[发明专利]铸造用硅酸盐无机粘结剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铸造型砂粘结材料，具体涉及一种铸造用硅酸盐无机粘结剂及制备方法。

背景技术

目前，铸造用的型砂粘结剂包括有机类和无机类，由于有机类的粘结剂多为树脂，因其为有机聚合物，在铸造生产过程中，从混砂、制芯、浇注、清理到废砂处理都会对人体及环境造成不良影响。另外，多数树脂为石油的衍生产品，属于不可再生资源，成本较高。而无机类的粘结剂多为硫酸盐类、磷酸盐类、水玻璃以及以中、高模数水玻璃为基础进行改性的改性水玻璃。但采用硫酸盐类无机粘结剂铸造的型砂存在强度低，铸件缺陷率高等问题；采用磷酸盐类无机粘结剂铸造的型砂存在抗湿性差，使用时间短等问题，而水玻璃和改性水玻璃铸造的型砂在其强度、精度、生产效率和环保性均优于前两者，所以在铸造中大多采用水玻璃和改性水玻璃作为型砂粘结剂。但由于水玻璃和改性水玻璃均存在耐老化性不好，导致粘结强度降低，以及制成的型砂耐存放性不好、适用性不好、抗湿性差、溃散性不好、制芯效率较低和旧砂再生回用困难等问题。因此，需要开发性能更加优越的铸造用硅酸盐无机粘结剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种铸造用硅酸盐无机粘结剂，它具有较好的粘结性能和浸润性，采用该硅酸盐无机粘结制得的型砂流动性较好、发气性较低、耐存放较好和适用性较好，并且旧砂再生回用性较好。

本发明还提供所述铸造用硅酸盐无机粘结剂的制备方法。

本发明所述的铸造用硅酸盐无机粘结剂，由含结晶水的偏硅酸钠、硼酸、三聚磷酸钠和有机改性剂组成。

按重量百分比其原料组成为：含结晶水的偏硅酸钠84～91％，硼酸4.2～8.4％，三聚磷酸钠0.7～2.1％，有机改性剂2.0～5.8％。

所述含结晶水的偏硅酸钠为九水偏硅酸钠，或为八水偏硅酸钠，或为六水偏硅酸钠。

所述有机改性剂为有机羟羧酸类物质，或为阳离子型表面活性剂，或为非离子表面活性剂。

所述有机羟羧酸类物质为柠檬酸，或为α-羟基丙酸，或为酒石酸，或为水杨酸，或为3,4,5-三羟基苯甲酸。

所述阳离子型表面活性剂为山梨醇，或为失水三梨醇，或为氯化三甲基十二烷基胺，或为氯化十二烷基吡啶。

所述非离子表面活性剂为蔗糖，或为多聚葡萄糖，或为麦芽糖，或为聚多糖，或为单糖。

含结晶水的偏硅酸钠、硼酸和三聚磷酸钠在加热沸腾条件下反应形成具有一定立体结构的胶凝单体骨架，减少了[SiO₃]^2-离子间的有效碰撞，使硅酸盐无机粘结剂具有很好的耐老化性能，同时硅、硼、磷在化学交联的作用下形成稳定的空间立体结构网，大大增加了该硅酸盐无机粘结剂的粘结效能；而且经交联后的硅酸盐无机粘结剂体系中含有大量的硼酸根、多聚磷酸根等，减弱了空气中的二氧化碳对[SiO₃]^2-的固化作用，故能够延长无机砂的适用时间，提高粘结剂的适用性。另外，有机改性剂同时具有亲水和憎水基团，可较好地分散在硅酸盐无机粘结剂体系中，改善粘结剂凝胶体系的稳定性，并能提高凝胶体系的硬化速度使砂芯获得较高的即时强度和即时常温强度比。

由于硅酸盐和磷酸盐胶态分子团在碱性条件下易因吸潮而发生解聚，所以在用硅酸盐无机粘结剂制备覆膜砂的过程中，将按硅酸盐无机粘结剂重量的20％加入粉末固化交联剂，加入固化交联剂能够防止硅酸盐和磷酸盐胶态分子团的碱性催化而引起的解聚，防止羟基离子的生成，或在浇铸过程中其它金属进入在硅氧或磷氧的网络中形成骨架而降低铸件品质。

在140-160℃条件下，活性SiO₂和Mg、Ca、Al之类的氧化物对硅酸盐、磷酸盐和硼酸盐的硬化剂的活性高，促使硅酸盐无机粘结剂迅速固化，并与硅酸盐无机粘结剂发生化学交联反应，使凝胶体系中插入了金属元素，形成了高强度抗水的化合物，金属元素凝胶之间形成了键能高的金属键，增强凝胶的粘结力。同时粉末固化交联剂还能防止硅酸盐和磷酸盐胶态分子团的碱性催化而引起的解聚，防止羟基离子的生成，或使其它金属进入在硅氧或磷氧的网络中形成骨架，大大提高了硅酸盐无机粘结剂的抗湿能力。

铸造用硅酸盐无机粘结剂的制备方法，其步骤是：

步骤一：按重量百分比取含结晶水的偏硅酸钠84～91％加入反应釜中，均匀搅拌并加热至沸腾；

步骤二：按重量百分比取有机改性剂2.0～5.8％、硼酸4.2～8.4％和三聚磷酸钠0.7～2.1％加入反应釜中，搅拌均匀并继续加热至体系澄清透明状。