
降温至20～25℃，检测、包装，即得铸造3D喷墨打印用无机粘结剂产品。
具体实施方式：
实施例1
①将40％质量分数的所述的碱金属硅酸盐和36％质量分数的所述溶剂用真空泵抽入搪瓷反应釜中，启动搅拌并开始升温，温度升至95～105℃，计时搅拌45～60min。
②将12％质量分数的所述模数调节剂用真空泵抽入搪瓷反应釜中， 95～105℃保温搅拌反应30～45min。
③将10％质量分数的所述改性剂用真空泵抽入搪瓷反应釜中，温度升至 120～125℃，搅拌反应60～90min。
④降温至35～40℃，加入1％质量分数的所述表面活性剂和1％质量分数的所述防腐剂，继续搅拌30～40min。
⑤降温至20～25℃，检测、包装，即得新型铸造3D喷墨打印用无机粘结剂产品。
该铸造用无机粘结剂25℃粘度为10.4mpa.s，打印生产的砂型(芯)发气量为3.2ml/g，打印生产过程中VOC排放量为3.5ppm。
实施例2
①将38％质量分数的所述碱金属硅酸盐和33％质量分数的所述溶剂用真空泵抽入搪瓷反应釜中，启动搅拌并开始升温，温度升至95～105℃，计时搅拌 45～60min。
②将15％质量分数的所述模数调节剂用真空泵抽入搪瓷反应釜中， 95～105℃保温搅拌反应30～45min。
③将12％质量分数的所述改性剂用真空泵抽入搪瓷反应釜中，温度升至120～125℃，搅拌反应60～90min。
④降温至35～40℃，加入0.8％质量分数的所述表面活性剂和1.2％质量分数的所述防腐剂，继续搅拌30～40min。
⑤降温至20～25℃，检测、包装，即得新型铸造3D喷墨打印用无机粘结剂产品。
该铸造用无机粘结剂25℃粘度为9.7mpa.s，打印生产的砂型(芯)发气量为2.9ml/g，打印生产过程中VOC排放量为2.7ppm。
实施例3
①将42％质量分数的所述碱金属硅酸盐和39％质量分数的所述溶剂用真空泵抽入搪瓷反应釜中，启动搅拌并开始升温，温度升至95～105℃，计时搅拌 45～60min。
②将10％质量分数的所述模数调节剂用真空泵抽入搪瓷反应釜中， 95～105℃保温搅拌反应30～45min。
③将6.9％质量分数的所述改性剂用真空泵抽入搪瓷反应釜中，温度升至 120～125℃，搅拌反应60～90min。
④降温至35～40℃，加入1.4％质量分数的所述表面活性剂和0.7％质量分数的所述防腐剂，继续搅拌30～40min。
⑤降温至20～25℃，检测、包装，即得新型铸造3D喷墨打印用无机粘结剂产品。
该铸造用无机粘结剂25℃粘度为11.3mpa.s，打印生产的砂型(芯)发气量为3.7ml/g，打印生产过程中VOC排放量为2.1ppm。
实施例4
①将43％质量分数的所述碱金属硅酸盐和40％质量分数的所述溶剂用真空泵抽入搪瓷反应釜中，启动搅拌并开始升温，温度升至95～105℃，计时搅拌 45～60min。
②将9％质量分数的所述模数调节剂用真空泵抽入搪瓷反应釜中， 95～105℃保温搅拌反应30～45min。
③将6％质量分数的所述改性剂用真空泵抽入搪瓷反应釜中，温度升至 120～125℃，搅拌反应60～90min。
④降温至35～40℃，加入1.1％质量分数的所述表面活性剂和0.9％质量分数的所述防腐剂，继续搅拌30～40min。
⑤降温至20～25℃，检测、包装，即得新型铸造3D喷墨打印用无机粘结剂产品。
该铸造用无机粘结剂25℃粘度为9.1mpa.s，打印生产的砂型(芯)发气量为2.9ml/g，打印生产过程中VOC排放量为3.1ppm。
实施例5
①将35％质量分数的所述碱金属硅酸盐和42％质量分数的所述溶剂用真空泵抽入搪瓷反应釜中，启动搅拌并开始升温，温度升至95～105℃，计时搅拌 45～60min。
②将11％质量分数的所述模数调节剂用真空泵抽入搪瓷反应釜中， 95～105℃保温搅拌反应30～45min。
③将10％质量分数的所述改性剂用真空泵抽入搪瓷反应釜中，温度升至 120～125℃，搅拌反应60～90min。
④降温至35～40℃，加入0.7％质量分数的所述表面活性剂和1.3％质量分数的所述防腐剂，继续搅拌30～40min。
⑤降温至20～25℃，检测、包装，即得新型铸造3D喷墨打印用无机粘结剂产品。
该铸造用无机粘结剂25℃粘度为8.6mpa.s，打印生产的砂型(芯)发气量为2.0ml/g，打印生产过程中VOC排放量为3.7ppm。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。。
Claims (10)
1.一种铸造用无机粘结剂，其特征在于，包括表面活性剂、模数调节剂、防腐剂、改性剂；所述质量百分比为：表面活性剂0.5％～1.5％、模数调节剂7％～17％、防腐剂0.5％～1.5％、改性剂5％～15％。
2.根据权利要求1所述的铸造用无机粘结剂，其特征在于，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂。
3.根据权利要求2所述的铸造用无机粘结剂，其特征在于，所述阴离子表面活性剂为脂肪醇酰硫酸钠、乙氧基化脂肪酸甲酯磺酸钠、仲烷基磺酸钠、醇醚羧酸盐以及醇醚磷酸盐中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的铸造用无机粘结剂，其特征在于，所述模数调节剂为强碱。
5.根据权利要求1所述的铸造用无机粘结剂，其特征在于，所述防腐剂为山梨酸钾、对羟基苯甲酸乙酯、对羟基苯甲酸丙酯、山梨酸中的一种或几种的组合。
6.根据权利要求1所述的铸造用无机粘结剂，其特征在于，所述改性剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、磷酸氢二钾、糊精、二氧化硅中的一种或几种的组合。
7.根据权利要求1所述的铸造用无机粘结剂，其特征在于，所述铸造用无机粘结剂包括碱金属硅酸盐和溶剂；所述碱金属硅酸盐的质量百分比为25％～55％；所述溶剂的质量百分比为21％～51％。
8.根据权利要求7所述的铸造用无机粘结剂，其特征在于，所述碱金属硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂中的一种或几种的组合。
9.根据权利要求1至8所述的铸造用无机粘结剂，其特征在于，所述铸造用无机粘结剂为碱性水溶液，pH值≥12.0。
10.根据权利要求9所述的铸造用无机粘结剂，其特征在于，所述铸造用无机粘结剂25℃粘度≤12.0mpa.s、发气量≤4ml/g、VOC排放量≤5ppm。
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