一种铸造水玻璃用固化剂及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种铸造水玻璃用固化剂及其制备方法，所述固化剂包含：酯、无定形二氧化硅和水，所述无定形二氧化硅为热解法无定形二氧化硅和/或沉淀法无定形二氧化硅。本发明专利技术还涉及所述固化剂在制备铸型和型芯中的用途。本发明专利技术通过将包含酯、无定形二氧化硅和水的固化剂各组分通过高速剪切混合配制成悬浮液，再将其应用于水玻璃自硬砂的制备中，从而实现了铸造水玻璃用固化剂的一次性加入，无粉体污染，操作简单，计量、添加使用方便，实现了工业化生产；此外，将所述固化剂用于铸型或型芯的制备中，可以显著增加水玻璃砂的强度，并在成型后经较长时间的贮存后其强度仍保持在较高水平，大大改善了铸型或型芯的力学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铸造型砂改性
，尤其涉及一种铸造水玻璃用固化剂及其制备方法和用途。
技术介绍
铸件是装备制造业的基础件，因此铸造业的发展标志着一个国家的生产实力。据2008年统计，我国年产铸件3350万吨，是世界铸造第一大国。这些铸件的生成大多采用自硬砂制备铸型和型芯。用于制备金属成型体的铸型基本上以两种结构形式制备。第一种是形成所谓的型芯或型。由其装配成铸型，其基本上是所要制备的铸件的阴模。第二种是形成空心体。所谓的给料器，其起平衡储备容器的作用，该容器接收液态金属，在此通过相应的措施确保金属与处于构成阴模的铸型中的金属相比更长时间地保持在液相下。如果金属在阴模中凝固，那么液态金属可能从平衡储备容器中随后流出，以平衡在金属凝固时出现的体积收缩。铸型由耐火的材料，例如石英砂构成，它的颗粒在铸型成形后通过合适的粘结剂而接合，以保证铸型足够的机械强度；也应用耐火的造型基础材料用于制备铸型，该造型基础材料被用合适的粘结剂处理。耐火的造型基础材料优选以可流动的形式存在，使得其可填充入合适的空心型中和在那里被紧实。通过粘结剂在造型基础材料的颗粒之间产生牢固的接合，使得铸型获得必要的机械稳定性。铸型必须满足各种不同的要求。对于浇铸过程本身，其首先必须具有足够的稳定性和耐温度性，以将液态的金属接收到由一个或多个铸(分)型所构成的空心型中。在凝固过程开始后，铸型的机械稳定性通过凝固的金属层而保证，该金属层沿着空心型的壁形成。铸型的材料这时必须在由金属所释放的热量的影响下以这种方式分解，即其失去它的机械强度，也即在耐火材料的单个颗粒之间的接合被消除。这通过例如粘结剂在热的作用下分解而达到。在冷却后振动凝固的铸件，在此在理想的情况下，铸型的材料再次分解成细砂，其可以从金属模具的空腔中倒出。为了制备铸型，不仅可使用有机的粘结剂，而且可以使用无机的粘结剂，所述粘结剂的硬化各自可通过冷法或热法进行。铸造是机械制造业中污染最严重的一个行业，其中造型制芯用粘结剂是造成污染的主要根源。目前，铸造厂广泛采用呋喃树脂、脲烷树脂等有机粘结剂，它们在液态金属浇入铸型时燃烧分解可能释放出甲苯、二甲苯、苯酚、一氧化碳和悬浮物等有毒气体和有害物质。随着国家法律、法规对铸造厂环保要求的日益提高，水玻璃自硬砂越来越多的受到人们的关注。为了避免在浇铸过程期间分解产物的排放，必须应用这样的粘结剂，即，其基于无机的材料或最多含有非常少量的有机化合物。在DE19925167A中描述了一种放热的给料组合物，其含有碱金属硅酸盐作为粘结剂。此外已研发出了这种粘结剂体系，其是在室温下自硬化的。一种这样的基于磷酸和金属氧化物的体系例如描述在US5,582,232A1中。还有一种无机粘结剂体系，其在较高温度下硬化，例如在热的模具中硬化。这样的热硬化性粘结剂体系例如从US5,474,606A1中是已知的，在此文献中描述了由碱金属水玻璃和硅酸铝构成的粘结剂体系。典型地，水玻璃是硅砂和纯碱合成的无机粘结剂，是地球上资源最丰富的物质之一，是对环境影响最小的铸造树脂。新型水玻璃自1999年问世，到现在水玻璃加入量降低至1.8-3.0％，其具有强度高、溃散性好、旧砂可再生回用，回用率达80-90％，使用时间可调，可用于机械化造型生产线，也可用于单件小批量生产等优点。水玻璃作为型(芯)砂粘结剂，能较好地满足技术、经济和生态方面的要求，是一种具有广泛应用前途的铸造用粘结剂。但是，水玻璃粘结剂在相同加入量下，由于普通水玻璃的比强度≤0.3MPa(1％)，其力学性能还是低于有机树脂，加上水玻璃砂溃散性差，阻碍了它的推广和应用。然而通过加入水玻璃增强剂，却可以在限制水玻璃用量的前提下提高它的比强度。CN104226890A公开了一种铸造用的水玻璃增强剂及其制备方法。按照重量份数计，该水玻璃增强剂的原料包括以下组分：聚烯醇4-5份；氟硅酸盐0-0.5份；醇糖类0.1-8份；无机酸0.1-2份。该新型水玻璃增强剂能够大大减少水玻璃的加入量，并且可显著地增加水玻璃砂的强度，提高其力学性能，使其应用范围更加广泛，然而其对于成型后经较长时间的贮存后的强度改善十分有限。CN101027147A公开了一种用于制备金属加工用铸型的造型材料混合物，为制备铸型，使用耐火的造型基础材料以及基于水玻璃的粘结剂，并将一定比例的颗粒状金属氧化物加入到粘结剂中，该颗粒状金属氧化物选自二氧化硅、氧化铝、氧化钛和氧化锌。虽然其对于成型后铸型的强度有了很大提高，然而固体粉料加入的连续性较差、加料时粉尘飞扬恶化了工作环境，尤其是在酯硬化水玻璃砂使用时，多组分分别加入增加了操作的复杂性，从而不利于产业化。于欣伟等报道了改性纳米二氧化硅-丙烯酸酯聚氨酯乳液的制备及表征，该乳液对于漆膜的硬度、吸水率和耐醇性等性能均有明显改善(于欣伟等，改性纳米二氧化硅–丙烯酸酯聚氨酯乳液的制备及表征，电镀与涂饰，第22期，2014年)，然而，其并未公开将该乳液用于水玻璃自硬砂的制备中，未将其作为一种铸造水玻璃用的增强剂。因此，开发一种铸造水玻璃用增强剂，其除了能更好地提高水玻璃砂的力学性能外，还能避免粉体污染，使操作简单，计量、添加使用方便，并能实现工业化生产，对水玻璃自硬砂推广应用具有长远意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供了一种新型的铸造水玻璃用固化剂，所述固化剂含有：酯、无定形二氧化硅和水；所述无定形二氧化硅为热解法无定形二氧化硅和/或沉淀法无定形二氧化硅。本专利技术所述固化剂可用于制备铸型或型芯中，即将所述铸造水玻璃用固化剂作为液体增强剂用于水玻璃自硬砂的用途。本专利技术通过将固化剂的各组分混合均匀配制成悬浮液，然后再将其应用于水玻璃自硬砂的制备中，从而实现了铸造水玻璃用固化剂的一次性加入，无粉体污染，操作简单，计量、添加使用方便，实现了工业化生产；除此以外，将所述固化剂用于铸型或型芯的制备中，可以显著增加水玻璃砂的强度，并在成型后经较长时间的贮存后其强度仍保持在较高水平，大大改善了铸型或型芯的力学性能。本专利技术所述的“含有”，意指其除所述组分外，还可以包括其他组分，这些其他组分赋予所述固化剂不同的特性。除此之外，本专利技术所述的“含有”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。根据本专利技术，所述铸造水玻璃用固化剂中含有一定比例的颗粒状的无定形二氧化硅，该颗粒状无定形二氧化硅的粒度优选为小于50μm，更优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铸造水玻璃用固化剂，其特征在于，所述固化剂含有：酯、无定形二氧化硅和水；所述无定形二氧化硅为热解法无定形二氧化硅和/或沉淀法无定形二氧化硅。

【技术特征摘要】
1.一种铸造水玻璃用固化剂，其特征在于，所述固化剂含有：酯、无定形
二氧化硅和水；所述无定形二氧化硅为热解法无定形二氧化硅和/或沉淀法无定
形二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的固化剂，其特征在于，所述酯为单乙酸甘油酯、
二乙酸甘油酯、三乙酸甘油酯、乙二醇二乙酸酯、碳酸丙烯酯或二元酯中的任
意一种或至少两种的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的固化剂，其特征在于，所述酯和无定形二氧
化硅的重量比为(0.3-4):1，优选为(0.68-2):1。
4.根据权利要求1-3任一项所述的固化剂，其特征在于，所述固化剂按质
量分数含有：酯20-40％；无定形二氧化硅30-60％；水5-30％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的固化剂，其特征在于，所述固化剂还含
有醇；所述醇优选为乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、苯甲醇、乙
二醇或聚乙二醇中的任意一种或至少两种的混合物，进一步优选为乙醇。
6.根据权利要求5所述的固化剂，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝建勋，姚慧民，
申请(专利权)人：济南圣泉集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37