[發明專利]一種水玻璃改性添加劑配方及其生產工藝與使用方法

有效

• 申請號: 201010210420.4
• 申請日: 2010-06-23
• 公開（公告）號: CN101885035A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: 孫魯洪;胡昊民
• 申請（專利權）人: 深圳市景鼎現代科技有限公司
• 主分類號: B22C1/02
• 分類號: B22C1/02
• 代理公司: 深圳市精英專利事務所 44242
• 代理人: 李新林

技術領域：

本發明涉及一種鑄造用造型材料的添加材料，尤其是一種鑄造用水玻璃的改性添加劑，還涉及一種該添加劑的生產工藝與使用方法。

背景技術：

水玻璃砂是鑄造生產中應用最為廣泛的型砂之一。水玻璃不但價格低廉，而且混砂、造型和澆注過程中都沒有有害氣體釋放出來。在環境保護越來越被重視的今天，水玻璃砂若能解決潰散性及舊砂回用再生兩大難題，有望成為鑄造生產中率先實現無公害化的一種型砂。為改善水玻璃的性能，通過往水玻璃中添加改性劑，藉以阻緩水玻璃的老化，增強粘結強度，并有利于改善潰散性。中國專利CN101259516A公開了一種鑄造用水玻璃化學改性劑和制備方法，其組成物包含羧甲基纖維素鈉、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精及磷酸氫二鉀、十二烷基硫酸鈉(或烷基磺酸鈉)、納米蒙脫土。將該改性劑加入普通水玻璃中制得改性水玻璃，雖然可提高砂型強度，改善型砂潰散性，但對于改性水玻璃舊砂的再生回用問題沒有提出解決的方法；而且其制備方法繁瑣，為使水玻璃改性需經多次加熱-冷卻工序，因此不適用于鑄件生產廠家的自行配制，實際使用時可操作性差。

發明內容：

本發明的水玻璃改性添加劑由苯乙烯-丙烯酸酯乳液、脲醛樹脂、季銨鹽和水組成，各組分的質量分數為40％～65％苯乙烯-丙烯酸酯乳液，0％～10％脲醛樹脂，0.1％～0.5％季銨鹽，25％～55％水。

優選的上述配方還可以為各組分的質量分數為50％～60％苯乙烯-丙烯酸酯乳液，0％～5％脲醛樹脂，0.3％～0.4％季銨鹽，35％～45％水。

所述苯乙烯-丙烯酸酯乳液的固含量40％～50％，黏度80～1500mPa·s，pH值8～9；脲醛樹脂的固含量＞50％，黏度250～400mPa·s，pH值7～8；季銨鹽為甲基三羥乙基甲基硫酸銨或二甲基十八烷基羥乙基硝酸銨。

本發明的水玻璃改性添加劑的制備工藝為：將苯乙烯-丙烯酸酯乳液、脲醛樹脂依次加入水中攪拌10～30min，再加入季銨鹽混合分散10～20min，得到水玻璃改性添加劑。

本發明用于CO₂硬化水玻璃砂的型砂配比(質量分數)：100％鑄造用砂，3.5％～5.0％普通水玻璃與改性添加劑的混合物，其中普通水玻璃與改性添加劑的質量比為100∶(3～12)；型砂混制工藝：將普通水玻璃與改性添加劑的混合物加入鑄造用砂在混砂機中混合均勻，出砂后造型制芯，并吹入CO₂氣體硬化。

本發明用于有機酯硬化水玻璃砂的型砂配比(質量分數)：100％鑄造用砂，0.16％～0.36％市售有機酯，2.0％～3.0％普通水玻璃與改性添加劑的混合物，其中普通水玻璃與改性添加劑的質量比為100∶(3～12)；型砂混制工藝：將市售有機酯加入鑄造用砂在混砂機中混合均勻，再加入普通水玻璃與改性添加劑的混合物繼續混合至均勻，出砂后即可造型制芯。

上述兩種水玻璃砂工藝中所述的鑄造用砂為新砂或回用砂或兩者的混合物，普通水玻璃為模數M＝2.1～2.4的水玻璃或模數M＝1.7～2.0的水玻璃或兩者的混合物；所述回用砂的殘留Na₂O含量≤0.65％。

本發明的水玻璃改性添加劑中的苯乙烯-丙烯酸酯乳液為水溶性乳膠樹脂，具有很強的粘結力及良好的成膜性和耐水性，溶于水玻璃中使混制的型砂表面光滑，富有強韌性，同時有利于提高型砂的抗吸濕能力和強度；脲醛樹脂可在砂粒間形成交聯網絡，加上樹脂自身的聚合固化，因而提升了水玻璃的粘結強度；季銨鹽作為陽離子表面活性劑，有利于增強水玻璃粘結劑與砂子的吸附性，提高其對砂子的包覆能力。同時由于組成改性添加劑的組分均為有機物，高溫澆注后揮發、氣化或碳化，在水玻璃膜中形成縫隙，破壞了粘結膜的完整性，有利于改善水玻璃砂的出砂性能，從而解決水玻璃砂潰散性差的問題。

通過對水玻璃砂舊砂進行干法回用，將其殘留Na₂O含量控制在一定范圍內，采用超低模數水玻璃與改性添加劑搭配，以延長全部或部分回用砂所混制型砂的可使用時間，并使型砂具有優良的工藝性能，水玻璃砂舊砂的回用率可達85％以上。而且本發明的水玻璃改性添加劑在常溫下直接加入水玻璃中攪拌均勻即可，無需繁瑣的加熱-冷卻工序，便于在造型現場的操作。

具體實施方式：

實施例1

將65g苯乙烯-丙烯酸酯乳液和9g脲醛樹脂加入25.9g水中，用高速分散機攪拌20min，再加入0.1g甲基三羥乙基甲基硫酸銨混合分散15min，制得水玻璃改性添加劑100g。