醇基铸造涂料悬浮剂的实验研究.docxVIP

2014 中国铸造活动周论文集醇基铸造涂料悬浮剂的实验研究庄学功 1，徐庆柏 2（1.合肥铁路工程学校，安徽合肥 230011；2.合肥工业大学，安徽合肥 230001）摘要：本文主要介绍了膨润土、凹凸棒、海泡石和透闪石四种粘土矿物的晶体结构、理化特性以及它们用作铸造涂料悬浮剂的效果。关键词：铸造涂料；悬浮剂；研究1引言铸造用涂料一般由耐火粉料、载液、粘结剂、悬浮剂和助剂组成，悬浮剂的作用是保持涂料的悬浮稳定性、使涂料中耐火粉料微粒能较长时间分散并悬浮在载液中，从而使涂料不分层、沉淀板结。借助于斯托克氏公式，可以理解对悬浮剂的性能要求。2dx ? 2a(d2 ? d )g1dτ9ηdxdt式中：η 为分散介质的粘度；d1 为分散介质的比重，d2 为被分散悬浮剂颗粒的比重，速度，g 为重力加速度，a 为悬浮剂的颗粒半径。为 沉 降由上式可知：增加分散介质的粘度，可以降低沉降速度，同时有利于分散过程；减小悬浮剂颗粒的直径，可以降低沉降速度。通常粘土类悬浮剂的细度在 200 目（0.075mm）到 325 目（0.045mm） 之间，基本符合要求。醇基涂料的悬浮剂必须能在醇类溶液中分散。常用的醇基涂料粘土类悬浮剂为有机膨润土，锂 基膨润土、凹凸棒粘土。此外还有海泡石和透闪石。2几种粘土矿物的晶体结构2.1膨润土膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的粘土。一般为白色、淡黄色，硬度 2~2.5，密度 2~2.7g/cm3， 性较软有滑感，吸水膨胀。膨润土的主要化学成分为 Al2O3、SiO 2 和 H2O，其次为 FeO、Fe2O3、CaO、N2O、K 2 O 、TiO 2 等 。蒙脱石的 理论结构 式为 (1/2Ca 、Na) x 、（ H 2 O 4 ）4{(AL2-xMgx)(Si4O10)(OH)2}。蒙脱石的晶体结构是由两层硅氧四面体片和一层夹于其间的铝（镁）氧（羟基）八面体片构成的 2:1 型层状硅酸盐矿物（见图 1）。硅氧四面体中 Si4+的 Si4+ 常被 AL3+置换，铝氧八面 体中的 Al3+可被 Mg2+、Fe2+ 等低价阳离子置换，使晶层间产生多余的负电荷。为了保持电中性，晶 层间吸附了大半径的阳离子，如 K+、Na+、Ca2+、Ng2+、Li2+、H+等，这些阳离子是以水化状态出现， 并且是可以互相交换。为了使天然钙基膨润土能作为醇基涂料的悬浮剂，必须进行离子交换处理，使之成为锂基膨润 土或有机膨润土。锂基膨润土的制法是在钙基膨润土中加入原土质量 4.0%左右的锂盐（当少量水存在时进行反 应）。Z（Ca）+2Li=2(Li2)+Ca2+制得含水膏状锂基膨润土，可以直接溶解在醇类溶剂中，作为醇基涂料悬浮剂。如果是从市场 购得的干态粉状锂基膨润土，在用作醇基涂料悬浮剂时，必须先加入膨润土重量 2 倍左右的水调成作者简介：庄学功（1962-），男，高级讲师，从事铸造涂料生产和研究，mailto:xuqb0001@163.comE-mail:xuqb0001@163.com。12014 中国铸造活动周论文集膏状，再添加甲醇或乙醇及其他成分，进行搅拌。有机膨润土是将提纯后的膨润土与二甲基十八烷基氯化铵（季铵盐|）进行离子交换反应，使有 机阳离子铵取代无机阳离子钠。这一交换过程在 60~200℃下进行 6~8h，然后经过过滤、洗涤、干燥 而制成。有机膨润土不能直接在醇类溶剂中溶胀，必须先用二甲苯或溶剂汽油引发，调成膏状，再 加入酒精或甲醇。二甲苯的加入量为有机土质量的 6~8 倍。图 1 蒙脱石的晶体结构2.2凹凸棒石粘土凹凸棒石，又名坡镂石，是一种链层状结构的含水镁硅酸盐粘土矿物。凹凸棒石属单斜晶系， 晶体结构为 2:1 型粘土矿物，即二层硅氧四面体夹一层镁（铝）氧八面体。在每个 2:1 层中，四面体 边角顶隔一定距离方向颠倒，形成层链状结合特征。在四面体条间形成与链平行的通道。据推测， 通道断面尺寸约为 0.37nm×0.63nm，通道中充填水分子。这些水分子的排列，一部分是平行纤维的 沸石水，另一部分是水镁石片中与镁离子配位的结晶水，其结晶结构为针状，由细长的中空管所组 成，如图 2 所示。图 2 凹凸棒石晶体结构（100）投影图凹凸棒石的化学式为 Mg5（H2O10）4[Si4O10](OH)2。化学成分理论值为 MgO23.8%、SiO2 56.96%、 H2O19.2%。凹凸棒石粘土在含水的情况下具有高可塑性，在高温和盐水中稳定性良好，密度小，一 般为 2.05~2.30g/㎝ 3，莫氏硬度 2~3。22014 中国铸造活动周论文集由于凹凸棒石独特的晶体结构，使之具有良好的吸附性和脱色性能。凹凸棒石粘土的吸兰量（亚甲基兰吸收量）一般小于 24g/100g 土，胶质价一般为40~50 ㎝ 3/1