基于氧化石墨改性松香的精密铸造蜡及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及铸造蜡领域，具体涉及一种基于氧化石墨改性松香的精密铸造蜡及其制备方法，本发明的基于氧化石墨改性松香的精密铸造蜡，按质量分数计，组分为20％～30％的改性松香、50％～65％的石蜡、5％～10％的增粘剂、5％～10％的PE蜡和0％～3％的褐煤蜡，各组分总含量为100％；其中，改性松香的组分为一级松香、氧化石墨、氧化锌和季戊四醇，氧化石墨的质量为一级松香质量的5％～8％，氧化锌的质量为一级松香质量的0.3％～0.5％，季戊四醇的质量为一级松香质量的5％～8％；所述改性松香的软化点为98℃～103℃，酸度值为15KOH/g～25KOH/g。本发明的精密铸造蜡针入度小、线收缩率小、抗弯强度大、灰分小、能较好的满足精密铸件高尺寸精度和高表面质量要求。
【专利说明】
基于氧化石墨改性松香的精密铸造蜡及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及铸造蜡领域，特别是涉及基于氧化石墨改性松香的精密铸造蜡及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 精密(熔模)铸造是由古代失蜡法铸造发展起来的一种少切割或无切割的铸造工 艺，是铸造行业中的一项优异的工艺技术，几乎应用于所有工业部门，特别是电子、石油、化 工、核能、交通运输、轻工、纺织、制药、医疗器械、栗和阀工业等。
[0003] 精密铸造蜡是熔模铸造的重要材料，其中对精密铸造蜡的要求主要有三个方面， 即热物理性能、力学性能和工艺性能，其中热物理性能包括合适的熔化温度区间和凝固温 度区间，有尽可能小的热膨胀率和收缩率，在较高的温度下化学性质稳定;力学性能要求模 料有合适的强度、硬度、塑性和韧性;工艺性能要求其在液态时有合适的黏度、制模时有合 适的流动性和尽可能低的灰分。
[0004] 我国松香资源丰富，是我国林产化学工业的重要产品，是支柱产业，同时也是制造 精密铸造蜡的重要原料，但由于松香易脆、易氧化、有较高的酸性，在铸造蜡中使用时由于 容易变质不仅会产生致癌物质，不利于职业健康，而且导致模料粘度增加，收缩率增大，工 艺性能变差，因此使用时必须进行改性或加入其它的有机填料来进行弥补。松香酯化原理 与脂肪酸酯化原理相类似，但由于其羧基位于叔碳原子上，空间位阻大、反应所需活化能 高、需要比一般的脂肪酸的酯化反应更高的温度(250~300°C)、较长的反应时间（6~llh) 和尚活性的催化剂才能实现。
【发明内容】
[0005] 为解决上述问题，本发明提供一种针入度小、线收缩率小、抗弯强度大、灰分小、能 较好的满足精密铸件高尺寸精度和高表面质量要求的基于氧化石墨改性松香的精密铸造 蜡及其制备方法。
[0006] 本发明所采用的技术方案是:基于氧化石墨改性松香的精密铸造蜡，按质量分数 计，组分为20%~30%的改性松香、50%~65%的石蜡、5%~10%的增粘剂、5%~10%的 PE蜡和0 %~3 %的褐煤蜡，各组分总含量为100 %。
[0007] 对上述技术方案的进一步改进为，所述改性松香的组分为一级松香、氧化石墨、氧 化锌和季戊四醇，氧化石墨的质量为一级松香质量的5%~8%，氧化锌的质量为一级松香 质量的0.3 %~0.5 %，季戊四醇的质量为一级松香质量的5 %~8 % ;所述改性松香的软化 点为98 °C ~103 °C，酸度值为 15K0H/g~25K0H/g。
[0008] 对上述技术方案的进一步改进为，所述石蜡为58#、62#、64#、66#、68#、70#的全精 炼蜡或半精炼蜡中的一种或几种。
[0009] 对上述技术方案的进一步改进为，所述增粘剂为萜烯树脂、C5石油树脂，氢化C5石 油树脂和氢化松香中的一种或几种。
[0010] 5、根据权利要求4所述的基于氧化石墨改性松香的精密铸造蜡，其特征在于:所述 PE蜡熔点为100~120°C。
[0011] 对上述技术方案的进一步改进为，所述褐煤蜡熔点为75°C~90°C。
[0012] 基于氧化石墨改性松香的精密铸造蜡的制造方法，包括以下步骤，
[0013] ①制备改性松香；
[0014] ②取20%~30%的改性松香，向改性松香内加入5 %~10 %的增粘剂、5%~10% 的PE蜡和0 %~3 %的褐煤蜡，加热搅拌至完全熔融得到A混合液；
[0015] ③向熔融后的A混合液内加入50 %~65 %的石蜡，并加热搅拌至完全熔融得到B混 合液；
[0016] ④冷却熔融后的B混合液，制成颗粒，得到基于氧化石墨改性松香的精密铸造蜡。
[0017] 对上述技术方案的进一步改进为，步骤①的改性松香制备方法为，取一级松香，将 其在120°C下溶解得到一级松香溶液，依次向一级松香溶液内加入一级松香质量5%~8% 的氧化石墨、一级松香质量〇. 3 %~0.5 %的氧化锌、一级松香质量5 %~8 %的季戊四醇，得 到混合溶液，将混合溶液加热至250°C~290°C，搅拌至熔融状态，得到软化点为98°C~103 °C，酸度值为15K0H/g~25K0H/g的改性松香。
[0018] 对上述技术方案的进一步改进为，步骤②的体系温度为120°C~160°C。
[0019] 对上述技术方案的进一步改进为，步骤③的体系温度为90°C~110°C。
[0020] 本发明的有益效果为：
[0021] 1、一方面，本发明的精密铸造蜡配方中，石蜡含量为50 %~65 %，改性松香含量为 20%~30%，相对于现有技术中精密铸造蜡的配方，本发明石蜡含量高、改性松香含量低， 由于石蜡价格低，因此大大降低了生产制造成本。第二方面，本发明通过在一级松香内加入 季戊四醇进行改性，在催化剂氧化石墨和助催化剂氧化锌的作用下松香与季戊四醇反应， 松香的双键为共辄双键、化学活性强，在催化剂的作用下与季戊四醇发生酯化反应得到松 香季戊四醇酯，即季戊四醇酯这种改性松香，季戊四醇酯相对于未改性的松香，强度大、不 易氧化、酸性适当、在铸造蜡中使用时不会产生致癌物质，改性松香与石蜡相容性好，改性 松香与增粘树脂粘合性好，采用本发明的配比的改性松香、石蜡、PE蜡、增粘剂、褐煤蜡熔融 成的精密铸造蜡，针入度较小，线收缩率较小，抗弯强度较大，灰分小、能够很好的满足精密 铸件高尺寸精度和高表面质量的要求。第三方面，改性松香制备过程中的催化剂氧化石墨， 能提高改性松香的合成效率，同时，制备改性松香时氧化石墨不用分离，直接将含有季戊四 醇发生酯、氧化石墨、氧化锌、季戊四醇的混合物来制备精密铸造蜡，制备工艺简单，且氧化 石墨能作为填充剂来提高精密铸造蜡的强度和光泽度，季戊四醇也能作为合成精密铸造蜡 的反应物，进一步改善了精密铸造蜡的各项性能。
[0022] 2、本发明中采用的配方，设计合理，经测试，采用此配方的精密铸造蜡各项参数较 优。
[0023 ] 3、针对不同的使用要求，可根据改变松香中季戊四醇的添加量来改变最终成品精 密铸造蜡的软化点，适用范围广。
[0024] 4、本发明的精密铸造蜡的制造方法，通过对松香采用季戊四醇进行改进后，季戊 四醇酯空间位阻小、松香酯化反应温度低、反应时间短、不需高活性催化剂，整个制造方法 简单，且在制备改性松香过程中，为反应的季戊四醇和催化剂不需分离，可作为合成精密铸 造蜡的反应物，制造方法简单，制造的精密铸造蜡性能好。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合实施例对本发明作进一步的说明。
[0026] 实施例1:
[0027]往容积为1升的高压反应釜中加入100g-级松香（江西马尾松，软化点82°C)，在 120°C下溶解，加入催化剂氧化石墨5g(松香的质量5%)(湖北宜化化工股份有限公司），助 催化剂氧化锌3g(松香质量的0.3% )(南华牌），季戊四醇5g(松香质量的5%)(湖北宜化化 工股份有限公司），搅拌熔融，密闭，继续加热至280°C，控制体系温度不得超过290°C，反应3 个小时，体系内催化剂氧化锌和氧化石墨，以及剩余的季戊四醇无需分离，得到改性松香树 脂混合物，放气减压，将体系的温度降至140°C左右，加 C5石油树脂40g(8% ) (YH-1288，恒河 材料科技股份有限公司），PE蜡25g(5%)(泰国SCG化工/LP0500F聚乙烯蜡，115°C)和褐煤蜡 10g(2%)(尚呈牌，云南），完全熔融，继续搅拌30分钟后，将体系温度降至100°C左右，加入 58#半精炼石蜡312g(62.4%)(茂名石化南海牌），加热搅拌至熔融后，继续搅拌30分钟。冷 却，制成颗粒，即得本发明的精密铸造蜡。
[0028] 对照组1:
[0029] 采用没有改性的松香，其它条件同于实施例1，往容积为1升的高压反应釜中加入 113g松香，在140°C下熔融，加 C5石油树脂40g(8% )，PE蜡25g(5% )和褐煤蜡10g(2% )，完全 熔融，继续搅拌30分钟后，将体系温度降至100 °C左右，加入石蜡312g(62.4)，加热搅拌至熔 融后，继续搅拌30分钟、冷却，制成颗粒，即得精密铸造蜡。
[0030] 实施例2:
[0031] 往容积为1升的高压反应釜中加入l〇〇g-级松香（江西马尾松，软化点82°C)，在 120°C下溶解，加入催化剂氧化石墨8g(松香的质量5%)(湖北宜化化工股份有限公司），助 催化剂氧化锌3g(松香质量的0.3% )(南华牌），季戊四醇5g(松香质量的5%)(湖北宜化化 工股份有限公司），搅拌熔融，密闭，继续加热至280°C，控制体系温度不得超过290°C，反应3 个小时，体系内催化剂氧化锌和氧化石墨，以及剩余的季戊四醇无需分离，得到改性松香树 脂混合物，放气减压，将体系的温度降至140°C左右，加萜烯树脂40g(8%)(T100,深圳吉田 化工），PE蜡25g(5%)(泰国SCG化工/LP0500F聚乙烯蜡，115°C)和褐煤蜡10g(2%)(尚呈牌， 云南），完全熔融，继续搅拌30分钟后，将体系温度降至100 °C左右，加入62#全精炼石蜡309g (62.4%)(茂名石化南海牌），加热搅拌至熔融后，继续搅拌30分钟。冷却，制成颗粒，即得精 密铸造蜡。
[0032] 对照组2:
[0033]采用没有改性的松香，其它条件同于实施例2,往容积为1升的高压反应釜中加入 116g松香，在140°C下熔融，加 C5石油树脂40g(8%)，PE蜡25g(5%)和褐煤蜡10g(2%)，完全 熔融，继续搅拌30分钟后，将体系温度降至100 °C左右，加入石蜡312g(62.4)，加热搅拌至熔 融后，继续搅拌30分钟。冷却，制成颗粒，即得精密铸造蜡。
[0034] 实施例3:
[0035]往容积为1升的高压反应釜中加入125g-级松香（江西马尾松，软化点82°C)，在 120°C下溶解，加入催化剂氧化石墨6.25g(松香的质量5%)(湖北宜化化工股份有限公司）， 助催化剂氧化锌3.75g(松香质量的0.3% )(南华牌），季戊四醇6.25g(松香质量的5% )(湖 北宜化化工股份有限公司），搅拌熔融，密闭，继续加热至280°C，控制体系温度不得超过290 °C，反应3个小时，体系内催化剂氧化锌和氧化石墨，以及剩余的季戊四醇无需分离，得到改 性松香树脂混合物，放气减压，将体系的温度降至140°C左右，加萜烯树脂40g(8%)(T100， 深圳吉田化工），PE蜡25g(7%)(泰国SCG化工/LP0500F聚乙烯蜡，115°C)和褐煤蜡10g(2%) (尚呈牌，云南），完全熔融，继续搅拌30分钟后，将体系温度降至100 °C左右，加入62#全精炼 石蜡283.75g(62.4% )(茂名石化南海牌），加热搅拌至熔融后，继续搅拌30分钟。冷却，制成 颗粒，即得精密铸造蜡。
[0036] 对照组3:
[0037]采用没有改性的松香，其它条件同于实施例3,往容积为1升的高压反应釜中加入 141.25g松香，在140°C下熔融，加 C5石油树脂40g(8% )，PE蜡25g(5% )和褐煤蜡10g(2% )， 完全熔融，继续搅拌30分钟后，将体系温度降至100 °C左右，加入石蜡283.75g(62.4)，加热 搅拌至熔融后，继续搅拌30分钟。冷却，制成颗粒，即得精密铸造蜡。
[0038] 性能实验：
[0039] 取实施例1、实施例2、实施例3、对照组1、对照组2和对照组3中的精密铸造蜡，在东 莞理工学院相关材料实验室测定各精密铸造蜡的软化点、针入度、线收缩率、抗弯强度、粘 度和酸值，实验结果如表1所示，实验标准如下，
[0040] 软化点：GB/T4507-84 [0041 ]针入度：GB/T14235.5-93
[0042] 线收缩率:GB/T14235.4-93
[0043] 抗弯强度:GB/T14235.2-93
[0044] 灰分:GB/T14235.3-93
[0045] 粘度:GB/T14235.8-1993
[0046] 酸值:GB/T14235.6-1993 [0047]表1:实验结果统计表
[0048]
[0050] 结果分析：
[0051] 从表1的实验结果统计表中可以看出，松香改性后对精密铸造蜡的各项参数指标 影响较大，本发明的精密铸造蜡软化点可以根据选料就行调整，针入度较小，线收缩率较 小，抗弯强度较大，灰分小，能较好的满足精密铸件高尺寸精度和高表面质量的要求。综上， 本发明的精密铸造蜡各项数据良好，能很好地满足实际生产的需要。
[0052] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 基于氧化石墨改性松香的精密铸造蜡，其特征在于：按质量分数计，组分为20 %~ 30 %的改性松香、50 %~65 %的石蜡、5 %~10 %的增粘剂、5 %~10 %的PE蜡和0 %~3 %的 褐煤蜡，各组分总含量为100 %。2. 根据权利要求1所述的基于氧化石墨改性松香的精密铸造蜡，其特征在于:所述改性 松香的组分为一级松香、氧化石墨、氧化锌和季戊四醇，氧化石墨的质量为一级松香质量的 5%~8%，氧化锌的质量为一级松香质量的0.3%~0.5%，季戊四醇的质量为一级松香质 量的5%~8% ;所述改性松香的软化点为98°C~103°C，酸度值为15KOH/g~25KOH/g。3. 根据权利要求1所述的基于氧化石墨改性松香的精密铸造蜡，其特征在于:所述石蜡 为58#、62#、64#、66#、68#、70#的全精炼蜡或半精炼蜡中的一种或几种。4. 根据权利要求1所述的基于氧化石墨改性松香的精密铸造蜡，其特征在于:所述增粘 剂为萜烯树脂、C5石油树脂，氢化C5石油树脂和氢化松香中的一种或几种。5. 根据权利要求1所述的基于氧化石墨改性松香的精密铸造蜡，其特征在于:所述PE蜡 熔点为100~120°C。6. 根据权利要求1所述的基于氧化石墨改性松香的精密铸造蜡，其特征在于:所述褐煤 蜡熔点为75°C~90°C。7. 基于氧化石墨改性松香的精密铸造蜡的制造方法，其特征在于:包括以下步骤， ① 制备改性松香； ② 取20%~30%的改性松香，向改性松香内加入5 %~10 %的增粘剂、5 %~10 %的PE 蜡和0 %~3 %的褐煤蜡，加热搅拌至完全熔融得到A混合液； ③ 向熔融后的A混合液内加入50%~65%的石蜡，并加热搅拌至完全熔融得到B混合 液； ④ 冷却熔融后的B混合液，制成颗粒，得到基于氧化石墨改性松香的精密铸造蜡。8. 根据权利要求7所述的基于氧化石墨改性松香的精密铸造蜡的制造方法，其特征在 于:步骤①的改性松香制备方法为，取一级松香，将其在120°C下溶解得到一级松香溶液，依 次向一级松香溶液内加入一级松香质量5 %~8 %的氧化石墨、一级松香质量0.3%~0.5% 的氧化锌、一级松香质量5 %~8 %的季戊四醇，得到混合溶液，将混合溶液加热至250 °C~ 290 °C，搅拌至熔融状态，得到软化点为98°C~103 °C，酸度值为15KOH/g~25KOH/g的改性松 香。9. 根据权利要求7所述的基于氧化石墨改性松香的精密铸造蜡的制造方法，其特征在 于:步骤②的体系温度为120 °C~160 °C。10. 根据权利要求7所述的基于氧化石墨改性松香的精密铸造蜡的制造方法，其特征在 于:步骤③的体系温度为90 °C~110 °C。
【文档编号】B22C7/02GK106084806SQ201610384105
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月2日 公开号201610384105.0, CN 106084806 A, CN 106084806A, CN 201610384105, CN-A-106084806, CN106084806 A, CN106084806A, CN201610384105, CN201610384105.0
【发明人】徐勇军, 蔡卓弟, 蔡其文, 尹辉斌
【申请人】东莞理工学院