铸造涂料 第3章 悬浮剂粘结剂及助剂.docx
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铸造涂料第3章悬浮剂粘结剂及助剂
第三章悬浮剂、粘结剂及助剂
3.1悬浮剂
涂敷于砂型砂芯表面的涂料层在经受金属液的机械及热冲击之前基本属于一种胶态状的物理分散体系。
欲使这种物理分散体系-涂料具有优良的悬浮性、涂敷性、流平性、渗透性和抗流淌性等物理工艺性能,除了选择合适的耐火粉料外,悬浮剂和粘结剂的选择是最关键的因素之一。
悬浮剂通常是指具有使固体物分散、并使之悬浮在载液中的能力的物质。
好的涂料悬浮剂不仅具有使耐火粉料悬浮的能力,而且应具有流变学特性,特别是触变性,即既容易形成一定的组织结构,也容易为机械力所拆散。
作为铸造涂料用悬浮剂悬浮原理是通过自身在载液中的扩散力、吸附力、载荷力等,使高密度的耐火粉料在不同的载液中具有一定的悬浮性、连续性。
故涂料中必须使用悬浮剂才能使耐火填料悬浮在载液中并保持均匀地弥散状态。
因此在涂料工艺的术语中,悬浮剂又称防沉剂、流变剂等。
在第三章将要讨论的涂料的流变性时的一个主要参数就是涂料的粘度,涂料的粘度与其组分有很大的关系,因此国外有关文献中,将耐火粉料和载液以外的组分统称为粘度调整剂。
在悬浮剂的称呼上,人们通常习惯将能单独添加而起悬浮作用的粘土类的无机物称为悬浮剂,而将与粘土类的无机材料配合加入,起辅助悬浮作用并赋予涂料一定的流变性或触变性的天然或人工合成的高分子聚合物称为增稠剂。
就悬浮剂的作用而言,在习惯上常将能单独添加而起悬浮作用的粘土类无机材料称为悬浮剂,而将与粘土类的无机材料配合加入,起辅助悬浮作用并赋予涂料一定的流变性或触变性的天然和合成高分子聚合物称为增稠剂,事实上,两者所起的作用是一致的,因此将其分别称为无机悬浮剂和研究悬浮剂,或干脆统称为悬浮剂是合适的。
另外,粘结剂和悬浮稳定剂在涂料中所起的作用是难以截然分开的,能作为粘结剂的材料一般都能起悬浮稳定剂的作用。
但在涂料中,某种材料起悬浮作用是主要的,而粘结是次要的,而另一种材料起粘结作用是主要的,而悬浮作用是次要的,那么我们仍沿用习惯,将其分别归入悬浮剂和粘结剂的类别。
因此本节将以此介绍悬浮剂,而下节介绍粘结剂。
在无机悬浮剂中,应用最为广泛的是膨润土,近年凹凸棒土、累脱石等粘土类悬浮剂也逐步在涂料生产中应用;作为有机悬浮剂,羧甲基纤维素钠(CMC)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)分别在水基和醇基涂料应用较为广泛,此外还有海藻酸钠、聚丙稀酰胺等;黄原胶由于具有优越的流变性能,近年也在铸造涂料配方中试用,显示出较好的应用前景。
现在分别加以介绍。
3.1.1膨润土
膨润土是以蒙脱石为主要矿物的粘土,其颗粒质点很小(可以小于0.1μm),被水湿润后水分不仅吸附在其颗粒表面,还要进入它的晶层之间形成胶体质点,载液变为胶体溶液。
膨润土质点在胶体溶液中形成空间网状结构,使膨润土浆具有屈服值,耐火填料颗粒质点不易下沉。
膨润土按吸附阳离子的不同分为钙膨润土、钠膨润土、锂膨润土及有机膨润土等。
在水基涂料中所用的主要是钠膨润土和锂膨润土,锂膨润土还可用于醇基涂料作悬浮剂。
膨润土在铸造涂料中,其结构特点是在水中能形成立体网状结构。
按其结构形成能力的顺序是:
锂膨润土>钠膨润土>钙膨润土。
钠膨润土吸水膨胀能力比钙膨润土高,配制水基涂料时最好采用钠膨润土,天然产的钙膨润土可通过离子交换处理使其钙离子为钠离子所取代,称为膨润土的活化处理。
一般采用在钙膨润土中加碱(碳酸钠)的办法来进行活化处理,大多数钙膨润土的最佳加碱量为4~6%。
应在配制涂料前预称对膨润土进行活化处理。
可以先调制膨润土浆,加碱后搅拌均匀,放置两、三天后再用,才能使活化反应充分。
锂基膨润土是由天然钙基膨润土经离子交换处理后而得。
天然钙基膨润土中的主要矿物为钙蒙脱石。
在钙蒙脱石中加入锂盐(一般常用Li2CO3),通过离子交换反应后可得锂蒙脱石,反应式如下:
Z(Ca)+2Li+Z(Li2)+Ca++
式中Z代表带负电荷的硅酸盐骨架。
上式为可逆反应,为了使上式向右进行,可采用化学方法将上式右方的钙离子变成难溶盐沉淀,并将难溶盐除去。
Li2CO3一般加入量为原土质量的4%左右。
经过充分的离子置换反应后,将膨润土脱水干燥、粉碎、过筛,即可得到锂膨润土。
表3-1是国内某膨润土公司锂基膨润土的技术要求。
表3-1锂基膨润土的技术要求
指标\型号
ST-A
ST-B
ST-C
ST-D
外观
白色粉末
浅白色粉末
灰白色细粉末
白色精细粉末
挥发份(105℃)%
≤10
≤10
≤10
≤10
表观粘度
≥11
≥15
≥20
≥25
粒度(过0.076mm)%
≥95
≥95
≥98
≥98
重金属(pb),mg/kg
≤20
≤20
≤20
≤20
砷含量mg/kg
≤5
≤5
≤5
≤5
锂膨润土先用水溶胀后加入醇基涂料分散,即有良好的悬浮稳定作用。
锂膨润土比有机膨润土便宜得多,又不需用苯类溶剂引发处理,这是十分可取的。
其缺点是:
锂膨润土吸水而形成的胶料在醇中的稳定性较差,用其制成的涂料即时悬浮稳定性很好,但在贮存过程中胶料易脱水而失效,从而使涂料降粘、骨料聚结下沉并形成坚硬的大块。
在运输过程中的振动作用下,脱水尤为迅速。
这样的沉淀物很难用一般搅拌方法再将其分散,此时,涂料实际上已不能使用。
有机膨润土是采用优质钠基膨润土,经提纯、变型和有机活化精制而成。
其加工的一般流程为:
原矿→粉碎→分散→改型(钠化)→提纯→加铵盐覆盖(使提纯后的膨润土与二甲基十八烷基氯化铵(季铵盐)或季铵碱进行离子交换反应,有机阳离子铵离子取代无机阳离子钠离子等)→漂洗→脱水→烘干→粉碎→包装。
有机膨润土在有机溶剂中具有良好的胶体分散性、增稠性、粘结性、触变性和悬浮稳定性。
可适用油漆、油墨、高温润滑脂、化妆品等做增稠剂及适用于石油钻井液配制以及铸造涂料、密封腻子、玻璃纤维加工等。
有机膨润土是醇基涂料配方中较好的悬浮剂。
它在酒精中可以溶胀,使涂料粘度增加并有一定触变性。
一般用量为1%-2%,用它配制的涂料渗入砂型或砂芯中少,容易建立起涂层厚度,而且涂刷性好,点燃性好于由锂膨润土配制的涂料,涂层表面较光洁、刷痕少。
目前,我国有机膨润土生产能力超过1000吨/年的厂家有5家,生产能力为13200吨/年。
我国有机膨润土生产能力见表3-2。
表3-2我国有机膨润土生产能力
生产公司
生产规模,吨/年
备注
丰虹化工集团公司
5000
TF-46系列溶剂型有机膨润土
华特化工集团公司
5500
BP系列有机膨润土增稠流变助剂
NB系列纳米有机膨润土
天津市华联有机陶土化工福利厂
2000
三鱼牌TF-46系列溶剂型有机膨润土
浙江安吉天龙有机膨润土有限公司
1000
浙江安吉宇宏粘土化工有限公司
2200
YH系列有机膨润土
统计
13200
目前有机膨润土尚无统一的技术标准,可暂按表3-3所列项目进行控制。
表3-3几种有机膨润土的性能指标
项目
种类
外观
含水量%
灼烧失重%
不亲水物含量%
细度
溶剂中胶凝剂状态
十八烷基铵改性膨润土
7812有机膨润土
白色略带微黄
米黄色细粉
<2
<3
34~36
—
95~98
—
全部通过0.075mm筛
—
—
呈厚糊状
目前国内各厂所生产的有机膨润土都是专门用于石油钻井和油漆等工业部门的,不能直接在醇类溶剂(包括甲醇、乙醇、异丙醇)中溶胀。
必须先用二甲苯将有机膨润土调成半透明的膏状,然后加入酒精配制涂料,二甲苯的气味较大,且涂层点燃时冒黑烟,可以改用油漆烯料与有机膨润土调制成膏,但是悬浮性不如用二甲苯调制的好。
测定膨润土成胶或凝胶能力可采用膨胀倍数法或膨胀值测定法等。
不同膨润土形成网状结构能力差异很大,但至今国内外尚无公认的评价涂料用膨润土质量指标,所以在膨润土的选用上存在很大的盲目性。
有关文献报道,借鉴泥浆动切力指标的测定,对照传统的膨润土粘结剂测定方法,设计了适合评价涂料用膨润土指标和检测方法。
其主要结论是:
1)膨润土在铸造涂料中的主要作用是形成立体网状结构,从而保证涂料的悬浮稳定性,并形成一系列独特的流变性能,其作用的强弱可用涂料的卡森剪切稀释比(τo卡/η∞)来衡量。
2)铸造涂料用的膨润土质量,应以膨润土的结构形成能力为衡量指标。
不能按型砂用膨润土的检验指标为评价涂料用膨润土质量指标。
3)推荐以固定浓度的膨润土浆宾汉剪切稀释比(τo/η塑)作为涂料用膨润土质量检查的主要指标。
它与涂料的卡森剪切稀释比有很高的相关性,能准确地反映各种膨润土在涂料中结构形成能力的差异。
4)膨润土浆的屈服值与涂料的卡森剪切稀释比也有较高的相关性,在一定程度上反映了与膨润土形成结构能力的差异,也可以作为馀料用膨润土质量检控指标之一。
上述测试及评价方法在涂料的研究及生产中有一定的帮助,它为正确选用涂料用膨润土乃至其它类型的粘土悬浮剂提供了一种手段。
3.1.2凹凸棒土
凹凸棒石又名坡缕石,是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸粘土矿物。
凹凸棒粘土(别称凹土、漂白土、白土、山软木等)是指以凹凸棒土为主要矿物成份的一种稀少的天然非金属粘土矿物,在矿物学上隶属于海泡石族。
凹凸棒石粘土具有特殊的纤维结构、不同寻常的胶体和吸附性能,具有广泛的应用领域,有“千土之王”、“万用之土”等美誉。
凹凸棒石矿物几乎遍及世界各地,但具有工业意义的矿床并不是很多,仅限于美国、中国、印度、西班牙等国。
我国江苏、安徽、山东、辽宁等地探明许多凹凸棒土矿点,产量以江苏盱眙居首位,现已探明其储量高达2.72亿t,远景储量达5亿t,占中国凹凸棒石储量的70%,占全球凹凸棒石粘土总储量的近50%,为世界优质矿藏。
凹凸棒土理想化学式可表示为(Mg,Al,Fe)5Si8O20(HO)2(OH2)4•4H2O,其集合体为土状、致密块体构造,产于沉积岩和风化壳中,颜色为白色、灰白色、青灰、微黄或浅绿,弱丝绢或油脂光泽。
土质细腻,有油脂滑感,密度约1.6g/cm3,性脆(莫氏硬度2~3级),潮湿时呈粘性和可塑性,干燥收缩小,且不产生龟裂,吸水性强,可达到150%以上。
其晶体呈棒状、纤维状,长0.5~5μm、宽0.05~0.15μm,层内贯穿孔道,表面凹凸相间布满沟槽,具有较大的比表面积,部分的阳离子、水分子和一定大小的有机分子均可直接被吸附进孔道中,此外它的电化学性能稳定,不易被电解质所絮凝。
凹凸棒土由于具有较大的比表面积,使其具有较强的吸附作用。
在相当低的浓度下可以形成高粘度的悬浮液,其流变性能决定了它可用作胶体泥浆、悬浮剂、触变剂以及粘结剂。
另外,它有着很强的可塑性,当水的质量分数达到其自重的100%时,凹凸棒土达到其塑性极限。
天然的凹凸棒土的阳离子交换能力是相当低的,其值随着粒径的减小而略有增加。
凹凸棒土另一个有价值的特点是它的化学惰性,在现实中也得到了广泛的应用。
由于凹凸棒石粘土具有特殊的纤维结构、独特的分散、耐温、耐盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附脱色能力,并具有一定的可塑性和粘结力,因而在各行各业中被广泛应用。
凹凸棒土可作为铸造水基、醇基涂料悬浮剂。
它的吸水速度快,但在水中不象蒙脱石那样能吸水膨胀,必须加力搅拌才能使土粒分散,分散后其针状晶体束拆散而形成杂乱的网格,网格束缚液体,使体系的粘度增加。
用旋转粘度计对其水浆和醇浆的测定表明,其粘度的变化具有剪切稀释性和触变性。
加入3%凹凸棒土的泥浆已具有触变性,可使耐火填料较好的悬浮在载液中。
目前我国安微嘉山县、江苏盱眙县所生产的凹凸棒土其技术条件为SiO255%~60%,Al2O38%~13%,MgO9%13%,含水量10%~15%,密度1.3g/cm3,1min吸水率≥200%。
其粒度有325目、600目、800目和1250目等。
表3-4为安徽某公司的胶体级高粘凹凸棒土粉(产品技术指标(符合Q/320830QK-001-98)的技术指标。
表3-4胶体级高粘凹凸棒土粉技术指标
项目\产品型号
GEL-1
GEL-2
GEL-3
分散粘度(Mpa.s)
≥3000
≥2500
≥2200
湿筛余(200目筛余)%
≤5
≤5
≤5
水份(%)
≤15
≤15
≤15
PH值
8-10
8-10
8-10
松密度
0.54-0.6
0.54-0.6
0.54-0.6
摇变指数
3.5-7.5
3.5-7.5
3.5-7.5
3.1.3累托石粘土
1.累托石的矿物学特征及化学成分累托石是国内外罕见的特种非金属矿产,它是二八面体云母和二八面体蒙脱石1:
1规则间层的矿物,化学式为:
Kx(H2O)4[Al2(AlxSi4-xO10)](OH)2,其中Na可代替K。
其化学结构式为:
云母层 (Na0.79K0.39Ca0.26)1.44Al4[Si6Al2]8O22
蒙脱石层(Ca0.55Na0.02K0.01Mg0.03))0.61(Al4.1Fe2+0.09Mg0.07)4.26(Si6.46Al1.54)8O22
根据其阳离子含量又可分为钾累托石、钠累托石和钙累托石三种。
累托石一般呈灰白、灰绿、黄褐色等颜色,若呈深灰—灰黑色,主要是含碳所致。
碳质呈微粒状散布于累托石颗粒表面,其粒度细,与粘土间的吸引力较大,在提纯过程中不能有效分离。
累托石含量70%之外,还有30%的其他杂质矿物。
原矿中有害物质为黄铁矿,散布于累托石中,粒度很细,一般为10~80μm。
累托石为鳞片、纤维状晶体,粒度一般小于2μm。
累托密度?
,硬度小于1,质地松软有滑感,塑性指数89,具有良好的胶体性能。
累托石矿物的典型化学组成(质量分数,%)如下:
SiO2Al2O3TFe2O3CaOMgOTiO2K2ONa2OMnOP2O5L.O.I
44.335.61.504.05(0.35)2.461.121.240.0090.418.23。
2.累托石的交换性和吸附性累托石的晶体结构由类云母和类蒙脱石有规则交替堆叠而成。
云母层呈高负电荷的四面体片所联结的层间域,作为电荷补偿的Na+,K+,Ca2+被固定,不可交换,层间是非膨胀的;而蒙脱石层为低负电荷四面体所联结的层间域,作为电荷补偿的Ca2+,Mg2+K+,Na+等阳离子被束缚较多,可交换,层间域可膨胀。
累托石(含量为90%)的总比表面积为271.5m2/g,外比表面积为69.2m2/g,内比表面积为202.3m2/g,表明累托石粘土具有良好的阳离子可交换性和吸附性。
3.累托石的热稳定和耐高温性能累托石的耐火度高达1650℃。
将累托石粘土分别在100℃~1100℃温度范围内每隔100℃烧1h,X-射线衍射分析的结果表明,在100℃~600℃范围内脱去吸附水和层间水并脱去羟基后,成为无水结构,并一直保持到900℃、1000℃成为非晶态,结构仍无多大变化。
在1100℃以后累托石晶体结构发生变化形成新相莫来石。
而莫来石是高温耐火材料的主要矿物成分,因此累托石具有很好的抗高温性能。
4.累托石的高分散性和高塑性累托石遇水极易分散,其微粒成膜平整,加入少量碱处理后,分散效果更佳,并长期保持悬浮。
粘土的可塑性是衡量粘土能否作为陶瓷、耐火材料及型砂粘结剂使用的重要指标之一。
常用的表示方法有塑性指标法及塑性指数法。
累托石塑性指数高达50,易粘结成型,烧干或烧结不产生裂纹。
5.累托石的层间孔径可变性累托石结构中蒙脱石层间的水合阳离子,可以被大量其它无机阳离子交换,如钠、铝、锆、硅及季胺盐等单一或复合离子,能吸附各种无机离子、有机分子和气体分子,并且这种吸附和交换是可逆的。
由于累托石具有阳离子交换性能,可对其进行改色,钙基替换,合成交联累托石、有机累托石,达到层间孔径可变。
物化性能改变但结构不变,如粘土矿物本身是亲水的,能强烈与水化合;而粘土—有机复合体可变为亲油性。
累托石离子间孔径在使用不同处理剂进行离子交换后,可形成1.5~4nm之间的大孔径层柱状二维通道结构,在大范围的酸碱、水热、温度条件下保持稳定性,其层间电荷密度可据需调整,以获得适当的活性。
6.累托石的阻隔紫外线性累托石粘土天然具备良好的紫外线阻隔能力,对短波长光线或射线的吸收阻隔效果显著。
7.累托石的结构分离性累托石是易分离的层状粘土矿物,可采取合适的方法分离成类云母和类蒙脱石的纳米微粒,进行纳米级材料领域的研究。
8.累托石的改性由于独特的结构组成使累托石既继承了蒙脱石的某些性质如吸水膨胀性、阳离子交换性,又具有独特的抗高温性和较低的收缩率,而且天然累托石是为数不多的易于水中分离成纳米级微片的矿物材料之一。
因而累脱石也可象膨润土那样进行钠化、锂化和有机化处理。
经有机处理后,不但使有机化的累托石在适当的有机溶剂中分散形成有机凝胶,而且有机阳离子的进入可增加累托石的层间距,改善累托石的间层结构与表面性能,从而扩大累托石粘土的应用领域,使其像蒙脱土一样,不但可以广泛应用到废水处理上,还可以广泛应用于塑料的改性上。
对累托石粘土的表面改性是通过阳离子交换反应来完成的。
由于累托石类蒙皂石层间的阳离子(如Na+、K+、Ca2+等)与T-O-T单元层结合力脆弱,具有膨胀性,在溶液中容易与其它阳离子进行交换。
所以,采用有机阳离子与累托石层间域的阳离子进行交换就可生成亲油性累托石粘土。
处理粘土所用的有机化试剂大都是有机胺、季铵盐或氨基酸等阳离子,以盐酸处理的有机胺R-NH2为例,离子交换反应的原理是:
有机胺首先与盐酸形成盐酸盐,离解出铵的阳离子,反应式为:
R-NH2+HCl→RNH3++Cl-
然后铵的阳离子与累托石层间的水合Na+进行离子交换反应,反应式为:
RNH3++REC-O-Na+→RNH3-O-REC+Na+。
目前主要采用的方法是以十二烷基季铵盐、二甲基十八烷基羟乙基氯化铵、三甲基十八烷基氯化铵等与累托石合成有机累托石。
9.涂料悬浮剂的应用
自上世纪90年代初在湖北发现大型钙基累托石矿床、并相继投入开采以来,最先用于石油钻井泥浆,后逐步在小范围内用于铸造涂料的悬浮剂。
作者对累脱石作悬浮剂研究的结果表明,与传统的膨润土悬浮剂相比,累脱石粘土无论是水浆还是醇浆,均易稠化,在相同加入量的条件下两者涂料的悬浮性相当,但载液量增加,其涂料含固量和密度稍有下降;从流变性来看,累脱石水浆的屈服值较低,由其配制的涂料抗流淌性较差;膨润土加入量过多,悬浮性虽好,但高温下涂层易开裂;加入量过少,涂料的悬浮性较差。
累脱石粘土的最大优点是使涂料的高温抗裂性变好。
目前在铸造涂料配制中用的主要是将钙基人工活化的钠基累托石。
由于累脱石矿在地下数百乃至一千多米深处,开采成本高,在价格方面,大大高于膨润土。
从性价比来看,累脱石不如膨润土。
3.1.4羧甲基纤维素钠
羧甲基纤维素钠(简称CMC)是一种纤维醚类。
纯品为白色或乳白色或微黄色纤维状或絮状粉末,无臭、无味、无毒产品。
易溶于水,与水形成胶体溶液。
俗称化学浆糊,其分子式为:
[C6H7O2(OH)3-x(O-CH2COONa)x]n。
它是线型结构的高分子化合物,分子数n>200。
CMC具有吸湿性,在空气中有潮解性,对酸、碱、盐稳定,具有碱溶性和水溶性,能形成高粘度的胶体溶液。
CMC是一种阴离子型电解质,不会发酵,有一定热稳定性。
CMC用途十分广泛,主要有:
是合成洗涤剂最良好的乳化剂,主要用它的乳化性质和防护胶体化性质、在洗涤过程中、生产阴离子,可同时使被洗物表面与污垢离子在水中具有分相性,并与固相被洗物表面有排斥性。
日用化工、油漆、涂料等工业部门用CMC作为增稠剂、稳定剂、腻型剂、油漆颜料分散剂、悬浮剂、成膜剂等。
石油钻井配制泥浆剂,CMC可调解泥浆的比重、粘度、触变性、有降失水作用及明显的防塌能力,并能延长钻头的寿命,也是很好的完井和修井剂。
4、建筑工业上用CMC于混凝土予制件生产中,可减少失水性起缓凝作用,即便于大规模施工,又能提高混凝土的强度,也便于予制件从膜具上脱落。
再一个主要用途是墙壁刮大白和腻子粉、腻子膏,可节约大量建筑材料,使墙壁增强保护层及亮度。
选矿方面利用CMC的优良悬浮、乳化性能,在冶金选矿方面应用广泛,特别是镍矿,铜矿采用CMC作浮悬剂效果更好。
其它方面利用CMC的优良悬浮性能、乳化性能并能形成良好胶膜性能,应用于陶瓷工业中增加釉药和陶瓷的结合力,用作粘结剂、浆绸等。
具有较强的降解能力,悬浮力,去污力强、分散效果良
羧甲基纤维素钠是无毒、无味、无臭的白色(或淡黄色)粉末,易溶于水,水深液粘稠呈弱碱性。
在水基涂料中,羧甲基纤维素钠是良好的悬浮稳定剂和粘结剂。
制取羧甲基纤维素钠的基本过程是:
先将纤维素置NaOH溶液中浸泡,得到碱纤维素,再将碱纤维素用氯醋酸醚化,并在醚化过程中加入NaOH,即得到羧甲基纤维素钠。
其聚合度和取代度是CMC的两个重要的特性指标,对其在水中的溶解度和溶液的粘度都有重大的影响。
聚合度是分子的链节数。
聚合度越高,则水溶液的粘度越高,通常按此特点将CMC区分为低粘度、中粘度和高粘度三种。
通常我们说CMC的粘度,0.3~0.8Pa·s者为中粘度,0.8Pa·s以上者为高粘度。
涂料中使用的,以中粘度CMC为宜。
取代度是纤维素链节中三个羟基(—OH)中的氢被钠羧甲基(—CH2COONa)取代的程度。
由于羧钠基(—COONa)是亲水的,取代度愈大,则CMC的水溶性愈好。
X小于0.3的CMC不溶于水,小于0.5者难溶。
一般的CMC产品,取代度的值在0.6~0.85之间。
CMC分子结构中的羟基(—OH)与膨润土颗粒晶格表面上的氧原子间可形成氢键连结,或者说CMC分子中的醚氧(—O—)可与膨润土晶格表面的氢氧离子形成氢键连结,两者均可使CMC吸附于膨润土颗粒表面上。
CMC分子结构中的羧钠基(—COONa)的电离和水化,可使膨润土颗粒有良好的水化膜,并提嵩其电动电位(ξ)。
因此,CMC与膨润土配用会显著改善水基涂料的性能。
CMC在膨润土颗粒上吸附的活性主要取决于其取代度;x值在0.6和0.9之间时,吸附活性随取代度增大而增强;x超过0.9之后,又随取代度的增大而降低。
涂料中所用的CMC,宜选用取代度为0.8~0.85的产品。
CMC可能因发酵而失效,涂料中采用CMC时,应加入适当的防腐剂。
表3-5为CMC的技术条件。
铸造生产中主要采用FM6牌号的中粘度为好,其2%水溶液的粘度为≥300~600cP。
表3-5羧甲基纤维素钠(CMC)的技术条件
项目
牌号及指标
FH特高
FH6
FM6
外观
2%水溶液粘度,cp≥
钠含量,%
pH值
含水量,%≤
氯化物,%≤
重金属(以Pb计),%≤
铁,%≤
砷,%≤
白色或微黄色纤维状粉末
1200
6.5~8.5
6.5~8.0
10.0
3.0
0.002
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0.0002
800~1200
6.5~8.5
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10.0
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6.5~8.0
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3.0
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在铸造水基涂料配方中,CMC通常不单独使用,而作为增稠剂与无机的粘土类悬浮剂,如钠基膨润土、锂基膨润土以及其它悬浮剂配合使用效果很好。
这是因为细小的分散的粘土质点可粘附在CMC的大分子链上,这种粘附可以阻止细粒粘土质点的直线运动,从而使它们不易互相接触合并而长大,同时CMC高分子长链参与了网状结构的形成,使耐火填料质点
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- 铸造涂料 第3章 悬浮剂粘结剂及助剂 铸造 涂料 悬浮 粘结 助剂