专利名称：一种改性的水玻璃及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改性的水玻璃及其制备方法和在水玻璃砂中的应用。本发明受上海市科技成果转化进会“联盟计划”项目“提高水玻璃砂溃散性的研究” (LM201115)的资助。
背景技术：
水玻璃是各种聚硅酸盐水溶液的通称。铸造上最常用的是钠水玻璃，它是硅酸钠(Na2O HiSiO2)的水溶液，其价格便宜，来源充足。水玻璃属无机粘结剂.50年代初.水玻璃砂在世界各国铸钢生产中获得了广泛的应用，但由于水玻璃砂的溃散性差，水玻璃砂使用受到一定的限制。60年代末，在铸造生产中有机化学粘结剂获得了应用，出现了树脂砂，部分取代了水玻璃砂。但因树脂砂成本高，浇注后产生一些有毒物质和有毒气体，影响工人健康，劳保和环保费用增加等原因，铸造工作者们近年来重新对水玻璃进行了大量的改性研究。使水玻璃砂得到了较为广泛的使用，根据目前用于铸造粘结剂的发展情况分析，水玻璃属绿色粘结剂，只要在提高溃散性、强度方面的研究有所突破，水玻璃粘结剂将成为铸造生产首选的粘结剂。
发明内容
本发明的目的之一是为了提高上述的水玻璃砂溃散性问题而提供一种改性的水玻璃。本发明的目的之二是提供上述的一种改性的水玻璃的制备方法。本发明的技术原理
提高水玻璃的溃散性首先要提高水玻璃的粘结强度，聚丙烯酰胺属水溶性高分子聚合物，加入水玻璃后，可使水玻璃在固化时，晶粒细化，提高粘结强度。十六烷基磺酸钠属表面活性剂，由于水玻璃粘度较高，特别在低温时，水玻璃在型砂中不宜分散，表面活性剂有助于降低水玻璃的粘度，提高水玻璃的流动性，使水玻璃用于水玻璃砂时其混合更为均匀。水玻璃的溃散性差，主要是水玻璃在800 1000°C时发生熔融，冷却时，水玻璃与砂粘结强度较高。而氢氧化铝的加入，由于氢氧化铝的活性较高，在高温下与水玻璃中的二氧化硅能形成硅酸铝，硅酸铝的熔点为1545 1920°C，阻碍了水玻璃发生熔融，从而提高了水玻璃砂溃散性。本发明的技术方案
一种改性的水玻璃，按重量百分比计算，其原料组成及含量如下
水玻璃98 98. 3%
十六烷基磺酸钠0. 4 0. 8%
聚丙烯酰胺0. 2 0. 5% 氢氧化招0. 8 1. 0%
所述水玻璃的模数为2. 3波美度为51度；
所述的聚丙烯酰胺(PAM)，外观，白色粒状粉末，分子量为71. 07，粒径为140 200目，是一种具有水溶性和非离子型线性高分子聚合物；
所述的十六烷基磺酸钠C16H33NaO3S，烷基磺酸钠又称石油磺酸钠，是工业上广泛应用的合成洗涤剂的一种，它属于阴离子型，十六烷基磺酸钠的表面活性相当强，在碱性，中性，弱酸性溶液中稳定；
所述的氢氧化铝Al (OH) 3，白色粉末，粒径为200 300目，工业纯。上述的一种改性的水玻璃的制备方法，步骤如下
将水玻璃加热至40 45°C时，先加入十六烷基磺酸钠与水玻璃混合5min，然后加入聚丙烯酰胺混合lOmin，最后加入氢氧化铝进行混合均匀后即得改性的水玻璃。上述改性的水玻璃在水玻璃砂中的应用，其加入量为型砂原料总重量的4 5%。本发明的有益效果
本发明的一种改性的水玻璃，由于含有具有较高活性无机物氢氧化铝，水玻璃中的不定型二氧化硅与氢氧化铝很容易形成高熔点的硅酸铝，硅酸铝的熔点为1545 1920°C，阻碍了水玻璃发生熔融，从而提高了水玻璃砂溃散性。进一步，本发明的一种改性的水玻璃，由于含有聚丙烯酰胺属水溶性高分子聚合物，可使改性后的水玻璃在固化时，晶粒细化，提高粘结强度。进一步，本发明的一种改性的水玻璃，由于采用表面活性剂十六烷基磺酸钠，从而有助于降低改性的水玻璃的粘度，提高改性的水玻璃的流动性，使改性的水玻璃用于水玻璃砂时其混合更为均匀。
具体实施例方式下面通过具体实施例对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。本发明的各实施例中所用的型砂即石英质原砂，其粒径为70 — 140目，由东田铸造有限公司提供；
本发明的各实施例中所用的水玻璃模数为2. 3，波美度为51度；由东田铸造有限公司提供；
本发明的各实施例中所用的其他原料为市售。实施例1
一种改性的水玻璃，按重量百分比计算，其原料组成及含量如下
水玻璃98. 3%
十六烷基磺酸钠0. 4%
聚丙烯酰胺0. 5%
氢氧化招0. 8% ；
所述水玻璃模数为2. 3，波美度为51度；
所述的聚丙烯酰胺，分子量为71. 07，粒径为140 200目；
所述的氢氧化招Al (OH) 3，粒径为200 300目。上述的一种改性的水玻璃的制备方法，步骤如下 将水玻璃加热至40°C时，先加入十六烷基磺酸钠与水玻璃混合5min，然后加入聚丙烯酰胺混合lOmin，最后加入氢氧化铝进行混合均匀后即得改性的水玻璃。一种含有上述改性的水玻璃的水玻璃砂，即在型砂中加入占型砂总重量5%的改性的水玻璃，然后将型砂和改性的水玻璃混合均匀后，即得含有上述改性的水玻璃的水玻璃砂，通过二氧化碳固化后，经1000°c，30min焙烧，采用XQY-1I智能型砂强度机测试试样的抗压强度，经测定试样的抗压强度接近于零，由此表明了含有改性的水玻璃的水玻璃砂的溃散性好。一种含有未改性的水玻璃(即上述的改性的水玻璃制备过程中所用的模数为2. 3，波美度为51度的水玻璃原料)的水玻璃砂，即在型砂中加入占型砂总重量5%的未改性的水玻璃，然后将型砂和未改性的水玻璃混合均匀后，即得含有未改性的水玻璃的水玻璃砂，通过二氧化碳固化后，经1000°C，30min焙烧，采用XQY-1I智能型砂强度机测试试样的抗压强度，经测定试样的抗压强度为0. 15 - 0. 25Mpa，由此表明含有未改性的水玻璃的水玻璃砂的溃散性较差。通过上述的含有改性的水玻璃的水玻璃砂和含有未改性的水玻璃的水玻璃砂进行对比，结果表明含有改性的水玻璃的水玻璃砂的溃散性好于含有未改性的水玻璃的水玻璃砂。实施例2
一种改性的水玻璃，按重量百分比计算，其原料组成及含量如下
水玻璃98%
十六烷基磺酸钠0. 8%
聚丙烯酰胺0. 2%
氢氧化招1. 0%
所述水玻璃模数为2. 3，波美度为51度；
所述的聚丙烯酰胺，分子量为71. 07，粒径为140 200目；
所述的氢氧化招Al (OH) 3，粒径为200 300目。上述的一种改性的水玻璃的制备方法，步骤如下
将水玻璃加热至45°C时，首先加入十六烷基磺酸钠与水玻璃混合5min，然后加入聚丙烯酰胺混合lOmin，最后加入氢氧化铝进行混合均匀后即得改性的水玻璃。一种含有上述改性的水玻璃的水玻璃砂，即在型砂中加入占型砂总重量的4%的上述改性的水玻璃，然后将型砂和改性的水玻璃混合均与后，即得含有改性的水玻璃的水玻璃砂，通过二氧化碳固化后，经1000°c，30min焙烧，采用XQY-1I智能型砂强度机测试试样的抗压强度，经测定试样的抗压强度接近于零，由此表明了含有改性的水玻璃的水玻璃砂的溃散性好。以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种改性的水玻璃，其特征在于按重量百分比计算，其原料组成及含量如下水玻璃98 98. 3%十六烷基磺酸钠O. 4 O. 8%聚丙烯酰胺O. 2 O. 5%氢氧化招O. 8 1. 0%所述水玻璃模数为2. 3，波美度为51度；所述的聚丙烯酰胺，分子量为71. 07，粒径为140 200目；所述的氢氧化招Al (OH) 3，粒径为200 300目。
2.如权利要求1所述的一种改性的水玻璃，其特征在于按重量百分比计算，其原料组成及含量如下水玻璃98. 3%十六烷基磺酸钠O. 4%聚丙烯酰胺O. 5%氢氧化招O. 8%。
3.如权利要求1所述的一种改性的水玻璃，其特征在于按重量百分比计算，其原料组成及含量如下水玻璃98%十六烷基磺酸钠O. 8%聚丙烯酰胺O. 2%氢氧化招1. 0%。
4.如权利要求1、2或3所述的一种改性的水玻璃的制备方法，其特征在于步骤如下将液态水玻璃加热至40 45 °C时，先加入十六烷基磺酸钠与水玻璃混合5min，然后加入聚丙烯酰胺混合lOmin，最后加入氢氧化铝进行混合均匀后即得改性的水玻璃。
5.如权利要求1、2或3所述的改性的水玻璃在水玻璃砂中的应用，其特征在于其加入量为型砂原料总重量的4 5%。
全文摘要
本发明公开一种改性的水玻璃及其制备方法，所述的改性的水玻璃，按重量百分比计算，由98～98.3%的水玻璃、0.4～0.8%的十六烷基磺酸钠、0.2～0.5%的聚丙烯酰胺和0.8～1.0%的氢氧化铝组成。其制备方法，即将水玻璃加热至40～45℃时，先加入十六烷基磺酸钠与水玻璃混合5min，然后加入聚丙烯酰胺混合10min，最后加入氢氧化铝进行混合均匀后即得改性的水玻璃。本发明的一种改性的水玻璃，由于含有具有较高活性无机物氢氧化铝，水玻璃中的不定型二氧化硅与氢氧化铝很容易形成高熔点的硅酸铝，硅酸铝的熔点为1545～1920℃，阻碍了水玻璃发生熔融，从而提高了水玻璃砂的溃散性。
文档编号B22C1/18GK103042164SQ20121055965
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者潘嘉祺, 孙亚琴, 陈麒忠, 郭页 申请人:上海应用技术学院