CN112045146A - 一种提高铸造涂料悬浮稳定性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属铸造工艺技术领域，公开了一种提高铸造涂料悬浮稳定性的方法，以铝矾土以及硅酸钠为主要原料制备复合材料，作为悬浮剂，具有四面体片层结构，形成纵向相互叠置，能够防止耐火材料在载液中下沉，还能够保证涂层具有较好的透气性，本发明制备得到的悬浮剂，适用于醇基以及水基涂料，大大提高了涂料的悬浮率，延长了涂料的贮存期，涂挂性能优异，并且在涂料中的添加量少，占比0.6‑0.8%就能实现非常优异的悬浮效果，使得耐火材料分散均匀，与型腔有很高的附着力，不会造成涂料的高温抗裂性变差，保障制备得到的铸造涂料各项性能能够满足要求，涂层组织结构致密紧实，涂层完整性好。
Description
技术领域
本发明属于金属铸造工艺技术领域，具体涉及一种提高铸造涂料悬浮稳定性的方法。
背景技术
铸造涂料是铸造过程中覆盖在型芯表面以改善其表面耐火性，化学稳定性，抗金属液冲刷性，抗粘砂性等性能的铸造辅助材料；铸造涂料可制成浆状，膏状或粉状，用喷，刷，侵，流等方法涂敷在型芯表面。铸造涂料一般是由耐火材料、载液、悬浮剂、粘结剂以及其它助剂添加剂组成。按溶剂分：水基涂料、醇基涂料；按用途分：铸钢用涂料、铸铁用涂料、有色金属用涂料、流涂涂料、消失模涂料、压铸涂料。按耐火材料分：石英粉涂料、石墨粉涂料、铝矾土涂料、锆英粉涂料、莫来石粉涂料、刚玉粉涂料、铬铁矿粉涂料、橄榄石粉涂料、镁砂粉涂料、蓝晶石粉涂料及其上述复合粉涂料等。
铸造涂料的悬浮稳定性代表了涂料抵抗耐火材料分层与下降的能力，体现了涂料质量好坏的重要指标。现有广泛采用的悬浮剂为钠基膨润土，在添加量达到1.5%左右时，表现出较好的抗下沉能力，但如果涂料放置超过6个月，仍然会发生严重的沉淀和结块，在贮藏环境变化下也难以维持均匀一致的状态。并且现有的悬浮剂的大量添加，造成涂料粘度的提高，进而影响涂层的透气性，以及高温抗裂性。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种提高铸造涂料悬浮稳定性的方法，制备得到的悬浮剂比现有常用的单一悬浮剂以及复合悬浮剂的使用效果更好。解决现有悬浮剂添加增强了涂料粘度的同时，降低涂层透气性的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种提高铸造涂料悬浮稳定性的方法，以铝矾土以及硅酸钠为主要原料制备复合材料，作为悬浮剂，辅以其它材料，进一步加工得到铸造涂料，用于金属铸件的加工，其具体由以下制备工艺流程加以实现：
所述铸造涂料按照重量份计由以下成分制成：镁砂粉100-115份、酚醛树脂2.0-2.2份、卡拉胶2-4份、聚乙烯醇缩丁醛酯1-2份、羧甲基纤维素钠1.1-1.3份、聚丙烯酰胺0.5-0.8份、悬浮剂0.8-1.5份、载液35-50份；所述载液为质量浓度在93-95%之间的乙醇溶液；
制备方法为：按铸造涂料配方进行称重，加料时先将悬浮剂、酚醛树脂、卡拉胶、聚乙烯醇缩丁醛酯、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺与载液混合均匀后再加入镁砂粉，研磨均化；加料过程持续搅拌均匀，加料完毕后的搅拌时间控制在25-30分钟；制成铸造涂料成品，密封保存即可。
进一步的，所述悬浮剂的制备方法为：
（1）取28-33克铝矾土，碾碎为粉末放入到烧杯中，加入180-200毫升的去离子水，在350-400转/分钟下磁力搅拌20-30分钟，静置6-9小时，得到分散体系，在1800-2000转/分钟下离心4-5分钟，离心结束后，收集底部沉淀物，将收集得到的沉淀物分散至质量浓度为0.30-0.34%的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液中，然后超声处理15-20分钟，得到固含量为5.5-6.0%的分散体系；
（2）向分散体系中加入2.3-2.7克硅酸钠，继续搅拌50-60分钟，转移至三口烧瓶中，滴加0.8-1.2毫升质量浓度为8-10%的双氧水，在20-25℃下，使用摩尔浓度为3.3-3.6摩尔/升的氢氧化钠溶液调节体系pH值在9.6-9.8之间，水浴加热至60-65℃，加入16-18毫升质量浓度为1.0-1.5%的聚乙烯醇溶液，保温搅拌反应1-2小时，得到粘性产物，使用无水乙醇洗涤2-3次，再用丙酮洗涤1-2次，得到产物置于烘箱中，在40-45℃下干燥16-18小时；
（3）将干燥物研磨成粉，置于坩埚中，投入到300-350℃预热后的马弗炉中煅烧，设定煅烧温度为560-600℃，煅烧时间为3-4小时，煅烧后的粉料冷却后进行进一步干燥至恒重即可。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有悬浮剂在铸造涂料加工应用性能上存在的不足问题，本发明提供了一种提高铸造涂料悬浮稳定性的方法，以铝矾土以及硅酸钠为主要原料制备复合材料，作为悬浮剂，具有四面体片层结构，形成纵向相互叠置，能够防止耐火材料在载液中下沉，还能够保证涂层具有较好的透气性，本发明制备得到的悬浮剂，适用于醇基以及水基涂料，大大提高了涂料的悬浮率，延长了涂料的贮存期，涂挂性能优异，并且在涂料中的添加量少，占比0.6-0.8%就能实现非常优异的悬浮效果，使得耐火材料分散均匀，与型腔有很高的附着力，不会造成涂料的高温抗裂性变差，保障制备得到的铸造涂料各项性能能够满足要求，涂层组织结构致密紧实，涂层完整性好。显著提高金属铸件的表面质量，杜绝了粘砂、夹砂等缺陷的产生，抗金属液冲刷性好。具有优良的铸造性能以及与耐高温强度性能，防止出现暴热裂纹。优于市场上广泛使用的铸造涂料，加工制备得到的金属铸件成品率高，抗环境受损能力强，可满足复杂铸件的要求，提高了铸件的档次，对金属铸件的加工发展起到促进作用，提高了经济效益。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为采用本发明的实施例1和对比例1制备得到的铸造涂料的悬浮率（2h）随着悬浮剂含量增加，涂料悬浮性的变化。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种提高铸造涂料悬浮稳定性的方法，以铝矾土以及硅酸钠为主要原料制备复合材料，作为悬浮剂，辅以其它材料，进一步加工得到铸造涂料，用于金属铸件的加工，其具体由以下制备工艺流程加以实现：
所述铸造涂料按照重量份计由以下成分制成：镁砂粉100份、酚醛树脂2.0份、卡拉胶2份、聚乙烯醇缩丁醛酯1份、羧甲基纤维素钠1.1份、聚丙烯酰胺0.5份、悬浮剂0.8份、载液35份；所述载液为质量浓度为93%的乙醇溶液；
制备方法为：按铸造涂料配方进行称重，加料时先将悬浮剂、酚醛树脂、卡拉胶、聚乙烯醇缩丁醛酯、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺与载液混合均匀后再加入镁砂粉，研磨均化；加料过程持续搅拌均匀，加料完毕后的搅拌时间控制在25-30分钟；制成铸造涂料成品，密封保存即可。
进一步的，所述悬浮剂的制备方法为：
（1）取28克铝矾土，碾碎为粉末放入到烧杯中，加入180毫升的去离子水，在350转/分钟下磁力搅拌20分钟，静置6小时，得到分散体系，在1800转/分钟下离心4分钟，离心结束后，收集底部沉淀物，将收集得到的沉淀物分散至质量浓度为0.30%的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液中，然后超声处理15分钟，得到固含量为5.5%的分散体系；
（2）向分散体系中加入2.3克硅酸钠，继续搅拌50分钟，转移至三口烧瓶中，滴加0.8毫升质量浓度为8%的双氧水，在20℃下，使用摩尔浓度为3.3摩尔/升的氢氧化钠溶液调节体系pH值在9.6-9.8之间，水浴加热至60℃，加入16毫升质量浓度为1.0%的聚乙烯醇溶液，保温搅拌反应1小时，得到粘性产物，使用无水乙醇洗涤2次，再用丙酮洗涤1次，得到产物置于烘箱中，在40℃下干燥16小时；
（3）将干燥物研磨成粉，置于坩埚中，投入到300℃预热后的马弗炉中煅烧，设定煅烧温度为560℃，煅烧时间为3小时，煅烧后的粉料冷却后进行进一步干燥至恒重即可。
实施例2
一种提高铸造涂料悬浮稳定性的方法，以铝矾土以及硅酸钠为主要原料制备复合材料，作为悬浮剂，辅以其它材料，进一步加工得到铸造涂料，用于金属铸件的加工，其具体由以下制备工艺流程加以实现：
所述铸造涂料按照重量份计由以下成分制成：镁砂粉107份、酚醛树脂2.1份、卡拉胶3份、聚乙烯醇缩丁醛酯1.5份、羧甲基纤维素钠1.2份、聚丙烯酰胺0.6份、悬浮剂1.3份、载液41份；所述载液为质量浓度为94%的乙醇溶液；
制备方法为：按铸造涂料配方进行称重，加料时先将悬浮剂、酚醛树脂、卡拉胶、聚乙烯醇缩丁醛酯、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺与载液混合均匀后再加入镁砂粉，研磨均化；加料过程持续搅拌均匀，加料完毕后的搅拌时间控制在28分钟；制成铸造涂料成品，密封保存即可。
进一步的，所述悬浮剂的制备方法为：
（1）取30克铝矾土，碾碎为粉末放入到烧杯中，加入190毫升的去离子水，在380转/分钟下磁力搅拌25分钟，静置7.5小时，得到分散体系，在1900转/分钟下离心4.5分钟，离心结束后，收集底部沉淀物，将收集得到的沉淀物分散至质量浓度为0.32%的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液中，然后超声处理18分钟，得到固含量为5.8%的分散体系；
（2）向分散体系中加入2.5克硅酸钠，继续搅拌55分钟，转移至三口烧瓶中，滴加1.0毫升质量浓度为9%的双氧水，在22℃下，使用摩尔浓度为3.4摩尔/升的氢氧化钠溶液调节体系pH值在9.6-9.8之间，水浴加热至63℃，加入17毫升质量浓度为1.3%的聚乙烯醇溶液，保温搅拌反应1.5小时，得到粘性产物，使用无水乙醇洗涤2次，再用丙酮洗涤1次，得到产物置于烘箱中，在42℃下干燥17小时；
（3）将干燥物研磨成粉，置于坩埚中，投入到330℃预热后的马弗炉中煅烧，设定煅烧温度为580℃，煅烧时间为3.5小时，煅烧后的粉料冷却后进行进一步干燥至恒重即可。
实施例3
一种提高铸造涂料悬浮稳定性的方法，以铝矾土以及硅酸钠为主要原料制备复合材料，作为悬浮剂，辅以其它材料，进一步加工得到铸造涂料，用于金属铸件的加工，其具体由以下制备工艺流程加以实现：
所述铸造涂料按照重量份计由以下成分制成：镁砂粉115份、酚醛树脂2.2份、卡拉胶4份、聚乙烯醇缩丁醛酯2份、羧甲基纤维素钠1.3份、聚丙烯酰胺0.8份、悬浮剂1.5份、载液50份；所述载液为质量浓度为95%的乙醇溶液；
制备方法为：按铸造涂料配方进行称重，加料时先将悬浮剂、酚醛树脂、卡拉胶、聚乙烯醇缩丁醛酯、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺与载液混合均匀后再加入镁砂粉，研磨均化；加料过程持续搅拌均匀，加料完毕后的搅拌时间控制在30分钟；制成铸造涂料成品，密封保存即可。
进一步的，所述悬浮剂的制备方法为：
（1）取33克铝矾土，碾碎为粉末放入到烧杯中，加入200毫升的去离子水，在400转/分钟下磁力搅拌30分钟，静置9小时，得到分散体系，在2000转/分钟下离心5分钟，离心结束后，收集底部沉淀物，将收集得到的沉淀物分散至质量浓度为0.34%的甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液中，然后超声处理20分钟，得到固含量为6.0%的分散体系；
（2）向分散体系中加入2.3-2.7克硅酸钠，继续搅拌60分钟，转移至三口烧瓶中，滴加1.2毫升质量浓度为10%的双氧水，在25℃下，使用摩尔浓度为3.6摩尔/升的氢氧化钠溶液调节体系pH值在9.6-9.8之间，水浴加热至65℃，加入18毫升质量浓度为1.5%的聚乙烯醇溶液，保温搅拌反应2小时，得到粘性产物，使用无水乙醇洗涤3次，再用丙酮洗涤2次，得到产物置于烘箱中，在45℃下干燥18小时；
（3）将干燥物研磨成粉，置于坩埚中，投入到350℃预热后的马弗炉中煅烧，设定煅烧温度为600℃，煅烧时间为4小时，煅烧后的粉料冷却后进行进一步干燥至恒重即可。
对比例1
与实施例1的区别在于使用钠基膨润土代替本发明制备得到的悬浮剂，制备铸造涂料，其余保持不变。
对比例2
与实施例2的区别在于使用钠基膨润土与凹凸棒土按照质量比为4:6的比例混合代替本发明制备得到的悬浮剂，制备铸造涂料，其余保持不变。
性能测试：以悬浮率来测定铸造涂料的悬浮性大小，采用量筒法测量铸造涂料的悬浮率：将各组搅拌均匀的涂料倒入100毫升的量筒中，用盖子封装好，静置放置，涂料发生分层现象时，测量涂料澄清体积V，按照悬浮率η=（100-V）/100×100%的公式计算，将各组（每组制备5个）计算结果进行统计汇总，得到结果如表1所示。
表1 不同放置时间铸造涂料悬浮率的变化
| 项目 | 悬浮率（2h） | 悬浮率（6h） | 悬浮率（12h） |
| 实施例1 | 99.3 | 99.1 | 98.6 |
| 实施例2 | 99.6 | 99.4 | 99.0 |
| 实施例3 | 99.4 | 99.2 | 98.8 |
| 对比例1 | 94.3 | 92.3 | 85.6 |
| 对比例2 | 95.6 | 93.5 | 88.4 |
其它性能：测定实施例1和对比例1制备得到的铸造涂料的悬浮率（2h）随着悬浮剂含量增加，涂料悬浮性的变化，结果如图1所示。
Claims (7)
1.一种提高铸造涂料悬浮稳定性的方法，其特征在于，以铝矾土以及硅酸钠为主要原料制备复合材料，作为悬浮剂，辅以其它材料，进一步加工得到铸造涂料，所述悬浮剂的制备方法为：
（1）取28-33克铝矾土，碾碎为粉末放入到烧杯中，加入180-200毫升的去离子水，在350-400转/分钟下磁力搅拌20-30分钟，静置6-9小时，得到分散体系，在1800-2000转/分钟下离心4-5分钟，离心结束后，收集底部沉淀物，将收集得到的沉淀物分散至甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液中，然后超声处理15-20分钟，得到固含量为5.5-6.0%的分散体系；
（2）向分散体系中加入2.3-2.7克硅酸钠，继续搅拌50-60分钟，转移至三口烧瓶中，滴加0.8-1.2毫升质量浓度为8-10%的双氧水，在20-25℃下，使用氢氧化钠溶液调节体系pH值在9.6-9.8之间，水浴加热至60-65℃，加入16-18毫升聚乙烯醇溶液，保温搅拌反应1-2小时，得到粘性产物，使用无水乙醇洗涤2-3次，再用丙酮洗涤1-2次，得到产物置于烘箱中，在40-45℃下干燥16-18小时；
（3）将干燥物研磨成粉，置于坩埚中，投入到300-350℃预热后的马弗炉中煅烧，设定煅烧温度为560-600℃，煅烧时间为3-4小时，煅烧后的粉料冷却后进行进一步干燥至恒重即可。
2.如权利要求1所述一种提高铸造涂料悬浮稳定性的方法，其特征在于，所述铸造涂料按照重量份计由以下成分制成：镁砂粉100-115份、酚醛树脂2.0-2.2份、卡拉胶2-4份、聚乙烯醇缩丁醛酯1-2份、羧甲基纤维素钠1.1-1.3份、聚丙烯酰胺0.5-0.8份、悬浮剂0.8-1.5份、载液35-50份。
3.如权利要求1所述一种提高铸造涂料悬浮稳定性的方法，其特征在于，步骤（1）所述甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液质量浓度为0.30-0.34%。
4.如权利要求1所述一种提高铸造涂料悬浮稳定性的方法，其特征在于，步骤（2）所述氢氧化钠溶液摩尔浓度为3.3-3.6摩尔/升。
5.如权利要求1所述一种提高铸造涂料悬浮稳定性的方法，其特征在于，步骤（2）所述聚乙烯醇溶液质量浓度为1.0-1.5%。
6.如权利要求1或2所述一种提高铸造涂料悬浮稳定性的方法，其特征在于，所述载液为质量浓度在93-95%之间的乙醇溶液。
7.如权利要求1或2所述一种提高铸造涂料悬浮稳定性的方法，其特征在于，所述铸造涂料制备方法为：按铸造涂料配方进行称重，加料时先将悬浮剂、酚醛树脂、卡拉胶、聚乙烯醇缩丁醛酯、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺与载液混合均匀后再加入镁砂粉，研磨均化，加料过程持续搅拌均匀，加料完毕后的搅拌时间控制在25-30分钟；制成铸造涂料成品，密封保存即可。
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Application publication date: 20201208 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |