[其他]改性水玻璃粘结剂

说明书

本发明涉及铸造生产用型砂和芯砂的一种以钾钠水玻璃为基的有机改性水玻璃粘结剂。

用水玻璃作为型砂和芯砂粘结剂应用于铸造生产已有多年历史。它具有来源广，价格低，无毒性，水溶性、长期贮存的稳定性等宝贵性能。但它存在的最大缺点就是型砂溃散性差，使铸件落砂（打箱）费用增加，劳动条件恶化。从而使水玻璃砂的使用受到限制。60年代末，由于化学工业的发展，化学粘结剂砂（主要是合成树脂砂）部分地取代了水玻璃砂。树脂砂强度高，易溃散，但是，有机树脂价格昂贵，材料短缺。同时它对人体的健康有影响，特别对肺和皮肤危害大，从而人们又开始重视水玻璃砂的使用。

理论认为：从化学角度看，水玻璃砂溃散性差的主要原因是Na₂O离子的作用，即多量的Na₂O离子，使通气后仍保存较多的硅酸钠，在200～300℃时会聚合成玻璃状水合硅酸钠，坚硬如石使第一个高峰上升。而在高温情况下，即达到熔点后，粘结膜均呈液态，开始了熔融水玻璃对石英砂粒的侵蚀过程。温度越高，石英砂溶入水玻璃中的量越大，出现模数增大，进行再造水玻璃，使水玻璃粘结膜变厚，冷却后结成板块联成一体，使残留强度增大导致溃散性差。

近年来，国内外采用多种方法来改善水玻璃砂的溃散性。例如，为了减少Na₂O含量提高水玻璃模数，采用3以上模数的水玻璃，这样可以消除第二峰值，但因SiO₂/Na₂O比值高，对CO₂作用敏感，使石英砂与水玻璃之间混碾性差，铸型强度低，硬化速度快，影响操作，使之不能用传统的硬化方法。还有在水玻璃中加入有机物质进行改性。如加入淀粉水解液、树脂等。由于加入量较多使成本提高，以及这些有机物质在未达到水玻璃熔点温度以前，在一定温度下（一般为200～300℃）有机物碳化使粘结膜变成网状，使其残留强度降低，在温度高于水玻璃熔点时，由于再造水玻璃的过程使网孔弥合，而导致溃散性不显著。

本发明的目的在于克服上述缺点，研制出使铸型强度满足生产要求，按传统方法操作，且溃散性好的一种以钾钠水玻璃为基的有机改性水玻璃粘结剂。

本发明首先注意降低Na₂O的含量。用钾代替部分钠，使第二峰值向右移，同时把模数提高到2.5～2.7之间，相应降低了Na₂O的含量。将这种模数为2.5～2.7，氧化钾与氧化钠之比为2.6～4.5的水玻璃与高分子聚合物聚丙烯酰胺相作用，制成粘结强度较高的改性水玻璃粘结剂。这样可以降低粘结剂的加入量，从而降低Na₂O的含量。同时利用有机物质高分子聚合物聚丙烯酰胺在高温下碳化破坏水玻璃连接膜的连续性，再加上使用钾代替钠，使软化点提高，从而使高分子聚合物聚丙烯酰胺破坏水玻璃连接膜连续性的作用延长到更高的温度，达到溃散性好的目的。

这种粘结剂的制备方法如下：

该粘结剂在工业高压釜中制备，首先在反应釜中注入50～60%（重量）的工业用水，再注入0.11～0.22%（重量）的高分子聚合物聚丙烯酰胺，搅拌到适当时间后（工业上采用旋转反应釜），加入40～50%（重量）的硅酸盐块，该硅酸盐块中K₂O与Na₂O之比为2.6～4.5（也可用高模数硅酸钠块再加KOH来调制，使粘结剂中的K₂O与Na₂O之比为2.6～4.5）。封闭反应釜，开始旋转搅拌，同时升温加压，使温度在180～200℃之间，压力在4～6个大气压之间。经过4～6小时的搅拌，便制成模数为2.5～2.7，波美度为45～55°Be的改性水玻璃粘结剂。

采用该粘结剂使型砂不仅具有溃散性好，通常在1000℃时，其残留强度低于6.5kg/cm²，即测强度为15～17kg/cm²24小时后强度为17～19kg/cm²，而且成本低，比国内用淀粉水解液进行改性水玻璃的成本要低50%以上，可按传统方法操作，稳定性好，可以长时间存放，旧砂可以回收重新使用，回收旧砂可采用干法或湿法进行处理。采用CO₂硬化法消耗的CO₂量是普通水玻璃砂的1/3～1/4，也可以自硬或烘干硬化。铸件清理容易，对外皮砂不用清理，打箱后，型砂脱落，铸件表面光洁度可达美国铸件外观检查标准Ⅰ～Ⅱ级。

下面以具体实例来说明本发明。

实施例一：