本發(fā)明涉及粘結(jié)促進(jìn)劑，具體涉及一種水玻璃粘結(jié)劑用促進(jìn)劑的制備方法。

背景技術(shù)：

1、在鑄造行業(yè)中，粘結(jié)劑的性能是確保砂型強(qiáng)度、精度及最終鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，水玻璃(硅酸鈉)作為歷史悠久的無機(jī)粘結(jié)劑，因其良好的粘結(jié)性、低成本及環(huán)保特性，在鑄造砂型制備中占據(jù)重要地位，而隨著現(xiàn)代鑄造技術(shù)的不斷進(jìn)步和鑄件質(zhì)量要求的日益提高，傳統(tǒng)的水玻璃粘結(jié)劑的性能難以滿足復(fù)雜鑄造工藝和高性能鑄件的生產(chǎn)需求。

2、現(xiàn)有技術(shù)，公布號(hào)為cn104338893a的一篇中國(guó)發(fā)明專利，公開了一種具有高流動(dòng)性的水玻璃砂及其制備方法，所用水玻璃的模數(shù)為2.2～2.8，制備水玻璃時(shí)在水玻璃中加入1％～10％(wt％)的堿金屬無機(jī)物以及5％～15％(wt％)的非晶態(tài)磷酸鹽，是通過對(duì)水玻璃的改性和混砂時(shí)流動(dòng)性促進(jìn)劑的加入提高水玻璃砂的流動(dòng)性，從而解決了水玻璃砂流動(dòng)性差的問題，對(duì)水玻璃砂的應(yīng)用及綠色鑄造的發(fā)展具有極大的意義。

3、傳統(tǒng)的水玻璃粘結(jié)劑在常溫下固化速度較慢，抗?jié)裥阅懿?，難以滿足快速生產(chǎn)的需求，而上述的堿金屬無機(jī)物與非晶態(tài)磷酸鹽對(duì)水玻璃增強(qiáng)時(shí)，僅是對(duì)型砂的流動(dòng)性進(jìn)行增強(qiáng)，但是，對(duì)于高精度要求的鑄件在鑄造時(shí)，需要成型的砂型需要在高溫環(huán)境下具有良好的熱穩(wěn)定性，避免受高溫膨脹造成砂型內(nèi)部體積變化導(dǎo)致鑄造樣品的尺寸偏差過大，并且，水玻璃與堿金屬無機(jī)物、非晶態(tài)磷酸鹽經(jīng)過高溫處理會(huì)在砂型中形成復(fù)雜的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致經(jīng)熔融的高溫金屬熔液澆筑后，砂型會(huì)板結(jié)成塊，潰散性差，難以將其與澆筑物分離并進(jìn)行循環(huán)利用，不符合綠色環(huán)保的制造理念。

4、針對(duì)此方面的技術(shù)缺陷，現(xiàn)提出一種解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種水玻璃粘結(jié)劑用促進(jìn)劑的制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的水玻璃粘結(jié)劑在常溫下的固化速度慢、抗?jié)裥阅懿?，砂型的耐高溫性能與潰散性能有待進(jìn)一步提高的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種水玻璃粘結(jié)劑用促進(jìn)劑的制備方法，包括以下步驟：

3、s1、將磷酸溶液加入到三口燒瓶中攪拌，三口燒瓶溫度升高至85-95℃，向三口燒瓶中分批次加入氫氧化鋁，攪拌至體系溶解，得到磷酸鹽溶液；

4、s2、向裝有磷酸鹽溶液的三口燒瓶中分批次加入混合無機(jī)鹽，繼續(xù)保溫?cái)嚢柚馏w系溶解，自然降溫至室溫，得到混合溶液；

5、s3、向裝混合溶液的三口燒瓶中加入增強(qiáng)劑，室溫下攪拌至體系溶清，得到促進(jìn)劑。

6、進(jìn)一步的，步驟s1中，所述磷酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55-65％，所述磷酸與氫氧化鋁的摩爾比為3:2。

7、進(jìn)一步的，步驟s2中，所述磷酸鹽溶液和混合無機(jī)鹽的用量比為15ml:2-3g，所述混合無機(jī)鹽由磷酸鋅、硫酸鎂和山梨醇按重量比3:1:2組成。

8、進(jìn)一步的，步驟s3中，所述增強(qiáng)劑由硼增強(qiáng)水性樹脂、改性淀粉、聚乙二醇200、聚乙烯醇按重量比4:3:2:1組成，所述混合溶液與增強(qiáng)劑的用量比為8ml:1g。

9、進(jìn)一步的，所述硼增強(qiáng)水性樹脂的制備方法為：將三苯基硼酸酯、甲醛、氫氧化鈉和苯酚加入到三口燒瓶中攪拌，三口燒瓶溫度升高至85-95℃，保溫反應(yīng)2-3h，向三口燒瓶中加入2-甲酚，保溫反應(yīng)90-120min，后處理得到硼增強(qiáng)水性樹脂。

10、硼增強(qiáng)水性樹脂的合成反應(yīng)式為：

11、

12、式中：r＝-h/-ch2oh

13、硼增強(qiáng)水性樹脂的合成反應(yīng)機(jī)理為：

14、三苯基硼酸酯是一種有機(jī)硼化合物，以氫氧化鈉作為催化劑，三苯基硼酸酯、苯酚和2-甲酚與甲醛發(fā)生羥甲基化反應(yīng)，生成羥甲基化的酚類化合物，這些羥甲基化的酚類化合物通過脫水縮聚反應(yīng)進(jìn)一步縮聚形成高分子量的酚醛樹脂。

15、進(jìn)一步的，所述三苯基硼酸酯、甲醛、氫氧化鈉、苯酚和2-甲酚的用量比為10g:30ml:0.3-0.5g:8.5g:3.5g，所述甲醛為35-37wt％的甲醛水溶液，所述后處理包括：反應(yīng)完成之后，三口燒瓶溫度降低至70-80℃，減壓蒸除低沸點(diǎn)溶劑，得到硼增強(qiáng)水性樹脂。

16、進(jìn)一步的，改性淀粉由以下步驟加工得到：

17、a1、將玉米淀粉粉碎過100目篩網(wǎng)后置于溫度為100-110℃的烘箱中干燥6-8h，得到預(yù)處理淀粉；

18、a2、將預(yù)處理淀粉、去離子水加入到三口燒瓶中攪拌，三口燒瓶溫度升高至65-75℃，向三口燒瓶中加入氫氧化鈉溶液，保溫?cái)嚢?0-80min，向三口燒瓶中加入改性劑，三口燒瓶溫度升高至85-95℃，攪拌12-14h，后處理得到改性淀粉。

19、改性淀粉的合成反應(yīng)機(jī)理為：

20、對(duì)玉米淀粉進(jìn)行預(yù)處理后與氫氧化鈉進(jìn)行混合，利用氫氧化鈉的強(qiáng)堿性破壞淀粉顆粒的氫鍵或結(jié)晶區(qū)部分結(jié)構(gòu)，增加淀粉分子上的羥基活性，使淀粉顆粒膨脹并部分溶解，改性劑上的環(huán)氧基與淀粉分子上的羥基發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，形成醚鍵共價(jià)連接，從而賦予改性淀粉更好的水溶性和反應(yīng)活性，透析袋透析，除去未反應(yīng)的改性劑、小分子副產(chǎn)物以及殘留的鹽類等雜質(zhì)，從而得到水溶性的改性淀粉。

21、進(jìn)一步的，步驟a2中，所述預(yù)處理淀粉、去離子水、氫氧化鈉溶液和改性劑的用量比為10g:60ml:5ml:3g，所述后處理包括：反應(yīng)完成之后，三口燒瓶溫度降低至室溫，向三口燒瓶中滴加鹽酸，調(diào)節(jié)體系ph＝7，抽濾，濾液裝入透析袋中，使用去離子水透析至透析袋中液體電導(dǎo)率值接近去離子水，將透析袋中的混合物轉(zhuǎn)移到水浴溫度為60-70℃的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，減壓蒸除大部分溶劑后，將固體物放置到凍干機(jī)中，冷凍干燥至恒重，得到改性淀粉，其中，透析袋的截留分子量為8000-14000da。

22、進(jìn)一步的，所述改性劑的制備方法為：將環(huán)氧氯丙烷、純化水加入到三口燒瓶中攪拌，三口燒瓶溫度降低至10-15℃，向三口燒瓶中滴加二乙胺，保溫?cái)嚢?0-22h，向三口燒瓶中滴加氫氧化鈉溶液，保溫?cái)嚢?0-80min，后處理得到改性劑。

23、改性劑的合成反應(yīng)式為：

24、

25、改性劑的合成反應(yīng)機(jī)理為：

26、二乙胺是一種伯胺，其氮原子上的氫原子具有一定的活性，在低溫環(huán)境中，二乙胺上的伯胺作為親核試劑攻擊環(huán)氧氯丙烷分子上的環(huán)氧基，發(fā)生開環(huán)加成反應(yīng)，生成中間體，在堿性環(huán)境下，中間體上的分子上的羥基與鹵素閉環(huán)形成環(huán)氧烷鍵，制備得到改性劑。

27、改性劑的質(zhì)譜分析數(shù)據(jù)為：m/z:129.1154(100.0％),130.1187(7.6％)；元素分析：c,65.07；h,11.70；n,10.84；o,12.38。

28、進(jìn)一步的，所述環(huán)氧氯丙烷、二乙胺的用量比為1.1mol:1mol，所述環(huán)氧氯丙烷和純化水的用量比為5g:3g，所述后處理包括：反應(yīng)完成之后，向三口燒瓶中加入純化水和石油醚，攪拌20-30min，水相用石油醚返萃2次，合并有機(jī)相后干燥，將有機(jī)相轉(zhuǎn)移到水浴溫度為50-60℃的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中，減壓蒸除溶劑，得到改性劑。

29、本發(fā)明具備下述有益效果：

30、1、本發(fā)明的水玻璃粘結(jié)劑用促進(jìn)劑，通過硼增強(qiáng)水性樹脂、改性淀粉、聚乙二醇200、聚乙烯醇進(jìn)行混合制備增強(qiáng)劑對(duì)磷酸鹽與無機(jī)鹽組成的混合溶液進(jìn)行增強(qiáng)，磷酸鹽、磷酸鋅、硫酸鎂等無機(jī)鹽在砂型中起到填充和增強(qiáng)作用并與硼增強(qiáng)水性樹脂中的硼協(xié)同平衡，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，提高砂型在高溫環(huán)境中的尺寸穩(wěn)定性，改性淀粉與聚乙二醇200、聚乙烯醇相互配合，在砂型中構(gòu)筑流動(dòng)潤(rùn)滑體系，提高型砂在澆筑過程中的流動(dòng)性，硼增強(qiáng)水性樹脂、改性淀粉、聚乙二醇200、聚乙烯醇與水玻璃相互配合，提高砂型的抗?jié)裥裕⑶遗鹪鰪?qiáng)改性樹脂與改性淀粉在高溫環(huán)境中分解，在砂型中形成孔隙和通道，能夠促進(jìn)砂型的潰散，提高砂型的潰散性。

31、2、本發(fā)明的水玻璃粘結(jié)劑用促進(jìn)劑，通過磷酸鋁鹽與磷酸鋅、硫酸鎂組成的混合溶液，硼增強(qiáng)水性樹脂分子中的硼原子具有空軌道，一方面能夠接受來自磷酸根離子、磷酸鋁、磷酸鋅或磷酸鎂等磷酸鹽中的氧原子的孤對(duì)電子，從而形成配位鍵，另一方面能夠與硅酸鈉中的硅氧鍵結(jié)合，形成更穩(wěn)定的化學(xué)鍵，增強(qiáng)了樹脂與硅酸鈉之間的相互作用，構(gòu)建復(fù)雜的化學(xué)交聯(lián)，從而提高砂型的交聯(lián)絡(luò)合程度，抑制砂型內(nèi)部因熱應(yīng)力引起的膨脹和變形，提高材料的耐高溫膨脹性能，硼增強(qiáng)水性樹脂分子上的酚羥基能夠與水玻璃中的硅酸鈉發(fā)生相互作用，形成氫鍵形成或離子交換，增強(qiáng)粘結(jié)劑的粘結(jié)力，硼增強(qiáng)水性樹脂上的酚羥基與聚乙二醇200、聚乙烯醇分子上的羥基能夠與水玻璃中的硅酸鈉分子相互作用，降低水玻璃粘結(jié)劑的表面張力和粘度，改善其在型砂中的滲透性和分布均勻性，從而提高型砂的流動(dòng)性，含有羥基的化合物能夠與水玻璃中的硅羥基形成氫鍵，增強(qiáng)水玻璃分子間的相互作用力，細(xì)化水玻璃中的聚硅酸膠粒，從而擴(kuò)大水玻璃粘結(jié)橋的截面積，使得水玻璃粘結(jié)劑的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，降低水分子對(duì)其的侵蝕影響。

32、3、本發(fā)明的水玻璃粘結(jié)劑用促進(jìn)劑，通過對(duì)玉米淀粉進(jìn)行改性，在淀粉分子上引入疏水官能團(tuán)，提高抵抗水分子的侵蝕能力，使得水玻璃粘結(jié)劑的耐水性能提高，改性淀粉分子中含有一些親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)，能夠在型砂顆粒表面形成一層潤(rùn)滑膜，從而有效降低型砂顆粒之間的直接接觸產(chǎn)生的摩擦力，使得型砂顆粒之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)更加順暢，進(jìn)而提高了型砂的流動(dòng)性，并且，改性淀粉中的氨基、羥基等官能團(tuán)與水玻璃中的硅羥基之間可以形成氫鍵，增強(qiáng)分子間的相互作用，提高材料的即時(shí)強(qiáng)度，改性淀粉與硼增強(qiáng)水性樹脂在高溫環(huán)境中碳化分解，砂型的砂粒之間的結(jié)合鍵斷裂，降低砂型在高溫處理后的殘留強(qiáng)度，提高砂型的潰散性，便于對(duì)型砂進(jìn)行再生回收。