专利名称：一种基于磷酸盐的无机铸造粘结剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种铸造用无机粘结剂，即应用于热芯工艺的一种基于磷酸盐的无机铸造粘结剂。
背景技术：
作为制造业的基础，铸造工业随着中国制造、尤其是汽车产业的高速增长而进入了一个前所未有的快速发展时期。目前，高品位铸件的生产过程中需要使用大批量的树脂粘结剂，热法固化的覆膜砂生产过程中会产生大量的游离甲醛和游离苯酚；冷芯盒法则需要有毒的三乙胺气体催化的作用实现酚醛树脂中的羟甲基(-CH2OH)和聚异氰酸酯中的(-N=C=O)基团之间生成固态尿烷酚醛的反应；无论是热法、还是冷法，在铸件浇注后树脂完全或不完全燃烧都会产生大量的有害废气；环境的日益恶化，环保意识的增强，迫使人们不断寻找新型的低发气、无污染的绿色铸造粘结剂。采用(X)2固化的水玻璃系列无机粘结剂无毒、无味、铸造过程无废气排放，但是残留强度过高、不易再生等缺陷导致其产生污染，因而，具有良好溃散性的磷酸盐基无机粘结剂成为绿色铸造粘结剂的首选材料。虽然早在1978年，美国专利US4127157就提出基于磷酸盐的铸造粘结剂；但是，磷酸盐粘结剂的最大缺点，即具有明显的易吸湿性，吸湿问题一方面导致固化形成的磷酸盐空间网格节点断开而失去强度，无法保证砂型或砂芯的外形，影响了砂芯的可存放时间；另一方面砂芯内的水气在浇注过程中汽化而导致铸件气孔缺陷，给铸件质量带来危害。为了解决吸湿性问题，湖北工大的张友寿等采用添加各种氧化物的方法，增强磷酸盐的键合强度来改善耐湿性，但是效果并不理想，更是给旧砂的再生带来困难；其专利CN10941045A提出了磷酸盐粘结剂的固化剂制备方法，减少了粉状固化剂产生粉尘的可能，但是却加入了含苯有机树脂。德国专利DE10226817C1针对磷酸盐粘结剂制备的砂芯弯曲强度不足，添加含多胺(Polyamine)的有机物，基于此专利的欧洲产品也依然存在明显的易吸湿性，固化后的型砂试样在相对湿度85士5%条件下，可存放时间不超过两个小时。
发明内容
针对上述的磷酸盐粘结剂的吸湿性问题，确保使用磷酸盐粘结剂的砂型或砂芯具有更长的可存放时间，减少铸件气孔报废的几率，本发明是在磷酸盐铸造无机粘结剂基础上，通过在缩聚的磷酸盐空间网格增加憎水节点从而减少接触水分的几率，显著改善其耐湿性；以磷酸盐为铸造粘结剂主体而制备的砂型或砂芯，在铸造生产过程中较之有机树脂粘结剂，不会产生任何有害的产物；为改善耐湿性而添加的聚乙烯醇不会像含苯的有机树脂一样，因不完全燃烧而产生有害的气体。本发明参照了生物学中常见的磷脂分子的结构，即具有亲水特性的磷酸根和憎水特性的乙烯基团的双重特性，满足复杂的亲水及憎水要求。
所述磷酸盐铸造无机粘结剂由磷酸盐溶液、聚乙烯醇[CH2CH(OH) ]n溶液及金属氧化物固化剂组成；用于制备砂型或砂芯时以新砂重量份数为参照，即新砂100份，金属氧化物固化剂ο. Γ1份、聚乙烯醇溶液0. 5^2份及磷酸盐溶液3飞份。磷酸盐溶液按重量份数计算磷酸100份、氢氧化铝1(Γ40份、氢氧化钡广6份及水8(Γ150份，将上述组分在8(Γ150度混合均勻制成磷酸盐溶液；其中磷酸与氢氧化铝反应的产物磷酸铝是粘结剂的主要组分，氢氧化钡作为避免磷酸铝缩聚沉淀的稳定剂。聚乙烯醇溶液按重量份数计算聚乙烯醇100份、柠檬酸5 20份及水650份 2000份，将上述组分在7(Γ120度混合均勻制成；其中聚乙烯醇中的氢氧根参与磷酸盐的脱水缩聚反应，乙烯基团形成磷酸盐网络的憎水节点。所述金属氧化物固化剂为纯氧化镁粉。将上述的磷酸盐铸造无机粘结剂制备砂型或砂芯的方法为新砂质量以100重量份计算，先后加入金属氧化物固化剂0. Γ1重量份、聚乙烯醇溶液0. 5^2重量份及磷酸盐溶液;Γ5份，并均勻混合；混勻的型砂或芯砂用手动或机械的方式加入芯盒并紧实，加热至 8(T15(TC固化或采用相同温度的热气流固化，形成铸造所需的砂芯或砂型。热固化过程使得磷酸盐发生缩聚反应，形成空间网格包覆于铸造砂的表面，并把这些铸造砂紧密联系起来，形成铸造砂芯或砂型所需的强度；由于空间网格部分节点上具有憎水特性的乙烯基团，显著减少吸水几率，使得铸造砂芯或砂型具有良好的耐湿性；乙烯基团在铸造浇注后的燃烧过程不会因类似苯环的不完全燃烧而产生任何有毒的气体排放， 因而是一种绿色环保的铸造粘结剂。
具体实施例方式为了评价铸造粘结剂的吸湿性，通常是把固化后的型砂试样放置于特定湿度(如相对湿度85士5%)条件下，测定试样抗拉强度或抗压强度随时间的衰减关系，易吸湿的粘结剂试样可能在一小时或数小时内失去强度而溃散，严重影响铸造砂型或砂芯的可存放时间。下面结合实例进一步说明本发明的实际使用方法，它是对本发明的解释而不限于以下实例。实例1
磷酸盐溶液按照按重量份数计算质量百分浓度为85%的工业磷酸100份+氢氧化铝 25份+氢氧化钡2份+水100份，将上述组分在90度混合均勻制成磷酸盐溶液；
聚乙烯醇溶液按照按重量份数计算聚合度1750 士 50的聚乙烯醇100份+柠檬酸7份 +水900份，将上述组分在80度混合均勻制成聚乙烯醇溶液；
型砂配制按照质量份数计算用100质量份原砂+氧化镁粉0. 6份+磷酸盐溶液3份 +聚乙烯醇溶液0. 8份，10分钟混合均勻；混勻的型砂用手动方式放入“⑴”试样模具并紧实，加热至120°C，5分钟固化，形成铸造所需的砂型，取出试样并测试其抗拉强度，即时强度0. 23MPa ；85士5%湿度条件下，24小时后的强度0. 21Mpa，这个强度意味着型砂试样的可存放时间至少M小时。实例2
磷酸盐溶液按照按重量份数计算质量百分浓度为85%的工业磷酸100份+氢氧化铝25份+氢氧化钡2. 5份，混合并加热搅拌制备磷酸铝溶液；
聚乙烯醇溶液按照按重量份数计算聚合度1750 士 50的聚乙烯醇100份+柠檬酸7份 +水900份，将上述组分在120度混合均勻制成聚乙烯醇溶液；
型砂配制按照质量份数计算用100质量份原砂+氧化镁粉0. 85份+磷酸盐溶液4. 8 份+聚乙烯醇溶液1. 8份，15分钟混合均勻；混勻的型砂放入“①，，试样模具并紧实，采用 150°C的热气流固化5分钟，形成铸造所需的砂型，取出试样并测试其抗拉强度；
即时强度0. 28MPa ；85士5%湿度条件下，24小时后的强度0. 24Mpa,这个强度意味着型砂试样的可存放时间至少M小时。
权利要求
1.一种基于磷酸盐的无机铸造粘结剂，其特征在于所述无机铸造粘结剂由磷酸盐溶液、聚乙烯醇[CH2CH(OH) ] 溶液及金属氧化物固化剂组成；用于制备砂型或砂芯时以新砂重量份数为参照，即新砂100份，金属氧化物固化剂0. Γ1份、聚乙烯醇溶液0. 5^2份及磷酸盐溶液;Γ5份。
2.如权利要求1所述的一种基于磷酸盐的无机铸造粘结剂，其特征在于所述磷酸盐溶液按重量份数计算磷酸100份、氢氧化铝1(Γ40份、氢氧化钡广6份及水8(Γ150份，将上述组分在8(Γ150度混合均勻制成磷酸盐溶液。
3.如权利要求1所述的一种基于磷酸盐的无机铸造粘结剂，其特征在于所述聚乙烯醇溶液按重量份数计算聚乙烯醇100份、柠檬酸5 20份及水650份 2000份，将上述组分在70 120度混合均勻制成。
4.如权利要求1所述的一种基于磷酸盐的无机铸造粘结剂，其特征在于所述金属氧化物固化剂为纯氧化镁粉。
5.将权利要求1所述的一种基于磷酸盐的无机铸造粘结剂用于制备砂型或砂芯的方法为新砂质量以100重量份计算，先后加入金属氧化物固化剂0. Γι重量份、聚乙烯醇溶液0. 5 2重量份及磷酸盐溶液3飞份，并均勻混合；混勻的型砂或芯砂用手动或机械的方式加入芯盒并紧实，加热至8(T15(TC固化或采用相同温度的热气流固化，形成铸造所需的砂芯或砂型。
全文摘要
本发明涉及到一种铸造用无机粘结剂，即应用于热芯工艺的一种基于磷酸盐的无机铸造粘结剂。所述磷酸盐铸造无机粘结剂由磷酸盐溶液、聚乙烯醇[CH2CH(OH)]n溶液及金属氧化物固化剂组成；用于制备砂型或砂芯时以新砂重量份数为参照，即新砂100份，金属氧化物固化剂0.1~1份、聚乙烯醇溶液0.5~2份及磷酸盐溶液3~5份。本发明是在磷酸盐铸造无机粘结剂基础上，通过在缩聚的磷酸盐空间网格增加憎水节点从而减少接触水分的几率，显著改善其耐湿性；以磷酸盐为铸造粘结剂主体而制备的砂型或砂芯，在铸造生产过程中较之有机树脂粘结剂，不会产生任何有害的产物；为改善耐湿性而添加的聚乙烯醇不会像含苯的有机树脂一样，因不完全燃烧而产生有害的气体。
文档编号B22C1/18GK102179471SQ20111012919
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月18日 优先权日2011年5月18日
发明者李庆宝, 程晓农, 赵国平 申请人:江苏大学