[發明專利]一種水玻璃復合改性的方法以及改性水玻璃在型砂配置中應用的方法

無效

• 申請號: 200810200720.7
• 申請日: 2008-09-28
• 公開（公告）號: CN101376503A
• 公開（公告）日: 2009-03-04
• 發明（設計）人: 潘嘉祺;孫亞琴;陳麒忠;喬輝
• 申請（專利權）人: 上海應用技術學院
• 主分類號: C01B33/32
• 分類號: C01B33/32
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種水玻璃改性方法，更具體地說是涉及一種結合磁化改性和化學改性的水玻璃防老化復合改性方法。

背景技術

水玻璃砂是鑄造生產中應用最為廣泛的三大型砂之一，它與粘土砂、樹脂砂相比，具有明顯的特點。與粘土砂比較，水玻璃砂具有：型砂流動性好、易緊實、勞動強度低，操作簡便、能耗低、勞動條件好，型芯尺寸精度高、鑄件質量好、鑄件缺陷少等優點。與樹脂砂比較，水玻璃砂又具有：成本低、硬化速度快，生產現場無毒無味、勞動條件好等優勢。水玻璃砂作為粘結劑有很多獨特的優點，但同時也存在著很多不容忽視的致命缺陷。比如老化現象、落砂性能差(潰散性差)、舊砂再生和回用比較困難等等。水玻璃貯放于密閉的容器中，其模數和濃度不會發生變化，但許多性狀卻在貯放中不斷發生變化，如粘度、凝膠化值和硬化強度均隨時間而下降，唯有表面張力升高，表面張力的升高，使水玻璃對砂粒的潤濕性變差，這個現象即被稱作水玻璃的“老化現象”，其后果會使水玻璃的性狀變差。朱純熙等認為當水玻璃處于“介安狀態”，它自發釋放出能量，借以提高體系的穩定性；聚合度大的聚硅酸趨向于進一步聚合起來變成更大的分子，甚至成為膠粒；例如：鏈四硅酸——環四硅酸——立方八硅酸——硅酸膠粒，釋放出較多能量，并將多余H₂O和Na⁺離子排放到體系中；這些H₂O和Na⁺離子進攻低聚硅酸，促使其解聚，最終成為正硅酸四鈉，吸收較少能量；結果是水玻璃內的硅酸聚合度向二極分離，稱作“聚合度的歧化”，理論上最終變成正硅酸鈉與硅酸膠粒的混合分散體系，朱純熙等，“水玻璃砂基礎研究的最新進展”，中國機械工程，1998，10。所以防止老化是使用水玻璃的重要措施之一。

目前，防止水玻璃老化常采用的方法就是對水玻璃進行改性。水玻璃改性有兩種方法，即物理改性法和化學改性法。物理改性——即用強磁場、超聲波、微波、激光、電場或熱壓釜加熱，長時間回流加熱等方法對水玻璃進行改性。例如，對水玻璃進行磁化改性，在水玻璃流經管道的外側，設置一平行磁場，使管中流動的水玻璃通過磁場，經受磁場力的作用，結果使水玻璃砂的可使用時間延長25％左右，水玻璃粘結強度提高，水玻璃加入量降到2.5％左右，水玻璃砂的潰散性得到改善，但磁化效果在24小時后消失。化學改性包括無機材料改性(如多聚磷酸鹽、多聚鋁酸鹽)、有機材料改性(如粘多糖、聚丙烯酰胺)、硅酸復鹽改性(如硅酸鉀、硅酸鋰)等。典型的水玻璃化學改性劑加入量僅為0.2％～0.4％。已見報導的有二類化合物，第一類是高聚物，如聚丙烯酞胺、聚醚或胺基聚醚；第二類是表面活化劑，如硬脂酸鈉、表面活性劑II?C-PAC等。然而，對于水玻璃進行復合改性方面的研究尚未見諸報道。

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種液態水玻璃的復合改性方法，即先采用聚丙烯酰胺對水玻璃進行化學改性，后采用磁化對水玻璃進行物理改性；本發明所要解決的第二個技術問題是將上述改性水玻璃應用于型砂配置，應用本發明復合改性的水玻璃砂的強度有明顯提高。

本發明技術方案：一種水玻璃復合改性方法，其步驟為：將水玻璃與占水玻璃重量0.2％～0.4％的聚丙烯酰胺充分混合，然后將混合物放入到旋轉磁場發生器中進行磁化，所述旋轉磁場發生器特征為額定功率3KVA，三相50Hz電動機定子，輸入電壓50V，磁化15～60分鐘，放置12～24小時，從而完成液態水玻璃型的復合改性。

將上述權利要求1改性的水玻璃應用于型砂配置的方法，其步驟是：由舊砂70％(wt)、新砂30％(wt)組成原砂，以100份的原砂重量計，加入占水玻璃重量10％的有機酯，在碾輪式混砂機混合2～3分鐘，然后加入所述的改性水玻璃5重量份，繼續混合2～3分鐘，完成型砂配置，將型砂進行造型或制芯，24小時抗壓強度為0.15～2.10MPa，其中所述的有機酯由丙三醇二乙酸酯60％(wt)和丙三醇三乙酸酯40％(wt)組成。

本發明的有益效果，在同等條件下，采用化學改性水玻璃作為粘結劑的水玻璃砂的強度比普通水玻璃砂強度有明顯的提高，經化學改性后再經磁化改性的水玻璃作為粘結劑的水玻璃砂的強度比單純經化學改性的水玻璃砂的強度有所提高。而且，經過本發明改性的水玻璃砂經高溫后的強度大幅度的降低，表明潰散性的提高。

附圖說明

圖1是聚丙烯酰胺加入量對水玻璃砂抗拉強度性能的影響曲線圖；

圖2是磁化化學改性后的水玻璃對水玻璃砂抗拉強度的影響曲線圖；