專利名稱：鑄造用水玻璃化學改性劑及其制備方法和用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及鑄造技術領域，特別是涉及鑄造用水玻璃化學改性劑及改性工藝 和用途。
背景技術：
水玻璃砂是當前鑄造生產中主要應用的造型材料之一。與其它型砂相比，用 它造型具有無(或少)粉塵污染、無毒害、型砂流動性好、易緊實、勞動強度低、操作簡便、 能耗低、硬化強度高、尺寸精度好等優點。但在目前國內的一些鑄造廠中，由于用于鑄造的 水玻璃質量良莠不一，不得不依靠提高水玻璃加入量來保證砂型的強度，從而導致出現型砂 殘留強度高、潰散性差、舊砂回用性差等技術問題。此外，水玻璃還存在因放置時間延長出 現凝膠化使粘結性能下降的"老化"現象。因而，自上個世紀80年代以來，國內外都在注重 水玻璃改性的研究，以達到提高水玻璃粘結力、在保證鑄型強度的前提下減少水玻璃加入量、 消除或延緩老化現象出現等目的。但單一的改性劑往往只能改善水玻璃特性的某一方面。發 展組合型改性劑是全面提升水玻璃粘結能力的有效方法之一
發明內容
為解決水玻璃砂水玻璃加入量大、型砂殘留強度高的問題，本發明提供一種 可有效提高水玻璃粘結力、延緩水玻璃老化現象出現的水玻璃改性劑組成配方、制備工藝步 驟及用途。
為了實現上述目的，本發明提供以下技術方案
鑄造用水玻璃化學改性劑，其特征是其組成物包含有羧甲基纖維素鈉、聚乙烯烷基醇醚、 聚丙烯酰胺和糊精，各組成物成份含量以水玻璃相對質量計^，分別為羧甲基纖維素鈉0. 1%
一1%，聚乙烯烷基醇醚0. 1%—1%，聚丙烯酰胺0. 1%—1%，糊精0. 1%—1°/0。
鑄造用水玻璃化學改性劑組成物由以下物質組成羧甲基纖維素鈉、聚乙烯烷基醇醚、 聚丙烯酰胺、糊精、磷酸氫二鉀、烷基磺酸鈉及納米蒙脫土，各組成物成份含量以水玻璃相 對質量計算，分別為羧甲基纖維素鈉0. 1%—1%,聚乙烯垸基醇醚0. 1%—1%，聚丙烯酰胺0. 1%
一1%，糊精0. 1%—1%，磷酸氫二鉀1%-8%、烷基磺酸鈉0.1%—1%,納米蒙脫土 1%-6%。所述的烷基磺酸鈉為十二垸基硫酸鈉。應用于鑄造用C02或有機脂硬化水玻璃型砂處理。
鑄造用水玻璃化學改性劑的制備方法，其特征在于包含以下工藝步驟將羧甲基纖維素 鈉、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精溶于適量蒸餾水或去離子水中，同時進行加熱和攪
拌，至沸騰后繼續加熱20—40分鐘，停止加熱冷卻到室溫，得到水玻璃化學改性劑，為無色
半透明粘稠狀液體。
一種鑄造用有機改性水玻璃，其特征是其組成物包含有羧甲基纖維素鈉、聚乙烯垸基醇
醚、聚丙烯酰費安和糊精，各組成物成份含量以水玻璃相對質量計算，分別為羧甲基纖維素
鈉0. 1%—1%，聚乙烯烷基醇醚0. 1%—1%,聚丙烯酰胺0. 1%—1%,糊精0. 1%—1%， 100%普通鑄造
水玻璃。鑄造用有機改性水玻璃的制備方法，其特征在于包含以下工藝步驟
① .將羧甲基纖維素鈉、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精溶于適量蒸餾水或去離子
水中，同時進行加熱和攪拌，至沸騰后繼續加熱20_40分鐘，停止加熱冷卻到室溫，得到有 機復合改性劑，為無色半透明粘稠狀液體。
② .將歩驟①獲得的水玻璃化學改性劑，按l: 2 5的質量比加入普通鑄造用水玻璃中，
加熱并攪拌，沸騰20 40分鐘后冷卻到室溫，獲得有機改性水玻璃，為棕褐色粘稠液體。
一種鑄造用化學復合改性水玻璃，其特征是其組成物由以下物質組成羧甲基纖維素鈉、
聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精、磷酸氫二鉀、烷基磺酸鈉及納米蒙脫土，各組成物成
份含量以水玻璃相對質量計算，分別為羧甲基纖維素鈉0.1%—1%，聚乙烯垸基醇醚0.1% —
1%,聚丙烯酰胺0. 1%—1%,糊精0.1%—1%,磷酸氫二鉀1°/。_8%、烷基磺酸鈉0. 1%—1%，納米蒙脫 土 1%-6%， 100%普通鑄造水玻璃。鑄造用化學復合改性水玻璃的制備方法，其特征在于包含
以下工藝步驟
① .將羧甲基纖維素鈉、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精溶于適量蒸餾水或去離子
水中，同時進行加熱和攪拌，至沸騰后繼續加熱20—40分鐘，停止加熱冷卻到室溫，得到水 玻璃化學改性劑，為無色半透明粘稠狀液體。
② .將步驟①獲得的有機復合改性劑，按1: 2 5的質量比加入普通鑄造用水玻璃中，加熱并攪拌，沸騰20 40分鐘后冷卻到室溫，獲得的有機改性水玻璃，為棕褐色粘稠液體。
③.將步驟②獲得的粘稠液體表面的致密膜去除，加入無機組成物磷酸氫二鉀1% 8%、 十二烷基硫酸鈉或垸基磺酸鈉0. 1% 1%,納米蒙脫土1% 6%，在室溫下攪拌1 2小時，獲得 化學復合改性水玻璃。
用于鑄造水玻璃砂的化學改性劑，其特殊之處是其組成物本質上包含羧甲基纖維素鈉、 聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精(可用小麥落地面粉代替)等四種有機物。在此基礎上， 還可另外包含磷酸氫二鉀、十二垸基硫酸鈉(或垸基磺酸鈉)及納米蒙脫土三種無機物。該 改性劑成分中，各組成物成份含量以水玻璃相對質量計算，分別為羧甲基纖維素鈉0.1%— 1%,聚乙烯烷基醇醚0. 1%—1%，聚丙烯酰胺0. 1%—1%，糊精0. 1%—1%，磷酸氫二鉀1%-8%、十二 垸基硫酸鈉(或烷基磺酸鈉)0. 1%—1%,納米蒙脫土1%-6% (此處水玻璃含量的意義是以水 玻璃質量為100%，然后來計算其它物質加入量。如IOO克水玻璃，則加入羧甲基纖維素鈉O. 1-1 克，其余類推。
用于鑄造水玻璃砂的化學改性工藝及用途，其特殊之處是
① .將羧甲基纖維素鈉、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精溶于適量蒸餾水或去離子
水中，同時進行加熱和攪拌。至沸騰后繼續加熱20—40分鐘，停止加熱冷卻到室溫，得到有 機復合改性劑，即鑄造用水玻璃化學改性劑，為無色半透明粘稠狀液體。
② .將步驟①獲得的有機復合改性劑，按1: 2—5的質量比加入普通鑄造用水玻璃中， 加熱并攪拌，沸騰20—40分鐘后冷卻到室溫。獲得有機改性水玻璃，為棕褐色粘稠液體。獲 得的有機改性水玻璃，可按造型用砂質量的3%—8%加入量，直接用于配制型砂。或者按下面 步驟③進行進一步改性。
③ .將步驟②獲得的粘稠液體表面的致密膜去除，加入無機組成物磷酸氫二鉀1%-8%、十 二烷基硫酸鈉(或烷基磺酸鈉)0.1%—1%，納米蒙脫土 1%-6%，在室溫下攪拌l一2小時，獲 得化學復合改性水玻璃。
步驟②獲得的有機改性水玻璃，或步驟③獲得的化學復合改性水玻璃，按造型用砂質量的3%_8%加入量，應用普通水玻璃砂混制工藝進行混砂。
以上經步驟①獲得有機復合改性劑；經步驟①、②可獲得有機改性水玻璃；經步驟①、 ②、③可獲得化學復合改性水玻璃
根據上述步驟①、②、③制備和處理后的改性水玻璃，可應用于配制鑄造用C02或有機脂 硬化水玻璃型砂。與普通水玻璃相比，當應用于C02硬化砂時，在水玻璃加入量均為5°/。型砂 質量時，可以提高型砂即時強度80—120%、濕強度120—165%、 24小時強度50—80%和烘干 強度30—50%，并降低殘留強度40—60%。應用于有機脂硬化砂時，在水玻璃加入量均為4% 時，可以提高型砂濕強度20—40%，干強度30—45%，并降低殘留強度40—60%。或在保證型 砂使用強度要求的前提下，降低水玻璃砂的絕對加入量1一3個百分點。并可以有效地降低型 砂的殘留強度，從而改善型砂潰散性。
本發明的鑄造用水玻璃化學改性劑具有合成工藝簡單方便的優點，鑄造生產廠家可按各 種改性劑的配比量自行配制，合成的復合改性劑無須與專用水玻璃配合，使用時與當地普通 水玻璃以1 : 2—5比例混合均勻，即可得到改性水玻璃。適用于多種環境條件和不同造型生 產線上的鑄造水玻璃硬化砂。本發明改變了傳統單一改性劑思想，采用復合改性技術，將有 機、無機、表面活性及納米粒子改性劑復合成一體，綜合發揮各種改性劑的效果，可明顯改 善鑄造用水玻璃砂的使用性能。在鑄造生產中具有一定的市場前景。
本發明的保護范圍不局限于上述的情況，只要是涉及到本發明的有機復合改性劑，即鑄 造用水玻璃化學改性劑，均在本發明的保護之內。
具體實施方式
下面將結合實施例進一步說明本發明的實質。 實施例一
以2g羧甲基纖維素鈉、2g聚乙烯垸基醇醚、1. 5g聚丙烯酰胺、lg糊精溶入300ml水中， 加熱并攪拌，沸騰30分鐘后停止加熱，攪拌冷卻后以1 : 3.5的質量比與普通水玻璃混合， 加熱攪拌，沸騰30分鐘后停止加熱，冷卻至室溫，得到棕褐色改性水玻璃；以型砂質量4% 加入量混砂。制樣后測定其性能為濕抗拉強度0. 208MPa， 24小時抗拉強度0. 356MPa，分別比用普通水玻璃混制的型砂提高15. 6%和21. 7%; 800。C灼燒后殘留強度0. 164MPa，比用普 通水玻璃混制的型砂降低31. 7%。 實施例二
以2g羧甲基纖維素鈉、L5g聚乙烯烷基醇醚、lg聚丙烯酰胺、lg糊精溶入300ml水中， 加熱并攪拌，沸騰30分鐘后停止加熱，攪拌冷卻后以1:4的質量比與普通水玻璃混合，加 熱攪拌，沸騰30分鐘后停止加熱，冷卻至室溫，得到棕褐色改性水玻璃；以型砂質量4%加 入量混砂。制樣后測定其性能為濕抗拉強度0. 224MPa， 24小時抗拉強度0. 325MPa，分別 比用同量普通水玻璃混制的型砂提高26. 6%和16. 1%; 80(TC灼燒后殘留強度0. 141MPa，比用 普通水玻璃混制的型砂降低41. 2%。
實施例三
以2g羧甲基纖維素鈉、2g聚乙烯烷基醇醚、1. 5g聚丙烯酰胺、lg糊精溶入300ml水中， 加熱并攪拌，沸騰30分鐘后停止加熱，攪拌冷卻后以1:3.5的質量比與普通水玻璃混合， 加熱攪拌，沸騰30分鐘后停止加熱，冷卻至室溫，得到棕褐色改性水玻璃溶液；去掉該溶液 表面的致密凝膠膜，加入55g磷酸氫二鉀，2g十二垸基硫酸鈉及14g納米蒙脫土，在室溫下 攪拌1小時，得到多重化學復合改性水玻璃。以型砂質量4%加入量混砂。制樣后測定其性能 為濕抗拉強度0. 252MPa， 24小時抗拉強度0. 414MPa，分別比用同量普通水玻璃混制的型 砂提高40. 0%和41. 9%; 800'C灼燒后殘留強度0. 092MPa，比用普通水玻璃混制的型砂降低 64. 7%。
權利要求
1. 一種鑄造用水玻璃化學改性劑，其特征是其組成物包含有羧甲基纖維素鈉、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺和糊精，各組成物成份含量以水玻璃相對質量計算，分別為羧甲基纖維素鈉0.1％-1％，聚乙烯烷基醇醚0.1％-1％，聚丙烯酰胺0.1％-1％，糊精0.1％-1％。
2、 一種鑄造用水玻璃化學改性劑，其特征是其組成物由以下物質組成羧甲基纖維素 鈉、聚乙烯垸基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精、磷酸氫二鉀、垸基磺酸鈉及納米蒙脫土，各組成 物成份含量以水玻璃相對質量計算，分別為羧甲基纖維素鈉0. 1%—1%，聚乙烯烷基醇醚0. 1%_1%,聚丙烯酰胺0. 1%—1%，糊精0. 1%—1%，磷酸氫二鉀1%_8°/。、烷基磺酸鈉0. 1%—1%， 納米蒙脫土 1%_6%。
3、 如權利要求2所述的鑄造用水玻璃化學改性劑，其特征是所述的烷基磺酸鈉為十二垸基硫酸鈉。
4、 如權利要求1或2所述的鑄造用水玻璃化學改性劑，其特征在于應用于鑄造用C02 或有機脂硬化水玻璃型砂處理。
5、 一種鑄造用水玻璃化學改性劑的制備方法，其特征在于包含以下工藝步驟將羧甲基纖維素鈉、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精溶于適量蒸餾水或去離子水中，同時進行加熱和攪拌，至沸騰后繼續加熱20—40分鐘，停止加熱冷卻到室溫，得到水玻璃化學改性 劑，為無色半透明粘稠狀液體。
6、 一種鑄造用有機改性水玻璃，其特征是其組成物包含有羧甲基纖維素鈉、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺和糊精，各組成物成份含量以水玻璃相對質量計算，分別為羧甲基纖維素鈉0. 1%—1%,聚乙烯烷基醇醚0. 1%—1%,聚丙烯酰胺0. 1%—1%，糊精0. 1%—1%， 100%普 通鑄造水玻璃。
7、 一種鑄造用有機改性水玻璃的制備方法，其特征在于包含以下工藝步驟①.將羧甲基纖維素鈉、聚乙烯垸基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精溶于適量蒸餾水或去離子水中，同時進行加熱和攪拌，至沸騰后繼續加熱20_40分鐘，停止加熱冷卻到室溫，得到 有機復合改性劑，為無色半透明粘稠狀液體。②.將步驟①獲得的水玻璃化學改性劑，按l: 2 5的質量比加入普通鑄造用水玻璃中，加熱并攪拌，沸騰20 40分鐘后冷卻到室溫，獲得有機改性水玻璃，為棕褐色粘稠液體。
8、 一種鑄造用化學復合改性水玻璃，其特征是其組成物由以下物質組成羧甲基纖維素鈉、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精、磷酸氫二鉀、垸基磺酸鈉及納米蒙脫土，各組成物成份含量以水玻璃相對質量計算，分別為羧甲基纖維素鈉O. 1%—1%，聚乙烯垸基醇醚0. 1%_1%,聚丙烯酰胺0. 1%—1%，糊精0. 1%—1%,磷酸氫二鉀1%-8%、烷基磺酸鈉0. 1%—1%， 納米蒙脫土線-6%， 100%普通鑄造水玻璃。
9、 一種鑄造用化學復合改性水玻璃的制備方法，其特征在于包含以下工藝步驟① .將羧甲基纖維素鈉、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精溶于適量蒸餾水或去離子 水中，同時進行加熱和攪拌，至沸騰后繼續加熱20—40分鐘，停止加熱冷卻到室溫，得到 水玻璃化學改性劑，為無色半透明粘稠狀液體。② .將步驟①獲得的有機復合改性劑，按l: 2 5的質量比加入普通鑄造用水玻璃中， 加熱并攪拌，沸騰20 40分鐘后冷卻到室溫，獲得的有機改性水玻璃，為棕褐色粘稠液體。③ .將步驟②獲得的粘稠液體表面的致密膜去除，加入無機組成物磷酸氫二鉀1% 8%、 十二垸基硫酸鈉或垸基磺酸鈉0. 1% 1%,納米蒙脫土 1% 6%，在室溫下攪拌1 2小時，獲 得化學復合改性水玻璃。
全文摘要
本發明提供了一種鑄造用水玻璃化學改性劑和制備方法，其組成物中包含水玻璃相對質量的0.1％-1％羧甲基纖維素鈉、0.1％-1％聚乙烯烷基醇醚、0.1％-1％聚丙烯酰胺、0.1％-1％糊精。在此基礎上，還可另外包含1％-8％磷酸氫二鉀、0.1％-1％十二烷基硫酸鈉(或烷基磺酸鈉)及1％-6％納米蒙脫土。制備方法是將有機組成物溶于水中，加熱攪拌，冷卻得到有機復合改性劑；將有機復合改性劑，按一定質量比加入水玻璃中，加熱攪拌，冷卻獲得有機改性水玻璃；在有機改性水玻璃中，加入無機組成物，均勻攪拌，獲得化學復合改性水玻璃。應用本發明的改性水玻璃可提高鑄型強度，改善型砂潰散性。制備的改性劑由于生產成本低，性能優異，因此具有很強的市場競爭能力和推廣應用價值。
文檔編號C08L3/02GK101259516SQ200810058329
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月25日 優先權日2008年4月25日
發明者方 張, 張希俊, 劍 談 申請人:昆明理工大學