隨著我國鑄造行業(yè)的快速發(fā)展,鑄造粘結劑的消耗量巨大,環(huán)保壓力巨增,開發(fā)綠色環(huán)�？山到獾恼辰Y劑具有重要的意義。動物膠具有無毒無害、可生物降解、水溶性等特點,是環(huán)境友好型粘結劑之一。本文以動物骨膠為原料,通過水解改性增強其反應活性,提高粘結強度,并對粘結劑的合成機制、粘結劑與硅砂間的粘結性能以及硬化機理做了系統(tǒng)理論分析,成功地制備出了一種熱硬動物膠鑄造粘結劑;另外還對動物膠舊砂的再生工藝進行了試驗研究。首先,對動物骨膠的組成成份及分子構成進行了系統(tǒng)的分析。結果表明,動物膠主要有C、H、N、O四種元素組成,且其分子結構主要有肽鏈構成,并含有氨基(-NH_2)和羧基(-COOH)基團。動物膠的相對分子量分布較寬,主要集中在20000Da-100000Da區(qū)間。主要含有甘氨酸、脯氨酸等20種氨基酸,總氨基酸含量為8633.10nmol/mg。由于普通的動物骨膠的粘度大,流動性差,型砂強度低,需要對動物膠進行改性處理提高其粘結強度和流動性能,并使之常溫呈液態(tài)。對動物骨膠水解原理進行了分析和探討,并對水解工藝進行了優(yōu)化。選擇無水碳酸鈉作為水解催化劑及確定了其最佳加入量為動物膠質量的3%、水與動物膠的質量比為140:100、60℃水解溫度和50min水解時間,水解后動物膠粘結劑的粘度為580mPa·s。由水解機理分析可知,水解后動物膠的分子量和粘度降低,活性基團數(shù)量增加。為了進一步提高動物膠粘結劑強度,降低粘結劑用量,選擇丙烯酸和糠醇作為改性劑,過硫酸銨作為引發(fā)劑進行改性,以型砂的抗拉強度為指標,通過正交試驗對改性劑的配比進行優(yōu)化,得到接枝-交聯(lián)改性的最優(yōu)配比(質量比)為:動物膠粘結劑:丙烯酸:過硫酸銨:糠醇=100:14:3:10。在80℃改性溫度和改性時間100min下,改性動物膠粘結劑粘度為1000mPa·s,通過加熱硬化其型砂的初抗拉強度為2.69MPa(180℃×15min),終抗拉強度為2.55MPa。通過紅外光譜、核磁共振、拉曼光譜等對改性粘結劑的進行表征,并分析了改性機理。結果表明,丙烯酸、糠醇分別與動物膠分子發(fā)生接枝共聚反應和酯化交聯(lián)反應,使動物膠分子結構發(fā)生變化,提高了粘結劑體系的粘結強度、親水性和熱穩(wěn)定性能。對動物膠型砂硬化機理及粘結機理進行了理論分析。其中,動物膠型砂的加熱硬化主要是粘結劑分子脫水縮聚過程。粘結劑分子中的氨基、羧基、羥基等活性基團之間發(fā)生化學反應脫去水分子而緊密接觸,粘結劑分子間相互縮聚建立強度。動物膠型砂微波硬化主要是粘結劑分子在微波作用下,分子中的水分子迅速脫去建立強度的過程。而動物膠型砂吹入CO_2氣體硬化是利用促硬劑氫氧化鈣與CO_2反應放熱使粘結劑分子中水脫去,而且Ca~(2+)還可以與粘結劑發(fā)生配位反應起到“搭橋”的作用,建立型砂粘結強度。為了揭示粘結劑與砂粒表面之間的物理化學反應,對其改性動物膠粘結劑與原砂之間的粘結特點進行了剖析。通過對粘結劑的接觸角、粘度、表面張力等測定和分析,得出改性動物膠粘結劑與原砂的接觸角θ=40.158?,降低了55.08%,改性后粘結劑的表面張力值為36.000mN/m,降低了54.34%,改性后粘結劑對砂粒的潤濕性能越好,更易浸潤表面張力大的砂粒。通過掃描電鏡宏觀觀察可知,改性動物膠粘結劑與硅砂間的粘結橋數(shù)量更多,從而粘結力更高。為了降低鑄造舊砂對環(huán)境的污染,選擇三種再生方法對動物膠舊砂進行再生并對其再生機理深入研究。通過對動物膠舊砂的機械法再生、熱法再生、濕法擦洗再生的探討分析,得出三種再生方法都能有效的去除舊砂表面殘留的粘結劑膜,機械法設備簡單已能夠滿足動物膠舊砂再生的要求。最后,對改性動物膠粘結劑砂的可使用時間、發(fā)氣量、潰散性等工藝性能進行了分析檢測,并現(xiàn)場澆注了出鋁合金鑄件,鑄件表面光潔、無氣孔、無缺陷。對改性動物膠粘結劑經(jīng)濟性進行了分析,其制芯成本較低。改性動物膠粘結劑具有無毒無害、可降解、型砂強度高、成本低、易再生的優(yōu)點,能滿足鑄造實際生產(chǎn)的要求,有推廣應用的空間。
【學位單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG221
【部分圖文】：

器及設備生工藝性能的研究所用的主要試驗儀等，具體各項參數(shù)見表 2.7。表 2.7 舊砂再生試驗用儀器及設備e instrument and equipment of test for reclaDYY-6C 上Viscotek TDA305max TGA-Q500 Invia 英型號 S1105 青KSY-12-16A 天津市SSZ 湘潭SXW-A 湘潭

圖 2.2 擦洗再生機結構圖Fig. 2.2 Structure of swaging machine方法及表征改性動物膠粘結劑的合成驟：向 1000ml 的三口燒瓶中，分別加入一定質量比的水與動物分鐘后，加入催化劑進行水解，并升溫至設定的水解溫度，中速水解動物膠溶液；隨后加入一定配比的改性劑，調溫至改性反拌一定時間，形成黃褐色流動性較好的液體，自然冷卻至室溫。 為改性粘結劑的合成裝置圖。

圖 2.2 擦洗再生機結構圖Fig. 2.2 Structure of swaging machine征粘結劑的合成000ml 的三口燒瓶中，分別加入一定質量比的入催化劑進行水解，并升溫至設定的水解溫膠溶液；隨后加入一定配比的改性劑，調溫間，形成黃褐色流動性較好的液體，自然冷結劑的合成裝置圖。
【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 劉偉華;張祎林;李英民;任玉艷;;新型氣硬動物膠型芯粘結劑的制備工藝優(yōu)化[J];鑄造;2012年07期

2 呂定剛;動物膠類中藥現(xiàn)代鑒別方法研究進展[J];基層中藥雜志;2000年05期

3 忻家礎;動物膠藥分類及臨床應用[J];時珍國藥研究;1996年03期

4 曾國愛;動物膠簡史[J];明膠科學與技術;1995年02期

5 王超;袁秀順;;鎢的高靈敏顯色反應的研究——W(V)-SCN-RhB(Ⅰ)-動物膠體系[J];化學學報;1987年04期

6 孫安甫;;蟾蜍血管注射色劑配制方法的改進[J];生物學通報;1988年01期

7 夏良保;對動物膠粘結劑的一些探索[J];磨料磨具與磨削;1982年03期

8 劉素琴;有機酸水解動物膠的研究[J];明膠科學與技術;1995年03期

9 李彬;;動物膠的使用方法[J];家具;1980年04期

10 姚承宗;用動物膠凝聚粘土的快速過濾方法[J];土壤通報;1960年04期

相關博士學位論文 前1條

1 王天舒;動物膠粘結劑改性合成機制及粘結固化機理的研究[D];沈陽工業(yè)大學;2018年

相關碩士學位論文 前7條

1 張曉英;埋藏對文物蛋白膠料氣質聯(lián)用鑒別結果的影響研究[D];西北大學;2017年

2 胡麗婷;蛋白質基粘結劑粘結固化機理的研究[D];沈陽工業(yè)大學;2014年

3 金鈺;動物膠的合成改性優(yōu)化機理及其型砂性能的研究[D];沈陽工業(yè)大學;2015年

4 馮小佼;古代壁畫中膠結材料的高效液相色譜測定法研究[D];西北大學;2012年

5 張祎林;氣硬改性動物膠型芯砂粘結劑的制備及硬化機理的研究[D];沈陽工業(yè)大學;2012年

6 霍文會;動物膠粘結劑的改性及其舊砂再生工藝的研究[D];沈陽工業(yè)大學;2017年

7 周全;電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜技術在埋弧焊劑檢測中的應用研究[D];復旦大學;2013年

本文編號：2873361