[发明专利]一种聚合物改性的硅溶胶及其制备方法

说明书

本发明提供了一种聚合物改性的硅溶胶及其制备方法，所述聚合物改性的硅溶胶含有碱性硅溶胶和聚丙烯酰胺，其中所述聚丙烯酰胺占所述聚合物改性硅溶胶总质量的百分比为0.01‑1.0％，本发明利用聚丙烯酰胺改性得到的聚合物改性硅溶胶，能有效缩短型壳干燥时间，提高型壳湿强度和质量，提高其在蜡模表面的附着力，成膜性能更佳，并且成本低，改性成分直接添加，操作工艺简便，易实现工业化生产。

技术领域

本发明属于粘结剂复合材料领域，涉及一种聚合物改性的硅溶胶及其制备方法。

背景技术

硅溶胶是一种以相互离散无定型二氧化硅粒子为分散相的稳定分散体系，即二氧化硅的溶胶；因其在干燥、硬化乃至焙烧、浇注过程中除水蒸气外，没有任何有毒有害物质逸出，1960年硅溶胶作为一种“绿色”粘结剂被引入熔模铸造中。随着世界范围内环保法规的日趋严格以及人们环保意识的不断增强，“绿色”的硅溶胶制壳工艺逐渐成为国内外精铸业的发展主流趋势。此外，硅溶胶使用方便，易配成高粉液比的优质涂料，涂料稳定性好；型壳制造时不需化学硬化，工序简单，所制型壳高温性能好，有高的型壳高温强度及高温抗变形能力。但由于存在着干燥速度慢，型壳湿强度低，制壳周期长的缺点，也制约了其在熔模铸造中的工业化应用。

为缩短硅溶胶在熔模铸造制壳层间干燥时间，长期以来硅溶胶不断发展改进。20世纪90年代研制出快干硅溶胶，如杜邦公司生产的Ludox SK-R快干硅溶胶；EP0638379A公开了一种通过加入丙烯酸胶乳或苯乙烯丁二烯聚合物乳液的改性硅溶胶水溶液的方法，来加快熔模铸造的壳模制造期间干燥速率；但其聚合物乳液的用量占总硅溶胶总质量的2-20％，然而可溶性有机聚合物造价较高，在熔模铸造中的大量使用将意味着极大地增加这个过程的成本；此外，聚合物用量的增加也会增加硅溶胶体系的不稳定性，故需要添加一定量的稳定剂来调节体系的稳定性。

CN101786139A公开了一种聚合物改性的硅溶胶及其制造方法，其中聚合物改性的硅溶胶含有碱性硅溶胶和聚乙烯吡咯烷酮，其中所述碱性硅溶胶中SiO₂占所述聚合物改性的硅溶胶的质量百分比为20-36％，聚乙烯吡咯烷酮占所述聚合物改性的硅溶胶的质量百分比为0.1-5％，该聚合物改性的硅溶胶可缩短熔模铸造壳层间干燥时间，提高蜡模型壳常温强度、降低蜡模型壳残留强度等。

我国大规模在熔模铸造中使用硅溶胶作为粘结剂是在20世纪90年代，到目前为止，功能改进型硅溶胶产品的生产主要集中在国外，国内用于熔模铸造的改性硅溶胶产品较少。因此，在本领域开发更多能有效缩短型壳干燥时间、提高型壳湿强度和质量的低成本聚合物改性硅溶胶仍是研究的重点和难点。

发明内容

针对现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种聚合物改性的硅溶胶及其制备方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种聚合物改性的硅溶胶，所述聚合物改性的硅溶胶含有碱性硅溶胶和聚丙烯酰胺，其中所述聚丙烯酰胺占所述聚合物改性硅溶胶总质量的百分比为0.01-1.0％。

在本发明中，聚丙烯酰胺(PAM)是一种线型高分子化合物，分子链上由于含有的酰胺基以及一些离子基团使得它较其他大多数水溶性高分子的亲水性高得多。在适宜的低浓度下，聚合物在水溶液中存在微观结构可视为网状结构，链间机械的缠结和氢键共同形成网状节点。当聚合物水溶液进入硅溶胶水溶液后，带有硅醇基的二氧化硅粒子由于分子间范德华力和氢键的共同作用下，进入到大分子网状结构中，分子间的相斥作用使分子链趋于舒展，从而使整个体系达到一个动态平衡。