一种高性能水玻璃改性剂及其制备方法和制备的改性水玻璃

技术领域

本发明涉及一种水玻璃改性剂，具体涉及一种高性能水玻璃改性剂及其制备方法和制备的改性水玻璃。

背景技术

目前，铸造砂型粘结剂按化学组成可分为无机粘结剂和有机粘结剂两大类。主要的无机粘结剂有粘土、水玻璃和水泥、磷酸盐等，其中以粘土、水玻璃应用较多。有机粘结剂主要有植物油、糖浆、糊精、羧甲基纤维素、松香、合脂、减压渣油、沥青、纸浆废液、合成树脂等，以植物油、合成树脂应用较多。

用于铸造砂型的水玻璃粘结剂具有明显的优缺点，其优点：水玻璃是环保无异味的无机粘结剂，并且价格低廉、材料易得，全国各地均有普遍性生产；缺点：水玻璃粘结剂易吸收空气中水分导致砂模强度降低、蠕变，水玻璃砂模的溃散效果差，回收再利用处难度大。因此可通过匹配辅助材料来弥补其缺点发挥其优点，从而达到最为理想的铸造砂型粘结剂。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高性能水玻璃改性剂及其制备方法和制备的改性水玻璃。

为了实现上述目的，本发明的技术方案之一是：

一种高性能水玻璃改性剂，包括以下重量份的原料：甲基硅酸10-20份、氢氧化钠10-20份、饮用水60-70份、聚丙烯酰胺0.5-1份、木糖醇0.5-1份、四硼酸钠2-3份。

优选的，所述的高性能水玻璃改性剂包括以下重量份的原料：甲基硅酸15份、氢氧化钠15份、饮用水66份、聚丙烯酰胺0.5份、木糖醇1份、四硼酸钠2.5份。

甲基硅酸的固含量为50％。

聚丙烯酰胺的分子量为1000-1500万。

本发明的技术方案之一是：一种高性能水玻璃改性剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氢氧化钠、聚丙烯酰胺、木糖醇和四硼酸钠混合并搅拌均匀；

(2)在搅拌罐中依次加入三分之一的饮用水和甲基硅酸，启动搅拌罐，然后缓缓加入步骤(1)所得混合物，搅拌2小时后，加热至90℃保温6小时以上，使所有物质溶解；

(3)保温结束，加入剩余的饮用水，继续搅拌0.5小时以上；

(4)在常温下静置，此时表层漂浮有泡沫状粘稠物，底部有一层絮凝的杂质，过滤掉上层的粘稠物和底部的杂质，收集中间清澈的液体部分，所得中间清澈的液体即为本发明所要制备的水玻璃改性剂。

本发明的技术方案之一是：一种适用于夏季的改性水玻璃，是在水玻璃中加入水玻璃重量10-15％的改性剂，搅拌10分钟以上，静置24小时后可用。

优选的，改性剂的加入量为水玻璃重量的12％。

本发明的技术方案之一是：一种适用于秋冬季的改性水玻璃，是在水玻璃中加入水玻璃重量7-9％的改性剂，搅拌10分钟以上即可使用。

优选的，改性剂的加入量为水玻璃重量的8％。

材料特性：氢氧化钠在水中释放热量；聚丙烯酰胺具有极强的亲水性，单独加入时会有抱团现象，因此加入时需要混合其它物质便于其分散；四硼酸钠易溶于热水；因此在生产前，按照配比，先把氢氧化钠、聚丙烯酰胺、木糖醇、四硼酸钠均匀混合。

本发明的有益效果：

1、可使水玻璃液体粘结剂的粘度低，混砂时使其易与砂粒混合均匀，而且混好的型砂流动性好，可以制成外形复杂、准确反映模样表面外形的砂型和型芯。

2、硬化速度快，不经加热就能硬化，可以节约能源和使用价格低廉的非金属或铝合金模样和芯盒。如能采取先硬化、后脱模的方法，可显著提高铸件的外形和尺寸精度。

3、硬化后强度明显提高，能用来制造外形复杂、截面细薄的型芯，并可减少粘结剂加入量20％，降低了铸件生产成本和减少浇注过程中气体发生量，减少了铸件产生气孔缺陷的可能性。

4、在高温浇铸过程中发气量少，粘结剂受热发气缓慢、量少。对于和等类铸件还要求粘结剂的含氮量为零，大大降低产生皮下气孔、针孔等缺陷。

5、四硼酸钠的作用使砂型浇铸后溃散性好，粘结剂受到高温作用能自行分解溃散，防止了铸件凝固后产生内应力、裂纹，并使铸件轻易清砂。

6、本发明具有优良的防水性能，砂型不易吸潮或蠕变，混砂后可使用时间可控，不粘附模样和芯盒，对人体无害，对环境无污染，来源丰富，价格低廉等。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

甲基硅酸的固含量为50％。

聚丙烯酰胺的分子量为1000-1500万。

实施例1

一种高性能水玻璃改性剂，包括以下重量份的原料：甲基硅酸15份、氢氧化钠15份、饮用水66份、聚丙烯酰胺0.5份、木糖醇1份、四硼酸钠2.5份。

其制备方法，包括以下步骤：

(1)将氢氧化钠、聚丙烯酰胺、木糖醇和四硼酸钠混合并搅拌均匀；

(2)在搅拌罐中依次加入三分之一的饮用水和甲基硅酸，启动搅拌罐，然后缓缓加入步骤(1)所得混合物，搅拌2小时后，加热至90℃保温6小时，使所有物质溶解；由于氢氧化钠在水中溶解时释放热量，水越少释放热量越大，为了有更大热量，故首次加水只加水三分之一的量，目的是缩短溶解时间。加热到90℃的原因是，温度过高罐内液体就会沸腾或者溢出，高温液体具有安全隐患；

(3)保温结束，加入剩余的饮用水，继续搅拌0.5小时；

(4)在常温下静置，此时，在聚丙烯酰胺作用下，混合物表层漂浮有粘度较大的泡沫状粘稠物，底部有一层絮凝的杂质，过滤掉上层的粘稠物和底部的杂质，收集中间清澈的液体部分，所得中间清澈的液体即为本发明所要制备的水玻璃改性剂。

实施例2

一种高性能水玻璃改性剂，包括以下重量份的原料：甲基硅酸10份、氢氧化钠10份、饮用水60份、聚丙烯酰胺0.5份、木糖醇0.5份、四硼酸钠2份。

其制备方法同实施例1。

实施例3

一种高性能水玻璃改性剂，包括以下重量份的原料：甲基硅酸20份、氢氧化钠20份、饮用水70份、聚丙烯酰胺1份、木糖醇1份、四硼酸钠3份。

其制备方法同实施例1。

实施例4

一种适用于夏季的改性水玻璃，是在水玻璃中加入水玻璃重量12％的上述改性剂，搅拌10分钟，放置24小时后可用。

实施例5

一种适用于秋冬季的改性水玻璃，是在水玻璃中加入水玻璃重量7-9％的上述改性剂，搅拌10分钟即可使用。

本发明原料中甲基硅酸是防水剂的主要原料，氢氧化钠可降低水玻璃模数，饮用水是稀释剂，聚丙烯酰胺的作用是澄清水玻璃杂质，木糖醇主要作用是增加水玻璃粘接性能，四硼酸钠的作用一是增加水玻璃粘接强度，二是使砂型终强度降低，溃散性好。在制作改性剂时，有一个加热过程，加热温度约90℃，在这个温度下上述原料能够完全溶解，相互融合反应，综合共效，如甲基硅酸本身不具有防水作用，加入氢氧化钠后经过加热反应，能形成防水效果极佳的防水剂；氢氧化钠又可与聚丙烯酰胺、木糖醇、四硼酸钠发生反应，进一步提高砂型的使用强度。同时，本发明的改性剂可降低砂型高温使用后的终强度，便于旧砂再利用，具有良好的应用价值。