一种新型3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂及其制备方法

摘要

本发明涉及一种新型3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂及其制备方法，该液体固化剂包括二醋酸甘油酯、三醋酸甘油酯、无水乙醇、甲基丙烯酸、醋酸乙烯酯、木糖醇。该3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂具有低粘度，并且能够实现快速硬化，满足砂型喷墨打印使用要求；3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂在加入量为20%（占粘结剂的比重）时，其Φ30mm*50mm的标准砂试块常温抗压强度达到5.0Mpa以上，粘结强度高；3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂游离酸含量＜1.0%，含水量＜0.5%，性能优异；并且在生产和使用过程中不会产生对人体和环境有害的物质和刺激性气味，属于绿色环保材料。

权利要求

1.一种新型3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂，其特征在于，包括二醋酸甘油酯、三醋酸甘油酯、无水乙醇、甲基丙烯酸、醋酸乙烯酯、木糖醇；其中各个组分的重量百分比例为：二醋酸甘油酯28-48%、三醋酸甘油酯22%-38%、无水乙醇3.5%-12.5%、甲基丙烯酸2%-6%、醋酸乙烯酯9%-25%、木糖醇2%-4%。

2.一种新型3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，将二醋酸甘油酯28-48%和三醋酸甘油酯22%-38%用真空泵抽入搪瓷反应釜，启动搅拌，搅拌30min以上；

步骤二，加入醋酸乙烯酯9%-25%，继续搅拌30min以上；

步骤三，依次加入无水乙醇3.5%-12.5%、甲基丙烯酸2%-6%和木糖醇2%-4%，继续搅拌

30min以上，即得新型3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂，然后进行检测、包装。

3.根据权利要求2所述的一种新型3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂的制备方法，其特征在于，制备得到的3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂，25℃时粘度＜20 mPa•s；可使用时间为5min≤t≤15min，游离酸含量＜1.0%，含水量＜0.5%。

说明书

一种新型3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及铸造辅助材料领域，具体涉及一种新型3D砂型打印用无机粘结剂用液体固化剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 三维打印（Three Dimensional Printing，3DP)由E. Sachs等人于1992年提出，是根据喷墨打印机原理，从喷嘴喷射出材料微滴，按一定路径逐层固化成型。

[0003] 3D 打印技术与机器人、互联网一起被称为第三次工业革命的主要标志。目前，已有部分工业级3D打印机应用于铸造生产服务，主要用于铸件的快速成型、翻制模具、打印模壳、砂芯等。

[0004] 目前德国、日本等发达国家已经将3D 打印技术广泛应用于铸造行业。而在国内，3D 打印技术正处于起步阶段，尤其在铸造行业，采用3D 打印技术制造高端精密有色金属铸件的企业寥寥无几。

[0005] 目前国内外铸造企业普遍使用的3D砂型打印用粘结剂包括有机树脂和无机粘结剂两大类。由于国外技术垄断，国内引入3D打印技术的铸造企业只能依靠进口的方式来获取其所需的3D砂型打印用粘结剂及其配套固化剂，不仅要承担高昂的费用，而且具有一定的风险。

[0006] 3D 打印技术在21世纪必将引领整个铸造行业的改革和发展，因此，作为世界上拥有最大规模铸造业的中国来说，研究和发展3D砂型打印用粘结剂及其配套固化剂的工作是非常有前景、有意义的。目前国内尚未见3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂产品，而普通铸钢、铸铁领域对无机粘结剂用液体固化剂的粘度、游离酸、水分等指标水平要求不高，从而导致将普通铸钢、铸铁用液体固化剂应用于3D砂型打印领域时，其过高的粘度无法满足喷墨打印机的使用要求，另一方面3D砂型打印要求快速硬化，在较短的时间内要能够达到足够的强度，而普通铸钢、铸铁用液体固化剂游离酸和水分含量均较高，硬化速度较慢，强度增长较慢，无法满足3D砂型打印要求。因此，为了迎合铸造行业的整体发展趋势，打破国外技术垄断，本发明通过技术创新，开发了一种低粘度、低游离酸、低水分、能够实现快速硬化、性能稳定的3D砂型打印无机粘结剂用新型液体固化剂。

发明内容

[0007] 针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种新型3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂及其制备方法，得到了一种低粘度、低游离酸、低水分、能够实现快速硬化、性能稳定的3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂。

[0008] 为了解决以上技术问题，本发明提供以下技术方案：

[0009] 本发明所述的一种新型3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂，其特征在于，包括二醋酸甘油酯、三醋酸甘油酯、无水乙醇、甲基丙烯酸、醋酸乙烯酯、木糖醇。

[0010] 其中各个组分的百分比例为：二醋酸甘油酯28-48%、三醋酸甘油酯22%-38%、无水乙醇3.5%-12.5%、甲基丙烯酸2%-6%、醋酸乙烯酯9%-25%、木糖醇2%-4%。

[0011] 其中，所述的木糖醇能够稳定固化剂，同时提高砂型的抗湿性。

[0012] 一种新型3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

[0013] 步骤一，将二醋酸甘油酯和三醋酸甘油酯用真空泵抽入搪瓷反应釜，启动搅拌，搅拌30min以上；

[0014] 步骤二，加入醋酸乙烯酯，继续搅拌30min以上；

[0015] 步骤三，依次加入无水乙醇、甲基丙烯酸和木糖醇，继续搅拌30min以上，即得新型3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂，检测、包装。

[0016] 进一步的，制备得到的3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂，25℃时粘度＜20mPa•s；可使用时间为5min≤t≤15min，游离酸＜1.0%，含水量＜0.5%。

[0017] 本发明所述的技术方案的有益效果为：通过上述方式得到了低粘度的3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂，满足了砂型喷墨打印的使用要求；能够实现快速硬化，满足砂型喷墨打印使用要求；3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂在加入量为20%（占粘结剂的比重）时，其Φ30mm*50mm的标准砂试块常温抗压强度达到5.0Mpa以上，粘结强度高；3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂游离酸＜1.0%，含水量＜0.5%，性能优异；并且在生产和使用过程中不会产生对人体和环境有害的物质和刺激性气味，属于绿色环保材料。

具体实施方式

[0018] 为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0019] 实施案例一

[0020] 本实施例3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂的组成原料为：二醋酸甘油酯36%、三醋酸甘油酯34%、无水乙醇7.5%、甲基丙烯酸3.5%、醋酸乙烯酯16%、木糖醇3%。

[0021] 本实施例的3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂的制备方法为：

[0022] 步骤一， 将360Kg二醋酸甘油酯和340Kg三醋酸甘油酯用真空泵抽入到搪瓷反应釜中，启动搅拌，搅拌30min以上；

[0023] 步骤二， 缓慢加入160Kg醋酸乙烯酯，继续搅拌30min以上；

[0024] 步骤三，依次加入75Kg无水乙醇、35Kg甲基丙烯酸和30Kg木糖醇，继续搅拌30min以上，即得新型3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂，检测、包装。

[0025] 该3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂在25℃时粘度为16mPa•s，密度为1.16g/ml；游离酸为0.8%；含水量为0.45%；可使用时间为5min≤t≤15min；外观状态为无色透明液体；加入量为20%（占粘结剂的比重）时，其Φ30mm*50mm的标准砂试块24h常温抗压强度为5.12MPa。

[0026] 实施案例二

[0027] 本实施例3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂的组成原料为：二醋酸甘油酯40%、三醋酸甘油酯32%、无水乙醇9%、甲基丙烯酸4.5%、醋酸乙烯酯12%、木糖醇2.5%。

[0028] 本实施例的3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂的制备方法为：

[0029] 步骤一，将400Kg二醋酸甘油酯和320Kg三醋酸甘油酯用真空泵抽入到搪瓷反应釜中，启动搅拌，搅拌30min以上；

[0030] 步骤二，缓慢加入120Kg醋酸乙烯酯，继续搅拌30min以上；

[0031] 步骤三，依次加入90Kg无水乙醇、45Kg甲基丙烯酸和25Kg木糖醇，继续搅拌30min以上，即得新型3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂，检测、包装。

[0032] 该3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂在25℃时粘度为18mPa•s，密度为1.11g/ml；游离酸为0.75%；含水量为0.42%；可使用时间为5min≤t≤15min；外观状态为无色透明液体；加入量为20%（占粘结剂的比重）时，其Φ30mm*50mm的标准砂试块24h常温抗压强度为5.26MPa。

[0033] 实施案例三

[0034] 本实施例3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂的组成原料为：醋酸甘油酯38%、三醋酸甘油酯30%、无水乙醇8%、甲基丙烯酸4%、醋酸乙烯酯17%、木糖醇3%。

[0035] 步骤一，将380Kg二醋酸甘油酯和300Kg三醋酸甘油酯用真空泵抽入到搪瓷反应釜中，启动搅拌，搅拌30min以上；

[0036] 步骤二，缓慢加入170Kg醋酸乙烯酯，继续搅拌30min以上；

[0037] 步骤三，依次加入80Kg无水乙醇、40Kg甲基丙烯酸和30Kg木糖醇，继续搅拌30min以上，即得3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂，检测、包装。

[0038] 该3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂在25℃时粘度为15mPa•s，密度为1.14g/ml；游离酸为0.65%；含水量为0.38%；可使用时间为5min≤t≤15min；外观状态为无色透明液体；加入量为20%（占粘结剂的比重）时，其Φ30mm*50mm的标准砂试块24h常温抗压强度为5.09MPa。

[0039] 实施案例四

[0040] 本实施例3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂的组成原料为：二醋酸甘油酯46%、三醋酸甘油酯27%、无水乙醇5%、甲基丙烯酸5.5%、醋酸乙烯酯13%、木糖醇3.5%。

[0041] 步骤一，将460Kg二醋酸甘油酯和270Kg三醋酸甘油酯用真空泵抽入到搪瓷反应釜中，启动搅拌，搅拌30min以上；

[0042] 步骤二，缓慢加入130Kg醋酸乙烯酯，继续搅拌30min以上；

[0043] 步骤三，依次加入50Kg无水乙醇、55Kg甲基丙烯酸和35Kg木糖醇，继续搅拌30min以上，即得新型3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂，检测、包装。

[0044] 该3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂在25℃时粘度为17mPa•s，密度为1.09g/ml；游离酸为0.68%；含水量为0.40%；可使用时间为5min≤t≤15min；外观状态为无色透明液体；加入量为20%（占粘结剂的比重）时，其Φ30mm*50mm的标准砂试块24h常温抗压强度为5.21MPa。

[0045] 实施案例五

[0046] 本实施例3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂的组成原料为：二醋酸甘油酯42%、三醋酸甘油酯29%、无水乙醇4%、甲基丙烯酸3%、醋酸乙烯酯20%、木糖醇2%。

[0047] 步骤一， 将420Kg二醋酸甘油酯和290Kg三醋酸甘油酯用真空泵抽入到搪瓷反应釜中，启动搅拌，搅拌30min以上；

[0048] 步骤二， 缓慢加入200Kg醋酸乙烯酯，继续搅拌30min以上；

[0049] 步骤三，依次加入40Kg无水乙醇、30Kg甲基丙烯酸和20Kg木糖醇，继续搅拌30min以上，即得3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂，检测、包装。

[0050] 该3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂在25℃时粘度为15mPa•s，密度为1.07g/ml；游离酸为0.71%；含水量为0.49%；可使用时间为5min≤t≤15min；外观状态为无色透明液体；加入量为20%（占粘结剂的比重）时，其Φ30mm*50mm的标准砂试块24h常温抗压强度为5.19MPa。

[0051] 该新型3D砂型打印无机粘结剂用液体固化剂中，二醋酸甘油酯、三醋酸甘油酯和醋酸乙烯酯作为主要组分，在与无机粘结剂起反应时，本身先发生水解反应生成醇和酸。然+ +后，水解反应生成的酸和向体系中引入的甲基丙烯酸电离产生H ，由于有大量H的产生，加速了粘结剂中硅酸根的水解，生成了大量的硅酸溶胶。硅酸溶胶可形成立体的网状结构，使得型砂紧紧地粘结在一起。

[0052] 由于固化剂和粘结剂在反应的过程中会伴随着水分的产生，水分的存在会严重影响型砂强度，故向体系中引入易挥发的无水乙醇，以便带走固化剂和粘结剂反应时产生的水分。木糖醇作为一种多元醇，引入到固化剂体系中，可起到稳定固化剂体系的作用，同时作为大分子的醇类，其也可在一定程度上提高砂型的抗吸湿性。

[0053] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。