本發(fā)明涉及鑄造輔助材料領(lǐng)域，具體涉及一種新型3D砂型打印用無機粘結(jié)劑用液體固化劑及其制備方法。

背景技術(shù)：
三維打印（ThreeDimensionalPrinting，3DP)由E.Sachs等人于1992年提出，是根據(jù)噴墨打印機原理，從噴嘴噴射出材料微滴，按一定路徑逐層固化成型。3D打印技術(shù)與機器人、互聯(lián)網(wǎng)一起被稱為第三次工業(yè)革命的主要標志。目前，已有部分工業(yè)級3D打印機應(yīng)用于鑄造生產(chǎn)服務(wù)，主要用于鑄件的快速成型、翻制模具、打印模殼、砂芯等。目前德國、日本等發(fā)達國家已經(jīng)將3D打印技術(shù)廣泛應(yīng)用于鑄造行業(yè)。而在國內(nèi)，3D打印技術(shù)正處于起步階段，尤其在鑄造行業(yè)，采用3D打印技術(shù)制造高端精密有色金屬鑄件的企業(yè)寥寥無幾。目前國內(nèi)外鑄造企業(yè)普遍使用的3D砂型打印用粘結(jié)劑包括有機樹脂和無機粘結(jié)劑兩大類。由于國外技術(shù)壟斷，國內(nèi)引入3D打印技術(shù)的鑄造企業(yè)只能依靠進口的方式來獲取其所需的3D砂型打印用粘結(jié)劑及其配套固化劑，不僅要承擔高昂的費用，而且具有一定的風險。3D打印技術(shù)在21世紀必將引領(lǐng)整個鑄造行業(yè)的改革和發(fā)展，因此，作為世界上擁有最大規(guī)模鑄造業(yè)的中國來說，研究和發(fā)展3D砂型打印用粘結(jié)劑及其配套固化劑的工作是非常有前景、有意義的。目前國內(nèi)尚未見3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑產(chǎn)品，而普通鑄鋼、鑄鐵領(lǐng)域?qū)o機粘結(jié)劑用液體固化劑的粘度、游離酸、水分等指標水平要求不高，從而導致將普通鑄鋼、鑄鐵用液體固化劑應(yīng)用于3D砂型打印領(lǐng)域時，其過高的粘度無法滿足噴墨打印機的使用要求，另一方面3D砂型打印要求快速硬化，在較短的時間內(nèi)要能夠達到足夠的強度，而普通鑄鋼、鑄鐵用液體固化劑游離酸和水分含量均較高，硬化速度較慢，強度增長較慢，無法滿足3D砂型打印要求。因此，為了迎合鑄造行業(yè)的整體發(fā)展趨勢，打破國外技術(shù)壟斷，本發(fā)明通過技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)了一種低粘度、低游離酸、低水分、能夠?qū)崿F(xiàn)快速硬化、性能穩(wěn)定的3D砂型打印無機粘結(jié)劑用新型液體固化劑。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種新型3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑及其制備方法，得到了一種低粘度、低游離酸、低水分、能夠?qū)崿F(xiàn)快速硬化、性能穩(wěn)定的3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種新型3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑，其特征在于，包括二醋酸甘油酯、三醋酸甘油酯、無水乙醇、甲基丙烯酸、醋酸乙烯酯、木糖醇。其中各個組分的百分比例為：二醋酸甘油酯28-48%、三醋酸甘油酯22%-38%、無水乙醇3.5%-12.5%、甲基丙烯酸2%-6%、醋酸乙烯酯9%-25%、木糖醇2%-4%。其中，所述的木糖醇能夠穩(wěn)定固化劑，同時提高砂型的抗?jié)裥浴Ｒ环N新型3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一，將二醋酸甘油酯和三醋酸甘油酯用真空泵抽入搪瓷反應(yīng)釜，啟動攪拌，攪拌30min以上；步驟二，加入醋酸乙烯酯，繼續(xù)攪拌30min以上；步驟三，依次加入無水乙醇、甲基丙烯酸和木糖醇，繼續(xù)攪拌30min以上，即得新型3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑，檢測、包裝。進一步的，制備得到的3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑，25℃時粘度＜20mPa?s；可使用時間為5min≤t≤15min，游離酸＜1.0%，含水量＜0.5%。本發(fā)明所述的技術(shù)方案的有益效果為：通過上述方式得到了低粘度的3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑，滿足了砂型噴墨打印的使用要求；能夠?qū)崿F(xiàn)快速硬化，滿足砂型噴墨打印使用要求；3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑在加入量為20%（占粘結(jié)劑的比重）時，其Φ30mm*50mm的標準砂試塊常溫抗壓強度達到5.0Mpa以上，粘結(jié)強度高；3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑游離酸＜1.0%，含水量＜0.5%，性能優(yōu)異；并且在生產(chǎn)和使用過程中不會產(chǎn)生對人體和環(huán)境有害的物質(zhì)和刺激性氣味，屬于綠色環(huán)保材料。具體實施方式為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。實施案例一本實施例3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑的組成原料為：二醋酸甘油酯36%、三醋酸甘油酯34%、無水乙醇7.5%、甲基丙烯酸3.5%、醋酸乙烯酯16%、木糖醇3%。本實施例的3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑的制備方法為：步驟一，將360Kg二醋酸甘油酯和340Kg三醋酸甘油酯用真空泵抽入到搪瓷反應(yīng)釜中，啟動攪拌，攪拌30min以上；步驟二，緩慢加入160Kg醋酸乙烯酯，繼續(xù)攪拌30min以上；步驟三，依次加入75Kg無水乙醇、35Kg甲基丙烯酸和30Kg木糖醇，繼續(xù)攪拌30min以上，即得新型3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑，檢測、包裝。該3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑在25℃時粘度為16mPa?s，密度為1.16g/ml；游離酸為0.8%；含水量為0.45%；可使用時間為5min≤t≤15min；外觀狀態(tài)為無色透明液體；加入量為20%（占粘結(jié)劑的比重）時，其Φ30mm*50mm的標準砂試塊24h常溫抗壓強度為5.12MPa。實施案例二本實施例3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑的組成原料為：二醋酸甘油酯40%、三醋酸甘油酯32%、無水乙醇9%、甲基丙烯酸4.5%、醋酸乙烯酯12%、木糖醇2.5%。本實施例的3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑的制備方法為：步驟一，將400Kg二醋酸甘油酯和320Kg三醋酸甘油酯用真空泵抽入到搪瓷反應(yīng)釜中，啟動攪拌，攪拌30min以上；步驟二，緩慢加入120Kg醋酸乙烯酯，繼續(xù)攪拌30min以上；步驟三，依次加入90Kg無水乙醇、45Kg甲基丙烯酸和25Kg木糖醇，繼續(xù)攪拌30min以上，即得新型3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑，檢測、包裝。該3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑在25℃時粘度為18mPa?s，密度為1.11g/ml；游離酸為0.75%；含水量為0.42%；可使用時間為5min≤t≤15min；外觀狀態(tài)為無色透明液體；加入量為20%（占粘結(jié)劑的比重）時，其Φ30mm*50mm的標準砂試塊24h常溫抗壓強度為5.26MPa。實施案例三本實施例3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑的組成原料為：醋酸甘油酯38%、三醋酸甘油酯30%、無水乙醇8%、甲基丙烯酸4%、醋酸乙烯酯17%、木糖醇3%。步驟一，將380Kg二醋酸甘油酯和300Kg三醋酸甘油酯用真空泵抽入到搪瓷反應(yīng)釜中，啟動攪拌，攪拌30min以上；步驟二，緩慢加入170Kg醋酸乙烯酯，繼續(xù)攪拌30min以上；步驟三，依次加入80Kg無水乙醇、40Kg甲基丙烯酸和30Kg木糖醇，繼續(xù)攪拌30min以上，即得3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑，檢測、包裝。該3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑在25℃時粘度為15mPa?s，密度為1.14g/ml；游離酸為0.65%；含水量為0.38%；可使用時間為5min≤t≤15min；外觀狀態(tài)為無色透明液體；加入量為20%（占粘結(jié)劑的比重）時，其Φ30mm*50mm的標準砂試塊24h常溫抗壓強度為5.09MPa。實施案例四本實施例3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑的組成原料為：二醋酸甘油酯46%、三醋酸甘油酯27%、無水乙醇5%、甲基丙烯酸5.5%、醋酸乙烯酯13%、木糖醇3.5%。步驟一，將460Kg二醋酸甘油酯和270Kg三醋酸甘油酯用真空泵抽入到搪瓷反應(yīng)釜中，啟動攪拌，攪拌30min以上；步驟二，緩慢加入130Kg醋酸乙烯酯，繼續(xù)攪拌30min以上；步驟三，依次加入50Kg無水乙醇、55Kg甲基丙烯酸和35Kg木糖醇，繼續(xù)攪拌30min以上，即得新型3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑，檢測、包裝。該3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑在25℃時粘度為17mPa?s，密度為1.09g/ml；游離酸為0.68%；含水量為0.40%；可使用時間為5min≤t≤15min；外觀狀態(tài)為無色透明液體；加入量為20%（占粘結(jié)劑的比重）時，其Φ30mm*50mm的標準砂試塊24h常溫抗壓強度為5.21MPa。實施案例五本實施例3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑的組成原料為：二醋酸甘油酯42%、三醋酸甘油酯29%、無水乙醇4%、甲基丙烯酸3%、醋酸乙烯酯20%、木糖醇2%。步驟一，將420Kg二醋酸甘油酯和290Kg三醋酸甘油酯用真空泵抽入到搪瓷反應(yīng)釜中，啟動攪拌，攪拌30min以上；步驟二，緩慢加入200Kg醋酸乙烯酯，繼續(xù)攪拌30min以上；步驟三，依次加入40Kg無水乙醇、30Kg甲基丙烯酸和20Kg木糖醇，繼續(xù)攪拌30min以上，即得3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑，檢測、包裝。該3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑在25℃時粘度為15mPa?s，密度為1.07g/ml；游離酸為0.71%；含水量為0.49%；可使用時間為5min≤t≤15min；外觀狀態(tài)為無色透明液體；加入量為20%（占粘結(jié)劑的比重）時，其Φ30mm*50mm的標準砂試塊24h常溫抗壓強度為5.19MPa。該新型3D砂型打印無機粘結(jié)劑用液體固化劑中，二醋酸甘油酯、三醋酸甘油酯和醋酸乙烯酯作為主要組分，在與無機粘結(jié)劑起反應(yīng)時，本身先發(fā)生水解反應(yīng)生成醇和酸。然后，水解反應(yīng)生成的酸和向體系中引入的甲基丙烯酸電離產(chǎn)生H+，由于有大量H+的產(chǎn)生，加速了粘結(jié)劑中硅酸根的水解，生成了大量的硅酸溶膠。硅酸溶膠可形成立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得型砂緊緊地粘結(jié)在一起。由于固化劑和粘結(jié)劑在反應(yīng)的過程中會伴隨著水分的產(chǎn)生，水分的存在會嚴重影響型砂強度，故向體系中引入易揮發(fā)的無水乙醇，以便帶走固化劑和粘結(jié)劑反應(yīng)時產(chǎn)生的水分。木糖醇作為一種多元醇，引入到固化劑體系中，可起到穩(wěn)定固化劑體系的作用，同時作為大分子的醇類，其也可在一定程度上提高砂型的抗吸濕性。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。