(1)涂料用耐火填料的禁忌
1)涂料用耐火填料粒度不宜过粗也不宜太细。耐火填料是涂料中的最主要组分,在涂料中的质量分数通常高于50%。它悬浮在载液中,并涂挂于砂型(芯)工作表面,用来填塞砂粒间的孔隙和凹坑,隔离和减轻金属液对砂型(芯)的热作用、机械作用和化学作用,使铸件表面达到理想的表面粗糙度。耐火填料也称为耐火粉料、耐火材料或基料。
耐火填料的粒度一般要求达0.049mm。不少人认为50%以上应通过350号筛,以得到光滑、细腻、渗透性好的涂料层。实践证明:耐火填料过细,反而会引起涂层在干燥过程中的龟裂;过粗,涂料的悬浮性差,也不能渗入砂型(芯)表面孔隙。较好的解决办法,是采用粗、细级配的双峰与宽分布的耐火填料,这样可使细颗粒填入粗颗粒形成的孔隙中,既有利涂层更致密完整,又可以减小或防止龟裂的产生,收到较为理想的效果。
2)选用涂料用耐火填料时,熔点较低的合金铸件,不宜选用烧结剥离型涂料。耐火填料根据其所配制涂料使铸件表面光洁所起的效用,可分为耐火型和烧结剥离型(陶瓷型)两大类。前者设计涂料的指导思想是,在砂型(芯)工作表面涂挂高耐火度的、致密细粉涂层,以获取表面质量高的铸件,因此要求耐火填料应具有高的耐火度和化学惰性。后者,即烧结剥离型,除注意起骨干作用的耐火填料应有较高耐火度外,还强调其在浇入金属的高温作用下应进行适度烧结反应,即让填料表层局部熔化(甚至加入低熔点和助熔物质),使耐火填料烧结成陶瓷型,或者呈玻璃态,以得到易与铸件剥离的烧结涂料。熔点较低的合金铸件都使用耐火型涂料,而对熔点高或较高的合金铸件有些则选用烧结剥离型涂料。这是因为熔点较低的合金,其浇注温度较低,其热量很难使耐火填料进行烧结反应,生产实际也缺乏必要性。
3)石墨粉通常不宜用作铸钢涂料的耐火填料。石墨粉是一种碳素材料。天然石墨有两种形态,即无定形石墨和结晶鳞片状石墨。结晶鳞片状石墨呈银灰色,有光泽,犹如鳞片,故叫鳞片石墨,俗称白铅粉。无定形石墨呈黑色粉土状,故又称土状石墨,俗称黑铅粉。石墨按固定碳含量高低,分为高碳石墨(94.0%~99.0%)、中碳石墨(80.0%~93.0%)和低碳石墨(50.0%~79.0%)。铸造涂料中使用的是中碳和低碳石墨,其质量要求见表1-79。石墨粉是中性耐火填料,耐火度高,对金属液的激冷能力强,不被金属液或金属氧化物所润湿,不与金属液发生化学反应,在浇注过程中能产生微弱的还原性气氛,抗粘砂能力强,而且密度小,易悬浮,资源丰富,价格也不贵。它是铸铁件涂料最常用的耐火填料;铸铜、铸铝也常用。对于厚大铸铁件,为了防止高温激热下涂层开裂,国内多以7∶3或8∶2的质量比,将无定形石墨粉和鳞片状石墨粉组合使用。由于石墨粉会使铸钢件增碳,因而不宜用作铸钢涂料的耐火填料。
表1-79 配制铸造涂料用石墨粉的质量要求
4)厚大型铸钢件和高锰钢铸件用涂料,不宜用硅石粉作耐火填料。硅石粉即石英粉,是白色透明粉状物,由石英砂或石英岩破碎、磨粉加工而成。它来源广泛,成本低廉,是涂料用最廉价的耐火填料之一。它的性质与硅砂相似,具有较高熔点和烧结温度,因此在铸钢涂料中应用很广,但它在高温容易与铁的氧化物作用生成低熔点、低粘度的化合物,引起铸件产生粘砂缺陷,因此,通常只适用于一般中、小铸钢件和部分铸铁件,不适用于厚大型铸钢件和锰钢铸件。配制涂料用的硅石粉的性能要求见表1-80。
表1-80 硅石粉的性能要求
5)未经1300~1500℃高温煅烧过的铝矾土粉不宜用作铸造涂料的耐火填料。高铝矾土粉又名高铝粉,它是由高铝矾土原矿经1300~1500℃煅烧再经破碎、研磨后而成的粉料,主要矿物成分为莫来石(3Al2O3·2SiO2)。它的耐火度随Al2O3含量的增加和煅烧温度的提高而提高。当煅烧过的高铝矾土的Al2O3含量达71.8%时,其耐火度>1750℃。它不易与金属氧化物生成低熔点物质,也不易被金属液和金属氧化物所润湿,因此用于涂料能起到良好的抗粘砂作用。此外,高铝矾土粉资源丰富,价格比锆石粉、刚玉粉便宜,无硅尘及放射性危害。因此,可用来配制大型铸钢件和大型铸铁件用的涂料。由于铝矾土原矿含有大量的分子水,因此在磨粉前必须在1300~1500℃下进行充分的煅烧,否则用于涂料会导致涂层严重开裂,乃至剥落,还会造成铸件气孔缺陷的产生。
6)镁橄榄石粉用来配制高锰钢和石灰石砂砂型(芯)涂料时,所用镁橄榄石粉中的蛇纹石和氧化铁含量分别不宜高于20%和10%。镁橄榄石粉属于碱性耐火填料,它的耐火度较高,热膨胀系数较硅石粉小,无相变膨胀,不与铁和锰的氧化物反应,故具有较强的抗金属氧化物侵蚀的能力,适用于配制高锰钢等碱性合金钢的涂料,同样适用于用石灰石砂造的砂型(芯)。镁橄榄石粉中常含有蛇纹石(含水镁硅酸盐),随着蛇纹石含量的增加,其耐火度下降,灼烧减量和发气量增大,因此蛇纹石的质量分数愈低愈好,一般不应大于20%。由于橄榄石是铁橄榄石与镁橄榄石的固溶矿物。随着固溶体中铁橄榄石浓度的提高,也即氧化铁的质量分数增加,其耐火度显著下降,抗粘砂能力也降低,因此镁橄榄石粉中的氧化铁的质量分数不应大于10%。
7)不可忽视不同材质铸件涂料的一些常用耐火填料。不同材质铸件涂料的常用耐火填料见表1-81。其中锆石粉不仅有高的耐火度,而且有比硅石粉高的导热性(高出两倍多)和低的热膨胀(只及石英的1/6~1/3),在高温下表现为中性和弱酸性,不与氧化铁起化学反应,有利于在大型铸钢件上防止粘砂缺陷,是适用范围很广的涂料用耐火填料,在各类厚大铸钢件和重要铸钢、铸铁件上用得很普遍。刚玉粉分纯度很高的白刚玉粉和纯度相对低一些的棕刚玉粉,它们高温化学惰性高,抗酸碱性强,热导率比硅石粉高,热膨胀系数约比石英小1/2,可用来配制大型铸钢件和合金钢铸件的涂料。而且白刚玉粉的抗粘砂效果比棕刚玉粉更好,但价格贵。镁砂粉属碱性耐火填料,熔点高而热膨胀系数比硅石粉小,没有因相变引起的体积突变,不与氧化铁或氧化锰相互作用,抗碱性熔渣的能力很强,但抗酸性熔渣的能力稍差。镁砂粉特别适用于配制用于高锰钢铸件和涂敷在石灰石砂砂型(芯)上的涂料。
表1-81 不同材质铸件常用涂料的耐火填料
注:“√”——常用;“○”——不常用,仅在某种条件下使用;“—”——不用或很少使用;“∧”——常和其他耐火填料配合使用。
铬铁矿粉有很好的抗碱性渣的作用,不与氧化铁等发生化学反应,热导率比硅石粉大好几倍,在金属液浇注过程中,铬铁矿粉本身发生固相烧结,这有助于提高抗粘砂的能力,同时也使清理时,涂层容易从铸件上剥离。生产大型铸钢件和各种合金钢铸件时,可用它来配制涂料。它的化学成分要求见表1-82。
表1-82 用来配制铸造涂料的铬铁矿粉的化学成分(质量分数,%)
滑石粉是一种含水硅酸镁,化学式为3MgO·4SiO2·H2 O,一般是用天然矿石(由含镁的硅酸盐类蚀变而成)经颚式破碎机捣碎后,再由磨粉机磨细制成,颜色多为纯白、银白、但也有粉红、灰色或淡黄色等,密度2.5~2.8g/cm3,硬度很低(莫氏硬度1级),耐火度不高(1200~1300℃),配成的涂料手感滑爽,广泛用于非铁合金铸造。也可以和其他耐火填料配合用于铸铁件作涂料,用以改善涂刷性和促进涂层烧结。
长石粉是一种含碱金属氧化物(K2 O、Na2O)的铝硅酸盐,在涂料中常作为其他耐火填料的助熔剂使用,以加速其他耐火填料熔融烧结。
(2)涂料用载体的禁忌
1)用水作载体时,水的硬度不能太高。载体又称载液或溶剂,其主要作用是使耐火填料和成膜物质等均匀分散或悬浮在它的里面,使涂料保持一定粘度和密度,便于涂敷到砂型(芯)的工作表面。水是最常用的载体,它有许多优点:易使涂料获得良好的悬浮性、涂刷性、不流淌性、流平性、渗透性和流变性,且价廉、易得、无毒、无臭、安全。缺点是需要烘干,只适于做烘干或表干涂料。而且所采用的水要注意其质量,硬度不能高,最好用软水。水的硬度单位,在化学分析上常以每一百万份水中所含碳酸钙的份数来表示,简写为ppm。我们知道:一般水中多少含有杂质,除悬浮的泥土和少量有机物外,大多为溶解在水中的碳酸盐,如碳酸钙、碳酸镁;酸式碳酸盐,如酸式碳酸钙Ca(HCO3)2、酸式碳酸镁Mg(HCO3)2;硫酸盐,如硫酸钙、硫酸镁;氯化物,如氯化钙CaCl2、氯化镁MgCl2、氯化钠NaCl等。决定水的硬度时,镁盐等杂质都折合成相当于碳酸钙的量来计算。根据水中碳酸钙的含量通常可以区分硬水和软水,参见表1-83。水的硬度太高,也即水中钙、镁盐类多,它们常会与涂料中的悬浮剂或粘结剂或辅料或多或少发生反应,会破坏涂料的悬浮性和胶体的稳定性,导致涂料相关性能恶化,因此,用作涂料载体的水,其硬度不能太高。如硬度太高,使涂料性能恶化,可在水中加入适量磷酸三钠Na3PO4或磷酸氢二钠Na2HPO4·12H2O,或者将所用水通过蒸馏、离子交换处理来改善。
表1-83 硬水和软水的区分
2)不可忽视涂料用有机溶剂作载体时某些醇和烃的特点。铸造涂料常用的有机溶剂及性质见表1-84。
表1-84 常用有机溶剂及其性质
(续)
上表中的沸点,是表示在101.325kPa压力(1个标准大气压)下,有机溶剂开始沸腾的温度。沸点愈低,有机溶剂愈易汽化,燃烧时火焰扩展较快。闪点是指有机溶剂液面上的蒸气和空气的混合物与火接触后,开始产生蓝色火焰的闪光时的温度。闪点低,则易燃烧。蒸发数是以乙醚为基准(基蒸发数为1.0),比较各种有机溶剂的蒸发率,蒸发数高,则表示蒸发较慢,点燃时,燃烧也缓慢。大气中允许最高浓度说明该有机溶剂的毒性高低,数值愈低,毒性愈大,使用时愈要注意防护。
上表中,所列有机溶剂中的醇类是易燃的液体,其中异丙醇有良好的燃烧特性:它产生的热量适度,燃烧缓慢,挥发中等,安全,麻醉性小,既可克服乙醇,尤其是甲醇燃烧偏快的弱点,也避免了树脂砂型(芯)表面以及涂层中的树脂等有机粘结剂的可能过烧。它适合各种耐火填料和粘结剂,但价格贵,资源也较少,在我国很少应用。乙醇是目前国内用得较多的有机溶剂,它无毒、无臭味、易挥发、具有一定的可燃性、价格也不算高。但当涂料用乙醇的质量分数低于95%,或涂料中水的质量分数大于1%时,点燃就较为困难,燃烧也不充分。这样易导致铸件产生气孔或呛火缺陷。添加一定量的甲醇与乙醇混合使用,可以改善其点燃性。有的涂料供应商为获取大的效益,全用甲醇取代乙醇,虽然甲醇比乙醇挥发快,易于燃烧,但易使涂料中的树脂等有机粘结剂过烧,而且甲醇毒性大,还有麻醉作用,特别有害视神经,长期嗅其蒸气时,易导致失明,必须注意加强保护。丁醇的作用与甲醇相反,加到乙醇中,可使涂料的燃烧变得缓慢,燃烧持续时间延长,但丁醇有强烈的刺激性气味。
有机溶剂中的氯化烃类溶剂极易挥发,配成涂料施涂以后,作为涂料载体的氯化烃在数分钟内即可挥发,不必采取任何烘干措施,可全靠自然干燥,因此也称为自干涂料。很适合用于高速生产线上粘土砂湿型涂料。但氯化烃类溶剂价格相当高,也有一定毒性,其中二氯甲烷的沸点仅为40℃左右,在空气中的允许浓度也较高,因而是自干涂料常用的载体之一。三氯乙烷在国外也常用作自干涂料的载体。200号溶剂油、二甲苯、松节油等也是我国常用的烃类有机溶剂。
必须注意的是,使用上述溶剂要注意防火、防毒和保持良好的通风环境。
(3)涂料用悬浮剂、粘结剂的禁忌
1)不宜选用普通粘土作砂型(芯)涂料的悬浮剂。铸造用粘土按矿物成分分成普通粘土和膨润土两类。普通粘土主要由高岭石组粘土矿物所组成。一般化学式为:Al2O3·2SiO2·2H2O,其结晶结构为两层型,由一层硅氧四面体和一层铝氧八面体构成一个晶体单元。相邻单位晶层之间由氧面与氢氧面呈氢键连接(见图1-85)。在c轴上单位晶层的厚度是0.72nm。由于高岭石相邻的单位晶层之间是由氧面和氢氧面呈氢键紧紧连接,因此高岭石的结晶在水中不容易分散,颗粒较粗,水分子难以进入单位晶层之间,粘土颗粒不产生晶间膨胀。所以吸水率、膨胀性都较小,不宜选用它作涂料的悬浮剂。膨润土主要是由蒙脱石矿物所组成,其化学式为Al2O3·4SiO2·H2O·nH2 O,其结晶结构为三层型,其单位晶层是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体组成的,属2∶1型结构,如图1-86所示。所有四面体尖端都指向单位晶层的内部,四面体与八面体共同占有的是氧而不是氢氧。晶层沿水平方向(a轴、b轴)延伸,并在垂直方向(c轴)层层叠置。蒙脱石的两相邻单位晶层之间是由O(氧)层和O(氧)层相接的,不形成氢键,而是靠范德华力(分子间力)连接,因此蒙脱石的单位晶层之间结合力微弱,遇水后,水分子和水溶液中的离子容易进入单位晶层之间,引起晶格沿c轴方向膨胀。因此,蒙脱石的单位晶层厚度可以变化:当无层间水时,其单位晶层厚度为0.96nm,而有层间水时,晶层厚度可以增至2.14nm(钙蒙脱石),甚至10~20nm(钠蒙脱石)。所以蒙脱石具有较大的吸水膨胀性、胶体分散性、离子交换性等性能,也就是说:膨润土,尤其是钠基膨润土适合作水基涂料悬浮剂。
图1-85 高岭石的晶层结构示意图(www.daowen.com)
注:图中符号表示o-00-OH-siO-A1
图1-86 蒙脱石的晶层结构示意图
注:图中符号表示0-00-01-1-SiO-Al
2)不可忽视对铸造砂型(芯)涂料用悬浮剂的选择。悬浮剂是为了防止涂料中的固体耐火填料沉淀、分层和防止载体过分渗入砂型(芯)而加入的能稠化载体的物质。它在调节涂料的流变性和改善涂料的工艺性能方面,也有重要的作用。悬浮剂的选择主要应根据载体的种类,例如水、有机溶剂;其次是耐火填料的类型。
水基涂料常用的悬浮剂大体上可分为两大类,一类是使水形成胶体溶液的无机粘结剂;一类是具有亲水基团(—OH、—NH2、—COOH、—CH2COONa等等)、能与水形成高分子溶液的有机化合物,具体物质参见表1-85。应用较普遍的是膨润土和CMC复合稠化体系。膨润土微粒在电子显微镜下呈片状,片边缘往往带正电荷,板面总是带负电荷,正负电荷相吸引在水溶液中形成水化膜和搭接成立体网状结构(见图1-87),因而使膨润土-水体系具有屈服值。CMC是羧甲基纤维素钠盐,分子式[C6H7O2(OH)3-x(O—CH2COONa)x]n,呈白色或浅黄色纤维状粉末,无味、无毒,易溶于水成为胶体溶液,可对涂料起明显的增稠作用,使耐火填料下沉速度减慢。CMC与膨润土配合使用,可使膨润土浆由原来接近塑性流体的流型,转变成接近屈服-假塑性流体的流型,从而改善涂料的悬浮性。其原因可用CMC的吸附、桥联作用来解释:CMC是一种高分子阴离子型电解质,呈中性或微碱性,其极性基团(亲水基团)—CH2COONa、—OH、—COOH能使膨润土晶格上的氧或氢氧基形成氢键或配位键,或借静电引力、范德华力使膨润土吸附在CMC分子链上,好像它的分子链在膨润土颗粒间起了“桥联”作用,如图1-88所示,从而可以阻止膨润土颗粒的直线运动,使膨润土颗粒更不易互相接触、合并、长大。同时,CMC高分子长链参与了网状结构的形成,使其结构更为稳定、牢固,也明显提高了屈服值。其他水溶性有机高分子与膨润土的作用机制也多类似。不过,作为砂型(芯)涂料,其耐火填料都被悬浮剂、粘结剂、载体形成的网状结构包围(见图1-89所示为涂料内部结构示意图),由于不同耐火填料其密度不同,选择悬浮剂材料配制溶液时,其屈服值必须大于或基本等于耐火填料的重力,才能阻缓耐火填料沉降。
图1-87 膨润土-水体系网状结构
1—膨润土片 2—水化层
有机溶剂涂料常用的悬浮剂材料基本不同于水基涂料,宜为在有机溶剂中能溶胀、溶解、混溶的物质,见表1-85。其中醇基涂料常选用有机膨润土、锂基膨润土等作悬浮剂。以常用的锂基膨润土为例,是先加水使锂基膨润土充分溶胀,再用乙醇稀释,其优点是价格较低,容易制备,缺点是锂基膨润土并不溶于乙醇,涂敷涂料时,作为载体的乙醇易于向砂型(芯)内部严重渗失,不仅使涂料流平性差、刷痕严重,而且大量乙醇进入砂型(芯)表层,也会明显破坏砂型(芯)工作表面强度。为此,必须在乙醇中添加适量的可增加其粘度、稠度的材料。当前应用较为成功的材料之一是加入聚乙烯醇缩丁醛(PVB),它可使乙醇增稠,不仅可以减缓载体向砂型(芯)表层深处的渗失,而且可以改善醇基涂料的悬浮性,减缓耐火填料的下沉,还能显著提高涂层干燥后的表面强度。另外,表1-85列有聚氧化乙烯,它又称聚氧乙烯、缩乙二醇醚,简称PEO,结构式为:[—O—CH2—CH2—]n,n>300,平均相对分子质量>104,为白色粉末,无特殊气味,相对密度1.21,完全溶于水,其水溶液呈中性或弱碱性。溶于水时宜用沸水溶解,因为用冷水时,还未来得及分散,就被粘结在一起,形成“鱼眼”,此后非常难以溶解。1%~5%的水溶液就有很高的粘性。聚氧化乙烯也可溶于甲醇、三氯乙烷等,其溶液在很低的浓度下就有很高的粘度。因此可提高有机溶剂涂料的悬浮性、抗渗入性。
表1-85 涂料常用悬浮剂的材料
图1-88 高分子化合物的“桥联”作用示意图
3)不可忽视可用于铸造砂型(芯)涂料的粘结剂。涂料用粘结剂的作用是将涂料中的耐火填料等组分粘结在一起,使涂层具有一定强度和耐磨性,同时使涂层能牢固粘附在砂型(芯)工作表面。表1-85所列悬浮剂也具有一定的粘结能力,其中膨润土、累托石、聚乙烯醇缩丁醛等其本身也可以作为粘结剂。但在通常情况下,悬浮剂的加入量往往不能满足涂层本身所需强度及其与砂型(芯)工作表面间的粘结强度要求,因此还需要添加其他粘结剂。涂料常用的粘结剂大致可分为低温粘结剂和高温粘结剂两类,前者主要承受室温和烘干后砂型(芯)搬运、下芯、合型等过程中的摩擦和碰撞;后者主要保证金属液浇注及凝固过程中能承受高温金属的冲刷及热作用。当然,大多数高温粘结剂在低温时也能起粘结作用;热塑酚醛树脂等在低温时有好的粘结强度,在高温时能形成残碳结构,也具有一定强度,因此,归类时两方面均列有。另外,按粘结剂与水亲和能力还可将粘结剂分为亲水型和憎水型。亲水型粘结剂可溶于水,用作水基涂料粘结剂;憎水型粘结剂一般用于有机溶剂涂料。不过某些憎水型粘结剂经适当处理,例如乳化或使固体成粉状后,也可以用于水基涂料(经乳化后或成为粉状,就易于让其均匀地悬浮在制备好的涂料中)。表1-86是涂料常用的一些粘结剂。其中糖浆、纸浆废液等是过去常用的粘结剂,现在大多已被合成高分子粘结剂所取代。
图1-89 砂型(芯)涂料内部结构放大示意图
1—膨润土片 2—CMC链 3—耐火填料颗粒
(4)为了改善涂料的某些性能,不可忽视加入少量有关辅料 辅料也称添加剂、助剂或附加物,是为了改善涂料的某些性能而添加的少量附加物。其种类很多,如润湿剂、消泡剂、防腐剂、减水剂、防渗剂、偶联剂、乳化剂等。
表1-86 铸造涂料常用的一些粘结剂
1)润湿剂:其作用是降低水的表面作用力,增强润湿力,提高涂料对砂型(芯)表面的浸润性及渗入性,并有助提高涂层与砂型(芯)的结合强度。一些无泡或低泡的非离子型和阴离子型表面活性剂常用作涂料的润湿剂,如JFC、OP—10、NNO、MF、T—80等。
①JFC学名为脂肪醇聚氧乙烯醚,为透明淡黄色的粘稠液体,是非离子型表面活性剂,可先用水溶解后再加入涂料中,也可直接加入,加入量一般为涂料质量的0.2%~0.3%。
②OP—10俗名乳百灵,学名为聚氧乙烯烷基醇醚.为黄色到橙黄色半流动状液体,溶于水呈透明液体,也属非离子型表面活性剂,一般加入量也为涂料质量的0.2%~0.3%。
③NNO学名亚甲基双萘磺酸钠,是阴离子型表面活性剂,为米黄色或米棕色粉末,相对密度1.165~1.167,易溶于水,1%水溶液pH值7~9,加入量一般约为涂料质量的0.5%~0.6%。
④MF学名为亚甲基二萘磺酸钠,也是阴离子型表面活性剂,为棕褐色粉末,易溶于水,水溶液呈弱碱性,加入量约为涂料质量的0.5%。
2)消泡剂:某些涂料在配制、贮存、稀释等过程中常产生大量气泡,又不能自行消失,从而影响涂层质量,进而影响到铸件表面质量,这就需要加入消泡剂来解决。所谓消泡剂就是能够降低水、溶液、悬浮液等的表面张力,防止泡沫产生或使原有泡沫减少或消灭的物质。一般的低级醇都有破泡作用,但抑泡能力弱,且易挥发。砂型(芯)涂料常用的消泡剂有正丁醇、正戊醇、正辛醇等。其加入量一般为涂料质量的0.02%,在涂料使用前加入。不宜多加,也不宜过早加入,因会对涂料悬浮性不利。加入消泡剂后能在一定程度上提高涂料对砂型(芯)的润湿性和渗入性。
3)防腐剂:对微生物或霉菌有杀灭、抑制或阻止生长作用的添加剂。涂料中的淀粉、糖浆、糊精、CMC、聚乙烯醇等在涂料贮放和使用过程中,只要环境温度和湿度适宜,细菌和霉菌便会大量繁殖,从而破坏了粘结剂的原有性能,使粘度下降、耐火填料沉淀、发生臭味、产生气体、引起膨胀,也就是使涂料腐败变质,无法使用,气温较高时更甚。常用的防腐剂有甲醛水溶液(福尔马林)、苯甲酸钠、麝香草酚(又名百里酚)、丙酸钠等。其中苯甲酸钠又称安息香酸钠、苯酸钠,为白色颗粒或结晶性粉末,无臭,低毒,有甜涩味。作为防腐剂,其安全性较好。它溶于水,水溶液呈微碱性。甲醛水溶液在我国铸造厂自己配制的涂料中使用较为普遍,加入量一般为涂料质量的0.02%~0.04%。
4)减水剂:加入减水剂,主要是针对水基涂料,用以提高水基涂料的含固量,常用的有聚亚甲基α-甲基萘磺酸钠(减水剂MF)、β-萘磺酸盐甲醛缩合物(减水剂NNO)等。减水剂MF为棕褐色粉末,减水剂NNO为浅棕色粉末,两者均能溶于水,水溶液呈弱碱性。
5)分散剂:涂料的生产就是将组成涂料的各组分均匀地混合、分散在载体中。要分散得好且快,分散过后不易聚集、板结,宜在涂料中加入能够使耐火填料等均匀分布到载体中,并能够形成相对稳定的悬浮状态的一类物质,也就是宜加入分散剂。分散剂通常能吸附在耐火填料等微粒表面上,产生电荷排斥力或空间位阻,降低微粒间的粘合力,从而防止附聚或絮凝,使分散体系处于较稳定状态,在贮存期内难于分层、凝结、沉淀,而且即使分层、沉淀也易于再分散。常用的分散剂主要分三大类,即无机类、有机类、高分子类。无机类有六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠等;还有硅酸盐,如偏硅酸钠等。有机类包括非离子型、阴离子型、阳离子型表面活性剂,这些在涂料中归入润湿剂。高分子类有聚羧酸盐、顺丁烯二酸酐共聚物、非离子型水溶性高分子(聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮等)、天然高聚物(明胶、槐豆胶等)。选择涂料用分散剂时宜注意以下几点要求:
①用量少,分散效果好,稳定性优良。
②不与涂料中的各物质发生有损性能的不良反应。
③无毒害,对环境不产生污染。
④价格较低廉。
6)偶联剂:偶联剂分子的两端结构不同,一端亲有机物质,另一端亲无机物质,在涂料内,偶联剂起到了有机物和无机物的架桥作用,将有机物和无机物联接起来。偶联剂在涂料中使用具有润湿、分散、防沉、增加涂膜的附着力、抗吸湿等作用。偶联剂按照化学结构可分为有机硅烷类和非硅烷类,后者又分为钛酸酯类、锆铝酸酯类、铝酸酯类、铝钛复合类等。作为砂型(芯)涂料,如有必要可在有机硅烷类、钛酸酯类、锆铝酸酯类中选用。
7)乳化剂:是指能使两种或两种以上互不相溶的液体形成稳定乳状液的物质。例如铸钢用水基涂料中有使用煤焦油作为主要粘结剂的,它是不溶于水的有机物质。这种情况下就需要将煤焦油变为细小的液滴均匀分布在水中,配成乳状涂料使用。这种乳状液称为水包油型(以O/W表示),水在外面(连续相),油在里面(分散相)。常用的乳化剂大都是表面活性剂。在煤焦油和水的体系中,加入氢氧化钠NaOH就可以帮助煤焦油和水形成稳定的油/水型乳状液。因为氢氧化钠和煤焦油中的油质生成油酸钠,而油酸钠分子有两部分基团,一端是亲水的基团(—COONa),一端是烷基、芳基以及烷芳基的非极性基团,是亲油的。当油酸钠吸附在煤焦油与水的两相界面上,极性基团朝水,非极性基团朝煤焦油,促使煤焦油和水的界面张力下降,当煤焦油在水中被分散成细小液滴后,它周围也都吸附了定向排列的油酸钠分子,并形成了有一定机械强度的保护膜可阻止液滴的聚结,使形成的乳状液保持稳定。
8)其他:作为涂料的辅料还有助熔剂:用以加快涂料中耐火填料表层的熔融烧结,增强涂层抵抗金属液的冲刷、冲蚀和抗粘砂的能力。常用的助熔剂对硅砂来说,有各种碱金属和碱土金属的氧化物、氟化物、氢氧化物和盐类;硬化剂:如乌洛托品(六亚甲基四胺),用于热塑性酚醛树脂。此外还可能有流平剂、防渗剂、芳香剂和着色剂等等。
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