一种铸造型砂粘结剂及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种铸造型砂粘结剂及其制备方法，包括如下组分：磷酸、氢氧化铝、氢氧化镁、有机酸、双金属生物质炭和水，其中磷酸和氢氧化铝形成磷酸铝后，通过双金属生物质炭和有机酸分别对磷酸铝进行改性，进而形成具有强度的空间网络，提高粘结剂的抗湿性；相较现有的无机类铸造型砂粘结剂，本发明专利技术的铸造型砂粘结剂抗湿性和强度较好，同时也具备出色的溃散性，并且制备型砂的浇注环节不产生毒害气体。并且制备型砂的浇注环节不产生毒害气体。

【技术实现步骤摘要】
一种铸造型砂粘结剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及铸造辅助材料领域，尤其涉及一种铸造型砂粘结剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]铸造作为现代机械制造工业的基础工艺，能实现复杂金属工件的高效率、低成本成形，在航空、卫星、新能源汽车等新兴产业高端设备制造或重大工程中均需采用铸造技术成形。较常见的铸造辅助材料如型砂粘结剂，是一类将松散的铸造砂粘结后成为型砂或芯砂的造型材料，粘结剂和砂粒混合后在砂粒表面包裹一层粘结剂膜，进而为型砂和芯砂提供足够的强度，提高其使用性能，在组装、搬运和浇注过程中不会变形、破碎。
[0003]目前铸造型砂粘结剂分为两大类，有机类和无机类，有机类粘结剂主要为树脂类聚合物，粘结强度高，混砂过程无粉尘，有利于自动化生产，但该类粘结剂浇注过程会产生有毒有害气体如二氧化硫、二噁英和氨气等，严重污染环境；并且树脂类聚合物属于不可再生资源，增加制备成本，也使得应用受限；无机类粘结剂不易产生有毒有害气体，原料成本低，因此成为粘结剂研究的热门方向；常见的无机类粘结剂如水玻璃、粘土，应用广泛。但水玻璃作为粘结剂的型砂，使用过程粘接强度低、易老化、抗湿性差；粘土作为粘结剂的型砂，需要烘干，能源消耗大，同时存在较大的粉尘。
[0004]尽管无机类粘结剂制备的型砂具有高强度或抗湿性，但高温残留强度高、铸件后难以剥离和清理困难等问题，一直是无机类型砂粘结剂发展的瓶颈。为解决上述问题，公开号为CN110640078的专利公开了一种铸造用型砂粘结剂，虽具备较好的粘结强度，但其高温残留强度较为一般，抗湿性、溃散性均不甚理想；公开号为CN114472796A的专利公开了一种具有溃散性的改性无机粘结剂及制取方法，虽改善了溃散性的问题，却在粉料溃散剂中又引入了有机粉末如环氧树脂粉、酚醛树脂粉和苯磺酸钠粉，后期型砂制备浇注环节中会释放有毒有害气体甲醛和硫化物等，对加工环境和加工人员均造成较大影响。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出了一种铸造型砂粘结剂及其制备方法，通过引入双金属生物质炭和有机酸，改善了无机磷酸盐类粘结剂的抗湿性和强度，溃散性较好。
[0006]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]本专利技术提供了一种铸造型砂粘结剂及其制备方法，包括如下组分：磷酸、氢氧化铝、氢氧化镁、有机酸、双金属生物质炭和水。
[0008]优选地，包括如下重量份原料：磷酸80
‑
100份、氢氧化铝20
‑
30份、氢氧化镁3
‑
8份、有机酸60
‑
80份、双金属生物质炭15
‑
30份和水300
‑
500份。
[0009]优选地，磷酸质量浓度为80
‑
90％。
[0010]优选地，所述双金属生物质炭为镁铝双金属氧化物生物质炭，其制备过程，包括以下步骤：
[0011]S1、将秸秆粉碎，泡在碱溶液中，90
‑
120℃搅拌2
‑
4h，去除杂质，用水洗净，加入亚
氯酸钠溶液脱色，直至pH值为4.2
‑
5.0，再用水清洗，得到秸秆纤维；
[0012]S2、将步骤S1中得到的秸秆纤维浸泡在九水合硝酸铝溶液中，浸泡10
‑
20h后过滤，烘干，再煅烧2
‑
8h，得到改性秸秆纤维；
[0013]S3、将六水合硝酸镁、六亚甲基四胺和步骤S2中得到的改性秸秆纤维用水溶解，搅拌后，在90
‑
120℃下反应12
‑
18h，过滤，洗涤，烘干，再煅烧2
‑
8h，即得双金属生物质炭。
[0014]优选地，步骤S1中碱溶液包括氢氧化钠或氢氧化钾，浓度为0.15
‑
0.25M。
[0015]优选地，步骤S1中亚氯酸钠溶液的质量浓度为8％
‑
10％。
[0016]优选地，步骤S2中九水合硝酸铝溶液的质量浓度为15
‑
25％。
[0017]优选地，步骤S2、S3的煅烧条件为惰性气体保护，温度为400
‑
900℃。
[0018]优选地，步骤S3中六水合硝酸镁、六亚甲基四胺和改性秸秆纤维的质量比为(0.2
‑
1.5)：(66.5
‑
266)：(0.08
‑
0.8)。
[0019]优选地，有机酸包括硼酸、柠檬酸或硅酸其中的一种或几种。
[0020]另一方面，本专利技术还提供了一种铸造型砂粘结剂的制备方法，包括如下步骤：
[0021]A1、按重量称取磷酸、氢氧化铝和氢氧化镁，加一半水混匀，在90
‑
140℃下搅拌2
‑
4h；降温至70
‑
120℃，再加入有机酸，继续搅拌1
‑
2h；
[0022]A2、加入双金属生物质炭和剩余一半水，混匀，搅拌2
‑
4h；
[0023]A3、冷却至20
‑
40℃后，制型，硬化，出料，即得所述铸造型砂粘结剂。
[0024]进一步优选地，硬化包括CO2硬化或模具加热硬化。
[0025]本专利技术的铸造型砂粘结剂及其制备方法，相对于现有技术具有以下有益效果：
[0026](1)目前的磷酸盐粘结剂虽然环保，但其抗湿性和强度仍存在诸多问题；本专利技术的铸造型砂粘结剂，首先氢氧化铝和磷酸形成磷酸盐，然后双金属生物质炭具备双金属阳离子和层间阴离子的结构，能够将游离的磷酸根固定在金属片层间，磷酸根进入层间后能实现对磷酸盐的固持，进而形成具有强度的空间网络，提高粘结剂的抗湿性。
[0027](2)目前磷酸盐粘结剂通过引入氧化物的方式来改善抗湿性，增加磷酸盐的键合强度，但效果不佳，还会对旧砂回收造成困难；本专利技术的铸造型砂粘结剂中形成的磷酸铝还经过有机酸改性形成非晶相，氢氧化镁能避免磷酸铝缩聚保持稳定，具备较好的强度和溃散性，旧砂回收效果好。
[0028](3)另外本专利技术的铸造型砂粘结剂无需引入树脂类作为溃散剂，制备型砂铸件浇注过程也不会产生有毒有害气体，既节省了原料制备成本，又保证了制备过程的绿色环保。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施方式，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]实施例1
[0031]一种铸造型砂粘结剂，包括如下重量组分：
[0032]磷酸80份、氢氧化铝20份、氢氧化镁3份、硼酸60份、双金属生物质炭15份和水300份
[0033]其中，双金属生物质炭的制备过程，包括以下步骤：
[0034]S1、将秸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铸造型砂粘结剂，其特征在于，包括如下组分：磷酸、氢氧化铝、氢氧化镁、有机酸、双金属生物质炭和水。2.如权利要求1所述的铸造型砂粘结剂，其特征在于，包括如下重量份原料：磷酸80
‑
100份、氢氧化铝20
‑
30份、氢氧化镁3
‑
8份、有机酸60
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80份、双金属生物质炭15
‑
30份和水300
‑
500份。3.如权利要求1所述的铸造型砂粘结剂，其特征在于，磷酸质量浓度为80
‑
90％。4.如权利要求1所述的铸造型砂粘结剂，其特征在于，有机酸包括硼酸、柠檬酸或硅酸其中的一种或几种。5.如权利要求1所述的铸造型砂粘结剂，其特征在于，所述双金属生物质炭的制备过程，包括以下步骤：S1、将秸秆粉碎，泡在碱溶液中，90
‑
120℃搅拌2
‑
4h，去除杂质，用水洗净，加入亚氯酸钠溶液脱色，直至pH值为4.2
‑
5.0，再用水清洗，得到秸秆纤维；S2、将步骤S1中得到的秸秆纤维浸泡在九水合硝酸铝溶液中，浸泡10
‑
20h后过滤，烘干，再煅烧2
‑
8h，得到改性秸秆纤维；S3、将六水合硝酸镁、六亚甲基四胺和步骤S2中得到的改性秸秆纤维用水溶解，搅拌后，在90
‑
120℃下反应12
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【专利技术属性】
技术研发人员：余元坤，余静，李峰，陈飞，
申请(专利权)人：湖北泰克摩擦材料有限公司，
类型：发明
国别省市：