专利名称：制备铸造用淀粉粘结剂的方法
技术领域：
本发明涉及一种粘结剂的制备方法，具体涉及一种制备铸造用淀粉粘结剂的方法。
背景技术：
铸造用粘结剂及其使用技术则是影响砂型铸造生产环境和铸型及芯砂性能的主要因素，并且铸造用粘结剂不同于其它用途的粘结剂，在其性能、经济、环境诸方面又有它独特的要求，所以根据铸造粘结剂的要求，研制新型无毒无污染、综合性能优良的铸造粘结剂及其造型、制芯工艺势在必行。传统的铸造用粘结剂如树脂、桐油、水玻璃等都有各自的优点和应用范围，但也都存在一些问题如树脂的成本较高，混砂工艺复杂，造型和浇注时产生强刺激性有毒气体，从而造成环境污染；水玻璃砂溃散性、回用性差；桐油的资源有限，制约着它们的发展与应用，因此，发展无污染、低成本、具有良好溃散性的粘结剂已成为铸造工作者的共识，对铸造用淀粉主粘结剂(以淀粉为主的粘结剂)的研究则顺应了铸造粘结剂的发展动向。当然，淀粉粘结剂与铸造工业使用的其它无机、有机粘结剂相似，也存在着自己的缺点，即比强度低、耐湿性差等，因此回顾总结铸造用淀粉粘结剂的研究概况，探讨其研究方向，有望将淀粉改性工业与铸造工业结合起来，既能改善淀粉的结构，扩大改性淀粉的应用范围，又能改善铸造工业污染和促进我国工业的发展，是很有意义的。
发明内容
本发明目的是解决现有淀粉作为粘结剂，强度低、工艺性能差、不能用于坭芯的制作的缺陷，提供一种制备工艺简单、粘结剂强度高、工艺性能好的制备铸造用淀粉粘结剂的方法。
本发明制备铸造用淀粉粘结剂的方法为①有机化膨润土在温度为75℃～85℃的条件下，将有机改性剂与无机膨润土以100mmol/100g～110mmol/100g比例混合，在搅拌的条件下进行有机化反应，搅拌反应1～3h后，离心水洗；将洗涤后的湿有机土，在边搅拌边逐步加入已预先加温熔解的助插层剂，加入的助插层剂溶液与有机膨润土的重量配比为0.8∶1.0～1.0∶1.0，继续不断搅拌，搅拌反应时间为1～3h，将制得物静置备用；②有机化糊化淀粉将淀粉分散于冷水中，在搅拌条件下，逐步加温到75℃～85℃时，淀粉变为糊化淀粉粘液在此温度下，慢慢加入已预先加温熔解的助插层剂，糊化淀粉与助插层剂溶液的重量配比为1∶0.7～1∶1，继续不断搅拌，搅拌反应时间为1～3h，将制得物静置备用；
③制成淀粉粘结剂将步骤①制得物和步骤②制得物分别静置8～12h小时；在温度70℃～80℃的条件下，将步骤①制得物和步骤②制得物以1∶9～3∶7比例混合，搅拌1～3h后，倒入蒸发器，将蒸发器送入40℃～50℃的任一真空度的条件下的干燥器中干燥，干燥后获得物在研磨机破碎过筛至100～150目，制得铸造用淀粉粘结剂。
由于以下改性原理I膨润土的有机化实验采用多羟基有机胺盐做插层剂改性膨润土，从而增加膨润土片层的羟基密度，促使膨润土通过氢键产生较强的作用力，增加其与淀粉的相容性。II有机膨润土/淀粉复合粘结剂的制备由于淀粉分子结构为螺旋状且含有葡萄糖单元，空间位阻大，有机膨润土共混时很难进入土层。采用聚乙烯醇做为助插层剂，一方面是聚乙烯醇为多羟基直链大分子，空间位阻小，能与膨润土表面层接触，与有机改性剂的羟基之间形成氢键，强烈的作用能使聚乙烯醇进入土层乃至剥离膨润土的片层。另一方面，聚乙烯醇与淀粉有一定的相容性，提高膨润土在淀粉中的分散性，可能形成淀粉基的纳米复合材料。
本发明具有显著的优点①产品的强度高，综合性能好。
②成本低。其价格便宜相当于目前的合脂油，用量比合脂油少1/3，而合脂油的价格逐渐上涨，淀粉是农产品，其价格较低。
③实用性强。淀粉作为铸造用粘结剂其工艺工装，设备与合脂油砂一样，若原来是用合脂油做粘结剂。现在改用淀粉做粘结剂，一切工艺技术，工装设备都不要改变；对于原砂无苛刻要求，不需要干砂，更不需要水洗砂，任何粗细和角形系数，含泥量的砂都是可以用的；④符合环保要求。原材料是无机膨润土和淀粉，都是环保的物质，加入的改性剂也是无毒的，制得的粘结剂经化学分析，未发现有毒元素存在。比合脂砂省1/3的能源，烘干、浇注发出气体无毒无味是环保友好型的粘结剂。
具体实施例方式
①有机化膨润土在温度为75℃～85℃的条件下，将有机改性剂与无机膨润土以100mmol/100g～110mmol/100g比例混合，在搅拌的条件下进行有机化反应，搅拌反应1～3h后，离心水洗；将洗涤后的湿有机土，在边搅拌边逐步加入已预先加温熔解的助插层剂，加入的助插层剂溶液与有机膨润土的重量配比为0.8∶1.0～1.0∶1.0，继续不断搅拌，搅拌反应时间为1～3h，将制得物静置备用。
②有机化糊化淀粉将淀粉分散于冷水中，在搅拌条件下，逐步加温到75℃～85℃时，淀粉变为糊化淀粉粘液在此温度下，慢慢加入已预先加温熔解的助插层剂，糊化淀粉与助插层剂溶液的重量配比为1∶0.7～1∶1，继续不断搅拌，搅拌反应时间为1～3h，将制得物静置备用；③制成淀粉粘结剂将步骤①制得物和步骤②制得物分别静置8～12h小时；在温度70℃～80℃的条件下，将步骤①制得物和步骤②制得物以1∶9～3∶7比例混合，搅拌1～3h后，倒入蒸发器，将蒸发器送入40℃～50℃的任一真空度的条件下的干燥器中干燥，干燥后获得物在研磨机破碎过筛至100～150目，制得铸造用淀粉粘结剂。
其中，助插层剂为浓度为10％的聚乙烯醇溶液；有机改性剂为三乙醇胺或三羟甲基甲胺盐；糊化淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉和糯米淀粉中的一种或几种；铸造用淀粉粘结剂在使用时加水、硅砂及其它附加物，混砂后即得芯砂用于制芯。
实施例(1)原料无机膨润土的来源福建省龙岩连城县；淀粉的来源木薯淀粉福建闽西北地区，广西省，西南各地；玉米淀粉东北各省(2)具体制备方法步骤如下①在保证加热温度为80℃下，将无机膨润土100克～120克与三乙醇胺90～105克，在搅拌的条件下(转速每分钟80转)进行有机化的反应2～3h，然后离心水洗。
②在保证加热温度为80℃的情况下，边搅拌边逐步加入已溶解的聚乙烯醇，其浓度为10％80mL，继续不断搅拌2～3h；③在保证加热温度为80℃的情况下，边搅拌边加入木薯淀粉100克分散于水中进行糊化后，再慢慢加入已溶解的聚乙烯醇75mL，继续不断搅拌1～2h；④将②、③分别静置8～10h；⑤在保证加热温度为80℃下，将②、③按，木薯淀粉∶有机膨润土＝8∶2(质量比)配制混合搅拌2h后，倒入蒸发器，在40℃～50℃真空干燥，破碎，过筛100～150目，制得铸造用淀粉粘结剂。用时加水、硅砂及其它附加物，混砂后即得芯砂用于制芯。
本产品主要用于铸造厂作坭芯粘结剂用。
产品使用方式①使用某厂柴油机机体(II级坭芯)，用本粘结剂，其性能指标干强度2.3～2.6MPa，粘结剂加入量3～4％，根据硅砂情况而变动。烘干温度180℃～200℃，保温时间视具体情况而定。混砂工艺硅砂(GB50/100)100％+粘结剂(3％～3.5％)干混5min+水10％(占砂质量)，湿混砂10分钟，出砂造芯。
某厂为高锰钢及其它耐磨铸件厂，试用期约为1年，各种大小不等的铸件坭芯，用本粘结剂，其原料以木薯粉为主再加玉米粉(木薯粉∶玉米粉＝8∶2)，混砂工艺硅砂(GB50/100)100％+粘结剂(2.5％～4.0％)干混5min+水8～9％(占砂质量)+柴油0.3％～0.5％(占砂质量)，混砂10分钟，出砂造芯。工艺性能干强度≥1.5MPa，烘干温度180℃～200℃，小件不需烘干能自干。
淀粉作为铸造用粘结剂其工艺工装，设备与合脂油砂一样，若原来是用合脂油做粘结剂。现在改用淀粉做粘结剂，一切工艺技术，共装设备都不要改变。
本粘结剂作为铸造用粘结剂，代替合脂油粘结剂尤为合适①对原砂无特殊要求，任何粗细砂，含水分，含坭量都可以用。②工艺、工装设备、操作工艺，与合脂油一样。③本粘结剂是干粉袋装，运输方便。④成本低，价格与合脂油相当，但加入量比合脂油少1/3。烘干温度比合脂油低，保湿时间比合脂油短，省能耗。⑤符合环保要求，干净、无气味。
权利要求
1.一种制备铸造用淀粉粘结剂的方法，其特征在于其制备步骤为①有机化膨润土在温度为75℃～85℃的条件下，将有机改性剂与无机膨润土以100mmol/100g～110mmol/100g比例混合，在搅拌的条件下进行有机化反应，搅拌反应1～3h后，离心水洗；将洗涤后的湿有机土，在边搅拌边逐步加入已预先加温熔解的助插层剂，加入的助插层剂溶液与有机膨润土的重量配比为0.8∶1.0～1.0∶1.0，继续不断搅拌，搅拌反应时间为1～3h，将制得物静置备用；②有机化糊化淀粉将淀粉分散于冷水中，在搅拌条件下，逐步加温到75℃～85℃时，淀粉变为糊化淀粉粘液在此温度下，慢慢加入已预先加温熔解的助插层剂，糊化淀粉与助插层剂溶液的重量配比为1∶0.7～1∶1，继续不断搅拌，搅拌反应时间为1～3h，将制得物静置备用；③制成淀粉粘结剂将步骤①制得物和步骤②制得物分别静置8～12h小时；在温度70℃～80℃的条件下，将步骤①制得物和步骤②制得物以1∶9～3∶7比例混合，搅拌1～3h后，倒入蒸发器，将蒸发器送入40℃～50℃的任一真空度的条件下的干燥器中干燥，干燥后获得物在研磨机破碎过筛至100～150目，制得铸造用淀粉粘结剂。
2.根据权利要求1所述制备铸造用淀粉粘结剂的方法，其特征在于所述的助插层剂为聚乙烯醇溶液。
3.根据权利要求2所述制备铸造用淀粉粘结剂的方法，其特征在于所述聚乙烯醇浓度为10％。
4.根据权利要求1所述制备铸造用淀粉粘结剂的方法，其特征在于所述的有机改性剂为三乙醇胺或三羟甲基甲胺盐。
5.根据权利要求1所述制备铸造用淀粉粘结剂的方法，其特征在于所述糊化淀粉为木薯淀粉、玉米淀粉和糯米淀粉中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述制备铸造用淀粉粘结剂的方法，其特征在于所述铸造用淀粉粘结剂在使用时加水、硅砂及其它附加物，混砂后即得芯砂用于制芯。
全文摘要
本发明铸造用淀粉粘结剂的制备方法，以糊化淀粉和无机膨润土为基础，经过有机化，插层和加入适当的辅助材料制得，其制备步骤为①有机化膨润土；②有机化糊化淀粉；③混合步骤①制得物和步骤②制得物制成淀粉粘结剂。本发明的优点有①产品的强度高，综合性能好，可以代替合脂油或部分树脂砂来制造II级坭芯。②成本低，价格只相当于树脂粘结剂的1/3，与合脂油相当，但加入量比合脂油少，原砂无特殊要求，节省能源消耗，综合经济效益显著。③符合环保要求，原材料是淀粉和膨润土，制造的粘结剂经化学分析，未发现有毒元素存在。
文档编号B22C1/26GK1974056SQ20061013533
公开日2007年6月6日 申请日期2006年12月15日 优先权日2006年12月15日
发明者郑玉婴, 吴章宏, 陈玉琳 申请人:福州大学