專利名稱：鑄造用硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鑄造型砂粘結(jié)材料，具體涉及一種鑄造用硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑及制備方法。
背景技術(shù)：
目前，鑄造用的型砂粘結(jié)劑包括有機(jī)類和無機(jī)類，由于有機(jī)類的粘結(jié)劑多為樹脂，因其為有機(jī)聚合物，在鑄造生產(chǎn)過程中，從混砂、制芯、澆注、清理到廢砂處理都會(huì)對(duì)人體及環(huán)境造成不良影響。另外，多數(shù)樹脂為石油的衍生產(chǎn)品，屬于不可再生資源，成本較高。而無機(jī)類的粘結(jié)劑多為硫酸鹽類、磷酸鹽類、水玻璃以及以中、高模數(shù)水玻璃為基礎(chǔ)進(jìn)行改性的改性水玻璃。但采用硫酸鹽類無機(jī)粘結(jié)劑鑄造的型砂存在強(qiáng)度低，鑄件缺陷率高等問題；采 用磷酸鹽類無機(jī)粘結(jié)劑鑄造的型砂存在抗?jié)裥圆睿褂脮r(shí)間短等問題，而水玻璃和改性水玻璃鑄造的型砂在其強(qiáng)度、精度、生產(chǎn)效率和環(huán)保性均優(yōu)于前兩者，所以在鑄造中大多采用水玻璃和改性水玻璃作為型砂粘結(jié)劑。但由于水玻璃和改性水玻璃均存在耐老化性不好，導(dǎo)致粘結(jié)強(qiáng)度降低，以及制成的型砂耐存放性不好、適用性不好、抗?jié)裥圆?、潰散性不好、制芯效率較低和舊砂再生回用困難等問題。因此，需要開發(fā)性能更加優(yōu)越的鑄造用硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鑄造用硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑，它具有較好的粘結(jié)性能和浸潤性，采用該硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)制得的型砂流動(dòng)性較好、發(fā)氣性較低、耐存放較好和適用性較好,并且舊砂再生回用性較好。本發(fā)明還提供所述鑄造用硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑的制備方法。本發(fā)明所述的鑄造用硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑，由含結(jié)晶水的偏硅酸鈉、硼酸、三聚磷酸鈉和有機(jī)改性劑組成。按重量百分比其原料組成為含結(jié)晶水的偏硅酸鈉84 91%，硼酸4. 2 8. 4%，三聚磷酸鈉O. 7 2. I %，有機(jī)改性劑2. O 5. 8 %。所述含結(jié)晶水的偏硅酸鈉為九水偏硅酸鈉，或?yàn)榘怂杷徕c，或?yàn)榱杷徕c。所述有機(jī)改性劑為有機(jī)羥羧酸類物質(zhì)，或?yàn)殛栯x子型表面活性劑，或?yàn)榉请x子表面活性劑。所述有機(jī)羥羧酸類物質(zhì)為檸檬酸，或?yàn)棣?-羥基丙酸，或?yàn)榫剖幔驗(yàn)樗畻钏?，或?yàn)?，4，5-三羥基苯甲酸。所述陽離子型表面活性劑為山梨醇，或?yàn)槭娲?，或?yàn)槁然谆榛罚驗(yàn)槁然榛拎?。所述非離子表面活性劑為蔗糖，或?yàn)槎嗑燮咸烟?，或?yàn)辂溠刻牵驗(yàn)榫鄱嗵?，或?yàn)閱翁恰?br> 含結(jié)晶水的偏硅酸鈉、硼酸和三聚磷酸鈉在加熱沸騰條件下反應(yīng)形成具有一定立體結(jié)構(gòu)的膠凝單體骨架，減少了 [SiO3]2-離子間的有效碰撞，使硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑具有很好的耐老化性能，同時(shí)硅、硼、磷在化學(xué)交聯(lián)的作用下形成穩(wěn)定的空間立體結(jié)構(gòu)網(wǎng)，大大增加了該硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑的粘結(jié)效能；而且經(jīng)交聯(lián)后的硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑體系中含有大量的硼酸根、多聚磷酸根等，減弱了空氣中的二氧化碳對(duì)[SiO3]2-的固化作用，故能夠延長無機(jī)砂的適用時(shí)間，提高粘結(jié)劑的適用性。另外，有機(jī)改性劑同時(shí)具有親水和憎水基團(tuán)，可較好地分散在硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑體系中，改善粘結(jié)劑凝膠體系的穩(wěn)定性，并能提高凝膠體系的硬化速度使砂芯獲得較高的即時(shí)強(qiáng)度和即時(shí)常溫強(qiáng)度比。由于硅酸鹽和磷酸鹽膠態(tài)分子團(tuán)在堿性條件下易因吸潮而發(fā)生解聚，所以在用硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑制備覆膜砂的過程中，將按硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑重量的20%加入粉末固化交聯(lián)劑，加入固化交聯(lián)劑能夠防止硅酸鹽和磷酸鹽膠態(tài)分子團(tuán)的堿性催化而引起的解聚，防止羥基離子的生成，或在澆鑄過程中其它金屬進(jìn)入在硅氧或磷氧的網(wǎng)絡(luò)中形成骨架而降低鑄件品質(zhì)。在140_160°C條件下，活性SiO2和Mg、Ca、Al之類的氧化物對(duì)硅酸鹽、磷酸鹽和硼 酸鹽的硬化劑的活性高，促使硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑迅速固化，并與硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，使凝膠體系中插入了金屬元素，形成了高強(qiáng)度抗水的化合物，金屬元素凝膠之間形成了鍵能高的金屬鍵，增強(qiáng)凝膠的粘結(jié)力。同時(shí)粉末固化交聯(lián)劑還能防止硅酸鹽和磷酸鹽膠態(tài)分子團(tuán)的堿性催化而引起的解聚，防止羥基離子的生成，或使其它金屬進(jìn)入在硅氧或磷氧的網(wǎng)絡(luò)中形成骨架，大大提高了硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑的抗?jié)衲芰ΑｈT造用硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑的制備方法，其步驟是
步驟一按重量百分比取含結(jié)晶水的偏硅酸鈉84 91%加入反應(yīng)釜中，均勻攪拌并加熱至沸騰；
步驟二 按重量百分比取有機(jī)改性劑2. O 5. 8%、硼酸4. 2 8. 4%和三聚磷酸鈉
O.7 2. I %加入反應(yīng)釜中，攪拌均勻并繼續(xù)加熱至體系澄清透明狀。本發(fā)明的有益效果該硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑的粘結(jié)性能較好，其原料來源廣，無毒無害，具有較好的工程應(yīng)用性，將該硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑用于鑄造生產(chǎn)中，其使用量少，成本低，固化溫度較低，固化速率較快，制成的型砂流動(dòng)性較好、發(fā)氣性較低、耐存放性較好、適用性較好、制芯效率較高,有效提高了鑄件質(zhì)量,并且舊砂再生回收容易，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)還降低了鑄造生產(chǎn)對(duì)人體及環(huán)境的危害。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
本實(shí)施例硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑的組成原料如下
九水偏娃酸鈉90. Ig 硼酸5. 6g 三聚磷酸鈉1. 4g 檸檬酸2. 9g
本實(shí)施例硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑的制備方法
步驟一取九水偏硅酸鈉90. Ig攪拌加熱至沸騰；步驟二 取硼酸5. 6g、三聚磷酸鈉I. 4g和檸檬酸2. 9g加入反應(yīng)釜中，攪拌均勻并繼續(xù)加熱至體系澄清透明狀。在2kg的70/100目標(biāo)準(zhǔn)砂中加入60g硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑，并加入12g固化交聯(lián)齊U，該固化交聯(lián)劑中各組份含量為二氧化硅92%，三氧化二鋁I. 2%，三氧化二鐵I. 0%，氧化鎂O. 8%，氧化鈣O. 4%，氧化鈉I. 1%和水3. 5%，在160°C條件下，熱固化2分鐘，測(cè)得平均抗彎強(qiáng)度為4. 2MPa，抗拉強(qiáng)度為I. 9 MPa，最大發(fā)氣量為5. 6mLilOS (按照GB/T2684-2008檢測(cè)，溫度控制在850°C ±10°C)。實(shí)施例二
本實(shí)施例硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑的組成原料如下
八水偏娃酸鈉85g 硼酸8g 三聚磷酸鈉2g 蔗糖5g
本實(shí)施例硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑的制備方法
步驟一取八水偏硅酸鈉85g加入反應(yīng)釜中，均勻攪拌并加熱至沸騰；
步驟二 取硼酸Sg、三聚磷酸鈉2g和蔗糖5g加入反應(yīng)釜中，攪拌均勻并繼續(xù)加熱至體系澄清透明狀
在2kg的70/100目標(biāo)準(zhǔn)砂中加入60g硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑，并加入12g固化交聯(lián)劑，該固化交聯(lián)劑中各組份含量為二氧化硅75%，三氧化二鋁I. 2%，三氧化二鐵I. 2%，氧化鎂O. 8%，氧化鈣O. 4%，氧化鈉I. 5%和水19. 9%，在160°C條件下，熱固化2分鐘，測(cè)得平均抗彎強(qiáng)度為3. 8MPa，抗拉強(qiáng)度為I. 7 MPa，最大發(fā)氣量為5. 3mLilOS (按照GB/T2684-2008檢測(cè)，溫度控制在 850°C ±10°C)o實(shí)施例三
本實(shí)施例硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑的組成原料如下
六水偏硅酸鈉87g 硼酸7g
三聚磷酸鈉1. 7g 山梨醇4. 3g
本實(shí)施例硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑的制備方法
步驟一取六水偏硅酸鈉87g加入反應(yīng)釜中，均勻攪拌并加熱至沸騰；
步驟二 取硼酸7g、三聚磷酸鈉I. 7g和山梨醇4. 3g加入反應(yīng)釜中，攪拌均勻并繼續(xù)加熱至體系澄清透明狀。在2kg的70/100目標(biāo)準(zhǔn)砂中加入60g硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑，并加入12g固化交聯(lián)齊U，該固化交聯(lián)劑中各組份含量為二氧化硅96%，三氧化二鋁O. 8%，三氧化二鐵O. 6%，氧化鎂O. 6%，氧化鈣O. 2%，氧化鈉I. 1%和水O. 7%，在160°C條件下，熱固化2分鐘，測(cè)得平均抗彎強(qiáng)度為3. 9MPa，抗拉強(qiáng)度為I. 8 MPa，最大發(fā)氣量為4. 7mLilOS (按照GB/T2684-2008檢測(cè)，溫度控制在850°C ±10°C)。實(shí)施例一、二、三中的有機(jī)改性劑還可以為α-羥基丙酸，或?yàn)榫剖?，或?yàn)樗畻钏幔驗(yàn)?，4，5-三羥基苯甲酸，或?yàn)槭娲?，或?yàn)槁然谆榛罚驗(yàn)槁然榛拎?，或?yàn)槎嗑燮咸烟?，或?yàn)辂溠刻牵驗(yàn)榫鄱嗵?，或?yàn)閱翁菢?gòu)成另外的實(shí)施例。以上九水偏娃酸鈉、八水偏娃酸鈉、六水偏娃酸鈉、三聚磷酸鈉、硼酸、朽1檬酸、山 梨醇、蔗糖、α -羥基丙酸、酒石酸、水楊酸、3，4，5-三羥基苯甲酸、失水三梨醇、氯化三甲基十二烷基胺、氯化十二烷基吡啶、多聚葡萄糖、麥芽糖、聚多糖、單糖均為分析純?cè)噭?br> 權(quán)利要求
1.一種鑄造用硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑，其特征在于由含結(jié)晶水的偏硅酸鈉、硼酸、三聚磷酸鈉和有機(jī)改性劑組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鑄造用硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑，其特征在于按重量百分比其原料組成為含結(jié)晶水的偏硅酸鈉84 91 %，硼酸4. 2 8. 4%，三聚磷酸鈉0. 7 2. I %，有機(jī)改性劑2.0 5.8%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鑄造用硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑，其特征在于所述含結(jié)晶水的偏硅酸鈉為九水偏硅酸鈉，或?yàn)榘怂杷徕c，或?yàn)榱杷徕c。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的鑄造用硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑，其特征在于所述有機(jī)改性劑為有機(jī)羥羧酸類物質(zhì)，或?yàn)殛栯x子型表面活性劑，或?yàn)榉请x子表面活性劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鑄造用硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑，其特征在于所述有機(jī)羥羧酸類物質(zhì)為朽1檬酸，或?yàn)閍 -輕基丙酸，或?yàn)榫剖幔驗(yàn)樗畻钏?，或?yàn)?，4，5-三輕基苯甲酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鑄造用硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑，其特征在于所述陽離子型表面活性劑為山梨醇，或?yàn)槭娲?，或?yàn)槁然谆榛?，或?yàn)槁然榛拎ぁ?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鑄造用硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑，其特征在于所述非離子表面活性劑為蔗糖，或?yàn)槎嗑燮咸烟?，或?yàn)辂溠刻?，或?yàn)榫鄱嗵?，或?yàn)閱翁恰?br> 8.如權(quán)利要求I或2所述的鑄造用硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑的制備方法，其步驟是 步驟一按重量百分比取含結(jié)晶水的偏硅酸鈉84 91 %加入反應(yīng)釜中，均勻攪拌并加熱至沸騰； 步驟二 按重量百分比取有機(jī)改性劑2. 0 5. 8 %、硼酸4. 2 8. 4%和三聚磷酸鈉.0.7 2. I %加入反應(yīng)釜中，攪拌均勻并繼續(xù)加熱至體系澄清透明狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鑄造用硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑及制備方法，該鑄造用硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑由含結(jié)晶水的偏硅酸鈉、硼酸、三聚磷酸鈉和有機(jī)改性劑組成。該鑄造用硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑的粘結(jié)性能好，存放時(shí)間長，無毒無害，成本低，制得的無機(jī)粘結(jié)劑具有較好的浸潤性和粘結(jié)性能，采用該硅酸鹽無機(jī)粘結(jié)制得的型砂流動(dòng)性較好、發(fā)氣性較低、耐存放較好和適用性較好，并且舊砂再生回用性較好。
文檔編號(hào)C04B12/04GK102807336SQ201210307320
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月27日
發(fā)明者熊鷹 申請(qǐng)人:重慶長江造型材料(集團(tuán))有限公司