專利名稱：型砂粘結劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及砂型鑄造的造型材料，具體涉及型砂粘結劑。另外，本發明還涉及該型砂粘結劑的制備方法。
背景技術：
目前，鑄造造型材料的自硬工藝主要有樹脂自硬砂和水玻璃自硬砂。
樹脂自硬砂可分為酸自硬樹脂砂、尿烷自硬樹脂砂和酚醛樹酯自硬樹脂砂三種，其主要粘結劑是呋喃樹脂、酚醛樹脂、苯酚樹脂等，用對甲苯磺酸、苯磺酸、三乙醇胺、異氰酸鹽、甲酸甲酯、甘油二醇醋酸酯等作為催化劑和添加劑，使型砂在芯盒或砂箱內自行硬化成型。樹脂自硬砂雖然硬化速度快、強度高、鑄件尺寸精度高，但世界范圍內的有機樹脂原料短缺及環保要求漸高的狀況，將使高揮發性有機物(VOC)含量的樹脂自硬砂的使用受到限制。
水玻璃自硬砂是以水玻璃作為粘結劑，加入爐渣、酸酐、氟硅酸鈉、硅鐵粉、有機酯和碳酸酯等硬化劑使之自行硬化的型砂。水玻璃作為無機粘結劑沒有有機樹脂的缺點，但水玻璃砂潰散性差、舊砂回用困難、強度較低等難題一直困擾著鑄造領域。而目前市場上已有的復合改性水玻璃砂，雖然使這些情況得到了一定程度的改善，但由于其添加了水溶性的含苯酚、甲醛、尿素、季胺鹽等有機物，使水玻璃砂帶有了某些樹脂砂的缺陷；另外其制備方法繁瑣，需要使用專門的化工反應裝置，加溫加壓過程控制復雜。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種不含游離苯酚、甲醛，不含磷、氮、硫，安全無毒，型砂工藝性能優良，且制備程序簡單、舊砂能夠回用的型砂粘結劑。
本發明的另一目的是提供上述型砂粘結劑的制備方法。
為了實現上述發明目的，本發明的型砂粘結劑，由下述重量百分比的組分組成濃度為0.1-2.0％的聚氧化乙烯樹脂水溶液5-35％；水玻璃 50-90％；添加劑 4-18％；水 0-10％；所述聚氧化乙烯樹脂的結構式為〔-CH2CH2O-〕n，分子量1.0×105-6.0×106；所述添加劑為硼砂與糖醇的混合物，其中，硼砂∶糖醇＝1∶2-10(重量比)。
另外，本發明中，上述糖醇最好選自山梨醇、麥芽糖醇或甘露醇。
本發明的上述型砂粘結劑的制備包括下列步驟(1)將添加劑加入攪拌中的聚氧化乙烯樹脂水溶液中至均勻；(2)將步驟(1)制得的混合液加入水玻璃中，攪拌均勻。
本發明型砂粘結劑的制備方法中，或者在步驟(1)之前將水先加入添加劑中攪拌，再按步驟(1)、(2)執行。
本發明型砂粘結劑的制備方法中，或者在步驟(1)之后將水加入添加劑和聚氧化乙烯樹脂水溶液的混合液中，再按步驟(2)執行。
相對于現有技術的型砂粘結劑，本發明將有機粘結劑(聚氧化乙烯樹脂)和無機粘結劑(水玻璃)結合應用，克服了單獨使用有機粘結劑和無機粘結劑的缺點。由于使用的聚氧化乙烯樹脂是一種高分子量聚合物，其溶液在低濃度下具有很高的粘性，對砂粒有極好的潤濕作用，因此在短時間內可使砂粒包覆上一層均質薄膜，與添加劑相互作用有利于型砂形成較高的強度。聚氧化乙烯樹脂在600℃左右分解殆盡，使本發明粘結劑的型砂較普通水玻璃自硬砂的退讓性和出砂性能大為改善，且鑄件不易開裂，清理方便。本發明所選用的聚氧化乙烯樹脂經生物試驗，其口服毒性非常低，可以安全用于食品、醫藥等行業，糖醇類產品亦已在食品、醫藥、牙膏、化妝品行業中得到廣泛的應用，而且粘結劑中的其他材料均為無機物，因此相對樹脂自硬砂在使用過程中所散發出的刺激性氣味，本發明的粘結劑無嗅無味，作為鑄造造型材料的粘結劑，對環境的影響是最小的。
另外，本發明提供的型砂粘結劑的制備方法，不需要專用化工反應裝置，沒有升溫加壓的要求，僅需一般的通用攪拌機即可制作，因此該粘結劑的制備工藝簡單，易于控制，且設備的投入亦較小。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步描述。
實施例1將50g添加劑(硼砂∶山梨醇＝1∶7)緩慢加入用GFJ-0.4型高速分散機(上海涂料工業機械廠制造)攪拌中的50g濃度為0.7％的聚氧化乙烯樹脂水溶液中，再將上述混合液加入900g水玻璃中攪拌，制得粘結劑1000g。
實施例2首先將50g水加入50g添加劑(硼砂∶山梨醇＝1∶3)中用GFJ-0.4型高速分散機(上海涂料工業機械廠制造)攪拌均勻，然后邊攪拌邊將其緩慢加入100g濃度為1.8％的聚氧化乙烯樹脂水溶液中，再將混合液加入800g水玻璃中攪拌，制得粘結劑1000g。
實施例3首先將90g添加劑(硼砂∶麥芽糖醇＝1∶5)緩慢加入用GFJ-0.4型高速分散機(上海涂料工業機械廠制造)攪拌中的220g濃度為1.0％的聚氧化乙烯樹脂水溶液中，然后將40g水加入其中攪勻，再將混合液加入650g水玻璃中攪拌，制得粘結劑1000g。
實施例4
將170g添加劑(硼砂∶甘露醇＝1∶10)緩慢加入用GFJ-0.4型高速分散機(上海涂料工業機械廠制造)攪拌中的330g濃度為0.3％的聚氧化乙烯樹脂水溶液中，再將上述混合液加入500g水玻璃中攪拌，制得粘結劑1000g。
實施例5稱量2000g檢定鑄造粘結劑用標準砂置于NRJ-411A型水泥膠砂攪拌機(無錫建筑材料儀器機械廠制造)中，加入固化劑乙二醇醋酸酯(宜興合興化工廠生產)混40秒，再加入實施例1制得的粘結劑混40秒，出砂，按GB2684-81《鑄造原砂及混合料試驗方法》制作Φ50×50圓柱形標準試樣，用SWY液壓強度試驗機及SWY-FH高強度試驗附件(無錫市三峰儀器設備有限公司制造)測定放置不同時間的抗壓強度，結果見表1。
表1(溫度25.5℃，相對濕度70％)
實施例6稱量2000g福建砂(70/140目)置于NRJ-411A型水泥膠砂攪拌機(無錫建筑材料儀器機械廠制造)中，加入固化劑乙二醇醋酸酯(宜興合興化工廠生產)混40秒，再分別加入實施例1、實施例2和實施例3制得的粘結劑混40秒，出砂，按GB2684-81《鑄造原砂及混合料試驗方法》制作Φ50×50圓柱形標準試樣，用SWY液壓強度試驗機及SWY-FH高強度試驗附件(無錫市三峰儀器設備有限公司制造)測定放置不同時間的抗壓強度，結果見表2。
表2(溫度22.5℃，相對濕度50％)
實施例7稱量2000g檢定鑄造粘結劑用標準砂置于NRJ-411A型水泥膠砂攪拌機(無錫建筑材料儀器機械廠制造)中，加入固化劑乙二醇醋酸酯(宜興合興化工廠生產)5.0g混40秒，再加入實施例1制得的粘結劑50g混40秒，出砂，按GB2684-81《鑄造原砂及混合料試驗方法》制作Φ50×50圓柱形標準試樣；另稱量2000g檢定鑄造粘結劑用標準砂置于NRJ-411A型水泥膠砂攪拌機(無錫建筑材料儀器機械廠制造)中，加入固化劑乙二醇醋酸酯(宜興合興化工廠生產)8.0g混40秒，再加入水玻璃(上海申寶油脂化工廠生產)80g混40秒，出砂，按GB2684-81《鑄造原砂及混合料試驗方法》制作Φ50×50圓柱形標準試樣；制得的試樣放置24小時后，將其置于不同溫度的SX-10-12箱式電阻爐(上海實驗電爐廠制造)中保溫30分鐘，取出冷至室溫，用SWY液壓強度試驗機(無錫市三峰儀器設備有限公司制造)分別測定其殘留抗壓強度，結果見表3。
表3(溫度25.5℃，相對濕度80％)
權利要求
1.一種型砂粘結劑，由下述重量百分比的組分組成濃度為0.1-2.0％的聚氧化乙烯樹脂水溶液5-35％；水玻璃 50-90％；添加劑 4-18％；水 0-10％；所述聚氧化乙烯樹脂的結構式為〔-CH2CH2O-〕n，分子量1.0×105-6.0×106；所述添加劑為硼砂與糖醇的混合物，其中，硼砂∶糖醇＝1∶2-10(重量比)。
2.根據權利要求1所述的型砂粘結劑，其中，糖醇選自山梨醇、麥芽糖醇或甘露醇。
3.制備權利要求1或2所述型砂粘結劑的方法，包括下列步驟(1)將添加劑加入攪拌中的聚氧化乙烯樹脂水溶液中至均勻；(2)將步驟(1)制得的混合液加入水玻璃中，攪拌均勻。
4.制備權利要求1或2所述型砂粘結劑的方法，包括下列步驟(1)將水加入添加劑中，攪拌；(2)將步驟(1)制得的混合液加入攪拌中的聚氧化乙烯樹脂水溶液中至均勻；(3)將步驟(2)制得的混合液加入水玻璃中，攪拌均勻。
5.制備權利要求1或2所述型砂粘結劑的方法，包括下列步驟(1)將添加劑加入攪拌中的聚氧化乙烯樹脂水溶液中至均勻；(2)將水加入添加劑和聚氧化乙烯樹脂水溶液的混合液中；(3)將步驟(2)制得的混合液加入水玻璃中，攪拌均勻。
全文摘要
本發明公開了一種型砂粘結劑，由下述重量百分比的組分組成濃度為0.1－2.0％、結構式為〔－CH
文檔編號B22C1/16GK1712153SQ20041002537
公開日2005年12月28日 申請日期2004年6月23日 優先權日2004年6月23日
發明者於有根, 朱筠, 周聯山, 瞿偉理 申請人:上海市機械制造工藝研究所