一种具有高流动性的磷酸盐无机粘结剂砂及其制备方法
【专利摘要】本发明属于铸造领域，具体涉及一种具有高流动性的磷酸盐无机粘结剂砂及其制备方法。本发明中各组分质量份数比为烧砂2500、磷酸盐无机粘结剂100、金属氧化物固化剂8、添加剂5，添加剂包括由一种或几种烷基糖苷、l?61、l?62、S?80、MOA?9P等非离子型表面活性剂制得的溶液，与该溶液混合的粒度为400目～1200目的二氧化硅，所述非离子型表面活性剂与二氧化硅的重量配比为1：5～1：3。本发明在保留磷酸盐粘结剂砂固有的清洁环保、溃散性好、强度较高等优势的同时，大幅度提高了磷酸盐粘结剂砂的流动性，满足现代铸造生产的新型绿色铸型材料及铸造方法。
【专利说明】
-种具有高流动性的磯酸盐无机粘结剂砂及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于铸造领域，具体设及一种具有高流动性的憐酸盐无机粘结剂砂及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一，作为中国制造业的重要组成部分，我 国铸造行业也在飞速的发展中，然而，在此行业中，环境污染问题一直是大量存在的，随着 大家环保意识的逐步提高，发展绿色铸造工艺方法和材料是实现绿色铸造的关键。但目前， 铸件生产过程中依然大批量的使用有机树脂粘结剂，此类粘结剂一般含有巧喃、苯、酪等有 毒物质，在造型、制忍、诱注和旧砂处理等各个生产环节都会产生污染，释放大量有毒气体。 水玻璃作为另一种无机粘结剂，成为最有可能实现绿色铸造生产要求的铸造材料，但是黑 色金属铸造溃散性差，且旧砂再生对能源需求大，综合成本较高。
[0003] 现有开发出的憐酸盐无机粘结剂砂具有对环境污染小、强度高、溃散性好等优点， 成为了一种很有前景的铸造材料。但目前憐酸盐无机粘结剂在铸造生产上，由于憐酸盐无 机粘结剂中加入棚酸作为改性剂，粘结剂的粘度增大，导致原憐酸盐无机粘结剂砂的流动 性较差，使得在造型过程中憐酸盐无机粘结剂砂紧实度不够，导致生产铸件时效率低且铸 件质量较差，很难适应现代铸造生产中大批量、高效率制造精密铸型、砂忍的需求。
【发明内容】
[0004] 本发明通过在憐酸盐无机粘结剂砂中加入添加剂，达到提高憐酸盐粘结剂砂流动 性的目的。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供的基础方案是具有高流动性的憐酸盐无机粘结剂 砂，包括烧砂、憐酸盐无机粘结剂、固化剂和添加剂，各组分质量份数为烧砂2500、憐酸盐无 机粘结剂100、固化剂8、添加剂5;
[0006] 憐酸盐无机粘结剂包括氨氧化侣、憐酸、棚酸、巧樣酸和水，各组分重量百分比为 氨氧化侣8%~12%、憐酸46%~50%、棚酸3%~6%、巧樣酸2%~4%、水30%~：34%，所 述憐酸盐无机粘结剂的中和度为3.6:1~4:1，所述憐酸的浓度为70 % ;
[0007] 固化剂为氧化儀、氧化侣、氧化锋、氧化铁、氧化巧、氧化铜，可W单一使用一种，也 可W混合加入多种；
[000引添加剂包括由一种或几种烷基糖巧、1-61、1-62、S-80、M0A-9P等非离子型表面活 性剂制得的溶液，与该溶液混合的粒度为400目~1200目的二氧化娃，所述非离子型表面活 性剂与二氧化娃的重量配比为1:5~1: 3。
[0009]憐酸的浓度为70%时配制出的型砂流动性最好，若使用浓度为85%的憐酸，会使 型砂的流动性下降60%;添加剂是作为增加型砂流动性的主要材料。经实验测试，与其他金 属氧化物相比，氧化锋作为固化剂时，憐酸盐无机粘结剂砂的室溫抗拉强度较大。非离子表 面活性剂溶于水中不发生解离，在溶液中不W离子形式存在，不易受酸、碱及强电解质的影 响，所w它的稳定性比较高，适合在此处的使用，而阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂 而言的稳定性差，不能达到实验的需求，此处选择非离子表面活性剂。
[0010] 对基础方案的改进得到的优选方案1:所述非离子表面活性剂为^61。
[0011] 对基础方案的改进得到的优选方案2:所述非离子型表面活性剂与二氧化娃的重 量配比为1:4;该配比下制得的型砂流动性最佳。
[0012] 对基础方案或者优选方案1或者优选方案2的改进得到的优选方案3:所述憐酸盐 无机粘结剂的中和度为3.8:1;经试验测试，中和度为3.8:1时，制得的型砂强度更大。理由 为侣憐酸盐无机粘结剂的合成是依据氨氧化侣和憐酸的反应：
[0013] A1(0H)3 巧出 P04=A1 (出 P04)3+3 出 0 (1)
[0014] 2A1(0H)3+3出P〇4=Al2(HP04)3+6 出 0 (2)
[0015] A1(0H)3+出P04=A1P04+3 出 0 (3)
[0016] 合成的憐酸侣溶液中主要成分为AUH2P化)3,还有Al2(册化)3,还有可能有少量 A1P04,中和度为3.8:1时，调节得到了较为合适的AK出P〇4)3和A12化P〇4)3的比例，使强度比 其他中和度的粘结剂有了很大提高。
[0017] 对基础方案或者优选方案1或者优选方案2的改进得到的优选方案4:所述憐酸盐 无机粘结剂各组分重量百分比为氨氧化侣11 %、憐酸49%、棚酸4%、巧樣酸3%、水33%。
[0018] 优选方案3的改进得到的优选方案5:所述二氧化娃的粒度为600目。
[0019] 优选方案5的改进得到的优选方案6:憐酸盐无机粘结剂的制作溫度为110~130 Γ。
[0020] 本发明还提供了具有高流动性的憐酸盐无机粘结剂砂的制备方法，具体包括如下 步骤：
[0021 ]下面的材料全部采用质量份数的计量方式，
[0022] 第一步，配制憐酸盐无机粘结剂，
[0023] 先将14份氨氧化侣和26份水加入到容器中，开动电磁揽拌器，将加热设备溫度调 为120°C对容器加热，待液体溫度在98 °C~100°C时，接着向容器中加入100份浓度为70 %的 憐酸，继续加热至溶液澄清，此时溶液溫度l〇6°C~108°C，保持溫度，然后缓慢加入8份棚 酸，反应至溶液变澄清，再加入5份巧樣酸，溶液再次澄清后，即可停止加热，关闭揽拌器，待 溶液自然冷却至室溫，即制得憐酸盐无机粘结剂；
[0024] 第二步，配制添加剂，
[0025] 先取1份非离子型表面活性1-61配成溶液，将上述溶液与4份粒度为600目的二氧 化娃按均匀混合后制得添加剂；
[0026] 第二步，制砂，
[0027] 先将添加剂与50/100烧砂先混合均匀，混合均匀后所得混合物再与固化剂氧化锋 均匀混合，接着再加入憐酸盐无机粘结剂混合均匀，混合3~4min，即可出砂。若所加材料较 多，则混砂时间可增长1~2min，但时间不可超过6min，因为若时间过长，制得的砂与混砂机 之间摩擦生热，导致制得的砂提前开始固化，影响强度。
[0028] 本发明的有益效果为:在保留憐酸盐粘结剂砂固有的清洁环保、溃散性好、强度较 高等优势的同时，大幅度提高了憐酸盐粘结剂砂的流动性，满足现代铸造生产的新型绿色 铸型材料及铸造方法。在混砂过程中加入添加剂，可使憐酸盐无机粘结剂砂的流动性有极 大提高，具体原理为，添加剂中的表面活性剂的分子结构特点为它具有不对称性，是由具有 亲水性的极性基团和具有憎水性的非极性基团所组成的有机化合物，600目球形二氧化娃 则能够填充在50/100目烧砂的空隙中，将表面活性剂覆在600目球形二氧化娃上，使得表面 活性剂与砂能够更好地混合，表面活性剂的极性基团向着水而非极性基团远离水，包覆在 砂表面，球形微粉填充在空隙中使砂更容易滑动，而且此添加剂对强度不会造成很大的影 响。因此通过添加剂来大幅提高憐酸盐无机粘结剂砂的流动性是非常好的选择。
【具体实施方式】
[0029] 为了更好地解释本发明，W下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0030] 实施例1
[0031] 先将14份氨氧化侣和26份水加入到容器中，开动电磁揽拌器，将加热设备溫度调 为120°C对容器加热，待液体溫度在98 °C~100°C时，接着向容器中加入100份浓度为70 %的 憐酸，继续加热至溶液澄清，此时溶液溫度l〇6°C~108°C，保持溫度，然后缓慢加入8份棚 酸，反应至溶液变透明，再加入5份巧樣酸，溶液再次澄清后，即可停止加热，关闭揽拌器，待 溶液自然冷却至室溫，即制得憐酸盐无机粘结剂，制得的憐酸盐无机粘结剂中各组分重量 百分比为氨氧化侣11 %、浓度为70%的憐酸49%、棚酸4%、巧樣酸3%、水33% ;
[0032] 取1份1-61与水按一定比例混合后配制成溶液，再将该溶液加入4份粒度为600目 的二氧化娃制成添加剂；
[0033] 将2g添加剂与1000巧0/100烧砂先均匀混合，混合均匀后所得混合物再与3.2g固 化剂氧化锋均匀混合，接着再加入40g憐酸盐无机粘结剂混合3.5min，混合均匀后，采用键 击法检验憐酸盐无机粘结剂砂的流动性，试样流动性达6.06g;在SAC键击式制样机上制作 "8"字标准块试样若干，然后利用溫度为155Γ的加热炉烘23min后出炉，所得的室溫抗拉强 度为 1.90MPa。
[0034] 实施例2
[0035] 在实验方法不变的情况下，改变部分实验材料的数据，即只改变添加剂的成分比 例，在制作添加剂时，取1份1-61与水按一定比例混合后，再加入3份粒度为600目的二氧化 娃制成添加剂；
[0036] 采用键击法检验憐酸盐无机粘结剂砂的流动性，试样流动性达5.96g;在SAC键击 式制样机上制作％'字标准块试样若干，然后利用溫度为155Γ的加热炉烘23min后出炉，所 得的室溫抗拉强度为1.92MPa。
[0037] 实施例3
[0038] 在实验方法不变的情况下，改变部分实验材料的数据，即只改变添加剂的成分比 例，在制作添加剂时，取1份1-61与水按一定比例混合后，再加入5份粒度为600目的二氧化 娃制成添加剂；
[0039] 采用键击法检验憐酸盐无机粘结剂砂的流动性，试样流动性达6.05g;在SAC键击 式制样机上制作％'字标准块试样若干，然后利用溫度为155Γ的加热炉烘23min后出炉，所 得的室溫抗拉强度为1.81MPa。
[0040] 实施例4
[0041] 在实验方法不变的情况下，改变部分实验材料的数据，即只改变添加剂的成分，在 制作添加剂时，取1份1-61与水按一定比例混合后，再加入4份粒度为400目的二氧化娃制成 添加剂；
[0042] 采用键击法检验憐酸盐无机粘结剂砂的流动性，试样流动性达6.Olg;在SAC键击 式制样机上制作％'字标准块试样若干，然后利用溫度为155Γ的加热炉烘23min后出炉，所 得的室溫抗拉强度为1.91MPa。
[0043] 实施例5
[0044] 在实验方法不变的情况下，改变部分实验材料的数据，即只改变添加剂的成分，在 制作添加剂时，取1份1-61与水按一定比例混合后，再加入4份粒度为800目的二氧化娃制成 添加剂；
[0045] 采用键击法检验憐酸盐无机粘结剂砂的流动性，试样流动性达5.32g;在SAC键击 式制样机上制作％'字标准块试样若干，然后利用溫度为155Γ的加热炉烘23min后出炉，所 得的室溫抗拉强度为1.89MPa。
[0046] 实施例6
[0047] 在实验方法不变的情况下，改变部分实验材料的数据，即只改变添加剂的成分，在 制作添加剂时，取1份烷基糖巧与水按一定比例混合后，再加入4份粒度为600目的二氧化娃 制成添加剂；
[0048] 采用键击法检验憐酸盐无机粘结剂砂的流动性，试样流动性达5.02g;在SAC键击 式制样机上制作％'字标准块试样若干，然后利用溫度为155Γ的加热炉烘23min后出炉，所 得的室溫抗拉强度为1.91MPa。
[0049] 实施例7
[0050] 在实验方法不变的情况下，改变部分实验材料的数据，即只改变添加剂的成分，在 审IJ作添加剂时，取1份M0A-9P与水按一定比例混合后，再加入4份粒度为600目的二氧化娃制 成添加剂；
[0051] 采用键击法检验憐酸盐无机粘结剂砂的流动性，试样流动性达5.95g;在SAC键击 式制样机上制作％'字标准块试样若干，然后利用溫度为155Γ的加热炉烘23min后出炉，所 得的室溫抗拉强度为1.89MPa。
[0化2] 实施例8
[0053] 在实验方法不变的情况下，改变部分实验材料的数据，即将固化剂氧化锋改为氧 化儀；
[0054] 采用键击法检验憐酸盐无机粘结剂砂的流动性，试样流动性达6.05g;在SAC键击 式制样机上制作％'字标准块试样若干，然后利用溫度为155Γ的加热炉烘23min后出炉，所 得的室溫抗拉强度为1.81MPa。
[0化5] 实施例9
[0056] 在实验方法不变的情况下，改变部分实验材料的数据，即将固化剂氧化锋改为氧 化巧；
[0057] 采用键击法检验憐酸盐无机粘结剂砂的流动性，试样流动性达6.05g;在SAC键击 式制样机上制作％'字标准块试样若干，然后利用溫度为155Γ的加热炉烘23min后出炉，所 得的室溫抗拉强度为1.79MPa。
[005引第一组实验:实施例1、实施例2、实施例3，根据控制变量法，调整1 -61与二氧化娃 的比例，得出表面活性剂与二氧化娃的比为1:4时流动性最好。
[0化9]
[0060] 第二组实验:实施例1、实施例4、实施例5,根据控制变量法，1-61与二氧化娃的比 例不变，改变二氧化娃的目数，二氧化娃为600目时，流动性更好。
[0061]
[0063]第Ξ组实验:实施例1、实施例6、实施例7,根据控制变量法，表面活性剂与二氧化 娃的比例不变，表面活性剂选择时，流动性更好。 「ηΠΑΛ?
[0065] ~第四组实验:实施例1、实施例8、实施例9,根据控制变量法，改变固化剂，选择氧化 锋作为固化剂时，流动性更好。
[0066]
[0067] ~实施例1为制备高动性的憐酸盐无机粘结剂砂的I最佳方案，流动性最高，且强度I 较大。
[0068] W上显示和描述了本发明的基本原理。本行业的技术人员应该了解，本发明不受 上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发 明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，运些变化和改进都落入要求保护 的本发明范围内。本申请要求的保护范围应当W其权利要求的内容为准，说明书中的具体 实施方式等记载可W用于解释权利要求的内容。
【主权项】
1. 一种具有高流动性的磷酸盐无机粘结剂砂，其特征在于，包括烧砂、磷酸盐无机粘结 剂、固化剂和添加剂，各组分质量份数为烧砂2500、磷酸盐无机粘结剂100、固化剂8、添加剂 5； 所述磷酸盐无机粘结剂包括氢氧化铝、磷酸、硼酸、柠檬酸和水，各组分重量百分比为 氢氧化铝8%~12%、磷酸46%~50%、硼酸3%~6%、柠檬酸2%~4%、水30%~34%，所述磷酸盐无 机粘结剂的中和度为3.6:1~4:1，所述磷酸的浓度为70%; 所述固化剂为氧化镁、氧化铝、氧化锌、氧化铁、氧化钙、氧化铜，可以单一使用一种，也 可以混合加入多种； 所述添加剂包括由一种或几种烷基糖苷、1-61、1_62、S-80、M0A-9P等非离子型表面活 性剂制得的溶液，与该溶液混合的粒度为400目~1200目的二氧化硅，所述非离子型表面活 性剂与二氧化硅的重量配比为1:5~1: 3。2. 根据权利要求1所述的具有高流动性的磷酸盐无机粘结剂砂，其特征在于:所述非离 子型表面活性剂为1-61。3. 根据权利要求1所述的具有高流动性的磷酸盐无机粘结剂砂，其特征在于:所述非离 子型表面活性剂与二氧化硅的重量配比为1:4。4. 根据权利要求1或2或3所述的具有高流动性的磷酸盐无机粘结剂砂，其特征在于:所 述磷酸盐无机粘结剂的中和度为3.8:1。5. 根据权利要求1或2或3所述的具有高流动性的磷酸盐无机粘结剂砂，其特征在于:所 述磷酸盐无机粘结剂各组分重量百分比为氢氧化铝11%、磷酸49%、硼酸4%、柠檬酸3%、水 33%〇6. 根据权利要求4所述的具有高流动性的磷酸盐无机粘结剂砂，其特征在于:所述二氧 化硅的粒度为600目。7. 根据权利要求6所述的具有高流动性的磷酸盐无机粘结剂砂，其特征在于:所述磷酸 盐无机粘结剂的制作温度为110~130 °C。8. 根据权利要求1所述的具有高流动性的磷酸盐无机粘结剂砂的制备方法，其特征在 于，具体步骤如下： 下面的材料全部采用质量份数的计量方式， 第一步，配制磷酸盐无机粘结剂， 先将14份氢氧化铝和26份水加入到容器中，开动电磁搅拌器，将加热设备温度调为120 °C对容器加热，待液体温度在98 °C~100 °C时，接着向容器中加入100份浓度为70%的磷酸， 继续加热至溶液澄清，此时溶液温度106 °C~108 °C，保持温度，然后缓慢加入8份硼酸，反应 至溶液变澄清，再加入5份柠檬酸，溶液再次澄清后，即可停止加热，关闭搅拌器，待溶液自 然冷却至室温，即制得磷酸盐无机粘结剂； 第二步，配制添加剂， 先取1份非离子型表面活性剂1-61配成溶液，将上述溶液与4份粒度为600目的二氧化 硅按均匀混合后制得添加剂； 第二步，制砂， 先将添加剂与50/100烧砂先混合均匀，混合均匀后所得混合物再与固化剂氧化锌均匀 混合，接着再加入磷酸盐无机粘结剂混合均勾，混合3~4min，即可出砂。
【文档编号】B22C1/18GK105964891SQ201610339000
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】梁含雪, 肖冬梅, 甘曼莹
【申请人】重庆长江造型材料（集团）股份有限公司