[发明专利]一种铸造造型、制芯用粘结剂及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及铸造技术，特别提供了一种铸造用砂型(芯)粘结剂。本发明还涉及该砂型(芯)粘结剂的制备方法。

背景技术：

目前，铸造业广泛应用自硬砂工艺生产各类铸件。采用的造型粘结剂分：人工合成有机粘结剂和无机粘结剂，有机粘结剂系统包括：酸固化酚醛树脂自硬砂、酸固化呋喃树脂自硬砂、胺固化脲烷树脂自硬砂、酯固化碱性酚醛树脂自硬砂。其中呋喃树脂自硬砂在我国应用面较广，每年我国生产铸造用呋喃树脂约8～10万吨。这些工艺在生产中释放包括：甲醛、胺、SO₂、异氰根、二恶英、呋喃等有害物质，造成环境污染。其中，呋喃已列入《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》中12种有毒物质的名单。进入二十一世纪，全球对经济的可持续发展和环境的保护愈来愈重视。人工合成有毒有机粘结剂的使用将会受到限制。

无机粘结剂主要有磷酸盐和硅酸钠水玻璃，磷酸盐砂型强度低，目前应用较少。1952年CO₂硅酸钠水玻璃砂引入铸造业，并获得广泛应用，目前我国铸造生产年消耗硅酸钠水玻璃30多万吨。大部分采用吹CO₂工艺。该工艺水玻璃加入量高达6～8％，型、芯浇注后，溃散性不好，铸件清理困难，铸件质量不好，旧砂不能再生回用。生产每吨铸件平均需硅砂3～4吨；由于旧砂不能再生回用，仅少量作背砂用，平均每吨铸件扔掉废砂1.5～3吨。造成硅砂资源的浪费，同时含碱废砂做为固体废弃物大量排放，造成环境污染。

1968年酯固化水玻璃砂问世，使水玻璃砂强度大幅度提高。中国发明专利ZL 99 I 12955.5中提供的改性水玻璃中加入糊精、糖、糖蜜、聚丙稀酸钠、聚丙稀酸胺、三聚磷酸钠、纤维素、腐植酸、腐植酸钠、氢化葡萄糖、木糖醇等进行改性，显著提高了硅酸钠水玻璃砂型的力学性能。并且水玻璃加入量可降至2.5～3.0％，旧砂可以80％回用。

中国发明专利CN1712153A提供一种型砂粘结剂，在硅酸钠水玻璃中加入聚氧化乙烯树脂、硼砂和糖醇，可应用于酯固化水玻璃型砂，并列举了在新砂中的应用，水玻璃加入量为2.2～2.8％。另外申请号为200610045711.6的中国发明专利申请，提供了一种新型水玻璃粘结剂，通过调节K⁺、Na⁺离子比例，提高水玻璃化学性能。以上技术对提高水玻璃粘结剂的应用技术均作出了较大贡献，90％以上旧砂可以再生回用，但溃散性远低于使用树脂自硬砂的水平，提高水玻璃自硬砂的溃散性仍是其技术关键。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种铸造造型、制芯用粘结剂及其制备方法，用该粘结剂制备砂型芯时，其用量少，旧砂可回收利用，并且所制备的型芯具有良好的溃散性能。

本发明提供了一种铸造造型、制芯用粘结剂，其特征在于该粘结剂是由硅酸钾、硅酸钠、硅酸钾钠、氢氧化钾、氢氧化钠和改性剂复合后制成，主要化学成分质量百分比为：

K₂O     0.5～27

Na₂O    1～21

SiO₂    23～31

改性剂  0.5～21

水      余量

本发明加入的改性剂为：糊精、糖、糖蜜、聚丙稀酸钠、聚丙稀酸胺、三聚磷酸钠、纤维素、腐植酸、腐植酸钠、木糖醇、山梨醇、麦芽糖醇、甘露醇、乙二醇、丙二醇、甘油、季戊四醇、二甘醇、一缩二丙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丙三醇、氢氧化锂之一种或多种，加入量为0.5～21％。另外，本发明上述改性剂最好选自木糖醇、山梨醇、麦芽糖醇或甘露醇。

本发明提供了一种上述粘结剂的制备方法，其特征在于：将按质量配比称量的固体硅酸钾、氢氧化钾、固体硅酸钠、氢氧化钠、固体硅酸钾钠、改性剂和水加入高压罐，通入蒸汽升温到158℃～169℃，保温时间1h～8h。待完全溶化后，放入贮罐，经压滤或沉淀生成透明的液体为本发明的粘结剂。

本发明还提供了另外一种上述粘结剂的制备方法，其特征在于：原料为工业液体硅酸钾、液体硅酸钠、液体硅酸钾钠、氢氧化钾、氢氧化钠、改性剂和水加入反应釜，搅拌均匀，调整水的质量百分比，冷却到常温出料，即为本发明粘结剂。

用本发明提供的铸造粘结剂造型、制芯可采用水洗天然硅砂、人造硅砂、整形硅砂、锆砂、镁橄榄石砂、铬铁矿砂。也可用这些原砂的再生旧砂。