專利名稱：：一種聚合物改性的硅溶膠及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于粘接劑復(fù)合材料及其制造方法，具體地，涉及一種聚合物改性的硅溶膠及其制造方法。
背景技術(shù)：
：硅溶膠是二氧化硅微粒在水中均勻分散的膠體溶液，又名硅酸溶膠，或二氧化硅水溶膠，是一種性能優(yōu)良的無機高分子粘接劑，廣泛應(yīng)用于不同的工業(yè)領(lǐng)域。精密鑄造工業(yè)中熔模鑄造采用蠟?zāi)Ｐ蜌?，硅溶膠用作蠟?zāi)Ｐ蜌さ恼辰觿?，蠟?zāi)Ｐ蜌け仨毥?jīng)過多次涂掛漿料并撒砂，砂層之間通過硅溶膠與莫來粉組成的漿料粘接在一起，而不同撒砂層之間的干燥時間間隔決定了熔模鑄造的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟成本。為了適應(yīng)應(yīng)用的要求，人們也開發(fā)出了高聚物改性的硅溶膠，如美國專利US005118727A揭示了一種含聚合物的硅溶膠穩(wěn)定混合物，其包括硅溶膠液和PVA或甲基纖維素，并在pH值2.7-7.0下生成。但是，該專利需要對硅溶膠進行高要求的酸化、去離子化和金屬離子表現(xiàn)改性，因此，增加了生產(chǎn)工藝；另一方面，酸性硅溶膠對熔模鑄造用耐火材料的性能要求較高，特別是對純度和浸出物的要求很高，增加了生產(chǎn)成本。另外，在實際生產(chǎn)過程中，采用水基硅溶膠作粘接劑的熔模鑄造廠家，所用的硅溶膠一般為堿性的，使用粘接劑PH值的改變會引起很多習(xí)慣上的不適應(yīng)。因此，該專利提供的酸性硅溶膠，生產(chǎn)工藝繁瑣復(fù)雜，增加了生產(chǎn)成本和銷售價格，不利于推廣應(yīng)用。中國專利0213175.X公開了一種用PVA或改性淀粉或改性纖維素改性的硅溶膠粘接劑及其制造方法，其成分含有堿性硅溶膠或改性淀粉或改性纖維素。其制造方法為先配制PVA或改性淀粉或改性纖維素的水溶液，再準(zhǔn)備堿性硅溶膠溶液，然后混合上述兩種溶液，并使之均勻，即得到發(fā)明所述的硅溶膠粘接劑。該發(fā)明的硅溶膠粘接劑是堿性的，克服了酸性硅溶膠的缺陷。但是，在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，并不能較顯著地達到其所述的縮短熔模鑄造制殼層間干燥時間，提高常溫強度，降低殘留強度的效果。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種聚合物改性的硅溶膠，其利用普通的硅溶膠，經(jīng)PVP改性后，可較顯著地縮短熔模鑄造制殼層間干燥時間，有效地提高蠟?zāi)Ｐ蜌こ貜姸龋档拖災(zāi)Ｐ蜌埩魪姸?，而不影響其高溫強度，產(chǎn)品價格低廉，適于推廣應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種聚合物改性的硅溶膠，其含有堿性硅溶膠和聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone,PVP)，其中，所述堿性硅溶膠中的Si02占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為20.0%36.0%，聚乙烯吡咯垸酮占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為O.1%5.0%。所述聚合物改性的硅溶膠的pH值為8.510.5。所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量為1萬20萬。所述堿性硅溶膠為Si02微粒在水中均勻分散的膠體溶液，其中，Si02質(zhì)量百分比為22.0%40.0%，pH值為9.510.5。所述的聚合物改性的硅溶膠的制造方法，包括以下步驟(1)配制聚乙烯吡咯烷酮溶液；(2)配制堿性硅溶膠；(3)按一定比例將步驟(1)和步驟(2)制備的溶液均勻混合，即得聚合物改性的硅溶膠；其中，步驟(3)中所用的比例使Si(^占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為20.0%36.0%，聚乙烯吡咯垸酮占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為0.1%5.0%。本發(fā)明選擇聚合物PVP作為催化劑，促使Si02膠團凝膠的水分平衡點提高，漿料涂層在涂覆砂料后，砂料的吸附層促使其中的水分迅速外滲，使?jié){料層的水分達到凝膠的平衡點，開始形成凝膠，快速建立濕強度，因此在上一層涂料尚未完全凝固時就可涂掛下一層涂料，又不會出現(xiàn)回溶現(xiàn)象。另外，PVP本身也是一種性能優(yōu)良的有機高分子粘結(jié)劑，它有著良好的成膜性，能改善Si02在耐火材料中的分布狀態(tài)。此外，聚合物改性硅溶膠還具有以下特點(l)有助于涂層牢固粘附蠟?zāi)１砻?，避免涂料層翹起和開裂；(2)撒砂時砂粒粘附牢靠，浮砂減少；(3)脫水性能優(yōu)良，容易形成干燥均勻的涂層；(4)增加型殼濕態(tài)強度，有利防止脫蠟時型殼開裂；(5)由于聚合物在焙燒時會被燒掉，能提高型殼透氣性。本發(fā)明的有益效果為(1)本發(fā)明所述的聚合物改性硅溶膠可較顯著地縮短熔模鑄造制殼層間干燥時間，有效地提高蠟?zāi)Ｐ蜌こ貜姸?，降低蠟?zāi)Ｐ蜌埩魪姸?，而不影響其高溫強度?2)本發(fā)明所述的聚合物改性的硅溶膠是堿性的，符合一般廠家熔模鑄造型殼的制造工藝和生產(chǎn)要求；(3)本發(fā)明所述的聚合物改性的硅溶膠其原料為普通硅溶膠和PVP，其原料為普通材料，價格低廉，適于推廣應(yīng)用；(4)本發(fā)明所述的聚合物改性的硅溶膠是通過水溶性的PVP溶液直接加入到堿性硅溶膠中，操作工藝簡單，生產(chǎn)成本較低，適于推廣應(yīng)用。具體實施例方式下述實施例中，實施例1、2、3、4、7、8和9所用的堿性硅溶膠是用東莞市惠和硅制品有限公司生產(chǎn)的型號為S-1430A的普通硅溶膠配制，S-1430A普通硅溶膠含質(zhì)量百分比為30%的Si02，pH值為9.5-10.5;實施例5、6所用的堿性硅溶膠是用東莞市惠和硅制品有限公司生產(chǎn)的型號為S-40的普通硅溶膠配制，S-40普通硅溶膠含質(zhì)量百分比為40%的Si02，pH值為9.5-10.5。顯然，實施本發(fā)明所用的普通硅溶膠并不限于東莞市惠和硅制品有限公司的產(chǎn)品，普通硅溶膠只需滿足含質(zhì)量百分比為22%40%的Si02即可。實施例1:—種聚合物改性的硅溶膠，含有堿性硅溶膠和聚乙烯吡咯烷酮，其中，所述堿性硅溶膠中的Si(^占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為25.0%，聚乙烯吡咯烷酮占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為1.0%。聚合物改性的硅溶膠的pH值為IO.O，聚乙烯吡咯烷酮的分子量為1萬20萬。上述聚合物改性的硅溶膠的制備方法取分子量為1萬20萬聚乙烯吡咯烷酮(PVP)10g，加入90g去離子水中，并在室溫劇烈攪拌3060分鐘，使PVP完全溶解，得到PVP溶液。另取東莞市惠和硅制品有限公司生產(chǎn)的型號為S-1430A的普通硅溶膠833.3g，根據(jù)S-1430A的實際pH值，用稀鹽酸或飽和氯化鈣溶液調(diào)節(jié)pH值為10.0，并加入一定量的去離子水，得到堿性硅溶膠900g。在不斷攪拌下，將上述PVP溶液緩慢加入到堿性硅溶膠中，即可得到聚合物改性的硅溶膠1000g，其PVP含量為1.0%，Si02含量為25.0%，pH值為10.0。實施例2:—種聚合物改性的硅溶膠，含有堿性硅溶膠和聚乙烯吡咯烷酮，其中，所述堿性硅溶膠中的Si(^占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為25.0%，聚乙烯吡咯烷酮占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為2.0%。聚合物改性的硅溶膠的pH值為9.5，聚乙烯吡咯烷酮的分子量為1萬20萬。上述聚合物改性的硅溶膠的制備方法取分子量為1萬20萬聚乙烯吡咯烷酮(PVP)20g，加入80g去離子水中，并在室溫劇烈攪拌3060分鐘，使PVP完全溶解，得到PVP溶液。另取東莞市惠和硅制品有限公司生產(chǎn)的型號為S-1430A的普通硅溶膠833.3g，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值為9.5，并加入一定量的去離子水，得到堿性硅溶膠900g。在不斷攪拌下，將上述PVP溶液緩慢加入到堿性硅溶膠中，即可得到聚合物改性的硅溶膠1000g，其PVP質(zhì)量百分比為2.0%，Si02質(zhì)量百分比為25.0%，pH值為9.5。實施例3:—種聚合物改性的硅溶膠，含有堿性硅溶膠和聚乙烯吡咯烷酮，其中，所述堿性硅溶膠中的Si(^占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為25.0%，聚乙烯吡咯烷酮占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為2.0%。聚合物改性的硅溶膠的pH值為10.O，聚乙烯吡咯烷酮的分子量為1萬20萬。上述聚合物改性的硅溶膠的制備方法取分子量為1萬20萬聚乙烯吡咯烷酮(PVP)20g，加入80g去離子水中，并在室溫劇烈攪拌3060分鐘，使PVP完全溶解，得到PVP溶液。另取東莞市惠和硅制品有限公司生產(chǎn)的型號為S-1430A的普通硅溶膠833.3g，根據(jù)S-1430A的實際pH值，用稀鹽酸或飽和氯化鈣溶液調(diào)節(jié)pH值為10.0，并加入一定量的去離子水，得到堿性硅溶膠900g。在不斷攪拌下，將上述PVP溶液緩慢加入到堿性硅溶膠中，即可得到聚合物改性的硅溶膠1000g，其PVP質(zhì)量百分比為2.0X，Si02質(zhì)量百分比為25.0X，pH值為10.0。實施例4:—種聚合物改性的硅溶膠，含有堿性硅溶膠和聚乙烯吡咯烷酮，其中，所述堿性硅溶膠中的Si(^占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為25.0%，聚乙烯吡咯烷酮占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為2.0%。聚合物改性的硅溶膠的pH值為10.5，聚乙烯吡咯烷酮的分子量為1萬20萬。上述聚合物改性的硅溶膠的制備方法取分子量為1萬20萬聚乙烯吡咯烷酮(PVP)20g，加入80g去離子水中，并在室溫劇烈攪拌3060分鐘，使PVP完全溶解，得到PVP溶液。另取東莞市惠和硅制品有限公司生產(chǎn)的型號為S-1430A的普通硅溶膠833.3g，用飽和氯化鈣溶液調(diào)節(jié)pH值為10.5，并加入一定量的去離子水，得到堿性硅溶膠900g。在不斷攪拌下，將上述PVP溶液緩慢加入到堿性硅溶膠中，即可得到聚合物改性的硅溶膠1000g，其PVP質(zhì)量百分比為2.0%，Si(^質(zhì)量百分比為25.0X，pH值為10.5。實施例5:5—種聚合物改性的硅溶膠，含有堿性硅溶膠和聚乙烯吡咯烷酮，其中，所述堿性硅溶膠中的Si(^占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為30.0%，聚乙烯吡咯烷酮占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為4.0%。聚合物改性的硅溶膠的pH值為10.O，聚乙烯吡咯烷酮的分子量為1萬20萬。上述聚合物改性的硅溶膠的制備方法取分子量為1萬20萬聚乙烯吡咯烷酮(PVP)40g，加入60g水中，并在室溫劇烈攪拌3060分鐘，使PVP完全溶解，得到PVP溶液。另取東莞市惠和硅制品有限公司生產(chǎn)的型號為S-40的普通硅溶膠750.Og，根據(jù)S-40的實際PH值，用稀鹽酸或飽和氯化鈣溶液調(diào)節(jié)pH值為10.0，并加入一定量的去離子水，得到堿性硅溶膠900g。在不斷攪拌下，將上述PVP溶液緩慢加入到堿性硅溶膠中，即可得到聚合物改性的硅溶膠1000g，其PVP質(zhì)量百分比為4.0%，Si02質(zhì)量百分比為30.0%，pH值為10.0。實施例6:—種聚合物改性的硅溶膠，含有堿性硅溶膠和聚乙烯吡咯烷酮，其中，所述堿性硅溶膠中的Si(^占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為35.0%，聚乙烯吡咯烷酮占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為4.0%。聚合物改性的硅溶膠的pH值為10.O，聚乙烯吡咯烷酮的分子量為1萬20萬。上述聚合物改性的硅溶膠的制備方法取分子量為1萬20萬聚乙烯吡咯烷酮(PVP)40g，加入60g水中，并在室溫劇烈攪拌3060分鐘，使PVP完全溶解，得到PVP溶液。另取東莞市惠和硅制品有限公司生產(chǎn)的型號為S-40的普通硅溶膠875.lg，根據(jù)S-40的實際PH值，用稀鹽酸或飽和氯化鈣溶液調(diào)節(jié)pH值為10.0，并加入一定量的去離子水，得到堿性硅溶膠900g。在不斷攪拌下，將上述PVP溶液緩慢加入到堿性硅溶膠中，即可得到聚合物改性的硅溶膠1000g，其PVP質(zhì)量百分比為4.0%，Si02質(zhì)量百分比為35.0%，pH值為10.0。實施例7:—種聚合物改性的硅溶膠，含有堿性硅溶膠和聚乙烯吡咯烷酮，其中，所述堿性硅溶膠中的Si(^占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為20.0%，聚乙烯吡咯烷酮占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為0.5%。聚合物改性的硅溶膠的pH值為9.5，聚乙烯吡咯烷酮的分子量為1萬20萬。上述聚合物改性的硅溶膠的制備方法取分子量為1萬20萬聚乙烯吡咯烷酮(PVP)5g，加入95g水中，并在室溫劇烈攪拌3060分鐘，使PVP完全溶解，得到PVP溶液。另取東莞市惠和硅制品有限公司生產(chǎn)的型號為S-1430A的普通硅溶膠666.7g，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值為9.5，并加入一定量的去離子水，得到堿性硅溶膠900g。在不斷攪拌下，將上述PVP溶液緩慢加入到堿性硅溶膠中，即可得到聚合物改性的硅溶膠1000g，其PVP質(zhì)量百分比為0.5%，Si02質(zhì)量百分比為20.0%，pH值為9.5。實施例8:—種聚合物改性的硅溶膠，含有堿性硅溶膠和聚乙烯吡咯烷酮，其中，所述堿性硅溶膠中的Si(^占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為20.0%，聚乙烯吡咯烷酮占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為0.3%。聚合物改性的硅溶膠的pH值為9.O，聚乙烯吡咯烷酮的分子量為1萬20萬。上述聚合物改性的硅溶膠的制備方法取分子量為1萬20萬聚乙烯吡咯烷酮(PVP)3g，加入97g水中，并在室溫劇烈攪拌3060分鐘，使PVP完全溶解，得到PVP溶液。另取東莞市惠和硅制品有限公司生產(chǎn)的型號為S-1430A的普通硅溶膠666.7g，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值為9.0，并加入一定量的去離子水，得到堿性硅溶膠900g。在不斷攪拌下，將上述PVP溶液緩慢加入到堿性硅溶膠中，即可得到聚合物改性的硅溶膠1000g，其PVP質(zhì)量百分比為0.3%，Si02質(zhì)量百分比為20.0%，pH值為9.0。實施例9:—種聚合物改性的硅溶膠，含有堿性硅溶膠和聚乙烯吡咯烷酮，其中，所述堿性硅溶膠中的Si(^占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為20.0%，聚乙烯吡咯烷酮占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為0.1%。聚合物改性的硅溶膠的pH值為8.5，聚乙烯吡咯烷酮的分子量為1萬20萬。上述聚合物改性的硅溶膠的制備方法取分子量為1萬20萬聚乙烯吡咯烷酮(PVP)lg，加入99g水中，并在室溫劇烈攪拌3060分鐘，使PVP完全溶解，得到PVP溶液。另取東莞市惠和硅制品有限公司生產(chǎn)的型號為S-1430A的普通硅溶膠666.7g，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值為8.5，并加入一定量的去離子水，得到堿性硅溶膠900g。在不斷攪拌下，將上述PVP溶液緩慢加入到堿性硅溶膠中，即可得到聚合物改性的硅溶膠1000g，其PVP質(zhì)量百分比為0.1%，Si02質(zhì)量百分比為20.0%，pH值為8.5。為了檢驗上述實施例所制備的聚合物增強硅溶膠在精密鑄造中的使用性能，實驗通過模擬精密鑄造的過程，測量了實施例所制備的聚合物改性硅溶膠型殼的性能指標(biāo)，具體測試方法如下(1)制作蠟?zāi)２捎蒙唐肪荑T造用HA-1068模型蠟制備尺寸為100mmx40mmx8mm的蠟?zāi)Ｈ舾伞?2)配制漿料通過精密鑄造用200目莫來粉和各實施例所示不同組成聚合物改性硅溶膠以1.5:l的粉液比配制涂料，控制涂料粘度為30-50秒(用4號杯測試)。(3)制涂料塊將涂料均勻涂抹于蠟?zāi)Ｉ?，撒?5目莫來砂后自然干燥，待干燥后再重復(fù)涂掛，共涂五層，最后一層不撒砂。環(huán)境條件相對濕度40%50%，溫度24°C25°C，普通電扇吹風(fēng)，風(fēng)速約3米/秒。層間干燥時間以涂掛下一層時較少回溶并可順利涂掛為標(biāo)準(zhǔn)。在完成涂掛24小時后加溫脫蠟。(4)常溫強度測量將(3)所制備的涂料塊在ll(TC下保溫2小時，測量其強度。(5)高溫強度測量將(3)所制備的涂料塊放入焙燒爐，在30(TC以下入爐，逐漸升溫至90(TC，保溫2小時，降至30(TC以下出爐，測量其強度。(6)殘留強度測量將(3)所制備的涂料塊放入焙燒爐，在30(TC以下入爐，逐漸升溫至150(TC，保溫2小時，降至30(TC以下出爐，測量其強度。上述(4)，(5)，(6)測試所用儀器和方法均按照HB5352.1_86《熔模鑄造型殼抗彎強度測量方法》。對上述9個實施例制備的樣品進行了測試，并對照廣東東莞惠和硅制品有限公司生產(chǎn)的型號為S-1430A和型號為S-40的普通硅溶膠進行了對比試驗。具體實驗結(jié)果如表7<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>膠可較顯著地縮短熔模鑄造制殼層間干燥時間，有效地提高蠟?zāi)Ｐ蜌こ貜姸龋档拖災(zāi)Ｐ蜌埩魪姸?，而不影響其高溫強度?2)對組成相同，而pH值不同的硅溶膠，如實施例2，3和4，其涂料和型殼的基本性能大體一致；(3)影響本發(fā)明所述的聚合物改性硅溶膠使用性能的主要因素是Si02含量和PVP含量。另外，本發(fā)明所述的聚合物改性的硅溶膠是堿性的，符合一般廠家熔模鑄造型殼的制造工藝和生產(chǎn)要求；其原料為普通硅溶膠和PVP，其原料為普通材料，價格低廉，適于推廣應(yīng)用；制備方法是通過水溶性的PVP溶液直接加入到堿性硅溶膠中，操作工藝簡單，生產(chǎn)成本較低。上述實施例，只是本發(fā)明的較典型實施例，并非用來限制本發(fā)明實施范圍，故凡以本發(fā)明權(quán)利要求所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均應(yīng)包括在本發(fā)明權(quán)利要求范圍之內(nèi)。權(quán)利要求一種聚合物改性的硅溶膠，其特征在于，其含有堿性硅溶膠和聚乙烯吡咯烷酮，其中，所述堿性硅溶膠中的SiO2占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為20.0％～36.0％，聚乙烯吡咯烷酮占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為0.1％～5.0％。2.如權(quán)利要求1所述的聚合物改性的硅溶膠，其特征在于，所述聚合物改性的硅溶膠的pH值為8.510.5。3.如權(quán)利要求1所述的聚合物改性的硅溶膠，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量為l萬20萬。4.如權(quán)利要求1所述的聚合物改性的硅溶膠，其特征在于，所述堿性硅溶膠為Si02微粒在水中均勻分散的膠體溶液，其中，Si02質(zhì)量百分比為22.0%40.0%，pH值為9.510.5。5.如權(quán)利要求14任一項所述的聚合物改性的硅溶膠的制造方法，其特征在于包括以下步驟(1)配制聚乙烯吡咯烷酮溶液；(2)配制堿性硅溶膠；(3)按一定比例將步驟(1)和步驟(2)制備的溶液均勻混合，即得聚合物改性的硅溶膠；其中，步驟(3)中所用的比例使Si(^占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為20.0%36.0%，聚乙烯吡咯烷酮占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為0.1%5.0%。全文摘要本發(fā)明提供了一種聚合物改性的硅溶膠，其含有堿性硅溶膠和聚乙烯吡咯烷酮，其中，所述堿性硅溶膠中的SiO2占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為20.0％～36.0％，聚乙烯吡咯烷酮占所述聚合物改性的硅溶膠的質(zhì)量百分比為0.1％～5.0％。制備方法為(1)配制聚乙烯吡咯烷酮水溶液；(2)配制堿性硅溶膠；(3)按所需比例將步驟(1)和步驟(2)制備的溶液均勻混合，即得聚合物改性的硅溶膠。本發(fā)明制備的聚合物改性的硅溶膠可較顯著地縮短熔模鑄造制殼層間干燥時間，有效地提高蠟?zāi)Ｐ蜌こ貜姸龋档拖災(zāi)Ｐ蜌埩魪姸?，而不影響其高溫強度，制備方法簡單，成本低廉，適于推廣應(yīng)用。文檔編號B22C1/18GK101786139SQ20091021453公開日2010年7月28日申請日期2009年12月31日優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日發(fā)明者李楊,王國順,羅瓊,陳連喜申請人:東莞市惠和硅制品有限公司