CN113336470B

CN113336470B - 一种无机粘结剂用复合型浆状固化剂及其制备方法

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Publication number: CN113336470B
Application number: CN202110683818.8A
Authority: CN
Inventors: 方建涛; 张宏凯; 何龙
Original assignee: Kocel Chemicals Co ltd
Current assignee: Shared New Materials Shandong Co ltd
Priority date: 2021-06-23
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2022-09-09
Anticipated expiration: 2041-06-23
Also published as: CN113336470A

Abstract

本发明涉及一种无机粘结剂用复合型浆状固化剂,化学成分按照质量百分比含量为：γ‑丁内酯12％‑18％、碳酸丙烯酯9％‑15％、乙二醇单醋酸酯12％‑18％、乙二醇二醋酸酯7％‑13％、微硅灰粉18％‑22％、硬化促进剂3％‑7％、氟硅酸盐17％‑23％、消泡剂0.5％‑1.5％、悬浮剂0.5％‑1.5％、抗吸湿剂0.5％‑1.5％。生产步骤包括将γ‑丁内酯、碳酸丙烯酯用真空泵抽入搪瓷反应釜，启动搅拌，搅拌30‑50min；加入乙二醇单醋酸酯、乙二醇二醋酸酯，继续搅拌30‑50min；加入微硅灰粉、氟硅酸盐，继续搅拌30‑50min；加入硬化促进剂、消泡剂、悬浮剂、抗吸湿剂，继续搅拌30‑50min。本发明复合型浆状固化剂与无机粘结剂配合使用，可有效提升3D打印砂型/芯的常温强度和高温强度，延长砂型/芯保存周期，改善作业现场环境。

Description

一种无机粘结剂用复合型浆状固化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及铸造辅助材料技术领域，具体涉及一种无机粘结剂用复合型浆状固化剂及其制备方法。

背景技术

传统意义上的铸造产品制造，多是采用模具将化学成分成型为毛坯，而后采用机加工等方法去除多余材料，成型为要求尺寸的部件，可称为“减材制造法”。三维打印(3DP)由E.Sachs等人于1992年提出，是根据喷墨打印机原理，从喷嘴喷射出材料微滴，按一定路径逐层固化成型。通俗来讲，是通过材料的逐层添加制造出三维产品实体，定义为“增材制造”法。

3D打印技术具有节材、高效、设计自由化等优势，在欧美已经有30年左右的发展历史，现已经深度介入到工业制造领域。在铸造行业国内运用3D打印技术，打印的砂芯、模壳已经开始批量化生产、使用。现有的3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂生产的砂型/芯，因为碱性催化而引起与硅酸盐胶态分子团的解聚相似的成核解聚过程，易发生粉化现象，产品保存周期短，作业现场气味大，强度低，在浇铸时易发生粘砂、塌箱现象；为了保证砂型/芯具有适宜的可使用时间，需要不时的更换固化剂种类，或者更换作业环境条件，操作繁琐且效果不稳定。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，通技术创新，成功开发一种复合型浆状固化剂，与无机粘结剂配合使用，可有效提升3D打印砂型/芯的常温强度和高温强度，延长砂型/芯保存周期，改善作业现场环境。

本发明的技术方案是：

一种无机粘结剂用复合型浆状固化剂,化学成分按照质量百分比含量为：γ-丁内酯12％-18％、碳酸丙烯酯9％-15％、乙二醇单醋酸酯12％-18％、乙二醇二醋酸酯7％-13％、微硅灰粉18％-22％、硬化促进剂3％-7％、氟硅酸盐17％-23％、消泡剂0.5％-1.5％、悬浮剂0.5％-1.5％、抗吸湿剂0.5％-1.5％。

进一步的，所述硬化促进剂为氧化锌、氧化铝、氧化镁中的一种或多种组合。

进一步的，所述氟硅酸盐为氟硅酸钠、氟硅酸镁、氟硅酸钾、氟硅酸铝中的一种或多种组合。

进一步的，所述消泡剂为聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷、乳化硅油、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚中的一种或多种组合。

进一步的，所述悬浮剂为羟丙基甲基纤维素醚、钠基膨润土、锂基膨润土、有机膨润土中的一种或多种组合。

进一步的，所述抗吸湿剂为碳酸锂、碳酸钙、碳酸锌中的一种或多种组合。

一种无机粘结剂用复合型浆状固化剂的制备方法，包括如下步骤：

S1.将γ-丁内酯、碳酸丙烯酯用真空泵抽入搪瓷反应釜，启动搅拌，搅拌30-50min；

S2.加入乙二醇单醋酸酯、乙二醇二醋酸酯，继续搅拌30-50min；

S3.加入微硅灰粉、氟硅酸盐，继续搅拌30-50min；

S4.加入硬化促进剂、消泡剂、悬浮剂、抗吸湿剂，继续搅拌30-50min；

S5.检测、包装。

本发明的有益效果在于：

(1)使用该复合型浆状固化剂，3D打印砂型/芯的强度性能优异，24H常温抗拉强度≥1.1MPa，100℃高温抗拉强度≥1.5MPa，有效解决因强度低导致的粘砂、塌箱缺陷；强度稳定，常温放置7天强度衰减＜2％，可使用时间t＝2-5min，能满足快速成型需求。3D砂型打印无机粘结剂用常规液体固化剂配合相同的无机粘结剂使用，24H常温抗拉强度仅为0.46MPa，100℃高温抗拉强度仅为0.58MPa，强度衰减快，常温放置7天强度衰减25％。

(2)该复合型浆状固化剂中加入碳酸盐类抗吸湿剂，在复合型浆状固化剂与无机粘结剂配合使用过程中，形成相对不溶的碳酸盐和硅酸盐，并减少游离的金属离子，避免无机粘结剂重新发生水合作用，有效提高3D打印砂型/芯的抗湿性能。

(3)该复合型浆状固化剂不含刺激类物质，无刺鼻气味，能有效改善现场作业环境。

(4)该复合型浆状固化剂大大缩短砂型/芯硬化时间，硬透性好，有效提升工作效率。

附图说明

无

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

所述无机粘结剂用复合型浆状固化剂中添加粉末状化学成分与液体化学成分配合反应得到复合型浆状固化剂；添加碳酸丙烯酯、乙二醇单醋酸酯、乙二醇二醋酸酯的目的是调整催化活性，使得3D打印砂型/芯可使用时间t＝2-5min，有效满足快速成型需求；添加硬化促进剂的目的是在无机粘结剂中能够形成多元复合网状结构，提高3D打印砂型/芯强度。

在本发明的实施例中，所述硬化促进剂为氧化锌、氧化铝、氧化镁中的一种或多种组合。

在本发明的实施例中，所述氟硅酸盐为氟硅酸钠、氟硅酸镁、氟硅酸钾、氟硅酸铝中的一种或多种组合。

在本发明的实施例中，所述消泡剂为聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷、乳化硅油、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚中的一种或多种组合。

在本发明的实施例中，所述悬浮剂为羟丙基甲基纤维素醚、钠基膨润土、锂基膨润土、有机膨润土中的一种或多种组合。

在本发明的实施例中，所述抗吸湿剂为碳酸锂、碳酸钙、碳酸锌中的一种或多种组合。

S3.加入微硅灰粉、氟硅酸盐，继续搅拌30-50min；

S5.检测、包装。

实施例一

一种无机粘结剂用复合型浆状固化剂,化学成分及其质量百分比含量为：15％γ-丁内酯、12％碳酸丙烯酯、15％乙二醇单醋酸酯、10％乙二醇二醋酸酯、20％微硅灰粉、5％硬化促进剂、20％氟硅酸盐、1％消泡剂、1％悬浮剂和1％抗吸湿剂。

S1.将15％质量分数的γ-丁内酯、12％质量分数的碳酸丙烯酯用真空泵抽入搪瓷反应釜，启动搅拌，搅拌30min；

S2.加入15％质量分数的乙二醇单醋酸酯、10％质量分数的乙二醇二醋酸酯，继续搅拌30min；

S3.加入20％质量分数的微硅灰粉、20％质量分数的氟硅酸盐，继续搅拌30min；

S4.加入5％质量分数的硬化促进剂、1％质量分数的消泡剂、1％质量分数的悬浮剂、1％质量分数的抗吸湿剂，继续搅拌30min；

S5.检测、包装。

本实施例中的复合型浆状固化剂，配合无机粘结剂使用，砂型/芯24H常温抗拉强度1.3MPa，100℃高温强度1.7MPa，常温放置7天强度衰减1.5％，可使用时间3min。

实施例二

一种无机粘结剂用复合型浆状固化剂,化学成分及其质量百分比含量为：18％γ-丁内酯、9％碳酸丙烯酯、18％乙二醇单醋酸酯、7％乙二醇二醋酸酯、22％微硅灰粉、3％硬化促进剂、20％氟硅酸盐、1％消泡剂、0.5％悬浮剂和1.5％抗吸湿剂。

S1.将18％质量分数的γ-丁内酯、9％质量分数的碳酸丙烯酯用真空泵抽入搪瓷反应釜，启动搅拌，搅拌40min；

S2.加入18％质量分数的乙二醇单醋酸酯、7％质量分数的乙二醇二醋酸酯，继续搅拌35min；

S3.加入22％质量分数的微硅灰粉、20％质量分数的氟硅酸盐，继续搅拌40min；

S4.加入3％质量分数的硬化促进剂、1％质量分数的消泡剂、0.5％质量分数的悬浮剂、1.5％质量分数的抗吸湿剂，继续搅拌50min；

S5.检测、包装。

本实施例中的复合型浆状固化剂，配合无机粘结剂使用，砂型/芯24H常温抗拉强度1.4MPa，100℃高温强度1.5MPa，常温放置7天强度衰减1.2％，可使用时间3min。

实施例三

一种无机粘结剂用复合型浆状固化剂,化学成分及其质量百分比含量为：12％γ-丁内酯、12％碳酸丙烯酯、12％乙二醇单醋酸酯、13％乙二醇二醋酸酯、18％微硅灰粉、7％硬化促进剂、23％氟硅酸盐、1％消泡剂、1.5％悬浮剂和0.5％抗吸湿剂。

S1.将12％质量分数的γ-丁内酯、12％质量分数的碳酸丙烯酯用真空泵抽入搪瓷反应釜，启动搅拌，搅拌35min；

S2.加入12％质量分数的乙二醇单醋酸酯、13％质量分数的乙二醇二醋酸酯，继续搅拌35min；

S3.加入18％质量分数的微硅灰粉、23％质量分数的氟硅酸盐，继续搅拌35min；

S4.加入7％质量分数的硬化促进剂、1％质量分数的消泡剂、1.5％质量分数的悬浮剂、0.5％质量分数的抗吸湿剂，继续搅拌35min；

S5.检测、包装。

本实施例中的复合型浆状固化剂，配合无机粘结剂使用，砂型/芯24H常温抗拉强度1.1MPa，100℃高温强度1.7MPa，常温放置7天强度衰减1.5％，可使用时间3min。

实施例四

一种无机粘结剂用复合型浆状固化剂,化学成分及其质量百分比含量为：12％γ-丁内酯、15％碳酸丙烯酯、18％乙二醇单醋酸酯、10％乙二醇二醋酸酯、20％微硅灰粉、4％硬化促进剂、17％氟硅酸盐、1％消泡剂、1.5％悬浮剂和1.5％抗吸湿剂。

S1.将12％质量分数的γ-丁内酯、15％质量分数的碳酸丙烯酯用真空泵抽入搪瓷反应釜，启动搅拌，搅拌50min；

S2.加入18％质量分数的乙二醇单醋酸酯、10％质量分数的乙二醇二醋酸酯，继续搅拌30min；

S3.加入20％质量分数的微硅灰粉、17％质量分数的氟硅酸盐，继续搅拌40min；

S4.加入4％质量分数的硬化促进剂、1％质量分数的消泡剂、1.5％质量分数的悬浮剂、1.5％质量分数的抗吸湿剂，继续搅拌40min；

S5.检测、包装。

本实施例中的复合型浆状固化剂，配合无机粘结剂使用，砂型/芯24H常温抗拉强度1.2MPa，100℃高温强度1.6MPa，常温放置7天强度衰减1.2％，可使用时间5min。

实施例五

一种无机粘结剂用复合型浆状固化剂,化学成分及其质量百分比含量为：16％γ-丁内酯、10％碳酸丙烯酯、13％乙二醇单醋酸酯、11％乙二醇二醋酸酯、21％微硅灰粉、6％硬化促进剂、20％氟硅酸盐、1％消泡剂、1％悬浮剂和1％抗吸湿剂。

S1.将16％质量分数的γ-丁内酯、10％质量分数的碳酸丙烯酯用真空泵抽入搪瓷反应釜，启动搅拌，搅拌30min；

S2.加入13％质量分数的乙二醇单醋酸酯、11％质量分数的乙二醇二醋酸酯，继续搅拌35min；

S3.加入21％质量分数的微硅灰粉、20％质量分数的氟硅酸盐，继续搅拌40min；

S4.加入6％质量分数的硬化促进剂、1％质量分数的消泡剂、1％质量分数的悬浮剂、1％质量分数的抗吸湿剂，继续搅拌50min；

S5.检测、包装。

本实施例中的复合型浆状固化剂，配合无机粘结剂使用，砂型/芯24H常温抗拉强度1.2MPa，100℃高温强度1.7MPa，常温放置7天强度衰减1.5％，可使用时间4min。

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

1.一种无机粘结剂用复合型浆状固化剂,其特征在于，化学成分按照质量百分比含量为：γ-丁内酯12%-18%、碳酸丙烯酯9%-15%、乙二醇单醋酸酯12%-18%、乙二醇二醋酸酯7%-13%、微硅灰粉18%-22%、硬化促进剂3%-7%、氟硅酸盐17%-23%、消泡剂0.5%-1.5%、悬浮剂0.5%-1.5%、抗吸湿剂0.5%-1.5%；

所述硬化促进剂为氧化锌、氧化铝、氧化镁中的一种或多种组合；

所述悬浮剂为羟丙基甲基纤维素醚、钠基膨润土、锂基膨润土、有机膨润土中的一种或多种组合；

所述抗吸湿剂为碳酸锂、碳酸钙、碳酸锌中的一种或多种组合。

2.根据权利要求1所述的无机粘结剂用复合型浆状固化剂，其特征在于，所述氟硅酸盐为氟硅酸钠、氟硅酸镁、氟硅酸钾、氟硅酸铝中的一种或多种组合。

3.根据权利要求1所述的无机粘结剂用复合型浆状固化剂，其特征在于，所述消泡剂为聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷、乳化硅油、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚中的一种或多种组合。

4.一种如权利要求1-3任一所述无机粘结剂用复合型浆状固化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将γ-丁内酯、碳酸丙烯酯用真空泵抽入搪瓷反应釜，启动搅拌，搅拌30-50min；

加入乙二醇单醋酸酯、乙二醇二醋酸酯，继续搅拌30-50min；

加入微硅灰粉、氟硅酸盐，继续搅拌30-50min；

加入硬化促进剂、消泡剂、悬浮剂、抗吸湿剂，继续搅拌30-50min。