[發(fā)明專利]一種基于水性聚氨酯改性的生物膠粘結(jié)劑及其制備方法

有效

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• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN109822039B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐倩;范晨晨;龔成斌;彭敬東
• 申請（專利權(quán)）人: 西南大學(xué)
• 主分類號: B22C1/16
• 分類號: B22C1/16;B22C1/10
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50230
• 代理人: 包曉靜

本發(fā)明屬于生物膠粘結(jié)劑技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于水性聚氨酯改性的生物膠粘結(jié)劑及其制備方法，改性劑水性聚氨酯占生物膠粘結(jié)劑質(zhì)量的1.0％～3.0％，混砂過程中加固化劑無機堿B占石英砂的0.3％～1.0％，混砂過程中加入的生物膠粘結(jié)劑占石英砂的1.0％～4.0％。本發(fā)明所制備的生物膠顆粒組成在某分析檢測中心進行了檢測，環(huán)保性能達到了要求。在某公司進行型砂性能測試，結(jié)果符合工業(yè)生產(chǎn)要求。生物膠粘結(jié)劑有效解決了有機樹脂砂的污染問題，提高了砂的抗?jié)窈涂估阅堋⒖拐蹚姸龋瑫r組成簡單、成本低有效地彌補了同類產(chǎn)品的不足，有著廣闊的市場前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物膠粘結(jié)劑技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于水性聚氨酯改性的生物膠粘結(jié)劑及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，業(yè)內(nèi)常用的現(xiàn)有技術(shù)是這樣的：目前市場上造型材料常用的粘結(jié)劑大多為有機樹脂粘結(jié)劑比如酚醛樹脂、呋喃樹脂等。有機樹脂本身都含有有害物質(zhì)，給環(huán)境及造成了巨大的危害。有些樹脂的原材料是從石油中提煉而得的，石油價格的升高，樹脂的成本也提高，受市場的波動影響大。每年鑄造行業(yè)造型、制芯都要消耗掉巨量的有機粘結(jié)材料，包括酚醛樹脂、呋喃樹脂、冷芯盒樹脂等，在制備和生產(chǎn)過程中釋放的有毒有害物質(zhì)，如：氨氣、甲醛、二惡英等，對自然生態(tài)環(huán)境的影響較大。近年來，隨著環(huán)保要求的提高，逐步開發(fā)了一些無毒或低毒的粘結(jié)劑，如：聚丙烯酸鈉樹脂粘結(jié)劑、聚乙烯醇(PVA)水溶液粘結(jié)劑、CO₂硬化堿性酚醛樹脂、有機酯硬化改性水玻璃粘結(jié)劑等。丙烯酸鈉樹脂粘結(jié)劑和聚乙烯醇(PVA)水溶液粘結(jié)劑具有很強的吸水性在工業(yè)應(yīng)用的過程中鑄件會因為受潮導(dǎo)致強度的降低，達不到大多數(shù)鑄件的制備要求。而 CO₂硬化堿性酚醛樹脂在應(yīng)用的過程中需要高溫覆膜且會產(chǎn)生有毒氣體，覆膜后的廢砂由于粘接強度高且難溶所以很難除去表面的CO₂硬化堿性酚醛樹酯導(dǎo)致廢砂的回收效率低，企業(yè)的成本增多效益降低。有機酯硬化改性水玻璃粘結(jié)劑在工業(yè)應(yīng)用的過程中水玻璃澆注后由于粘結(jié)劑組分內(nèi)不同的硅酸鹽之間的結(jié)合水的失水溫度的不同，在加熱的過程中不斷有氣體產(chǎn)生導(dǎo)致型砂的機械性能比較差，廢砂回收利用困難，大多直接廢棄，造成環(huán)境的堿性污染等缺點，這些粘結(jié)劑都很難推廣應(yīng)用。因此，合理選用粘結(jié)劑體系，研發(fā)無毒、無害的鑄造粘結(jié)劑，對改善鑄造環(huán)境，促進鑄造行業(yè)的發(fā)展是非常必要的。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：現(xiàn)有的丙烯酸鈉樹脂粘結(jié)劑和聚乙烯醇(PVA)水溶液粘結(jié)劑強度低、再生困難和CO₂硬化堿性酚醛樹脂在鑄造的過程中產(chǎn)生一些有毒氣體、環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂等鑄造條件苛刻及有害氣體的產(chǎn)生等缺點，很難推廣應(yīng)用。

現(xiàn)有的粘結(jié)劑主要為樹脂粘結(jié)劑、水玻璃粘結(jié)劑等類型，樹脂類粘結(jié)劑在工業(yè)應(yīng)用的過程中對工藝要求較高，需要較高的溫度把樹脂熔化后才可以進行覆膜，而且環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂在覆膜和澆筑過程中樹脂會產(chǎn)生一些有毒的氣體例如苯酚、甲醛等。水玻璃類型的粘結(jié)劑的主要成分是硅酸鹽類，在粘結(jié)的過程中容易出現(xiàn)潰散性不好、孔隙較大等缺陷，在鑄造過程中容易出現(xiàn)大量的不合格的產(chǎn)品，且型砂的再生困難，成本費用較大等問題。為了解決上述粘結(jié)劑所存在的不足，本發(fā)明選擇了一種生物膠粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑在工業(yè)生產(chǎn)的過程中不需要高溫反應(yīng)，覆膜工藝簡單，無有毒氣體的產(chǎn)生，讓工人們的身體健康得到保障，工業(yè)廢砂也可以通過震蕩、敲擊等方式進行回收，可以給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于水性聚氨酯改性的生物膠粘結(jié)劑，本發(fā)明是由膠原蛋白與蒸餾水按照質(zhì)量比為1:1，在一定的溫度下溶解后用一定濃度的無機堿A溶液進行水解。然后在一定的溫度下加入一定量的水性聚氨酯進行改性而得到的一種粘度在800mPa·s～4000mPa·s之間的生物膠粘結(jié)劑。所述改性劑水性聚氨酯占生物膠粘結(jié)劑的1.0％～3.0％，混砂過程中加固化劑無機堿B 占石英砂的0.3％～1.0％，混砂過程中加入的生物膠粘結(jié)劑占石英砂的1.0％～ 4.0％。

進一步，所述基于水性聚氨酯改性的生物膠粘結(jié)劑型砂的強度為2.6MPa，砂樣的流動性達到2.0g以上，可進行大型鑄件的生產(chǎn)，還可在部分工業(yè)鑄件上進行應(yīng)用。