一種鑄造醇基塗料用凹土懸浮劑及製備方法
2023-06-13 02:35:51 3
專利名稱：一種鑄造醇基塗料用凹土懸浮劑及製備方法
技術領域：
本發明涉及一種醇基塗料用懸浮劑的納米複合改性方法，具體是涉及一種 應用於鑄造工業的醇基塗料中凹土懸浮劑的納米複合改性方法。
背景技術：
隨著近年來我國經濟建設的迅猛發展，鑄件的產量、質量及其出口量逐年 增長，對鑄造塗料的用量及其質量的要求也越來越高。與水基塗料相比，由於 醇基塗料只需點燃乾燥或揮發自幹，具有乾燥速度快、生產效率高、節約能源 以及縮短生產周期等優點，所以在我國得到了廣泛的應用，我國鑄造塗料的年
用量可達20 25萬噸，而醇基塗料佔塗料總用量的60 70%。
一般塗料由耐火骨料、粘結劑、懸浮劑、助劑和溶劑等成分構成，其中懸 浮劑是鑄型塗料各組分中最重要的部分，良好的懸浮性能不僅能有效地保證塗 料各組分的均一性，充分發揮塗料的功能作用，提高鑄件的表面質量；而且還有 利於施塗、貯存和運輸。所以，對塗料懸浮劑的研究日益引起了人們的高度重 視，特別是醇基塗料懸浮劑。
過去，我國將鈉基膨潤土用作醇基塗料的懸浮劑，由於它在醇溶液中溶脹 性不好，懸浮效果差，現已不用。後來採用季胺鹽處理的有機膨潤土。它是一 種較好的醇基塗料的懸浮劑，但是，有機膨潤土必須採用二甲苯來引發才能使 用，而二甲苯屬於一種劇毒的化學品，嚴重影響人體的健康，不能滿足21世紀 綠色鑄造生產的要求；同時，有機膨潤土價格相對較高，大大增加了塗料產品 的製造成本，對於薄利的鑄造企業很難接受。到20世紀80年代以後，我國又 開發了一種醇基塗料用新型懸浮劑，它是用鋰鹽與鈣基膨潤土進行陽離子交換 而得(CN85105821)，這種材料在醇溶液中具有較好的懸浮性和使用性能。但 是，鋰基膨潤土吸水溶脹後，在醇溶液中穩定性較差，由於鋰土膠粒在醇溶液 中易脫水、沉澱而使醇基塗料失去懸浮作用，致使塗料中耐火骨料下沉結塊， 尤其是在運輸顛簸過程中，往往形成"死沉澱"，惡化了塗料的塗敷使用性能，也 降低了塗料層的耐火度和抗粘砂性能。
為了克服鋰基膨潤土作為醇基塗料懸浮劑時產生懸浮穩定性差的問題，國 內外都提出了採用凹凸棒石粘土作為醇基塗料懸浮劑的想法。凹凸棒石粘土又稱坡縷石(Palygouskite)或坡縷縞石，是一種具有層鏈 狀結構的含水富鎂矽酸鹽粘土礦物，其結構屬2: l型粘土礦物。在每個2: 1 單位結構層中，四面體晶片角頂隔一定距離方向顛倒，形成層鏈狀。由於它 具有一些獨特的層鏈狀結構特徵以及優良的物理化學性能，存在巨大的使用潛 能，國外對凹凸棒石粘土的研究較多，主要是在建材、農藥、化肥、化工吸附 劑、催化劑、汙水處理、印刷、粘結劑和太陽能貯熱等眾多領域內得到了廣泛 的應用，而在鑄造塗料的應用中報導較少。例如1983年美國專利US4386010 提出用親有機陽離子季胺鹽改性凹凸棒土，來吸附淨化工業汙水；1984年美國 專利US4444665也提出了將煅燒過的凹凸棒粘土用親有機陽離子季胺鹽進行改 性，製得一種高效的吸附劑以去除工業汙水中的有機或無機汙染物。20世紀90 年代，日本初山圭司等人提出了用未改性凹凸棒土作消失模水基塗料懸浮劑的 專利(JP08—150436)，凹土懸浮劑的加入量為耐火骨料的2 10%，使其塗料 層的厚度和強度有了很大的提高。接著2004年日本吉田昭等人又提出採用凹凸 棒土作醇基塗料的懸浮劑的專利(JP2004—066286)，纖維狀凹土的加入量為S2 %，可使塗料的流平性和塗層的均勻性得到改善，從而對鑄件的表面質量有了 大幅度的提高。
我國凹凸棒粘土的儲量較大，近年來我國對凹凸棒粘土的性能、改性機理 和方法、以及工業應用，都進行了大量的研究開發工作。例如，我國齊全珠等 人研究了凹凸棒粘土在水和醇兩種不同介質中的懸浮性時發現，未改性的凹凸 棒粘土在水中的懸浮性明顯高於在乙醇溶液中，這是因為凹凸棒粘土表面存在 大量的一OH基極性親水集團，同時凹凸棒粘土的憎油性和乙醇分子的尺寸大於 水分子，乙醇分子難於進入凹凸棒粘土晶粒的空管中等的緣故。陳浩等人試驗 了熱、酸、鹽和有機改性等對凹凸棒粘土懸浮穩定性的影響指出，熱處理、酸 處理和鹽處理都不利於凹凸棒粘土懸浮性的改善，而採用表面活性劑對凹凸棒 粘土進行有機改性，能明顯提高凹凸棒粘土的懸浮性。謝紅璐等人試驗了表面 活性劑的種類對凹凸棒粘土懸浮性的影響時發現，烷氧基化表面活性劑與凹凸 棒粘土存在較強的相互作用，在膨脹性、懸浮性及粘度變化上均優於與其對比 的高分子、陰離子表面活性劑體系，且三元複合體系性能較二元體系更好。
另外，谷文書等人採用凹凸棒粘土、膨潤土、氧化鎂、矽酸鈉和聚乙二醇 等配料(CN 200610088469.0),經過浸泡、擠壓、晾乾和磨粉等工序，製成鑄造醇 基塗料用懸浮劑。袁長兵等人將鈉化處理後的凹凸棒粘土、矽酸鈉、十二烷基 硫酸鈉和聚丙烯醯胺等材料按照配料的要求進行混合攪拌CN200610088472.2)，製成適用於農藥用的懸浮劑。張方等人將SN與凹凸棒粘土複合 (200810058437.5)，並加入少量季銨鹽陽離子表面活性劑和潤溼劑，製成醇基 塗料用的懸浮劑。
總之，我國對凹凸棒粘土開展了許多的試驗研究，在吸附淨化工業汙水上 得到了較好的應用，但是，將其應用於鑄造醇基塗料的懸浮劑上，還存在粘度 大、對於高密度的耐火骨料懸浮性不理想等問題而未能獲得廣泛的應用。為了 適應21世紀綠色鑄造的要求，本專利將對凹凸棒土進行納米材料改性，使之能 替代或部分替代有機膨潤土或鋰土成為性能優異的新型環保醇基鑄造塗料懸浮 劑。
發明內容
本發明的目的是提供一種鑄造醇基塗料用凹土懸浮劑，替代或部分替代有 機膨潤土或鋰土成為性能優異的新型環保醇基鑄造塗料用懸浮劑。能大幅度提 高鑄造醇基塗料的懸浮穩定性和抗板結性能。
本發明的另一目的，是提供一種製備鑄造醇基塗料用凹土懸浮劑的方法。
採用本發明的改性凹土懸浮劑，取代或部分取代鋰土或有機土，做鑄造醇 基塗料用的懸浮劑，能夠大大提升塗料的懸浮穩定性和抗板結性能。提高鑄造 醇基塗料的塗敷使用性能，進而提高塗料層的耐火度和高溫抗粘砂性能及鑄件 的表面質量，具有極大的應用前景和現實意義。
採用的技術方案是
一種鑄造醇基塗料用凹土懸浮劑，是在矽酸鋁鎂含量以質量百分比為80 85%的凹土顆粒上包覆無機納米顆粒構成。
凹土粒度為>200目。無機納米粒子為納米Ab03、納米Si02或納米Ti02， 其粒徑為10 20nm，比表面積為200 300m2/g。
一種製備鑄造醇基塗料用凹土懸浮劑的方法，包括下述步驟
1、 取矽酸鋁鎂含量為80 85%(質量百分比)的50g凹土中加入0.5 3mol/L 鹽酸l卯 210ml，用超聲波分散處理20 25min，超聲波發生器輸出功率為 1200W，頻率為20KHz，然後用去離子水洗滌至無氯離子後，離心脫水，烘乾 粉碎，得酸化後凹土；
2、 將50ml水中加入4 6g上述製備的酸化凹土，超聲波分散10 15min;
3、 按酸化凹土與無機納米粒子為50: 3的比例加入無機納米粒子，超聲波 分散10 15min，離心脫水，烘乾粉碎，即製得醇基塗料用納米複合改性的凹土 懸浮劑。製備上述鑄造醇基塗料用凹土懸浮劑的機理是
將提純的凹土，通過酸化後，再採用無機納米粒子進行改性，做鑄造醇基 塗料的懸浮劑。這樣改性的凹土與有機溶劑具有良好的親和能力，並能在醇溶 液中顯示出良好的分散能力和懸浮穩定性。其改性的具體方法是首先選用經 過提純的凹土用酸進行活化處理，進一步改性提純，以便於下一步用納米粒子 進行改性；選用合適的無機納米粒子，通過超聲波分散手段，對酸化提純後的 凹土進行複合改性，以達到其對醇溶液的親和能力和在醇溶液中的分散懸浮穩 定性。
納米材料是指粒徑介於1 100 nm的粒子。隨著粒徑的不斷減小，粒子的 比表面積急劇變大。高的比表面積使處於粒子表面的原子數增多，導致表面能 和表面結合能的迅速增加。由於粒子表面原子數量增多，原子配位的不足及其 高的表面能，使粒子表面原子具有很高的化學活性，極不穩定，很容易與其他 原子結合。所以，選擇合適的納米粒子，使之吸附於凹土的表面，當其凹土的 表面原子遇到有機醇類的原子時能很快與之結合，形成穩定溶液，這是納米改 性凹土能作為醇基塗料懸浮劑的原因。
要使納米粒子較好地包覆在凹土粒子上，配製出高分散凹土懸浮液是關鍵， 因為凹凸棒土比表面積大，易團聚。如果加入分散劑，又可能防礙納米粒子在 凹土粒子表面上的沉澱包覆，本專利是採用超聲波分散的辦法。
另外，凹土用納米材料改性前，必須經過提純和酸處理，因為，提純是為 了去除凹土中的雜質；酸處理的目的是，由於凹凸棒土等電點為3，通常情況下 羥基脫氫帶負電荷，進行酸處理，可使孔道疏通，更多的羥基結構顯現出來而 有利於改性接合，提高後續改性的效率。用無機納米粒子改性，使改性後的凹 土外表面由親水性變成疏水性，大大提高了凹土在有機溶劑中的分散能力及懸 浮穩定性。
這種無機納米粒子改性的凹土用作鑄造醇基塗料的懸浮劑，可防止醇基塗 料中耐火骨料粒子的下沉結塊，從而能顯著提高醇基塗料的懸浮穩定性和抗板 結性能。
本發明的特點是，經過往提純酸化處理的凹土體系中加入一種無機納米粒 子對其進行改性，使無機納米粒子包覆在凹土顆粒的周圍， 一方面能改變凹土 的表面狀態，達到疏水親醇的目的；另一方面能防止已高度分散的凹土懸浮劑 顆粒聚集長大，從而大大提高醇基塗料的懸浮穩定性和抗板結性能。
具體實施方式
實施例一
一種製備鑄造醇基塗料用凹土懸浮劑的方法，是取50克凹土中加入2mol/L 鹽酸200毫升，超聲波分散處理20分鐘，然後用去離子水洗滌至無氯離子後， 離心脫水，烘乾粉碎。
在50ml水中加入5克通過上述處理的凹土，超聲波分散10min，形成均勻 分散的凹土懸浮液。
再按酸化凹土與無機納米粒子為50/3的比例加入無機納米粒子，超聲波分 散10min，離心脫水，烘乾粉碎，製得醇基塗料用凹土懸浮劑。
用上述納米材料改性的凹土配製的醇基鋯英粉塗料24h懸浮性達96%。
實施例二
一種製備鑄造醇基塗料用凹土懸浮劑的方法，是取50克凹土中加入lmol/L 硫酸200毫升，超聲波分散處理20分鐘，然後用去離子水洗滌至無氯離子後， 離心脫水，烘乾粉碎。
在50ml水中加入5克通過上述處理的凹土，超聲波分散10min，形成均勻 分散的凹土懸浮液。
再按酸化凹土與無機納米粒子為50/1的比例加入無機納米粒子，超聲波分 散10min，離心脫水，烘乾粉碎，製得醇基塗料用凹土懸浮劑。
用上述納米材料改性的凹土配製的醇基鋯英粉塗料24h懸浮性達93%。
實施例三
一種製備鑄造醇基塗料用凹土懸浮劑的方法，是取50克凹土中加入lmol/L 鹽酸200毫升，超聲波分散處理20分鐘，然後用去離子水洗滌至無氯離子後， 離心脫水，烘乾粉碎。
在50ml水中加入5克通過上述處理的凹土，超聲波分散10min,形成均勻 分散的凹土懸浮液。
再按酸化凹土與無機納米粒子為10/1的比例加入無機納米粒子，超聲波分 散10min，離心脫水，烘乾粉碎，製得醇基塗料用凹土懸浮劑。
用上述納米材料改性的凹土配製的醇基鋯英粉塗料24h懸浮性達99%。
上述所採用的改性前的提純凹土矽酸鋁鎂含量在80 85%;
上述離心脫水機所用轉速為550 650轉/分鐘；
上述所用的烘乾設備烘乾溫度為80 100°C;
上述所用的超聲波儀器輸出功率為1200W，頻率為20KHz;
本專利所用的無機納米粒子可選用納米A1203、納米Si02和納米Ti02，其 粒徑為10 20nm，比表面積為200 300m2/g。
權利要求
1、一種鑄造醇基塗料用凹土懸浮劑，其特徵是在矽酸鋁鎂含量以質量百分比為80～85％的凹土粒子上包覆無機納米顆粒構成；無機納米粒子為納米Al2O3、納米SiO2或納米TiO2，其粒徑為10～20nm，比表面積為200～300m2/g。
2、 根據權利要求1所述的一種鑄造醇基塗料用凹土懸浮劑的製備方法，其 特徵在於包括下述工藝步驟1) 取矽酸鋁鎂含量以質量百分比計為80 85%的50g凹土中加入0.5 3mol/L鹽酸190 210ml，用功率為1200W、頻率為20KHz的超聲波分散處理 20 25min，然後用去離子水洗滌至無氯離子後，離心脫水，離心機轉數為550 650轉/min，再在80 10(TC溫度下烘乾並粉碎，得酸化凹土；2) 在50ml水中加入4 6g上述製備的酸化凹土，用功率為1200W、頻率 為20KHz的超聲波分散10 15min;3) 按酸化凹土與無機納米粒子為50: 3的比例加入無機納米粒子，用功率 為1200W、頻率為20KHz的超聲波分散10 15min，離心脫水，離心機轉數為 550 650轉/min，再在80 100。C溫度下烘乾並粉碎後，即得。
3、 根據權利要求2所述的一種鑄造醇基塗料用凹土懸浮劑的製備方法，是 取50克凹土中加入2mol/L鹽酸200毫升，超聲波分散處理20分鐘，然後用去 離子水洗滌至無氯離子後，離心脫水，烘乾粉碎；在50ml水中加入5克通過上述酸化凹土，超聲波分散10min，形成均勻分 散的凹土懸浮液；再按酸化凹土與無機納米粒子為50/3的比例加入無機納米粒子，超聲波分 散10min，離心脫水，烘乾粉碎，製得醇基塗料用凹土懸浮劑。
4、 根據權利要求2所述的一種鑄造醇基塗料用凹土懸浮劑的製備方法，是 取50克凹土中加入lmol/L硫酸200毫升，超聲波分散處理20分鐘，然後用去 離子水洗滌至無氯離子後，離心脫水，烘乾粉碎；在50ml水中加入5克通過上述酸化凹土，超聲波分散10min，形成均勻分 散的凹土懸浮液；再按酸化凹土與無機納米粒子為50/1的比例加入無機納米粒子，超聲波分 散10min，離心脫水，烘乾粉碎，製得醇基塗料用納米複合改性的凹土懸浮劑。
全文摘要
一種鑄造醇基塗料用凹土懸浮劑，矽酸鋁鎂含量以質量百分比為80～85％的凹土粒子上包覆無機納米顆粒構成；無機納米粒子為納米Al2O3、納米SiO2或納米TiO2，其粒徑為10～20nm，比表面積為200～300m2/g。本發明的優點是，經過往提純酸化處理的凹土體系中加入一種無機納米粒子對其進行改性，使無機納米粒子包覆在凹土顆粒的周圍，一方面能改變凹土的表面狀態，達到疏水親醇的目的；另一方面能防止已高度分散的凹土懸浮劑顆粒聚集長大，從而大大提高醇基塗料的懸浮穩定性和抗板結性能。
文檔編號B22C3/00GK101607298SQ20091001234
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月2日 優先權日2009年7月2日
發明者劉加軍, 呂德志, 玲 李, 李漢錕 申請人:瀋陽鑄造研究所