Модифицирующая добавка

 

Изобретение относится к добавкам, воздействующим на структурно-механические свойства глинистых материалов и может быть использована для формовочных смесей и буровых растворов. Добавка содержит фосфоросодержащее вещество, в качестве которого использован комплексообразующий очищенный продукт реакции метилфосфорилирования азотсодержащего вещества - гексаметипентетрамина (уротропина). Этот продукт представляет собой смесь нитрилотриметилфосфоновой кислоты (НТФ), метилиминодиметилфосфоновой кислоты (МИДФ) и воды при следующих соотношениях, мас.%: НТФ 20-40; МИДФ 5-15; вода - остальное. Добавка обеспечивает повышение предела прочности смеси при разрыве в зоне конденсации влаги, текучести формовочных смесей, снижает осыпаемость их, повышает выход бурового раствора. 3 табл.

Изобретение относится к составам модифицирующих добавок к глинистым материалам и может быть использовано при приготовлении формовочных смесей в литейном производстве, а также других технологических процессах, связанных с необходимостью воздействия на структурно-механические свойства глинистых суспензий.

Известны различные добавки, вводимые в смеси для изготовления литейных форм с целью улучшения тех или иных свойств например, трехкольчатый метансульфонированный новолак (ПФЛХ) - добавка, являющаяся понизителем вязкости, обеспечивает получение формовочных смесей с улучшенными технологическими свойствами (предел прочности при срезе во влажном состоянии, текучесть по ступенчатой пробе и др.) (а.с. N 486846, МКИ B 22 C 1/02).

При этом понизитель вязкости ПФЛХ, обладая разжижающим эффектом, обнаруживает большую склонность к пенообразованию, что создает большие неудобства при суспензионном способе приготовления формовочных смесей или в этом случае требуется применение специального пеногасителя.

ПФЛХ снижает предел прочности при разрыве в зоне конденсации влаги формовочных смесей (σ_з.к.) на основе натриевых и активированных бентонитов. В смесях на основе кальциевых или кальциево-магниевых бентонитов он проявляет склонность к некоторому повышению предела прочности при разрыве в зоне конденсации влаги.

Известны модифицирующие добавки, представляющие собой фосфоросодержащие комплексоны, которые вводятся в количестве 0,01-0,05 мас.% в глинистый материал (буровой раствор); при этом значительно понижают вязкость и статическое напряжение сдвига раствора. (Дятлова Н.М., Темкина В.Я., Попов К.И. Комплексоны и комплексонаты металлов. - М.: Химия, 1988, с. 452) Наиболее близким аналогом по мнению авторов является технологическая добавка в единые формовочные смеси, содержащая гидролизный целлолигнин и натриевую соль, причем, в качестве натриевой соли использованы, в том числе, различные фосфоросодержащие соли: тринатрийфосфат, пирофосфат натрия, полифосфат натрия и др. (а.с. 1359052, МКИ B 22 C 1/02).

Указанная добавка способствует повышению активности глинистого связующего формовочной смеси, обеспечивает повышение текучести, формуемости и газопроницаемости смеси, при этом качество чугунного литья и санитарно-гигиенические условия труда улучшаются.

Однако, как следует из описания к авторскому свидетельству 1359052 комбинированная добавка не обладает разжижающим эффектом, т.е. не может быть использована для разработки концентрированных подвижных суспензий на основе бентонитов повышенной набухаемости и коллоидальности (природно-натриевых и активированных).

Указанная добавка не повышает предела прочности при разрыве в зоне конденсации влаги ("мокрой" прочности), не способствует повышению поверхностной прочности, т.е. снижению осыпаемости формовочных смесей.

Задачей заявляемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно, разработка модифицирующей добавки, способствующей значительному снижению осыпаемости формовочных смесей, повышению текучести по ступенчатой пробе, обладающей высоким разжижающим эффектом, а также повышающей эффективность процесса активация кальциевых бентонитов натриевыми солями (более значительное повышение предела прочности при разрыве в зоне конденсации влаги - σ_з.к. Кроме того, задачей изобретения являются обеспечение добавочного эффекта "активации" у природно-натриевых бентонитов, повышение предела прочности при разрыве в зоне конденсации влаги (без применения натриевых солей) за счет взаимодействия между комплексоном и ионами металлов (в связующем) Al, Ca, Fe а др. с образованием прочных соединений хелатного типа (комплексообразующий эффект).

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в предлагаемой модифицирующей добавке в качестве фосфоросодержащего вещества использован комплексообразующий очищенный продукт реакции метилфосфорилирования азотсодержащего вещества - гексаметилентетрамина (уротропина), представляющий собой смесь нитрилотриметилфоофоновой кислоты (НТФ), метилиминодиметилфосфоновой кислоты (МИДФ) и воды при следующих соотношениях (в мас.%): НТФ - 20-40 МИДФ - 5-15 Вода - Остальное Отличием предлагаемого изобретения является то, что в качестве фосфоросодержащего вещества использован комплексообразующий очищенный продукт реакции метилфосфорилирования гексаметилентетрамида (уротропина), содержащий НТФ и МИДФ, полученный при определенном содержании исходных компонентов при проведении синтеза, при температуре реакции 80-110^oC и времени выдержки 10-48 ч, без последующей дополнительной обработки его, необходимой для выделения НТФ, что позволяет избежать дополнительных затрат при одновременном улучшении санитарно-гигиенических свойств.

Модифицирующая добавка за счет совместного действия НТФ и МИДФ обеспечивает высокий разжижающий эффект, т.е. является эффективным понизителем вязкости; способствует значительному снижению осыпаемости формовочных смесей, повышению текучести по ступенчатой пробе, а также повышает эффективность процесса активации кальциевых бентонитов натриевыми солями, обеспечивая значительное повышение предела прочности при разрыве в зоне конденсации влаги.

МИДФ в силу своей химической природы не может индивидуально обеспечить образование достаточно прочных комплексных соединений с ионами металлов бентонитового связующего, кроме того получение его в чистом виде представляет собой очень дорогостоящий длительный процесс.

Причем предлагаемая модифицирующая добавка эффективна при использовании ее в смесях с различными бентонитами, как природными (различных месторождений), так и предварительно активированными.

В таблице 1 представлены экспериментальные данные по изучению влияния предлагаемой модифицирующей комплексообразующей добавки на предел прочности при разрыве в зоне конденсации формовочных смесей на основе бентонитов разных месторождений и свойств. Содержание бентонита во всех составах формовочных смесей составляет 5%.

В таблице 2 представлен разжижающий эффект добавки относительно суспензий на основе Тарн-Варского бентонита с 3% кальцинированной соды (комовой) и на основе Черногорского активированного бентонита с 2% кальцинированной соды.

В таблице 3 представлены экспериментальные данные по влиянию добавки на осыпаемость (поверхностную прочность) формовочных смесей на основе Дашуковского активированного бентонита и на текучесть по ступенчатой пробе.

Использование предлагаемой модифицирующей добавки, содержащей НТФ, МИДФ и воду, в буровых растворах показало, что модифицирующая добавка позволяет значительно повысить выход бурового раствора. Так, например, выход бурового раствора основе Черногорского активированного бентонита составляет без добавки 7,5 м³/т, а с 0,5% добавки - 10,3 м³/т, с 1,5% добавки - 14,0 м³/т. В то время как с добавкой 0,5% НТФ - 8,5 м³/т, с 1,5% НТФ - 12,3 м³/т.

Результаты, представленные в табл. 1, 2, подтверждают, что предлагаемая модифицирующая добавка обладает высоким разжижающим эффектом, а также повышает эффективность процесса активации кальциевых бентонитов натриевыми солями (кальцинированной содой). Кроме того, обеспечивает добавочный эффект "активации" у природно- натриевых бентонитов, повышая предел прочности при разрыве без применения натриевых солей еще на 30-40%.

Добавка обладает возможностью повышения предела прочности при разрыве в зоне конденсация влаги у формовочных смесей на основе таких бентонитов (Черногорский, Тарн-Варский), когда дальнейшее увеличение кальцинированной соды не приводит к желаемому результату σ_з.к. не менее 28 гс/см²).

Так, например, предлагаемая добавка в количестве 0,15% повышает предел прочности при разрыве в зоне конденсации влаги на 30% (с 23 до 30 гс/см²) и переводит по этому показателю активированный Черногорский бентонит с 2,0% соды из II группы в I группу, введение добавки в количестве 0,3% в формовочные смеси на основе Тарн-Варского бентонита с 3,0% соды - из III группы в I группу, повышая при этом предел прочности при разрыве в зоне конденсации влаги с 18 до 28 гс/см².

Введение модифицирующей добавки в формовочные смеси, суспензии в количестве 0,5% позволяет снизить содержание соды, требуемой для проведения оптимальной активации, в 1,3-1,5 раза в зависимости от типа бентонита.

Известно, что снижение содержания соды, требуемой для оптимальной активации бентонитов, способствует получению более чистой поверхности отливок (уменьшение пригара).

Например, на Тарн-Варском бентоните - в 1,5 раза (вместо 3% - 2%); на Черногорском бентоните в 1,3 раза (вместо 2,0-1,5%). Получаемые значения предела прочности при разрыве в зоне конденсации влаги на перечисленных бентонитах, при оптимальном содержании соды, значительно уступают по своим значениям этого показателя, которые получаются при совместном использовании уменьшенного количества соды и 0,5% добавки.

На Черногорском бентоните - на 48%.

На Тарн-Варском -"- - на 56%.

Из таблицы N 3 следует, что модифицирующая способность предлагаемой добавки проявилась также в отношении таких технологических свойств формовочных смесей, как текучесть по ступенчатой пробе и поверхностная прочность (осыпаемость). Во всем интервале влажности (1,3-2,5%) формовочные смеси на основе 5% Дашуковского активированного бентонита и с 1% добавки имели более высокие показатели по текучести и более низкие по осыпаемости.

Формула изобретения

Модифицирующая добавка к глинистым материалам, включающая фосфоросодержащее вещество, отличающаяся тем, что в качестве фосфоросодержащего вещества использован комплексообразующий очищенный продукт реакции метилфосфорилирования азотсодержащего вещества - гексаметилентетрамина (уротропина), представляющий собой смесь нитрилотриметилфосфоновой кислоты (НТФ), метилиминодиметилфосфоновой кислоты (МИДФ) и воды при следующем соотношении компонентов, мас.%: НТФ - 20 - 40 МИДФ - 5 - 15
Вода - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2