本发明属于铸造行业领域，具体涉及到一种山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂、其制备方法及使用方法。
背景技术：
磷酸盐粘结剂作为一种绿色环保的铸造无机粘结剂，具有溃散性好，无色，无味的特点，但相较于传统的有机树脂粘结剂其具有抗拉强度值低，存放稳定性差等特点。针对磷酸盐粘结剂的相关特性，对其进行改性处理，例如一些简单的酸类改性剂的添加，在一定程度上改善了磷酸盐粘结剂的性能，但对砂样强度的提高并不明显。为了减小与传统有机树脂粘结剂强度的差别，需要加入更多的磷酸盐粘结剂。如何改性磷酸盐粘结剂，提高其强度来减少磷酸盐粘结剂的加入量，使之满足实际生产需要，是目前存在的问题。
技术实现要素：
本发明的目的之一在于提供一种山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂，具有粘结强度更高，存放稳定性更好的优点。
本发明的目的之二在于提供一种山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂的制备方法，制备工艺简便，易于调节。
本发明的目的之三在于提供一种山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂的使用方法，使用方法简单，便于推广。
本发明实现目的之一所采用的方案是：一种山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂，按照重量百分比计包括：50.148％-51.682％磷酸、11.499％-11.850％氢氧化铝、1.780％-1.835％硼酸、0.297％-0.306％硅酸、1.1187％-1.223％氧化镁、0.890％-0.917％氧化锌、0.037％-0.038％氧化铜、0.037％-0.038％纳米氧化钇、1.529％-4.451％山梨糖醇、29.674％-30.581％纯净水。
本发明采用山梨糖醇改性磷酸盐粘结剂，山梨糖醇分子式是c6h14o6，分子量为182.17。山梨糖醇水溶液，呈黏稠状透明液体，有旋光性，略有甜味，具有吸湿性，能溶解多种金属，高温下不稳定。能参与酐化、酯化、醚化、氧化、还原和异构化等反应，并能与多种金属形成络合物。
优选地，所述磷酸为质量分数为85％的工业磷酸。
优选地，所述氢氧化铝为粒度为300-340目的氢氧化铝粉末。
优选地，所述氧化锌为轻质氧化锌，所述氧化镁为轻质氧化镁。
优选地，所述山梨糖醇浓度54.93％的山梨糖醇液。
本发明实现目的之二所采用的方案是：一种所述的山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将磷酸搅拌并缓慢加热至180-200℃；
(2)将氢氧化铝少量多次加入步骤(1)的溶液中，继续搅拌反应至溶液呈透明状；
(3)加入四分之一的纯净水，加热搅拌至溶液温度恢复至180-200℃；
(4)依次加入硼酸和硅酸，继续加热搅拌至溶液透明；
(5)再加入四分之一的纯净水，加热搅拌至溶液温度恢复至180-200℃；
(6)依次将氧化镁和氧化锌少量多次加入所述步骤(5)的溶液中，继续加热搅拌至溶液透明；
(7)再加入四分之一的纯净水，加热搅拌至溶液温度恢复至180-200℃；
(8)依次将氧化铜和纳米氧化钇粉末加入所述步骤(7)的溶液中，继续加热搅拌至溶液透明；
(9)将山梨糖醇加入所述步骤(8)的溶液中，继续加热搅拌至溶液透明；
(10)加入余量纯净水，继续加热搅拌至溶液透明清澈，出料，制得所述山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂。
本发明实现目的之三所采用的方案是：一种所述的山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂的使用方法，将石英砂、固化剂、占石英砂质量百分比2.0％-3.0％的山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂搅拌均匀，然后倒入模具中，舂紧，吹入干燥空气，脱模。
优选地，所述固化剂包括45.16％～55.17％的硅烷偶联剂kh-550、44.83％～54.84％质量浓度为33.3％的柠檬酸水溶液。
优选地，所述使用方法的具体步骤为：(1)在常温下将占石英砂质量百分比为0.75％的柠檬酸水溶液与山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂混合搅拌均匀备用；
(2)将占石英砂质量百分比为0.6％的硅烷偶联剂kh-550与石英砂混合均匀；接着加入步骤(1)所得的混合物，搅拌均匀；
(3)将混合均匀的砂料倒入模具中，舂紧，吹入干燥空气，脱模。
本发明具有以下优点和有益效果：本发明的山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂，相较于传统的磷酸盐粘结剂，它具有粘结强度更高，存放稳定性更好的优点；极少的加入量能够明显提高砂样的强度，在2.5％的磷酸盐粘结剂加入量下，砂样依然能够保持高强度。
本发明的山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂针对目前磷酸盐无机粘结剂在应用过程中砂芯强度低且存放不稳定的现状，通过山梨糖醇改性磷酸盐粘结剂，通压缩空气的方式来辅助脱模硬化，相比传统的磷酸盐粘结剂优点在于：强度高、存放稳定好且绿色保护无污染，脱模时间减短，完全具备实施的可能性。
本发明的山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂绿色无毒无污染，辅以压缩空气可使砂型(芯)硬化脱模快，强度高，产品具有广阔的应用前景，经济效益和社会效益显著。
本发明的制备方法工艺简单，产品具有广阔的应用前景，较好的经济效益和社会效益显著。
本发明的粘结剂制备砂样在整个铸造工艺及生产过程中，从混砂，造型、制芯、浇注没有任何难闻的气味，无毒无味，绿色环保，成本也不高，对现有铸造设备基本没有特殊要求。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
采用对比例的方法，磷酸盐粘结剂采用不加山梨糖醇与添加山梨糖醇，使用方法采用普通压缩空气和干燥的压缩空气，通过对比制样后砂样硬化的即时强度、24h、48h、72h、96h的强度，来说明山梨糖醇和干燥的压缩空气的作用。
本发明中的山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂的成分组成：85％工业磷酸、320目氢氧化铝粉末、硼酸(分析纯)、硅酸(分析纯)、轻质氧化镁(分析纯)、轻质氧化锌(分析纯)、氧化铜、纳米氧化钇、浓度54.93％的山梨糖醇液、纯净水。
以下实施例及对比例中，采用的固化剂包括两组分，组分一硅烷偶联剂kh-550，占石英砂质量百分比为0.6％，组分二柠檬酸水溶液(浓度为质量百分比33.3％)，占石英砂质量百分比为0.75％。具体的使用步骤为：(1)在常温下将占石英砂质量百分比为0.75％的柠檬酸水溶液与磷酸盐粘结剂(包括山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂及未改性的磷酸盐粘结剂)混合搅拌均匀备用；
(2)将占石英砂质量百分比为0.6％的硅烷偶联剂kh-550与石英砂混合均匀；接着加入步骤(1)所得的混合物，搅拌均匀；
(3)将混合均匀的砂料倒入8字试样模具中，进行后续操作。
对比例1：
不加山梨糖醇磷酸盐粘结剂配比：85％工业磷酸338g、320目氢氧化铝粉末77.5g、硼酸12g、硅酸2g、轻质氧化镁8g、轻质氧化锌6g、氧化铜0.25g、纳米氧化钇0.25g、纯净水200g；制备方法：
1)将磷酸加入反应釜中，开启搅拌器与加热器，缓慢加热至180-200℃；
2)将氢氧化铝粉末少量多次加入反应釜中，继续搅拌反应直至反应釜内溶液呈透明状；
3)加入50g纯净水，加热搅拌至溶液温度恢复加水之前的温度；
4)依次加入硼酸和硅酸粉末，继续加热搅拌至溶液透明；
5)加入50g纯净水，加热搅拌至溶液温度恢复加水之前的温度；
6)依次将轻质氧化镁和氧化锌粉末少量多次加入反应釜中，继续加热搅拌至溶液透明；
7)加入50g纯净水，加热搅拌至溶液温度恢复加水之前的温度；
8)依次将氧化铜和氧化钇粉末加入反应釜中，继续加热搅拌至溶液透明；
9)加入最后50g纯净水，继续加热搅拌至溶液透明清澈，出料。
使用方法：
将1500g石英砂、固化剂、37.5g磷酸盐粘结剂搅拌均匀，然后倒入8字试样模具中，舂紧，吹入未经脱湿处理的压缩空气5分钟，脱模，测试抗拉强度。
实施例1：
加入10g山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂(代号a)配比：85％工业磷酸338g、320目氢氧化铝粉末77.5g、硼酸12g、硅酸2g、轻质氧化镁8g、轻质氧化锌6g、氧化铜0.25g、纳米氧化钇0.25g、山梨糖醇10g、纯净水200g；
制备方法：
1)将磷酸加入反应釜中，开启搅拌器与加热器，缓慢加热至180-200℃；
2)将氢氧化铝粉末少量多次加入反应釜中，继续搅拌反应直至反应釜内溶液呈透明状；
3)加入50g纯净水，加热搅拌至溶液温度恢复加水之前的温度；
4)依次加入硼酸和硅酸粉末，继续加热搅拌至溶液透明；
5)加入50g纯净水，加热搅拌至溶液温度恢复加水之前的温度；
6)依次将轻质氧化镁和氧化锌粉末少量多次加入反应釜中，继续加热搅拌至溶液透明；
7)加入50g纯净水，加热搅拌至溶液温度恢复加水之前的温度；
8)依次将氧化铜和氧化钇粉末加入反应釜中，继续加热搅拌至溶液透明；
9)将山梨糖醇加入反应釜中，继续加热搅拌至溶液透明；
10)加入最后50g纯净水，继续加热搅拌至溶液透明清澈，出料，得到山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂a。
使用方法：
将1500g石英砂、固化剂、37.5g山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂a搅拌均匀，然后倒入8字试样模具中，舂紧，吹入干燥的压缩空气2.5分钟，脱模，测试抗拉强度。
对比例2：
采用实施例1中的山梨糖醇改性磷酸盐粘结剂a：将1500g石英砂、固化剂、37.5g山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂a搅拌均匀，然后倒入8字试样模具中，舂紧，吹入未经脱湿处理的压缩空气5分钟，脱模，测试抗拉强度。
实施例2：
加入20g山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂(代号b)配比：85％工业磷酸338g、320目氢氧化铝粉末77.5g、硼酸12g、硅酸2g、轻质氧化镁8g、轻质氧化锌6g、氧化铜0.25g、纳米氧化钇0.25g、山梨糖醇20g、纯净水200g；
制备方法：
1)将磷酸加入反应釜中，开启搅拌器与加热器，缓慢加热至180-200℃；
2)将氢氧化铝粉末少量多次加入反应釜中，继续搅拌反应直至反应釜内溶液呈透明状；
3)加入50g纯净水，加热搅拌至溶液温度恢复加水之前的温度；
4)依次加入硼酸和硅酸粉末，继续加热搅拌至溶液透明；
5)加入50g纯净水，加热搅拌至溶液温度恢复加水之前的温度；
6)依次将轻质氧化镁和氧化锌粉末少量多次加入反应釜中，继续加热搅拌至溶液透明；
7)加入50g纯净水，加热搅拌至溶液温度恢复加水之前的温度；
8)依次将氧化铜和氧化钇粉末加入反应釜中，继续加热搅拌至溶液透明；
9)将山梨糖醇加入反应釜中，继续加热搅拌至溶液透明；
10)加入最后50g纯净水，继续加热搅拌至溶液透明清澈，出料，得到山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂b。
使用方法：
将1500g石英砂、固化剂、37.5g山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂b搅拌均匀，然后倒入8字试样模具中，舂紧，吹入干燥的压缩空气2.5分钟，脱模，测试抗拉强度。
对比例3：
使用方法：采用实施例2中的山梨糖醇改性磷酸盐粘结剂b：将1500g石英砂、固化剂、37.5g山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂b搅拌均匀，然后倒入8字试样模具中，舂紧，吹入未经脱湿处理的压缩空气5分钟，脱模，测试抗拉强度。
实施例3：
加入30g山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂(代号c)配比：85％工业磷酸338g、320目氢氧化铝粉末77.5g、硼酸12g、硅酸2g、轻质氧化镁8g、轻质氧化锌6g、氧化铜0.25g、纳米氧化钇0.25g、山梨糖醇30g、纯净水200g；
制备方法：
1)将磷酸加入反应釜中，开启搅拌器与加热器，缓慢加热至180-200℃；
2)将氢氧化铝粉末少量多次加入反应釜中，继续搅拌反应直至反应釜内溶液呈透明状；
3)加入50g纯净水，加热搅拌至溶液温度恢复加水之前的温度；
4)依次加入硼酸和硅酸粉末，继续加热搅拌至溶液透明；
5)加入50g纯净水，加热搅拌至溶液温度恢复加水之前的温度；
6)依次将轻质氧化镁和氧化锌粉末少量多次加入反应釜中，继续加热搅拌至溶液透明；
7)加入50g纯净水，加热搅拌至溶液温度恢复加水之前的温度；
8)依次将氧化铜和氧化钇粉末加入反应釜中，继续加热搅拌至溶液透明；
9)将山梨糖醇加入反应釜中，继续加热搅拌至溶液透明；
10)加入最后50g纯净水，继续加热搅拌至溶液透明清澈，出料，得到山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂c。
使用方法：
将1500g石英砂、固化剂、37.5g山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂c搅拌均匀，然后倒入8字试样模具中，舂紧，吹入经脱湿处理后的干燥空气2.5分钟，脱模，测试抗拉强度。
对比例4：
使用方法：采用实施例3中的山梨糖醇改性磷酸盐粘结剂c：将1500g石英砂、固化剂、37.5g山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂c搅拌均匀，然后倒入8字试样模具中，舂紧，吹入未经脱湿处理的压缩空气5分钟，脱模，测试抗拉强度。
从对比例1-4与实施例1-3中可以看出，加入山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂与未加入山梨糖醇改性的磷酸盐粘结剂相比较，砂样硬化即时强度与24小时强度，48小时强度，72小时强度，96小时强度，均有明显提升。压缩空气经脱湿处理后，吹气时间缩短了50％。
型砂性能测试
注：试验温度范围：10-25℃、湿度范围25-60％rh。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。