一種高發(fā)泡性消失鑄模材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高發(fā)泡性能聚苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯氣化消失鑄模材料及其制備方法。其在苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯消失鑄模材料的制備過程中加入了功能單體甲基丙烯酸。過程如下：把去離子水、苯乙烯單體、甲基丙烯酸甲酯單體、甲基丙烯酸單體、分散劑、引發(fā)劑混合并進行懸浮聚合反應制備成珠粒材料；將制備的珠粒材料洗滌、干燥、篩分后保存得到預發(fā)泡材料；將預發(fā)泡材料、發(fā)泡劑、增塑劑、表面涂層劑和靜電防止劑置于高壓釜中發(fā)泡，保溫、降溫、出料、洗滌，高發(fā)泡性消失鑄模材料。本發(fā)明單位質(zhì)量材料的體積大大增加，提高了材料的經(jīng)濟效益也減少了裂解氣體的產(chǎn)生，有利改善車間環(huán)境同時也減輕了環(huán)境污染。
【專利說明】一種高發(fā)泡性消失鑄模材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于模具鑄造領(lǐng)域，具體涉及一種高發(fā)泡性能聚苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯氣化消失鑄模材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]消失模鑄造(簡稱EPC)是一種近無余量、精確成行并且容易實現(xiàn)清潔生產(chǎn)的新技術(shù)，也是一門集塑料、化工、機械、鑄造為一體的綜合性多科學的鑄造新技術(shù)系統(tǒng)工程。
[0003]80年代初，EPC技術(shù)開始廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)，尤其在汽車行業(yè)中得到飛速的法展。同時國內(nèi)外的生產(chǎn)實踐顯示了該技術(shù)獨特的優(yōu)越性，EPC工藝被譽為“21世紀的新技術(shù)”、“鑄造中的綠色工程”。
[0004]聚苯乙烯是最早也是最常用消失鑄模材料，但單獨用聚苯乙烯做消失鑄模成型材料在鑄模時會出現(xiàn)“碳缺陷”現(xiàn)象從而影響鑄件質(zhì)量；用聚甲基丙烯酸甲酯做消失鑄模成型材料，雖然克服了 “碳缺陷”問題，卻使發(fā)氣量增大從而提高了澆鑄難度。綜合上面兩種材料在消失鑄模中的優(yōu)缺點，開發(fā)了 ST-MMA材料。該種材料雖然在理論上是一種比較適合消失模鑄造成型的材料，但該材料的發(fā)泡條件苛刻而阻礙了其在工業(yè)中的應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于通過在聚合時加入一種功能單體來提高苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯消失鑄模材料的發(fā)泡能力，得到一種改善了發(fā)泡性能的消失鑄模材料。提高發(fā)泡能力后單位質(zhì)量材料的體積大大增加，提高了材料的經(jīng)濟效益也減少了裂解氣體的產(chǎn)生，有利改善車間環(huán)境同時也減輕了環(huán)境污染。
[0006]為達到上述目的，采用技術(shù)方案如`下:
[0007]一種高發(fā)泡性消失鑄模材料，其在苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯消失鑄模材料的制備過程中加入了功能單體甲基丙烯酸。
[0008]按上述方案，由以下重量份數(shù)的原料制備而成:
[0009]苯乙烯(ST)單體4~6份、甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體8~12份、甲基丙烯酸(MAA)單體4~6份、去離子水100~140份、分散劑0.5~2份、引發(fā)劑0.4~1份、增塑劑0.01~1份、表面涂層劑0.3~1份、靜電防止劑0.01~1份、發(fā)泡劑C4~C6低沸點烷烴I~3份。
[0010]按上述方案，所述分散劑由質(zhì)量分數(shù)60%~80%的有機分散劑和質(zhì)量分數(shù)40%~20%無機分散劑組成。
[0011]按上述方案，所述有機分散劑為聚乙烯醇；所述無機分散劑為堿式碳酸鎂。
[0012]按上述方案，所述的引發(fā)劑為過氧化二苯甲酰。
[0013]上述高發(fā)泡性消失鑄模材料的制備方法，包括以下步驟:
[0014]把去離子水、苯乙烯單體、甲基丙烯酸甲酯單體、甲基丙烯酸單體、分散劑、引發(fā)劑混合并進行懸浮聚合反應制備成珠粒材料；[0015]將制備的珠粒材料洗滌、干燥、篩分后保存得到預發(fā)泡材料；
[0016]將預發(fā)泡材料、發(fā)泡劑、增塑劑、表面涂層劑和靜電防止劑置于高壓釜中，設(shè)置壓力0.65MPa的下發(fā)泡6~10h，保溫10~15h，降溫、出料、洗滌，高發(fā)泡性消失鑄模材料。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:由于本發(fā)明制備的可發(fā)性消失鑄模聚苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯的材料的發(fā)泡性能大大提高，使得專門對聚苯乙烯發(fā)泡的發(fā)泡設(shè)備也可以對本發(fā)明合成的材料進行發(fā)泡，有利于推廣且有利早先聚苯乙烯為發(fā)泡材料企業(yè)的改革。提高發(fā)泡能力后單位質(zhì)量材料的體積大大增加，提高了材料的經(jīng)濟效益也減少了裂解氣體的產(chǎn)生，有利改善車間環(huán)境同時也減輕了環(huán)境污染。
【具體實施方式】
[0018]為更進一步理解本發(fā)明技術(shù)方案，結(jié)合實施例做具體說明，但不局限于如下實施例。
[0019]高發(fā)泡性消失鑄模材料，在苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯消失鑄模材料的基礎(chǔ)上加入了功能單體甲基丙烯酸。制備的可發(fā)性消失鑄模聚苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯的材料的發(fā)泡性能大大提高，使得專門對聚苯乙烯發(fā)泡的發(fā)泡設(shè)備也可以對本發(fā)明合成的材料進行發(fā)泡。
[0020]上述高發(fā)泡性消失鑄模材料由以下重量份數(shù)的原料制備而成:
[0021]苯乙烯(ST)單體4~6份、甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體8~12份、甲基丙烯酸(MAA)單體4~6份、去離子水100~140份、分散劑0.5~2、引發(fā)劑0.4~1、增塑劑0.01~1、表面涂層劑0.3~1、靜電防止劑0.01~1、發(fā)泡劑C4~C6低沸點烷烴I~3份。
[0022]其中，分散劑由質(zhì)量分數(shù)60%~80%的有機分散劑和質(zhì)量分數(shù)40%~20%無機分散劑組成。有機分散劑可以為聚乙烯醇、羥丙基纖維素、羥丙甲纖維素、聚維酮中的任意一種或幾種的混合；所述無機分散劑可以為硫化鈉、堿式碳酸鎂、膨潤土、滑石粉、碳酸鈣中的任意一種或幾種的混合物。優(yōu)化地實施方案為有機分散劑聚乙烯醇、無機分散劑堿式碳酸鎂的混合。
[0023]弓丨發(fā)劑可以為過氧化二苯甲酰、過氧化碳酸一2—乙基己酸叔丁酯、1，I一雙(過氧化叔丁基)一3.3.3—三甲基環(huán)己烷、過氧化苯甲酸叔丁酯、過氧化二異丙苯中的任意一種。
[0024]增塑劑可以為甲苯、對二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯、乙苯、丙苯、異丙苯中的任意一種或幾中。
[0025]發(fā)泡劑可以為丁烷、異丁烷、正戊烷、異戊烷、新戊烷、環(huán)戊烷、己烷中的任意一種。
[0026]上述高發(fā)泡性消失鑄模材料的制備過程如下:
[0027]把去離子水、苯乙烯單體、甲基丙烯酸甲酯單體、甲基丙烯酸單體、分散劑、引發(fā)劑混合并進行懸浮聚合反應制備成珠粒材料；
[0028]將制備的珠粒材料洗滌、干燥、篩分后保存得到預發(fā)泡聚合物材料；
[0029]將預發(fā)泡材料、發(fā)泡劑、增塑劑、表面涂層劑和靜電防止劑置于高壓釜中，設(shè)置壓力0.65MPa的下發(fā)泡6~10h，保溫10~15h，降溫、出料、洗滌，高發(fā)泡性消失鑄模材料。
[0030]實施效果表明，本發(fā)明制備的消失鑄模材料發(fā)泡性能較高，灼燒后灰分小于1%。材料表面光滑、剛性好、強度高。表觀性能都滿足消失模鑄造。[0031]實施例1
[0032]在裝有攪拌器和冷凝回流裝置的250ml的三口燒瓶中加入100份的蒸餾水、0.4份引發(fā)劑過氧化二苯甲酰、0.5份分散劑、4份苯乙烯(ST)單體、12份甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體、4份功能單體甲基丙烯酸(MAA)進行懸浮聚合制備成珠粒材料。其中分散劑為質(zhì)量分數(shù)60%聚乙烯醇與40%堿式碳酸鎂的混合。
[0033]反應完畢后，冷卻物料并用稀鹽酸進行洗滌、過濾、干燥制得預發(fā)泡聚合物材料。
[0034]在發(fā)泡裝置中加入所得預發(fā)泡聚合物材料、1.5份的發(fā)泡劑及0.01份的增塑劑、
0.3份表面涂層劑、0.01份靜電防止劑。在高壓釜中，壓力為0.65MPa的條件下發(fā)泡6h，保溫10h，降溫、出料、洗滌，得可發(fā)性聚苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物珠粒。
[0035]發(fā)泡后的材料的密度為14.3kg/m3，灼燒后灰分小于1%。材料表面光滑、剛性好、強度高。表觀性能都滿足消失模鑄造。
[0036]實施例2
[0037]在裝有攪拌器和冷凝回流裝置的250ml的三口燒瓶中加入140份的蒸餾水、1份引發(fā)劑過氧化二苯甲酰、2份分散劑、6份苯乙烯(ST)單體、8份甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體、6份功能單體甲基丙烯酸(MAA)進行懸浮聚合制備成珠粒材料。其中分散劑為質(zhì)量分數(shù)80%聚乙烯醇與20%堿式碳酸鎂的混合。
[0038]反應完畢后，冷卻物料并用稀鹽酸進行洗滌、過濾、干燥制得預發(fā)泡聚合物材料。
[0039]在發(fā)泡裝置中加入所得預發(fā)泡聚合物材料、2.5份的發(fā)泡劑及1份的增塑劑、1份表面涂層劑、1份靜電防止劑。在高壓釜中，壓力為0.65MPa的條件下發(fā)泡6h，保溫10h，降溫、出料、洗滌，得可發(fā) 性聚苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物珠粒。
[0040]發(fā)泡后的材料的密度為14.5kg/m3，灼燒后灰分小于1%。材料表面光滑、剛性好、強度高。表觀性能都滿足消失模鑄造。
[0041]實施例3
[0042]在裝有攪拌器和冷凝回流裝置的250ml的三口燒瓶中加入100份的蒸餾水、0.4份引發(fā)劑過氧化二苯甲酰、0.5份分散劑、4份苯乙烯(ST)單體、12份甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體、4份功能單體甲基丙烯酸(MAA)進行懸浮聚合制備成珠粒材料。其中分散劑為質(zhì)量分數(shù)60%聚乙烯醇與40%堿式碳酸鎂的混合。
[0043]反應完畢后，冷卻物料并用稀鹽酸進行洗滌、過濾、干燥制得預發(fā)泡聚合物材料。
[0044]在發(fā)泡裝置中加入所得預發(fā)泡聚合物材料、2份的發(fā)泡劑及0.01份的增塑劑、0.6份表面涂層劑、0.5份靜電防止劑。在高壓釜中，壓力為0.65MPa的條件下發(fā)泡6h，保溫IOh,降溫、出料、洗滌，得可發(fā)性聚苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物珠粒。
[0045]發(fā)泡后的材料的密度為14kg/m3，灼燒后灰分小于1%。材料表面光滑、剛性好、強度高。表觀性能都滿足消失模鑄造。
[0046]實施例4
[0047]在裝有攪拌器和冷凝回流裝置的250ml的三口燒瓶中加入140份的蒸餾水、1份引發(fā)劑過氧化二苯甲酰、2份分散劑、6份苯乙烯(ST)單體、8份甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體、6份功能單體甲基丙烯酸(MAA)進行懸浮聚合制備成珠粒材料。其中分散劑為質(zhì)量分數(shù)80%聚乙烯醇與20%堿式碳酸鎂的混合。
[0048]反應完畢后，冷卻物料并用稀鹽酸進行洗滌、過濾、干燥制得預發(fā)泡聚合物材料。[0049]在發(fā)泡裝置中加入所得預發(fā)泡聚合物材料、2份的發(fā)泡劑及1份的增塑劑、0.6份表面涂層劑、0.5份靜電防止劑。在高壓釜中，壓力為0.65MPa的條件下發(fā)泡6h，保溫10h，降溫、出料、洗滌，得可發(fā)性聚苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物珠粒。
[0050]發(fā)泡后的材料的密度為14kg/m3，灼燒后灰分小于1%。材料表面光滑、剛性好、強度高。表觀性能都滿足消失模鑄造。
[0051]實施例5
[0052]在裝有攪拌器和冷凝回流裝置的250ml的三口燒瓶中加入120份的蒸餾水、0.7份引發(fā)劑過氧化二苯甲酰、1份分散劑、5份苯乙烯(ST)單體、10份甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體、5份功能單體甲基丙烯酸(MAA)進行懸浮聚合制備成珠粒材料。其中分散劑為質(zhì)量分數(shù)70%聚乙烯醇與30%堿式碳酸鎂的混合。
[0053]反應完畢后，冷卻物料并用稀鹽酸進行洗滌、過濾、干燥制得預發(fā)泡聚合物材料。
[0054]在發(fā)泡裝置中加入所得預發(fā)泡聚合物材料、2份的發(fā)泡劑及0.5份的增塑劑、0.6份表面涂層劑、0.5份靜電防止劑。在高壓釜中，壓力為0.65MPa的條件下發(fā)泡6h，保溫10h，降溫、出料、洗滌，得可發(fā)性聚苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物珠粒。
[0055]發(fā)泡后的材料的密度為14kg/m3，灼燒后灰分小于1%。材料表面光滑、剛性好、強度高。表觀性能都滿足消失模鑄造。
[0056]對比例I
[0057]在裝有攪拌器和冷 凝回流裝置的250ml的三口燒瓶中加入120份的蒸餾水、0.7份引發(fā)劑過氧化二苯甲酰、1份分散劑、5份苯乙烯(ST)單體、10份甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體、進行懸浮聚合制備成珠粒材料。其中分散劑為質(zhì)量分數(shù)70%聚乙烯醇與30%堿式碳酸鎂的混合。
[0058]反應完畢后，冷卻物料并用稀鹽酸進行洗滌、過濾、干燥制得預發(fā)泡聚合物材料。
[0059]在發(fā)泡裝置中加入所得預發(fā)泡聚合物材料、2份的發(fā)泡劑及0.5份的增塑劑、0.6份表面涂層劑、0.5份靜電防止劑。在高壓釜中，壓力為0.65MPa的條件下發(fā)泡6h，保溫IOh,降溫、出料、洗滌，得可發(fā)性聚苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物珠粒。
[0060]發(fā)泡后的材料的密度為21kg/m3，灼燒后灰分大于1%。其實施效果與實施例5相比較差，更進一步說明了功能單體甲基丙烯酸的加入效果。
【權(quán)利要求】
1.一種高發(fā)泡性消失鑄模材料，其特征在于在苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯消失鑄模材料的制備過程中加入了功能單體甲基丙烯酸。
2.如權(quán)利要求1所述的高發(fā)泡性消失鑄模材料，其特征在于由以下重量份數(shù)的原料制備而成: 苯乙烯單體4~6份、甲基丙烯酸甲酯單體8~12份、甲基丙烯酸單體4~6份、去離子水100~140份、分散劑0.5~2份、引發(fā)劑0.4~1份、增塑劑0.01~1份、表面涂層劑0.3~1份、靜電防止劑0.01~1份、發(fā)泡劑C4~C6低沸點烷烴I~3份。
3.如權(quán)利要求2所述的高發(fā)泡性消失鑄模材料，其特征在于所述分散劑由質(zhì)量分數(shù)60%~80%的有機分散劑和質(zhì)量分數(shù)40%~20%無機分散劑組成。
4.如權(quán)利要求2所述的高發(fā)泡性消失鑄模材料，其特征在于所述有機分散劑為聚乙烯醇；所述無機分散劑為堿式碳酸鎂。
5.如權(quán)利要求2所述的高發(fā)泡性消失鑄模材料，其特征在于所述的引發(fā)劑為過氧化二苯甲酰。
6.權(quán)利要求1-5任一項所述的高發(fā)泡性消失鑄模材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 把去離子水、苯乙烯單體、甲基丙烯酸甲酯單體、甲基丙烯酸單體、分散劑、引發(fā)劑混合并進行懸浮聚合反應制備成珠粒材料； 將制備的珠粒材料洗滌、干燥、篩分后保存得到預發(fā)泡材料； 將預發(fā)泡材料、發(fā)泡劑、增塑劑、表面涂層劑和靜電防止劑置于高壓釜中，設(shè)置壓力`0.65MPa的下發(fā)泡6~10h，保溫10~15h，降溫、出料、洗滌，高發(fā)泡性消失鑄模材料。
【文檔編號】C08J9/14GK103819859SQ201410077776
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】劉生鵬, 胡仙林, 許莉莉 申請人:武漢工程大學