CN110052572B - 一种用聚乙二醇改善铸造用水玻璃流动性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用聚乙二醇改善铸造用水玻璃流动性的方法，所述步骤为：以聚乙二醇作为改性剂加入至水玻璃溶液中进行反应，即可获得改性的水玻璃粘结剂；在相同的制备条件下，相比用未加聚乙二醇改性剂的水玻璃粘结剂，改性后的水玻璃粘结剂的流动性得到改善，常温抗拉强度也得到提高，常温抗弯强度有所降低；本发明的改性水玻璃粘结剂的流动性好，适用于砂型3DP制造。

Description

一种用聚乙二醇改善铸造用水玻璃流动性的方法
技术领域
本发明涉及一种用聚乙二醇改善铸造用水玻璃流动性的方法，属于砂型铸造用水玻璃粘结剂的改性技术领域。
背景技术
水玻璃作为砂型铸造用无机粘结剂，由于在铸造生产中几乎不存在发气问题，且资源丰富，成本低廉，在铸钢和铸铁生产中被广泛采用。但水玻璃砂强度、溃散性、流动性和回收利用率等性能较低，其应用范围受到很大限制。砂型铸造广泛采用的呋喃树脂、酚醛树脂等有机粘结剂，在铸造生产中遇热分解会释放大量气体，易造成铸件气孔缺陷，同时，气体中的甲醛、甲苯、苯酚、一氧化碳等有毒气体给环境和工人的身体健康带来不利影响。随着越来越严格的国家环境保护政策和法规的陆续出台，采用高性能铸造用无机粘结剂替代有机粘结剂的需求日益增强。另外，近十几年来，基于砂型增材制造的无模铸造技术为铸造行业由低效、高污染、高能耗向绿色、智能化生产转变提供了技术基础，其中的三维喷印（Three Dimensional Printing，3DP）技术具有较多优势，但其目前采用的主要还是呋喃树脂和酚醛树脂有机粘结剂。高性能的无机水玻璃粘结剂在砂型3DP制造中具有广阔的应用前景，有望成为新一代3DP用粘结剂。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种用聚乙二醇改善铸造用水玻璃流动性的方法，以解决现有技术中存在的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用聚乙二醇改善铸造用水玻璃流动性的方法，所述步骤为：以聚乙二醇作为改性剂加入至水玻璃溶液中进行反应，即可获得改性的水玻璃粘结剂，有效提高水玻璃粘结剂的流动性，获得改性的水玻璃粘结剂。
作为本发明的一种改进，具体步骤如下：
（1）对水玻璃进行预处理；
（2）在水玻璃中加入水，进行稀释；
（3）将稀释后的水玻璃溶液与聚乙二醇混合，搅拌至均匀，即可获得改性的水玻璃粘结剂。
作为本发明的一种改进，所述对步骤（1）中水玻璃进行预处理的步骤如下：
1）将水玻璃溶液在50-100℃下加热10-40min，边加热边搅拌；
2）将上述水玻璃溶液冷却至15-27℃，即得到经过预处理后的水玻璃。
作为本发明的一种改进，所述步骤（1）中水玻璃为硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂中任意一种及以上的组合。
作为本发明的一种改进，所述步骤（1）中水玻璃的模数为2.0-3.5。
作为本发明的一种改进，所述步骤（2）中，进行稀释后水玻璃溶液的密度为1.2-1.5g/ml。
作为本发明的一种改进，所述步骤（3）中聚乙二醇的分子量为200。
作为本发明的一种改进，所述步骤（3）中聚乙二醇加入量为稀释后水玻璃溶液0.6-1.4%。
由于采用了以上技术，本发明较现有技术相比，具有的有益效果如下：
本发明公开了一种用聚乙二醇改善铸造用水玻璃流动性的方法，聚乙二醇（PEG-200）化学式为HO(CH2CH2O)nH，是亲水性物质，在日用化学工业中用作保湿剂、无机盐增溶剂、粘度调节剂。在水玻璃溶液中加入聚乙二醇可使水玻璃溶液中的游离羟基增加，使水玻璃溶液中胶粒的聚合度降低。另外，聚乙二醇可以靠氢键或静电引力黏附在凝胶胶粒表面形成高分子保护层，改善水玻璃中硅酸凝胶胶粒的表面位能和溶剂化能力，阻止凝胶胶粒聚集长大，获得均匀细小的凝胶胶粒，进而提高水玻璃粘结剂的流动性。
本发明公开了一种用聚乙二醇改善铸造用水玻璃流动性的方法，改性后的水玻璃粘结剂的流动性得到改善，常温抗拉强度也得到提高，常温抗弯强度有所降低；本发明的改性水玻璃粘结剂的流动性好，适用于砂型3DP制造。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明。
实施例1：
对水玻璃进行预处理，步骤如下：
1）将水玻璃溶液在50℃下加热40min，边加热边搅拌；
2）将上述水玻璃溶液冷却至15℃，即得到经过预处理后的水玻璃溶液。
在环境温度为25℃下，称取经过预处理后的水玻璃溶液30g（模数为2.0）于玻璃烧杯中，加入水稀释至密度为1.2g/ml，再向其中加入分子量为200的聚乙二醇，加入量为稀释后水玻璃溶液质量的0.6%，搅拌至混合均匀。
以相对流动性作为流动性指标，相对流动性为一定体积去离子水在测量仪中流完时间与相同体积改性水玻璃溶液流完时间之比值，相对流动性越大表示流动性越好，测得改性水玻璃粘结剂的相对流动性为0.16，与相同条件下制备的未改性水玻璃砂相比提高5.0%。
强度试验样品的制备：原砂+改性水玻璃→搅拌5min→出砂，将水玻璃砂填入标准8字形和长条形模具后压平，脱模后放入150℃干燥箱中加热30min硬化，取出样品空冷至室温，再放置24h进一步硬化后，按国家行业标准JB/T 8583-2008进行性能试验，测得改性水玻璃砂的常温抗拉强度达到1.00MPa，常温抗弯强度达2.51MPa。与相同条件下制备的未改性水玻璃砂相比，分别提高13.6%和降低8.6%。
实施例2：
所述对步骤（1）中水玻璃进行预处理，步骤如下：
1）将水玻璃溶液在70℃下加热20min，边加热边搅拌；
2）将上述水玻璃溶液冷却至20℃，即得到经过预处理后的水玻璃溶液。
在环境温度为27℃下，称取经过预处理后的水玻璃30g（模数为2.8）于玻璃烧杯中，加入水稀释至密度为1.3g/ml，再向其中加入分子量为200的聚乙二醇，加入量为稀释后水玻璃溶液质量的1.0%，搅拌至混合均匀。
按实例1方法测得改性水玻璃粘结剂的相对流动性为0.17。与相同条件下制备的未改性水玻璃砂相比提高7.5%。
按实例1方法制备样品并测得改性水玻璃砂的常温抗拉强度达到0.88MPa；常温抗弯强度达2.84MPa，与相同条件下制备的未改性水玻璃砂相比，分别提高0.1%和降低9.7%。
实施例3：
所述对步骤（1）中水玻璃进行预处理，步骤如下：
1）将水玻璃溶液在100℃下加热10min，边加热边搅拌；
2）将上述水玻璃溶液冷却至27℃，即得到经过预处理后的水玻璃溶液。
在环境温度为27℃下，称取经过预处理后的水玻璃溶液30g（模数为3.5）于玻璃烧杯中，加入水稀释至密度为1.5g/ml，再向其中加入分子量为200的聚乙二醇，加入量为稀释后水玻璃溶液质量的1.4%，搅拌至混合均匀。
按实例1方法测得改性水玻璃粘结剂的相对流动性为0.16，与相同条件下制备的未改性水玻璃砂相比提高1.2%。
按实例1方法制备样品并测得改性水玻璃砂的常温抗拉强度达到1.18MPa，与相同条件下制备的未改性水玻璃砂相比，提高0.3%；常温抗弯强度达2.43MPa，与相同条件下制备的未改性水玻璃砂相比，降低19%。
上述实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围，即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用聚乙二醇改善铸造用水玻璃流动性的方法，其特征在于，步骤为：以分子量为200聚乙二醇作为改性剂加入至水玻璃溶液中进行反应，即可获得改性的水玻璃粘结剂；具体步骤如下：
（1）对水玻璃进行预处理；
（2）在水玻璃中加入水，进行稀释；
（3）将稀释后的水玻璃溶液与聚乙二醇混合，搅拌至均匀，即可获得改性的水玻璃粘结剂；
所述对步骤（1）中水玻璃进行预处理的步骤如下：
1）将水玻璃溶液在50-100℃下加热10-40min，边加热边搅拌；
2）将上述水玻璃溶液冷却至15-27℃，即得到经过预处理后的水玻璃；
所述步骤（2）中，进行稀释后水玻璃溶液的密度为1.2-1.5g/ml；
所述步骤（3）中聚乙二醇加入量为稀释后水玻璃溶液质量的0.6-1.4%；
所述步骤（1）中水玻璃为硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂中任意一种或两种以上的组合；
所述步骤（1）中水玻璃的模数为2.0-3.5。
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