专利名称：一种硅溶胶粘结剂及其制造方法
技术领域：
本发明属于粘结剂复合材料及其制造方法，特别涉及一种用高聚物改性的硅溶胶及其制造方法。
随着环保要求越来越高，九十年代一些国家通过“降低空气中有机挥发物含量”的环保条例，促进了在熔模铸造业由醇基粘结剂向水基硅溶胶粘结剂的发展。九十年代杜邦公司研制出含高聚物的水基快干粘结剂，以消除制壳车间中存在的有机挥发物，并保持了与硅酸乙酯相当的生产效率，之后顺利在英国Rolls Royce公司投入实际生产应用。
但这类用高聚物改性的硅溶胶，往往是酸性的硅溶胶，如美国专利文献1992年6月2日(公开号为US 005118727A)公开的“一种含聚合物的硅溶胶稳定混合物”，文献记载了一种硅溶胶粘结剂，其包括硅溶胶溶液和PVA或甲基纤维素，并在pH值2.7～7.0下生成。但在实际应用中会出现以下问题酸性区域能保持硅溶胶与高聚物的稳定存在，但带来了应用中的许多不适。首先，现采用水基硅溶胶作粘结剂的熔模铸造厂家，所使用的硅溶胶其pH值一般在8.0～10.5，往往在9.0左右，使用粘结剂pH值的改变会引起很多使用习惯上的不适，另一方面，酸性硅溶胶往往会提高熔模铸造用耐火材料的性能要求，特别是纯度和浸出物要求。更为重要的是，该专利提及的对硅溶胶进行高要求的酸化、去离子化和金属离子表面改性，既会带来工艺上的繁琐，更会带来成本的上升和售价的提高，限制了其推广和应用。
当然，改性硅溶胶粘结剂还可用于熔模铸造之外的一些领域，而酸性硅溶胶会限制在一些领域的应用。
本发明通过下述技术方案实现一种硅溶胶粘结剂，其成分含有碱性硅溶胶，PVA或改性淀粉或改性纤维素。
上述硅溶胶粘结剂的制造方法先配制PVA或改性淀粉或改性纤维素的水溶液；再准备碱性硅溶胶溶液；然后混合上述两种溶液，并使之均匀，即得到本发明所述的硅溶胶粘结剂。
采用了上述技术方案，一方面由于本发明的硅溶胶粘结剂是碱性的，适应熔模铸造厂家的使用习惯，而且本发明的硅溶胶粘结剂中含有PVA或改性淀粉或改性纤维素，硅溶胶粘结剂在熔模铸造行业应用中能加快干燥速度，提高熔模铸造时型壳的湿强度，降低残留强度，经试验证明，本发明的硅溶胶粘结剂可缩短熔模铸造制壳层间干燥时间至普通硅溶胶的1/3～1/2，而相应湿强度可提高20％以上，残留强度降低20％以上。另一方面，本发明的硅溶胶粘结剂可用碱性硅溶胶直接加入PVA或改性淀粉或改性纤维素的水溶液制得，工艺简单，生产成本低。
实施例2一种硅溶胶粘结剂，其成分含有碱性硅溶胶，PVA或改性淀粉或改性纤维素，所述硅溶胶粘结剂其酸碱度为pH值在7.5～10.0。
实施例3一种硅溶胶粘结剂，其成分含有碱性硅溶胶，PVA或改性淀粉或改性纤维素，所述硅溶胶粘结剂中SiO2含量为5～35％，最好为15～30％。
实施例4一种硅溶胶粘结剂，其成分含有碱性硅溶胶，PVA或改性淀粉或改性纤维素，所述PVA或改性淀粉或改性纤维素的含量不高于5％。二、硅溶胶粘结剂的制造方法(1)PVA或改性淀粉或改性纤维素水溶液的制备。PVA或改性淀粉或改性纤维素溶于水的速度一般较慢，可以在连续搅拌情况下，用热水溶解。溶解后一般需冷却至室温或近室温备用。
(2)碱性硅溶胶的准备。常规普通硅溶胶均可满足本发明要求，其指标一般为SiO2含量在10～40％，最高达50％，pH值在8.5～10.5，较高在9.5～10.5，如果pH值太高，可适当调整pH值。调整幅度往往需根据产品要求而定。如初始碱性硅溶胶的pH值已达到硅溶胶粘结剂要求，也可以不作调整，即使在较高的pH值时也是这样。同样，即使初始硅溶胶的pH值已较低，但如不符合成品要求的酸碱度也需作相应调整。
当然，在本专利实施过程中，调整pH值可以在初始碱性硅溶胶中直接调整，也可在碱性硅溶胶与PVA或改性淀粉或改性纤维素水溶液混合后进行调整，调整的方法与工艺是完全一样的。
调整pH值可用离子交换树脂按常规方法实现。可以是固定床交换柱法，也可以用动态法。离子交换树脂在使用前用酸(如稀HCl、稀H2SO4)或盐溶液处理。这里的盐溶液是指含+2价、+3价金属离子的可溶性盐溶液。离子交换树脂使用方法可参考有关书籍。
(3)混合。把上述二步制得的碱性硅溶胶和PVA或改性淀粉或改性纤维素溶液在搅拌下混合即行，混合的次序以在搅拌的硅溶胶中慢慢加入高聚物为好，混合后硅溶胶粘结剂如果SiO2含量和PVA或改性淀粉或改性纤维素含量过高，可以通过添加蒸馏水来稀释。
在实际应用中，可通过调整碱性硅溶胶溶液中SiO2含量，PVA或改性淀粉或改性纤维素水溶液的浓度，以及一定的蒸馏水量，根据成品要求计算加入即可。
实施例1取PVA10g，用90g水在90～95℃下搅拌约0.5～1.0小时，可得到10％的PVA溶液100g，冷却至室温备用。取一种SiO2含量为30％，pH值为8.5左右的碱性硅溶胶100g，如上虞宇达化工公司FS-30硅溶胶。直接把高聚物水溶液加入到碱性硅溶胶中，便可得到硅溶胶粘结剂200g，其SiO2含量为15％，PVA为5.0％，pH值为8.5左右，实施例2
在实施1中，不改变所有物料和步骤，其碱性硅溶胶的pH值为7.5左右或10.0左右，可得到硅溶胶粘结剂200g，其SiO2含量为15％，PVA为5.0％，pH值为7.5左右或10.0左右。
实施例3按实施例1～2，改变使用碱性硅溶胶SiO2含量为20％或更低，可得到硅溶胶粘结剂，其SiO2含量为10％或更低，PVA％为5.0％，pH值为8.5或7.5或10.0。
实施例4在实施例1～3中不改变硅溶胶量，调整10％PVA溶液量为25g或5.5g，可得到硅溶胶粘结剂，其SiO2含量为15～28％或更低，PVA％为2.0％或0.5％，pH值为8.5或7.5或10.0。
实施例5在实施例1～4中，改变PVA为改性淀粉或改性纤维素，可得到硅溶胶粘结剂，其SiO2含量为10～28％，改性淀粉或改性纤维素含量为0.5～5.0％，pH值为8.5或7.5或10.0。
实施例6取PVA10g，用90g水在90～95℃下搅拌约0.5～1.0小时，可得到10％的PVA溶液100g，冷却至室温备用。取一种SiO2含量为35％的碱性硅溶胶，用经5-6％稀HCl处理过已用蒸馏水洗至中性的离子交换树脂处理，至pH为8.5。取该溶液100g，在连续搅拌下慢慢加入前面配好的100gPVA溶液。混合后得到硅溶胶粘结剂200g，其SiO2含量为17.5％，PVA％为5.0％，pH值约8.5。
实施例7在实施6中，不改变所有物料和步骤，改变树脂处理后碱性硅溶胶pH值为7.5或10.0，可得到硅溶胶粘结剂200g，其SiO2含量为17.5％，PVA为5.0％，pH值为7.5或10.0。
实施例8在实施例6～7中，用5～6％稀H2SO4替代5～6％稀HCl处理树脂，可得到硅溶胶粘结剂，其SiO2含量为17.5％，PVA％为5.0％，pH为8.5或7.5或10.0。
实施例9在实施例8中，用5～6％AlCl3或CaCl2或FeSO4或Fe2(SO4)3溶液代替稀H2SO4处理树脂，可得到硅溶胶粘结剂，其SiO2含量为17.5％，PVA％为5.0％，pH值为8.5或7.5或10.0。当然，如果单用盐溶液处理过的树脂调整碱性硅溶胶pH值太慢，可在盐溶液初步处理后再用稀H2SO4或稀HCl处理过的树脂处理调整pH值至要求值。
实施例10按实施例6～9，改变使用碱性硅溶胶SiO2含量为30％的硅溶胶，可得到硅溶胶粘结剂，其SiO2含量为15％，PVA％为5.0％，pH值为8.5或7.5或10.0。
实施例11在实施例6～9中，改变使用的碱性硅溶胶SiO2含量为20％或更低，可得到硅溶胶粘结剂，其SiO2含量为10％或更低，PVA％为5.0％，pH值8.5或7.5或10.0。
实施例12在实施例6～11中不改变硅溶胶量，调整10％PVA溶液量为25g，可得到硅溶胶粘结剂，其SiO2含量为15～28％，PVA％为2.0％，pH值为8.5或7.5或10.0。
实施例13在实施例6～11中，调整10％PVA溶液为5.5g，可得到硅溶胶粘结剂，其SiO2含量为15～30％，PVA％为0.5％，pH值为8.5或7.5或10.0。
实施例14在实施例6～13中，改变PVA为改性淀粉或改性纤维素，可得到硅溶胶粘结剂，其SiO2含量为10～30％，改性淀粉或改性纤维素含量为0.5～5.0％，pH值为8.5或7.5或10.0。
实施例15实施例6～14中，调整硅溶胶pH值的步骤也可以在碱性硅溶胶与高聚物水溶液混合后进行，其操作方法与工艺不变，这样可得到硅溶胶粘结剂，其SiO2含量为10～30％，PVA或改性淀粉或改性纤维素含量为0.5～5.0％，pH值为7.5～10.0。
实施例16当硅溶胶应用于熔模铸造时，即使少量高聚物加入也可大大提高硅溶胶粘结剂性能。根据实施例4～5和实施例14～15的步骤，加入的PVA或改性淀粉或改性纤维素10％溶液为1g，可得到硅溶胶粘结剂，其SiO2含量为10～35％，高聚物含量为0.1％，pH为7.5～10.0。
权利要求
1.一种硅溶胶粘结剂，其特征在于其成分含有碱性硅溶胶，PVA或改性淀粉或改性纤维素。
2.根据权利要求1所述的硅溶胶粘结剂，其特征在于所述硅溶胶粘结剂其酸碱度为pH值在7.5～10.0。
3.根据权利要求1所述的硅溶胶粘结剂，其特征在于所述硅溶胶粘结剂中SiO2含量为5～35％，最好为15～30％。
4.根据权利要求1所述的硅溶胶粘结剂，其特征在于所述PVA或改性淀粉或改性纤维素的含量不高于5％。
5.前面所述硅溶胶粘结剂的制造方法a.配制PVA或改性淀粉或改性纤维素的水溶液；b.准备碱性硅溶胶溶液；c.混合a、b两种溶液，并使之均匀。
6.根据权利要求5所述硅溶胶粘结剂的制造方法，其特征在于所述硅溶胶粘结剂需经过pH值调整处理，所述pH值调整处理可在所述碱性硅溶胶溶液中直接调整或在所述a、b两种溶液混合后调整。
7.根据权利要求6所述硅溶胶粘结剂的制造方法，其特征在于所述调整pH值是通过加入离子交换树脂。
8.根据权利要求7所述硅溶胶粘结剂的制造方法，其特征在于所述离子交换树脂是经稀盐酸或稀硫酸处理后的树脂。
9.根据权利要求7所述硅溶胶粘结剂的制造方法，其特征在于所述离子交换树脂是经+2价或+3价金属离子的可溶性盐溶液处理的树脂。
10.根据权利要求9所述硅溶胶粘结剂的制造方法，其特征在于所述+2价或+3价金属离子的可溶性盐是AlCl3或CaCl2或Fe2(SO4)3或FeSO4。
全文摘要
本发明公开了一种用PVA或改性淀粉或改性纤维素改性的硅溶胶粘结剂及其制造方法。其成分含有碱性硅溶胶，PVA或改性淀粉或改性纤维素。其制造方法为先配制PVA或改性淀粉或改性纤维素的水溶液；再准备碱性硅溶胶溶液；然后混合上述两种溶液，并使之均匀，即得到本发明所述的硅溶胶粘结剂。由于本发明的硅溶胶粘结剂是碱性的，所以可以在不改变熔模铸造企业工艺习惯的情况下，提高制壳干燥速度、提高型壳湿强度、降低残留强度。同时，本发明工艺简单、制造成本较低，因此可为熔模铸造企业提供一种低成本的优质粘结剂。
文档编号C09J101/00GK1414054SQ02131750
公开日2003年4月30日 申请日期2002年9月16日 优先权日2002年9月16日
发明者章浩龙 申请人:章浩龙