一种高发泡性消失铸模材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高发泡性能聚苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯气化消失铸模材料及其制备方法。其在苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯消失铸模材料的制备过程中加入了功能单体甲基丙烯酸。过程如下：把去离子水、苯乙烯单体、甲基丙烯酸甲酯单体、甲基丙烯酸单体、分散剂、引发剂混合并进行悬浮聚合反应制备成珠粒材料；将制备的珠粒材料洗涤、干燥、筛分后保存得到预发泡材料；将预发泡材料、发泡剂、增塑剂、表面涂层剂和静电防止剂置于高压釜中发泡，保温、降温、出料、洗涤，高发泡性消失铸模材料。本发明单位质量材料的体积大大增加，提高了材料的经济效益也减少了裂解气体的产生，有利改善车间环境同时也减轻了环境污染。
【专利说明】一种高发泡性消失铸模材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于模具铸造领域，具体涉及一种高发泡性能聚苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯气化消失铸模材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]消失模铸造(简称EPC)是一种近无余量、精确成行并且容易实现清洁生产的新技术，也是一门集塑料、化工、机械、铸造为一体的综合性多科学的铸造新技术系统工程。
[0003]80年代初，EPC技术开始广泛应用于工业生产，尤其在汽车行业中得到飞速的法展。同时国内外的生产实践显示了该技术独特的优越性，EPC工艺被誉为“21世纪的新技术”、“铸造中的绿色工程”。
[0004]聚苯乙烯是最早也是最常用消失铸模材料，但单独用聚苯乙烯做消失铸模成型材料在铸模时会出现“碳缺陷”现象从而影响铸件质量；用聚甲基丙烯酸甲酯做消失铸模成型材料，虽然克服了 “碳缺陷”问题，却使发气量增大从而提高了浇铸难度。综合上面两种材料在消失铸模中的优缺点，开发了 ST-MMA材料。该种材料虽然在理论上是一种比较适合消失模铸造成型的材料，但该材料的发泡条件苛刻而阻碍了其在工业中的应用。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于通过在聚合时加入一种功能单体来提高苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯消失铸模材料的发泡能力，得到一种改善了发泡性能的消失铸模材料。提高发泡能力后单位质量材料的体积大大增加，提高了材料的经济效益也减少了裂解气体的产生，有利改善车间环境同时也减轻了环境污染。
[0006]为达到上述目的，采用技术方案如`下:
[0007]一种高发泡性消失铸模材料，其在苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯消失铸模材料的制备过程中加入了功能单体甲基丙烯酸。
[0008]按上述方案，由以下重量份数的原料制备而成:
[0009]苯乙烯(ST)单体4~6份、甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体8~12份、甲基丙烯酸(MAA)单体4~6份、去离子水100~140份、分散剂0.5~2份、引发剂0.4~1份、增塑剂0.01~1份、表面涂层剂0.3~1份、静电防止剂0.01~1份、发泡剂C4~C6低沸点烷烃I~3份。
[0010]按上述方案，所述分散剂由质量分数60%~80%的有机分散剂和质量分数40%~20%无机分散剂组成。
[0011]按上述方案，所述有机分散剂为聚乙烯醇；所述无机分散剂为碱式碳酸镁。
[0012]按上述方案，所述的引发剂为过氧化二苯甲酰。
[0013]上述高发泡性消失铸模材料的制备方法，包括以下步骤:
[0014]把去离子水、苯乙烯单体、甲基丙烯酸甲酯单体、甲基丙烯酸单体、分散剂、引发剂混合并进行悬浮聚合反应制备成珠粒材料；[0015]将制备的珠粒材料洗涤、干燥、筛分后保存得到预发泡材料；
[0016]将预发泡材料、发泡剂、增塑剂、表面涂层剂和静电防止剂置于高压釜中，设置压力0.65MPa的下发泡6~10h，保温10~15h，降温、出料、洗涤，高发泡性消失铸模材料。
[0017]本发明的有益效果是:由于本发明制备的可发性消失铸模聚苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯的材料的发泡性能大大提高，使得专门对聚苯乙烯发泡的发泡设备也可以对本发明合成的材料进行发泡，有利于推广且有利早先聚苯乙烯为发泡材料企业的改革。提高发泡能力后单位质量材料的体积大大增加，提高了材料的经济效益也减少了裂解气体的产生，有利改善车间环境同时也减轻了环境污染。
【具体实施方式】
[0018]为更进一步理解本发明技术方案，结合实施例做具体说明，但不局限于如下实施例。
[0019]高发泡性消失铸模材料，在苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯消失铸模材料的基础上加入了功能单体甲基丙烯酸。制备的可发性消失铸模聚苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯的材料的发泡性能大大提高，使得专门对聚苯乙烯发泡的发泡设备也可以对本发明合成的材料进行发泡。
[0020]上述高发泡性消失铸模材料由以下重量份数的原料制备而成:
[0021]苯乙烯(ST)单体4~6份、甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体8~12份、甲基丙烯酸(MAA)单体4~6份、去离子水100~140份、分散剂0.5~2、引发剂0.4~1、增塑剂0.01~1、表面涂层剂0.3~1、静电防止剂0.01~1、发泡剂C4~C6低沸点烷烃I~3份。
[0022]其中，分散剂由质量分数60%~80%的有机分散剂和质量分数40%~20%无机分散剂组成。有机分散剂可以为聚乙烯醇、羟丙基纤维素、羟丙甲纤维素、聚维酮中的任意一种或几种的混合；所述无机分散剂可以为硫化钠、碱式碳酸镁、膨润土、滑石粉、碳酸钙中的任意一种或几种的混合物。优化地实施方案为有机分散剂聚乙烯醇、无机分散剂碱式碳酸镁的混合。
[0023]弓丨发剂可以为过氧化二苯甲酰、过氧化碳酸一2—乙基己酸叔丁酯、1，I一双(过氧化叔丁基)一3.3.3—三甲基环己烷、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二异丙苯中的任意一种。
[0024]增塑剂可以为甲苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、乙苯、丙苯、异丙苯中的任意一种或几中。
[0025]发泡剂可以为丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、新戊烷、环戊烷、己烷中的任意一种。
[0026]上述高发泡性消失铸模材料的制备过程如下:
[0027]把去离子水、苯乙烯单体、甲基丙烯酸甲酯单体、甲基丙烯酸单体、分散剂、引发剂混合并进行悬浮聚合反应制备成珠粒材料；
[0028]将制备的珠粒材料洗涤、干燥、筛分后保存得到预发泡聚合物材料；
[0029]将预发泡材料、发泡剂、增塑剂、表面涂层剂和静电防止剂置于高压釜中，设置压力0.65MPa的下发泡6~10h，保温10~15h，降温、出料、洗涤，高发泡性消失铸模材料。
[0030]实施效果表明，本发明制备的消失铸模材料发泡性能较高，灼烧后灰分小于1%。材料表面光滑、刚性好、强度高。表观性能都满足消失模铸造。[0031]实施例1
[0032]在装有搅拌器和冷凝回流装置的250ml的三口烧瓶中加入100份的蒸馏水、0.4份引发剂过氧化二苯甲酰、0.5份分散剂、4份苯乙烯(ST)单体、12份甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体、4份功能单体甲基丙烯酸(MAA)进行悬浮聚合制备成珠粒材料。其中分散剂为质量分数60%聚乙烯醇与40%碱式碳酸镁的混合。
[0033]反应完毕后，冷却物料并用稀盐酸进行洗涤、过滤、干燥制得预发泡聚合物材料。
[0034]在发泡装置中加入所得预发泡聚合物材料、1.5份的发泡剂及0.01份的增塑剂、
0.3份表面涂层剂、0.01份静电防止剂。在高压釜中，压力为0.65MPa的条件下发泡6h，保温10h，降温、出料、洗涤，得可发性聚苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物珠粒。
[0035]发泡后的材料的密度为14.3kg/m3，灼烧后灰分小于1%。材料表面光滑、刚性好、强度高。表观性能都满足消失模铸造。
[0036]实施例2
[0037]在装有搅拌器和冷凝回流装置的250ml的三口烧瓶中加入140份的蒸馏水、1份引发剂过氧化二苯甲酰、2份分散剂、6份苯乙烯(ST)单体、8份甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体、6份功能单体甲基丙烯酸(MAA)进行悬浮聚合制备成珠粒材料。其中分散剂为质量分数80%聚乙烯醇与20%碱式碳酸镁的混合。
[0038]反应完毕后，冷却物料并用稀盐酸进行洗涤、过滤、干燥制得预发泡聚合物材料。
[0039]在发泡装置中加入所得预发泡聚合物材料、2.5份的发泡剂及1份的增塑剂、1份表面涂层剂、1份静电防止剂。在高压釜中，压力为0.65MPa的条件下发泡6h，保温10h，降温、出料、洗涤，得可发 性聚苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物珠粒。
[0040]发泡后的材料的密度为14.5kg/m3，灼烧后灰分小于1%。材料表面光滑、刚性好、强度高。表观性能都满足消失模铸造。
[0041]实施例3
[0042]在装有搅拌器和冷凝回流装置的250ml的三口烧瓶中加入100份的蒸馏水、0.4份引发剂过氧化二苯甲酰、0.5份分散剂、4份苯乙烯(ST)单体、12份甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体、4份功能单体甲基丙烯酸(MAA)进行悬浮聚合制备成珠粒材料。其中分散剂为质量分数60%聚乙烯醇与40%碱式碳酸镁的混合。
[0043]反应完毕后，冷却物料并用稀盐酸进行洗涤、过滤、干燥制得预发泡聚合物材料。
[0044]在发泡装置中加入所得预发泡聚合物材料、2份的发泡剂及0.01份的增塑剂、0.6份表面涂层剂、0.5份静电防止剂。在高压釜中，压力为0.65MPa的条件下发泡6h，保温IOh,降温、出料、洗涤，得可发性聚苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物珠粒。
[0045]发泡后的材料的密度为14kg/m3，灼烧后灰分小于1%。材料表面光滑、刚性好、强度高。表观性能都满足消失模铸造。
[0046]实施例4
[0047]在装有搅拌器和冷凝回流装置的250ml的三口烧瓶中加入140份的蒸馏水、1份引发剂过氧化二苯甲酰、2份分散剂、6份苯乙烯(ST)单体、8份甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体、6份功能单体甲基丙烯酸(MAA)进行悬浮聚合制备成珠粒材料。其中分散剂为质量分数80%聚乙烯醇与20%碱式碳酸镁的混合。
[0048]反应完毕后，冷却物料并用稀盐酸进行洗涤、过滤、干燥制得预发泡聚合物材料。[0049]在发泡装置中加入所得预发泡聚合物材料、2份的发泡剂及1份的增塑剂、0.6份表面涂层剂、0.5份静电防止剂。在高压釜中，压力为0.65MPa的条件下发泡6h，保温10h，降温、出料、洗涤，得可发性聚苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物珠粒。
[0050]发泡后的材料的密度为14kg/m3，灼烧后灰分小于1%。材料表面光滑、刚性好、强度高。表观性能都满足消失模铸造。
[0051]实施例5
[0052]在装有搅拌器和冷凝回流装置的250ml的三口烧瓶中加入120份的蒸馏水、0.7份引发剂过氧化二苯甲酰、1份分散剂、5份苯乙烯(ST)单体、10份甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体、5份功能单体甲基丙烯酸(MAA)进行悬浮聚合制备成珠粒材料。其中分散剂为质量分数70%聚乙烯醇与30%碱式碳酸镁的混合。
[0053]反应完毕后，冷却物料并用稀盐酸进行洗涤、过滤、干燥制得预发泡聚合物材料。
[0054]在发泡装置中加入所得预发泡聚合物材料、2份的发泡剂及0.5份的增塑剂、0.6份表面涂层剂、0.5份静电防止剂。在高压釜中，压力为0.65MPa的条件下发泡6h，保温10h，降温、出料、洗涤，得可发性聚苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物珠粒。
[0055]发泡后的材料的密度为14kg/m3，灼烧后灰分小于1%。材料表面光滑、刚性好、强度高。表观性能都满足消失模铸造。
[0056]对比例I
[0057]在装有搅拌器和冷 凝回流装置的250ml的三口烧瓶中加入120份的蒸馏水、0.7份引发剂过氧化二苯甲酰、1份分散剂、5份苯乙烯(ST)单体、10份甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体、进行悬浮聚合制备成珠粒材料。其中分散剂为质量分数70%聚乙烯醇与30%碱式碳酸镁的混合。
[0058]反应完毕后，冷却物料并用稀盐酸进行洗涤、过滤、干燥制得预发泡聚合物材料。
[0059]在发泡装置中加入所得预发泡聚合物材料、2份的发泡剂及0.5份的增塑剂、0.6份表面涂层剂、0.5份静电防止剂。在高压釜中，压力为0.65MPa的条件下发泡6h，保温IOh,降温、出料、洗涤，得可发性聚苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物珠粒。
[0060]发泡后的材料的密度为21kg/m3，灼烧后灰分大于1%。其实施效果与实施例5相比较差，更进一步说明了功能单体甲基丙烯酸的加入效果。
【权利要求】
1.一种高发泡性消失铸模材料，其特征在于在苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯消失铸模材料的制备过程中加入了功能单体甲基丙烯酸。
2.如权利要求1所述的高发泡性消失铸模材料，其特征在于由以下重量份数的原料制备而成: 苯乙烯单体4~6份、甲基丙烯酸甲酯单体8~12份、甲基丙烯酸单体4~6份、去离子水100~140份、分散剂0.5~2份、引发剂0.4~1份、增塑剂0.01~1份、表面涂层剂0.3~1份、静电防止剂0.01~1份、发泡剂C4~C6低沸点烷烃I~3份。
3.如权利要求2所述的高发泡性消失铸模材料，其特征在于所述分散剂由质量分数60%~80%的有机分散剂和质量分数40%~20%无机分散剂组成。
4.如权利要求2所述的高发泡性消失铸模材料，其特征在于所述有机分散剂为聚乙烯醇；所述无机分散剂为碱式碳酸镁。
5.如权利要求2所述的高发泡性消失铸模材料，其特征在于所述的引发剂为过氧化二苯甲酰。
6.权利要求1-5任一项所述的高发泡性消失铸模材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 把去离子水、苯乙烯单体、甲基丙烯酸甲酯单体、甲基丙烯酸单体、分散剂、引发剂混合并进行悬浮聚合反应制备成珠粒材料； 将制备的珠粒材料洗涤、干燥、筛分后保存得到预发泡材料； 将预发泡材料、发泡剂、增塑剂、表面涂层剂和静电防止剂置于高压釜中，设置压力`0.65MPa的下发泡6~10h，保温10~15h，降温、出料、洗涤，高发泡性消失铸模材料。
【文档编号】C08J9/14GK103819859SQ201410077776
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月5日 优先权日:2014年3月5日
【发明者】刘生鹏, 胡仙林, 许莉莉 申请人:武汉工程大学