CN101607297A - 铸造用改性酚醛树脂粘结剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铸造用改性酚醛树脂粘结剂的制备方法，属于铸造用粘结剂技术领域。首先对木质素进行羟甲基化改性，然后将羟甲基化木质素与苯酚及甲醛共缩合，最后加入有机膨润土进行复合，制得改性酚醛树脂粘结剂。木质素分子中有酚羟基和醛基，使用木质素，既改善了粘结剂的性质，又节约了苯酚的使用量，降低了甲醛释放量，达到了废物充分利用与保护环境的目的。同时有机膨润土的加入，进一步提高了粘结剂的强度和稳定性。该粘结剂产品的强度高，综合性能好，可以代替合脂油或部分树脂砂来制造II级坭芯，并具有成本低、游离甲醛含量低、良好的贮存稳定性等优点，经济效益显著，可广泛应用于铸造领域。

Description

铸造用改性酚醛树脂粘结剂的制备方法
技术领域
本发明属于铸造用粘结剂技术领域，更具体涉及一种铸造用改性酚醛树脂粘结剂的制备方法。
背景技术
铸造用粘结剂及其使用技术则是影响砂型铸造生产环境和铸型及芯砂性能的主要因素，并且铸造用粘结剂不同于其它用途的粘结剂，在其性能、经济、环境诸方面又有它独特的要求，所以根据铸造粘结剂的要求，研制新型无毒无污染、综合性能优良的铸造粘结剂及其造型、制芯工艺势在必行。传统的铸造用粘结剂如树脂、桐油、水玻璃等都有各自的优点和应用范围，但也都存在一些问题如树脂的成本较高，混砂工艺复杂，造型和浇注时产生强刺激性有毒气体，从而造成环境污染；水玻璃砂溃散性、回用性差；桐油的资源有限，制约着它们的发展与应用，因此，发展无污染、低成本、具有良好溃散性的粘结剂已成为铸造工作者的共识。
酚醛树脂(PF)胶粘剂具有胶粘强度高、耐水及耐候性好等优点，但是，酚醛树脂存在固化温度高、热压时间长、易透胶、原料成本高且原料来源不可再生等缺点，木质素酚醛树脂的研究日益受到人们的重视。
发明内容
本发明目的是提供一种铸造用改性酚醛树脂粘结剂的制备方法，解决现有技术中铸造用粘结剂成本高、污染大、回用性差、性能不好等问题，本发明制备工艺简单、制备的粘结剂强度高、工艺性能好，粘结强度高、良好的贮存稳定性等优点。
本发明铸造用改性酚醛树脂粘结剂的制备方法为，首先对木质素进行羟甲基化改性，然后将羟甲基化木质素与苯酚及甲醛共缩合，最后加入有机膨润土进行复合，制得改性酚醛树脂粘结剂。
本发明铸造用改性酚醛树脂粘结剂的制备方法，所述制备步骤为：
(1)木质素的羟甲基化改性
将木质素用Na0H溶液溶解，加入去离子水，加热并搅拌，缓慢滴入甲醛，恒温反应1-5h；再将反应液倒入去离子水中，搅拌并滴加质量浓度为5％-15％的盐酸至pH值为3-5，析出的固体经抽滤、反复洗涤至洗液为中性，真空干燥，得到羟甲基化木质素。
木质素结构及羟甲基化改性如下所示：其它木质素结构反应式：
木质素的三种基本结构
(1)愈创木基丙烷    (2)紫丁香基丙烷    (3)对羟苯基丙烷
Figure A20091030464500052
木质素的羟甲基化反应
(2)改性酚醛树脂粘结剂的制备
将苯酚和甲醛混合，在催化剂的作用下，保温1-5h后加入步骤(1)得到的羟甲基化木质素，继续反应1-5h，加入有机膨润土，搅拌0.3-1.5h，制得改性酚醛树脂粘结剂。
木质素与酚醛树脂共缩合
本发明的显著优点为：采用木质素为原料之一，来源广泛，成本低廉，木质素是具有苯丙烷骨架的芳香族化合物，其中含有酚羟基、醇羟基、羧基、硫醇基、甲氧基等官能团，是反应性较好的高分子物。该发明中使用木质素，既改善了酚醛树脂粘结剂的性质，又节约了苯酚的使用量，降低了甲醛释放量，达到了废物充分利用与保护环境的目的。同时有机膨润土的加入，进一步提高了粘结剂的强度和稳定性。该粘结剂具有成本低、实用性强、粘结强度高、良好的贮存稳定性等优点，可广泛应用于铸造领域。
具体实施方式
(1)木质素的羟甲基化改性
将木质素用NaOH溶液溶解，加热并搅拌，缓慢滴入甲醛，恒温反应1-5h；再将反应液倒入去离子水中，搅拌并滴加质量浓度为5％-15％的盐酸至pH值为3-5，析出的固体经抽滤、反复洗涤至洗液为中性，真空干燥，得到羟甲基化木质素；
(2)改性酚醛树脂粘结剂的制备
将苯酚和甲醛混合，在催化剂的作用下，保温1-5h后加入步骤(1)得到的羟甲基化木质素，继续反应1-5h，加入有机膨润土，搅拌0.3-1.5h，制得改性酚醛树脂粘结剂。
步骤(1)中甲醛与木质素的用量比为1∶2-1∶8，按质量比计。
步骤(1)中NaOH溶液的质量浓度为3％-15％；NaOH溶液的体积用量按1g木质素溶于8-20mLNaOH溶液计算。
步骤(1)中恒温反应温度为30-90℃。
步骤(2)中苯酚、甲醛及羟甲基化木质素的质量比为2∶2∶1-8∶8∶1。
步骤(2)中所用催化剂为氢氧化钠或草酸；氢氧化钠或草酸的用量为苯酚质量的0.5％～1.5％。
步骤(2)中保温及继续反应温度均为55℃～95℃。
步骤(2)中有机膨润土量为在粘结剂中的质量分数1％-10％。
以下是本发明的几个实施例，进一步说明本发明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
(1)原料：木质素，江苏经纬科技有限公司；
其他原料均为市售普通商品级。
(2)具体制备方法如下：
①木质素的羟甲基化改性
将12g木质素用120mL质量浓度为7％的NaOH溶液溶解，加热并搅拌，缓慢滴入2g甲醛，50℃恒温反应2h；再将反应液倒入去离子水中，搅拌并滴加质量浓度为8％的盐酸至pH值为3，析出的固体经抽滤、反复洗涤至洗液为中性，60℃真空干燥，得到羟甲基化木质素。
②改性酚醛树脂粘结剂的制备
将30g苯酚和30g甲醛混合，加入0.3g氢氧化钠，65℃保温2h后再加入10g步骤(1)得到的羟甲基化木质素，继续反应2h，加入2.2g有机膨润土，搅拌40min，制得改性酚醛树脂粘结剂。
本产品主要用于铸造厂作坭芯粘结剂用。
(3)产品使用方式
①某厂柴油机机体(II级坭芯)，用本粘结剂，其性能指标：干强度2.0～2.5MPa，粘结剂加入量3～4％，根据硅砂情况而变动。烘干温度180℃～200℃，保温时间视具体情况而定。
混砂工艺：硅砂(GB50/100)100％+粘结剂(3％～3.5％)干混5min+水10％(占砂质量)，湿混砂10分钟，出砂造芯。
②某厂为高锰钢及其它耐磨铸件厂，各种大小不等的铸件坭芯，用本粘结剂，混砂工艺：
硅砂(GB50/100)100％+粘结剂(2.5％～4.0％)干混5min+水8～9％(占砂质量)+柴油0.3％～0.5％(占砂质量)，混砂10分钟，出砂造芯。工艺性能：干强度≥1.9MPa，烘干温度180℃～200℃，小件不需烘干能自干。
实施例2
(1)原料：木质素，江苏经纬科技有限公司；
其他原料均为市售普通商品级。
(2)具体制备方法如下：
①木质素的羟甲基化改性
将15g木质素用230mL质量浓度为13％的NaOH溶液加热并搅拌，缓慢滴入5g甲醛，80℃恒温反应4h；再将反应液倒入去离子水中，搅拌并滴加质量浓度为13％盐酸至pH值为4，析出的固体经抽滤、反复洗涤至洗液为中性，60℃真空干燥，得到羟甲基化木质素。
②改性酚醛树脂粘结剂的制备
将30g苯酚和30g甲醛混合，加入0.3g草酸，85℃保温4h后再加入5g步骤(1)得到的羟甲基化木质素，继续反应2h，加入2g有机膨润土，搅拌70min，制得改性酚醛树脂粘结剂。
本产品主要用于铸造厂作坭芯粘结剂用。
(3)产品使用方式
①某厂柴油机机体(II级坭芯)，用本粘结剂，其性能指标：干强度2.2～2.6MPa，粘结剂加入量3～4％，根据硅砂情况而变动。烘干温度180℃～200℃，保温时间视具体情况而定。
混砂工艺：硅砂(GB50/100)100％+粘结剂(3％～3.5％)干混5min+水10％(占砂质量)，湿混砂10分钟，出砂造芯。
②某厂为高锰钢及其它耐磨铸件厂，各种大小不等的铸件坭芯，用本粘结剂，混砂工艺：
硅砂(GB50/100)100％+粘结剂(2.5％～4.0％)干混5min+水8～9％(占砂质量)+柴油0.3％～0.5％(占砂质量)，混砂10分钟，出砂造芯。工艺性能：干强度≥1.9MPa，烘干温度180℃～200℃，小件不需烘干能自干。

Claims (10)

1.一种铸造用改性酚醛树脂粘结剂的制备方法，其特征在于：首先对木质素进行羟甲基化改性，然后将羟甲基化木质素与苯酚及甲醛共缩合，最后加入有机膨润土进行复合，制得改性酚醛树脂粘结剂。
2.根据权利要求1所述的铸造用改性酚醛树脂粘结剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法的具体步骤为：
(1)木质素的羟甲基化改性
将木质素用NaOH溶液溶解，加热并搅拌，缓慢滴入甲醛，恒温反应1-5h；再将反应液倒入去离子水中，搅拌并滴加质量浓度为5％-15％的盐酸至pH值为3-5，析出的固体经抽滤、反复洗涤至洗液为中性，真空干燥，得到羟甲基化木质素；
(2)改性酚醛树脂粘结剂的制备
将苯酚和甲醛混合，在催化剂的作用下，保温1-5h后加入步骤(1)得到的羟甲基化木质素，继续反应1-5h，加入有机膨润土，搅拌0.3-1.5h，制得改性酚醛树脂粘结剂。
3.根据权利要求2所述铸造用改性酚醛树脂粘结剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中甲醛与木质素的用量比为1∶2-1∶8，按质量比计。
4.根据权利要求2所述铸造用改性酚醛树脂粘结剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中NaOH溶液的质量浓度为3％-15％；NaOH溶液的体积用量按1g木质素溶于8-20mLNaOH溶液计算。
5.根据权利要求2所述铸造用改性酚醛树脂粘结剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中恒温反应温度为30-90℃。
6.根据权利要求2所述铸造用改性酚醛树脂粘结剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中苯酚、甲醛及羟甲基化木质素的质量比为2∶2∶1-8∶8∶1。
7.根据权利要求2所述铸造用改性酚醛树脂粘结剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中所用催化剂为氢氧化钠或草酸。
8.根据权利要求7所述铸造用改性酚醛树脂粘结剂的制备方法，其特征在于：氢氧化钠或草酸的用量为苯酚质量的0.5％-1.5％。
9.根据权利要求2所述铸造用改性酚醛树脂粘结剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中保温及继续反应温度均为55℃-95℃。
10.根据权利要求2所述铸造用改性酚醛树脂粘结剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中有机膨润土量为在粘结剂中的质量分数1％-10％。
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