1.4水玻璃的改性方法
朱纯熙[4]提出水玻璃的改性主要从物理改性与化学改性两方面进行。物理改性的作用在于消除水玻璃的老化，使其硅酸聚合度重新均匀化。化学改性则能改变硅酸聚合链的分子结构，改变硅酸盐凝胶的内部结构，使水玻璃的粘结强度显著提高。本次课题主要研究水玻璃的化学改性，即使用高分子改性剂以及表面活性剂。
1.4.1 水玻璃化学改性
化学改性主要有以下几种方法[5]。
(1)无机阳离子复合—— 往普通钠水玻璃内掺入钾、锂和季铵水玻璃。
(2)无机阴离子复合—— 往硅酸盐中掺入硼酸盐、铝酸盐和磷酸盐等。
(3)有机复合—— 往水玻璃中掺入各种多元醇。如山梨醇、木糖醇、季戊四醇等。
(4)高分子复合——往水玻璃中掺入聚丙烯，聚苯乙烯、马来酸等溶液。
(5)纳米复合——往水玻璃中掺入适当的纳米颗粒，以提高水玻璃粘结膜的粘结强度。
1.4.1.1 水玻璃的老化
水玻璃贮放于密闭的容器中，其模数和浓度不会发生变化, 但许多性状却在贮放中不断发生变化。
贮放中水玻璃的粘度、凝胶化值和硬化强度均随时间而下降，唯有表面张力升高。表面张力的升高，使水玻璃对砂粒的润湿性变差。这个现象称作水玻璃的“ 老化”，老化的一切后果都使水玻璃的性状变差。
水玻璃的“老化”原因是：水玻璃处于“介安状态“，它自发释放出能量，借以提高体系的稳定性；聚合度大的聚硅酸趋向于进一步聚合起来变成更大的分子，甚至成为胶粒；
例如：链四硅酸→环四硅酸→立方八硅酸→硅酸胶粒，释放出较多能量，并将多余H2O和Na+离子排放到体系中；这些H2O和Na+离子进攻低聚硅酸，促使其解聚，最终成为正硅酸四钠，吸收较少能量；结果使水玻璃内的硅酸聚合度向二极分离，称作“聚合度的歧化”，理论上最终变成正硅酸钠与硅酸胶粒的混合分散体系。所以防止老化是使用水玻璃的重要措施。
影响水玻璃老化的主要因素有：存放时间、水玻璃的模数和浓度、存放时间越长，模数越高，浓度越大，则“老化”越严重。
“老化”带来的问题有：①粘结强度降低40％左右，为了保证型、芯砂强度，必须多加水玻璃，使水玻璃的溃散性变差。②限制了高模数水玻璃的应用。水玻璃中Na2O和砂粒表面的SiO2会生成硅酸钠，牢牢地包住砂粒，和砂粒固结在一起，所以溃散性差。如果提高模数，Na2O含量降低，就可提高溃散性，但受“老化”的制约。③水玻璃的浓度提高也受到限制，这样配砂时带进水分较多。
1.4.1.2 水玻璃化学改性机理
无机化学改性剂的作用机理与有机化学改性剂不同，各种磷酸盐(如三聚磷酸钠)、各种硼酸盐(如四硼酸钠)、各种铝酸盐(如偏铝酸盐)加入水玻璃后能够形成Si-O-P, Si-O-B, Si-O-A1键，所以都具有改性、共粘结和助溃散等多种功能，形成阴离子型复合水玻璃。
化学改性剂能改变硅凝胶的内部结构：(1)使胶粒细化。(2)提高胶粒的配粒数(即它与多少个胶粒相接)。(3)改变粘结颈的直径。对其作用机理宜作深入研究[6]。
1.4.1.3 水玻璃化学改性研究进展
化学改性包括无机材料改性（如多聚磷酸盐、多聚铝酸盐）、有机材料改性（如粘多糖、聚丙烯酰胺）、硅酸复盐改性（如硅酸钾、硅酸锂）等。
朱纯熙等[4]认为化学改性的方法可以有几下几种：
（1）将钾、钠、锂和季铵水玻璃二种或二种以上，按一定比例混合起来，称作“阳离子复合”。
（2）将少量铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐也可能钛酸盐、锆酸盐与水玻璃搅拌加热。进行反应，称作“阴离子复合”。
（3）将丁四醇（赤藓糖醇）、戊五醇（木糖醇）、已辣醇（山梨醇）、氢化麦芽糖等多元醇加入水玻璃，加入量10%~20%，称作“有机复合”。
（4）将少量水溶性高分子，如聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙二醇等掺入水玻璃，称作“有机高分子复合”。
典型的水玻璃化学改性剂加入量仅为0.2%~0.4%。已见报导的有二类化合物。第一类是高聚物，如聚丙烯酰胺、聚醚或胺基聚醚；第二类是表面活化剂，如硬脂酸钠、表面活性剂Ⅱ C-PAC等[7~8]。
国内有些铸造工作者曾尝试用聚丙烯酰胺对水玻璃进行改性，但效果并不理想。朱纯熙[7]发现，聚丙烯酰胺的改性效果不能持久，阻缓老化的效果不断衰退，1~2月内就会丧失殆尽。他找到一种R0~1N[(CH2CH2O)m•(CH2CHO)nH-CH3]2~3类的化合物对水玻璃的改性效果比聚丙烯酰胺更好、更持久。改性剂在水玻璃中的加入量一般为0.2%~0.4%。
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