CN113953441B - 一种淀粉改性硅溶胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种淀粉改性硅溶胶及其制备方法，属于高精度金属熔模铸造技术领域。本发明硅溶胶包括以下重量份的原料制备而成：碱性硅溶胶120‑130份、改性淀粉10‑14份、草酸2‑5份、甲醛1‑3份、润湿剂1‑5份、消泡剂1‑3份、分散剂1‑3份、纤维填料1‑2份。本发明使用掺杂改性淀粉的硅溶胶制备熔模铸造用粘接剂，倒入融化金属时，淀粉燃烧完全，不产气泡，粘结性增强，最终所得型壳常温平均抗弯强度在6MPa以上，焙烧平均抗弯强度在10MPa以上，强度高，形变小，易脱模，铸件表面光滑，且工艺简单易行，生产成本低，适合大规模的推广和应用，具有广泛的经济效益。

Description

一种淀粉改性硅溶胶及其制备方法
技术领域
本发明属于高精度金属熔模铸造技术领域，具体涉及一种淀粉改性硅溶胶及其制备方法。
背景技术
熔模铸造通常是指易熔材料制成模样，在模样表面包覆耐火材料制成型壳，再将模样融化排出型壳，从而获得无分型面的铸造，经高温焙烧后即可填砂的浇筑方案，现有技术通常采用蜡质材料来制造，近年来，随着熔模精密铸造技术的发展，对精铸件的表面质量和尺寸精度要求越来越高，因此对涂料和壳型的质量提出了更高的要求，目前，国内外熔模精密铸造中所使用的涂料主要有水玻璃、硅溶胶、硅酸乙酯三种。
水玻璃价格便宜，但生产的精铸件表面质量较差，而且尺寸精度不高；硅酸乙酯涂料生产的铸件表面质量好，尺寸精度高，但价格昂贵，铸件成本高；综合考虑其性能和生产成本，在精密铸件陶瓷型壳的粘结剂主要选择硅溶胶粘结剂。
然而，采用传统硅溶胶作为粘接剂与粉料配制得到的面层浆料，存在湿强度较低、制成的模壳干燥速度慢，通常每一层需要干燥8-12小时，整个制壳工序生产周期一般为3-4天，约占全部生产周期的50％以上。由此可见，制壳生产周期的长短直接影响到企业的生产效率。
此外，由于采用传统硅溶胶作为粘接剂与粉料配制得到的浆料的湿强度较低，对干燥环境的要求也较高，尤其是对面层干燥环境更为严苛，通常只能在温度为24±2℃、湿度为60-70％、且无风的环境下干燥，稍微采用较激烈的干燥方式，则会造成面层开裂或脱落，导致最终浇注出来的铸件表面出现起皮、结疤、强度低等缺陷。
因此，随着熔模铸造技术的不断进步，现有的传统硅溶胶越来越不能满足实际铸造的需要，亟待对其进行改进。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种淀粉改性的硅溶胶，用于熔模铸造粘结剂时，所得浆料湿强度高，制品表面无气泡，光滑易脱模。
为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：
一种淀粉改性硅溶胶，包括以下重量份的原料制备而成：碱性硅溶胶120-130份、改性淀粉10-14份、草酸2-5份、甲醛1-3份、润湿剂1-5份、消泡剂1-3份、分散剂1-3份、纤维填料1-2份。
进一步的，所述碱性硅溶胶胶体粒径10-20nm，pH9-10，SiO2含量20-30％。
进一步的，所述改性淀粉是由以下方法制备得到：
(1)将淀粉按照料液比1kg：2L分散于蒸馏水中，30-40℃下水浴加热搅拌10-20min，然后用氢氧化钠溶液调节体系pH为9-10，加入混合液体积分数0.3-0.5％的双氧水磁力搅拌下反应30-60min，得到氧化淀粉溶液；
(2)将甲基硅酸钾粉末溶于去离子水中，制备得到质量浓度为1-5％甲基硅酸钾溶液；
(3)按照体积比1:5将甲基硅酸钾溶液在磁力搅拌下均匀分散于氧化淀粉溶液中，再加入混合溶液质量0.1-0.5％的水性聚氨酯树脂混合均匀，升温至80-85℃水浴加热1-2h，自然降温，得到改性淀粉。
其中，淀粉可以选择玉米淀粉也可以是小麦淀粉。
进一步的，所述润湿剂为JFC润湿剂。
进一步的，所述消泡剂为正辛醇。
进一步的，所述分散剂为羟丙基甲基纤维素。
进一步的，所述纤维填料为陶瓷纤维或者硅酸铝纤维，纤维直径7-9μm，长度3-5mm。
一种淀粉改性硅溶胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备改性淀粉：将淀粉按照料液比1kg：2L分散于蒸馏水中，30-40℃下水浴加热搅拌10-20min，然后用氢氧化钠溶液调节体系pH为9-10，加入混合液体积分数0.3-0.5％的双氧水磁力搅拌下反应30-60min，得到氧化淀粉溶液；将甲基硅酸钾粉末溶于去离子水中，制备得到质量浓度为1-5％甲基硅酸钾溶液；按照体积比1:5将甲基硅酸钾溶液在磁力搅拌下均匀分散于氧化淀粉溶液中，再加入混合溶液质量0.1-0.5％的水性聚氨酯树脂混合均匀，升温至80-85℃水浴加热1-2h，自然降温，得到改性淀粉；
(2)按重量份向步骤(1)所得改性淀粉溶液中加入草酸，升温到80℃，反应30min，再降温至38-40℃，加入甲醛反应5-8h，再加入碱性硅溶胶、润湿剂、消泡剂、分散剂和纤维填料磁力搅拌均匀，持续搅拌升温至80℃，反应1h，冷却至室温，出料得所述硅溶胶，备后续熔模铸造工艺使用。
本发明实施例各原料均市售可得。
硅溶胶是纳米二氧化硅在水中均匀分散形成的胶体，通过离子交换、单质硅水解等方法制备，由于胶团表面携带大量的羟基，且粒径较小，以硅溶胶作为单一粘结剂，经常会出现开裂等问题。而淀粉为天然的大分子多糖，高产、价格便宜、颗粒小、无过敏性、生物可降解，是一种纯天然的生物粘结剂。
本发明对天然淀粉进行糊化氧化处理，淀粉部分的羟基被氧化为醛基，再加入甲基硅酸钾和水性聚氨酯树脂，甲基硅酸钾可以在水性聚氨酯分子的线性分子之间产生化学键，使淀粉和水性聚氨酯分子之间相互连在一起，形成网状结构，进而增强整体的粘结性和强度。而甲基硅酸钾具有与硅溶胶相似的硅醇基，两者存在脱水缩合的可能性，也会一定程度增强和硅溶胶颗粒的结合力，减少开裂的风险。
有益效果
本发明使用掺杂改性淀粉的硅溶胶制备熔模铸造用粘接剂，倒入融化金属时，淀粉燃烧完全，不产气泡，粘结性增强。且淀粉为天然的有机高分子化合物，燃烧过程环保无污染，在提高基体力学性能的同时，降低硅溶胶使用量，降低工艺成本，降低环境污染，最终所得型壳常温抗弯强度在6MPa以上，焙烧抗弯强度在10MPa以上，强度好，形变小，易脱模，铸件表面光滑，且工艺简单易行，生产成本低，适合大规模的推广和应用。同时，高粘结性能的硅溶胶，不仅仅可以用于熔模铸造粘结剂使用，也可应用于木材等建筑材料的粘接，具有广泛的经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例5、对比例1-3焙烧后抗弯强度试样压断后的断口扫描电镜图；其中A为实施例5试样、B为对比例1试样、C为对比例2试样、D为对比例3试样。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但不限于此。
实施例1
一种淀粉改性硅溶胶，包括以下重量份的原料制备而成：碱性硅溶胶130份、改性淀粉10份、草酸2份、甲醛1份、润湿剂1份、消泡剂1份、分散剂1份、纤维填料1份。
所述碱性硅溶胶胶体粒径10-20nm，pH9-10，SiO2含量20-30％。
所述改性淀粉是由以下方法制备得到：
(1)将淀粉按照料液比1kg：2L分散于蒸馏水中，30-40℃下水浴加热搅拌10min，然后用氢氧化钠溶液调节体系pH为9-10，加入混合液体积分数0.3％的双氧水磁力搅拌下反应30min，得到氧化淀粉溶液；
(2)将甲基硅酸钾粉末溶于去离子水中，制备得到质量浓度为1％甲基硅酸钾溶液；
(3)按照体积比1:5将甲基硅酸钾溶液在磁力搅拌下均匀分散于氧化淀粉溶液中，再加入混合溶液质量0.1％的水性聚氨酯树脂混合均匀，升温至80-85℃水浴加热1h，自然降温，得到改性淀粉。
其中，淀粉为玉米淀粉。
所述润湿剂为JFC润湿剂。
所述消泡剂为正辛醇。
所述分散剂为羟丙基甲基纤维素。
所述纤维填料为陶瓷纤维，纤维直径7-9μm，长度3-5mm。
一种淀粉改性硅溶胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备改性淀粉：将淀粉按照料液比1kg：2L分散于蒸馏水中，30-40℃下水浴加热搅拌10min，然后用氢氧化钠溶液调节体系pH为9-10，加入混合液体积分数0.3％的双氧水磁力搅拌下反应30min，得到氧化淀粉溶液；将甲基硅酸钾粉末溶于去离子水中，制备得到质量浓度为1％甲基硅酸钾溶液；按照体积比1:5将甲基硅酸钾溶液在磁力搅拌下均匀分散于氧化淀粉溶液中，再加入混合溶液质量0.1％的水性聚氨酯树脂混合均匀，升温至80-85℃水浴加热1h，自然降温，得到改性淀粉；
(2)按重量份向步骤(1)所得改性淀粉溶液中加入草酸，升温到80℃，反应30min，再降温至38-40℃，加入甲醛反应5h，再加入碱性硅溶胶、润湿剂、消泡剂、分散剂和纤维填料磁力搅拌均匀，持续搅拌升温至80℃，反应1h，冷却至室温，出料得所述硅溶胶，备后续熔模铸造工艺使用。
实施例2
一种淀粉改性硅溶胶，包括以下重量份的原料制备而成：碱性硅溶胶125份、改性淀粉12份、草酸2份、甲醛1份、润湿剂3份、消泡剂2份、分散剂2份、纤维填料1.5份。
所述碱性硅溶胶胶体粒径10-20nm，pH9-10，SiO2含量20-30％。
所述改性淀粉是由以下方法制备得到：
(1)将淀粉按照料液比1kg：2L分散于蒸馏水中，40℃下水浴加热搅拌20min，然后用氢氧化钠溶液调节体系pH为9-10，加入混合液体积分数0.5％的双氧水磁力搅拌下反应60min，得到氧化淀粉溶液；
(2)将甲基硅酸钾粉末溶于去离子水中，制备得到质量浓度为5％甲基硅酸钾溶液；
(3)按照体积比1:5将甲基硅酸钾溶液在磁力搅拌下均匀分散于氧化淀粉溶液中，再加入混合溶液质量0.5％的水性聚氨酯树脂混合均匀，升温至80-85℃水浴加热2h，自然降温，得到改性淀粉。
淀粉选择玉米淀粉。
所述润湿剂为JFC润湿剂。
所述消泡剂为正辛醇。
所述分散剂为羟丙基甲基纤维素。
所述纤维填料为陶瓷纤维或者硅酸铝纤维，纤维直径7-9μm，长度3-5mm。
一种淀粉改性硅溶胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备改性淀粉：将淀粉按照料液比1kg：2L分散于蒸馏水中，40℃下水浴加热搅拌20min，然后用氢氧化钠溶液调节体系pH为9-10，加入混合液体积分数0.5％的双氧水磁力搅拌下反应60min，得到氧化淀粉溶液；将甲基硅酸钾粉末溶于去离子水中，制备得到质量浓度为5％甲基硅酸钾溶液；按照体积比1:5将甲基硅酸钾溶液在磁力搅拌下均匀分散于氧化淀粉溶液中，再加入混合溶液质量0.5％的水性聚氨酯树脂混合均匀，升温至85℃水浴加热2h，自然降温，得到改性淀粉；
(2)按重量份向步骤(1)所得改性淀粉溶液中加入草酸，升温到80℃，反应30min，再降温至38-40℃，加入甲醛反应8h，再加入碱性硅溶胶、润湿剂、消泡剂、分散剂和纤维填料磁力搅拌均匀，持续搅拌升温至80℃，反应1h，冷却至室温，出料得所述硅溶胶，备后续熔模铸造工艺使用。
实施例3
一种淀粉改性硅溶胶，包括以下重量份的原料制备而成：碱性硅溶胶124份、改性淀粉13份、草酸2份、甲醛1份、润湿剂3份、消泡剂2份、分散剂2份、纤维填料1.5份。
所述碱性硅溶胶胶体粒径10-20nm，pH9-10，SiO2含量20-30％。
所述改性淀粉是由以下方法制备得到：
(1)将淀粉按照料液比1kg：2L分散于蒸馏水中，30-40℃下水浴加热搅拌20min，然后用氢氧化钠溶液调节体系pH为9-10，加入混合液体积分数0.5％的双氧水磁力搅拌下反应60min，得到氧化淀粉溶液；
(2)将甲基硅酸钾粉末溶于去离子水中，制备得到质量浓度为5％甲基硅酸钾溶液；
(3)按照体积比1:5将甲基硅酸钾溶液在磁力搅拌下均匀分散于氧化淀粉溶液中，再加入混合溶液质量0.5％的水性聚氨酯树脂混合均匀，升温至80-85℃水浴加热2h，自然降温，得到改性淀粉。
淀粉是小麦淀粉。
所述润湿剂为JFC润湿剂。
所述消泡剂为正辛醇。
所述分散剂为羟丙基甲基纤维素。
所述纤维填料为陶瓷纤维或者硅酸铝纤维，纤维直径7-9μm，长度3-5mm。
一种淀粉改性硅溶胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备改性淀粉：将淀粉按照料液比1kg：2L分散于蒸馏水中，30-40℃下水浴加热搅拌20min，然后用氢氧化钠溶液调节体系pH为9-10，加入混合液体积分数0.5％的双氧水磁力搅拌下反应60min，得到氧化淀粉溶液；将甲基硅酸钾粉末溶于去离子水中，制备得到质量浓度为5％甲基硅酸钾溶液；按照体积比1:5将甲基硅酸钾溶液在磁力搅拌下均匀分散于氧化淀粉溶液中，再加入混合溶液质量0.5％的水性聚氨酯树脂混合均匀，升温至80-85℃水浴加热2h，自然降温，得到改性淀粉；
(2)按重量份向步骤(1)所得改性淀粉溶液中加入草酸，升温到80℃，反应30min，再降温至38-40℃，加入甲醛反应8h，再加入碱性硅溶胶、润湿剂、消泡剂、分散剂和纤维填料磁力搅拌均匀，持续搅拌升温至80℃，反应1h，冷却至室温，出料得所述硅溶胶，备后续熔模铸造工艺使用。
实施例4
一种淀粉改性硅溶胶，包括以下重量份的原料制备而成：碱性硅溶胶123份、改性淀粉13份、草酸3份、甲醛2份、润湿剂3份、消泡剂2份、分散剂2份、纤维填料1.5份。
所述碱性硅溶胶胶体粒径10-20nm，pH9-10，SiO2含量20-30％。
所述改性淀粉是由以下方法制备得到：
(1)将淀粉按照料液比1kg：2L分散于蒸馏水中，30-40℃下水浴加热搅拌20min，然后用氢氧化钠溶液调节体系pH为9-10，加入混合液体积分数0.5％的双氧水磁力搅拌下反应60min，得到氧化淀粉溶液；
(2)将甲基硅酸钾粉末溶于去离子水中，制备得到质量浓度为5％甲基硅酸钾溶液；
(3)按照体积比1:5将甲基硅酸钾溶液在磁力搅拌下均匀分散于氧化淀粉溶液中，再加入混合溶液质量0.5％的水性聚氨酯树脂混合均匀，升温至80-85℃水浴加热2h，自然降温，得到改性淀粉。
其中，淀粉是小麦淀粉。
所述润湿剂为JFC润湿剂。
所述消泡剂为正辛醇。
所述分散剂为羟丙基甲基纤维素。
所述纤维填料为硅酸铝纤维，纤维直径7-9μm，长度3-5mm。
一种淀粉改性硅溶胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备改性淀粉：将淀粉按照料液比1kg：2L分散于蒸馏水中，30-40℃下水浴加热搅拌20min，然后用氢氧化钠溶液调节体系pH为9-10，加入混合液体积分数0.5％的双氧水磁力搅拌下反应60min，得到氧化淀粉溶液；将甲基硅酸钾粉末溶于去离子水中，制备得到质量浓度为5％甲基硅酸钾溶液；按照体积比1:5将甲基硅酸钾溶液在磁力搅拌下均匀分散于氧化淀粉溶液中，再加入混合溶液质量0.5％的水性聚氨酯树脂混合均匀，升温至80-85℃水浴加热2h，自然降温，得到改性淀粉；
(2)按重量份向步骤(1)所得改性淀粉溶液中加入草酸，升温到80℃，反应30min，再降温至38-40℃，加入甲醛反应8h，再加入碱性硅溶胶、润湿剂、消泡剂、分散剂和纤维填料磁力搅拌均匀，持续搅拌升温至80℃，反应1h，冷却至室温，出料得所述硅溶胶，备后续熔模铸造工艺使用。
实施例5
一种淀粉改性硅溶胶，包括以下重量份的原料制备而成：碱性硅溶胶120份、改性淀粉14份、草酸5份、甲醛3份、润湿剂5份、消泡剂3份、分散剂3份、纤维填料2份。
所述碱性硅溶胶胶体粒径10-20nm，pH9-10，SiO2含量20-30％。
所述改性淀粉是由以下方法制备得到：
(1)将淀粉按照料液比1kg：2L分散于蒸馏水中，30-40℃下水浴加热搅拌20min，然后用氢氧化钠溶液调节体系pH为9-10，加入混合液体积分数0.5％的双氧水磁力搅拌下反应60min，得到氧化淀粉溶液；
(2)将甲基硅酸钾粉末溶于去离子水中，制备得到质量浓度为5％甲基硅酸钾溶液；
(3)按照体积比1:5将甲基硅酸钾溶液在磁力搅拌下均匀分散于氧化淀粉溶液中，再加入混合溶液质量0.5％的水性聚氨酯树脂混合均匀，升温至80-85℃水浴加热2h，自然降温，得到改性淀粉。
淀粉为玉米淀粉。
所述润湿剂为JFC润湿剂。
所述消泡剂为正辛醇。
所述分散剂为羟丙基甲基纤维素。
所述纤维填料为陶瓷纤维，纤维直径7-9μm，长度3-5mm。
一种淀粉改性硅溶胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备改性淀粉：将淀粉按照料液比1kg：2L分散于蒸馏水中，30-40℃下水浴加热搅拌20min，然后用氢氧化钠溶液调节体系pH为9-10，加入混合液体积分数0.5％的双氧水磁力搅拌下反应60min，得到氧化淀粉溶液；将甲基硅酸钾粉末溶于去离子水中，制备得到质量浓度为5％甲基硅酸钾溶液；按照体积比1:5将甲基硅酸钾溶液在磁力搅拌下均匀分散于氧化淀粉溶液中，再加入混合溶液质量0.5％的水性聚氨酯树脂混合均匀，升温至80-85℃水浴加热2h，自然降温，得到改性淀粉；
(2)按重量份向步骤(1)所得改性淀粉溶液中加入草酸，升温到80℃，反应30min，再降温至38-40℃，加入甲醛反应8h，再加入碱性硅溶胶、润湿剂、消泡剂、分散剂和纤维填料磁力搅拌均匀，持续搅拌升温至80℃，反应1h，冷却至室温，出料得所述硅溶胶，备后续熔模铸造工艺使用。
对比例1
一种淀粉改性硅溶胶，包括以下重量份的原料制备而成：碱性硅溶胶120份、淀粉14份、草酸5份、甲醛3份、润湿剂5份、消泡剂3份、分散剂3份、纤维填料2份。
所述碱性硅溶胶胶体粒径10-20nm，pH9-10，SiO2含量20-30％。
淀粉为玉米淀粉。
所述润湿剂为JFC润湿剂。
所述消泡剂为正辛醇。
所述分散剂为羟丙基甲基纤维素。
所述纤维填料为陶瓷纤维或者硅酸铝纤维，纤维直径7-9μm，长度3-5mm。
一种淀粉改性硅溶胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将淀粉按照料液比1kg：2L分散于蒸馏水中，30-40℃下水浴加热搅拌20min，得到淀粉溶液；
(2)按重量份向步骤(1)所得淀粉溶液中加入草酸，升温到80℃，反应30min，再降温至38-40℃，加入甲醛反应8h，再加入碱性硅溶胶、润湿剂、消泡剂、分散剂和纤维填料磁力搅拌均匀，持续搅拌升温至80℃，反应1h，冷却至室温，出料得所述硅溶胶，备后续熔模铸造工艺使用。
本对比例除直接使用淀粉，即不进行甲基硅酸钾和水性聚氨酯树脂混合改性，其余原料和制备方法均同实施例5。
对比例2
一种淀粉改性硅溶胶，包括以下重量份的原料制备而成：碱性硅溶胶120份、改性淀粉14份、草酸5份、甲醛3份、润湿剂5份、消泡剂3份、分散剂3份、纤维填料2份。
所述碱性硅溶胶胶体粒径10-20nm，pH9-10，SiO2含量20-30％。
所述改性淀粉是由以下方法制备得到：
(1)将淀粉按照料液比1kg：2L分散于蒸馏水中，30-40℃下水浴加热搅拌20min，然后用氢氧化钠溶液调节体系pH为9-10，加入混合液体积分数0.5％的双氧水磁力搅拌下反应60min，得到氧化淀粉溶液；
(2)向氧化淀粉溶液中加入溶液质量0.5％的水性聚氨酯树脂混合均匀，升温至80-85℃水浴加热2h，自然降温，得到改性淀粉。
淀粉为玉米淀粉。
所述润湿剂为JFC润湿剂。
所述消泡剂为正辛醇。
所述分散剂为羟丙基甲基纤维素。
所述纤维填料为陶瓷纤维或者硅酸铝纤维，纤维直径7-9μm，长度3-5mm。
一种淀粉改性硅溶胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备改性淀粉：将淀粉按照料液比1kg：2L分散于蒸馏水中，30-40℃下水浴加热搅拌20min，然后用氢氧化钠溶液调节体系pH为9-10，加入混合液体积分数0.5％的双氧水磁力搅拌下反应60min，得到氧化淀粉溶液；向氧化淀粉溶液中加入溶液质量0.5％的水性聚氨酯树脂混合均匀，升温至80-85℃水浴加热2h，自然降温，得到改性淀粉；
(2)按重量份向步骤(1)所得改性淀粉溶液中加入草酸，升温到80℃，反应30min，再降温至38-40℃，加入甲醛反应8h，再加入碱性硅溶胶、润湿剂、消泡剂、分散剂和纤维填料磁力搅拌均匀，持续搅拌升温至80℃，反应1h，冷却至室温，出料得所述硅溶胶，备后续熔模铸造工艺使用。
本对比例除不进行淀粉的甲基硅酸钾改性外，其余原料和制备方法均同实施例5。
对比例3
一种淀粉改性硅溶胶，包括以下重量份的原料制备而成：碱性硅溶胶120份、改性淀粉14份、草酸5份、甲醛3份、润湿剂5份、消泡剂3份、分散剂3份、纤维填料2份。
所述碱性硅溶胶胶体粒径10-20nm，pH9-10，SiO2含量20-30％。
所述改性淀粉是由以下方法制备得到：
(1)将淀粉按照料液比1kg：2L分散于蒸馏水中，30-40℃下水浴加热搅拌20min，然后用氢氧化钠溶液调节体系pH为9-10，加入混合液体积分数0.5％的双氧水磁力搅拌下反应60min，得到氧化淀粉溶液；
(2)将甲基硅酸钾粉末溶于去离子水中，制备得到质量浓度为5％甲基硅酸钾溶液；
(3)按照体积比1:5将甲基硅酸钾溶液在磁力搅拌下均匀分散于氧化淀粉溶液中，得到改性淀粉。
淀粉为玉米淀粉。
所述润湿剂为JFC润湿剂。
所述消泡剂为正辛醇。
所述分散剂为羟丙基甲基纤维素。
所述纤维填料为陶瓷纤维或者硅酸铝纤维，纤维直径7-9μm，长度3-5mm。
一种淀粉改性硅溶胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备改性淀粉：将淀粉按照料液比1kg：2L分散于蒸馏水中，30-40℃下水浴加热搅拌20min，然后用氢氧化钠溶液调节体系pH为9-10，加入混合液体积分数0.5％的双氧水磁力搅拌下反应60min，得到氧化淀粉溶液；将甲基硅酸钾粉末溶于去离子水中，制备得到质量浓度为5％甲基硅酸钾溶液；按照体积比1:5将甲基硅酸钾溶液在磁力搅拌下均匀分散于氧化淀粉溶液中，得到改性淀粉；
(2)按重量份向步骤(1)所得改性淀粉溶液中加入草酸，升温到80℃，反应30min，再降温至38-40℃，加入甲醛反应8h，再加入碱性硅溶胶、润湿剂、消泡剂、分散剂和纤维填料磁力搅拌均匀，持续搅拌升温至80℃，反应1h，冷却至室温，出料得所述硅溶胶，备后续熔模铸造工艺使用。
本对比例除不进行淀粉的水性聚氨酯树脂改性外，其余原料和制备方法均同实施例5。
性能测试
熔模铸造型壳一般采用面层、过渡层、背层这样的多层结构。面层直接与铸件表面接触，所以要求光滑致密，有良好的耐热性和化学稳定性。过渡层主要保证面层和背层的良好结合，浇注时型壳瞬间温度升高，各部分升温速度不同，过渡层还能起到防止由于温升和膨胀系数不同而引起的型壳开裂。背层的强度直接决定型壳的力学性能。
分别使用本发明实施例1-5、对比例1-3所得硅溶胶作为粘接剂，配制面层、背层、过渡层以及封浆层料液，具体参数配比如表1所示：
表1面层、过渡层、背层和封浆层浆料配比参数
Figure BDA0003386115540000101
型壳试样制备
本实验所需硅溶胶型壳试样的每一层也按照传统工艺规定操作：清理浮砂、挂浆、撒砂、干燥，多次重复进行这四道工序后，脱蜡、预焙烧、焙烧就可获得所需一定形状和层数的型壳。型壳在室温下干燥，焙烧温度900℃，保温120min。
测试方法
参考标准《JB/T 13412-2018熔模铸造型壳抗弯强度试验方法》测试型壳抗弯强度。
用Quanta 200扫描电子显微镜对型壳试样的断口形貌进行观察。
高温自重变形试样为圆环状，其内径为88mm，外径为100mm，厚20mm.试样经900℃×120min焙烧冷却至室温后，再装入高温炉升温至1200℃，保温60min，冷却至室温后测量试样经高温自重变形后的外径尺寸。然后再根据以下公示计算出该试样的变形量：
Figure BDA0003386115540000111
式中，δ为试样在一定温度和时间下的变形量，％，A为试样的初始外径，mm，B为试样变形后的外径，mm。
测试结果如表2所示：
表2性能测试结果
Figure BDA0003386115540000112
使用本发实施例所得硅溶胶制备的型壳湿强度高，残留强度小，形变量小，且型壳脱模容易，表面光滑无气泡。并且从实际生产来看，随着改性淀粉用量的增加，型壳强度性能逐渐提升，由此在实际生产中可以降低硅溶胶的使用量，降低生产成本，提升效率。同时，改变了原料组成的对比例1-3，其各项性能均呈现了不同的下降。这是由于缺少了甲基硅酸钾改性对比例2、缺少了水性聚氨酯树脂改性的对比例3，原料间的协同作用消失所导致，宏观表现为试样壳体综合性能的下降。
本发明还对实施例5、对比例1-3的焙烧后抗弯强度试样压断后的断口进行观察，实施例5断口致密，而对比例断口均呈现不同程度的孔洞，因此导致强度的下降。
需要说明的是，上述实施例仅仅是实现本发明的优选方式的部分实施例，而非全部实施例。显然，基于本发明的上述实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种淀粉改性硅溶胶，其特征在于，包括以下重量份的原料制备而成：碱性硅溶胶120-130份、改性淀粉10-14份、草酸2-5份、甲醛1-3份、润湿剂1-5份、消泡剂1-3份、分散剂1-3份、纤维填料1-2份；
所述改性淀粉是由以下方法制备得到：
(1)将淀粉按照料液比1kg：2L分散于蒸馏水中，30-40℃下水浴加热搅拌10-20min，然后用氢氧化钠溶液调节体系pH为9-10，加入混合液体积分数0.3-0.5％的双氧水磁力搅拌下反应30-60min，得到氧化淀粉溶液；
(2)将甲基硅酸钾粉末溶于去离子水中，制备得到质量浓度为1-5％甲基硅酸钾溶液；
(3)按照体积比1:5将甲基硅酸钾溶液在磁力搅拌下均匀分散于氧化淀粉溶液中，再加入混合溶液质量0.1-0.5％的水性聚氨酯树脂混合均匀，升温至80-85℃水浴加热1-2h，自然降温，得到改性淀粉。
2.根据权利要求1所述淀粉改性硅溶胶，其特征在于，所述碱性硅溶胶胶体粒径10-20nm，pH9-10，SiO2含量20-30％。
3.根据权利要求1所述淀粉改性硅溶胶，其特征在于，所述润湿剂为JFC润湿剂。
4.根据权利要求1所述淀粉改性硅溶胶，其特征在于，所述消泡剂为正辛醇。
5.根据权利要求1所述淀粉改性硅溶胶，其特征在于，所述分散剂为羟丙基甲基纤维素。
6.根据权利要求1所述淀粉改性硅溶胶，其特征在于，所述纤维填料为陶瓷纤维或者硅酸铝纤维，纤维直径7-9μm，长度3-5mm。
7.一种权利要求1-6任意一项所述淀粉改性硅溶胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备改性淀粉：将淀粉按照料液比1kg：2L分散于蒸馏水中，30-40℃下水浴加热搅拌10-20min，然后用氢氧化钠溶液调节体系pH为9-10，加入混合液体积分数0.3-0.5％的双氧水磁力搅拌下反应30-60min，得到氧化淀粉溶液；将甲基硅酸钾粉末溶于去离子水中，制备得到质量浓度为1-5％甲基硅酸钾溶液；按照体积比1:5将甲基硅酸钾溶液在磁力搅拌下均匀分散于氧化淀粉溶液中，再加入混合溶液质量0.1-0.5％的水性聚氨酯树脂混合均匀，升温至80-85℃水浴加热1-2h，自然降温，得到改性淀粉；
(2)按重量份向步骤(1)所得改性淀粉溶液中加入草酸，升温到80℃，反应30min，再降温至38-40℃，加入甲醛反应5-8h，再加入碱性硅溶胶、润湿剂、消泡剂、分散剂和纤维填料磁力搅拌均匀，持续搅拌升温至80℃，反应1h，冷却至室温，出料得所述硅溶胶，备后续熔模铸造工艺使用。
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