一种水溶性芯模材料的制备方法技术领域
本发明涉及一种水溶性芯模材料的制备方法，属于芯模材料制备技术领域。
背景技术
水溶性芯模材料，是指通过各种水溶性胶粘剂将一些填料粘结在一起，并根据使
用要求制成具有一定形状的，在使用温度范围内具有一定的力学性能并可保持形状的，在
脱模时使用水等溶剂使其溃散然后脱模获得产品的一种复合材料。水溶性芯模材料由于成
型精度高、成本低、效率高、易脱模等特点，在各种高标准严要求的铸造和复合材料制造工
业中获得了广泛的应用。作为传统的水溶性胶粘剂的淀粉类高分子，具有无毒害、无污染等
特点，同时成膜性能好，具有优良的粘合性能，溃散性好，是一种应用前景广阔的天然水溶
性胶粘剂。
作为传统的水溶性胶粘剂的淀粉类高分子，具有无毒害、无污染等特点，同时成膜
性能好，具有优良的粘合性能，溃散性好，是一种应用前景广阔的天然水溶性胶粘剂。但是
由于其力学性能的不足，使淀粉类高分子用做水溶性芯模材料的研究一度处于停滞状态。
同时，以前对水溶性芯模材料的改进，主要是围绕着对使用的胶粘剂的开发进行的，而对芯
模材料使用的填料的研究重视不够。这在一定程度上也限制了芯模材料的发展。传统使用
的填料由于存在密度较大、形状不规则、易引起应力集中等问题，已经难以满足一些高性能
芯模材料的使用要求因此，制备一种高强性能的芯模材料很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有的水溶性淀粉芯模材料，力学性能较低、改
性填料密度较大易引起应力集中的问题，提供了一种水溶性芯模材料的制备方法，本发明
通过将玉米淀粉改性接枝氰乙基团，使其疏水改性，降低其淀粉交联强度，使其水溶性能增
强，同时对其复合大豆分离蛋白，改性淀粉力学强度，随后通过空心微球进行复合填充，在
有效改善淀粉基水溶性芯模材料的同时，降低填料填充应力集中的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）按质量比1:5，将玉米淀粉与质量分数1%氢氧化钠溶液搅拌混合，在35～40℃下水
浴加热25～30min，随后保温滴加氢氧化钠质量30%的丙烯腈单体，控制滴加速度为1mL/
min，待滴加完成后，用冰醋酸调节pH至5.5，保温反应15～20min后，静置冷却至室温，随后
抽滤并收集滤饼，用去离子水洗涤3～5次，在45～50℃下干燥20～24h，制备得改性接枝玉
米淀粉，备用；
（2）按重量份数计，分别称量45～50份质量分数20%氯化钠溶液、10～15份上述制备的
改性接枝玉米淀粉、1～2份叠氮化钠和5～10份大豆分离蛋白置于三角烧瓶中，搅拌混合25
～30min，抽真空至10～15Pa并置于0～5℃下静置20～24h，制备得混合改性液；
（3）按体积比1:1，将正己烷与上述制备的混合改性液搅拌混合并置于烧杯中，随后对
烧杯中滴加正己烷质量5%失水山梨糖醇脂肪酸酯，搅拌混合并置于高速剪切乳化机中，剪
切乳化10～15min后，对烧杯中添加正己烷质量3%的聚乙烯醇，在45～50℃下搅拌混合3～
5h，随后抽滤并收集滤饼，用去离子水洗涤3～5次后，在65～70℃下干燥6～8h，制备得交联
空心微球；
（4）按重量份数计，分别称量25～30份交联空心微球、30～35份步骤（1）备用的改性接
枝玉米淀粉和10～15份质量分数5%四硼酸钠溶液置于烧杯中，搅拌混合并浇筑至模具中，
在室温下，将模具置于25～30MPa下压制45～60s，随后静置固化6～8h，再在65～70℃下干
燥6～8h，自然冷却至室温即可制备得一种水溶性芯模材料。
本发明制备的水溶性芯模材料在室温下水溶速率为0.035g/min，抗压强度可达
9.5～12.0MPa，密度为1.03g/cm3，热膨胀系数为3.85×10-6/℃-1。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备的水溶性芯模材料压缩强度较同类产品提高25～30%，且填料结合度较
高，水溶速率提高10～15%；
（2）本发明制备过程简单，通过淀粉进行制备，绿色安全无污染。
具体实施方式
首先按质量比1:5，将玉米淀粉与质量分数1%氢氧化钠溶液搅拌混合，在35～40℃
下水浴加热25～30min，随后保温滴加氢氧化钠质量30%的丙烯腈单体，控制滴加速度为
1mL/min，待滴加完成后，用冰醋酸调节pH至5.5，保温反应15～20min后，静置冷却至室温，
随后抽滤并收集滤饼，用去离子水洗涤3～5次，在45～50℃下干燥20～24h，制备得改性接
枝玉米淀粉，备用；按重量份数计，分别称量45～50份质量分数20%氯化钠溶液、10～15份上
述制备的改性接枝玉米淀粉、1～2份叠氮化钠和5～10份大豆分离蛋白置于三角烧瓶中，搅
拌混合25～30min，抽真空至10～15Pa并置于0～5℃下静置20～24h，制备得混合改性液；按
体积比1:1，将正己烷与上述制备的混合改性液搅拌混合并置于烧杯中，随后对烧杯中滴加
正己烷质量5%失水山梨糖醇脂肪酸酯，搅拌混合并置于高速剪切乳化机中，剪切乳化10～
15min后，对烧杯中添加正己烷质量3%的聚乙烯醇，在45～50℃下搅拌混合3～5h，随后抽滤
并收集滤饼，用去离子水洗涤3～5次后，在65～70℃下干燥6～8h，制备得交联空心微球；按
重量份数计，分别称量25～30份交联空心微球、30～35份步骤（1）备用的改性接枝玉米淀粉
和10～15份质量分数5%四硼酸钠溶液置于烧杯中，搅拌混合并浇筑至模具中，在室温下，将
模具置于25～30MPa下压制45～60s，随后静置固化6～8h，再在65～70℃下干燥6～8h，自然
冷却至室温即可制备得一种水溶性芯模材料。
实例1
首先按质量比1:5，将玉米淀粉与质量分数1%氢氧化钠溶液搅拌混合，在35℃下水浴加
热25min，随后保温滴加氢氧化钠质量30%的丙烯腈单体，控制滴加速度为1mL/min，待滴加
完成后，用冰醋酸调节pH至5.5，保温反应15min后，静置冷却至室温，随后抽滤并收集滤饼，
用去离子水洗涤3次，在45℃下干燥20h，制备得改性接枝玉米淀粉，备用；按重量份数计，分
别称量45份质量分数20%氯化钠溶液、10份上述制备的改性接枝玉米淀粉、1份叠氮化钠和5
份大豆分离蛋白置于三角烧瓶中，搅拌混合25min，抽真空至10Pa并置于0℃下静置20h，制
备得混合改性液；按体积比1:1，将正己烷与上述制备的混合改性液搅拌混合并置于烧杯
中，随后对烧杯中滴加正己烷质量5%失水山梨糖醇脂肪酸酯，搅拌混合并置于高速剪切乳
化机中，剪切乳化10min后，对烧杯中添加正己烷质量3%的聚乙烯醇，在45℃下搅拌混合3h，
随后抽滤并收集滤饼，用去离子水洗涤3次后，在65℃下干燥6h，制备得交联空心微球；按重
量份数计，分别称量25份交联空心微球、30份改性接枝玉米淀粉和10份质量分数5%四硼酸
钠溶液置于烧杯中，搅拌混合并浇筑至模具中，在室温下，将模具置于25MPa下压制45s，随
后静置固化6h，再在65℃下干燥6h，自然冷却至室温即可制备得一种水溶性芯模材料。
实例2
首先按质量比1:5，将玉米淀粉与质量分数1%氢氧化钠溶液搅拌混合，在37℃下水浴加
热27min，随后保温滴加氢氧化钠质量30%的丙烯腈单体，控制滴加速度为1mL/min，待滴加
完成后，用冰醋酸调节pH至5.5，保温反应17min后，静置冷却至室温，随后抽滤并收集滤饼，
用去离子水洗涤4次，在47℃下干燥22h，制备得改性接枝玉米淀粉，备用；按重量份数计，分
别称量47份质量分数20%氯化钠溶液、12份上述制备的改性接枝玉米淀粉、2份叠氮化钠和7
份大豆分离蛋白置于三角烧瓶中，搅拌混合27min，抽真空至12Pa并置于2℃下静置22h，制
备得混合改性液；按体积比1:1，将正己烷与上述制备的混合改性液搅拌混合并置于烧杯
中，随后对烧杯中滴加正己烷质量5%失水山梨糖醇脂肪酸酯，搅拌混合并置于高速剪切乳
化机中，剪切乳化12min后，对烧杯中添加正己烷质量3%的聚乙烯醇，在47℃下搅拌混合4h，
随后抽滤并收集滤饼，用去离子水洗涤4次后，在67℃下干燥7h，制备得交联空心微球；按重
量份数计，分别称量27份交联空心微球、32份改性接枝玉米淀粉和12份质量分数5%四硼酸
钠溶液置于烧杯中，搅拌混合并浇筑至模具中，在室温下，将模具置于27MPa下压制47s，随
后静置固化7h，再在67℃下干燥7h，自然冷却至室温即可制备得一种水溶性芯模材料。
实例3
首先按质量比1:5，将玉米淀粉与质量分数1%氢氧化钠溶液搅拌混合，在40℃下水浴加
热30min，随后保温滴加氢氧化钠质量30%的丙烯腈单体，控制滴加速度为1mL/min，待滴加
完成后，用冰醋酸调节pH至5.5，保温反应20min后，静置冷却至室温，随后抽滤并收集滤饼，
用去离子水洗涤5次，在50℃下干燥24h，制备得改性接枝玉米淀粉，备用；按重量份数计，分
别称量50份质量分数20%氯化钠溶液、15份上述制备的改性接枝玉米淀粉、2份叠氮化钠和
10份大豆分离蛋白置于三角烧瓶中，搅拌混合30min，抽真空至15Pa并置于5℃下静置24h，
制备得混合改性液；按体积比1:1，将正己烷与上述制备的混合改性液搅拌混合并置于烧杯
中，随后对烧杯中滴加正己烷质量5%失水山梨糖醇脂肪酸酯，搅拌混合并置于高速剪切乳
化机中，剪切乳化15min后，对烧杯中添加正己烷质量3%的聚乙烯醇，在50℃下搅拌混合5h，
随后抽滤并收集滤饼，用去离子水洗涤5次后，在70℃下干燥8h，制备得交联空心微球；按重
量份数计，分别称量30份交联空心微球、35份改性接枝玉米淀粉和15份质量分数5%四硼酸
钠溶液置于烧杯中，搅拌混合并浇筑至模具中，在室温下，将模具置于30MPa下压制60s，随
后静置固化8h，再在70℃下干燥8h，自然冷却至室温即可制备得一种水溶性芯模材料。