Metody poprawy jakości ekologicznych mas formierskich ze szkłem wodnym

A R C H I V E S of F O U N D R Y E N G I N E E R I N G Published quarterly as the organ of the Foundry Commission of the Polish Academy of Sciences ISSN (1897-3310) Volume 14 Special Issue 2/2014 45 50 8/2 Metody poprawy jakości ekologicznych mas formierskich ze szkłem wodnym A. Kmita a *, B. Hutera a a AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Odlewnictwa, ul. Reymonta 23, Kraków * Kontakt do korespondencji: e-mail: akmita@agh.edu.pl Otrzymano 20.06.2014; zaakceptowano do druku 12.07.2014 Streszczenie Masy formierskie ze szkłem wodnym mają szereg charakterystycznych cech, wynikających bezpośrednio z właściwości szkła wodnego. Niewątpliwą zaletą tych mas jest fakt, iż są one ekologiczne, a spoiwo jest tanie i łatwo dostępne. Natomiast w świetle właściwości technologicznych wykazują pewne wady, które ograniczają ich szerokie wykorzystanie w odlewnictwie. Ich ujemną cechą jest mała wytrzymałość w pierwszej fazie utwardzania; proces utwardzania nie przebiega do końca i jest ponowie uaktywniany po zalaniu formy ciekłym stopem. Efektem tego jest zwiększenie wytrzymałości masy co jest przyczyną złej wybijalności mas z tym spoiwem. Wykazują one również małą podatność do regeneracji. Dlatego też poszukuje się sposobów wyeliminowania lub ograniczenia tych wad. W artykule przedstawiono metody poprawy jakości mas formierskich ze szkłem wodnym. Procesy te, w uproszczeniu, mogą przebiegać na drodze: modyfikacji składu osnowy masy formierskiej, sposobu jej utwardzania lub modyfikacji samego spoiwa. W metodach tych wykorzystywane są często najnowsze techniki oraz materiały nowej generacji. Słowa kluczowe: innowacyjne materiały, ekologia, nowoczesne technologie, nanocząstki, masy formierskie 1. Wprowadzenie Z uwagi na zaostrzające się przepisy UE dotyczące ochrony środowiska, coraz większy nacisk kładzie się na stosowanie materiałów przyjaznych człowiekowi i środowisku. W technologii mas formierskich sprowadza się to do stosowania mniejszych udziałów spoiw organicznych i utwardzaczy lub też do zastępowania ich mniej szkodliwymi komponentami np. szkłem wodnym[1, 2]. Materiał ten jest tani, łatwo dostępny oraz ma cechy materiału nietoksycznego. Nadaje masie formierskiej szereg charakterystycznych właściwości wynikających bezpośrednio ze specyfiki mechanizmu wiązania spoiwa, w którym uczestniczą zarówno procesy chemiczne, jak i fizyczne. Masy ze szkłem wodnym charakteryzują się małą wytrzymałością w pierwszej fazie utwardzania. Ponad to proces utwardzania nie przebiega do końca i jest ponowie uaktywniany po zalaniu formy ciekłym stopem. Konsekwencją tego jest wzrost wytrzymałości w bardziej oddalonych od odlewu strefach formy, co jest przyczyną problemów z wybijalnością mas z tym spoiwem. Trwałość form i rdzeni z mas ze szkłem wodnym jest ograniczona z uwagi na to, że po utwardzeniu stają się one kruche i higroskopijne. Ponadto masy z tym spoiwem wykazują małą podatność do regeneracji mechanicznej [1-7]. Dlatego dąży się do poprawy jakości mas ze szkłem wodnym. 2. Metody poprawy jakości mas ze szkłem wodnym Poprawę wybranych właściwości mas ze szkłem wodnym takich jak: wybijalność, wzrost wytrzymałości kohezyjnej i adhezyjnej szkła wodnego, wzrost odporności form i rdzeni na działanie czynników zewnętrznych czy też zwiększenie zdolności do regeneracji można osiągnąć poprzez: modyfikację składu osnowy, dobór odpowiedniego sposobu utwardzania masy, modyfikację spoiwa. 2.1. Modyfikacja składu osnowy Jak wykazano w pracach [1, 8, 9, 10, 12-15] zmniejszenie wytrzymałości końcowej mas ze szkłem wodnym można uzyskać dzięki wprowadzeniu do osnowy specjalnych dodatków takich, jak np.: dekstryna, melasa, cukier, boksyt, kaolin, a także pył węglowy, A R C H I V E S o f F O U N D R Y E N G I N E E R I N G V o l u m e 1 4, S p e c i a l I s s u e 2 / 2 0 1 4 45

grafit, pył koksowy itp. [1]. Zapobiegają one również przypalaniu się masy do powierzchni odlewów np. żeliwnych. Autorzy prac [8, 9, 10] wykazali, że wprowadzone do osnowy dodatki typu: AlO(OH), MgO, Cr2O3 lub Cr2O3 z polichlorkiem winylu w formie sproszkowanej powodują przesunięcie II maksimum wytrzymałości końcowej Rc tk mas ze szkłem wodnym do wyższych wartości temperatury. Autorzy przypisują ten pozytywny efekt obecności polimorficznej fazy γ - Al2O3 [16, 17], która powstaje w czasie zalewania formy ciekłym stopem odlewniczym. Kolejnym proponowanym dodatkiem do osnowy kwarcowej poprawiającym wybijalność mas ze szkłem wodnym jest perlit ekspandowany o nazwie Glasesex opisany w pracach [13, 14, 15]. Jest on dodawany w formie sproszkowanej, po uprzedniej obróbce cieplnej w temperaturze 950 1150 o C, w ilości od 0,1-2,0 części wagowych na 100 części wagowych osnowy. Materiał ten jest mieszaniną tlenków: SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O. 2.2. Sposób utwardzania masy ze szkłem wodnym Jak wykazały badania przedstawione w pracach [4, 5, 18-21] zastosowanie innowacyjnych sposobów utwardzania mas ze szkłem wodnym głownie z wykorzystaniem metod fizycznych jak np. utwardzania mikrofalowego prowadzącego do poprawy jakości mas ze szkłem wodnym. Dzięki wykorzystaniu mikrofali do utwardzania szkła wodnego autorzy pracy [21] osiągnęli wyższe właściwości wytrzymałościowe w krótszym czasie (w porównaniu z konwencjonalnym chemicznym utwardzaniem) przy równoczesnym, zmniejszeniu udziału spoiwa w masie (1,5 do 2,5 %) co jak wiadomo bezpośrednio przekłada się na poprawę wybijalności mas ze szkłem wodnym. Obecnie w technologiach mas ze spoiwami nieorganicznymi, w których proces utwardzania przebiega na drodze fizycznej pod wpływem temperatury, wykorzystywane jest szkło wodne modyfikowane. Są to technologie stosowane w odlewniach żeliwa i staliwa, a także do produkcji rdzeni dla odlewów z mosiądzu i metali lekkich [2]. Przykładami zastosowania takich rozwiązań jest np.: technologia Inotec (firmy ASK Chemicals) [2, 18] gdzie utwardzenie spoiwa następuje w wyniku podgrzewania rdzennicy oraz przedmuchiwania rdzenia gorącym powietrzem, technologia Cordis (firmy Hűttenes Albertus), w której proces utwardzania szkła ma czysto fizyczny charakter (odparowanie wody) [2], technologia AWB (firmy Minelco) [2, 19, 20] wykorzystująca modyfikowane szkło wodne o zmniejszonej lepkości. W technologii tej stosowany jest dwuetapowy proces utwardzania spoiwa. W pierwszym etapie utwardzanie zachodzi w podgrzanej rdzennicy, a następnie do utwardzenia końcowego wykorzystuje się mikrofale o niewielkiej mocy. 2.3. Modyfikacja szkła wodnego Poza omówionymi metodami, poprawę jakości mas ze szkłem wodnym można uzyskać modyfikując spoiwo. Modyfikacja szkła wodnego, w zależności od wytypowanej metody, może przebiegać na drodze fizycznej lub chemicznej. 2.3.1. Modyfikacja fizyczna szkła wodnego Jak wiadomo szkło wodne starzeje się w czasie. Wynikiem tego procesu jest utrata homogeniczności przez roztwór szkła wodnego. Spoiwo staje się mieszaniną ortokrzemianu i dużych cząstek koloidalnych, co wpływa znacząco na obniżenie siły wiązania o około 20 30 %. Stosując tzw. modyfikację fizyczną można proces odwrócić. Polega to na działaniu na szkło wodne np. silnym polem magnetycznym, ultradźwiękami lub na ogrzewaniu go w autoklawie. Efektem przeprowadzonych zabiegów jest ponowna homogenizacja roztworu szkła wodnego dzięki czemu spoiwo odzyskuje utracone zdolności wiążące [22]. 2.3.2. Modyfikacja chemiczna szkła wodnego Stosując modyfikację chemiczną w wyniku reakcji zachodzących pod wpływem związków wprowadzonych do matrycy szkła wodnego zmienia się jego struktura. W konsekwencji tego procesu zmieniają się właściwości szkła wodnego. Tym typem modyfikacji zajmują się zarówno krajowe ośrodki naukowe [23-33], jak i zagraniczne [7, 8, 12, 34-37]. Modyfikację chemiczną szkła wodnego możemy przeprowadzić między innymi poprzez: wprowadzenia do ogrzanego spoiwa małej ilości jonów np.: BO3 3- ; modyfikację związkami organicznymi jak np. ksylitolem, morfoaktywymi związkami, cytrynianem amonu, etc., modyfikację polimerami jak np.: poliakrylamidem, etc., wielokrotną chemiczną modyfikację przy równoczesnym wykorzystaniu kilku metod. Autor pracy [22] stwierdza, że spośród dostępnych metod modyfikacji szkła wodnego, to właśnie wielokrotna chemiczna modyfikacja spoiwa daje najlepsze efekty. W swym opracowaniu podaje, że dzięki zastosowaniu tej metody możliwe jest obniżenie udziału zawartości szkła wodnego w masie (przy zachowaniu optymalnych właściwości) do 3 4 % w technologii CO2 oraz do zawartości 2-2,5 % w technologii estrowej. Autor wskazuje również na pojawiającą się możliwość modyfikacji szkła wodnego hydrofilową nano-krzemionką. W pracy [25] wykazano, że modyfikacja chemiczna szkła wodnego morfoaktywnymi związkami organicznymi w znacznym stopniu zmniejsza wytrzymałość Rc tk w 800 o C (szkło wodne utwardzane estrem). Efektem prowadzonych badań jest opracowany skład masy [25] ze szkłem wodnym modyfikowanym (utwardzanej estrem), pozwalający na dwukrotne zmniejszenie dodatku spoiwa do masy po jego modyfikacji. Zaproponowany skład masy jest korzystny z ekologicznego, technologicznego oraz ekonomicznego punktu widzenia. Ostatnio obszerne badania nad wpływem modyfikacji szkła wodnego związkami organicznymi i nieorganicznymi na jego właściwości oraz właściwości mas formierskich były prowadzone w chińskich ośrodkach naukowych [7, 34-38]. Autorzy opracowania [38] wykazali, że modyfikacja szkła wodnego związkami takimi jak np.: cytrynian amonu, chlorek amonu lub modyfikator PZ powoduje wzrost wytrzymałości masy (nawet o ok. 72%), spadek napięcia powierzchniowego i wzrost lepkości spoiwa. Jak podają autorzy tak znaczny wzrost wytrzymałości masy wiązać należy z poprawą zwilżalności ziarn osnowy przez zmodyfikowane spoiwo. Inne prace [36, 37] z tych ośrodków ukierunkowane były na modyfikację szkła wodnego ultra-drobnymi proszkami (ang. ultrafine powders) glinokrzemianów o warstwowej strukturze zawiera- 46 A R C H I V E S o f F O U N D R Y E N G I N E E R I N G V o l u m e 1 4, S p e c i a l I s s u e 2 / 2 0 1 4

jącej jony Mg 2+, Al 3+ o wymiarach od 200 nm do 3000 nm. Modyfikacja polegała na wprowadzeniu modyfikatora do szkła wodnego i dokładnej homogenizacji. Najlepsze efekty uzyskano modyfikując szkło wodne dodatkiem 1,5 % mas. glinokrzemianu. Osiągnięty przez masę ze szkłem wodnym utwardzanym estrem wzrost wytrzymałości na ściskanie (po 24 h) wynosił około 21 % w porównaniu do masy ze spoiwem niemodyfikowanym. Spadek wytrzymałość końcowej w 800 o C masy po modyfikacji wynosił około 35 %. Autorzy wiążą uzyskanie tak dobrych właściwości modyfikowanego szkła wodnego glinokrzemianami z ich dużym rozdrobnieniem. W przypadku szkła wodnego stosowanie modyfikacji poprzez wprowadzanie nanocząstek związków nieorganicznych będzie korzystnie wpływać na strukturę, właściwości fizykochemiczne zarówno samego spoiwa, jak i mas ze szkłem wodnym. Elementarną cechą nanocząstek jest silnie rozwinięta powierzchnia właściwa wynikająca z rozmiarów zbliżonych do molekularnych. Nadaje to nanocząstce zdolność do oddziaływania z matrycą spoiwa dzięki czemu możliwa jest modyfikacja różnych właściwości warstwy spoiwa na granicy faz. Analiza literatury wskazuje, że modyfikacja spoiwa może przebiegać według dwóch modeli [39]: dwufazowego, trójfazowego. Prace prowadzone w tym obszarze na Wydziale Odlewnictwa AGH [28-33] dotyczyły modyfikacji szkła wodnego nanocząstkami tlenków metali (ZnO, MgO lub Al2O3) w rozpuszczalnikach alkoholowych (metanol, etanol, propanol). Nanocząstki syntetyzowano zarówno w procesie elektrochemicznym na drodze anodowego roztwarzania metali [40, 41] (rys. 1), jak i metodą termiczną [42] (rys. 2). Rys. 1. Fotografia TEM nanocząstek ZnO otrzymanych na drodze anodowego roztwarzania metali, metoda elektrochemiczna [40, 41] Rys. 2. Fotografia SEM nanocząstek ZnO wytworzonych metodą termiczną, o średniej wielkości ~ 50 nm [42 A R C H I V E S o f F O U N D R Y E N G I N E E R I N G V o l u m e 1 4, S p e c i a l I s s u e 2 / 2 0 1 4 47

Tak pozyskane naonocząstki ZnO, Al2O3 lub MgO wprowadzano są do szkła wodnego w postaci koloidalnych roztworów co wyraźnie poprawiało jego właściwości jako spoiwa, a w konsekwencji własciwości masy. Na uwagę zasługuje fakt, iż uzyskane wzrosty wytrzymałości mas na rozciąganie Rm u w porównaniu do mas z niemodyfikowanym spoiwem wynosiły średnio około 26%. Natomiast modyfikacja szkła wodnego koloidalnym roztworem nanocząstek MgO w propanolu spowodowała polepszenie wskaźnika wybijalności masy o około 50%. Podsumowanie Jak wykazała przeprowadzona analiza literaturowa, istnieje szereg dróg prowadzących do poprawy jakości mas ze szkłem wodnym. W zależności od rodzaju zastosowanej metody możemy w różny sposób wpływać na poprawę wybranych właściwości mas ze szkłem wodnym. Poprawę wybijalności masy ze szkłem wodnym uzyskano np. modyfikując skład osnowy masy. Stosując dodatki typu: AlO(OH), MgO, Cr2O3 lub Cr2O3 z polichlorkiem winylu w formie sproszkowanej uzyskano przesunięcie II maksimum wytrzymałości końcowej Rc tk mas ze szkłem wodnym do wyższych wartości temperatury. Zastosowanie innowacyjnych sposobów utwardzania mas ze szkłem wodnym głownie z wykorzystaniem metod fizycznych jak np. utwardzania mikrofalowego prowadzi do poprawy jakości mas ze szkłem wodnym. Dzięki wykorzystaniu mikrofali do utwardzania szkła wodnego istnieje możliwość uzyskania wyższej wytrzymałości w krótszym czasie (w porównaniu z konwencjonalnym chemicznym utwardzaniem) przy równoczesnym zmniejszeniu udziału spoiwa w masie (1,5 do 2,5 %), co jak wiadomo bezpośrednio przekłada się na poprawę wybijalności mas ze szkłem wodnym. Dzięki zastosowaniu wielokrotnej chemicznej modyfikacji szkła wodnego możliwe jest obniżenie udziału zawartości spoiwa w masie (przy zachowaniu optymalnych właściwości) do 3 4 % w technologii CO2 oraz do zawartości 2-2,5 % w technologii estrowej. Wykorzystywane również do modyfikacji chemicznej szkła wodnego morfoaktywne związki organiczne w znacznym stopniu zmniejszają wytrzymałość Rc tk w 800 o C mas wykonanych w technologii estrowej. Modyfikacja szkła wodnego ultra-drobnymi proszkami (ang. ultra-fine powders) glinokrzemianów o warstwowej strukturze zawierającej jony Mg 2+, Al 3+ o wymiarach od 200 nm do 3000 nm powoduje wzrost wytrzymałości na ściskanie (po 24 h) o około 21 % w porównaniu do masy ze spoiwem niemodyfikowanym. Spadek wytrzymałość końcowej w 800 o C masy po modyfikacji wynosił około 35 %. Z analizy literaturowej wynika, że najefektywniejszą metodą poprawy jakości mas ze szkłem wodnym jest modyfikacja samego spoiwa. Nieustanny rozwój technologii oraz inżynierii materiałowej stwarza nam coraz to nowe możliwości zastosowania innowacyjnych rozwiązań np. nanocząstek do modyfikacji szkła wodnego. ] Literatura [1] Lewandowski, J.L. (1997). Tworzywa na formy odlewnicze. Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, ISBN 83-7108-21-2, Kraków. [2] Holtzer, M. (2011). Światowe tendencje rozwojowe w zakresie mas formierskich i rdzeniowych pod kątem oddziaływania na środowisko. Przegląd Odlewnictwa, nr 3/4, s. 112 121. [3] Polzin, H. (2009). Anorganische chemische Binder. Giesserei, 96, pp. 66-68. [4] Zych, J.: Optymalizacja technologii formy opartej na masach ze szkłem wodnym utwardzanych estrami. Przegląd Odlewnictwa, nr 12, s. 789-792. [5] Zych, J. (2006). Oddziaływanie warunków atmosferycznych na stan wierzchniej warstwy form piaskowych wykonywanych z mas ze spoiwami chemicznymi. Archiwum Odlewnictwa, R 6, nr 22 [6] Dańko, J., Lewandowski, J.L. (1999). Regenerowalność samoutwardzalnej masy ze szkłem wodnym. Przegląd Odlewnictwa, Vol. 49, z. 3, 91-93. [7] Fan, Z., Huang, N., Dong, X. (2004). In-house reuse and reclamation of the used foundry sands with sodium silicate binder. International Journal of Cast Materials Research, no. 17(1), pp. 51-56. [8] Jelinek, P. i in. (2002). Modifikovane alkalicke silikaty, anorganicka pojiva nove generace.slevarenstvi, Roc. 50 cis.1 s. 16-20. [9] Jelinek, P. (2004). Pojivove soustavy slevarenskych formovacich Smeli. Chemie slevarenskych pojiv. Brno. ISBN 80-239-2188-6. [10] Jelinek, P. (1968). Vliv Al2O3 na rozpadavast CT Smeli. Sbornik vedeckych praci. Vysokie skoly banske v Ostrave, vol. 14, no. 6. [11] Sycev, I.S. (1965). Polucenije lehkovybijernych smesej. Litejnoje Proizvodstvo, no. 6 pp. 31-37. [12] Kukui, D. (1990). Nowe kierunki rozwoju mas ze szkłem wodnym oraz elektrolitycznych metod mokrej regeneracji. Przegląd Odlewnictwa, nr 6, s. 195-200. [13] Masa formierska lub rdzeniowa ze szkłem wodnym. AGH im. Stanisława Staszica w Krakowie, wynalazca: Stanisław Dobosz. Int.Cl.: B22C 1/02 (2006.01) Polska Opis patentowy: PL 206691 B1. Zgłoszenie nr 365723 z dnia 01.03.2004 r. [14] Dobosz, S.M., Major-Gabryś, K. (2004). Glassex - nowy dodatek poprawiający wybijalność mas ze szkłem wodnym. Archiwum Odlewnictwa. R 4, nr 13. [15] Major Gabryś, K., Dobosz, S.M., Jakubski, J., Stachowicz, M., Nowak, D. (2012). The influence of Glassex additives on properties of mocrowave-hardened and slef hardened moulding sands with water glass. Archives of Foundry Engineering, vol. 12. [16] Cava, S., Tebcherani, S.M., Souza, I.A., Pianaro, S.A., Paskocimas, C.A., Longo, E., Varela, J.A. (2007). Structural characterization of chase of Al2O3 nanopowders obtined by polymeric prekursor metod. Materials Chemistry and Physics, no. 103, pp. 394 399. [17] Łodziana, Z. (2004). Właściwości tlenku glinu na podstawie obliczeń komputerowych. Rozprawa habilitacyjna, PAN, Kraków. [18] Muller, J., Weicker, G., Korschgen, J. (2007). Serieneinstaz des anorganischen Bindemittelsystem Inotec im Leichtmetallguss. Giesserei-Praxis, 5, pp. 192-194. 48 A R C H I V E S o f F O U N D R Y E N G I N E E R I N G V o l u m e 1 4, S p e c i a l I s s u e 2 / 2 0 1 4

[19] Steinhauser, T., Wolff, A. (2007). AWB Une technologie de noyautage respectuese de l environnment. Homes & Fonderie. No. 377, pp. 11-15. [20] Wolff, A., Steinhauser, T. (2005). Environmentally compatible core ma king with AWB process. Foundry Trade Journal, R.179. [21] Stachowicz, M., Granat, K., Nowak, D. (2011). Influence of water-glass grade and quantity on residual strength of microwave-hardened moulding sands. Part 1. Archives of Foundry Engineering, vol. 11, Issue 1, pp. 93-98. [22] Chun-xi, Z. (2007). Recent advances in water glass sand technologies. China Foundry, vol. 4. no. 1, pp. 13 17, DOI: 1672-6421(2007)01-013-05.. [23] Baliński, A., Szolc, M. (1996). Zmiana wybranych układów spoiwo utwardzacz pod wpływem zastosowania wybranych modyfikatorów, a aspekcie własności wytrzymałościowych mas formierskich i rdzeniowych. Materiały III Konferencji Zjawiska Powierzchniowe w Procesach Odlewniczych, PAN, ITM Politechniki Poznańskiej, Kołobrzeg, s. 7 15. [24] Baliński, A. (2012). Wpływ modyfikacji chemicznej rozpuszczalnego krzemianu sodu na potencjał Zeta cząstek koloidalnych w układzie żelującym rozpuszczalny krzemian sodu utwardzacz estrowy. Prace Instytutu Odlewnictwa. Zeszyt 3, Tom LII. [25] Pazerski, F., Izdebska Szanda, I., Smoluchowska, E. (2008). Badania nad poprawą właściwości i zastosowaniem nowych spoiw nieorganicznych do wykonania ekologicznych mas formierskich i rdzeniowych. Prace Instytutu Odlewnictwa. Tom XLVIII, Zeszyt 2. [26] Izdebska-Szanda, I., Baliński, A. (2011). New generation of ecological silicate binders. Engineering Procedia, 10. [27] Izdebska-Szanda, I. (2008). Badania korelacji pomiędzy rodzajem i ilością modyfikatora a przemianami wysokotemperaturowymi i wytrzymałością resztkową mas z udziałem modyfikowanych krzemianów sodu. Prace Instytutu Odlewnictwa. Zeszyt 1, Tom XLVIII, s. 47-62. [28] Kmita, A., Hutera, B., Drożyński, D. (2010). Effect of sodium silicate modification on selected properties of loose self-setting sands. Archives of Foundry Engineering, vol. 10 issue 4 pp. 93 96. [29] Hutera, B., Stypuła, B., Kmita, A., Nowicki, P. (2011). Modification of water glass with colloidal slurries of metal oxides. Archives of Foundry Engineering, vol. 11 iss. 4 pp. 51 54. [30] Kmita, A., Hutera, B. (2012). Influence of modification of water glass on its viscosity and wettability of the sand matrix. Archives of Foundry Engineering, vol. 12 spec. iss. 1 s. 103 106. [31] Bobrowski, A., Kmita, A., Starowicz, M., Stypuła, B., Hutera, B. (2012). Effect of magnesium oxide nanoparticles on water glass structure. Archives of Foundry Engineering, vol. 12 iss. 3 s. 9 12. [32] Bobrowski, A., Hutera, B., Stypuła, B., Kmita, A., Drożyński, D., Starowicz, M. (2012). FTIR spectroscopy of water glass - the binder moulding modified by ZnO nanoparticles. Metalurgija, vol. 51, no. 4, pp. 477-480. [33] Hutera, B., Stypuła, B., Kmita, A., Bobrowski, A., Drożyński, D., Hajos, M. (2012). Effect of metal oxides nanoparticles on the tensile strength properties of foundry moulding sands with water glass. Giessereiforschung; International Foundry Research, vol. 64, no. 3, s. 14 18. [34] Fan, Z. (2001). The water glass sand process principle and application. Beijing: China Machine Press. [35] Wang, J., Fan, Z., Wang, H., Dong, X., Huang, N. (2007). An improved sodium silicate binder modified by ultra-fine powders materials. China Foundry, vol. 4, no. 1, pp. 26-30. [36] Zhang, G., Huang, S. (2002). Application of ultra-fine powders preparation technology and its development. Express Information of Mining Industry, 397(1), pp. 1-3. [37] Zhang, L., Liu, Y. (2001). Properties, preparation and application of ultra-fine powder. Journal of north China Institute of technology, 22(1), pp. 38-41. [38] Wang, L., Zhang, Y. (2013). Influence of additives on modification of sodium silicate and molding sand properties. Advanced Materials Research, vol. 634-638, pp. 2702-2706. [39] Odegard, G.M., Clancy, T.C., Gates, T.S. (2005). Modeling of the mechanical properties of nanoparticle/polimer composites. Polymer, no. 46, pp. 553 562, DOI:10.1016/S0266-3538(03)00115-5. [40] Stypuła, B., Banaś, J., Habdank-Wojewódzki, T., Krawiec, H., Starowicz, M. (2004). Polish Patent No. P-369 320, Kraków. [41] Stypuła, B., Starowicz, M., Hajos, M., Olejnik, E. (2011). Electrochemical synthesis of ZnO nanoparticles during anodic dissolution of zinc in alcohols solvents. Archives of Metallurgy and Materials, 56, 287 292. [42] Hutera, B., Kmita, A., Olejnik, E., Tokarski, T. (2013). Synthesis on ZnO nanoparticles by thermal decomposition of basic zinc carbonate. Archives of Metallurgy and Materials, 58, 489 491. Methods of Quality Improvements of Ecological Moulding Sands with Water Glass Moulding sands with water glass have several characteristic properties, resulting directly from the water glass properties. An undoubted good point of these moulding sands is the fact, that they are ecological and their binder is cheap and easily obtainable. However their technological properties indicate certain failures, which limit their wider application in foundry engineering. Their negative property A R C H I V E S o f F O U N D R Y E N G I N E E R I N G V o l u m e 1 4, S p e c i a l I s s u e 2 / 2 0 1 4 49

is low strength in the first phase of hardening; their hardening process is not fully finished and is reactivated after the mould pouring with liquid alloy. In effect the increased moulding sand strength is the reason of bad knocking out of moulding sands with this binder. They are also not easily susceptible to the reclamation treatment. Therefore, ways of eliminating or limiting of these faults are looked for. Some methods of improving the quality of moulding sands with water glass are presented in the paper. These processes, in simplification, can concern: modifications of moulding sand matrices, methods of their hardening or modifications of a binder itself. The most modern techniques and materials of the new generation are often applied in these methods. 50 A R C H I V E S o f F O U N D R Y E N G I N E E R I N G V o l u m e 1 4, S p e c i a l I s s u e 2 / 2 0 1 4