专利名称：铸造用的高渗透性防粘砂涂料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种涂料及其制备方法，特别是一种铸造用的高渗透性防粘砂涂料及 其制备方法。
背景技术：
铸造涂料种类繁多，大体可以分为两类水基涂料和有机溶剂涂料。其中有机溶 剂涂料在涂敷后经点燃即可固化，与各种自硬砂工艺配合使用，可不需烘干，能缩短生产周 期，简化工艺，节约能源，减少烘干设备投资，是被铸造界广为使用的一种快干涂料，已广泛 应用于钢、铁、有色铸件的生产中。但在大型，特别是厚大铸钢件的生产应用中进展缓慢，这 是因为厚大铸钢件浇注温度高，铸件凝固缓慢，保温时间长；而普通有机溶剂涂料渗透性较 差，涂层高温强度、曝热抗裂性能低，发气量较大，无法满足厚大铸钢件恶劣的生产条件，以 致铸件易出现大面积粘砂、夹砂、气孔等缺陷。中国专利申请(申请号为03U8100. 1)公开了一种醇基及水基系列铬铁矿砂粉防 渗透粘砂铸造涂料，其特征在于用铬铁矿砂制备砂型用铸造涂料，其成分质量百分比为粒 度粗于观0目铬铁矿砂10 100%，280 325目各类辅助耐火粉分别可为0 90%，粘 结剂1. 0 3. 0%、悬浮剂1. 5 6. 0%、增稠剂0. 15 0. 5%，载体可为水或乙醇、甲醇或 异丙醇等。实践证明该专利申请得到的涂料对砂型的渗透力较低且涂层的高温强度不够， 涂料容易沉淀结块，不易存放，更无法渗入铸型、芯空隙，防止铸件粘砂；在厚大铸钢件长期 高温环境下涂层的稳定性较差，涂层易开裂、脱落，钢水容易突破涂层渗进砂型。中国专利申请(申请号为200910046096. 4)公开了一种用于大型铸件的锆英粉 醇基涂料，耐火骨料采用含&0265%以上锆英粉，涂料粘结剂采用氧化松香树脂和热塑 性酚醛树脂相配合，其占涂料的重量比例分别为氧化松香树脂0. 3 0. 6%，热塑性酚醛 树脂0. 5 0. 8% ；本专利申请虽然能在砂型表面形成致密的薄膜以阻隔型砂中的水分对 涂料层的影响，又能使粘结系统在一定高温梯度上保持其性能的有效和稳定发挥、抵御钢 水的持续高温的冲刷，从而保证铸件表面一定的质量；但是作为粘结剂的氧化松香和热塑 酚醛树脂高温下易烧损，高温涂层强度差，铸件容易产生夹砂；另外该专利申请得到的涂料 并未添加其它辅助渗透试剂，因此其渗透力不理想，不能有效地填补砂粒与砂粒间间隙，防 止机械粘砂；此外载体全部采用异丙醇，成本过高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种铸造用的高渗透性防粘砂 涂料，其渗透性强，发气量小，防潮性能好，且具有很好的高温强度及稳定性，能有效防止钢 水直接与砂型接触造成粘砂缺陷。本发明的技术方案是一种铸造用的高渗透性防粘砂涂料，其由下列原料配制而 成耐火骨料、粘结剂、活性剂和载体；粘结剂的质量为耐火骨料质量的0. 5% 2. 5% ；活性 剂的质量为耐火骨料质量的0. 01% 0. 05% ；载体的质量为耐火骨料质量的40% 220% ；所述的耐火骨料为锆英粉、铬铁矿粉中的一种或两种的任意比例的混合物；所述的粘结剂为 酚醛树脂或者是酚醛树脂与氧化松香、硅酸乙脂中的一种或两种以上的混合物，其中氧化 松香的质量为耐火骨料质量的0% 0. 5%，硅酸乙脂的质量为耐火骨料质量的0% 1% ；所 述的活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚；所述的载体为乙醇。本发明进一步的技术方案是所述的原料还包括增稠剂，增稠剂为聚乙烯醇缩丁 醛，聚乙烯醇缩丁醛的质量为耐火骨料质量的0. 1% 0. 5%。本发明更进一步的技术方案是所述的原料还包括悬浮剂，悬浮剂为锂基膨润土， 锂基膨润土的质量为耐火骨料质量的1. 5% 5. 0%。本发明再进一步的技术方案是所述的原料还包括消泡剂，消泡剂为正丁醇，正丁 醇的质量为耐火骨料质量的0.01% 0. 1%。本发明进一步的技术方案是所述的耐火骨料为等比例质量的锆英粉与铬铁矿粉 的混合物(即耐火骨料中的锆英粉与铬铁矿粉质量相等)；所述的酚醛树脂、氧化松香、硅酸 乙脂、烷基酚聚氧乙烯醚、乙醇、聚乙烯醇缩丁醛、锂基膨润土、正丁醇的质量分别为耐火 骨料质量的 ι. 5%、0· 1%、0· 4%、0· 03%、95%、0· 2%、5%、0· 05%。本发明进一步的技术方案是所述的耐火骨料的颗粒度为250 325目或325 500 目。本发明的另一技术方案是一种铸造用的高渗透性防粘砂涂料的制作方法，其主 要包括如下步骤
一、称取耐火骨料、粘结剂、活性剂和载体作为原料；粘结剂的质量为耐火骨料质量的 0. 5% 2. 5% ；活性剂的质量为耐火骨料质量的0. 01% 0. 05% ；载体的质量为耐火骨料质 量的40% 220% ；耐火骨料为锆英粉、铬铁矿粉中的一种或两种的任意比例的混合物；粘 结剂为酚醛树脂或者是酚醛树脂与氧化松香、硅酸乙脂中的一种或两种以上的混合物，其 中氧化松香的质量为耐火骨料质量的0% 0. 5%，硅酸乙脂的质量为耐火骨料质量的0% 1% ；载体为乙醇；活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚；
二、制取备用中间料，用取得的部分乙醇将酚醛树脂或氧化松香配成饱和溶液；
三、混制涂料
将部分乙醇、第二步得到的饱和溶液、硅酸乙脂、活性剂烷基酚聚氧乙烯醚混合搅拌 5 15分钟，搅拌均勻，得到一次混料；
在一次混料中逐渐加入锆英粉、铬铁矿粉，再搅拌15 30分钟，加入余下的乙醇，搅拌 均勻，得到二次混料，即制得铸造用的高渗透性防粘砂涂料。本发明的进一步的另一技术方案是第一步中称取的原料还包括增稠剂、悬浮剂 和消泡剂；增稠剂为聚乙烯醇缩丁醛，聚乙烯醇缩丁醛的质量为耐火骨料质量的0. 1% 0. 5% ；悬浮剂为锂基膨润土，锂基膨润土的质量为耐火骨料质量的1. 5% 5. 0% ；消泡剂为 正丁醇，正丁醇质量为耐火骨料质量的0.01% 0. 1% ；第二步的制取备用中间料中还要将 锂基膨润土用适量水使其充分溶胀，得到溶胀的锂基膨润土 ；用部分乙醇将聚乙烯醇缩丁 醛配成饱和溶液；
第三步在制取一次混料时还加入第二步得到的聚乙烯醇缩丁醛溶液、溶胀的锂基膨润 土 ；在制取二次混料时还要加入消泡剂正丁醇。本发明中用到的主要原料说明锆英粉化学式&Si04，也称硅酸锆，Zr02>65%, Si02<33% ；其它微量成分Ti02<0. 4%、 Fe203<0. 5%、Ρ205<0· 5%、Α1203<0· 3%。铬铁矿粉是以铬铁矿(FeO · Cr2O3或!^eCr2O4)为主要成分的粉，铬铁矿是铬和铁 的氧化物矿物。酚醛树脂，也叫电木，又称电木粉，苯酚与甲醛缩聚而得；酚类和醛类的缩聚产物 通称为酚醛树脂，一般常指由苯酚和甲醛经缩聚反应而得的合成树脂。硅酸乙酯，系列化学组成通式(C2H5O ^jinOlri，一般为n=l，其分子式为C8H2tlO4Si 或(C2H5O) 4Si。乙醇，俗称酒精。聚乙烯醇缩丁醛，polyvinyl butyral，英文缩写PVB，热熔性高分子化合物。锂基膨润土，锂基膨润土是采用天然膨润土经碳酸锂改性而成，既具有钠基膨润 土浸水水化膨胀性能，又具有有机膨润土特性，在水和极性有机溶剂如乙醇中均能溶解成 胶体或充分溶胀，使涂料的粘度增强。正丁醇，英文名称butylalcohol ；别名丁醇；分子式C4H10O ；CH3(CH2)30H。本发明得到的涂料与现有技术相比具有如下特点
本发明得到的涂料渗透性强，具有很好的高温强度及稳定性，发气量小，此外还具有较 好的防潮性能；其原因除了实验检数据外(表2)，还在于其机理本发明采用250 500目 锆英粉与铬铁矿粉为耐火骨料，配合活性剂烷基酚聚氧乙烯醚，大幅度提高了涂料的渗透 性能，促使涂料耐火骨料能有效地渗进砂型，填补砂粒与砂粒间间隙，阻止钢水渗入形成机 械粘砂；增稠剂聚乙烯醇缩丁醛的加入能控制涂料的渗透深度在二十五毫米左右，避免涂 料渗透过深，造成浪费；悬浮剂锂基膨润土使涂料的悬浮稳定性好，易于保存；正丁醇可以 消除涂料在搅拌时因烷基酚聚氧乙烯醚带来的泡沫，提高了涂料的稳定性和涂刷性，还可 以使涂料的燃烧更为均勻；涂料粘结剂里除了酚醛树脂和氧化松香外，还加了部分硅酸乙 脂，酚醛树脂和氧化松香能保证涂料在常温下有很好的涂挂性；硅酸乙脂具有较好的高温 粘结性能，较长时间高温下也能使涂料中的骨料紧密的粘合在一起，保证涂料在型砂表面 的涂挂及涂层强度，抵御钢水的持续高温冲刷，防止钢水直接与砂型接触造成粘砂缺陷，从 而保证铸件的表面质量；硅酸乙脂的加入还可以减少有机物加入量，使涂料的发气量降低， 减少了铸件气孔倾向。本发明得到的涂料特别适合用作厚大铸钢件的型砂涂层，具有高渗透性和高温强度。使用时，型砂涂层前0 0. 5mm厚度采用耐火骨料的粒度为325 500目的本发 明得到的涂料，涂层后0. 5 2. 5mm厚度采用耐火骨料的粒度为250 325目的本发明得 到的涂料，这样使用效果会更好。为了更清楚地说明本发明，列举以下实施例，但其对发明的范围无任何限制。
具体实施例方式实施例1
称取锆英粉50千克、铬铁矿粉50千克、酚醛树脂1. 5千克、氧化松香0. 1千克、硅酸乙 脂0. 4千克、烷基酚聚氧乙烯醚0. 03千克、乙醇95千克、聚乙烯醇缩丁醛0. 2千克、锂基膨润土 3千克、正丁醇0. 05千克；锆英粉与铬铁矿粉颗粒度为325 500目，可以通过市场购 买颗粒度为325 500目，也可以通过成研磨325 500目。先将锂基膨润土用适量水使其充分溶胀，用部分乙醇(酒精)分别将酚醛树脂、氧 化松香、聚乙烯醇缩丁醛配成饱和溶液，待用；使用时(为了达到最好的效果，余下的成分 最好在使用时才配制)，将部分乙醇、酚醛树脂溶液、氧化松香溶液、聚乙烯醇缩丁醛溶液、 硅酸乙脂、溶胀的锂基膨润土、烷基酚聚氧乙烯醚倒入桶内混合搅拌5 15分钟(最好为10 分钟)，搅拌均勻后，逐渐加入锆英粉、铬铁矿粉、正丁醇，再搅拌15 30 (最好为20分钟) 分钟，加入余下的乙醇调整涂料波美度，这时涂料波美度基本在45 60之间，制得铸造用 的高渗透性防粘砂涂料。
实施例2-20
实施例2-20除了原料成分及比例与实施例1有所差别外，其制作工艺同实施例1，所有 实施例1-20采用的原料成分如下表1所示。实施例1-20得到的铸造用的高渗透性防粘砂涂料的测试特性如下表2所示。 表1
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1.一种铸造用的高渗透性防粘砂涂料，其特征是其由下列原料配制而成耐火骨料、 粘结剂、活性剂和载体；粘结剂的质量为耐火骨料质量的0. 5% 2. 5% ；活性剂的质量为耐 火骨料质量的0. 01% 0. 05% ；载体的质量为耐火骨料质量的40% 220% ；所述的耐火骨料 为锆英粉、铬铁矿粉中的一种或两种的任意比例的混合物；所述的粘结剂为酚醛树脂或者 是酚醛树脂与氧化松香、硅酸乙脂中的一种或两种以上的混合物，其中氧化松香的质量为 耐火骨料质量的0% 0. 5%，硅酸乙脂的质量为耐火骨料质量的0% 1% ；所述的活性剂为 烷基酚聚氧乙烯醚；所述的载体为乙醇。
2.根据权利要求1所述的铸造用的高渗透性防粘砂涂料，其特征是所述的原料还包 括增稠剂，增稠剂为聚乙烯醇缩丁醛，聚乙烯醇缩丁醛的质量为耐火骨料质量的0. 1% 0. 5%O
3.根据权利要求1或2所述的铸造用的高渗透性防粘砂涂料，其特征是所述的原料 还包括悬浮剂，悬浮剂为锂基膨润土，锂基膨润土的质量为耐火骨料质量的1. 5% 5. 0%。
4.根据权利要求1或2所述的铸造用的高渗透性防粘砂涂料，其特征是所述的原料 还包括消泡剂，消泡剂为正丁醇，正丁醇的质量为耐火骨料质量的0. 01% 0. 1%。
5.根据权利要求3所述的铸造用的高渗透性防粘砂涂料，其特征是所述的原料还包 括消泡剂，消泡剂为正丁醇，正丁醇质量为耐火骨料质量的0.01% 0. 1%。
6.根据权利要求5所述的铸造用的高渗透性防粘砂涂料，其特征是所述的耐火骨料 为等比例质量的锆英粉与铬铁矿粉的混合物；所述的酚醛树脂、氧化松香、硅酸乙脂、烷基 酚聚氧乙烯醚、乙醇、锂基膨润土、正丁醇的质量分别为耐火骨料质量的1. 5%、0. 1%、0. 4%、 0. 03%、95%、5%、0. 05%。
7.根据权利要求1或2所述的铸造用的高渗透性防粘砂涂料，其特征是所述的耐火 骨料的颗粒度为250 325目或325 500目。
8.根据权利要求5所述的铸造用的高渗透性防粘砂涂料，其特征是所述的耐火骨料 的颗粒度为250 325目或325 500目。
9.一种铸造用的高渗透性防粘砂涂料的制作方法，其特征是其包括如下步骤一、称取耐火骨料、粘结剂、活性剂和载体作为原料；粘结剂的质量为耐火骨料质量的 0. 5% 2. 5% ；活性剂的质量为耐火骨料质量的0. 01% 0. 05% ；载体的质量为耐火骨料质 量的40% 220% ；耐火骨料为锆英粉、铬铁矿粉中的一种或两种的任意比例的混合物；粘 结剂为酚醛树脂或者是酚醛树脂与氧化松香、硅酸乙脂中的一种或两种以上的混合物，其 中氧化松香的质量为耐火骨料质量的0% 0. 5%，硅酸乙脂的质量为耐火骨料质量的0% 1% ；载体为乙醇；活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚；二、制取备用中间料，用取得的部分乙醇将酚醛树脂或氧化松香配成饱和溶液；三、混制涂料将部分乙醇、第二步得到的饱和溶液、硅酸乙脂、活性剂烷基酚聚氧乙烯醚混合搅拌 5 15分钟，搅拌均勻，得到一次混料；在一次混料中逐渐加入锆英粉、铬铁矿粉，再搅拌15 30分钟，加入余下的乙醇，搅拌 均勻，得到二次混料，即制得铸造用的高渗透性防粘砂涂料。
10.根据权利要求9所述的铸造用的高渗透性防粘砂涂料的制作方法，其特征是第一 步中称取的原料还包括增稠剂、悬浮剂和消泡剂；增稠剂为聚乙烯醇缩丁醛，聚乙烯醇缩丁醛的质量为耐火骨料质量的0. 1% 0. 5% ；悬浮剂为锂基膨润土，锂基膨润土的质量为耐火 骨料质量的1. 5% 5. 0% ；消泡剂为正丁醇，正丁醇质量为耐火骨料质量的0. 01% 0. 1% ； 第二步的制取备用中间料中还要将锂基膨润土用适量水使其充分溶胀，得到溶胀的锂基膨 润土 ；用部分乙醇将聚乙烯醇缩丁醛配成饱和溶液；第三步在制取一次混料时还加入第二 步得到的聚乙烯醇缩丁醛溶液、溶胀的锂基膨润土 ；在制取二次混料时还要加入消泡剂正 丁醇。
全文摘要
本发明公开了一种铸造用的高渗透性防粘砂涂料及其制备方法，其由下列原料配制而成耐火骨料、粘结剂、活性剂、增稠剂、悬浮剂、消泡剂和载体；粘结剂、活性剂、增稠剂、悬浮剂、消泡剂和载体的质量分别为耐火骨料质量的0.5%～2.5%、0.01%～0.05%、0.1%～0.5%、1.5%～5.0%、0.01%～0.1%、40%～220%；耐火骨料为锆英粉、铬铁矿粉中的一种或两种的任意比例的混合物；所述的粘结剂为酚醛树脂或者是酚醛树脂与氧化松香、硅酸乙脂中的一种或两种以上的混合物;活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚；载体为乙醇；增稠剂为聚乙烯醇缩丁醛；悬浮剂为锂基膨润土；消泡剂为正丁醇。
文档编号B22C3/00GK102139342SQ20111005362
公开日2011年8月3日 申请日期2011年3月7日 优先权日2011年3月7日
发明者刘友成, 杨斌, 林正文, 罗政清, 谈剑 申请人:衡阳中钢衡重铸锻有限公司