本發(fā)明涉及一種水溶性芯模材料的制備方法，屬于芯模材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水溶性芯模材料，是指通過各種水溶性膠粘劑將一些填料粘結(jié)在一起，并根據(jù)使用要求制成具有一定形狀的，在使用溫度范圍內(nèi)具有一定的力學(xué)性能并可保持形狀的，在脫模時使用水等溶劑使其潰散然后脫模獲得產(chǎn)品的一種復(fù)合材料。水溶性芯模材料由于成型精度高、成本低、效率高、易脫模等特點，在各種高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求的鑄造和復(fù)合材料制造工業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。作為傳統(tǒng)的水溶性膠粘劑的淀粉類高分子，具有無毒害、無污染等特點，同時成膜性能好，具有優(yōu)良的粘合性能，潰散性好，是一種應(yīng)用前景廣闊的天然水溶性膠粘劑。
作為傳統(tǒng)的水溶性膠粘劑的淀粉類高分子，具有無毒害、無污染等特點，同時成膜性能好，具有優(yōu)良的粘合性能，潰散性好，是一種應(yīng)用前景廣闊的天然水溶性膠粘劑。但是由于其力學(xué)性能的不足，使淀粉類高分子用做水溶性芯模材料的研究一度處于停滯狀態(tài)。同時，以前對水溶性芯模材料的改進(jìn)，主要是圍繞著對使用的膠粘劑的開發(fā)進(jìn)行的，而對芯模材料使用的填料的研究重視不夠。這在一定程度上也限制了芯模材料的發(fā)展。傳統(tǒng)使用的填料由于存在密度較大、形狀不規(guī)則、易引起應(yīng)力集中等問題，已經(jīng)難以滿足一些高性能芯模材料的使用要求因此，制備一種高強性能的芯模材料很有必要。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：針對現(xiàn)有的水溶性淀粉芯模材料，力學(xué)性能較低、改性填料密度較大易引起應(yīng)力集中的問題，提供了一種水溶性芯模材料的制備方法，本發(fā)明通過將玉米淀粉改性接枝氰乙基團(tuán)，使其疏水改性，降低其淀粉交聯(lián)強度，使其水溶性能增強，同時對其復(fù)合大豆分離蛋白，改性淀粉力學(xué)強度，隨后通過空心微球進(jìn)行復(fù)合填充，在有效改善淀粉基水溶性芯模材料的同時，降低填料填充應(yīng)力集中的問題。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
（1）按質(zhì)量比1:5，將玉米淀粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%氫氧化鈉溶液攪拌混合，在35～40℃下水浴加熱25～30min，隨后保溫滴加氫氧化鈉質(zhì)量30%的丙烯腈單體，控制滴加速度為1mL/min，待滴加完成后，用冰醋酸調(diào)節(jié)pH至5.5，保溫反應(yīng)15～20min后，靜置冷卻至室溫，隨后抽濾并收集濾餅，用去離子水洗滌3～5次，在45～50℃下干燥20～24h，制備得改性接枝玉米淀粉，備用；
（2）按重量份數(shù)計，分別稱量45～50份質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%氯化鈉溶液、10～15份上述制備的改性接枝玉米淀粉、1～2份疊氮化鈉和5～10份大豆分離蛋白置于三角燒瓶中，攪拌混合25～30min，抽真空至10～15Pa并置于0～5℃下靜置20～24h，制備得混合改性液；
（3）按體積比1:1，將正己烷與上述制備的混合改性液攪拌混合并置于燒杯中，隨后對燒杯中滴加正己烷質(zhì)量5%失水山梨糖醇脂肪酸酯，攪拌混合并置于高速剪切乳化機中，剪切乳化10～15min后，對燒杯中添加正己烷質(zhì)量3%的聚乙烯醇，在45～50℃下攪拌混合3～5h，隨后抽濾并收集濾餅，用去離子水洗滌3～5次后，在65～70℃下干燥6～8h，制備得交聯(lián)空心微球；
（4）按重量份數(shù)計，分別稱量25～30份交聯(lián)空心微球、30～35份步驟（1）備用的改性接枝玉米淀粉和10～15份質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%四硼酸鈉溶液置于燒杯中，攪拌混合并澆筑至模具中，在室溫下，將模具置于25～30MPa下壓制45～60s，隨后靜置固化6～8h，再在65～70℃下干燥6～8h，自然冷卻至室溫即可制備得一種水溶性芯模材料。
本發(fā)明制備的水溶性芯模材料在室溫下水溶速率為0.035g/min，抗壓強度可達(dá)9.5～12.0MPa，密度為1.03g/cm3，熱膨脹系數(shù)為3.85×10-6/℃-1。
本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是：
（1）本發(fā)明制備的水溶性芯模材料壓縮強度較同類產(chǎn)品提高25～30%，且填料結(jié)合度較高，水溶速率提高10～15%；
（2）本發(fā)明制備過程簡單，通過淀粉進(jìn)行制備，綠色安全無污染。
具體實施方式
首先按質(zhì)量比1:5，將玉米淀粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%氫氧化鈉溶液攪拌混合，在35～40℃下水浴加熱25～30min，隨后保溫滴加氫氧化鈉質(zhì)量30%的丙烯腈單體，控制滴加速度為1mL/min，待滴加完成后，用冰醋酸調(diào)節(jié)pH至5.5，保溫反應(yīng)15～20min后，靜置冷卻至室溫，隨后抽濾并收集濾餅，用去離子水洗滌3～5次，在45～50℃下干燥20～24h，制備得改性接枝玉米淀粉，備用；按重量份數(shù)計，分別稱量45～50份質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%氯化鈉溶液、10～15份上述制備的改性接枝玉米淀粉、1～2份疊氮化鈉和5～10份大豆分離蛋白置于三角燒瓶中，攪拌混合25～30min，抽真空至10～15Pa并置于0～5℃下靜置20～24h，制備得混合改性液；按體積比1:1，將正己烷與上述制備的混合改性液攪拌混合并置于燒杯中，隨后對燒杯中滴加正己烷質(zhì)量5%失水山梨糖醇脂肪酸酯，攪拌混合并置于高速剪切乳化機中，剪切乳化10～15min后，對燒杯中添加正己烷質(zhì)量3%的聚乙烯醇，在45～50℃下攪拌混合3～5h，隨后抽濾并收集濾餅，用去離子水洗滌3～5次后，在65～70℃下干燥6～8h，制備得交聯(lián)空心微球；按重量份數(shù)計，分別稱量25～30份交聯(lián)空心微球、30～35份步驟（1）備用的改性接枝玉米淀粉和10～15份質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%四硼酸鈉溶液置于燒杯中，攪拌混合并澆筑至模具中，在室溫下，將模具置于25～30MPa下壓制45～60s，隨后靜置固化6～8h，再在65～70℃下干燥6～8h，自然冷卻至室溫即可制備得一種水溶性芯模材料。
實例1
首先按質(zhì)量比1:5，將玉米淀粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%氫氧化鈉溶液攪拌混合，在35℃下水浴加熱25min，隨后保溫滴加氫氧化鈉質(zhì)量30%的丙烯腈單體，控制滴加速度為1mL/min，待滴加完成后，用冰醋酸調(diào)節(jié)pH至5.5，保溫反應(yīng)15min后，靜置冷卻至室溫，隨后抽濾并收集濾餅，用去離子水洗滌3次，在45℃下干燥20h，制備得改性接枝玉米淀粉，備用；按重量份數(shù)計，分別稱量45份質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%氯化鈉溶液、10份上述制備的改性接枝玉米淀粉、1份疊氮化鈉和5份大豆分離蛋白置于三角燒瓶中，攪拌混合25min，抽真空至10Pa并置于0℃下靜置20h，制備得混合改性液；按體積比1:1，將正己烷與上述制備的混合改性液攪拌混合并置于燒杯中，隨后對燒杯中滴加正己烷質(zhì)量5%失水山梨糖醇脂肪酸酯，攪拌混合并置于高速剪切乳化機中，剪切乳化10min后，對燒杯中添加正己烷質(zhì)量3%的聚乙烯醇，在45℃下攪拌混合3h，隨后抽濾并收集濾餅，用去離子水洗滌3次后，在65℃下干燥6h，制備得交聯(lián)空心微球；按重量份數(shù)計，分別稱量25份交聯(lián)空心微球、30份改性接枝玉米淀粉和10份質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%四硼酸鈉溶液置于燒杯中，攪拌混合并澆筑至模具中，在室溫下，將模具置于25MPa下壓制45s，隨后靜置固化6h，再在65℃下干燥6h，自然冷卻至室溫即可制備得一種水溶性芯模材料。
實例2
首先按質(zhì)量比1:5，將玉米淀粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%氫氧化鈉溶液攪拌混合，在37℃下水浴加熱27min，隨后保溫滴加氫氧化鈉質(zhì)量30%的丙烯腈單體，控制滴加速度為1mL/min，待滴加完成后，用冰醋酸調(diào)節(jié)pH至5.5，保溫反應(yīng)17min后，靜置冷卻至室溫，隨后抽濾并收集濾餅，用去離子水洗滌4次，在47℃下干燥22h，制備得改性接枝玉米淀粉，備用；按重量份數(shù)計，分別稱量47份質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%氯化鈉溶液、12份上述制備的改性接枝玉米淀粉、2份疊氮化鈉和7份大豆分離蛋白置于三角燒瓶中，攪拌混合27min，抽真空至12Pa并置于2℃下靜置22h，制備得混合改性液；按體積比1:1，將正己烷與上述制備的混合改性液攪拌混合并置于燒杯中，隨后對燒杯中滴加正己烷質(zhì)量5%失水山梨糖醇脂肪酸酯，攪拌混合并置于高速剪切乳化機中，剪切乳化12min后，對燒杯中添加正己烷質(zhì)量3%的聚乙烯醇，在47℃下攪拌混合4h，隨后抽濾并收集濾餅，用去離子水洗滌4次后，在67℃下干燥7h，制備得交聯(lián)空心微球；按重量份數(shù)計，分別稱量27份交聯(lián)空心微球、32份改性接枝玉米淀粉和12份質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%四硼酸鈉溶液置于燒杯中，攪拌混合并澆筑至模具中，在室溫下，將模具置于27MPa下壓制47s，隨后靜置固化7h，再在67℃下干燥7h，自然冷卻至室溫即可制備得一種水溶性芯模材料。
實例3
首先按質(zhì)量比1:5，將玉米淀粉與質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%氫氧化鈉溶液攪拌混合，在40℃下水浴加熱30min，隨后保溫滴加氫氧化鈉質(zhì)量30%的丙烯腈單體，控制滴加速度為1mL/min，待滴加完成后，用冰醋酸調(diào)節(jié)pH至5.5，保溫反應(yīng)20min后，靜置冷卻至室溫，隨后抽濾并收集濾餅，用去離子水洗滌5次，在50℃下干燥24h，制備得改性接枝玉米淀粉，備用；按重量份數(shù)計，分別稱量50份質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%氯化鈉溶液、15份上述制備的改性接枝玉米淀粉、2份疊氮化鈉和10份大豆分離蛋白置于三角燒瓶中，攪拌混合30min，抽真空至15Pa并置于5℃下靜置24h，制備得混合改性液；按體積比1:1，將正己烷與上述制備的混合改性液攪拌混合并置于燒杯中，隨后對燒杯中滴加正己烷質(zhì)量5%失水山梨糖醇脂肪酸酯，攪拌混合并置于高速剪切乳化機中，剪切乳化15min后，對燒杯中添加正己烷質(zhì)量3%的聚乙烯醇，在50℃下攪拌混合5h，隨后抽濾并收集濾餅，用去離子水洗滌5次后，在70℃下干燥8h，制備得交聯(lián)空心微球；按重量份數(shù)計，分別稱量30份交聯(lián)空心微球、35份改性接枝玉米淀粉和15份質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%四硼酸鈉溶液置于燒杯中，攪拌混合并澆筑至模具中，在室溫下，將模具置于30MPa下壓制60s，隨后靜置固化8h，再在70℃下干燥8h，自然冷卻至室溫即可制備得一種水溶性芯模材料。