改性蛋白质基铸造粘结剂的合成机制及粘结固化机理的研究

Animal glue protein is a kind of water solubility natural material，which is non-toxic，pollution-free，biodegradable. However, the gel characteristics have affected the application of protein binder in casting. In this study, the advanced testing instruments were used, such as infrared spectrum, differential thermal analysis, scanning electron microscope and so on. Combined with the molecular structure, high polymer chemistry and bond theory knowledge, the research has been begun in view of the corresponding changes of the animal glue protein adhesive molecular structure and the physiochemical performance. The purpose is to find the features and curing mechanism of the animal protein and rubber binder, which is suitable for gas hardening. Key researches: ①Chemical compositions and the molecular structure of animal protein, modification agent type and the relationship between the physical and chemical properties; ②Optimization of binder system and the research of the binder behavior of green sand; ③Curing mechanism of the binder under the action of promoting hard agent; ④Gel characteristics and the stability of protein base adhesive in normal temperature. The scientific significance of this topic is that, through the modification on the animal protein, to reveal the regularity of the molecular structure change of modified animal glue protein impact on its bond behavior and of the gas hard curing mechanism.

动物胶蛋白质是一种无毒、无污染、可生物降解的水溶性天然胶料，但其凝胶特性影响了蛋白质基粘结剂在铸造方面的应用。本研究利用红外、差热、扫描电镜等先进的检测仪器，结合分子结构设计，高分子化学和粘结理论等知识，针对动物胶蛋白质基粘结剂的分子结构变化及对应的理化性能变化展开研究，目的是找出适合气体硬化的动物胶蛋白质基粘结剂的特征和固化机理。重点研究：①动物蛋白质的化学组成、分子结构、改性剂种类与理化性能之间的关系；②粘结剂系统的优化及其对型砂粘结剂行为的研究；③粘结剂在促硬剂作用下的气体硬化机理；④蛋白质基粘结剂常温凝胶化和稳定性问题。本课题的科学意义在于通过对动物蛋白质进行改性，揭示改性动物胶蛋白质基粘结剂的分子结构变化对其粘结行为及气硬固化机理的影响规律。

如何找到一种绿色环保型铸造粘结剂，如何进一步提高粘结剂的粘结性能和固化性能是当前造型材料研究的前沿问题。本项目针对一种无毒、无污染、可生物降解的蛋白质基铸造粘结剂进行研究，围绕其合成机制、粘结机理及固化机理等方面进行了深入的研究，主要结论如下：.（1）针对加热硬化和吹气硬化两种硬化成型工艺方法，进行制备工艺研究。选择蛋白质基粘结剂作为主体，优化其水解工艺。接下来，分别采用丙烯酸和葡萄糖；丙三醇、乙醇和糊精以及磷酸盐、糠醇和丙三醇为改性剂改性蛋白质基铸造粘结剂，并通过正交试验方法优化制备工艺，确定了原材料配比、改性时间和温度等重要工艺参数；.（2）利用元素分析、红外光谱、紫外光谱、热重分析、SDS-PAGE电泳分离、粘度检测仪等测试手段，对合成的改性粘结剂的结构和性能进行了表征，确定该粘结剂主要由C、H、O、N四种元素组成，具有低的相对分子质量，改性前后粘结剂分子结构发生变化，剖析了粘结剂的合成机制；.（3）通过对改性蛋白质基粘结剂的接触角、粘度、表面张力等测定和分析，得出粘结剂与砂粒之间润湿角越小，粘结剂对砂粒的润湿性能越好；粘结剂的表面张力越小，更易浸润砂粒，粘结强度越高。通过型砂-粘结剂的润湿性和粘结桥的断裂方式，进一步揭示改性粘结剂的粘结机理；.（4）针对粘结剂的加热硬化和吹气硬化两种成型方式，分别进行了固化机理的研究。加热硬化，为粘结剂脱水凝胶固化；气体硬化，选取Ca(OH)2作为促硬剂，CO2气体与促硬剂放热反应，有利混合料脱水，而二价钙离子起到“搭桥”的作用，使粘结剂大分子进一步交联硬化。结合断口扫描照片以及红外光谱，揭示改性蛋白质基粘结剂的固化机理。.本项目针对蛋白质基粘结剂的分子结构及相应的理化性能变化，通过活性基团与改性粘结剂接枝共聚和酯化交联，获得其分子链、粘结桥之间的粘结本质，揭示冷芯盒方法下的粘结机理和固化机理，从而为绿色环保型铸造粘结剂提供了理论依据。