本发明涉及水玻璃砂技术领域，具体而言，涉及水玻璃砂改性剂、改性水玻璃砂及制备方法。
背景技术：
水玻璃砂作为铸造型砂的粘结剂，能够减少铸造工业的污染，实现绿色铸造。水玻璃砂铸造工艺具有铸件精度高、质量好、使用过程中引起粉尘数量少、无毒无味、旧砂回用率高、生产流水线装备简单、投资成本较少等优点，故在工业上得到了广泛的应用。
但水玻璃砂的溃散性差是众所周知的，它是铸造工艺中的一个大问题。所谓溃散性，即铸件浇注并凝固后，砂型、砂芯被打碎的难易程度，也叫除砂性。通常认为，水玻璃砂溃散性差的主要原因是在高温下，水玻璃中的有效成分硅酸钠熔融结块，导致砂型残留强度非常高，十分不利于铸件的落砂清砂，而且在旧砂表面会残留过多的钠离子，严重影响旧砂的循环利用。
国内目前通过添加改性水玻璃或在原砂中添加溃散剂的方法来改善水玻璃砂的溃散性。在实际工业生产中，为了改善水玻璃砂的溃散性，降低砂型的残留强度，提高旧砂的循环利用率，往往要加入一定量的溃散剂或溃散性物质(如木屑、石棉粉等)。目前在生产中使用最多的还是国外进口的溃散剂，但是其使用成本较高。国内针对溃散剂也有一定的研究，但是多以高分子有机物的有机溃散剂为主，其综合效果并不理想，很少在实际生产中使用。
有鉴于此，特提出本发明以解决上述技术问题。
技术实现要素：
本发明的第一个目的在于提供一种可有效提高水玻璃砂溃散性能的水玻璃砂改性剂，以改善现有水玻璃砂改性剂综合使用效果不佳的技术问题。
本发明的第二个目的在于提供一种溃散性好、残留强度低、旧砂循环利用率高的改性水玻璃砂，以改善现有水玻璃砂溃散性差、残留强度高和旧砂循环利用率低的技术问题。
本发明的第三个目的在于提供一种改性水玻璃砂的制备方法，该制备方法工艺简单，绿色环保。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种水玻璃砂改性剂，包括无机改性剂和有机改性剂，无机改性剂和有机改性剂的重量比为(3-5):1；
所述有机改性剂按重量百分含量主要由以下原料制成：十六烷酸酯35％-45％，邻苯二甲酸酯25％-35％，硬脂酸酯10％-15％，环己酮10％-20％和芥酸酰胺5％-10％。
进一步的，所述无机改性剂和有机改性剂的重量比为(3.5-4.5):1，优选为4:1。
进一步的，所述水玻璃砂改性剂包括无机改性剂和有机改性剂，无机改性剂和有机改性剂的重量比为(3-5):1；
所述有机改性剂按重量百分含量主要由以下原料制成：十六烷酸甲酯35％-45％，邻苯二甲酸二辛酯25％-35％，硬脂酸甲酯10％-15％，环己酮10％-20％和芥酸酰胺5％-10％。
进一步的，所述无机改性剂按重量百分含量主要由以下原料制成：氧化铝35％-45％，氧化锆25％-35％，氮化硅15％-25％和鳞片石墨10％-15％。
进一步的，所述水玻璃砂改性剂包括无机改性剂和有机改性剂，无机改性剂和有机改性剂的重量比为4:1；
所述无机改性剂按重量百分含量主要由以下原料制成：氧化铝39％-43％，氧化锆26％-29％，氮化硅16％-20％和鳞片石墨11％-13％；
所述有机改性剂按重量百分含量主要由以下原料制成：十六烷酸甲酯37％-40％，邻苯二甲酸二辛酯25％-29％，硬脂酸甲酯11％-14％，环己酮12％-16％和芥酸酰胺6％-9％。
本发明还提供了一种改性水玻璃砂，包括水玻璃、铸造原砂和上述的水玻璃砂改性剂；
按照重量百分数计，所述水玻璃砂改性剂为所述铸造原砂重量的1-5％；优选的，所述水玻璃砂改性剂为所述铸造原砂重量的1-3％。
进一步的，按照重量百分数计，所述水玻璃为所述铸造原砂重量的2-4％；优选的，所述水玻璃为所述铸造原砂重量的2.5-3.5％。
本发明还提供了一种改性水玻璃砂的制备方法，主要包括以下步骤：
a.将无机改性剂进行湿法研磨，得到混合物a；
b.将混合物a干燥后，与铸造原砂混合均匀，得到混合物b；
c.将有机改性剂的各原料按照配方量搅拌加热，混合均匀后，加入到混合物b中，均匀混合，得到混合物c；
d.将水玻璃加入到混合物c中，均匀混合，即得改性水玻璃砂。
进一步的，步骤b中，所述干燥的时间为10-15h，温度为110-130℃。
进一步的，步骤d中，将水玻璃加入到混合物c中，均匀混合1-2min，即得改性水玻璃砂。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明提供了一种水玻璃砂改性剂，包括无机改性剂和有机改性剂，将该水玻璃砂改性剂添加入水玻璃砂中可对水玻璃砂进行改性，其中有机改性剂通过十六烷酸酯、邻苯二甲酸酯、硬脂酸酯、环己酮和芥酸酰胺等原料的配合作用，并利用其在高温时能够挥发、燃烧使粘结膜中产生气孔、缝隙的特性，可使得改性水玻璃砂的残留强度显著降低，溃散性得到很大改善，提高了旧砂的利用率；同时，利用无机改性剂在水玻璃砂中能够形成多元复合网状结构的特性，可提高水玻璃砂的粘结强度，大幅度减少水玻璃的使用量，进而改善了水玻璃砂的溃散性能；在本发明中，将无机改性剂和有机改性剂协同配合作用，改善了现有技术中有机溃散剂或者无机溃散剂使用效果不佳的技术问题。
(2)本发明提供了一种改性水玻璃砂，通过水玻璃砂与上述水玻璃砂改性剂采用特定配比得到，水玻璃砂改性剂的使用可显著提高改性水玻璃砂的粘结强度，大幅度减少水玻璃的加入量，同时也可以有效改善水玻璃砂的溃散性。
(3)本发明还提供了上述改性水玻璃砂的制备方法，该制备方法是将水玻璃砂改性剂中的无机改性剂和有机改性剂采用特定顺序及工艺步骤加入到水玻璃砂中，使得所制备出的改性水玻璃砂具有良好的使用性能；另外，该制备方法工艺简单，绿色环保，具有工业应用价值。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
根据本发明的一个方面，提供了一种水玻璃砂改性剂，包括无机改性剂和有机改性剂，无机改性剂和有机改性剂的重量比为(3-5):1；
有机改性剂按重量百分含量主要由以下原料制成：十六烷酸酯35％-45％，邻苯二甲酸酯25％-35％，硬脂酸酯10％-15％，环己酮10％-20％和芥酸酰胺5％-10％，以上各原料百分含量之和为100％。
本发明中，有机改性剂通过十六烷酸酯、邻苯二甲酸酯、硬脂酸酯、环己酮和芥酸酰胺等原料的配合作用，并利用其在高温时能够挥发、燃烧使粘结膜中产生气孔、缝隙的特性，可使得改性水玻璃砂的残留强度显著降低，溃散性得到很大改善，提高了旧砂的利用率。同时，利用无机改性剂在水玻璃砂中能够形成多元复合网状结构的特性，可提高水玻璃砂的粘结强度，大幅度减少水玻璃的使用量，进而改善了水玻璃砂的溃散性能。
具体的，十六烷酸酯可选为十六烷酸甲酯、十六烷酸乙酯、十六烷酸丙酯、十六烷酸丁酯等，优选为十六烷酸甲酯、十六烷酸乙酯。十六烷酸酯典型但非限制性的重量百分数为35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％或45％。
邻苯二甲酸酯可选为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯等，优选为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯。邻苯二甲酸酯典型但非限制性的重量百分数为25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％或35％。
硬脂酸酯可选为硬脂酸甲酯、硬脂酸乙酯、硬脂酸丙酯、硬脂酸丁酯等，优选为硬脂酸甲酯、硬脂酸乙酯。硬脂酸酯典型但非限制性的重量百分数为10％、11％、12％、13％、14％或15％。
环己酮典型但非限制性的重量百分数为10％、11％、12％、13％、14％15％、16％、17％、18％、19％或20％。
芥酸酰胺典型但非限制性的重量百分数为5％、6％、7％、8％、9％或10％。
对于上述有机改性剂中各原料的列举仅是示例性的，并不现于此。有机改性剂的各原料优选为分子量300左右的原料。
水玻璃砂粘结强度低，若想提高水玻璃型芯砂的强度就需要加大水玻璃的加入量。一般来说，水玻璃的加入量通常是6-8％，甚至达到10％以上。但是，水玻璃的加入量越多，在金属液高温浇注时，水玻璃砂在强热的作用下熔融结块形成的烧结体越多，导致砂型残留强度非常高，溃散性能变差。
为使得水玻璃砂的粘结强度和溃散性能处于适宜的水平，除了有机改性剂外，本发明还添加无机改性剂，将无机改性剂和有机改性剂协同配合形成水玻璃砂改性剂用于水玻璃砂的改性，使得改性水玻璃砂的溃散性能得到有效改善，同时粘结强度也得到一定程度的提升。
无机改性剂和有机改性剂典型但非限制性的重量比为3:1、3.5:1、4:1、4.5:1或5:1。
本发明所述的“包括”，意指其除所述组分外，还可以包括其他组分，这些其他组分赋予水玻璃砂改性剂不同的特性。除此之外，本发明所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。
在本发明的一种优选实施方式中，所述无机改性剂和有机改性剂的重量比为(3.5-4.5):1，优选为4:1。
通过对无机改性剂和有机改性剂的重量比作进一步限定，使得两者的协同配合作用进一步增强。
在本发明的一种优选实施方式中，水玻璃砂改性剂包括无机改性剂和有机改性剂，无机改性剂和有机改性剂的重量比为(3-5):1；
有机改性剂按重量百分含量主要由以下原料制成：十六烷酸甲酯35％-45％，邻苯二甲酸二辛酯25％-35％，硬脂酸甲酯10％-15％，环己酮10％-20％和芥酸酰胺5％-10％，以上各原料百分含量之和为100％。
其中，十六烷酸甲酯典型但非限制性的重量百分数为35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％或45％。
邻苯二甲酸二辛酯典型但非限制性的重量百分数为25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％或35％。
硬脂酸甲酯典型但非限制性的重量百分数为10％、11％、12％、13％、14％或15％。
环己酮典型但非限制性的重量百分数为10％、11％、12％、13％、14％15％、16％、17％、18％、19％或20％。
芥酸酰胺典型但非限制性的重量百分数为5％、6％、7％、8％、9％或10％。
通过对有机改性剂中的各组分以及用量的进一步限定，使得水玻璃砂改性剂对于改性水玻璃砂溃散性的改善作用更显著。
在本发明的一种优选实施方式中，无机改性剂按重量百分含量主要由以下原料制成：氧化铝35％-45％，氧化锆25％-35％，氮化硅15％-25％和鳞片石墨10％-15％，以上各原料百分含量之和为100％。
具体的，该无机改性剂主要由al2o3、zro2、si3n4、鳞片石墨等无机原料组成，上述原料组分可在水玻璃砂中形成多元复合网状结构，从而提高水玻璃砂的粘结强度，大幅度减少水玻璃的使用量。
在本发明中，al2o3典型但非限制性的重量百分数为35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％或45％。
zro2典型但非限制性的重量百分数为25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％或35％。
si3n4典型但非限制性的重量百分数为15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％或25％。
鳞片石墨典型但非限制性的重量百分数为10％、11％、12％、13％、14％或15％。
在本发明的一种优选实施方式中，水玻璃砂改性剂包括无机改性剂和有机改性剂，无机改性剂和有机改性剂的重量比为4:1；
无机改性剂按重量百分含量主要由以下原料制成：氧化铝39％-43％，氧化锆26％-29％，氮化硅16％-20％和鳞片石墨11％-13％；
有机改性剂按重量百分含量主要由以下原料制成：十六烷酸甲酯37％-40％，邻苯二甲酸二辛酯25％-29％，硬脂酸甲酯11％-14％，环己酮12％-16％和芥酸酰胺6％-9％。
通过合理选择和搭配有机改性剂和无机改性剂的各组分，使得各组分之间起到协同作用，使得添加了该水玻璃砂改性剂的水玻璃砂残留强度降低，水玻璃砂的溃散性得到了很大改善，提高了旧砂的利用率。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种改性水玻璃砂，包括水玻璃、铸造原砂和上述的水玻璃砂改性剂；
按照重量百分数计，水玻璃砂改性剂为铸造原砂重量的1-5％；优选的，按照重量百分数计，水玻璃砂改性剂为铸造原砂重量的1-3％。
采用上述水玻璃砂改性剂对水玻璃砂进行改性，在本发明中，水玻璃砂改性剂占铸造原砂典型但非限制性的重量分数为1％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％或5％。
在本发明的一种优选实施方式中，按照重量百分数计，水玻璃为铸造原砂重量的2-4％；优选的，水玻璃为铸造原砂重量的2.5-3.5％。
水玻璃占铸造原砂典型但非限制性的重量分数为2％、2.5％、3％、3.5％或4％。
本发明中，改性玻璃砂通过水玻璃、铸造原砂和上述水玻璃砂改性剂采用特定配比得到，通过水玻璃砂改性剂的使用可显著提高水玻璃砂的粘结强度，大幅度减少水玻璃的加入量，同时也可以有效改善水玻璃砂的溃散性。
在上述技术方案的基础上，本发明还提供了一种改性水玻璃砂的制备方法，主要包括以下步骤：
a.将无机改性剂的各原料按照配方量混合均匀后，进行湿法研磨，得到混合物a；
b.将混合物a干燥后，与铸造原砂混合均匀，得到混合物b；
c.将有机改性剂的各原料按照配方量搅拌加热，混合均匀后，加入到混合物b中，均匀混合，得到混合物c；
d.将水玻璃加入到混合物c中，均匀混合，即得改性水玻璃砂。
由上述改性水玻璃砂的制备方法可以看出，本发明提供的水玻璃砂改性剂中的无机改性剂和有机改性剂需要分别独立包装，在制备改性水玻璃砂的过程中，按照上述步骤进行添加即可。
在发明中，水玻璃的模数优选为2.2-2.4，波美度优选为45-50。
本发明还提供了上述改性水玻璃砂的制备方法，该制备方法是将水玻璃砂改性剂中的无机改性剂和有机改性剂采用特定顺序及工艺步骤加入到铸造原砂后再与水玻璃混合，通过该法所制备出的改性水玻璃砂具有良好的使用性能；另外，该制备方法工艺简单，绿色环保，具有工业应用价值。
在本发明的一种优选实施方式中，步骤a中，将无机改性剂的各原料粉碎至80-120目后再按照配方量混合均匀。
具体的，无机改性剂的各原料粉碎粒度典型但非限制性的目数为80目、90目、100目、110目或120目。优选的，无机改性剂的各原料粉碎粒度为100目。
通过将无机改性剂的各原料粉碎后过筛，以对各原料粉体的粒度进行初步的控制。
在本发明的一种优选实施方式中，步骤a中，无机改性剂与研磨溶剂的重量比为(0.7-0.9):1。
在本发明中，优选采用球磨机对无机改性剂进行湿法研磨。球磨机转速设定为150-200r/min。其中，球磨机典型但非限制性的转速为150r/min、160r/min、170r/min、180r/min、190r/min或200r/min。
研磨过程中，研磨时间为0.5-2h，例如为0.5h、1.0h、1.5h或2.0h。所加入的研磨溶剂优选为乙醇、环己烷或丙酮，进一步优选为乙醇。
无机改性剂与研磨溶剂典型但非限制性的重量比0.7:1、0.75:1、0.80:1、0.85:1或0.9:1。
在本发明的一种优选实施方式中，干燥时间为10-15h，干燥温度为110-130℃。
在本发明中，干燥时典型但非限制性的时间为10h、11h、12h、13h、14h或15h。
干燥时典型但非限制性的温度为110℃、112℃、114℃、115℃、116℃、118℃、120℃、122℃、124℃、125℃、126℃、128℃或130℃。
在本发明的一种优选实施方式中，步骤c中，将有机改性剂的各原料按照配方量搅拌加热，混合均匀后，加入到混合物b中，均匀混合1-3min，得到混合物c。
将有机改性剂与混合物b均匀混合时典型但非限制性的时间为1min、1.5min、2.0min、2.5min或3.0min。
在本发明的一种优选实施方式中，步骤d中，将水玻璃加入到混合物c中，均匀混合1-2min，即得改性水玻璃砂。
其中，水玻璃为铸造原砂重量的2-4％；优选的，水玻璃为铸造原砂重量的2.5-3.5％；进一步优选的，水玻璃为铸造原砂重量的3％。
一般来说，未添加任何改性剂的水玻璃的加入量通常为铸造原砂重量的6-8％，有时甚至达到10％以上。而添加了本发明提供的水玻璃砂改性剂的改性水玻璃砂，水玻璃加入量仅为铸造原砂重量的2-4％，可见，水玻璃砂改性剂的加入可大幅度减少水玻璃的加入量。
通过对改性水玻璃砂制备方法中的各工艺参数进行限定，使得所制备出的改性水玻璃砂具有良好的使用性能。
下面结合具体实施例和对比例，对本发明作进一步说明。
实施例1
一种水玻璃砂改性剂，包括无机改性剂和有机改性剂，无机改性剂和有机改性剂的重量比为3:1；
无机改性剂按重量百分含量由以下原料制成：氧化铝35％，氧化锆30％，氮化硅25％和鳞片石墨10％；
有机改性剂按重量百分含量由以下原料制成：十六烷酸乙酯35％，邻苯二甲酸二甲酯30％，硬脂酸乙酯10％，环戊酮20％和油酸酰胺5％。
一种改性水玻璃砂，包括水玻璃、铸造原砂和上述水玻璃砂改性剂，按照重量百分数计，水玻璃砂改性剂为铸造原砂重量的1％，水玻璃为铸造原砂重量的2.5％。
改性水玻璃砂的制备方法，主要包括以下步骤：
a.将无机改性剂中的氧化铝、氧化锆、氮化硅和鳞片石墨粉各原料碎至80目，按照配方量混合均匀后，加入到球磨机中和溶剂一起进行研磨，得到混合物a；
其中，研磨时采用的溶剂为乙醇，无机改性剂与乙醇的重量比为0.7:1；球磨机的转速设定为150r/min，研磨时间为2h。
b.将混合物a放入鼓风干燥箱中干燥后，与铸造原砂混合均匀，得到混合物b；
其中，干燥温度为110℃，干燥时间为10h，干燥后的混合物a为铸造原砂重量的0.75％，混合时间为2min。
c.将有机改性剂的十六烷酸乙酯、邻苯二甲酸二甲酯、硬脂酸乙酯、环戊酮和油酸酰胺各原料按照配方量搅拌加热，混合均匀后，加入到混合物b，均匀混合1min，得到混合物c；
其中，选用集热式恒温加热磁力搅拌器对有机改性剂的各原料进行搅拌加热，加热温度为40℃，有机改性剂为铸造原砂重量的0.25％。
d.将水玻璃加入到混合物c中，均匀混合1min，即得改性水玻璃砂。
实施例2
一种水玻璃砂改性剂，包括无机改性剂和有机改性剂，无机改性剂和有机改性剂的重量比为4:1；
无机改性剂按重量百分含量由以下原料制成：氧化铝40％，氧化锆28％，氮化硅19％和鳞片石墨13％；
有机改性剂按重量百分含量由以下原料制成：十六烷酸甲酯38％，邻苯二甲酸二辛酯28％，硬脂酸甲酯12％，环己酮13％和芥酸酰胺9％。
一种改性水玻璃砂，包括水玻璃、铸造原砂和上述水玻璃砂改性剂，按照重量百分数计，水玻璃砂改性剂为铸造原砂重量的2％，水玻璃为铸造原砂重量的3％。
改性水玻璃砂的制备方法，主要包括以下步骤：
a.将无机改性剂中的氧化铝、氧化锆、氮化硅和鳞片石墨粉各原料碎至100目，按照配方量混合均匀后，加入到球磨机中和溶剂一起进行研磨，得到混合物a；
其中，研磨时采用的溶剂为乙醇，无机改性剂与乙醇的重量比为0.8:1；球磨机的转速设定为180r/min，研磨时间为1h。
b.将混合物a放入鼓风干燥箱中干燥后，与铸造原砂混合均匀，得到混合物b；
其中，干燥温度为110℃，干燥时间为12h，干燥后的混合物a为铸造原砂重量的1.6％，混合时间为2min。
c.将有机改性剂的十六烷酸甲酯、邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸甲酯、环己酮和芥酸酰胺各原料按照配方量搅拌加热，混合均匀后，加入到混合物b，均匀混合1min，得到混合物c；
其中，选用集热式恒温加热磁力搅拌器对有机改性剂的各原料进行搅拌加热，加热温度为40℃，有机改性剂为铸造原砂重量的0.4％。
d.将水玻璃加入到混合物c中，均匀混合2min，即得改性水玻璃砂。
实施例3
本实施例提供的水玻璃砂改性剂，除了无机改性剂和有机改性剂的重量比为3:1，以及在改性水玻璃砂的制备方法中无机改性剂和有机改性剂占铸造原砂的重量百分数发生相应的变化后，其余均可参考实施例2。
实施例4
本实施例提供的水玻璃砂改性剂，除了无机改性剂和有机改性剂的重量比为5:1，以及在改性水玻璃砂的制备方法中无机改性剂和有机改性剂占铸造原砂的重量百分数发生相应的变化后，其余步骤可参考实施例2。
实施例5
一种水玻璃砂改性剂，包括无机改性剂和有机改性剂，无机改性剂和有机改性剂的重量比为4:1；
无机改性剂按重量百分含量由以下原料制成：氧化铝42％，氧化锆29％，氮化硅17％和鳞片石墨12％；
有机改性剂按重量百分含量由以下原料制成：十六烷酸甲酯40％，邻苯二甲酸二辛酯25％，硬脂酸甲酯13％，环己酮14％和芥酸酰胺8％。
一种改性水玻璃砂，包括水玻璃、铸造原砂和上述水玻璃砂改性剂，按照重量百分数计，水玻璃砂改性剂为铸造原砂重量的2.5％，水玻璃为铸造原砂重量的3％。
改性水玻璃砂的制备方法，主要包括以下步骤：
a.将无机改性剂中的氧化铝、氧化锆、氮化硅和鳞片石墨粉各原料碎至100目，按照配方量混合均匀后，加入到球磨机中和溶剂一起进行研磨，得到混合物a；
其中，研磨时采用的溶剂为乙醇，无机改性剂与乙醇的重量比为0.8:1；球磨机的转速设定为180r/min，研磨时间为1h。
b.将混合物a放入鼓风干燥箱中干燥后，与铸造原砂混合均匀，得到混合物b；
其中，干燥温度为120℃，干燥时间为12h，干燥后的混合物a为铸造原砂重量的2.0％，混合时间为3min。
c.将有机改性剂的十六烷酸甲酯、邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸甲酯、环己酮和芥酸酰胺各原料按照配方量搅拌加热，混合均匀后，加入到混合物b，均匀混合1min，得到混合物c；
其中，选用集热式恒温加热磁力搅拌器对有机改性剂的各原料进行搅拌加热，加热温度为40℃，有机改性剂为铸造原砂重量的0.5％。
d.将水玻璃加入到混合物c中，均匀混合2min，即得改性水玻璃砂。
实施例6
本实施例提供的水玻璃砂改性剂，除了有机改性剂各原料的用量配比不同外，其余均可参考实施例5。
其中，有机改性剂按重量百分含量由以下原料制成：十六烷酸甲酯45％，邻苯二甲酸二辛酯25％，硬脂酸甲酯15％，环己酮10％和芥酸酰胺8％。
实施例7
一种水玻璃砂改性剂，包括无机改性剂和有机改性剂，无机改性剂和有机改性剂的重量比为3.5:1；
无机改性剂按重量百分含量由以下原料制成：氧化铝45％，氧化锆25％，氮化硅15％和鳞片石墨15％；
有机改性剂按重量百分含量由以下原料制成：十六烷酸丁酯42％，邻苯二甲酸二辛酯32％，硬脂酸甲酯10％，环己酮10％和硬脂酸酰胺6％。
一种改性水玻璃砂，包括水玻璃、铸造原砂和上述水玻璃砂改性剂，按照重量百分数计，水玻璃砂改性剂为铸造原砂重量的3.15％，水玻璃为铸造原砂重量的4％。
改性水玻璃砂的制备方法，主要包括以下步骤：
a.将无机改性剂中的氧化铝、氧化锆、氮化硅和鳞片石墨粉各原料碎至120目，按照配方量混合均匀后，加入到球磨机中和溶剂一起进行研磨，得到混合物a；
其中，研磨时采用的溶剂为乙醇，无机改性剂与乙醇的重量比为0.9:1；球磨机的转速设定为200r/min，研磨时间为0.5h。
b.将混合物a放入鼓风干燥箱中干燥后，与铸造原砂混合均匀，得到混合物b；
其中，干燥温度为125℃，干燥时间为15h，干燥后的混合物a为铸造原砂重量的2.45％，混合时间为3min。
c.将有机改性剂的十六烷酸丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸甲酯、环己酮和硬脂酸酰胺各原料按照配方量搅拌加热，混合均匀后，加入到混合物b，均匀混合2min，得到混合物c；
其中，选用集热式恒温加热磁力搅拌器对有机改性剂的各原料进行搅拌加热，加热温度为45℃，有机改性剂为铸造原砂重量的0.7％。
d.将水玻璃加入到混合物c中，均匀混合1.5min，即得改性水玻璃砂。
实施例8
一种水玻璃砂改性剂，包括无机改性剂和有机改性剂，无机改性剂和有机改性剂的重量比为4:1；
无机改性剂按重量百分含量由以下原料制成：氧化铝39％，氧化锆34％，碳化硅16％和鳞片石墨11％；
有机改性剂按重量百分含量由以下原料制成：十六烷酸甲酯36％，邻苯二甲酸二辛酯35％，硬脂酸甲酯13％，环己酮11％和芥酸酰胺5％。
采用上述水玻璃砂改性剂的改性水玻璃砂，包括水玻璃、铸造原砂和上述水玻璃砂改性剂，按照重量百分数计，水玻璃砂改性剂为铸造原砂重量的5％，水玻璃为铸造原砂重量的3％。
改性水玻璃砂的制备方法，主要包括以下步骤：
a.将无机改性剂中的氧化铝、氧化锆、氮化硅和鳞片石墨粉各原料碎至100目，按照配方量混合均匀后，加入到球磨机中和溶剂一起进行研磨，得到混合物a；
其中，研磨时采用的溶剂为丙酮，无机改性剂与乙醇的重量比为0.9:1；球磨机的转速设定为160r/min，研磨时间为2h。
b.将混合物a放入鼓风干燥箱中干燥后，与铸造原砂混合均匀，得到混合物b；
其中，干燥温度为130℃，干燥时间为11h，干燥后的混合物a为铸造原砂重量的4％，混合时间为1min。
c.将有机改性剂的十六烷酸甲酯、邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸甲酯、环己酮和芥酸酰胺各原料按照配方量搅拌加热，混合均匀后，加入到混合物b，均匀混合3min，得到混合物c；
其中，选用集热式恒温加热磁力搅拌器对有机改性剂的各原料进行搅拌加热，加热温度为45℃，有机改性剂为铸造原砂重量的1％。
d.将水玻璃加入到混合物c中，均匀混合2min，即得改性水玻璃砂。
对比例1
本对比例提供一种水玻璃砂改性剂，将实施例8中的有机改性剂去除，水玻璃砂改性剂仅为无机改性剂，相应的改性水玻璃砂及制备方法作相应调整。
一种改性水玻璃砂，包括水玻璃、铸造原砂和无机改性剂，按照重量百分数计，无机改性剂为铸造原砂重量的5％，水玻璃为铸造原砂重量的6％。
改性水玻璃砂的制备方法，主要包括以下步骤：
a.将无机改性剂中的氧化铝、氧化锆、氮化硅和鳞片石墨粉各原料碎至100目，按照配方量混合均匀后，加入到球磨机中和溶剂一起进行研磨，得到混合物a；
其中，研磨时采用的溶剂为丙酮，无机改性剂与乙醇的重量比为0.9:1；球磨机的转速设定为160r/min，研磨时间为2h。
b.将混合物a放入鼓风干燥箱中干燥后，与铸造原砂混合均匀，即得混合物c；
其中，干燥温度为130℃，干燥时间为11h，混合时间为2min。
c.将水玻璃加入到混合物c中，均匀混合2min，即得改性水玻璃砂。
对比例2
本对比例提供一种水玻璃砂改性剂，将实施例8中的无机改性剂去除，水玻璃砂改性剂仅为有机改性剂，相应的改性水玻璃砂及制备方法作相应改变。
有机改性剂按重量百分含量由以下原料制成：十六烷酸甲酯36％，邻苯二甲酸二辛酯35％，硬脂酸甲酯13％，环己酮11％和芥酸酰胺5％。
一种改性水玻璃砂，包括水玻璃、铸造原砂和有机改性剂，按照重量百分数计，有机改性剂为铸造原砂重量的5％，水玻璃为铸造原砂重量的3％。
改性水玻璃砂的制备方法，主要包括以下步骤：
a.将有机改性剂的十六烷酸甲酯、邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸甲酯、环己酮和芥酸酰胺各原料按照配方量搅拌加热，混合均匀后，加入到铸造原砂中，均匀混合3min，得到混合物c；
其中，选用集热式恒温加热磁力搅拌器对有机改性剂的各原料进行搅拌加热，加热温度为45℃。
b.将水玻璃加入到混合物c中，均匀混合2min，即得改性水玻璃砂。
对比例3
本对比例中提供的普通水玻璃砂，包括水玻璃和铸造原砂，未添加水玻璃砂改性剂。其中，水玻璃为铸造原砂重量的6％，其制备方法为常规混合。
对比例4
本对比例提供的水玻璃砂改性剂和改性水玻璃砂与实施例7中的水玻璃砂改性剂和改性水玻璃砂的组分和用量配比均一致。
改性水玻璃砂的制备方法，主要包括以下步骤：
a.将无机改性剂中的氧化铝、氧化锆、氮化硅和鳞片石墨粉各原料碎至120目，按照配方量混合均匀后，加入到球磨机中和溶剂一起进行研磨，得到混合物a；
其中，研磨时采用的溶剂为乙醇，无机改性剂与乙醇的重量比为0.9:1；球磨机的转速设定为200r/min，研磨时间为0.5h。
b.将混合物a放入鼓风干燥箱中干燥；
其中，干燥温度为125℃，干燥时间为15h，干燥后的混合物a为铸造原砂重量的2.45％。
c.将有机改性剂的十六烷酸甲酯、邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸甲酯、环己酮和芥酸酰胺各原料按照配方量搅拌加热，与混合物a混合均匀后，得到混合物b；
其中，选用集热式恒温加热磁力搅拌器对有机改性剂的各原料进行搅拌加热，加热温度为45℃，有机改性剂为铸造原砂重量的0.7％。
d.将水玻璃加入到混合物b中，均匀混合2min，得到混合物c；
e.将混合物c加入到铸造原砂中，均匀混合2min，即得改性水玻璃砂。
对比例5
本对比例中提供的水玻璃砂改性剂，除了无机改性剂和有机改性剂的重量比为1:1，以及在改性水玻璃砂的制备方法中无机改性剂和有机改性剂占铸造原砂重量百分数发生相应的变化后，其余均可参考实施例2。
对比例6
本对比例中提供的水玻璃砂改性剂，将实施例5有机改性剂中的硬脂酸甲酯和环己酮去除，其余组分不变。改性水玻璃砂的制备方法具体可参考实施例5。
为了更好的说明本发明的水玻璃砂改性剂对于改性水玻璃砂的有益功效，特进行如下实验。
实验例1
采用co2对各实施例1-8和对比例1-6的改性水玻璃砂进行硬化处理后，分别测定其干压强度和不同温度下的残留强度，具体测定结果见表1：
表1各实施例和对比例中的改性水玻璃砂的性能测定结果
从上表可以看出，实施例1-8中提供的改性水玻璃砂性能均优于对比例1-6中的水玻璃砂性能。
具体的，实施例3、实施例4和对比例5均为实施例2的对照实验，四者不同之处在于水玻璃砂改性剂中无机改性剂与有机改性剂的重量比。通过表1中的数据可知，无机改性剂与有机改性剂的重量比对改性水玻璃砂的干压强度、不同温度的残留强度和溃散性均有一定的影响，当无机改性剂与有机改性剂的重量比为(3-5):1时，改性水玻璃砂的干压强度和残留强度均处于适宜的水平，溃散性能良好。而当无机改性剂与有机改性剂的重量比为1:1时，其残留强度较低，但是干压强度处于也处于较低的水平，整体性能不佳。
实施例6为实施例5的对照实验，两者不同之处在于水玻璃砂改性剂中有机改性剂的原料用量不同。可见，有机改性剂的原料用量对于水玻璃砂的干压强度和残留强度有一定的影响。
对比例1、对比例2均为实施例8的对比实验。相比实施例8，对比例1中的水玻璃砂改性剂中未添加有机改性剂，且对比例1中水玻璃用量为原砂重量的6％，对比例2中的水玻璃砂改性剂中未添加无机改性剂。从表1中数据可以看出，单独采用有机改性剂或者无机改性剂，所制备出的改性水玻璃砂的干压强度、残留强度和溃散性能均劣于采用无机改性剂和有机改性剂配合使用所制备的改性水玻璃砂的性能。可见，无机改性剂和有机改性剂之间具有一定的协同配合作用，可以从整体上提升水玻璃砂的干压强度，降低高温区的残留强度，从而使其溃散性能得以改善。同时，有机改性剂的添加可以大幅度减少水玻璃的加入量。
对比例3提供的是普通水玻璃砂，未添加有任何改性剂。由表1中数据可以看出，当水玻璃的加入量为铸造原砂重量的6％时，所制备得到的普通水玻璃砂的干压强度较高，且具有较高的残留强度，尤其是在高温区。同时，也可以看出，水玻璃的加入量越多，其残留强度越高，越不利于溃散性的改善。
对比例4为实施例7的对比实验，两者不同之处在于改性水玻璃砂的制备方法不同。从表1中可知，本发明所提供的改性水玻璃砂的特定的制备方法，对于改性水玻璃砂性能有很大影响。
对比例6为实施例2的对比实验，两者不同之处在于有机改性剂中的原料组成不同，对比例6中的有机改性剂中未添加硬脂酸甲酯和环己酮。从表1中数据可知，采用对比例6所提供的改性水玻璃砂的干压强度、高温残留强度以及溃散性能均不及实施例2，可见，硬脂酸甲酯和环己酮对于水玻璃砂改性剂和改性水玻璃砂的性能有重要影响。
综上所述，本发明提供的水玻璃砂改性剂可以有效提升水玻璃砂的粘结强度，大幅度减少水玻璃的使用量，使水玻璃的使用量由铸造原砂重量的6％-8％降低到3％左右，同时，还改善了水玻璃砂的溃散性能，提高了旧砂的利用率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。