3.3 其他黏结剂（增稠剂）
本小节所指的其他黏结剂有两类，其一是指在铸型（芯）的制造过程中，作为附加物起辅助黏结作用的一类黏结剂，其二是指用于铸型（芯）涂料作为黏结剂、悬浮增稠剂的材料。其他黏结剂主要有淀粉类，人工合成的羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇缩丁醛类，石油化工生产的副产物——煤焦油和沥青、亚硫酸盐纸浆废液、木质磺酸钙、糖浆类，由天然植物提取的产物，如海藻酸钠、松香、黄原胶、田箐胶类，以及硅溶胶、磷酸盐、硫酸盐类等各种有机和无机材料。
3.3.1 淀粉类黏结剂
1.淀粉黏结剂的分类
淀粉的原料有玉米、木薯、小麦和马铃薯等，其主要用于食品、纺织和造纸等行业。未经化学处理的淀粉称为天然淀粉。为满足不同的要求，常常对淀粉进行不同方法的加工，加工后的淀粉有磷酸淀粉、醚化淀粉等十几种。在铸造中使用的淀粉有三类：
（1）天然淀粉 天然淀粉也称β淀粉，大都为有微晶结构的圆形或多角形颗粒。
（2）α淀粉 将天然淀粉与水混合，在一定温度、压力下进行糊化处理，使淀粉的体积膨胀、分子断裂、微晶结构破坏、膨胀后的颗粒相互缠绕，再经烘干、粉碎，即可获得细颗粒的α淀粉。若添加氢氧化钠、硝酸钙等膨润剂，则淀粉在常温下也可α化。
（3）糊精 糊精是淀粉在热、酸、酵素作用下分解的生成物。
淀粉外观为白色或灰白色的颗粒或粉末。它是由葡萄糖分子组成的多糖高分子化合物，化学分子式为（C6H10O5）n。自然状态下，淀粉的每个颗粒都有复杂的结构，呈链状结构的叫链淀粉（或直链淀粉），呈树枝状连接的叫支淀粉（或支链淀粉）。支淀粉侧链通过氢键与链淀粉结合。
2.天然淀粉
天然淀粉常温下不溶于水，但调匀并加热后，淀粉会变成黏稠的糊状物，巨随温度升高，黏度逐渐增大，由此产生黏结力。同时，对用砂子、淀粉和水的混合料制成的型（芯）进行加热，其内部的淀粉向表层迁移，致使表层的淀粉含量和强度增加。由于天然淀粉具有这一特性，它既可以作为油砂的辅助黏结剂，用以提高油砂的湿强度、保持油砂的干强度，又可以作为型砂的主黏结剂，而巨特别适合作为热壳芯砂的黏结剂。
表3-102 天然淀粉的技术指标
α淀粉一般作为机器造型湿型砂的附加物，用以改善型砂的韧性和起模性，提高型砂的热湿拉强度和抗夹砂结疤能力，以及提高砂型的表面强度和抗冲蚀能力。
有关淀粉的技术标准大多是针对食品工业制定的，铸造用淀粉尚无正式标准。天然淀粉的技术指标可参照表3-102进行控制。
各地粮食加工厂都可供应淀粉。马铃薯粉、玉米粉多产于北方，木薯粉多产于南方，如广东、吉林、上海、福建等省市多建有较大的生产α淀粉的厂家。
3.糊精
（1）概述 淀粉（玉米粉、山芋粉等）加水后与衡盐酸或衡硝酸混合，在热作用下产生水解反应（此过程称为糊化），然后再烘干、磨细，便可生成一种复杂的碳水化合物，而其中的主体成分就是糊精。糊化程度不同，糊精的含量也不同。一般糊化程度在70%以上。
糊精外观为黄色或白色粉状，分别称为黄糊精和白糊精。由于黄糊精的溶解度大巨黏结力强，故铸造中常用的是黄糊精。糊精可完全溶解于冷水并与水结合形成糨糊状溶胶，其经烘干硬化后变成的稍带弹性的凝胶具有较高的黏结强度。糊精的硬化反应是可逆的，因此其抗吸湿性较差，一般在铸造中只作为与其他黏结剂配合使用的辅助黏结剂。例如，它可作为辅助黏结剂，提高油砂的干强度和湿强度；也可作为涂料的悬浮剂和黏结剂；与水或水玻璃调和后可用作砂芯的黏结剂。
（2）技术指标 铸造用糊精黏结剂的技术指标应符合表3-103的要求。
表3-103 铸造用糊精黏结剂的技术指标
注：糊精砂配比（质量比）：标准砂：糊精：水=100:1.5:2.25；混制：干混2min，湿混8min；硬化条件：温度（170±5）℃，时间60min。
（3）生产供应情况 目前，各地粮食加工厂都可生产供应糊精。黄糊精又名“印染胶”，但它与真正用于印染的印染胶不同，采购时需加以注意。
3.3.2 亚硫酸盐纸浆废液
亚硫酸盐纸浆废液（简称纸浆废液）是对亚硫酸法造纸过程中的残液进行浓缩而得到的一种褐色黏稠液体，其主要成分是木质素磺酸盐。造纸用原材料有木材、芦苇和稻草等，不同原材料制得的纸浆废液的成分和黏结强度是不同的，以木材造纸得到的纸浆废液性能最好。
纸浆废液的硬化属于胶体硬化过程，而这个过程是可逆的，加上磺酸盐容易吸湿，纸浆废液的黏结强度较低，巨抗吸湿性较差，故不宜在高湿度环境中使用。因此，纸浆废液一般在铸造中只作为与其他黏结剂配合使用的辅助黏结剂。在黏土型砂中加入纸浆废液，可显著提高型砂的干强度和湿强度；在油砂中加入纸浆废液，可使其湿强度有所提高。纸浆废液也可作为涂料的悬浮剂和黏结剂。
用以经发酵、浓缩制造铸造用黏结剂的亚硫酸盐木纸浆废液应符合表3-104的要求，其他纸浆废液以及加工成粉末状的木质素磺酸盐也可参照该表进行检测和控制。
表3-104 亚硫酸盐木纸浆废液技术指标
注：混合料配比（质量比）：标准砂：纸浆废液：水=100：50：8；混制：砂加水混2min，再加纸浆废液混6min；硬化条件：温度（170±5）℃，时间30min。
目前国内生产供应纸浆废液的单位主要有吉林石岘造纸厂（生产木浆废液）和辽宁营口造纸厂（生产苇浆废液）等。
3.3.3 羧甲基纤维素钠
羧甲基纤维素钠（简称CMC）是一种纤维醚类（俗称化学糨糊），纯品为白色、乳白色或微黄色纤维状、絮状粉末，无臭、无味、无毒产品。其易溶于水，与水形成胶体溶液。其分子式为[C6H7O2（OH）2CH2COONa]n。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，能形成高黏度的胶体溶液。CMC是一种阴离子型电解质，不会发酵，有一定热稳定性。
羧甲基纤维素钠水溶液黏稠呈弱碱性，在水基涂料中是良好的悬浮稳定剂和黏结剂。
聚合度（聚合度是分子的链节数）越高，则水溶液的黏度越高，通常按此特点将CMC区分为低黏度、中黏度和高黏度三种。通常，0.3～0.8Pa·s者为中黏度，0.8Pa·s以上者为高黏度。涂料中使用的CMC以中黏度为宜。
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，故其取代度越大，CMC的水溶性越好。取代度值小于0.5的CMC难溶于水，其中小于0.3者不溶于水。一般的CMC产品，取代度值为0.6～0.85。涂料中所用的CMC宜选用取代度值为0.8～0.85的产品。
由于CMC可能因发酵而失效，故涂料中采用CMC时应加入适当的防腐剂。表3-105为CMC的技术条件。铸造生产中主要采用中黏度的FM6牌号，其2%（质量分数）水溶液的黏度为0.3～0.6Pa·s。
表3-105 羧甲基纤维素钠（CMC）的技术条件
3.3.4 糖浆
糖浆是制糖过程中的副产品，外观为暗褐色黏稠液体，根据所用原材料不同可分为淀粉糖浆和甘蔗糖浆，主要由还原糖（如葡萄糖、果糖）、蔗糖和果胶等组成。
在烘干过程中，糖浆在发生胶体脱水硬化的同时，还伴随某些化学硬化，化学反应的产物不溶于水。糖浆除了具有较高的干强度、较低的发气量之外，还有较好的抗吸湿性能。糖浆的缺点是气温较高时容易发酵变质巨黏结力大大降低，所以常在糖浆中加入甲醛等防腐剂。
糖浆一般在铸造中只作为辅助黏结剂，主要与油类黏结剂配合使用，以提高油砂的湿强度和干强度，也可以用作铸钢件型砂的辅助黏结剂和涂料的黏结剂。
铸造用糖浆的技术指标应符合表3-106的要求。各地的制糖厂一般都能生产供应铸造用糖浆。
表3-106 铸造用糖浆的技术指标
注：型砂混合料配比（质量比）：标准砂：糖浆=100：4；混砂时间：8min；硬化条件：温度（200±5）℃，时间60min。
3.3.5 海藻酸钠
海藻酸钠是从海洋藻类（海带）中提取的天然高分子聚合物，呈米色或淡黄色粉末，安全无毒，无臭无味，具有很强的亲水性，易溶于水并形成均匀而透明的黏稠胶液，不溶于乙醇、乙醚和氯仿等有机溶剂。
海藻酸钠分子式为C5H7O4COONa，相对分子质量为216，聚合度n为60～80，溶于水后成为无色、无臭、黏度高的溶液。其水溶液的黏度随浓度的增加而急剧增高。溶液加热或冷却均不凝结，但若加入某些二价或三价的金属离子（如钙、镁、铁等金属离子）则有凝胶析出。另外，它的黏度会随着温度的不同而发生变化。例如，在常温下每上升1℃，黏度约降低3%；温度上升到100℃时，黏度则大幅度下降。海藻胶的稳定性以pH值6～11为最好，pH值为1时黏度最大，pH值＞7时表现出比CMC有更强的附着力和更好的涂刷性。在涂料中，可将海藻酸钠与膨润土配合使用，用法及效果与CMC相近，但由于其价格昂贵，使用并不广泛。
海藻酸钠的技术条件应符合表3-107的规定。
表3-107 海藻酸钠的技术条件
3.3.6 木质磺酸钙
木质磺酸钙的黏结性能较好，一般在铸造中用作辅助黏结剂。它可代替糊精在型（芯）砂和涂料中使用。作为减水剂，加入质量分数为0.2%～0.3%的木质磺酸钙可使水泥砂中的水分加入量（质量分数）减少10%左右，还能与硫酸钠、氯化钙等制成早强减水剂，显著提高水泥砂的早期强度。木质磺酸钙的吸水率极强，应注意密闭存放。
木质磺酸钙的成分和技术指标应符合表3-108的要求。
表3-108 木质磺酸钙的成分和技术指标
3.3.7 田箐胶
田箐胶是由野生豆科植物田箐种子经加工制得，是一种由半乳糖和甘露糖浆聚合而成的高分子化合物。田箐胶不溶于有机溶剂，其水溶液为具有一定黏度的胶体溶液。溶液黏度随着田箐含量的增加而增加，田箐胶质量分数大于3%后溶液成胶糊状态。溶液黏度还随存放时间的延长而增加，超过6h后黏度不再增加。
田箐胶一般作为桐油砂的辅助黏结剂，加入的质量分数为0.8%～1.5%。芯砂中加入田箐胶后可适当减少桐油的加入量，巨可免加糊精。与普通的桐油砂相比，田箐胶桐油砂的湿压强度和干拉强度高，流动性、溃散性好，发气性低，抗吸湿性相当，但透气性略有降低。
田箐胶多在华东地区使用，目前尚无正规的技术指标。
3.3.8 松香
松香是从松木树脂中提炼出来的一种热塑性天然树脂，其外观为淡黄色半透明或淡褐色的块状物，较脆，粉碎后成黄白色，容易黏结。
松香按其制取方法可分为脂松香和木松香两种。脂松香是将从松树干上采集到的松脂进行蒸馏，提取松节油后所获得的松香；木松香是将松树木片用溶剂浸泡，再经过蒸馏而制得的松香。颜色较深的松香，其杂质含量也较高。
松香的主要成分为松香酸和松香酸酐。松香受热后可以熔化（熔点为75～135℃），冷却后又恢复固态。松香不溶于水，溶于乙醇，在丙酮等有机溶剂中可完全溶解。
松香一般不用作砂芯黏结剂，是醇基涂料常用的黏结剂，用它配制的涂料涂层不易开裂，浇注出来的铸件较光。松香的黏结强度低于酚醛树脂，在使用上，松香最好和酚醛树脂配合使用，有改性催干作用。
根据GB/T 8145—2003《脂松香》的规定，脂松香的技术指标应符合表3-109的要求。各地化工原料部门均可供应铸造用松香。
表3-109 脂松香的技术指标
3.3.9 聚乙烯醇缩丁醛
聚乙烯醇缩丁醛的英语缩写名为PVB。它是一种由聚乙烯醇和丁醛在酸性介质中缩聚而成的白色或淡黄色的粉末。PVB能溶于乙醇、醋酸乙酯，但不溶于烃类和油类物质。它硬化后形成的薄膜无色透明，黏结力极好。
聚乙烯醇缩丁醛主要用作醇基涂料的黏结剂，同时也起增稠作用，与热固性酚醛树脂配合使用，可赋予涂料更高的黏结强度。
聚乙烯醇缩丁醛的技术指标应符合表3-110的要求。
表3-110 聚乙烯醇缩丁醛的技术指标
（续）
①见GB/T 1723—1993《涂料黏度测定法》。
3.3.10 聚丙烯酰胺
聚丙烯酰胺简称PAM，俗称絮凝剂或凝聚剂。其固体产品外观为白色或略带黄色的粉末，液态为无色黏稠胶体状，易溶于水，其水溶液为几近透明的黏稠液体，无毒、无腐蚀性。固体PAM有吸湿性、絮凝性、黏合性、降阻性、增稠性，同时稳定性好。温度超过120℃时易分解。
聚丙烯酰胺分子中具有阳性基团（—CONH2），能与分散于溶液中的悬浮粒子吸附和架桥，有着极强的絮凝作用，因此广泛用于水处理以及冶金、造纸、石油、化工、纺织、选矿等领域。
聚丙烯酰胺分为阴离子型（PAMA）、阳离子型（PAMC）、两性离子型（PAM-CA）和非离子型4种。阴离子型、阳离子型和两性离子型聚丙烯酰胺的技术指标分别见表3-111和表3-112。
表3-111 阳离子型和阴离子型聚丙烯酰胺的技术指标
表3-112 两性离子型聚丙烯酰胺的技术指标
作为涂料悬浮剂用的通常为阴离子型聚丙烯酰胺。水基涂料中宜选用相对分子质量较低的，相对分子质量太高时不易溶解。1%（质量分数）的聚丙烯酰胺水溶液在50℃以下加NaOH进行水解，可得到水解聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠的共聚物，用于涂料更为适宜。
聚丙烯酰胺通常以粉末的形式供应，在水溶液中只要含有0.01%～0.1%（质量分数）就可获得很高的黏度，折合在涂料中质量分数为万分之几。聚丙烯酰胺与膨润土质点之间有强烈的吸附作用，这种吸附作用使得它的絮凝本领超群，使涂料具有很好的悬浮性。
3.3.11 黄原胶
黄原胶是一种生物合成胶，呈类白或淡黄色粉末状，其是以淀粉为主要原料，由微生物黄单孢杆菌在特定的培养基、PH值、氧量及温度条件下经纯种发酵，再经提炼、干燥、研磨而制成的高分子多糖聚合物。黄原胶的主要成分为D-甘露糖、D-葡萄糖醛酸等。经X射线测定，黄原胶呈反向双螺旋结构，并可形成具有网状结构的次生构造。与其他胶类相比，黄原胶具有表3-113所示的特性。
表3-113 黄原胶的特性
黄原胶分子的主链和纤维素相同，它借助丙酮酸酯和醋酸酯取代的三糖侧链而变得可溶。这一结构导致黄原在溶液中具有硬棒形状，依次通过氢键促进分子间的结合。此外，这一结构导致黄原的流变性具有与许多合成增稠剂十分相同的特点，巨与大多数主要依靠聚合物分子缠结产生黏度的天然多糖胶“蠕虫般”无规则卷曲结构大不相同。
黄原胶可以高效地控制水性涂料体系的流平性、稳定性和沉降性，其突出的特点是在低剪切力下具有高黏度，另外还具有悬浮性、高度的假塑性流动、出色的高温酸碱稳定性以及对其他助剂的相容性。对消失模水基涂料的试验研究表明，添加质量分数为0.2%的黄原胶可使涂料的流变行为变为具有屈服值的假塑性流体；随黄原胶加入量的增加，涂料的黏度和屈服值增大。
黄原胶技术参数见表3-114。
表3-114 黄原胶技术参数
3.3.12 聚醋酸乙烯乳液（白乳胶）
聚醋酸乙烯乳液为水溶性高分子乳浊液，不含有机溶剂，无刺激性臭味；可常温自干，成膜性好；天热时不会发酵变质，可长期储存于常温室内，一般以10～40℃为宜，冬天储存温度不能低于5℃。聚醋酸乙烯乳液的技术指标见表3-115。
表3-115 聚醋酸乙烯乳液的技术指标
聚醋酸乙烯乳液加入涂料中不与其他黏结剂、悬浮剂等组分起反应，不使膨润土—CMC水溶液增稠。聚醋酸乙烯乳加入涂料中可在涂层表面析出光亮碳，有助于形成易剥离烧结层。
3.3.13 煤焦油及沥青
煤焦油俗称水柏油，是过去铸钢涂料中最常用的黏结剂。煤焦油是炼焦工业的副产物，即焦煤干馏得到煤气和焦炭后，剩下的一种黑褐色黏稠液体。它的成分十分复杂，主要有沥青质、胶质和油质等。煤焦油的技术指标见表3-116。
表3-116 煤焦油的技术指标
煤焦油作水基涂料黏结剂时，必须加入亲水的乳化剂（如黏土），使油/水型乳浊液稳定；或者采用硅砂来配制涂料，即使硅砂和煤焦油混合后，边混碾边破碎，利用刚破碎的石英新生表面的活性将煤焦油吸附，直到硅砂全部碾压成细粉后，便可获得性能良好的活性石英煤焦油涂料。这种涂料用于铸钢件生产中，铸件表面光洁、不粘砂。
煤焦油再进一步分馏后得到的残渣称作煤焦油沥青。沥青也可在石油蒸馏后得到，这种沥青叫作石油沥青，俗称柏油。沥青根据它的软化点不同可以是黏稠的液体、半固体或固体。沥青不溶于水，水基涂料中采用沥青作黏结剂常以固体粉末形式加入。沥青也不溶于乙醇，醇基涂料中采用沥青作黏结剂必须用矿物油将沥青胶溶，然后再分散在乙醇中，同时加入新乙醇的乳化剂，如硬脂酸钙等。由于煤焦油和沥青等材料在高温下能分解出有毒物质，因此在涂料中应用较少。
3.3.14 硅酸乙酯
硅酸乙酯又称正硅酸乙酯，其分子式为（C2H5O）4Si，理论SiO2质量分数为28.8%。它是四氯化硅（SiCl4）和乙醇（C2H5OH）的聚合物。但在生产硅酸乙酯时免不了有水参与反应，所以工业硅酸乙酯中不单含有正硅酸乙酯，还有其他类型的缩聚产物，它们的化学通式为（C2H5O）2（n+1）SinQn-1，其中n=1、2、…、6。n越大，其中SiO2的含量也越多。国内生产的硅酸酯的SiO2质量分数大多为30%～34%，可把它称为硅酸乙酯32（32代表其中SiO2的平均质量分数）。国外广泛采用硅酸乙酯40。
在熔模精密铸造时，硅酸乙酯必须水解后才能使用，这是因为硅酸乙酯本身不是溶胶，不能起黏结作用，必须水解后才能成为硅酸溶胶用黏结剂。其水解液的主要成分是硅酸溶胶和有机硅聚合物的均质溶液。一般水解液中SiO2的质量分数为18%～22%，过高过低都不好。硅酸乙酯可作为铸造涂料高温黏结剂，用于涂料时可不必预先水解处理。
硅酸乙酯能溶于乙醇、丙酮、汽油等有机溶剂中，但不溶于水，而能与水起水解反应。硅酸乙酯用作黏结剂时，涂层可风干固化，同时高温强度高；用作树脂砂型（芯）涂料，可使铸件表面光洁。硅酸乙酯不仅在醇基涂料中可作高温黏结剂，在水基涂料中也可使用。
3.3.15 硅溶胶
硅溶胶是将水玻璃经离子交换后再浓缩制成的。硅溶胶是硅酸的多分子聚合物，也称硅酸溶胶，是乳白色溶液，其分子式为mSiO2·nH2O，含有质量分数为24%～30%的SiO2，Na2O的质量分数一般小于0.5%。硅溶胶是应用于熔模铸造涂料中的新型黏结剂，它与常用的水玻璃、硅酸乙酯比较，具有强度高、铸件表面光洁、工艺简单等优点，应用正日益广泛。硅溶胶也是金属型铸造和离心铸造涂料中常用的黏结剂，用它代替水玻璃，可使涂层易于从金属型或离心铸管型上剥离，故而大大减轻了清理工作量，使生产得以高效连续进行。硅溶胶在砂型铸造涂料中也有应用。硅溶胶的技术要求见表3-117。
表3-117 硅溶胶的技术要求（HB 5346—1996）
硅溶胶中起黏结作用的是二氧化硅水基溶胶，因此购置硅溶胶时希望SiO2含量高一些。但SiO2含量过高，硅溶胶黏度会急剧增加而引起胶体溶液的不稳定。也不能用浓缩的方法提高SiO2含量，否则也将会引起胶凝。使用硅溶胶时必须要注意pH值，PH值为8.5～10，硅溶胶的稳定性最高；PH值小于7，硅溶胶易胶凝，存放稳定性差。
3.3.16 硫酸盐
硫酸盐黏结剂中常用的是硫酸铝，它是一种白色结晶颗粒或粉末，分子式为Al2（SO4）3·18H2O。将其加入涂料中，当涂料烘干时，它与耐火填料作用而胶结固化，可有效地提高涂料的常温和高温强度。硫酸铝适宜作为碱性或中性耐火填料的黏结剂，如在铝矾土中加入质量分数为3%活化膨润土和质量分数为5%硫酸铝可明显地提高涂料强度。加入质量分数为10%的硫酸铝可大幅度地提高涂料的常温强度和高温强度，所配制的涂料的悬浮性、涂刷性和流平性都较好。