水基铸造涂料价格低廉、安全可靠、性能稳定、运输方便、清洁无污染，在砂型铸造、金属型铸造、离心铸造、消失模铸造等方面都有着广泛应用，是未来铸造涂料发展方向之一[1]。在水基铸造涂料生产中，最常用的无机悬浮剂有钠基膨润土，有机悬浮剂有羧甲基纤维素钠(CMC)，增稠剂有白乳胶，粘结剂有三聚磷酸钠[2-4]。但关于这些助剂材料对涂料最重要的技术指标———悬浮率和粘度的影响及其交互作用的研究，鲜见报道。本文选用中性的铝矾土作水基涂料的骨料，研究了钠基膨润土、CMC、白乳胶和三聚磷酸钠等助剂对涂料悬浮率和粘度的影响，探讨了这几种助剂之间的交互作用，为水基铸造涂料的研究提供参考。
1·实验材料及方法
铝矾土，320目(贵州七砂产);钠基膨润土(河南信阳产);羧甲基纤维素钠(CMC);三聚磷酸钠;白乳胶;润湿剂：OP-10;消泡剂：JFC。
涂料悬浮率采用100mL圆柱量筒，静置6、24h澄清法;其粘度采用100mL、准6mm流杯法。将钠基膨润土、白乳胶、CMC、三聚磷酸钠在使用前，用特定工艺引发、溶解，制成浆料，72h后使用。工艺过程如下：
工艺过程
2·助剂对悬浮率和粘度的影响
2.1涂料配比
为了真实地反映出助剂材料种类及其加入量对涂料悬浮率和粘度的影响，必须消除耐火骨料酸碱性对试验结果的干扰，故选用刚玉化程度很高的、化学呈中性的[5]贵州产铝矾土作涂料骨料。所用涂料配方均以铝矾土为100%，其它助剂材料占铝矾土质量百分数(所有配方均同)计量。选取4因素3水平涂料配比正交表，见表1。涂料密度控制在1.80g/cm3，实验方案及测试结果见表2。对表2中的数据进行极差分析，结果见表3。
表1
表2
表3
2.2实验结果分析
由表3中极值R的大小可知，影响悬浮率最显著的因素是白乳胶，钠基膨润土对24h悬浮率影响较大;影响粘度的因素从强到弱排序是钠基膨润土、白乳胶、三聚磷酸钠和CMC。由表3还可知，随着钠基膨润土或CMC加入量的提高，涂料的悬浮率是上升的;随着三聚磷酸钠或白乳胶加入量的增加，涂料的悬浮率是下降的。随着三聚磷酸钠加入量的提高，涂料的粘度是大幅度下降的;而随着钠基膨润土、CMC、白乳胶含量的增加，涂料粘度大幅度提高。
3·助剂交互作用对涂料性能的影响
三聚磷酸钠是一种表面活性剂，可以使细小的骨料颗粒凝聚而沉淀下来，使涂料上层的水溶液变得澄清，这是悬浮率下降和粘度变小的原因所在。CMC和白乳胶同属高分子化合物，呈多链状，溶于水后，形成网状胶体[6]，可是从表3中可以看出，二者对悬浮率的影响规律却相反，CMC增进悬浮率，白乳胶则降低悬浮率。钠基膨润土能在水中膨胀,形成水化膜,并搭接成立体网状结构,阻止耐火骨料下沉[5]。这4种助剂之间是否存在影响涂料悬浮率和粘度的交互作用，需要进一步用实验证实。
助剂交互作用实验仍选用铝矾土作涂料骨料，固定两种助剂的量，变动要考察的其它两种助剂的量，分别将涂料的悬浮率和粘度作为考察的指标，来检验这两种助剂之间是否存在交互作用。对变动的二助剂分别取两水平，控制每组试样的密度相同，观测涂料的悬浮率、粘度与因素水平之间的关系，并将观测数据描述在图中，从图中直线的相交或平行趋势来直观判断其有无交互作用[7]。
3.1三聚磷酸钠与钠基膨润土的交互作用
三聚磷酸钠的含量分别取3%、7%，钠基膨润土含量分别取3%、6%，CMC含量固定为0.1%，白乳胶含量固定为1%。控制该组涂料4个样的密度在ρ=1.51g/cm3。三聚磷酸钠与钠基膨润土交互作用趋势见图1。
图1
从图1(a)可看出，当钠基膨润土加入量为3%，三聚磷酸钠的加入量由3%增加到7%时，涂料6h和24h悬浮率是下降的;当钠基膨润土加入量为6%,三聚磷酸钠的加入量由3%增加到7%时，涂料6h和24h悬浮率是升高的。还可以看到，两条6h悬浮率曲线之间有相交的趋势，24h悬浮率曲线也有相交趋势。可以认为三聚磷酸钠与钠基膨润土对悬浮率有交互作用。
从图1(b)可看出，钠基膨润土加入量为3%或6%，三聚磷酸钠加入量由3%增加到7%，粘度都呈微弱的下降趋势，说明三聚磷酸钠与钠基膨润土对涂料粘度无交互作用，或对粘度影响不大。
3.2三聚磷酸钠与白乳胶的交互作用
三聚磷酸钠的含量分别取3%、7%，白乳胶的含量分别取1%、3%,CMC含量固定为0.1%，钠基膨润土含量固定为4%。控制该组涂料4个样的密度在ρ=1.52g/cm3。三聚磷酸钠与白乳胶交互作用趋势见图2。
图2
由图2(a)可知，白乳胶加入量1%，三聚磷酸钠从3%增加到7%，6h悬浮率是下降的，24h悬浮率变化不明显;白乳胶加入量3%，6h悬浮率是上升的，24h悬浮率是下降的。还可以看到，6h悬浮率的两条线相交，24h悬浮率的曲线也有相交趋势。可以认为三聚磷酸钠与白乳胶之间对悬浮率有交互作用。
从图2(b)可看出，白乳胶加入量1%或3%，三聚磷酸钠加入量从3%增加到7%，涂料粘度均呈下降趋势,可以判定三聚磷酸钠与白乳胶对粘度无交互作用，或对粘度影响不大。
3.3钠基膨润土与CMC的交互作用
钠基膨润土的含量分别取3%、5%，CMC的含量分别取0.1%、0.3%,三聚磷酸钠含量固定为5%，白乳胶固定为1%。控制该组涂料4个样的密度在ρ=1.46g/cm3。钠基膨润土和CMC交互作用趋势见图3。
图3
由图3(a)可知，CMC加入量0.1%，6h悬浮率是下降的，24h悬浮率无变化;CMC加入量0.3%，钠基膨润土加入量从3%增加到5%，6h悬浮率是上升的，24h悬浮率也是上升的。还可以看到，不管是两条6h悬浮率曲线还是两条24h悬浮率的曲线，都有很明显的相交的趋势，故认为钠基膨润土与CMC对悬浮率有交互作用。从图3(b)可看出，CMC加入量0.1%或0.3%，钠基膨润土加入量从3%增加到5%，涂料粘度均略有上升，故CMC与钠基膨润土对粘度无交互作用。
3.4三聚磷酸钠与CMC的交互作用
三聚磷酸钠的含量分别取3%、7%，CMC的含量分别取0.1%、0.3%,钠基膨润土含量固定为4%，白乳胶含量固定为1%。控制该组涂料4个样的密度在ρ=1.45g/cm3。三聚磷酸钠与CMC交互作用趋势见图4。
图4
由图4(a)可知，CMC加入量0.1%或0.3%，三聚磷酸钠从3%增加到7%，6h悬浮率是下降的，24h悬浮率也是下降的;可以看到6h的曲线几乎平行，24h的曲线虽然相交，但两者的变化趋势是相同的，交点可能是由试验误差引起。故三聚磷酸钠与CMC对悬浮率无交互作用。
从图4(b)中可看出，CMC加入量0.1%或0.3%，三聚磷酸钠加入量从3%增加到7%，涂料粘度均略有下降，故可以判断三聚磷酸钠与CMC对粘度无交互作用。
3.5膨润土与白乳胶的交互作用
钠基膨润土的含量分别取3%、6%，白乳胶的含量分别取1%、3%,CMC的含量固定为0.1%，三聚磷酸钠的含量固定为4%。控制该组涂料4个样的密度在ρ=1.45g/cm3。膨润土与白乳胶交互作用趋势见图5。
图5
由图5(a)可知，白乳胶加入量1%或3%，钠基膨润土从3%增加到6%，6h、24h悬浮率均呈上升趋势，故可判断钠基膨润土与白乳胶对悬浮率无交互作用。
从图5(b)中可看出，白乳胶加入量1%或3%，钠基膨润土加入量从3%增加到6%，涂料粘度均有提高，可以认为钠基膨润土与白乳胶对粘度无交互作用。
3.6CMC与白乳胶的交互作用
CMC的含量分别取0.1%、0.3%，白乳胶的含量分别取1%、3%,三聚磷酸钠的含量固定为4%，钠基膨润土的含量固定为3%。控制该组涂料4个样的密度在ρ=1.50g/cm3。CMC与白乳胶交互作用趋势见图6。
图6
从图6可看出，白乳胶加入量1%或3%，CMC加入量从0.1%增加到0.3%，涂料6h、24h悬浮率均呈上升趋势，粘度也呈上升趋势，并且两条线几乎重合。故CMC与白乳胶对悬浮率和粘度无交互作用。
4·助剂交互作用正负试验
为了考察三聚磷酸钠和钠基膨润土，三聚磷酸钠和白乳胶，钠基膨润土和CMC之间交互作用对悬浮率是加强的作用还是减弱的作用，又进行了以下实验。
待考察交互作用正负的两个因素分别选取0%，x%两个水平，其余两个因素在4个样品中的含量相同。控制每组中的4个样的密度相同，再考察当两因素共同作用时，总效应大于还是小于独立效应之和，如总效应大于独立效应之和，则是加强作用，反之，则是减弱作用[8]。
表4
4.1三聚磷酸钠与钠基膨润土
4个样中，白乳胶和CMC的含量相同，分别为1%和0.1%，控制4个样的密度相同(ρ=1.48g/cm3)，试验配方及测试结果见表4。
从表4可看出，单独添加9%的三聚磷酸钠对涂料6h悬浮率的影响不大，单独添加6%的钠基膨润土时，涂料6h悬浮率提高了63%，同时加6%的钠基膨润土和9%的三聚磷酸钠使涂料6h悬浮率比单独添加6%的钠基膨润土降低了4%，可以判断三聚磷酸钠和钠基膨润土对涂料6h悬浮率是减弱的交互作用。
4.2三聚磷酸钠和白乳胶
固定4个样的钠基膨润土和CMC含量相同，分别为4%，0.1%，控制4个样的密度相同(ρ=1.54g/cm3)，实验配方及测试结果见表5。
表5
从表5可看出，同时添加2%的白乳胶和9%的三聚磷酸钠时，涂料6h悬浮率是84%，比单独添加2%的白乳胶或7%的三聚磷酸钠时的都要低，可以肯定同时添加2%的白乳胶和7%的三聚磷酸钠对涂料6h的悬浮率是减弱的交互作用。
4.3钠基膨润土和CMC
固定4个样的三聚磷酸钠和白乳胶的含量相同，分别为5%和1%，控制4个样的密度相同(ρ=1.46g/cm3)。实验配方及测试结果如表6。
表6
从表6可知，同时添加0.3%CMC和5%钠基膨润土时，涂料6h悬浮率为88%，比单独添加0.3%的CMC或单独添加5%的钠基膨润土时的悬浮率分别高出17%和12%，可以判断同时添加0.3%的CMC和5%的钠基膨润土对涂料6h的悬浮率是加强的交互作用。
5·结论
(1)白乳胶显著提高涂料的粘度，但是降低涂料的悬浮率;钠基膨润土和CMC提高涂料的悬浮率和粘度;三聚磷酸钠既降低涂料的悬浮率，又降低其粘度。
(2)从这4种助剂对涂料的悬浮率和粘度的影响规律看，涂料的悬浮率和粘度之间没有对应的关系。
(3)三聚磷酸钠和钠基膨润土、三聚磷酸钠和白乳胶、钠基膨润土和CMC之间对涂料悬浮率有交互作用，而对其粘度无交互作用。
(4)考察涂料6h悬浮率时，CMC和钠基膨润土之间是加强的交互作用，三聚磷酸钠和钠基膨润土、三聚磷酸钠和白乳胶之间是减弱的交互作用。
