本发明申请涉及覆膜砂制备技术领域，具体涉及一种覆膜砂的制备工艺。
背景技术：
树脂覆膜砂是一种精密铸造用的砂型主要材料之一，从上世纪40年代德国工程师发明此项技术以来，均采用酚醛树脂为粘结剂与六次甲基四胺为潜伏性固化剂配合使用的基本技术特征，解决了精密铸件的高效大规模高效生产的问题，使得现代工业得以长足的发展，树脂覆膜砂的骨料为耐高温无机天然石英砂或人工砂，骨料表面裹覆了一层有机高分子树脂的铸造材料。随着铸造行业的绿色环保性的要求越来越高，由于覆膜砂中含有的乌洛托品固化剂，在制芯时随着树脂加热固化而发生的物理化学过程中，会向作业环境大量排放如氨气等的有害物质，严重地污染工作环境，给操作工人的身体带来严重的危害，76ppm的氨气对人的粘膜有刺激；当浓度达到300ppm时，粘膜表面会产生损伤；如果浓度更高，则会引起眼睑浮肿、咳嗽、呼吸困难和呕吐等症状，甚至引起细支气管和肺泡充血、浮肿、出血及肺气肿等疾病，长期低浓度的氨气也可引起慢性肺部疾病。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种覆膜砂的制备工艺，采用该工艺制备的覆膜砂在使用过程中可以减少氨气的排放，降低覆膜砂应用中对劳工产生的不适感。
为达到上述目的，本发明的基础方案如下：一种覆膜砂的制备工艺，包括如下步骤：
(1)准备如下质量份数的原材料：骨料7000-9000份、酚醛树脂55-220份、改性乌洛托品溶液0.03-0.27份、固化剂0.09-1.6份和钙粉7-14份；
(2)将骨料原砂加热至130～150℃；
(3)加入环保型酚醛树脂，混制20～30s；
(4)制备改性乌洛托品溶液：
(5)骨料温度降低至110℃时，加入改性后的乌洛托品溶液混制40～60s；
(6)吹冷风降温，时间为40～60s；
(7)加入钙粉，混制时间10～20s；
(8)第一次过筛：进入冷却器中冷却至30～50℃；
(9)第二次过筛；
(10)制备覆膜砂：将覆膜砂进行包装。
其中，改性乌洛托品溶液的制备方法包括以下步骤：
(1)配置乌洛托品水溶液：将乌洛托品配置成质量浓度为25-33％的乌洛托品水溶液；
(2)搅拌：将步骤(1)中乌洛托品水溶液放置到桨式搅拌器中进行搅拌，搅拌器的转速为10-60r/min；
(3)加入改性物：在搅拌的同时加入改性物，同时对乌洛托品溶液的ph值进行监测；
(4)调节ph:当乌洛托品溶液的ph为8.45-8.75时，停止加入改性物；并继续搅拌5-10min。
采用本方案的工作原理和有益效果在于：发明人发现酚醛树脂覆膜砂使用的酚醛树脂通常都是热塑性酚醛树脂，这类树脂一般是在强酸或中等ph值下催化，通过苯酚及其衍生物与甲醛或其衍生物反生缩合反应集合而成。这类树脂制备而成的树脂覆膜砂，需要添加六次甲基四胺作为潜伏性固化剂，制成的树脂覆膜砂表面的树脂膜具有热固性酚醛树脂特性，当覆膜砂应用时被加热便可以固化固结成铸造用砂芯，原来存在于六次甲基四胺中的氮有66～77％已最终化学结合于固化的产物中，也即意味着每个六次甲基四胺分子失去一个氮原子，固化时释放出氨(nh3)气。
本方案制备的覆膜砂根据树脂覆膜砂树脂膜体中所含有在合成时未完全去除的低分子残留组分的醛类、酚类在热固化过程中会发生环境排放，使用具有能与该类物质发生热化学反应或吸附的物质使得树脂覆膜砂在应用时的高温环境中排放量降低，获得减少刺激性气体排放的效果。利用本方案采用的对这些敏感刺激性气相物具有可反应性的物质使得排放到工场环境空气中的残余voc物质，从覆膜砂受热固化反应发生产生时直至排放到环境空气中的全过程均可相互反应被除去，进一步补充降低树脂覆膜砂在应用过程中的对劳工产生的不适味感效果。在制备时采用两次过筛，第一次过筛初次降温、分散进入冷却器；第二次过筛，除去细末及较粗的杂质。
进一步，步骤(1)准备如下质量份数的原材料：骨料7200-8700份、酚醛树脂60-210份、改性乌洛托品溶液0.03-0.27份、固化剂0.09-1.6份和钙粉7-14份。发明人经过多次试验发现采用上述组分的原材料制备的覆膜砂排放的氨气最少。
进一步，步骤(1)准备如下质量份数的原材料：骨料7400-8600份、酚醛树脂70-200份、改性乌洛托品溶液0.03-0.27份、固化剂0.09-1.6份和钙粉8-12份。发明人经过多次试验发现采用上述组分的原材料制备的覆膜砂排放的氨气最少。
进一步，步骤(1)准备如下质量份数的原材料：骨料7500-8500份、酚醛树脂80-180份、改性乌洛托品溶液0.03-0.27份、固化剂1-1.5份和钙粉8-12份。发明人经过多次试验发现采用上述组分的原材料制备的覆膜砂排放的氨气最少。
进一步，所述改性乌洛托品溶液由以下质量分数的原材料制成：乌洛托品溶液和改性物，其中改性物包括纳米级氧化物、生物质酸、生物醛酮类化合物、生物表面活性剂和植物芳香化合物。
进一步，所述改性物包括纳米级氧化物、生物质酸、生物醛酮类化合物、生物表面活性剂和植物芳香化合物的任一种或上述组分的任意比。发明人经过多次试验发现采用上述组分的原材料制备的覆膜砂排放的氨气最少。
进一步，改性乌洛托品溶液的制备方法中，加入的改性物的质量份数为2-12份。
进一步，步骤(2)中将骨料原砂加热至130～150℃。
进一步，步骤(5)中混制时间为50s。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
一种覆膜砂的制备方法，包括如下步骤：
(1)准备如下质量份数的原材料：骨料7000-9000份、环保型酚醛树脂55-220份、改性乌洛托品溶液0.03-0.27份、固化剂0.09-1.6份和钙粉7-14份；
(2)将骨料原砂加热至130～150℃
(3)加入环保型酚醛树脂，混制20～30s
(4)制备改性乌洛托品溶液：
(5)骨料温度降低至110℃，加入改性后的乌洛托品溶液混制40～60s；
(6)吹冷风降温，时间为40～60s；
(7)加入钙粉，混制时间10～20s；
(8)第一次过筛：进入冷却器中冷却至30～50℃；
(9)第二次过筛：
(10)制备覆膜砂：将覆膜砂进行包装。
其中，改性乌洛托品溶液的制备方法如下：
(1)配置乌洛托品水溶液：将乌洛托品配置成质量浓度为25-33％的乌洛托品水溶液；本步骤中的配置温度不高于100℃，优选常温；
(2)搅拌：将步骤(1)中乌洛托品水溶液放置到桨式搅拌器中进行搅拌，搅拌器的转速为10-60r/min；
(3)加入改性物：在搅拌的同时加入改性物，同时对乌洛托品溶液的ph值以及折光率进行监测；
(4)调节ph:当乌洛托品溶液的ph为8.45-8.75时，停止加入改性物；并继续搅拌5-10min。
其中，改性物的ph值为2.5～3.5，其中含有纳米级氧化物(包括氧化锌、氧化铝、氧化铁、氧化硅等)、生物质酸(包括柠檬酸、醋酸、枸杞酸、乳酸、蚁酸、月桂酸、葡萄糖二酸等)、生物醛酮类化合物(包括香草醛、乙二醛、葡萄糖、甘草醛、紫罗兰酮、甲基正戊基酮、丁香酮、桉叶油等)、生物表面活性剂(包括两性表面活性剂甜菜碱、吐温80等)、植物芳香化合物(包括百里香酚、乙酸沉香酯、丁香油酚、乙酰丁香油酚、b-石竹烯，水杨酸甲酯、葎草烯、衣兰烯、丁香油酚)。
本实施例中所用骨料为石英砂。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中改性乌洛托品溶液的ph为8.5，折光率为1.4145，骨料为7200份、酚醛树脂为60份，钙粉为8份。
实施例三
本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中改性乌洛托品溶液的ph为8.8，折光率为1.4105；骨料为8700份、酚醛树脂为210份、钙粉为14份，固化剂为1份。
实施例四
本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中改性乌洛托品溶液的ph为8.8，折光率为1.4205；骨料为7400份、酚醛树脂为70份，固化剂为1.5份。
实施例五
本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中改性乌洛托品溶液的ph为8.8，折光率为1.3950；骨料为8500份、酚醛树脂为180份。
将实施例1中制备的低臭覆膜砂与普通覆膜砂(其固化剂为未改性的乌洛托品)的性能指标对比得到表1：
表1
从表1可以看出，本方案制备的覆膜砂的各项指标中除强度略低(热弯低8％，冷弯低1.7％)，发气略高(2.2％)以外，其他数据均优于传统覆膜砂产品，特别是在几种恶臭气体的排放上降低明显，其中游离氨降低70.2％，游离酚降低49.8％，游离醛降低54.4％；同时，臭气浓度指标明显降低，在很大程度上降低了对人的感官刺激。
本方案制备的覆膜砂根据树脂覆膜砂树脂膜体中还所含有在合成时未完全去除的低分子残留组分的醛类、酚类在热固化过程中会发生环境排放，使用具有能与该类物质发生热化学反应或吸附的物质使得树脂覆膜砂在应用时的高温环境中的排放量降低，获得减少刺激性气体的排放效果。利用本方案采用的对这些敏感刺激性气相物具有可反应性的物质使得排放到工场环境空气中的残余voc物质，从覆膜砂受热固化反应发生产生时直至排放到环境空气中的全过程均可相互反应被除去，进一步补充降低树脂覆膜砂在应用过程中的对劳工产生的不适味感效果。环保型酚醛树脂在反应过程后，游离酚、游离醛及voc的排放量更低。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以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以用于解释权利要求的内容。