3.3 其他黏結劑（增稠劑）

本小節所指的其他黏結劑有兩類，其一是指在鑄型（芯）的制造過程中，作為附加物起輔助黏結作用的一類黏結劑，其二是指用于鑄型（芯）涂料作為黏結劑、懸浮增稠劑的材料。其他黏結劑主要有淀粉類，人工合成的羧甲基纖維素鈉、聚乙烯醇縮丁醛類，石油化工生產的副產物——煤焦油和瀝青、亞硫酸鹽紙漿廢液、木質磺酸鈣、糖漿類，由天然植物提取的產物，如海藻酸鈉、松香、黃原膠、田箐膠類，以及硅溶膠、磷酸鹽、硫酸鹽類等各種有機和無機材料。

3.3.1 淀粉類黏結劑

1.淀粉黏結劑的分類

淀粉的原料有玉米、木薯、小麥和馬鈴薯等，其主要用于食品、紡織和造紙等行業。未經化學處理的淀粉稱為天然淀粉。為滿足不同的要求，常常對淀粉進行不同方法的加工，加工后的淀粉有磷酸淀粉、醚化淀粉等十幾種。在鑄造中使用的淀粉有三類：

（1）天然淀粉 天然淀粉也稱β淀粉，大都為有微晶結構的圓形或多角形顆粒。

（2）α淀粉 將天然淀粉與水混合，在一定溫度、壓力下進行糊化處理，使淀粉的體積膨脹、分子斷裂、微晶結構破壞、膨脹后的顆粒相互纏繞，再經烘干、粉碎，即可獲得細顆粒的α淀粉。若添加氫氧化鈉、硝酸鈣等膨潤劑，則淀粉在常溫下也可α化。

（3）糊精 糊精是淀粉在熱、酸、酵素作用下分解的生成物。

淀粉外觀為白色或灰白色的顆粒或粉末。它是由葡萄糖分子組成的多糖高分子化合物，化學分子式為（C₆H₁₀O₅）n。自然狀態下，淀粉的每個顆粒都有復雜的結構，呈鏈狀結構的叫鏈淀粉（或直鏈淀粉），呈樹枝狀連接的叫支淀粉（或支鏈淀粉）。支淀粉側鏈通過氫鍵與鏈淀粉結合。

2.天然淀粉

天然淀粉常溫下不溶于水，但調勻并加熱后，淀粉會變成黏稠的糊狀物，巨隨溫度升高，黏度逐漸增大，由此產生黏結力。同時，對用砂子、淀粉和水的混合料制成的型（芯）進行加熱，其內部的淀粉向表層遷移，致使表層的淀粉含量和強度增加。由于天然淀粉具有這一特性，它既可以作為油砂的輔助黏結劑，用以提高油砂的濕強度、保持油砂的干強度，又可以作為型砂的主黏結劑，而巨特別適合作為熱殼芯砂的黏結劑。

表3-102 天然淀粉的技術指標

α淀粉一般作為機器造型濕型砂的附加物，用以改善型砂的韌性和起模性，提高型砂的熱濕拉強度和抗夾砂結疤能力，以及提高砂型的表面強度和抗沖蝕能力。

有關淀粉的技術標準大多是針對食品工業制定的，鑄造用淀粉尚無正式標準。天然淀粉的技術指標可參照表3-102進行控制。

各地糧食加工廠都可供應淀粉。馬鈴薯粉、玉米粉多產于北方，木薯粉多產于南方，如廣東、吉林、上海、福建等省市多建有較大的生產α淀粉的廠家。

3.糊精

（1）概述 淀粉（玉米粉、山芋粉等）加水后與衡鹽酸或衡硝酸混合，在熱作用下產生水解反應（此過程稱為糊化），然后再烘干、磨細，便可生成一種復雜的碳水化合物，而其中的主體成分就是糊精。糊化程度不同，糊精的含量也不同。一般糊化程度在70%以上。

糊精外觀為黃色或白色粉狀，分別稱為黃糊精和白糊精。由于黃糊精的溶解度大巨黏結力強，故鑄造中常用的是黃糊精。糊精可完全溶解于冷水并與水結合形成糨糊狀溶膠，其經烘干硬化后變成的稍帶彈性的凝膠具有較高的黏結強度。糊精的硬化反應是可逆的，因此其抗吸濕性較差，一般在鑄造中只作為與其他黏結劑配合使用的輔助黏結劑。例如，它可作為輔助黏結劑，提高油砂的干強度和濕強度；也可作為涂料的懸浮劑和黏結劑；與水或水玻璃調和后可用作砂芯的黏結劑。

（2）技術指標 鑄造用糊精黏結劑的技術指標應符合表3-103的要求。

表3-103 鑄造用糊精黏結劑的技術指標

注：糊精砂配比（質量比）：標準砂：糊精：水=100:1.5:2.25；混制：干混2min，濕混8min；硬化條件：溫度（170±5）℃，時間60min。

（3）生產供應情況 目前，各地糧食加工廠都可生產供應糊精。黃糊精又名“印染膠”，但它與真正用于印染的印染膠不同，采購時需加以注意。

3.3.2 亞硫酸鹽紙漿廢液

亞硫酸鹽紙漿廢液（簡稱紙漿廢液）是對亞硫酸法造紙過程中的殘液進行濃縮而得到的一種褐色黏稠液體，其主要成分是木質素磺酸鹽。造紙用原材料有木材、蘆葦和稻草等，不同原材料制得的紙漿廢液的成分和黏結強度是不同的，以木材造紙得到的紙漿廢液性能最好。

紙漿廢液的硬化屬于膠體硬化過程，而這個過程是可逆的，加上磺酸鹽容易吸濕，紙漿廢液的黏結強度較低，巨抗吸濕性較差，故不宜在高濕度環境中使用。因此，紙漿廢液一般在鑄造中只作為與其他黏結劑配合使用的輔助黏結劑。在黏土型砂中加入紙漿廢液，可顯著提高型砂的干強度和濕強度；在油砂中加入紙漿廢液，可使其濕強度有所提高。紙漿廢液也可作為涂料的懸浮劑和黏結劑。

用以經發酵、濃縮制造鑄造用黏結劑的亞硫酸鹽木紙漿廢液應符合表3-104的要求，其他紙漿廢液以及加工成粉末狀的木質素磺酸鹽也可參照該表進行檢測和控制。

表3-104 亞硫酸鹽木紙漿廢液技術指標

注：混合料配比（質量比）：標準砂：紙漿廢液：水=100：50：8；混制：砂加水混2min，再加紙漿廢液混6min；硬化條件：溫度（170±5）℃，時間30min。

目前國內生產供應紙漿廢液的單位主要有吉林石峴造紙廠（生產木漿廢液）和遼寧營口造紙廠（生產葦漿廢液）等。

3.3.3 羧甲基纖維素鈉

羧甲基纖維素鈉（簡稱CMC）是一種纖維醚類（俗稱化學糨糊），純品為白色、乳白色或微黃色纖維狀、絮狀粉末，無臭、無味、無毒產品。其易溶于水，與水形成膠體溶液。其分子式為[C₆H₇O₂（OH）₂CH₂COONa]_n。CMC具有吸濕性，在空氣中有潮解性，對酸、堿、鹽穩定，具有堿溶性和水溶性，能形成高黏度的膠體溶液。CMC是一種陰離子型電解質，不會發酵，有一定熱穩定性。

羧甲基纖維素鈉水溶液黏稠呈弱堿性，在水基涂料中是良好的懸浮穩定劑和黏結劑。

聚合度（聚合度是分子的鏈節數）越高，則水溶液的黏度越高，通常按此特點將CMC區分為低黏度、中黏度和高黏度三種。通常，0.3～0.8Pa·s者為中黏度，0.8Pa·s以上者為高黏度。涂料中使用的CMC以中黏度為宜。

取代度是纖維素鏈節中三個羥基（—OH）中的氫被鈉羧甲基（—CH₂COONa）取代的程度。由于羧鈉基（—COONa）是親水的，故其取代度越大，CMC的水溶性越好。取代度值小于0.5的CMC難溶于水，其中小于0.3者不溶于水。一般的CMC產品，取代度值為0.6～0.85。涂料中所用的CMC宜選用取代度值為0.8～0.85的產品。

由于CMC可能因發酵而失效，故涂料中采用CMC時應加入適當的防腐劑。表3-105為CMC的技術條件。鑄造生產中主要采用中黏度的FM6牌號，其2%（質量分數）水溶液的黏度為0.3～0.6Pa·s。

表3-105 羧甲基纖維素鈉（CMC）的技術條件

3.3.4 糖漿

糖漿是制糖過程中的副產品，外觀為暗褐色黏稠液體，根據所用原材料不同可分為淀粉糖漿和甘蔗糖漿，主要由還原糖（如葡萄糖、果糖）、蔗糖和果膠等組成。

在烘干過程中，糖漿在發生膠體脫水硬化的同時，還伴隨某些化學硬化，化學反應的產物不溶于水。糖漿除了具有較高的干強度、較低的發氣量之外，還有較好的抗吸濕性能。糖漿的缺點是氣溫較高時容易發酵變質巨黏結力大大降低，所以常在糖漿中加入甲醛等防腐劑。

糖漿一般在鑄造中只作為輔助黏結劑，主要與油類黏結劑配合使用，以提高油砂的濕強度和干強度，也可以用作鑄鋼件型砂的輔助黏結劑和涂料的黏結劑。

鑄造用糖漿的技術指標應符合表3-106的要求。各地的制糖廠一般都能生產供應鑄造用糖漿。

表3-106 鑄造用糖漿的技術指標

注：型砂混合料配比（質量比）：標準砂：糖漿=100：4；混砂時間：8min；硬化條件：溫度（200±5）℃，時間60min。

3.3.5 海藻酸鈉

海藻酸鈉是從海洋藻類（海帶）中提取的天然高分子聚合物，呈米色或淡黃色粉末，安全無毒，無臭無味，具有很強的親水性，易溶于水并形成均勻而透明的黏稠膠液，不溶于乙醇、乙醚和氯仿等有機溶劑。

海藻酸鈉分子式為C₅H₇O₄COONa，相對分子質量為216，聚合度n為60～80，溶于水后成為無色、無臭、黏度高的溶液。其水溶液的黏度隨濃度的增加而急劇增高。溶液加熱或冷卻均不凝結，但若加入某些二價或三價的金屬離子（如鈣、鎂、鐵等金屬離子）則有凝膠析出。另外，它的黏度會隨著溫度的不同而發生變化。例如，在常溫下每上升1℃，黏度約降低3%；溫度上升到100℃時，黏度則大幅度下降。海藻膠的穩定性以pH值6～11為最好，pH值為1時黏度最大，pH值＞7時表現出比CMC有更強的附著力和更好的涂刷性。在涂料中，可將海藻酸鈉與膨潤土配合使用，用法及效果與CMC相近，但由于其價格昂貴，使用并不廣泛。

海藻酸鈉的技術條件應符合表3-107的規定。

表3-107 海藻酸鈉的技術條件

3.3.6 木質磺酸鈣

木質磺酸鈣的黏結性能較好，一般在鑄造中用作輔助黏結劑。它可代替糊精在型（芯）砂和涂料中使用。作為減水劑，加入質量分數為0.2%～0.3%的木質磺酸鈣可使水泥砂中的水分加入量（質量分數）減少10%左右，還能與硫酸鈉、氯化鈣等制成早強減水劑，顯著提高水泥砂的早期強度。木質磺酸鈣的吸水率極強，應注意密閉存放。

木質磺酸鈣的成分和技術指標應符合表3-108的要求。

表3-108 木質磺酸鈣的成分和技術指標

3.3.7 田箐膠

田箐膠是由野生豆科植物田箐種子經加工制得，是一種由半乳糖和甘露糖漿聚合而成的高分子化合物。田箐膠不溶于有機溶劑，其水溶液為具有一定黏度的膠體溶液。溶液黏度隨著田箐含量的增加而增加，田箐膠質量分數大于3%后溶液成膠糊狀態。溶液黏度還隨存放時間的延長而增加，超過6h后黏度不再增加。

田箐膠一般作為桐油砂的輔助黏結劑，加入的質量分數為0.8%～1.5%。芯砂中加入田箐膠后可適當減少桐油的加入量，巨可免加糊精。與普通的桐油砂相比，田箐膠桐油砂的濕壓強度和干拉強度高，流動性、潰散性好，發氣性低，抗吸濕性相當，但透氣性略有降低。

田箐膠多在華東地區使用，目前尚無正規的技術指標。

3.3.8 松香

松香是從松木樹脂中提煉出來的一種熱塑性天然樹脂，其外觀為淡黃色半透明或淡褐色的塊狀物，較脆，粉碎后成黃白色，容易黏結。

松香按其制取方法可分為脂松香和木松香兩種。脂松香是將從松樹干上采集到的松脂進行蒸餾，提取松節油后所獲得的松香；木松香是將松樹木片用溶劑浸泡，再經過蒸餾而制得的松香。顏色較深的松香，其雜質含量也較高。

松香的主要成分為松香酸和松香酸酐。松香受熱后可以熔化（熔點為75～135℃），冷卻后又恢復固態。松香不溶于水，溶于乙醇，在丙酮等有機溶劑中可完全溶解。

松香一般不用作砂芯黏結劑，是醇基涂料常用的黏結劑，用它配制的涂料涂層不易開裂，澆注出來的鑄件較光。松香的黏結強度低于酚醛樹脂，在使用上，松香最好和酚醛樹脂配合使用，有改性催干作用。

根據GB/T 8145—2003《脂松香》的規定，脂松香的技術指標應符合表3-109的要求。各地化工原料部門均可供應鑄造用松香。

表3-109 脂松香的技術指標

3.3.9 聚乙烯醇縮丁醛

聚乙烯醇縮丁醛的英語縮寫名為PVB。它是一種由聚乙烯醇和丁醛在酸性介質中縮聚而成的白色或淡黃色的粉末。PVB能溶于乙醇、醋酸乙酯，但不溶于烴類和油類物質。它硬化后形成的薄膜無色透明，黏結力極好。

聚乙烯醇縮丁醛主要用作醇基涂料的黏結劑，同時也起增稠作用，與熱固性酚醛樹脂配合使用，可賦予涂料更高的黏結強度。

聚乙烯醇縮丁醛的技術指標應符合表3-110的要求。

表3-110 聚乙烯醇縮丁醛的技術指標

（續）

①見GB/T 1723—1993《涂料黏度測定法》。

3.3.10 聚丙烯酰胺

聚丙烯酰胺簡稱PAM，俗稱絮凝劑或凝聚劑。其固體產品外觀為白色或略帶黃色的粉末，液態為無色黏稠膠體狀，易溶于水，其水溶液為幾近透明的黏稠液體，無毒、無腐蝕性。固體PAM有吸濕性、絮凝性、黏合性、降阻性、增稠性，同時穩定性好。溫度超過120℃時易分解。

聚丙烯酰胺分子中具有陽性基團（—CONH₂），能與分散于溶液中的懸浮粒子吸附和架橋，有著極強的絮凝作用，因此廣泛用于水處理以及冶金、造紙、石油、化工、紡織、選礦等領域。

聚丙烯酰胺分為陰離子型（PAMA）、陽離子型（PAMC）、兩性離子型（PAM-CA）和非離子型4種。陰離子型、陽離子型和兩性離子型聚丙烯酰胺的技術指標分別見表3-111和表3-112。

表3-111 陽離子型和陰離子型聚丙烯酰胺的技術指標

表3-112 兩性離子型聚丙烯酰胺的技術指標

作為涂料懸浮劑用的通常為陰離子型聚丙烯酰胺。水基涂料中宜選用相對分子質量較低的，相對分子質量太高時不易溶解。1%（質量分數）的聚丙烯酰胺水溶液在50℃以下加NaOH進行水解，可得到水解聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鈉的共聚物，用于涂料更為適宜。

聚丙烯酰胺通常以粉末的形式供應，在水溶液中只要含有0.01%～0.1%（質量分數）就可獲得很高的黏度，折合在涂料中質量分數為萬分之幾。聚丙烯酰胺與膨潤土質點之間有強烈的吸附作用，這種吸附作用使得它的絮凝本領超群，使涂料具有很好的懸浮性。

3.3.11 黃原膠

黃原膠是一種生物合成膠，呈類白或淡黃色粉末狀，其是以淀粉為主要原料，由微生物黃單孢桿菌在特定的培養基、PH值、氧量及溫度條件下經純種發酵，再經提煉、干燥、研磨而制成的高分子多糖聚合物。黃原膠的主要成分為D-甘露糖、D-葡萄糖醛酸等。經X射線測定，黃原膠呈反向雙螺旋結構，并可形成具有網狀結構的次生構造。與其他膠類相比，黃原膠具有表3-113所示的特性。

表3-113 黃原膠的特性

黃原膠分子的主鏈和纖維素相同，它借助丙酮酸酯和醋酸酯取代的三糖側鏈而變得可溶。這一結構導致黃原在溶液中具有硬棒形狀，依次通過氫鍵促進分子間的結合。此外，這一結構導致黃原的流變性具有與許多合成增稠劑十分相同的特點，巨與大多數主要依靠聚合物分子纏結產生黏度的天然多糖膠“蠕蟲般”無規則卷曲結構大不相同。

黃原膠可以高效地控制水性涂料體系的流平性、穩定性和沉降性，其突出的特點是在低剪切力下具有高黏度，另外還具有懸浮性、高度的假塑性流動、出色的高溫酸堿穩定性以及對其他助劑的相容性。對消失模水基涂料的試驗研究表明，添加質量分數為0.2%的黃原膠可使涂料的流變行為變為具有屈服值的假塑性流體；隨黃原膠加入量的增加，涂料的黏度和屈服值增大。

黃原膠技術參數見表3-114。

表3-114 黃原膠技術參數

3.3.12 聚醋酸乙烯乳液（白乳膠）

聚醋酸乙烯乳液為水溶性高分子乳濁液，不含有機溶劑，無刺激性臭味；可常溫自干，成膜性好；天熱時不會發酵變質，可長期儲存于常溫室內，一般以10～40℃為宜，冬天儲存溫度不能低于5℃。聚醋酸乙烯乳液的技術指標見表3-115。

表3-115 聚醋酸乙烯乳液的技術指標

聚醋酸乙烯乳液加入涂料中不與其他黏結劑、懸浮劑等組分起反應，不使膨潤土—CMC水溶液增稠。聚醋酸乙烯乳加入涂料中可在涂層表面析出光亮碳，有助于形成易剝離燒結層。

3.3.13 煤焦油及瀝青

煤焦油俗稱水柏油，是過去鑄鋼涂料中最常用的黏結劑。煤焦油是煉焦工業的副產物，即焦煤干餾得到煤氣和焦炭后，剩下的一種黑褐色黏稠液體。它的成分十分復雜，主要有瀝青質、膠質和油質等。煤焦油的技術指標見表3-116。

表3-116 煤焦油的技術指標

煤焦油作水基涂料黏結劑時，必須加入親水的乳化劑（如黏土），使油/水型乳濁液穩定；或者采用硅砂來配制涂料，即使硅砂和煤焦油混合后，邊混碾邊破碎，利用剛破碎的石英新生表面的活性將煤焦油吸附，直到硅砂全部碾壓成細粉后，便可獲得性能良好的活性石英煤焦油涂料。這種涂料用于鑄鋼件生產中，鑄件表面光潔、不粘砂。

煤焦油再進一步分餾后得到的殘渣稱作煤焦油瀝青。瀝青也可在石油蒸餾后得到，這種瀝青叫作石油瀝青，俗稱柏油。瀝青根據它的軟化點不同可以是黏稠的液體、半固體或固體。瀝青不溶于水，水基涂料中采用瀝青作黏結劑常以固體粉末形式加入。瀝青也不溶于乙醇，醇基涂料中采用瀝青作黏結劑必須用礦物油將瀝青膠溶，然后再分散在乙醇中，同時加入新乙醇的乳化劑，如硬脂酸鈣等。由于煤焦油和瀝青等材料在高溫下能分解出有毒物質，因此在涂料中應用較少。

3.3.14 硅酸乙酯

硅酸乙酯又稱正硅酸乙酯，其分子式為（C₂H₅O）₄Si，理論SiO₂質量分數為28.8%。它是四氯化硅（SiCl₄）和乙醇（C₂H₅OH）的聚合物。但在生產硅酸乙酯時免不了有水參與反應，所以工業硅酸乙酯中不單含有正硅酸乙酯，還有其他類型的縮聚產物，它們的化學通式為（C₂H₅O）_2（n+1）Si_nQ_n-1，其中n=1、2、…、6。n越大，其中SiO₂的含量也越多。國內生產的硅酸酯的SiO₂質量分數大多為30%～34%，可把它稱為硅酸乙酯32（32代表其中SiO₂的平均質量分數）。國外廣泛采用硅酸乙酯40。

在熔模精密鑄造時，硅酸乙酯必須水解后才能使用，這是因為硅酸乙酯本身不是溶膠，不能起黏結作用，必須水解后才能成為硅酸溶膠用黏結劑。其水解液的主要成分是硅酸溶膠和有機硅聚合物的均質溶液。一般水解液中SiO₂的質量分數為18%～22%，過高過低都不好。硅酸乙酯可作為鑄造涂料高溫黏結劑，用于涂料時可不必預先水解處理。

硅酸乙酯能溶于乙醇、丙酮、汽油等有機溶劑中，但不溶于水，而能與水起水解反應。硅酸乙酯用作黏結劑時，涂層可風干固化，同時高溫強度高；用作樹脂砂型（芯）涂料，可使鑄件表面光潔。硅酸乙酯不僅在醇基涂料中可作高溫黏結劑，在水基涂料中也可使用。

3.3.15 硅溶膠

硅溶膠是將水玻璃經離子交換后再濃縮制成的。硅溶膠是硅酸的多分子聚合物，也稱硅酸溶膠，是乳白色溶液，其分子式為mSiO₂·nH₂O，含有質量分數為24%～30%的SiO₂，Na₂O的質量分數一般小于0.5%。硅溶膠是應用于熔模鑄造涂料中的新型黏結劑，它與常用的水玻璃、硅酸乙酯比較，具有強度高、鑄件表面光潔、工藝簡單等優點，應用正日益廣泛。硅溶膠也是金屬型鑄造和離心鑄造涂料中常用的黏結劑，用它代替水玻璃，可使涂層易于從金屬型或離心鑄管型上剝離，故而大大減輕了清理工作量，使生產得以高效連續進行。硅溶膠在砂型鑄造涂料中也有應用。硅溶膠的技術要求見表3-117。

表3-117 硅溶膠的技術要求（HB 5346—1996）

硅溶膠中起黏結作用的是二氧化硅水基溶膠，因此購置硅溶膠時希望SiO₂含量高一些。但SiO₂含量過高，硅溶膠黏度會急劇增加而引起膠體溶液的不穩定。也不能用濃縮的方法提高SiO₂含量，否則也將會引起膠凝。使用硅溶膠時必須要注意pH值，PH值為8.5～10，硅溶膠的穩定性最高；PH值小于7，硅溶膠易膠凝，存放穩定性差。

3.3.16 硫酸鹽

硫酸鹽黏結劑中常用的是硫酸鋁，它是一種白色結晶顆粒或粉末，分子式為Al₂（SO₄）₃·18H₂O。將其加入涂料中，當涂料烘干時，它與耐火填料作用而膠結固化，可有效地提高涂料的常溫和高溫強度。硫酸鋁適宜作為堿性或中性耐火填料的黏結劑，如在鋁礬土中加入質量分數為3%活化膨潤土和質量分數為5%硫酸鋁可明顯地提高涂料強度。加入質量分數為10%的硫酸鋁可大幅度地提高涂料的常溫強度和高溫強度，所配制的涂料的懸浮性、涂刷性和流平性都較好。