专利名称：一种水玻璃改性添加剂配方及其生产工艺与使用方法
技术领域：
本发明涉及一种铸造用造型材料的添加材料，尤其是一种铸造用水玻璃的改性添 加剂，还涉及一种该添加剂的生产工艺与使用方法。
背景技术：
水玻璃砂是铸造生产中应用最为广泛的型砂之一。水玻璃不但价格低廉，而且混 砂、造型和浇注过程中都没有有害气体释放出来。在环境保护越来越被重视的今天，水玻璃 砂若能解决溃散性及旧砂回用再生两大难题，有望成为铸造生产中率先实现无公害化的一 种型砂。为改善水玻璃的性能，通过往水玻璃中添加改性剂，藉以阻缓水玻璃的老化，增强 粘结强度，并有利于改善溃散性。中国专利CN101259516A公开了一种铸造用水玻璃化学改 性剂和制备方法，其组成物包含羧甲基纤维素钠、聚乙烯烷基醇醚、聚丙烯酰胺、糊精及磷 酸氢二钾、十二烷基硫酸钠(或烷基磺酸钠)、纳米蒙脱土。将该改性剂加入普通水玻璃中 制得改性水玻璃，虽然可提高砂型强度，改善型砂溃散性，但对于改性水玻璃旧砂的再生回 用问题没有提出解决的方法；而且其制备方法繁琐，为使水玻璃改性需经多次加热_冷却 工序，因此不适用于铸件生产厂家的自行配制，实际使用时可操作性差。
发明内容
本发明的水玻璃改性添加剂由苯乙烯_丙烯酸酯乳液、脲醛树脂、季铵盐和水组 成，各组分的质量分数为40% 65%苯乙烯-丙烯酸酯乳液，0% 10%脲醛树脂，0. 0. 5%季铵盐，25% 55%水。优选的上述配方还可以为各组分的质量分数为50% 60%苯乙烯-丙烯酸酯乳 液，0% 5%脲醛树脂，0. 3% 0. 4%季铵盐，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 ；脲醛树脂的固含量> 50%，黏度250 400mPa · s，pH值7 8 ；季铵盐为甲基三羟
乙基甲基硫酸铵或二甲基十八烷基羟乙基硝酸铵。本发明的水玻璃改性添加剂的制备工艺为将苯乙烯_丙烯酸酯乳液、脲醛树脂 依次加入水中搅拌10 30min，再加入季铵盐混合分散10 20min，得到水玻璃改性添加 剂。本发明用于CO2硬化水玻璃砂的型砂配比(质量分数):100%铸造用砂，3. 5% 5.0%普通水玻璃与改性添加剂的混合物，其中普通水玻璃与改性添加剂的质量比为 100 (3 12)；型砂混制工艺将普通水玻璃与改性添加剂的混合物加入铸造用砂在混 砂机中混合均勻，出砂后造型制芯，并吹入CO2气体硬化。本发明用于有机酯硬化水玻璃砂的型砂配比(质量分数)100%铸造用砂， 0. 16% 0. 36%市售有机酯，2. 0% 3. 0%普通水玻璃与改性添加剂的混合物，其中普通 水玻璃与改性添加剂的质量比为100 (3 12)；型砂混制工艺将市售有机酯加入铸造 用砂在混砂机中混合均勻，再加入普通水玻璃与改性添加剂的混合物继续混合至均勻，出
3砂后即可造型制芯。上述两种水玻璃砂工艺中所述的铸造用砂为新砂或回用砂或两者的混合物，普通 水玻璃为模数M = 2. 1 2. 4的水玻璃或模数M = 1. 7 2. 0的水玻璃或两者的混合物； 所述回用砂的残留Na2O含量< 0.65%。本发明的水玻璃改性添加剂中的苯乙烯-丙烯酸酯乳液为水溶性乳胶树脂，具有 很强的粘结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，富有强韧 性，同时有利于提高型砂的抗吸湿能力和强度；脲醛树脂可在砂粒间形成交联网络，加上树 脂自身的聚合固化，因而提升了水玻璃的粘结强度；季铵盐作为阳离子表面活性剂，有利于 增强水玻璃粘结剂与砂子的吸附性，提高其对砂子的包覆能力。同时由于组成改性添加剂 的组分均为有机物，高温浇注后挥发、气化或碳化，在水玻璃膜中形成缝隙，破坏了粘结膜 的完整性，有利于改善水玻璃砂的出砂性能，从而解决水玻璃砂溃散性差的问题。 通过对水玻璃砂旧砂进行干法回用，将其残留Na2O含量控制在一定范围内，采用 超低模数水玻璃与改性添加剂搭配，以延长全部或部分回用砂所混制型砂的可使用时间， 并使型砂具有优良的工艺性能，水玻璃砂旧砂的回用率可达85%以上。而且本发明的水玻 璃改性添加剂在常温下直接加入水玻璃中搅拌均勻即可，无需繁琐的加热-冷却工序，便 于在造型现场的操作。
具体实施例方式实施例1将65g苯乙烯-丙烯酸酯乳液和9g脲醛树脂加入25. 9g水中，用高速分散机搅 拌20min，再加入0. Ig甲基三羟乙基甲基硫酸铵混合分散15min，制得水玻璃改性添加剂 IOOg0实施例2将60g苯乙烯-丙烯酸酯乳液加入39. Sg水中，用高速分散机搅拌20min，再加入 0. 2g 二甲基十八烷基羟乙基硝酸铵混合分散15min，制得水玻璃改性添加剂100g。实施例3将55g苯乙烯-丙烯酸酯乳液和8g脲醛树脂加入36. 7g水中，用高速分散机搅 拌20min，再加入0. 3g甲基三羟乙基甲基硫酸铵混合分散15min，制得水玻璃改性添加剂 IOOg0实施例4将50g苯乙烯-丙烯酸酯乳液和5g脲醛树脂加入44. 5g水中，用高速分散机搅拌 20min，再加入0. 5g 二甲基十八烷基羟乙基硝酸铵混合分散15min，制得水玻璃改性添加剂 IOOg0实施例5将45g苯乙烯-丙烯酸酯乳液和Ig脲醛树脂加入53. 6g水中，用高速分散机搅 拌20min，再加入0. 4g甲基三羟乙基甲基硫酸铵混合分散15min，制得水玻璃改性添加剂 IOOg0实施例6将40g苯乙烯-丙烯酸酯乳液和IOg脲醛树脂加入49. 5g水中，用高速分散机搅拌20min，再加入0. 5g 二甲基十八烷基羟乙基硝酸铵混合分散15min，制得水玻璃改性添加 剂 IOOgo实施例7将IOOg模数M = 2. 3的水玻璃和12g实施例1制得的改性添加剂混勻。取上述 混合物70g加入2000g福建砂中，于混砂机中混合60s后出砂，制成050mmX50mm标准圆 柱形试样，吹入CO2气体30s，气体压力保持在0. IMPa，流量控制在50L/min ；吹气完毕起模 后，分别测试其即时、24h抗压强度和800°C、1000°C残留强度，试验结果见表1。实施例8将80g模数M = 2. 3的水玻璃、20g模数M = 1. 9的水玻璃和8g实施例2制得的改 性添加剂混勻。取上述混合物90g加入1400g福建砂和600g回用砂中，于混砂机中混合60s 后出砂，制成Φ 50mmX 50mm标准圆柱形试样，吹入CO2气体30s，气体压力保持在0. IMPa, 流量控制在50L/min ；吹气完毕起模后，分别测试其即时、24h抗压强度和800°C、1000°C残 留强度，试验结果见表1。实施例9将IOOg模数M = 1. 9的水玻璃和3g实施例3制得的改性添加剂混勻。取上述混 合物IOOg加入2000g回用砂中，于混砂机中混合60S后出砂，制成Φ50mmX 50mm标准圆柱 形试样，吹入CO2气体30s，气体压力保持在0. IMPa，流量控制在50L/min ；吹气完毕起模后， 分别测试其即时、24h抗压强度和800°C、1000°C残留强度，试验结果见表1。实施例10 将IOOg模数M = 2. 3的水玻璃和IOg实施例4制得的改性添加剂混勻。取3. 2g 乙二醇醋酸酯加入2000g福建砂中，于混砂机中混合30s后再加入上述混合物40g，继续搅 拌30s后出砂，制成Φ 50mmX 50mm标准圆柱形试样，30min后起模，分别测试试样放置3h、 24h抗压强度和800°C、1000°C残留强度，试验结果见表2。实施例11将50g模数M = 2. 3的水玻璃、50g模数M = 1. 9的水玻璃和7g实施例5制得的 改性添加剂混勻。取5. Og乙二醇醋酸酯加入IOOOg福建砂和IOOOg回用砂中，于混砂机中 混合30s后再加入上述混合物50g，继续搅拌30s后出砂，制成Φ 50mmX 50mm标准圆柱形试 样，30min后起模，分别测试试样放置3h、24h抗压强度和800°C、1000°C残留强度，试验结果 见表2。实施例12将IOOg模数M = 1. 9的水玻璃和5g实施例6制得的改性添加剂混勻。取7. 2g 乙二醇醋酸酯加入2000g回用砂中，于混砂机中混合30s后再加入上述混合物60g，继续搅 拌30s后出砂，制成Φ 50mmX 50mm标准圆柱形试样，30min后起模，分别测试试样放置3h、 24h抗压强度和800°C、1000°C残留强度，试验结果见表2。表 1 表 2 由表中试验结果可知，新砂与回用砂试样的抗压强度值相差不大，说明回用砂的 综合性能较好；试样的残留强度值均小于0. 55MPa，说明型砂的溃散性优良。上述实施例可 以进行多种组合，只要是在本发明的上述范围内，都可以制备出水玻璃改性添加剂及配制 相应的水玻璃砂。
权利要求
一种水玻璃改性添加剂，其特征在于所述的改性添加剂包括苯乙烯-丙烯酸酯乳液、脲醛树脂、季铵盐和水；所述各组分的质量分数为40％～65％苯乙烯-丙烯酸酯乳液，0％～10％脲醛树脂，0.1％～0.5％季铵盐，25％～50％水。
2.据权利要求1所述的水玻璃改性添加剂，其特征在于所述各组分的质量分数为 50% 60%苯乙烯-丙烯酸酯乳液，0% 5%脲醛树脂，0.3% 0.4%季铵盐，35% 45% 水。
3.根据权利要求1或2所述的水玻璃改性添加剂，其特征在于所述的苯乙烯_丙烯酸 酯乳液固含量40% 50%，黏度80 1500mPa · s，pH值8 9 ；所述的脲醛树脂固含量> 50%，黏度250 400mPa · s，pH值7 8 ；所述的季铵盐为甲基三羟乙基甲基硫酸铵或二 甲基十八烷基羟乙基硝酸铵。
4.一种如权利要求1或2所述水玻璃改性添加剂的制备工艺，其特征在于该工艺包括 以下步骤将苯乙烯-丙烯酸酯乳液、脲醛树脂依次加入水中搅拌10 30min，再加入季铵 盐混合分散10 20min，得到水玻璃改性添加剂。
5.一种权利要求1或2所述水玻璃改性添加剂用于CO2硬化水玻璃砂的配制工艺，其 特征在于型砂配比(质量分数)100%铸造用砂，3. 5% 5.0%普通水玻璃与改性添加剂 的混合物，其中普通水玻璃与改性添加剂的质量比为100 (3 12)；型砂混制工艺将普 通水玻璃与改性添加剂的混合物加入铸造用砂在混砂机中混合均勻，出砂后造型制芯，并 吹入CO2气体硬化。
6.一种权利要求1或2所述水玻璃改性添加剂用于有机酯硬化水玻璃砂的配制工 艺，其特征在于型砂配比(质量分数)100%铸造用砂，0. 16% 0.36%市售有机酯， 2. 0% 3. 0%普通水玻璃与改性添加剂的混合物，其中普通水玻璃与改性添加剂的质量比 为100 (3 12)；型砂混制工艺将市售有机酯加入铸造用砂在混砂机中混合均勻，再加 入普通水玻璃与改性添加剂的混合物混合均勻，出砂后即可造型制芯。
7.根据权利要求5或6所述的水玻璃砂工艺，其特征在于所述的铸造用砂为新砂或回 用砂或两者的混合物，普通水玻璃为模数M = 2. 1 2. 4的水玻璃或模数M = 1. 7 2. 0 的水玻璃或两者的混合物。
8.根据权利要求7所述的水玻璃砂工艺，其特征在于所述回用砂的残留Na2O含量 彡 0. 65%。
全文摘要
本发明涉及一种铸造用水玻璃的改性添加剂及该添加剂的生产工艺与使用方法。本发明由苯乙烯-丙烯酸酯乳液、脲醛树脂、季铵盐和水组成，各组分的质量分数为40％～65％苯乙烯-丙烯酸酯乳液，0％～10％脲醛树脂，0.1％～0.5％季铵盐，25％～55％水。通过对水玻璃砂旧砂进行干法回用，将其残留Na2O含量控制在一定范围内，采用超低模数水玻璃与改性添加剂搭配，以延长全部或部分回用砂所混制型砂的可使用时间，并使型砂具有优良的工艺性能，水玻璃砂旧砂的回用率可达85％以上。而且本发明的水玻璃改性添加剂在常温下直接加入水玻璃中搅拌均匀即可，无需繁琐的加热-冷却工序，便于在造型现场的操作。
文档编号B22C1/02GK101885035SQ201010210420
公开日2010年11月17日 申请日期2010年6月23日 优先权日2010年6月23日
发明者孙鲁洪, 胡昊民 申请人:深圳市景鼎现代科技有限公司