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基本信息

項目名稱：
新型鑄造用淀粉/膨潤土復(fù)合粘結(jié)劑
小類：
能源化工
簡介：
該項目以木薯淀粉為主要原料，自行研制的有機膨潤土為改性劑，運用插層技術(shù)將淀粉插入有機蒙脫土層間，將蒙脫土片層剝離出來，納米級地分散在淀粉中，研制淀粉/膨潤土納米復(fù)合粘結(jié)劑。可用于鑄造用型芯的粘結(jié)，可代替價格昂貴的桐油粘結(jié)劑，很受應(yīng)用廠家的歡迎。
詳細(xì)介紹：
鑄造工業(yè)是我國國民經(jīng)濟中的一個重要產(chǎn)業(yè),粘結(jié)劑及其使用技術(shù)則是影響砂型鑄造生產(chǎn)環(huán)境和鑄型性能的主要因素,所以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。淀粉是一種天然多糖高聚物,是由葡萄糖失水縮合而成的高分子化合物,是重要的綠色化學(xué)品而且資源豐富,成本低,使用方便,以淀粉為主的粘結(jié)劑研究具有非常重要的意義。已經(jīng)有不少學(xué)者在這方面做了研究,但是采用有機膨潤土改性淀粉制備淀粉/膨潤土復(fù)合粘結(jié)劑并應(yīng)用于型芯砂的粘結(jié)尚未見報道。 該項目以木薯淀粉為主要原料，自行研制的有機膨潤土為改性劑，運用插層技術(shù)將淀粉插入有機蒙脫土層間，將蒙脫土片層剝離出來，納米級地分散在淀粉中，研制淀粉/膨潤土納米復(fù)合粘結(jié)劑。而且該復(fù)合粘結(jié)劑具有粘結(jié)強度高、抗吸潮性、潰散性好、發(fā)氣量少，且成本低、工藝簡單和環(huán)境友好。研發(fā)該項目具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。 具體的技術(shù)性分析說明： 1）自行研制的有機膨潤土改性劑改善的粘結(jié)劑的干拉強度 鈉基膨潤土的層間距為1.47258nm，有機膨潤土的層間距為1.923662nm，經(jīng)PVA插層改性后，層間距擴大到2.02142nm。結(jié)果表明，膨潤土的層間距越大，與淀粉復(fù)配后的強度越高。以8:2為例，淀粉/有機膨潤土的強度比淀粉/Na基膨潤土的強度增加了0.8～1.0MPa，淀粉/PVA改性有機膨潤土的強度比淀粉/有機膨潤土的強度增加了0.11MPa，說明膨潤土的層間距對粘結(jié)劑的強度有影響。 膨潤土層間距越大，有利于淀粉在碾壓力作用下插層膨潤土形成插層型復(fù)合材料，只有形成插層型的復(fù)合材料才能改性高聚物的性能。Na基膨潤土的層間距較小，淀粉無法與之發(fā)生插層反應(yīng)，只是機械的混合，增加了斷裂源，得到的強度較低。有機膨潤土層間距的擴大為淀粉的插層提供了有力的條件，因此強度有較大的提高。經(jīng)PVA改性后，層間距增大，同時片層間的PVA側(cè)鏈的羥基與淀粉的羥基的氫鍵作用都有利于淀粉的進(jìn)入，得到的干強度也越大。 2）本產(chǎn)品抗吸潮性好 芯砂在烘干以后會吸濕，使強度下降，不利于搬運，儲存，并使?jié)沧r發(fā)氣量增大，對鑄件質(zhì)量有不良的影響。鑄造用粘結(jié)劑比其它的粘結(jié)劑在抗吸潮性方面有了更嚴(yán)格的要求。 淀粉作為鑄造用粘結(jié)劑，除了高的粘結(jié)強度之外，粘結(jié)劑的抗吸潮性也是一個非常重要的指標(biāo)。 淀粉是一種天然多聚糖，是由葡萄糖失水縮合而成的高分子化合物。羥基的數(shù)目是以一個很大數(shù)量級來計數(shù)的，由于羥基極易與水分子以氫鍵形式結(jié)合，在濕度較大的環(huán)境中易吸水而發(fā)生潮解，從而使芯砂強度大大降低，影響正常的使用。因此,改善淀粉粘結(jié)劑的抗吸潮性能有著重要的意義。結(jié)果表明，在空氣中放置72h后芯砂試樣仍保持較高的干強度和表面穩(wěn)定性；在密閉容器中90%濕度下放置72h后干拉強度為0.2～0.5MPa，也是具有一定的強度。在使用時可以將試樣重新烘干，這樣試樣又可以達(dá)到較高的使用強度。報廢的泥芯可以重新混砂使用。由此可看出防潮性不僅僅是靠加入添加劑來改善，生產(chǎn)管理也非常重要，保持空氣的流通良好，降低儲藏室的濕度等等，對于提高防潮性是非常重要也是很有效的途徑。 淀粉粘結(jié)作用主要表現(xiàn)在兩方面：淀粉糊化后形成有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子包覆在砂粒表面；淀粉與砂粒表面的附著具有強度。 當(dāng)空氣中存在水分子時，水分子會進(jìn)攻淀粉的羥基，從而造成淀粉網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的破壞，使粘結(jié)膜內(nèi)聚強度顯著降低；且因水分子體積很小，極性強并且擴散滲透能力很強，這使它可以很快滲透擴散至淀粉與砂粒粘結(jié)界面，破壞砂粒與粘結(jié)劑之間的附著力，從而使界面強度降低。因此單純的α-木薯淀粉吸潮后的強度只有0.01～0.05MPa，抗吸潮能力差，無法適應(yīng)實際應(yīng)用的要求。以α-木薯淀粉和Na基膨潤土復(fù)配的粘結(jié)劑吸潮后的強度也是大大的降低，無法滿足實際應(yīng)用的要求。 復(fù)合粘結(jié)劑的吸潮性比單純的淀粉粘結(jié)劑有極大的改善，說明有機膨潤土和淀粉之間并不是簡單的共混，其存在的H鍵、Al-O和Si-O鍵引起了強有力的界面結(jié)合。所以當(dāng)空氣中的濕度增大時，水分子滲透擴散，進(jìn)攻淀粉羥基鍵的速度在很大程度上受到扼制，使粘結(jié)膜和附著力的影響降低，抗吸潮性得到改善。 3）本產(chǎn)品耐高溫性好 芯砂要經(jīng)受1400℃的鐵水高溫的澆注，在極短時間內(nèi)，如果粘結(jié)劑不能承受這樣的高溫，則鐵水會沖垮泥芯造成夾砂，因此要求粘結(jié)劑要具有好的耐高溫性能。膨潤土熔點1330～1430℃，加入能提高粘結(jié)劑的耐高溫型性；磷酸酯淀粉與砂、膨潤土可在800℃生成耐熱性物質(zhì)AlPO4，能經(jīng)受短期1400℃的高溫，不被鐵水沖垮，保證澆注的順利進(jìn)行。 4）濕強度與蠕變性好 濕壓強度不僅關(guān)系到濕型的造型，并與干強度和高溫強度都有一定關(guān)系。該淀粉粘結(jié)劑芯砂濕壓強度為4.5kPa，易成型。 淀粉粘結(jié)劑的抗蠕變性能比油類粘結(jié)劑好，油類粘結(jié)劑在烘干時容易變形成“鼓狀”，而淀粉粘結(jié)劑芯砂不易變形，其芯砂蠕變?yōu)椤?”，保證坭芯尺寸準(zhǔn)確。 5) 潰散性好 潰散性或出砂性是指鑄件冷凝后芯砂是否容易燒枯破壞，是否容易從鑄件內(nèi)腔清除的性能。鑄件潰散性主要是由芯砂的殘留強度決定。殘留強度是指芯砂受熱以后冷卻下來所具有的強度。 淀粉粘結(jié)劑潰散性比合脂油好。一般在300℃淀粉就燒焦成碳粒潔紗方便，而合脂油要在500℃以上潰散。因此淀粉的退讓性也比合脂油好，很適合用在有色金屬。 潰散性主要由型砂的殘留強度決定。型芯砂制成“8”字試樣，烘干后，分批在爐內(nèi)定溫下，保溫25分鐘，出爐冷卻，測定其殘留干拉強度，結(jié)果表明，試樣自行潰散，說明本粘結(jié)劑潰散性好。 6）復(fù)用性 由于淀粉是水溶性的，它制作的型芯砂易于回收和再生。將生產(chǎn)剩余的芯砂、廢砂芯打碎加入適量水和少量新粘結(jié)劑再次混碾，芯砂可重新使用。這是其他油類粘結(jié)劑所不能達(dá)到的優(yōu)點。 （一些圖表見上傳論文文檔-作品詳細(xì)介紹）

作品圖片

  • 新型鑄造用淀粉/膨潤土復(fù)合粘結(jié)劑
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作品專業(yè)信息

設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

該項目以木薯淀粉為主要原料，自行研制的有機膨潤土為改性劑，運用插層技術(shù)將淀粉插入有機蒙脫土層間，將蒙脫土片層剝離出來，納米級地分散在淀粉中，研制淀粉/膨潤土納米復(fù)合粘結(jié)劑。 創(chuàng)新點： 1) 國內(nèi)首創(chuàng)。率先以木薯淀粉為原料，自行研制的有機膨潤土為改性劑，經(jīng)過熔融和溶液插層等工藝研發(fā)鑄造用α－木薯淀粉/膨潤土納米復(fù)合粘結(jié)劑，經(jīng)福建省科技信息研究所檢索和專家鑒定，國內(nèi)尚無同類產(chǎn)品。 2) 應(yīng)用性強。淀粉/膨潤土復(fù)合粘結(jié)應(yīng)用于芯砂粘結(jié)劑可采用濕法和粉狀干法工藝。 3) 工藝簡單、環(huán)境友好。本項目采用先進(jìn)的插層技術(shù)，繞開了無機納米粒子團(tuán)聚問題，操作方便，耗時少，效率高，便于現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)。 4）通過自主研制有機化的蒙脫石，可把握層狀蒙脫石納米改性的最佳條件。 關(guān)鍵技術(shù)： 運用插層技術(shù)將淀粉插入有機蒙脫土層間，將蒙脫土片層剝離出來，納米級地分散在淀粉中，研制淀粉/膨潤土納米復(fù)合粘結(jié)劑。產(chǎn)品性能超過國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)： 干拉強度：2.1 MPa；烘干溫度：160～190℃；濕強度：4.0 KPa 潰散性（爐溫450℃,試樣殘留干拉強度）：0 MPa

科學(xué)性、先進(jìn)性

該項目以木薯淀粉為主要原料，自行研制的有機膨潤土為改性劑，運用插層技術(shù)將淀粉插入有機蒙脫土層間，將蒙脫土片層剝離出來，納米級地分散在淀粉中，研制淀粉/膨潤土納米復(fù)合粘結(jié)劑。而且該復(fù)合粘結(jié)劑具有粘結(jié)強度高、抗吸潮性、潰散性好、發(fā)氣量少，且成本低、工藝簡單和環(huán)境友好，國內(nèi)尚未見報道。研發(fā)該項目具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。 省教育廳組織有關(guān)專家對該項目進(jìn)行鑒定。專家組聽取了項目組的匯報，審閱了有關(guān)資料，經(jīng)過充分質(zhì)詢討論，形成一致意見：該項目具有創(chuàng)新性，產(chǎn)品綜合性能指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)同類產(chǎn)品領(lǐng)先水平，建議投入批量生產(chǎn)，擴大應(yīng)用領(lǐng)域，滿足市場需求。

獲獎情況及鑒定結(jié)果

一、該項目“新型鑄造用淀粉/膨潤土復(fù)合粘結(jié)劑”通過省教育廳組織有關(guān)專家對其進(jìn)行的鑒定，專家組聽取了項目組的匯報，審閱了有關(guān)資料，經(jīng)過充分質(zhì)詢討論，形成一致意見：該項目具有創(chuàng)新性，產(chǎn)品綜合性能指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)同類產(chǎn)品領(lǐng)先水平，建議投入批量生產(chǎn)，擴大應(yīng)用領(lǐng)域，滿足市場需求。 二、該作品獲挑戰(zhàn)杯校級決賽金獎。 三、該作品獲挑戰(zhàn)杯省級決賽二等獎。 四、該作品正著手準(zhǔn)備申請國家專利。

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

合作中試或成果轉(zhuǎn)讓

作品可展示的形式

實物、產(chǎn)品

使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測

經(jīng)省科技信息研究所檢索，國內(nèi)外尚無同類產(chǎn)品。該產(chǎn)品采用FTIR、XRD手段表征及力學(xué)性能測試。結(jié)果表明，PVA插層改性后的有機膨潤土的層間距大于有機膨潤土的層間距大于Na基膨潤土的層間距，而且該復(fù)合粘結(jié)劑具有粘結(jié)強度高、抗吸潮性、潰散性好、發(fā)氣量少，且成本低、工藝簡單和環(huán)境友好。 新型鑄造用淀粉/膨潤土復(fù)合粘結(jié)劑的成功研制，填補了國內(nèi)空白，產(chǎn)品綜合性能達(dá)到國內(nèi)同類產(chǎn)品領(lǐng)先水平。 生產(chǎn)本產(chǎn)品所需設(shè)備簡單，投資少，成本低，合成工藝簡便，原材料來源豐富，應(yīng)用于鑄造用型芯的粘結(jié)，深受應(yīng)用廠家的歡迎。第一階段計劃年產(chǎn)1000噸，產(chǎn)值達(dá)400萬元，可創(chuàng)稅利120萬元，利潤達(dá)80萬元，具有顯著的經(jīng)濟社會效益、廣闊的應(yīng)用前景和顯著的經(jīng)濟、社會和環(huán)保效益。

同類課題研究水平概述

根據(jù)省科技信息研究所查新報告和專家監(jiān)定，國內(nèi)從事鑄造用淀粉粘結(jié)劑的研究，如山東理工大學(xué)、西南大學(xué)、大連理工大學(xué)、內(nèi)蒙古一機集團(tuán)北方鑄造公司、濟南魯源鑄造材料有限公司、廣西明陽生化科技股份有限公司和吉化公司石井溝聯(lián)合化工廠等。但以木薯淀粉為原料，自行研制的有機膨潤土為改性劑，尤其是以PVA為膨潤土的助插層劑，經(jīng)過熔融和溶液插層等工藝制備新型鑄造用淀粉/膨潤土復(fù)合粘結(jié)劑國內(nèi)尚未見文獻(xiàn)報道。該項目具有創(chuàng)新性，產(chǎn)品綜合性能指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)同類產(chǎn)品領(lǐng)先水平。本產(chǎn)品可滿足鑄件生產(chǎn)中制芯的要求，且具有環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點，是2l世紀(jì)理想的環(huán)保型鑄造粘結(jié)劑。
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