用于型芯和模具的粘结剂以及其制备方法,粘结方法和所得产品技术

铸造组合物用的无机粘结剂体系，包括有硅酸盐和所加的磷酸盐。所述组合物能生产出具有硅酸盐粘结剂体系的强度性能以及磷酸盐粘结剂体系的分散性能的粘结剂。该粘结剂体系的制备和使用方法以及得到的产品对于铸造业来说是特别重要的。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
用于型芯和模具的粘结剂的制作方法本申请涉及颗粒料用的热固性无机粘结剂体系，所述颗粒料在模具、型芯、心轴或其它型材的制造中有特殊的用途，所述的这些型材可用来制备金属和非金属部件。目前，在由含聚集料如砂的混合物形成型材时，将有机和无机体系用作粘结剂。通常，将聚集料和粘结剂混合，然后将得到的混合物夯实，吹模或装入模型中，以便形成所希望的形状，然后利用催化剂，共反应剂进行因此，和/或加热至高度固化态。这些粘结剂可用于粘结颗粒料的多种用途，并且通常用于铸造用途。在铸造技术中使用的最易接受的粘结剂体系是无机粘结剂体系。在铸造技术中用作粘结剂的特定的有机体系是聚氨酯粘结剂。该体系的两个主要成分是多羟基成分和聚异氰酸酯成分。将这两个成分加至聚集料中并固化。在“冷芯盒”法中，使用气相胺来催化多羟基成分和异氰酸酯成分间的反应，以形成型材。该体系无需加热来进行固化。(例如，参见1994年8月3日申请，申请号为08/285,108的美国专利申请，在此引入作为参考)。在另一方法即“热芯盒造型”法中，将聚集料，粘结剂和催化剂混合，然后吹模或装入热的模型中。通过将热量从模型传递至聚集料混合物而完成固化。不管有机粘结剂体系的种类如何，在金属浇铸温度进行固化和/或烧尽期间，用来生产希望型材的有机粘结剂将挥发掉。这些方法均产生烟气、臭味和其它不希望的并且是有害的辐射物，这将导致需要遵守适当的地方和中央政府的法规。这些有机粘结剂体系的另一缺陷是相当短的使用寿命。为了克服有机体系的缺陷，有些铸造使用无机粘结剂体系。一种广泛应用的无机粘结剂是硅酸盐如硅酸钠的水溶液，即水玻璃。(参见US4226277，在此引入作为参考)，尽管硅酸盐的粘结性能通常能令人满意，但是当与有机体系相比时，由于硅酸盐的高的粘度，它们显示出粘结剂/聚集料混合物较低的流动性。此外，当经受金属浇铸或铸造温度时，硅酸盐往往会熔融，使之很难通过机械振落法从铸件上除去熔融的型材。另外该熔融的型材还是非水溶性的，这将阻碍通过水分散将它们除去或溶解。由多磷酸盐玻璃的水溶液组成的第二种无机体系披露于WO92/06808中，在此引入作为参考。当进行固化时，这些粘结剂显示出令人满意的强度，优异的再水化性能，以及在暴露至金属铸造温度后聚集料型材的破裂。该粘结剂体系的缺陷包括差的耐湿性，在高温时聚集料体系的软化，这将限制其在铁类合金中的应用；当与有机粘结剂相比，由于足够强度所需的相当多的粘结剂用量造成的聚集料的低流动性。第三种无机体系是已知的，如US2895838(全文引入作为参考)所述，它由混有少量无水磷酸盐的大量细碎的耐火材料所组成，然后向该体系中添加少量含水碱金属硅酸盐，以便制造气体可固化的模具。将该组合物与气相反应剂如CO2进行化学反应，以便在用CO2固化该无机体系时通过磷酸盐与所形成的碱金属碳酸盐的反应而固化该组合物。包括有硅酸盐和多磷酸盐化合物的另一已知的无机粘结剂体系披露于D.M.Kukuj等人的著作“Modification of waterglass with Phosphorus Containing Inorganic Polymers”中(全文在此引入作为参考)。该粘结剂的制备方法包括在高温高压下在压力釜中处理硅酸盐和多磷酸盐，以使无机聚合物产生化学反应。根据该著作，在粘结剂制备过程中，只需少量的多磷酸盐。此外，Kukuj等人发现，最大强度的体系只需5％的多磷酸盐改性剂并当该粘结剂包含多于7％的多磷酸盐时，强度将大大地下降。Kukuj等人还发现，在添加至聚集料前，在粘结剂中较少量的多磷酸盐(约1-3％)将引起粘结剂粘度的明显增加。因此，该体系的缺陷包括将形成高粘度的新化合物；以及粘结剂/聚集料体系的低流动性。另外，和US2895838一样，也需要将粘结剂体系和含CO2的气体进行化学反应，以固化该本系。在适当条件下无机粘结剂的胶凝作用提供了粘结性能，然而，在聚集料掺合之前，即使粘结剂溶液微小的物理和/或化学变化，都将发生不希望的胶凝作用。当然，这种无意识的胶凝对于粘结剂体系的使用是有害的，而且这已在本专利技术的组合物中说明了。本专利技术者对硅酸盐/磷酸盐体系进行了广泛的研究，而且，相对于US2895838披露的结果和Kukuj等人的著作而言，他们已取得了意想不到的成果。本专利技术者还发现了在聚集料添加前无机体的胶凝作用并不是不可克服的。本专利技术者发现，如果在本专利技术的硅酸盐/磷酸盐体系中发生了过早的胶凝作用，如果进行搅拌或使之成为含水添加剂或将PH上调，就能克服胶凝态。通过采取这些步骤，胶凝的组合物将还原成溶液。本专利技术的主要目的是提供新颖的无机粘结剂体系，以替代现有技术中已知的有机和无机粘结剂体系。该新颖的无机粘结剂和聚集料体系具有改善的流动性(较低的粘度)，改善的耐湿性以及在高温下既不熔融也不软化。使之能与耐火材料和铸砂一起使用，用作与熔融金属接触、包括黑色金属铸造法的铸造模具或型芯。此外，在本专利技术中避免了与粘结剂不希望的胶凝有关的问题。而且，甚至在较少用量的粘结剂时，本专利技术的粘结剂体系能生产出用本专利技术的粘结剂粘结的良好的热和冷抗张强度性能的聚集料的型材。本专利技术的粘结剂体系既不局限于窄的硅石/苏打比率，也不局限于窄的硅酸盐/磷酸盐比率，而是在很大的比例范围均是有效的。本专利技术的目的是生产一种无机粘结剂体系，当与颗粒料混合时能用来制备具有满意的加工和处理性能的可用的型材。本专利技术的另一目的是生产一系列含硅酸盐和磷酸盐的无机粘结剂组合物，当与颗粒料混合时能用来制备可用的型材。本专利技术的另一目的是生产一系列基本不含有机化合物的无机粘结剂组合物。本专利技术的另一目的是生产一系列低粘度以及能使该粘结剂组合物过早的胶凝溶解的粘结剂组合物。本专利技术的另一目的是生产用于金属例如黑色金属，铸造用的含磷酸盐的粘结剂体系。本专利技术的另一目的是生产用于有色金属和非金属模塑用的含磷酸盐的粘结剂体系。本专利技术的另一目的是生产一系列用于形成聚集料型材的粘结剂组合物，在暴露至熔融金属铸造温度之后，该组合物显示出良好的摇出或崩溃性，以便易于除去形成的型材。本专利技术的另一目的是生产在低于约500℃不会明显变形或软化的粘结剂。本专利技术的另一目的是生产可热固化的粘结剂组合物。因此，本专利技术的另外的目的是提供本专利技术新颖粘结剂体系的制备方法和使用方法，以克服与现有技术有关的问题，并形成适用作含熔融聚合物和金属的表面的有用的固化型材，包括铸塑模具，注塑模，铸造模具，型芯和心轴。在考虑了下面的说明和实施例后，本专利技术的这些和其它的目将变得更加清楚。本专利技术者发现，由硅酸盐和磷酸盐组成的无机粘结剂体系在例如制造型芯、模具、心轴、颗粒板材、塑料组合物、料饼以及粘结其它型材以生产出改善的热和冷抗张强度的型材的制造过程中，用于粘结颗粒是万能的。本专利技术者发现，可调节无机粘结剂体系的多个变量，以致使配方师能使产品满足买主的需要。例如，配方师能容易地调节硅酸盐和磷酸盐的相对用量，以便改变所形成的特定型材的性能。此外，配方师可选择使用特定的磷酸盐和硅酸盐以获得所希望的结果。事实上，对于颗粒模具和型芯的热抗张或冷抗张强度而言，利用本专利技术的配方师能创造出显示最佳协调作用的粘结剂体系。通过使用本专利技术的粘结剂而不是含100％的硅酸盐的粘结剂，配方师能改善暴露至熔融金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粘结剂组合物包括： （ａ）在水介质中的硅酸盐和磷酸盐的未反应的混合物； （ｂ）其中所得的混合物为一种溶液。

【技术特征摘要】
US 1996-2-29 08/6091111.一种粘结剂组合物包括(a)在水介质中的硅酸盐和磷酸盐的未反应的混合物；(b)其中所得的混合物为一种溶液。2.权利要求1的粘结剂组合物，其中硅酸盐至少是选自碱金属硅酸盐和硅酸铵的一种。3.权利要求1的粘结剂组合物，其中磷酸盐至少是选自碱金属磷酸盐和磷酸铵的一种。4.权利要求1的粘结剂组合物，其中硅酸盐包含硅酸钠，磷酸盐至少是一种选自多磷酸钠和多磷酸钾的多磷酸盐。5.权利要求4的粘结剂组合物，其中多磷酸盐含有式((PO3)n)O)的离子部分，式中n为平均链长，其值在3和32之间，包括3和32。6.权利要求1的粘结剂，还含有表面活性剂。7.权利要求1的粘结剂，还含有选自有机硫酸盐，有机磺酸盐，有机磷酸盐酯和它们的混合物的水溶性阴离子表面活性剂。8.一种可热固化的粘结剂组合物，包含在水介质中的水溶性硅酸盐和水溶性磷酸盐；其中，组合物的水含量以组合物可热固化为准。9.权利要求8的可热固化的粘结剂组合物，其中水含量为粘结剂组合物重量的30％-80％。10.权利要求8的粘结剂组合物，其中以固体重量为准硅酸盐磷酸盐比率为39∶1-1∶19。11.权利要求10的粘结剂组合物，其中以固体重量为准硅酸盐∶磷酸盐比率为39∶1-31∶1。12.权利要求10的粘结剂组合物，其中以固体重量为准硅酸盐∶磷酸盐比率为1∶2-1∶19。13.用于粘结颗粒料的未固化、未反应的粘结剂组合物，含有无机硅酸盐和无机磷酸盐的混合物，其中，在将所述混合物与颗粒料混合之前，该混合物不经受高温。14.一种含有无水硅酸盐组分、无水颗粒组分和无水磷酸盐组分的组合物。15.一种粘结剂组合物的制备方法，包括；在水存在下将硅酸盐和磷酸盐混合；其中所述混合是在室温没有聚集料的情况下进行的。16.一种含有含水硅酸盐和磷酸盐组分混合物的胶凝的粘结剂组合物的液化方法，包括搅拌该胶凝的组合物。17.一种含有含水硅酸盐和磷酸盐组分混合物的胶凝的粘结剂组合物的液化方法，包括向其中添加水。18.一种含有含水硅酸盐和磷酸盐组分混合物的胶凝的粘结剂组合物的液化方法，包括升高该混合物的PH值。19.权利要求18的方法，其中通过向混合物中添加至少一种选自碱性氢氧化物和氢氧化铵的化合物而升高PH。20.一种颗粒料与粘结剂的粘结方法，该方法包括(a)提供含有至少一种硅酸盐，至少一种磷酸盐和待粘结的颗粒料的混合物的含水粘结剂体系；(b)将混合物成型；(c)将混合物脱水。21.权利要求20的方法，其中脱水步骤将混合物的水含量脱至颗粒料重量的1％以下。22.权利要求20的方法，其中所述的提供至少一种磷酸盐包括就地形成磷酸盐。23.权利要求22的方法，其中就地形成包括将磷酸与碱接触。24.权利要求23的方法，其中就地形成包括将磷酸与由酸和碱组成的部分接触，以就地形成磷酸盐。25.一种由颗粒料制备型材的方法，包括(a)形成颗粒料、硅酸盐、磷酸盐和水的混合物；(b)由该混合物形成型材；(c)将型材脱水。26.权利要求25的方法，其中脱水步骤包括对型材加热。27.权利要求25的方法，其中脱水步骤包括在加热的箱中进行定型。28.权利要求25的方法，其中脱水步骤包括用惰性气体吹洗型材。29.权利要求27的方法，其中脱水步骤包括用惰性气体吹洗型材。30.权利要求25的方法，其中脱水步骤包括对型材抽真空。31.权利要求27的方法，其中脱水步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：莱昂尼德扎里兹基，罗伯特L曼宁，谢国端，
申请(专利权)人：博登化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]