專利名稱:磷酸鹽無機鑄造粘結劑懸浮液固化劑制備方法和應用的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及鑄造技術領域,具體地說是磷酸鹽無機鑄造粘結劑所用固化劑的制備 方法和應用。
背景技術:
鑄造工業(yè)近二十年來已發(fā)展為我國最重要的產(chǎn)業(yè)之一,我國已成鑄造大國,中國 鑄造業(yè)的產(chǎn)量連續(xù)7年居世界第一,占全球總產(chǎn)量的1/3。但隨著鑄造的發(fā)展,鑄造業(yè)帶來的環(huán)境污染問題已引起廣泛關注。鑄造行業(yè)造成 的污染已成為對大氣、土壤和水污染的主要來源之一。污染的形式主要有現(xiàn)場有毒氣體、 粉塵,煙氣,工業(yè)廢水廢渣和未經(jīng)處理的大量的舊砂向廠外的丟棄等。在所有的鑄造污染 中,砂型鑄造中造型和制芯用有機樹脂(如呋喃樹脂、酚醛樹脂、合脂及其他樹脂等)粘結 劑帶來的化學污染越來越引人關注有機樹脂大多含酚、醛、苯、呋喃等有毒物質(zhì),在混砂、 制芯、澆注、清理到廢砂處理等鑄造生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中,都會對環(huán)境造成不良影響。上海交 通大學朱純熙教授在2002年第8期《鑄造》雜志上對鑄造環(huán)境污染問題做了較深刻的闡述。 他指出二惡英和呋喃被稱為“環(huán)境激素”,是被聯(lián)合國2001斯德哥爾摩公約禁止或限制的 12種持久性有機污染物中的2種,它們能嚴重損害人類和高級動物的內(nèi)分泌和生殖系統(tǒng), 并具有致癌性。因此開發(fā)使用無害的無機粘結劑已成當務之急。磷酸鹽無機粘結劑是一種很有前途的鑄造粘結劑,其良好的粘結能力已得到公 認。對于磷酸鹽無機粘結劑,常用的固化劑是粉狀的氧化鎂,但這種固化劑不僅容易受潮結 塊,而且使用過程中容易產(chǎn)生粉塵污染、不便定量,故難以推廣應用。如果能發(fā)明一種液體固化劑,而且成本低,將非常有利于這種新型粘結劑的應用, 從現(xiàn)有文獻看,還沒有發(fā)現(xiàn)液體狀態(tài)的固化劑。而純液體狀態(tài)的固化劑,在與磷酸鹽無機粘 結劑混合時,分散不夠均勻。如果將粉狀氧化鎂制成懸浮液形式固化劑,就能解決與磷酸鹽無機粘結劑混合時 分散不夠均勻的問題。然而,將粉狀氧化鎂制成懸浮液形式固化劑,需要解決一些技術難 題提高懸浮率,將氧化鎂分散在載體中;提高懸浮液中的含固量,即單位體積的液體中盡 可能的多分散粉狀物料,使成本盡可能的降低;防止板結,使其穩(wěn)定存在;降低其粘度,使 其容易流動,便于輸送,也使得混砂時固化劑容易分散。
發(fā)明內(nèi)容
針對粉狀氧化鎂固化劑存在的上述問題,本發(fā)明提供一種磷酸鹽無機鑄造粘結劑 懸浮液固化劑,是一種將粉狀氧化鎂分散在液體載體中制成的懸浮液形式固化劑。所述磷酸鹽無機鑄造粘結劑懸浮液固化劑,是在200重量份的醇類溶劑中,加入 3 10重量份的有機樹脂,攪拌至完全溶解后加入0. 05 1重量份的有機酸,攪拌使之完 全溶解后再加入200 400重量份的粉狀氧化鎂,再攪拌分散均勻,得到懸浮液固化劑。針對制備懸浮液形式固化劑要解決的技術難題,本發(fā)明提供一種制備磷酸鹽無機鑄造粘結劑懸浮液固化劑的方法。該方法不僅操作簡單易行,成本較低,而且解決了技術上 的難題。所述磷酸鹽無機鑄造粘結劑懸浮液固化劑的制備方法,包括下述順序的步驟(A)在200重量份的醇類溶劑中,加入3 10重量份的有機樹脂,在常溫下,攪拌 5 15分鐘至完全溶解,得到有機樹脂的醇溶液;(B)在上述醇溶液中加入0. 05 1重量份的有機酸,在常溫下,攪拌5 10分鐘 至完全溶解,即得到懸浮液固化劑的載體溶液;(C)在已制好的載體中再加入200 400重量份的粉狀氧化鎂,在常溫下,通過高 速攪拌或膠體磨分散,使粉狀氧化鎂均勻分散在載體溶液中,即得到最終產(chǎn)物懸浮液固化 劑。在C步驟中,采用高速攪拌分散時,是在轉速2500轉/分 3000轉/分下攪拌 10 20min ;采用膠體磨分散時,可先在1000 1500轉/分的低速下攪拌5 8min進行 預分散,然后倒入膠體磨料斗中,反復膠體磨2 3次。本發(fā)明所述醇類溶劑為乙醇、甲醇或異丙醇。所述有機樹脂為聚乙烯醇縮丁醛。所 述有機酸為檸檬酸或草酸。所述粉狀氧化鎂為電熔鎂砂粉或冶金鎂砂粉。本發(fā)明通過聚乙烯醇縮丁醛溶解到醇類溶劑增加液體載體的粘度,從而阻止粉狀 物的下沉。提高含固量的關鍵措施是高速剪切,本發(fā)明通過高速攪拌或膠體磨分散,使粉狀 材料充分均勻地分散在載體中,同時也有利于提高懸浮率。防止板結的方法是加入檸檬酸 或草酸,其原理是檸檬酸或草酸能與金屬離子形成絡合物,提高懸浮液的穩(wěn)定性,從而防止 板結。粘度與含固量、氧化鎂的分散度、檸檬酸或草酸加入量以及所使用的載液的種類等多 個因素有關,這些因素的相應操作都使得其粘度降低。本發(fā)明提供的懸浮液固化劑可用作磷酸鹽無機鑄造粘結劑的固化。懸浮液固化劑 添加量為粘結劑重量的15 40%,具體加入量根據(jù)氣溫確定。用該固化劑固化磷酸鹽無機 粘結劑,固化后的體系有較高的強度,好的砂型存放穩(wěn)定,在鑄造方面得到廣泛應用。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明制得的懸浮液固化劑具有高效、無毒、高含固量(> 60% )、高懸浮率(98 99% ),完全消除了粉狀固化劑的吸潮現(xiàn)象,懸浮液固化劑能穩(wěn)定 存放三個月以上,不出現(xiàn)板結,與粘結劑反應速度適中;本發(fā)明的制備方法簡單,所用原料 易得,成本較低;用該固化劑與磷酸鹽無機鑄造粘結劑固化所粘接的鑄造砂模,固化強度 高,固化性能穩(wěn)定,在混砂過程中無飄灰現(xiàn)象,不會產(chǎn)生粉塵污染,易于在鑄造工業(yè)中推廣 應用。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明,以下實施例是對本發(fā)明的解釋而 本發(fā)明并不局限于以下實施例。本發(fā)明對其加入量進行限定,只是便于本發(fā)明的實施,并不 說明在本發(fā)明所限定的范圍外不能實施。實施例1在安裝有攪拌裝置的容器中加入200g甲醇,然后加入3g聚乙烯醇縮丁醛,然后攪 拌約IOmin使之充分溶解,得到均勻溶液,再加入0. 5g檸檬酸,繼續(xù)攪拌約Smin使之完全 溶解,由此得到載體溶液。再稱取350g冶金鎂砂粉,將冶金鎂砂粉加入載體溶液中,在攪拌機內(nèi)以3000轉/分攪拌lOmin,即得到所需的懸浮液固化劑。實施例2在安裝有攪拌裝置的容器中加入200g乙醇,然后加入4g聚乙烯醇縮丁醛,然后攪 拌約IOmin使之充分溶解,得到均勻溶液,再加入0. 25g檸檬酸,繼續(xù)攪拌約Smin使之完全 溶解,由此得到載體溶液。再稱取300g冶金鎂砂粉,將冶金鎂砂粉加入載體溶液中,在攪拌 機內(nèi)以2900轉/分攪拌15min,即得到所需的懸浮液固化劑。實施例3在安裝有攪拌裝置的容器中加入200g異丙醇,然后加入5g聚乙烯醇縮丁醛,然后 攪拌約IOmin使之充分溶解,得到均勻溶液,再加入0. 25g草酸,繼續(xù)攪拌約Smin使之完全 溶解,由此得到載體溶液。再稱取300g電熔鎂砂粉,將電熔鎂砂粉加入載體溶液中,在帶攪 拌器的容器中,先在1000 1500轉/分的低速下攪拌約5min進行預分散,然后倒入膠體磨 料斗中,開動膠體磨,從膠體磨出口出料,出料后再倒回膠體磨料斗,再從膠體磨出口出料, 即得到所需的懸浮液固化劑。對比實驗將普通的粉狀氧化鎂和本發(fā)明所制得的懸浮液固化劑應用于磷酸鹽無機鑄造粘 結劑的固化中,并在相同的實驗條件下進行了對比。實驗1 以普通的粉狀氧化鎂作為固化劑應用于磷酸鹽無機鑄造粘結劑的固化,按照下述 配比進行混合原砂100重量份+占原砂重量2%的磷酸鹽無機粘結劑+占粘結劑重量20% 的粉狀固化劑。經(jīng)檢測,24h后所測硬化強度為0. 66MPa, 48h后所測硬化強度為0. 5MPa, 72h后所 測硬化強度為0. 42MPa。在混砂過程中有飄灰現(xiàn)象。粉狀固化劑在保存過程中有吸潮結塊現(xiàn)象。實驗2 以本發(fā)明所制得的懸浮液固化劑應用于磷酸鹽無機鑄造粘結劑的固化,按照下述 配比進行混合原砂100重量份+占原砂重量2%的磷酸鹽無機粘結劑+占粘結劑重量33% 的懸浮液固化劑。(因為本發(fā)明的固化劑為懸浮液,所以,實驗2中所用的懸浮液固化劑中 有效氧化鎂折算后的含量與實驗1中氧化鎂的含量相同。)經(jīng)檢測,24h后所測硬化強度為0. 66MPa, 48h后所測硬化強度為0. 6MPa, 72h后所 測硬化強度為0. 52MPa。在混砂過程中無飄灰現(xiàn)象。懸浮液固化劑在保存過程中三個月無結塊或板結,稍 微搖動即可均勻。從每隔24h所測強度看,實驗2試樣的存放穩(wěn)定性比試驗1的好,原因是懸浮液固 化劑中的聚乙烯醇縮丁醛在無機粘結劑固化過程中具有阻止裂紋擴展的作用。應用實施例1將本發(fā)明制得的懸浮液固化劑應用于磷酸鹽無機鑄造粘結劑的固化。按照下述配比進行混合50/100目原砂IOOOg+磷酸鹽無機粘結劑20g+懸浮液固 化劑6g。具體操作稱取IOOOg原砂,先將6g固化劑與原砂混勻,再將20g粘結劑加入并混勻,最后將混合料填入模具中用于制造砂模,同時制取標準“8”試樣6個,待砂模硬化后從 模具中取出,待進一步硬化24h,即可用于金屬液的澆注。 應用效果固化劑加入原砂中混砂時沒有飄灰現(xiàn)象,型砂可使用時間約10分鐘, 脫模時間為20分鐘,硬化24h砂型試樣強度為0. 6MPa,再存放5天,試樣強度為0. 58MPa, 可見性能穩(wěn)定。澆注以后,清砂時發(fā)現(xiàn),舊砂潰散性好,鑄件表面無缺陷。
權利要求
一種磷酸鹽無機鑄造粘結劑懸浮液固化劑的制備方法,該方法包括下述順序的步驟(A)在200重量份的醇類溶劑中,加入3~10重量份的有機樹脂,在常溫下,攪拌5~15分鐘至完全溶解,得到有機樹脂的醇溶液;(B)在上述醇溶液中加入0.05~1重量份的有機酸,在常溫下,攪拌5~10分鐘至完全溶解,即得到懸浮液固化劑的載體溶液;(C)在已制好的載體中再加入200~400重量份的粉狀氧化鎂,在常溫下,通過高速攪拌或膠體磨分散,使粉狀氧化鎂均勻分散在載體溶液中,即得到最終產(chǎn)物懸浮液固化劑。
2.根據(jù)權利要求1所述懸浮液固化劑的制備方法,其特征在于在C步驟中,采用高速 攪拌分散時,是在轉速2500轉/分 3000轉/分下攪拌10 20min ;采用膠體磨分散時, 可先在1000 1500轉/分的低速下攪拌5 Smin進行預分散,然后倒入膠體磨料斗中, 反復膠體磨2 3次。
3.根據(jù)權利要求1所述懸浮液固化劑的制備方法,其特征在于所述醇類溶劑為乙醇、 甲醇或異丙醇。
4.根據(jù)權利要求1所述懸浮液固化劑的制備方法,其特征在于所述有機樹脂為聚乙 烯醇縮丁醛。
5.根據(jù)權利要求1所述懸浮液固化劑的制備方法,其特征在于所述有機酸為檸檬酸或草酸。
6.根據(jù)權利要求1所述懸浮液固化劑的制備方法,其特征在于所述粉狀氧化鎂為電 熔鎂砂粉或冶金鎂砂粉。
7.用權利要求1-6中任意一項方法制備的磷酸鹽無機鑄造粘結劑懸浮液固化劑。
8.如權利要求1或7所述懸浮液固化劑的用途,其特征在于所述固化劑應用于磷酸 鹽無機鑄造粘結劑的固化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磷酸鹽無機鑄造粘結劑懸浮液固化劑及其制備方法。在醇類溶劑中,加入有機樹脂,攪拌至完全溶解后加入有機酸,再攪拌使之完全溶解后加入粉狀氧化鎂,再攪拌分散均勻,制得該懸浮液固化劑。本發(fā)明還公開了該固化劑在鑄造工業(yè)中的應用。該磷酸鹽無機鑄造粘結劑固化劑制備方法簡單,所用原料易得,成本較低;該固化劑具有高效、無毒、高懸浮率、高含固量、與粘結劑反應速度適中等優(yōu)異性能;用該固化劑與無機粘結劑固化所粘結的鑄造砂模,固化強度高,固化性能穩(wěn)定,在混砂過程中無飄灰現(xiàn)象,不會產(chǎn)生粉塵污染,易于在鑄造工業(yè)中推廣應用。
文檔編號B22C1/18GK101941045SQ200910063118
公開日2011年1月12日 申請日期2009年7月10日 優(yōu)先權日2009年7月10日
發(fā)明者夏露, 張友壽, 李四年, 黃晉 申請人:湖北工業(yè)大學