專利名稱：鑄造用硅酸鹽無機粘結劑及制備方法
技術領域：
本發明涉及鑄造型砂粘結材料，具體涉及一種鑄造用硅酸鹽無機粘結劑及制備方法。
背景技術：
目前，鑄造用的型砂粘結劑包括有機類和無機類，由于有機類的粘結劑多為樹脂，因其為有機聚合物，在鑄造生產過程中，從混砂、制芯、澆注、清理到廢砂處理都會對人體及環境造成不良影響。另外，多數樹脂為石油的衍生產品，屬于不可再生資源，成本較高。而無機類的粘結劑多為硫酸鹽類、磷酸鹽類、水玻璃以及以中、高模數水玻璃為基礎進行改性的改性水玻璃。但采用硫酸鹽類無機粘結劑鑄造的型砂存在強度低，鑄件缺陷率高等問題；采 用磷酸鹽類無機粘結劑鑄造的型砂存在抗濕性差，使用時間短等問題，而水玻璃和改性水玻璃鑄造的型砂在其強度、精度、生產效率和環保性均優于前兩者，所以在鑄造中大多采用水玻璃和改性水玻璃作為型砂粘結劑。但由于水玻璃和改性水玻璃均存在耐老化性不好，導致粘結強度降低，以及制成的型砂耐存放性不好、適用性不好、抗濕性差、潰散性不好、制芯效率較低和舊砂再生回用困難等問題。因此，需要開發性能更加優越的鑄造用硅酸鹽無機粘結劑。

發明內容
本發明的目的是提供一種鑄造用硅酸鹽無機粘結劑，它具有較好的粘結性能和浸潤性，采用該硅酸鹽無機粘結制得的型砂流動性較好、發氣性較低、耐存放較好和適用性較好,并且舊砂再生回用性較好。本發明還提供所述鑄造用硅酸鹽無機粘結劑的制備方法。本發明所述的鑄造用硅酸鹽無機粘結劑，由含結晶水的偏硅酸鈉、硼酸、三聚磷酸鈉和有機改性劑組成。按重量百分比其原料組成為含結晶水的偏硅酸鈉84 91%，硼酸4. 2 8. 4%，三聚磷酸鈉O. 7 2. I %，有機改性劑2. O 5. 8 %。所述含結晶水的偏硅酸鈉為九水偏硅酸鈉，或為八水偏硅酸鈉，或為六水偏硅酸鈉。所述有機改性劑為有機羥羧酸類物質，或為陽離子型表面活性劑，或為非離子表面活性劑。所述有機羥羧酸類物質為檸檬酸，或為α -羥基丙酸，或為酒石酸，或為水楊酸，或為3，4，5-三羥基苯甲酸。所述陽離子型表面活性劑為山梨醇，或為失水三梨醇，或為氯化三甲基十二烷基胺，或為氯化十二烷基吡啶。所述非離子表面活性劑為蔗糖，或為多聚葡萄糖，或為麥芽糖，或為聚多糖，或為單糖。
含結晶水的偏硅酸鈉、硼酸和三聚磷酸鈉在加熱沸騰條件下反應形成具有一定立體結構的膠凝單體骨架，減少了 [SiO3]2-離子間的有效碰撞，使硅酸鹽無機粘結劑具有很好的耐老化性能，同時硅、硼、磷在化學交聯的作用下形成穩定的空間立體結構網，大大增加了該硅酸鹽無機粘結劑的粘結效能；而且經交聯后的硅酸鹽無機粘結劑體系中含有大量的硼酸根、多聚磷酸根等，減弱了空氣中的二氧化碳對[SiO3]2-的固化作用，故能夠延長無機砂的適用時間，提高粘結劑的適用性。另外，有機改性劑同時具有親水和憎水基團，可較好地分散在硅酸鹽無機粘結劑體系中，改善粘結劑凝膠體系的穩定性，并能提高凝膠體系的硬化速度使砂芯獲得較高的即時強度和即時常溫強度比。由于硅酸鹽和磷酸鹽膠態分子團在堿性條件下易因吸潮而發生解聚，所以在用硅酸鹽無機粘結劑制備覆膜砂的過程中，將按硅酸鹽無機粘結劑重量的20%加入粉末固化交聯劑，加入固化交聯劑能夠防止硅酸鹽和磷酸鹽膠態分子團的堿性催化而引起的解聚，防止羥基離子的生成，或在澆鑄過程中其它金屬進入在硅氧或磷氧的網絡中形成骨架而降低鑄件品質。在140_160°C條件下，活性SiO2和Mg、Ca、Al之類的氧化物對硅酸鹽、磷酸鹽和硼 酸鹽的硬化劑的活性高，促使硅酸鹽無機粘結劑迅速固化，并與硅酸鹽無機粘結劑發生化學交聯反應，使凝膠體系中插入了金屬元素，形成了高強度抗水的化合物，金屬元素凝膠之間形成了鍵能高的金屬鍵，增強凝膠的粘結力。同時粉末固化交聯劑還能防止硅酸鹽和磷酸鹽膠態分子團的堿性催化而引起的解聚，防止羥基離子的生成，或使其它金屬進入在硅氧或磷氧的網絡中形成骨架，大大提高了硅酸鹽無機粘結劑的抗濕能力。鑄造用硅酸鹽無機粘結劑的制備方法，其步驟是
步驟一按重量百分比取含結晶水的偏硅酸鈉84 91%加入反應釜中，均勻攪拌并加熱至沸騰；
步驟二 按重量百分比取有機改性劑2. O 5. 8%、硼酸4. 2 8. 4%和三聚磷酸鈉
O.7 2. I %加入反應釜中，攪拌均勻并繼續加熱至體系澄清透明狀。本發明的有益效果該硅酸鹽無機粘結劑的粘結性能較好，其原料來源廣，無毒無害，具有較好的工程應用性，將該硅酸鹽無機粘結劑用于鑄造生產中，其使用量少，成本低，固化溫度較低，固化速率較快，制成的型砂流動性較好、發氣性較低、耐存放性較好、適用性較好、制芯效率較高,有效提高了鑄件質量,并且舊砂再生回收容易，降低了生產成本，同時還降低了鑄造生產對人體及環境的危害。
具體實施例方式實施例一
本實施例硅酸鹽無機粘結劑的組成原料如下
九水偏娃酸鈉90. Ig 硼酸5. 6g 三聚磷酸鈉1. 4g 檸檬酸2. 9g
本實施例硅酸鹽無機粘結劑的制備方法
步驟一取九水偏硅酸鈉90. Ig攪拌加熱至沸騰；步驟二 取硼酸5. 6g、三聚磷酸鈉I. 4g和檸檬酸2. 9g加入反應釜中，攪拌均勻并繼續加熱至體系澄清透明狀。在2kg的70/100目標準砂中加入60g硅酸鹽無機粘結劑，并加入12g固化交聯齊U，該固化交聯劑中各組份含量為二氧化硅92%，三氧化二鋁I. 2%，三氧化二鐵I. 0%，氧化鎂O. 8%，氧化鈣O. 4%，氧化鈉I. 1%和水3. 5%，在160°C條件下，熱固化2分鐘，測得平均抗彎強度為4. 2MPa，抗拉強度為I. 9 MPa，最大發氣量為5. 6mLilOS (按照GB/T2684-2008檢測，溫度控制在850°C ±10°C)。實施例二
本實施例硅酸鹽無機粘結劑的組成原料如下
八水偏娃酸鈉85g 硼酸8g 三聚磷酸鈉2g 蔗糖5g
本實施例硅酸鹽無機粘結劑的制備方法
步驟一取八水偏硅酸鈉85g加入反應釜中，均勻攪拌并加熱至沸騰；
步驟二 取硼酸Sg、三聚磷酸鈉2g和蔗糖5g加入反應釜中，攪拌均勻并繼續加熱至體系澄清透明狀
在2kg的70/100目標準砂中加入60g硅酸鹽無機粘結劑，并加入12g固化交聯劑，該固化交聯劑中各組份含量為二氧化硅75%，三氧化二鋁I. 2%，三氧化二鐵I. 2%，氧化鎂O. 8%，氧化鈣O. 4%，氧化鈉I. 5%和水19. 9%，在160°C條件下，熱固化2分鐘，測得平均抗彎強度為3. 8MPa，抗拉強度為I. 7 MPa，最大發氣量為5. 3mLilOS (按照GB/T2684-2008檢測，溫度控制在 850°C ±10°C)o實施例三
本實施例硅酸鹽無機粘結劑的組成原料如下
六水偏硅酸鈉87g 硼酸7g
三聚磷酸鈉1. 7g 山梨醇4. 3g
本實施例硅酸鹽無機粘結劑的制備方法
步驟一取六水偏硅酸鈉87g加入反應釜中，均勻攪拌并加熱至沸騰；
步驟二 取硼酸7g、三聚磷酸鈉I. 7g和山梨醇4. 3g加入反應釜中，攪拌均勻并繼續加熱至體系澄清透明狀。在2kg的70/100目標準砂中加入60g硅酸鹽無機粘結劑，并加入12g固化交聯齊U，該固化交聯劑中各組份含量為二氧化硅96%，三氧化二鋁O. 8%，三氧化二鐵O. 6%，氧化鎂O. 6%，氧化鈣O. 2%，氧化鈉I. 1%和水O. 7%，在160°C條件下，熱固化2分鐘，測得平均抗彎強度為3. 9MPa，抗拉強度為I. 8 MPa，最大發氣量為4. 7mLilOS (按照GB/T2684-2008檢測，溫度控制在850°C ±10°C)。實施例一、二、三中的有機改性劑還可以為α-羥基丙酸，或為酒石酸，或為水楊酸，或為3，4，5-三羥基苯甲酸，或為失水三梨醇，或為氯化三甲基十二烷基胺，或為氯化十二烷基吡啶，或為多聚葡萄糖，或為麥芽糖，或為聚多糖，或為單糖構成另外的實施例。以上九水偏娃酸鈉、八水偏娃酸鈉、六水偏娃酸鈉、三聚磷酸鈉、硼酸、朽1檬酸、山 梨醇、蔗糖、α -羥基丙酸、酒石酸、水楊酸、3，4，5-三羥基苯甲酸、失水三梨醇、氯化三甲基十二烷基胺、氯化十二烷基吡啶、多聚葡萄糖、麥芽糖、聚多糖、單糖均為分析純試劑。
權利要求
1.一種鑄造用硅酸鹽無機粘結劑，其特征在于由含結晶水的偏硅酸鈉、硼酸、三聚磷酸鈉和有機改性劑組成。
2.根據權利要求I所述的鑄造用硅酸鹽無機粘結劑，其特征在于按重量百分比其原料組成為含結晶水的偏硅酸鈉84 91 %，硼酸4. 2 8. 4%，三聚磷酸鈉0. 7 2. I %，有機改性劑2.0 5.8%。
3.根據權利要求I或2所述的鑄造用硅酸鹽無機粘結劑，其特征在于所述含結晶水的偏硅酸鈉為九水偏硅酸鈉，或為八水偏硅酸鈉，或為六水偏硅酸鈉。
4.根據權利要求I或2所述的鑄造用硅酸鹽無機粘結劑，其特征在于所述有機改性劑為有機羥羧酸類物質，或為陽離子型表面活性劑，或為非離子表面活性劑。
5.根據權利要求4所述的鑄造用硅酸鹽無機粘結劑，其特征在于所述有機羥羧酸類物質為朽1檬酸，或為a -輕基丙酸，或為酒石酸，或為水楊酸，或為3，4，5-三輕基苯甲酸。
6.根據權利要求4所述的鑄造用硅酸鹽無機粘結劑，其特征在于所述陽離子型表面活性劑為山梨醇，或為失水三梨醇，或為氯化三甲基十二烷基胺，或為氯化十二烷基吡啶。
7.根據權利要求4所述的鑄造用硅酸鹽無機粘結劑，其特征在于所述非離子表面活性劑為蔗糖，或為多聚葡萄糖，或為麥芽糖，或為聚多糖，或為單糖。
8.如權利要求I或2所述的鑄造用硅酸鹽無機粘結劑的制備方法，其步驟是 步驟一按重量百分比取含結晶水的偏硅酸鈉84 91 %加入反應釜中，均勻攪拌并加熱至沸騰； 步驟二 按重量百分比取有機改性劑2. 0 5. 8 %、硼酸4. 2 8. 4%和三聚磷酸鈉.0.7 2. I %加入反應釜中，攪拌均勻并繼續加熱至體系澄清透明狀。
全文摘要
本發明涉及一種鑄造用硅酸鹽無機粘結劑及制備方法，該鑄造用硅酸鹽無機粘結劑由含結晶水的偏硅酸鈉、硼酸、三聚磷酸鈉和有機改性劑組成。該鑄造用硅酸鹽無機粘結劑的粘結性能好，存放時間長，無毒無害，成本低，制得的無機粘結劑具有較好的浸潤性和粘結性能，采用該硅酸鹽無機粘結制得的型砂流動性較好、發氣性較低、耐存放較好和適用性較好，并且舊砂再生回用性較好。
文檔編號C04B12/04GK102807336SQ201210307320
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月27日 優先權日2012年8月27日
發明者熊鷹 申請人:重慶長江造型材料(集團)有限公司