專利名稱：制備鑄造用淀粉粘結(jié)劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粘結(jié)劑的制備方法，具體涉及一種制備鑄造用淀粉粘結(jié)劑的方法。
背景技術(shù)：
鑄造用粘結(jié)劑及其使用技術(shù)則是影響砂型鑄造生產(chǎn)環(huán)境和鑄型及芯砂性能的主要因素，并且鑄造用粘結(jié)劑不同于其它用途的粘結(jié)劑，在其性能、經(jīng)濟、環(huán)境諸方面又有它獨特的要求，所以根據(jù)鑄造粘結(jié)劑的要求，研制新型無毒無污染、綜合性能優(yōu)良的鑄造粘結(jié)劑及其造型、制芯工藝勢在必行。傳統(tǒng)的鑄造用粘結(jié)劑如樹脂、桐油、水玻璃等都有各自的優(yōu)點和應(yīng)用范圍，但也都存在一些問題如樹脂的成本較高，混砂工藝復(fù)雜，造型和澆注時產(chǎn)生強刺激性有毒氣體，從而造成環(huán)境污染；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(fā)展與應(yīng)用，因此，發(fā)展無污染、低成本、具有良好潰散性的粘結(jié)劑已成為鑄造工作者的共識，對鑄造用淀粉主粘結(jié)劑(以淀粉為主的粘結(jié)劑)的研究則順應(yīng)了鑄造粘結(jié)劑的發(fā)展動向。當(dāng)然，淀粉粘結(jié)劑與鑄造工業(yè)使用的其它無機、有機粘結(jié)劑相似，也存在著自己的缺點，即比強度低、耐濕性差等，因此回顧總結(jié)鑄造用淀粉粘結(jié)劑的研究概況，探討其研究方向，有望將淀粉改性工業(yè)與鑄造工業(yè)結(jié)合起來，既能改善淀粉的結(jié)構(gòu)，擴大改性淀粉的應(yīng)用范圍，又能改善鑄造工業(yè)污染和促進我國工業(yè)的發(fā)展，是很有意義的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有淀粉作為粘結(jié)劑，強度低、工藝性能差、不能用于坭芯的制作的缺陷，提供一種制備工藝簡單、粘結(jié)劑強度高、工藝性能好的制備鑄造用淀粉粘結(jié)劑的方法。
本發(fā)明制備鑄造用淀粉粘結(jié)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(yīng)，攪拌反應(yīng)1～3h后，離心水洗；將洗滌后的濕有機土，在邊攪拌邊逐步加入已預(yù)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(xù)不斷攪拌，攪拌反應(yīng)時間為1～3h，將制得物靜置備用；②有機化糊化淀粉將淀粉分散于冷水中，在攪拌條件下，逐步加溫到75℃～85℃時，淀粉變?yōu)楹矸壅骋涸诖藴囟认拢尤胍杨A(yù)先加溫熔解的助插層劑，糊化淀粉與助插層劑溶液的重量配比為1∶0.7～1∶1，繼續(xù)不斷攪拌，攪拌反應(yīng)時間為1～3h，將制得物靜置備用；
③制成淀粉粘結(jié)劑將步驟①制得物和步驟②制得物分別靜置8～12h小時；在溫度70℃～80℃的條件下，將步驟①制得物和步驟②制得物以1∶9～3∶7比例混合，攪拌1～3h后，倒入蒸發(fā)器，將蒸發(fā)器送入40℃～50℃的任一真空度的條件下的干燥器中干燥，干燥后獲得物在研磨機破碎過篩至100～150目，制得鑄造用淀粉粘結(jié)劑。
由于以下改性原理I膨潤土的有機化實驗采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(chǎn)生較強的作用力，增加其與淀粉的相容性。II有機膨潤土/淀粉復(fù)合粘結(jié)劑的制備由于淀粉分子結(jié)構(gòu)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。采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，聚乙烯醇與淀粉有一定的相容性，提高膨潤土在淀粉中的分散性，可能形成淀粉基的納米復(fù)合材料。
本發(fā)明具有顯著的優(yōu)點①產(chǎn)品的強度高，綜合性能好。
②成本低。其價格便宜相當(dāng)于目前的合脂油，用量比合脂油少1/3，而合脂油的價格逐漸上漲，淀粉是農(nóng)產(chǎn)品，其價格較低。
③實用性強。淀粉作為鑄造用粘結(jié)劑其工藝工裝，設(shè)備與合脂油砂一樣，若原來是用合脂油做粘結(jié)劑?，F(xiàn)在改用淀粉做粘結(jié)劑，一切工藝技術(shù)，工裝設(shè)備都不要改變；對于原砂無苛刻要求，不需要干砂，更不需要水洗砂，任何粗細(xì)和角形系數(shù)，含泥量的砂都是可以用的；④符合環(huán)保要求。原材料是無機膨潤土和淀粉，都是環(huán)保的物質(zhì)，加入的改性劑也是無毒的，制得的粘結(jié)劑經(jīng)化學(xué)分析，未發(fā)現(xiàn)有毒元素存在。比合脂砂省1/3的能源，烘干、澆注發(fā)出氣體無毒無味是環(huán)保友好型的粘結(jié)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(yīng)，攪拌反應(yīng)1～3h后，離心水洗；將洗滌后的濕有機土，在邊攪拌邊逐步加入已預(yù)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(xù)不斷攪拌，攪拌反應(yīng)時間為1～3h，將制得物靜置備用。
②有機化糊化淀粉將淀粉分散于冷水中，在攪拌條件下，逐步加溫到75℃～85℃時，淀粉變?yōu)楹矸壅骋涸诖藴囟认拢尤胍杨A(yù)先加溫熔解的助插層劑，糊化淀粉與助插層劑溶液的重量配比為1∶0.7～1∶1，繼續(xù)不斷攪拌，攪拌反應(yīng)時間為1～3h，將制得物靜置備用；③制成淀粉粘結(jié)劑將步驟①制得物和步驟②制得物分別靜置8～12h小時；在溫度70℃～80℃的條件下，將步驟①制得物和步驟②制得物以1∶9～3∶7比例混合，攪拌1～3h后，倒入蒸發(fā)器，將蒸發(fā)器送入40℃～50℃的任一真空度的條件下的干燥器中干燥，干燥后獲得物在研磨機破碎過篩至100～150目，制得鑄造用淀粉粘結(jié)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；糊化淀粉為木薯淀粉、玉米淀粉和糯米淀粉中的一種或幾種；鑄造用淀粉粘結(jié)劑在使用時加水、硅砂及其它附加物，混砂后即得芯砂用于制芯。
實施例(1)原料無機膨潤土的來源福建省龍巖連城縣；淀粉的來源木薯淀粉福建閩西北地區(qū)，廣西省，西南各地；玉米淀粉東北各省(2)具體制備方法步驟如下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(zhuǎn)速每分鐘80轉(zhuǎn))進行有機化的反應(yīng)2～3h，然后離心水洗。
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(xù)不斷攪拌2～3h；③在保證加熱溫度為80℃的情況下，邊攪拌邊加入木薯淀粉100克分散于水中進行糊化后，再慢慢加入已溶解的聚乙烯醇75mL，繼續(xù)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，木薯淀粉∶有機膨潤土＝8∶2(質(zhì)量比)配制混合攪拌2h后，倒入蒸發(fā)器，在40℃～50℃真空干燥，破碎，過篩100～150目，制得鑄造用淀粉粘結(jié)劑。用時加水、硅砂及其它附加物，混砂后即得芯砂用于制芯。
本產(chǎn)品主要用于鑄造廠作坭芯粘結(jié)劑用。
產(chǎn)品使用方式①使用某廠柴油機機體(II級坭芯)，用本粘結(jié)劑，其性能指標(biāo)干強度2.3～2.6MPa，粘結(jié)劑加入量3～4％，根據(jù)硅砂情況而變動。烘干溫度180℃～200℃，保溫時間視具體情況而定。混砂工藝硅砂(GB50/100)100％+粘結(jié)劑(3％～3.5％)干混5min+水10％(占砂質(zhì)量)，濕混砂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(jié)劑，其原料以木薯粉為主再加玉米粉(木薯粉∶玉米粉＝8∶2)，混砂工藝硅砂(GB50/100)100％+粘結(jié)劑(2.5％～4.0％)干混5min+水8～9％(占砂質(zhì)量)+柴油0.3％～0.5％(占砂質(zhì)量)，混砂10分鐘，出砂造芯。工藝性能干強度≥1.5MPa，烘干溫度180℃～200℃，小件不需烘干能自干。
淀粉作為鑄造用粘結(jié)劑其工藝工裝，設(shè)備與合脂油砂一樣，若原來是用合脂油做粘結(jié)劑?，F(xiàn)在改用淀粉做粘結(jié)劑，一切工藝技術(shù)，共裝設(shè)備都不要改變。
本粘結(jié)劑作為鑄造用粘結(jié)劑，代替合脂油粘結(jié)劑尤為合適①對原砂無特殊要求，任何粗細(xì)砂，含水分，含坭量都可以用。②工藝、工裝設(shè)備、操作工藝，與合脂油一樣。③本粘結(jié)劑是干粉袋裝，運輸方便。④成本低，價格與合脂油相當(dāng)，但加入量比合脂油少1/3。烘干溫度比合脂油低，保濕時間比合脂油短，省能耗。⑤符合環(huán)保要求，干凈、無氣味。
權(quán)利要求
1.一種制備鑄造用淀粉粘結(jié)劑的方法，其特征在于其制備步驟為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(yīng)，攪拌反應(yīng)1～3h后，離心水洗；將洗滌后的濕有機土，在邊攪拌邊逐步加入已預(yù)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(xù)不斷攪拌，攪拌反應(yīng)時間為1～3h，將制得物靜置備用；②有機化糊化淀粉將淀粉分散于冷水中，在攪拌條件下，逐步加溫到75℃～85℃時，淀粉變?yōu)楹矸壅骋涸诖藴囟认?，慢慢加入已預(yù)先加溫熔解的助插層劑，糊化淀粉與助插層劑溶液的重量配比為1∶0.7～1∶1，繼續(xù)不斷攪拌，攪拌反應(yīng)時間為1～3h，將制得物靜置備用；③制成淀粉粘結(jié)劑將步驟①制得物和步驟②制得物分別靜置8～12h小時；在溫度70℃～80℃的條件下，將步驟①制得物和步驟②制得物以1∶9～3∶7比例混合，攪拌1～3h后，倒入蒸發(fā)器，將蒸發(fā)器送入40℃～50℃的任一真空度的條件下的干燥器中干燥，干燥后獲得物在研磨機破碎過篩至100～150目，制得鑄造用淀粉粘結(jié)劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備鑄造用淀粉粘結(jié)劑的方法，其特征在于所述的助插層劑為聚乙烯醇溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述制備鑄造用淀粉粘結(jié)劑的方法，其特征在于所述聚乙烯醇濃度為10％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備鑄造用淀粉粘結(jié)劑的方法，其特征在于所述的有機改性劑為三乙醇胺或三羥甲基甲胺鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備鑄造用淀粉粘結(jié)劑的方法，其特征在于所述糊化淀粉為木薯淀粉、玉米淀粉和糯米淀粉中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備鑄造用淀粉粘結(jié)劑的方法，其特征在于所述鑄造用淀粉粘結(jié)劑在使用時加水、硅砂及其它附加物，混砂后即得芯砂用于制芯。
全文摘要
本發(fā)明鑄造用淀粉粘結(jié)劑的制備方法，以糊化淀粉和無機膨潤土為基礎(chǔ)，經(jīng)過有機化，插層和加入適當(dāng)?shù)妮o助材料制得，其制備步驟為①有機化膨潤土；②有機化糊化淀粉；③混合步驟①制得物和步驟②制得物制成淀粉粘結(jié)劑。本發(fā)明的優(yōu)點有①產(chǎn)品的強度高，綜合性能好，可以代替合脂油或部分樹脂砂來制造II級坭芯。②成本低，價格只相當(dāng)于樹脂粘結(jié)劑的1/3，與合脂油相當(dāng)，但加入量比合脂油少，原砂無特殊要求，節(jié)省能源消耗，綜合經(jīng)濟效益顯著。③符合環(huán)保要求，原材料是淀粉和膨潤土，制造的粘結(jié)劑經(jīng)化學(xué)分析，未發(fā)現(xiàn)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(yōu)先權(quán)日2006年12月15日
發(fā)明者鄭玉嬰, 吳章宏, 陳玉琳 申請人:福州大學(xué)