製備鑄造用澱粉粘結劑的方法
2023-06-18 08:31:06 1
專利名稱：製備鑄造用澱粉粘結劑的方法
技術領域：
本發明涉及一種粘結劑的製備方法，具體涉及一種製備鑄造用澱粉粘結劑的方法。
背景技術：
鑄造用粘結劑及其使用技術則是影響砂型鑄造生產環境和鑄型及芯砂性能的主要因素，並且鑄造用粘結劑不同於其它用途的粘結劑，在其性能、經濟、環境諸方面又有它獨特的要求，所以根據鑄造粘結劑的要求，研製新型無毒無汙染、綜合性能優良的鑄造粘結劑及其造型、制芯工藝勢在必行。傳統的鑄造用粘結劑如樹脂、桐油、水玻璃等都有各自的優點和應用範圍，但也都存在一些問題如樹脂的成本較高，混砂工藝複雜，造型和澆注時產生強刺激性有毒氣體，從而造成環境汙染；水玻璃砂潰散性、回用性差；桐油的資源有限，制約著它們的發展與應用，因此，發展無汙染、低成本、具有良好潰散性的粘結劑已成為鑄造工作者的共識，對鑄造用澱粉主粘結劑(以澱粉為主的粘結劑)的研究則順應了鑄造粘結劑的發展動向。當然，澱粉粘結劑與鑄造工業使用的其它無機、有機粘結劑相似，也存在著自己的缺點，即比強度低、耐溼性差等，因此回顧總結鑄造用澱粉粘結劑的研究概況，探討其研究方向，有望將澱粉改性工業與鑄造工業結合起來，既能改善澱粉的結構，擴大改性澱粉的應用範圍，又能改善鑄造工業汙染和促進我國工業的發展，是很有意義的。
發明內容
本發明目的是解決現有澱粉作為粘結劑，強度低、工藝性能差、不能用於坭芯的製作的缺陷，提供一種製備工藝簡單、粘結劑強度高、工藝性能好的製備鑄造用澱粉粘結劑的方法。
本發明製備鑄造用澱粉粘結劑的方法為①有機化膨潤土在溫度為75℃～85℃的條件下，將有機改性劑與無機膨潤土以100mmol/100g～110mmol/100g比例混合，在攪拌的條件下進行有機化反應，攪拌反應1～3h後，離心水洗；將洗滌後的溼有機土，在邊攪拌邊逐步加入已預先加溫熔解的助插層劑，加入的助插層劑溶液與有機膨潤土的重量配比為0.8∶1.0～1.0∶1.0，繼續不斷攪拌，攪拌反應時間為1～3h，將製得物靜置備用；②有機化糊化澱粉將澱粉分散於冷水中，在攪拌條件下，逐步加溫到75℃～85℃時，澱粉變為糊化澱粉粘液在此溫度下，慢慢加入已預先加溫熔解的助插層劑，糊化澱粉與助插層劑溶液的重量配比為1∶0.7～1∶1，繼續不斷攪拌，攪拌反應時間為1～3h，將製得物靜置備用；
③製成澱粉粘結劑將步驟①製得物和步驟②製得物分別靜置8～12h小時；在溫度70℃～80℃的條件下，將步驟①製得物和步驟②製得物以1∶9～3∶7比例混合，攪拌1～3h後，倒入蒸發器，將蒸發器送入40℃～50℃的任一真空度的條件下的乾燥器中乾燥，乾燥後獲得物在研磨機破碎過篩至100～150目，製得鑄造用澱粉粘結劑。
由於以下改性原理I膨潤土的有機化實驗採用多羥基有機胺鹽做插層劑改性膨潤土，從而增加膨潤土片層的羥基密度，促使膨潤土通過氫鍵產生較強的作用力，增加其與澱粉的相容性。II有機膨潤土/澱粉複合粘結劑的製備由於澱粉分子結構為螺旋狀且含有葡萄糖單元，空間位阻大，有機膨潤土共混時很難進入土層。採用聚乙烯醇做為助插層劑，一方面是聚乙烯醇為多羥基直鏈大分子，空間位阻小，能與膨潤土表面層接觸，與有機改性劑的羥基之間形成氫鍵，強烈的作用能使聚乙烯醇進入土層乃至剝離膨潤土的片層。另一方面，聚乙烯醇與澱粉有一定的相容性，提高膨潤土在澱粉中的分散性，可能形成澱粉基的納米複合材料。
本發明具有顯著的優點①產品的強度高，綜合性能好。
②成本低。其價格便宜相當於目前的合脂油，用量比合脂油少1/3，而合脂油的價格逐漸上漲，澱粉是農產品，其價格較低。
③實用性強。澱粉作為鑄造用粘結劑其工藝工裝，設備與合脂油砂一樣，若原來是用合脂油做粘結劑。現在改用澱粉做粘結劑，一切工藝技術，工裝設備都不要改變；對於原砂無苛刻要求，不需要幹砂，更不需要水洗砂，任何粗細和角形係數，含泥量的砂都是可以用的；④符合環保要求。原材料是無機膨潤土和澱粉，都是環保的物質，加入的改性劑也是無毒的，製得的粘結劑經化學分析，未發現有毒元素存在。比合脂砂省1/3的能源，烘乾、澆注發出氣體無毒無味是環保友好型的粘結劑。
具體實施例方式
①有機化膨潤土在溫度為75℃～85℃的條件下，將有機改性劑與無機膨潤土以100mmol/100g～110mmol/100g比例混合，在攪拌的條件下進行有機化反應，攪拌反應1～3h後，離心水洗；將洗滌後的溼有機土，在邊攪拌邊逐步加入已預先加溫熔解的助插層劑，加入的助插層劑溶液與有機膨潤土的重量配比為0.8∶1.0～1.0∶1.0，繼續不斷攪拌，攪拌反應時間為1～3h，將製得物靜置備用。
②有機化糊化澱粉將澱粉分散於冷水中，在攪拌條件下，逐步加溫到75℃～85℃時，澱粉變為糊化澱粉粘液在此溫度下，慢慢加入已預先加溫熔解的助插層劑，糊化澱粉與助插層劑溶液的重量配比為1∶0.7～1∶1，繼續不斷攪拌，攪拌反應時間為1～3h，將製得物靜置備用；③製成澱粉粘結劑將步驟①製得物和步驟②製得物分別靜置8～12h小時；在溫度70℃～80℃的條件下，將步驟①製得物和步驟②製得物以1∶9～3∶7比例混合，攪拌1～3h後，倒入蒸發器，將蒸發器送入40℃～50℃的任一真空度的條件下的乾燥器中乾燥，乾燥後獲得物在研磨機破碎過篩至100～150目，製得鑄造用澱粉粘結劑。
其中，助插層劑為濃度為10％的聚乙烯醇溶液；有機改性劑為三乙醇胺或三羥甲基甲胺鹽；糊化澱粉為木薯澱粉、玉米澱粉和糯米澱粉中的一種或幾種；鑄造用澱粉粘結劑在使用時加水、矽砂及其它附加物，混砂後即得芯砂用於制芯。
實施例(1)原料無機膨潤土的來源福建省龍巖連城縣；澱粉的來源木薯澱粉福建閩西北地區，廣西省，西南各地；玉米澱粉東北各省(2)具體製備方法步驟如下①在保證加熱溫度為80℃下，將無機膨潤土100克～120克與三乙醇胺90～105克，在攪拌的條件下(轉速每分鐘80轉)進行有機化的反應2～3h，然後離心水洗。
②在保證加熱溫度為80℃的情況下，邊攪拌邊逐步加入已溶解的聚乙烯醇，其濃度為10％80mL，繼續不斷攪拌2～3h；③在保證加熱溫度為80℃的情況下，邊攪拌邊加入木薯澱粉100克分散於水中進行糊化後，再慢慢加入已溶解的聚乙烯醇75mL，繼續不斷攪拌1～2h；④將②、③分別靜置8～10h；⑤在保證加熱溫度為80℃下，將②、③按，木薯澱粉∶有機膨潤土＝8∶2(質量比)配製混合攪拌2h後，倒入蒸發器，在40℃～50℃真空乾燥，破碎，過篩100～150目，製得鑄造用澱粉粘結劑。用時加水、矽砂及其它附加物，混砂後即得芯砂用於制芯。
本產品主要用於鑄造廠作坭芯粘結劑用。
產品使用方式①使用某廠柴油機機體(II級坭芯)，用本粘結劑，其性能指標幹強度2.3～2.6MPa，粘結劑加入量3～4％，根據矽砂情況而變動。烘乾溫度180℃～200℃，保溫時間視具體情況而定。混砂工藝矽砂(GB50/100)100％+粘結劑(3％～3.5％)幹混5min+水10％(佔砂質量)，溼混砂10分鐘，出砂造芯。
某廠為高錳鋼及其它耐磨鑄件廠，試用期約為1年，各種大小不等的鑄件坭芯，用本粘結劑，其原料以木薯粉為主再加玉米粉(木薯粉∶玉米粉＝8∶2)，混砂工藝矽砂(GB50/100)100％+粘結劑(2.5％～4.0％)幹混5min+水8～9％(佔砂質量)+柴油0.3％～0.5％(佔砂質量)，混砂10分鐘，出砂造芯。工藝性能幹強度≥1.5MPa，烘乾溫度180℃～200℃，小件不需烘乾能自幹。
澱粉作為鑄造用粘結劑其工藝工裝，設備與合脂油砂一樣，若原來是用合脂油做粘結劑。現在改用澱粉做粘結劑，一切工藝技術，共裝設備都不要改變。
本粘結劑作為鑄造用粘結劑，代替合脂油粘結劑尤為合適①對原砂無特殊要求，任何粗細砂，含水分，含坭量都可以用。②工藝、工裝設備、操作工藝，與合脂油一樣。③本粘結劑是乾粉袋裝，運輸方便。④成本低，價格與合脂油相當，但加入量比合脂油少1/3。烘乾溫度比合脂油低，保溼時間比合脂油短，省能耗。⑤符合環保要求，乾淨、無氣味。
權利要求
1.一種製備鑄造用澱粉粘結劑的方法，其特徵在於其製備步驟為①有機化膨潤土在溫度為75℃～85℃的條件下，將有機改性劑與無機膨潤土以100mmol/100g～110mmol/100g比例混合，在攪拌的條件下進行有機化反應，攪拌反應1～3h後，離心水洗；將洗滌後的溼有機土，在邊攪拌邊逐步加入已預先加溫熔解的助插層劑，加入的助插層劑溶液與有機膨潤土的重量配比為0.8∶1.0～1.0∶1.0，繼續不斷攪拌，攪拌反應時間為1～3h，將製得物靜置備用；②有機化糊化澱粉將澱粉分散於冷水中，在攪拌條件下，逐步加溫到75℃～85℃時，澱粉變為糊化澱粉粘液在此溫度下，慢慢加入已預先加溫熔解的助插層劑，糊化澱粉與助插層劑溶液的重量配比為1∶0.7～1∶1，繼續不斷攪拌，攪拌反應時間為1～3h，將製得物靜置備用；③製成澱粉粘結劑將步驟①製得物和步驟②製得物分別靜置8～12h小時；在溫度70℃～80℃的條件下，將步驟①製得物和步驟②製得物以1∶9～3∶7比例混合，攪拌1～3h後，倒入蒸發器，將蒸發器送入40℃～50℃的任一真空度的條件下的乾燥器中乾燥，乾燥後獲得物在研磨機破碎過篩至100～150目，製得鑄造用澱粉粘結劑。
2.根據權利要求1所述製備鑄造用澱粉粘結劑的方法，其特徵在於所述的助插層劑為聚乙烯醇溶液。
3.根據權利要求2所述製備鑄造用澱粉粘結劑的方法，其特徵在於所述聚乙烯醇濃度為10％。
4.根據權利要求1所述製備鑄造用澱粉粘結劑的方法，其特徵在於所述的有機改性劑為三乙醇胺或三羥甲基甲胺鹽。
5.根據權利要求1所述製備鑄造用澱粉粘結劑的方法，其特徵在於所述糊化澱粉為木薯澱粉、玉米澱粉和糯米澱粉中的一種或幾種。
6.根據權利要求1所述製備鑄造用澱粉粘結劑的方法，其特徵在於所述鑄造用澱粉粘結劑在使用時加水、矽砂及其它附加物，混砂後即得芯砂用於制芯。
全文摘要
本發明鑄造用澱粉粘結劑的製備方法，以糊化澱粉和無機膨潤土為基礎，經過有機化，插層和加入適當的輔助材料製得，其製備步驟為①有機化膨潤土；②有機化糊化澱粉；③混合步驟①製得物和步驟②製得物製成澱粉粘結劑。本發明的優點有①產品的強度高，綜合性能好，可以代替合脂油或部分樹脂砂來製造II級坭芯。②成本低，價格只相當於樹脂粘結劑的1/3，與合脂油相當，但加入量比合脂油少，原砂無特殊要求，節省能源消耗，綜合經濟效益顯著。③符合環保要求，原材料是澱粉和膨潤土，製造的粘結劑經化學分析，未發現有毒元素存在。
文檔編號B22C1/26GK1974056SQ20061013533
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月15日 優先權日2006年12月15日
發明者鄭玉嬰, 吳章宏, 陳玉琳 申請人:福州大學