CN102632191A - 一种酸固化粘结剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种酸固化粘结剂，包括天然资源中提取的植物酚、糠醇和糠醛，以及强碱类催化剂和尿素，其组分配方以重量百分率计为：植物酚5０～７０％；糠醇２０～4０％，糠醛0～20%，尿素0～15%，催化剂0～1０％。其制备方法包括：按重量百分率称取原材料，将植物酚、糠醛和尿素加入反应釜中，升温至４０℃～6０℃时加入催化剂，保温０．５－１.5小时，升温至80℃～90℃，保温０．５－１.5小时，升温至10０℃～120℃，保温０．５－１.5小时，降温至４０℃～6０℃，加入糠醇调PH值，PH值为4——5.5时，升温至90℃～110℃，反应０．５－１.5小时；降温至４０℃～6０℃，PH值调至6--7。

Description

一种酸固化粘结剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种不污染环境的化学粘结剂，特别一种适用于铸造行业生产的酸固化粘结剂，及其制备方法。
背景技术
铸造行业所用的型砂是由混有合适粘合剂的砂子等组成的。粘合剂在砂的颗粒之间产生牢固的粘接，赋予型砂所必需的机械稳定性。进入本世纪以来，全世界铸造行业面对着两个方面的挑战：一是对铸件质量的要求不断提高；再就是对环境保护和清洁生产方面的要求日趋严格。而目前铸造行业用的一类粘合剂是酚醛树脂，例如呋喃树脂、碱酚醛树脂、甲阶酚醛树脂和水玻璃树脂。这些树脂在铸造加热过程中均释放有害成分甲醛与苯酚，因此浇注时污染严重，作业环境威胁工人的身体健康。同时生产中产生大量废弃砂，消耗大量自然资源并造成环境污染，铸件质量低于国际标准。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的粘合剂在使用过程中释放甲醛和苯酚等有害烟气、配制的型砂再生率低、废砂排放量大的缺点，提出了一种不污染环境的酸固化粘结剂，从而有效解决了现有技术的缺点。
本发明是这样实现的：一种酸固化粘结剂，包括从天然资源中提取的植物酚、从天然资源中提取的糠醇和糠醛，以及强碱类催化剂和尿素，其组分配方以重量百分率计为：植物酚5０～７０％；糠醇２０～4０％，糠醛0～20%，尿素0～15%，催化剂0～1０％。
所述从天然资源中提取的植物酚优选腰果酚、丁香酚或愈创木酚；所述从天然资源中提取的糠醇和糠醛为从玉米芯、燕麦或小麦的麦麸、甘蔗渣或锯木屑中萃取的糠醇和糠醛，优选从玉米芯中或燕麦或小麦的麦麸中萃取的糠醛和糠醇；所述催化剂优选氢氧化钠和/或氢氧化钾。
本发明粘结剂的制备工艺包括如下步骤：
步骤一：按本发明所述的酸固化粘结剂的以重量百分率计的组分配方称取原材料，
步骤二：将植物酚、糠醛，以及尿素，加入至反应釜中，升温至４０℃～6０℃时加入催化剂，保温０．５－１.5小时，
步骤三：升温至温度80℃～90℃，保温０．５－１.5小时，升温至10０℃～120℃，保温０．５－１.5小时，
步骤四：温度降至４０℃～6０℃，加入糠醇调PH值，PH值为4——5.5时，升温至90℃～110℃，反应０．５－１.5小时；降温至４０℃～6０℃，PH值调至6--7。
本发明由于采用以上技术方案，可以具有以下优点：
1、  本发明不含游离甲醛与苯酚。这是铸造用粘结剂消除有害气体方面的一个重要的进步与突破。
2、  本发明用农作物与植物下脚料作原料代替了不可再生的、从石油中提炼的甲醛与苯酚。
3、  用本发明的粘结剂配制的型砂的再生率高达90%--95%，对不可再生的原砂的循环利用创造了良好的条件，大幅度地减少了废砂排放。
4、  本发明的粘结剂强度高，配制的型砂时加入量少，降低成本。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式：
植物酚是天然产物的重要组成部分，是植物的主要次生代谢产物之一,广泛分布于蔬菜、水果、香辛料、谷物、豆类和果仁、果壳等各种高等植物器官中，资源丰富。本发明主要是采用从天然资源中提取的植物酚、糠醇和糠醛，以及强碱类催化剂和尿素制成的，是环保的产品，可用于铸钢、铸铁和有色金属生产的。
实施例1
首先称取原材料，其中含腰果酚70%，从玉米芯中提炼的糠醇20%，从玉米芯中提炼的糠醛2%,尿素6%，氢氧化钾2%。
腰果酚经检测水分和灰分合格后，放入反应釜，同时加糠醛和尿素共聚,加热升温至40℃--60℃，加入氢氧化钾作催化，保温30分钟。然后升温至温度80℃～90℃，保温１.5小时，升温至10０℃～120℃，保温０．５－１.5小时。然后温度降至４０℃～6０℃，加入糠醇调PH值，PH值为4——5.5时，升温至90℃～110℃，反应０．５－１.5小时，再降温至４０℃～6０℃，PH值调至6--7，制得产物。对产物进行各项表征测试，结果表明是所期望的产物。
本发明配制的型砂在浇注后，基本没有刺激气味显，很受到工厂欢迎。某铸造厂两年多的生产实践证明，用本发明配制的型砂的再生装置仅为一级再生机械装置，也无需热法再生。与水玻璃砂、碱酚醛树脂砂相比，减少了设备投资，无需热法再生工序，降低了再生成本。本发明配制的型砂具有良好的使用性能，生产的铸钢件表面质量高，与呋喃树脂砂铸件一样。
实施例2
首先称取原材料，其中含丁香酚60%，从燕麦或小麦的麦麸中提炼的糠醇20%，从燕麦或小麦的麦麸中提炼的糠醛2%,尿素10%，氢氧化钠8%。
丁香酚经检测水分和灰分合格后，放入反应釜，同时加糠醛和尿素共聚,加热升温至50℃--60℃，加入氢氧化钠作催化，保温30分钟。然后升温至温度85℃～90℃，保温１.5小时，升温至105℃～120℃，保温０．５－１小时。然后温度降至5０℃～6０℃，加入糠醇调PH值，PH值为4.5——5时，升温至100℃～110℃，反应０．５－１小时，再降温至5０℃～6０℃，PH值调至6．５--7，制得产物。对产物进行各项表征测试，结果表明是所期望的产物。
实施例3
首先称取原材料，其中含愈创木酚50%，从燕麦或小麦的麦麸中提炼的糠醇25%，从燕麦或小麦的麦麸中提炼的糠醛10%,尿素7%，氢氧化钠8%。
愈创木酚经检测水分和灰分合格后，放入反应釜，同时加糠醛和尿素共聚,加热升温至40℃--55℃，加入氢氧化钠作催化，保温50分钟。然后升温至温度85℃～90℃，保温１小时，升温至110℃～120℃，保温１小时。然后温度降至4０℃～55℃，加入糠醇调PH值，PH值为4.5——5时，升温至110℃～120℃，反应０．５－１小时，再降温至4０℃～55℃，PH值调至6．５--7，制得产物。对产物进行各项表征测试，结果表明是所期望的产物。
实施例4
首先称取原材料，其中含腰果酚55%，从燕麦或小麦的麦麸中提炼的糠醇25%，从燕麦或小麦的麦麸中提炼的糠醛10%,尿素6%，氢氧化钠4%。
腰果酚经检测水分和灰分合格后，放入反应釜，同时加糠醛和尿素共聚,加热升温至50℃--60℃，加入氢氧化钠作催化，保温１小时。然后升温至温度85℃～90℃，保温１.5小时，升温至11０℃～120℃，保温１.5小时。然后温度降至5０℃～6０℃，加入糠醇调PH值，PH值为4.5——5时，升温至100℃～110℃，反应1－１.5小时，再降温至5０℃～6０℃，PH值调至6.5--7，制得产物。对产物进行各项表征测试，结果表明是所期望的产物。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，凡在本发明的精神和原则内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种酸固化粘结剂，其特征在于，包括从天然资源中提取的植物酚、从天然资源中提取的糠醇和糠醛，以及强碱类催化剂和尿素，
所述从天然资源中提取的糠醇和糠醛为从玉米芯、燕麦或小麦的麦麸、甘蔗渣或锯木屑中萃取的糠醇和糠醛，
其组分配方以重量百分率计为：植物酚5０～７０％；糠醇２０～4０％，糠醛0～20%，尿素0～15%，催化剂0～1０％。
2.  根据权利要求1所述的酸固化粘结剂，其特征在于：所述植物酚为腰果酚。
3.  根据权利要求1所述的酸固化粘结剂，其特征在于：所述植物酚为丁香酚。
4.  根据权利要求1所述的酸固化粘结剂，其特征在于：所述植物酚为愈创木酚。
5.  根据权利要求1所述的酸固化粘结剂，其特征在于：所述从天然资源中提取的糠醛和糠醇，为从玉米芯中萃取的糠醛和糠醇。
6.  根据权利要求1所述的酸固化粘结剂，其特征在于：所述从天然资源中提取的糠醛和糠醇，为从燕麦或小麦的麦麸中萃取的糠醛和糠醇。
7.  根据权利要求1所述的酸固化粘结剂，其特征在于：所述催化剂为氢氧化钠和/或氢氧化钾。
8.  一种酸固化粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按权利要求1所述的重量百分率组分配方称取原材料，
步骤二：将植物酚、糠醛，以及尿素，加入至反应釜中，升温至４０℃～6０℃时加入催化剂，保温０．５－１.5小时，
步骤三：升温至温度80℃～90℃，保温０．５－１.5小时，升温至10０℃～120℃，保温０．５－１.5小时，
步骤四：温度降至４０℃～6０℃，加入糠醇调PH值，PH值为4——5.5时，升温至90℃～110℃，反应０．５－１.5小时；降温至４０℃～6０℃，PH值调至6--7。
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