铸造用改性微硅粉悬浊液及改性水玻璃和使用方法技术

本发明专利技术涉及一种铸造用改性微硅粉悬浊液及改性水玻璃和使用方法，各个组分的质量百分比为：微硅粉0.2

【技术实现步骤摘要】
铸造用改性微硅粉悬浊液及改性水玻璃和使用方法


[0001]本专利技术涉及铸造领域，尤其涉及一种铸造用改性微硅粉悬浊液及改性水玻璃和使用方法。

技术介绍

[0002]随着公众环境意识的不断提高及国家环境保护法规的进一步完善，“绿色铸造”的理念成为全行业为之努力的目标。而在所有铸造污染中，砂型铸造中造型和制芯用的有机树脂粘结剂带来的化学污染越来越引起人们的广泛关注，寻找代替有机树脂的新型环保无机材料将是解决铸造粘结剂发展的有效手段。
[0003]近十几年，新型无机粘结剂已经应用于铸造型砂和砂芯的生产。新型无机粘结剂不同于传统的单组分改性水玻璃，而是由改性水玻璃和粉末状微硅粉共同组成的双组分无机粘结剂，具有对环境污染小、强度高、溃散性好等优点，已应用于汽车铝合金副车架、电机壳等这类大尺寸复杂空心薄壁铝合金铸件大批量、高效率制造精密铸型、砂芯，是一种很有前景的铸造材料。例如公开号为CN108097866A的中国专利技术申请《一种提高无机粘结剂砂强度的方法》在无机粘结剂混砂过程中添加一定量的粉末状微硅粉，大大提高了无机粘结剂砂芯的强度，解决了无机粘结剂砂芯溃散性差的难题。但是在无机砂制备过程中，粉末状微硅粉由于颗粒较小，且具有较大的比表面积常常会发生团聚现象，导致其特性不能完全发挥，无机粘结剂砂的强度降低，使用效果不好。此外，微硅粉改性剂往往也是以粉末形式使用，当多种粉末混合时，更容易发生团聚，达不到微硅粉表面改性的效果，这导致无机砂存在强度低、吸湿性差的问题，所以解决微硅粉团聚现象以及无机硅酸盐粘结剂的吸湿性问题至关重要。
[0004]因此，需要一种能够提高微硅粉分散性，从而提高砂芯强度，以及能够提高砂芯抗吸湿性的铸造用改性微硅粉悬浊液及改性水玻璃和使用方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状提供一种能够提高微硅粉分散性，从而提高砂芯强度，以及能够提高砂芯抗吸湿性的铸造用改性微硅粉悬浊液。
[0006]本专利技术所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状提供一种与上述改性微硅粉悬浊液配合使用的改性水玻璃。
[0007]本专利技术所要解决的第三个技术问题是针对现有技术的现状提供一种上述铸造用改性微硅粉悬浊液和改性水玻璃的使用方法。
[0008]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种铸造用改性微硅粉悬浊液，各个组分的质量百分比为：微硅粉0.2
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3.0份、氨基硅烷偶联剂0.01
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1.0份、去离子水0.1
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5.0份、无水乙醇0.05
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1.0份、有机酸0.01
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1.0份、粉末添加剂0.01
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1.0份。
[0009]本专利技术选用了氨基硅烷偶联剂。硅烷偶联剂的种类有几十种，可分为：氨基、氯基、链烯基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯烃基、阳离子基、双官能团等。本专利技术根据硅烷偶联剂
的结构、性质及与硅微粉作用的机理进行了选择，选择了一种最适合硅微粉表面改性的硅烷偶联剂——氨基硅烷偶联剂。它是具备双反应功能的化合物，分子中的烷氧基水解生成活性基团硅醇，活性基团硅醇与微硅粉表面发生反应，表面性能由亲水性转变为不同程度的疏水性，并且偶联剂在微硅粉表面上不是孤立的小斑点，而是铺展成一层连续的膜致使其表面具有僧水性。当微硅粉表面填充硅砂基体时，在硅砂与微硅粉表面的界面间形成牢固的化学结合(≡Si
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O
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M，M为无机砂)，从而提高无机砂芯的强度和抗吸湿性。
[0010]本专利技术添加了有机酸。氨基硅烷偶联剂在改性微硅粉时首先发生水解反应，随后与微硅粉表面发生物理化学反应从而达到改性微硅粉的作用。在弱酸性的环境下，能促进硅烷偶联剂的水解速率；氨基硅烷偶联剂在酸性环境下水解的同时，还发生水解产物的缩合反应。缩合反应减少水解产物与微硅粉作用的硅醇基数，降低偶联效能，而且在微硅粉表面形成多分子遮盖层，影响微硅粉与无机砂的紧密性。有机酸一般都是弱酸，其酸性强弱可以用pKa来表示，通常有机酸的pKa在3
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5之间，比强的无机酸弱，但比酚类(苯酚的pKa为9.96)、碳酸(pKa为6.38)要强。因此，选择有机酸使得硅烷偶联剂在弱酸性环境下进行水解最有利于其对微硅粉表面进行改性。
[0011]本专利技术加入了粉末添加剂。粉末添加剂对微硅粉悬浊液起到改性的作用，使得微硅粉悬浊液的流动性、填充性以及硬化效果能都得到不同程度的提高，可以提高无机砂芯的结构密度、强度和抗侵蚀性。
[0012]优选地，各个组分的质量百分比为：微硅粉0.5
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1.5份、氨基硅烷偶联剂0.05
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0.25份、去离子水1.0
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2.0份、无水乙醇0.1
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0.5份、有机酸0.05
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0.15份、粉末添加剂0.1
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0.5份。
[0013]优选地，所述微硅粉选用二氧化硅含量95％以上的高纯度微硅粉，更有利于砂芯强度和抗吸湿性的提高。
[0014]优选地，所述微硅粉为平均粒径在0.1～0.3μm，比表面积在20～28m2/g的非结晶型二氧化硅悬浊液。该种微硅粉颗粒形态与矿相结构有很大不同，它在形成过程中，因相变的过程中受表面张力的作用，形成了非结晶相无定形圆球状颗粒，且表面较为光滑。将这种粒径小、比表面积大、活性高的微硅粉制成悬浊液，能够减少团聚现象，还可以更好地与硅烷偶联剂发生偶联作用。
[0015]优选地，所述氨基硅烷偶联剂为γ
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氨丙基三甲氧基硅烷、γ
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氨丙基三乙氧基硅烷、N
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β(氨乙基)
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γ
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氨丙基三甲氧基硅烷、N
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β(氨乙基)
‑
γ
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氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N
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β(氨乙基)
‑
γ
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氨丙基三乙氧基硅烷、N
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β(氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基甲基二乙氧基硅烷、苯氨基甲基三乙氧基硅烷、苯氨基甲基三甲氧基硅烷中的一种或几种的混合物。
[0016]优选地，所述有机酸为草酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸、乙酸中的一种或几种的混合物。
[0017]优选地，所述粉末添加剂为疏水型气相二氧化硅、纳米氧化锆和纳米氧化铝中的一种或几种的混合物。
[0018]进一步优选地，所述粉末添加剂为纳米级的疏水型气相二氧化硅。本专利技术使用了纳米级的疏水型气相二氧化硅。它是通过亲水性气相二氧化硅与活性硅烷等发生化学反应而制得，具有疏水性(憎水性)，还有很好的分散性，即使对于极性体系也有流变调节能力。在组合物体系中，疏水性纳米二氧化硅可以达到较高添加量，而对体系的粘度影响很小。由此，也可获得强度高、抗湿性好的无机砂芯。
[0019]另外，本专利技术还提供一种上述铸造本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铸造用改性微硅粉悬浊液，其特征在于：各个组分的质量百分比为：微硅粉0.2
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3.0份、氨基硅烷偶联剂0.01
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1.0份、去离子水0.1
‑
5.0份、无水乙醇0.05
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1.0份、有机酸0.01
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1.0份、粉末添加剂0.01
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1.0份。2.根据权利要求1所述的铸造用改性微硅粉悬浊液，其特征在于：各个组分的质量百分比为：微硅粉0.5
‑
1.5份、氨基硅烷偶联剂0.05
‑
0.25份、去离子水1.0
‑
2.0份、无水乙醇0.1
‑
0.5份、有机酸0.05
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0.15份、粉末添加剂0.1
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0.5份。3.根据权利要求1所述的铸造用改性微硅粉悬浊液，其特征在于：所述微硅粉为平均粒径在0.1～0.3μm，比表面积在20～28m2/g的非结晶型二氧化硅悬浊液。4.根据权利要求1所述的铸造用改性微硅粉悬浊液，其特征在于：所述氨基硅烷偶联剂为γ
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氨丙基三甲氧基硅烷、γ
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氨丙基三乙氧基硅烷、N
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β(氨乙基)
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γ
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氨丙基三甲氧基硅烷、N
‑
β(氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N
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β(氨乙基)
‑
γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、N
‑
β(氨乙基)
‑
γ
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氨丙基甲基二乙氧基硅烷、苯氨基甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：张花蕊，李锦鹏，杜明，张虎，
申请(专利权)人：北京航空航天大学宁波创新研究院，
类型：发明
国别省市：