CN101139508A

CN101139508A - 酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂粘结剂及其用途

Info

Publication number: CN101139508A
Application number: CN 200710053609
Authority: CN
Inventors: 谭晓明; 徐闫; 胡远强
Original assignee: XIAOGAN COLLEGE
Current assignee: XIAOGAN COLLEGE
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2008-03-12

Abstract

本发明涉及一种酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂粘结剂，由质量比为1∶0.05～0.40∶0.001～0.010的酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂、醋酸甘油酯或者γ－丁内酯和硅烷偶联剂组成。本发明作为酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂粘结剂可用于铸钢件的生产。本发明酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂粘结剂的粘结强度较高，如按照标准制造“8”型砂模，在液压强度试验机上测得的粘结强度较高。而且其制备过程中无须真空脱水，减少工艺流程，缩短生产周期，避免给环境造成污染的同时，提高经济效益。

Description

酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂粘结剂及其用途

技术领域

本发明涉及一种酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂粘结剂及其用途，属于高分子材料领域。

背景技术

铸造生产已有5000多年的历史，人工合成的粘结剂的应用只不过是近五六十年的事。1944年，德国的J.croning首创了用酚醛树脂做粘结剂的壳型铸造工艺。

近十多年来，铸造行业面临着两个方面的挑战：一是对铸件质量的要求不断提高；二是环境保护和清洁生产方面的要求日趋严格。

为适应对铸件质量的要求，粘结剂应具有以下特点：①硬化快，且易于脱模，并具有足够的强度，以保证铸件的尺寸精度，力求不产生铸造缺陷；②浇注过程中不析出能导致铸件产生气孔的气体。含氮量应按铸件的材质控制，避免形成氮针孔；③不析出能使铸件产生表面缺陷的物质；④减少或消除树脂硬化剂系统中的含硫量，以避免球墨铸铁因表面渗硫而球化不良；⑤落砂容易，特别是由芯子形成的复杂内腔中不能残留砂子，以确保铸件的清洁度。

近40年来，芯砂粘结剂的发展，不仅使铸造行业的面貌大为改观，也为一些制造业如汽车行业的发展提供了必要条件。60年代，热芯盒工艺问世。1968年尿烷冷芯盒工艺(Isocure)在美国铸造学会举办的展览会上展出。目前，各主要工业国的铸造行业中，尿烷树脂冷芯盒工艺都是应用最广的制芯工艺。

随着铸造业向规模化和精密化生产发展，对砂型粘结剂提出了更高要求，目前树脂生产及制备砂型方面存在的问题是树脂的粘结强度不高。

发明内容

本发明提供一种酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂粘结剂，该粘结剂粘结强度较高，而且其制备过程中无须真空脱水从而避免给环境造成污染。

本发明提供的一种酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂粘结剂，由质量比为1∶0.05～0.40∶0.001～0.010的酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂、醋酸甘油酯或者γ-丁内酯和硅烷偶联剂组成。

上述酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂由下述方法得到：按照有机蒙脱土与35～40wt％甲醛水溶液质量比为0.1～1.5∶100的比例，将有机蒙脱土与甲醛水溶液混合，并用高速剪切机以10000～28000转/分的转速剪切5～25min，然后按苯酚∶甲醛为1∶1.5～3.0的物质的量比加入苯酚，搅拌下升温至50～70℃，按苯酚∶NaOH为1∶0.1～0.5的物质的量比加入45～55wt％的NaOH水溶液，反应0.5h～1h，再按苯酚∶KOH为1∶0.1～1.0的物质的量比加入45～55wt％的KOH水溶液，70～80℃反应1h～5h。

上述醋酸甘油酯为三醋酸甘油酯、二醋酸甘油酯或单醋酸甘油酯。

上述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560或硅烷偶联剂KH570。

本发明作为酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂粘结剂可用于铸钢件的生产。

本发明酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂粘结剂的粘结强度较高，如按照标准制造“8”型砂模，在液压强度试验机上测得的粘结强度较高。而且其制备过程中无须真空脱水，减少工艺流程，缩短生产周期，避免给环境造成污染的同时，提高经济效益。

具体实施方式

本发明利用高速剪切机一定转速下把有机蒙脱土分散在甲醛溶液中，再与物料比的苯酚在碱性催化剂的作用下发生缩聚反应，控制各个反应段的温度，反应一定时间后，停止反应，待温度降低到室温后收集产品。

本发明将物料比的有机蒙脱土改性酚醛树脂、型砂、硅烷偶联剂KH560快速混合一定时间，在其中加入醋酸甘油酯或者γ-丁内酯，再次快速混合均匀，将型砂倒入“∞”字型模具中，制备模块，成模1h后脱模，恒温24h，测模块的抗拉强度。

实施例一：

酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂由下法得到：按照有机蒙脱土比35～40wt％甲醛水溶液质量比0.3∶100把有机蒙脱土与35～40wt％甲醛水溶液混合，并用高速剪切机以10000转/分的转速剪切15min，然后按苯酚∶甲醛为1∶2.25的物质的量比加入苯酚，搅拌下升温至60℃，按苯酚∶NaOH为1∶0.1的物质的量比加入50wt％的NaOH水溶液，反应0.5h，再按苯酚∶KOH为1∶0.4的物质的量比加入50wt％的KOH水溶液，75℃反应4h得到酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂，编号①。

实施例二

酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂由下法得到：按照有机蒙脱土比35～40wt％甲醛水溶液质量比0.5∶100把有机蒙脱土与35～40wt％甲醛水溶液混合，并用高速剪切机以10000转/分的转速剪切15min，然后按苯酚∶甲醛为1∶2.25的物质的量比加入苯酚，搅拌下升温至60℃，按苯酚∶NaOH为1∶0.1的物质的量比加入50wt％的NaOH水溶液，反应0.5h，再按苯酚∶KOH为1∶0.4的物质的量比加入50wt％的KOH水溶液，75℃反应4h得到酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂，编号②。

实施例三

酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂由下法得到：按照有机蒙脱土比35～40wt％甲醛水溶液质量比0.6∶100把有机蒙脱土与35～40wt％甲醛水溶液混合，并用高速剪切机以10000转/分的转速剪切15min，然后按苯酚∶甲醛为1∶2.25的物质的量比加入苯酚，搅拌下升温至60℃，按苯酚∶NaOH为1∶0.1的物质的量比加入50wt％的NaOH水溶液，反应0.5h，再按苯酚∶KOH为1∶0.4的物质的量比加入50wt％的KOH水溶液，75℃反应4h得到酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂，编号③。

实施例四

酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂由下法得到：按照有机蒙脱土比35～40wt％甲醛水溶液质量比0.7∶100把有机蒙脱土与35～40wt％甲醛水溶液混合，并用高速剪切机以10000转/分的转速剪切15min，然后按苯酚∶甲醛为1∶2.25的物质的量比加入苯酚，搅拌下升温至60℃，按苯酚∶NaOH为1∶0.1的物质的量比加入50wt％的NaOH水溶液，反应0.5h，再按苯酚∶KOH为1∶0.4的物质的量比加入50wt％的KOH水溶液，75℃反应4h得到酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂，编号④。

实施例五

酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂由下法得到：按照有机蒙脱土比35～40wt％甲醛水溶液质量比0.8∶100把有机蒙脱土与35～40wt％甲醛水溶液混合，并用高速剪切机以10000转/分的转速剪切15min，然后按苯酚∶甲醛为1∶2.25的物质的量比加入苯酚，搅拌下升温至60℃，按苯酚∶NaOH为1∶0.1的物质的量比加入50wt％的NaOH水溶液，反应0.5h，再按苯酚∶KOH为1∶0.4的物质的量比加入50wt％的KOH水溶液，75℃反应4h得到酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂，编号⑤。

实施例六

酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂由下法得到：按照有机蒙脱土比35～40wt％甲醛水溶液质量比1.0∶100把有机蒙脱土与35～40wt％甲醛水溶液混合，并用高速剪切机以10000转/分的转速剪切15min，然后按苯酚∶甲醛为1∶2.25的物质的量比加入苯酚，搅拌下升温至60℃，按苯酚∶NaOH为1∶0.1的物质的量比加入50wt％的NaOH水溶液，反应0.5h，再按苯酚∶KOH为1∶0.4的物质的量比加入50wt％的KOH水溶液，75℃反应4h得到酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂，编号⑥。

实施例七

酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂由下法得到：按照有机蒙脱土比35～40wt％甲醛水溶液质量比1.5∶100把有机蒙脱土与35～40wt％甲醛水溶液混合，并用高速剪切机以10000转/分的转速剪切15min，然后按苯酚∶甲醛为1∶2.25的物质的量比加入苯酚，搅拌下升温至60℃，按苯酚∶NaOH为1∶0.1的物质的量比加入50wt％的NaOH水溶液，反应0.5h，再按苯酚∶KOH为1∶0.4的物质的量比加入50wt％的KOH水溶液，75℃反应4h得到酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂，编号⑦。

实施例八

称取600g都昌砂(50目)，按照树脂比都昌砂，质量比为1.5∶100分别加入上述编号依次为①、②、③、④、⑤、⑥和⑦的酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂中，再按照硅烷偶联剂KH560比树脂，质量比0.5∶100分别加入到都昌砂与树脂的混合物中，用手迅速搓动都昌砂1～2min，再按照三醋酸甘油酯比树脂，质量比20∶100分别加入到上述都昌砂与树脂的混合物中，继续搓动都昌砂1～2min，迅速把混合后的都昌砂倒入∞型模具，制得砂模，在30℃下固化24h，按照国家材料实验标准在液压强度实验机上测定其抗拉强度分别为0.24Mpa、0.54Mpa、0.55Mpa、0.53Mpa、0.51Mpa、0.47Mpa、0.44Mpa。

实施例九

称取8份，每份600g都昌砂(50目)，按照树脂比都昌砂，质量比为1.5∶100加入上述编号为②的酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂中，再按照硅烷偶联剂KH560比树脂②，质量比0.5∶100分别加入到都昌砂与树脂②的混合物中，用手迅速搓动都昌砂1～2min，再按照三醋酸甘油酯、单醋酸甘油酯比树脂②，质量比5∶100、10∶100、15∶100、20∶100、25∶100、30∶100、35∶100、40∶100分别加入到上述都昌砂与树脂②的混合物中，继续搓动都昌砂1～2min，迅速把混合后的都昌砂(50目)倒入∞型模具，制得砂模，在30℃下固化24h，按照国家材料实验标准在液压强度实验机上测定其抗拉强度，三醋酸甘油酯：0.08Mpa、0.18Mpa、0.27Mpa、0.63Mpa、0.72Mpa、0.49Mpa、0.47Mpa、0.46Mpa；单醋酸甘油酯：0.04Mpa、0.10Mpa、0.17Mpa、0.23Mpa、0.30Mpa、0.45Mpa、0.49Mpa、0.44Mpa。

实施例十

称取5份，每份600g都昌砂(50目)，按照树脂比都昌砂，质量比为2.5∶100加入上述编号为②的酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂中，再按照硅烷偶联剂KH560比树脂，质量比0.5∶100分别加入到都昌砂与树脂②的混合物中，用手迅速搓动都昌砂1～2min，再按照三醋酸甘油酯、单醋酸甘油酯比树脂②，质量比10∶100、20∶100、25∶100、30∶100、40∶100分别加入到上述都昌砂与树脂②的混合物中，继续搓动都昌砂1～2min，迅速把混合后的都昌砂(50目)倒入∞型模具，分别制得砂模，在30℃下固化24h，按照国家材料实验标准在液压强度实验机上测定其抗拉强度，三醋酸甘油酯：0.30Mpa、0.55Mpa、1.09Mpa、0.94Mpa、0.92Mpa；γ-丁内酯：0.24Mpa、0.67Mpa、0.99Mpa、0.80Mpa、0.48Mpa。

实施例十一

称取7份，每份600g都昌砂(50目)，按照树脂比都昌砂，质量比为1.0∶100、1.5∶100、2.0∶100、2.5∶100、2.75∶100、3.0∶100、3.25∶100加入上述编号为②的酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂中，再按照硅烷偶联剂KH560比树脂②，质量比0.5∶100分别加入到都昌砂与树脂②的混合物中，用手迅速搓动都昌砂1～2min，再按照三醋酸甘油酯比树脂②，质量比20∶100分别加入到上述都昌砂与树脂②的混合物中，继续搓动都昌砂1～2min，迅速把混合后的都昌砂(50目)倒入∞型模具，制得砂模，在30℃下固化24h，按照国家材料实验标准在液压强度实验机上测定其抗拉强度：0.07Mpa、0.39Mpa、0.41Mpa、0.69Mpa、1.14Mpa、1.69Mpa、1.49Mpa。

实施例十二

称取18份，每份600g都昌砂(50目)，按照树脂比都昌砂，质量比为1.5∶100加入上述编号为②的酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂中，再分别按照硅烷偶联剂KH560、KH560和KH570比树脂②，分别把质量比依次为0.1∶100、0.3∶100、0.5∶100、0.6∶100、0.8∶100、1.0∶100分别加入到都昌砂与树脂②的混合物中，用手迅速搓动都昌砂1～2min，再按照三醋酸甘油酯比树脂②，质量比20∶100分别加入到上述都昌砂与树脂②的混合物中，继续搓动都昌砂1～2min，迅速把混合后的都昌砂(50目)倒入∞型模具，制得砂模，在30℃下固化24h，按照国家材料实验标准在液压强度实验机上测定其抗拉强度：KH550：0.51Mpa、0.83Mpa、0.91Mpa、0.94Mpa、1.02Mpa、1.03Mpa；KH560：0.62Mpa、1.05Mpa、1.16Mpa、1.17Mpa、1.18Mpa、1.19Mpa；KH570：0.16Mpa、0.23Mpa、0.25Mpa、0.24Mpa、0.16Mpa、0.16Mpa。

实施例十三

称取18份，每份600g都昌砂(50目)，按照树脂比都昌砂，质量比为1.5∶100加入上述编号为②的酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂中，再按照硅烷偶联剂KH560比树脂②，质量比0.5∶100分别加入到都昌砂与树脂②的混合物中，用手迅速搓动都昌砂1～2min，再分别按照三醋酸甘油酯、单醋酸甘油酯、γ-丁内酯比树脂②，质量比20∶100分别加入到上述都昌砂与树脂②的混合物中，继续搓动都昌砂1～2min，迅速把混合后的都昌砂(50目)倒入∞型模具，制得砂模，分别在30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、60℃固化24h，按照国家材料实验标准在液压强度实验机上测定其抗拉强度，单醋酸甘油酯：0.23Mpa、0.34Mpa、0.43Mpa、0.44Mpa、0.46Mpa、0.42Mpa；三醋酸甘油酯：0.63Mpa、0.71Mpa、0.74Mpa、0.76Mpa、0.80Mpa、0.7Mpa；γ-丁内酯：0.34Mpa、0.45Mpa、0.48Mpa、0.52Mpa、0.57Mpa、0.44Mpa。

实施例十四：

称取24份，每份600g都昌砂(50目)，按照树脂比都昌砂，质量比为1.5∶100加入上述编号为②的酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂中，再按照硅烷偶联剂KH560比树脂②，质量比0.5∶100分别加入到都昌砂与树脂②的混合物中，用手迅速搓动都昌砂1～2min，再分别按照三醋酸甘油酯、单醋酸甘油酯、γ-丁内酯比树脂②，质量比20∶100分别加入到上述都昌砂与树脂②的混合物中，继续搓动都昌砂1～2min，迅速把混合后的都昌砂(50目)倒入∞型模具，制得砂模，分别固化1h、2h、4h、8h、12h、16h、20h、24h，按照国家材料实验标准在液压强度实验机上测定其抗拉强度，单醋酸甘油酯：0.04Mpa、0.09Mpa、0.10Mpa、0.18Mpa、0.19Mpa、0.25Mpa、0.3Mpa、0.30Mpa；三醋酸甘油酯：0.25Mpa、0.35Mpa、0.40Mpa、0.45Mpa、0.48Mpa、0.52Mpa、0.54Mpa、0.60Mpa：γ-丁内酯：0.11Mpa、0.19Mpa、0.24Mpa、0.26Mpa、0.28Mpa、0.31Mpa、0.33Mpa、0.36Mpa。

Claims

1.一种酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂粘结剂，由质量比为1∶0.05～0.40∶0.001～0.010的酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂、醋酸甘油酯或者γ-丁内酯和硅烷偶联剂组成。

2.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征是，酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂由下述方法得到：按照有机蒙脱土与35～40wt％甲醛水溶液质量比为0.1～1.5∶100的比例，将有机蒙脱土与甲醛水溶液混合，并用高速剪切机以10000～28000转/分的转速剪切5～25min，然后按苯酚∶甲醛为1∶1.5～3.0的物质的量比加入苯酚，搅拌下升温至50～70℃，按苯酚∶NaOH为1∶0.1～0.5的物质的量比加入45～55wt％的NaOH水溶液，反应0.5h～1h，再按苯酚∶KOH为1∶0.1～1.0的物质的量比加入45～55wt％的KOH水溶液，70～80℃反应1h～5h。

3.根据权利要求1或2所述的粘结剂，其特征是：醋酸甘油酯为三醋酸甘油酯、二醋酸甘油酯或单醋酸甘油酯。

4.根据权利要求1或2所述的粘结剂，其特征是：硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH560或硅烷偶联剂KH570。

5.权利要求1或2或3所述的酯固化有机蒙脱土改性酚醛树脂粘结剂在制备铸钢件砂模中的应用。