CN104087218B - 铸造砂芯粘合剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铸造砂芯粘合剂及其制备方法。该粘结剂主要成分为苯基苯酚甲醛树脂，另外还含有烷基苯酚甲醛树酯，烷基苯酚甲醛树酯的含量优选为25％～30％。本铸造砂芯粘合剂可以将重量比0.3～0.5：1：1.3～1.6的腰果壳油、邻苯基苯酚和甲醛混合，采用大孔强碱阴离子交换树脂作催化剂进行缩合方法制备，还可以采用苯基苯酚甲醛树脂与烷基苯酚甲醛树酯混合方法制备。本铸造砂芯粘结剂制备工序简便、环保高效，工艺易于操作，用于铸造生产能显著提高砂芯抗弯强度，并大幅减少铸件的裂纹缺陷。

Description

铸造砂芯粘合剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种树脂粘合剂及其制备方法，具体涉及一种新型铸造砂芯粘合剂及其制备方法，属于化工新材料及其催化合成技术领域。

背景技术

苯基苯酚甲醛树脂，外观为粘稠状红棕色液体，粘度300～600CP(20℃)，作为铸造业常用的砂芯粘合剂，与其类型的砂芯粘合剂相比，用苯基苯酚甲醛树脂所粘合的砂芯其抗弯性、抗拉性、流动性、透气性和固化时间等指标都比较理想。

目前国内已有利用无机酸、无机碱、固体酸(大孔强酸性阳离子交换树脂)催化制备酚类系树脂的文献报导，也有利用氢氧化钠催化制备苯基苯酚甲醛树脂的文献报导，但现有苯基苯酚甲醛树脂产品生产工艺以邻苯基苯酚和甲醛为原料，在氢氧化钠等催化剂作用下，经催化缩合、中和、水洗、萃取、真空蒸馏制得，但工艺生产过程中废水量大，严重污染环境，且PH值的中和调节操作难度大，产品质量较差。

铸造砂芯现用的合成树脂粘结剂是以尿素、甲醛、苯酚为主要原材料，在一定催化剂的作用下，经过缩聚而成的高分子量的化合物。铸件材料和环保的要求，使合成树脂中尿素、甲醛和苯酚的用量受到一定的限制；随着铸造业的高速发展，铸造型(芯)砂合成树脂粘结剂的需用量的不断扩大，寻找性能优异、供应充足和间隔始终的合成树脂用新型原材料，有利于合成树脂的持续发展和供应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型铸造砂芯粘合剂及其制备方法，以克服现有制备方法的不足。

本发明解决现有问题的技术方案如下：

一种新型铸造砂芯粘合剂，主要成分为苯基苯酚甲醛树脂，并含有烷基苯酚甲醛树酯，烷基苯酚甲醛树酯结构式为：上述新型铸造砂芯粘合剂中烷基苯酚甲醛树酯的含量优选为25％～30％

上述烷基苯酚甲醛树酯的制备方法如下：

(1)原料称量与混合：将腰果壳油、溶剂、甲醛计量后依次加入到三口容器或烧瓶中，开始搅拌，缓慢加热升温，转速控制在100～300r/min；烧瓶内混合液升温至28℃时加入催化剂，使催化剂与溶液充分混合；上述腰果壳油、甲醛的重量比优选1：1.0～1.2；上述溶剂为95％乙醇，用量为腰果壳油和甲醛总量的35％～45％，所述甲醛为37％的工业级产品。上述催化合成方法中采用的催化剂为大孔强碱阴离子交换树脂，其用量(重量比)为邻苯基苯酚的50～70％。

(2)催化反应：将反应体系升温并控制在33～37℃，反应5～6h；

(3)抽滤：将反应后溶液进行抽滤，并回收催化剂；

(4)蒸馏：将滤液放入一新的三口容器或烧瓶中，100～300r/min搅拌，加热蒸馏，即得到烷基苯酚甲醛树酯，蒸馏温度为80～105℃

上述述新型铸造砂芯粘合剂的制备方法，还可以按照以下步骤进行：

将腰果壳油、邻苯基苯酚、溶剂、甲醛计量依次加入到三口容器或烧瓶中，开始搅拌，缓慢加热升温，转速控制在100～300r/min；烧瓶内混合液升温至28℃时加入催化剂，使催化剂与溶液充分混合；将反应体系升温并控制在33～37℃，反应5～6h；然后将反应后溶液进行抽滤，并回收催化剂；最后将滤液放入一新的三口容器或烧瓶中，100～300r/min搅拌，加热蒸馏，即得到本新型铸造砂芯粘合剂。上述邻苯基苯酚为99％分析纯产品，所述甲醛为37％的工业级产品，所述腰果壳油为工业用腰果壳。所述腰果壳油、邻苯基苯酚和甲醛的重量比0.3～0.5：1：1.3～1.6。上述催化合成方法中采用的催化剂为大孔强碱阴离子交换树脂，其用量(重量比)为邻苯基苯酚的50～70％。上述溶剂为95％乙醇，用量为腰果壳油、邻苯基苯酚和甲醛总量的35％～45％。上述加热蒸馏过程中，蒸馏温度为80～105℃。

上述新型铸造砂芯粘合剂制备方法，还可以根据配方设计，称取相应重量份的苯基苯酚甲醛树脂、烷基苯酚甲醛树酯，然后将二者混合均匀即可。

工业用腰果壳油为腰果壳液经脱羧精制而得，其主要成分为腰果酚，腰果酚是间位带有一个长链不饱和烃基的单酚，其分子式如下：

本发明涉及的腰果壳油是一种天然烷基酚，由腰果壳经榨制得腰果壳液，然后经脱羧精制而得，由于它的间位连有一个长链脂肪族烯烃，起到内增塑的作用，所以用腰果油改性的合成树脂具有优良的粘结性能。

上述重量份的原材料组成，按合成树脂使用要求的差异，可以一次性加入反应，也可以分级次加入反应。根据所用甲醛浓度的不同和对合成树脂水分的不同要求，生产过程中可以对物料体系进行浓缩脱水，也可以不进行浓缩脱水。

邻苯基苯酚甲醛树脂的存在使得粘结剂的粘度降低，流动性好，发气量好，而烷基苯酚甲醛树酯的存在增加了粘合剂的粘度，但粘合剂的耐高温性能提高，粘结性能大大提高，铸件裂纹明显减少。用腰果壳油合成的粘结剂的抗弯强度在5.3MPa以上，较普通的酚醛树脂粘结剂3.3MPa抗弯强度提高61％以上，经铸造现场使用后的统计数据显示，铸件裂纹数量由每件平均30条以上，降低为每件平均20条以下，铸件裂纹数量减少33％以上。该发明的铸造砂芯树脂粘合剂用于铸造生产，能够明显减少铸件的裂纹缺陷。

本发明的有益效果是：

直接采用苯基苯酚甲醛树脂与烷基苯酚甲醛树酯配制新型铸造砂芯粘合剂，或以腰果壳油、邻苯基苯酚和甲醛为原料，在大孔强碱性阴离子交换树脂催化作用下进行缩合反应，反应完成后过滤除去催化剂，对滤液蒸馏得到产品，其工艺简单便捷，环保高效，催化合成新型铸造砂芯粘合剂或催化合成烷基苯酚甲醛树酯的方法还能省掉了中和、水洗、萃取等中间工序，无新增废水排放，不需PH值调节，易于操作、产品质量好。新型粘合剂耐高温性能提高，粘结性能大大提高，铸造现场使用本发明的铸造砂芯树脂能够明显减少铸件的裂纹缺陷。

附图说明

图1为烷基苯酚甲醛树酯催化缩合反应式示意图；

图2为本发明工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例进一步阐明本发明的方案及效果。

实施例1

见图1反应式，将一干燥的三口烧瓶放入水溶锅中固定并安装好搅拌，三口烧瓶两个支口分别装上球型回流冷凝管和温度计。然后将腰果壳油、溶剂、甲醛按配方(见表1)计量依次加入到三口烧瓶中，开始搅拌加热，缓慢升温，搅拌转速控制在100～300r/min内。在反应溶液28℃时加入催化剂并使催化剂与溶液充分混合，三口瓶内温度保持在33～37℃，反应至5～6h后终止反应，过滤掉催化剂。

表1

将三口烧瓶固定于套式电加热恒温器中，三口烧瓶两个支口分别连上直型冷凝管和温度计，然后将过滤所得溶液放入到三口烧瓶中，开始搅拌加热，转速控制在100～300r/min内，进行升温蒸馏脱水及溶剂，产品上恒温真空蒸馏脱去水及溶剂，在80～105℃馏出液，无流出液为止，然后停止加热、冷却，得到烷基苯酚甲醛树酯，备用。

实施例2

按照烷基苯酚甲醛树酯与苯基苯酚甲醛树脂25:75的质量比，称取两种树脂，将其混合均匀，即得到本新型铸造砂芯粘合剂。

实施例3

按照烷基苯酚甲醛树酯与苯基苯酚甲醛树脂30:70的质量比，称取两种树脂，将其混合均匀，即得到本新型铸造砂芯粘合剂。

实施例4

见图2工艺流程图，将一干燥的三口烧瓶放入水溶锅中固定并安装好搅拌，三口烧瓶两个支口分别装上球型回流冷凝管和温度计。然后将苯基苯酚、腰果壳油、溶剂、甲醛按配方(见表2)计量依次加入到三口烧瓶中，开始搅拌加热，缓慢升温，搅拌转速控制在100～300r/min内。在反应溶液28℃时加入催化剂并使催化剂与溶液充分混合，三口瓶内温度保持在33～37℃，反应至5～6h后终止反应，过滤掉催化剂。

三口烧瓶固定于套式电加热恒温器中，三口烧瓶两个支口分别连上直型冷凝管和温度计，然后将过滤所得溶液放入到三口烧瓶中，开始搅拌加热，转速控制在100～300r/min内，进行升温蒸馏脱水及溶剂，产品上恒温真空蒸馏脱去水及溶剂，在80～105℃馏出液，无流出液为止，然后停止加热、冷却，得到黄色透明液体即本发明的新型铸造砂芯粘合剂产品。经检测其粘度为465CP(20℃)，抗弯强度为5.5Mpa。

表2

Claims (2)

1.一种铸造砂芯粘合剂，主要成分为苯基苯酚甲醛树脂，其特征在于还含有重量百分比为25％～30％烷基苯酚甲醛树脂，烷基苯酚甲醛树脂结构式为：

所述烷基苯酚甲醛树脂的制备方法如下：

原料称量与混合：将腰果壳油、溶剂、浓度为37％的甲醛计量后依次加入到三口容器或烧瓶中，开始搅拌，缓慢加热升温，转速控制在100～300r/min；烧瓶内混合液升温至28℃时加入催化剂，使催化剂与溶液充分混合；所述腰果壳油、甲醛的重量比为1：1.0～1.2；所述溶剂为95％乙醇，用量为腰果壳油和甲醛总量的35％～45％；

催化合成反应：将反应体系升温并控制在33～37℃，反应5～6h；

抽滤：将反应后溶液进行抽滤，并回收催化剂；

蒸馏：将滤液放入一新的三口容器或烧瓶中，100～300r/min搅拌，在温度为80～105℃加热蒸馏，即得到烷基苯酚甲醛树脂。

2.一种铸造砂芯粘合剂的制备方法，其特征在于，其原料为腰果壳油、邻苯基苯酚、溶剂和甲醛；包括以下步骤：

原料称量与混合：将腰果壳油、邻苯基苯酚、溶剂、甲醛计量后依次加入到三口容器或烧瓶中，开始搅拌，缓慢加热升温，转速控制在100～300r/min；烧瓶内混合液升温至28℃时加入催化剂，使催化剂与溶液充分混合；

催化反应：将反应体系升温并控制在33～37℃，反应5～6h；

抽滤：将反应后溶液进行抽滤，并回收催化剂；

蒸馏：将滤液放入一新的三口容器或烧瓶中，100～300r/min搅拌，加热蒸馏，即得到铸造砂芯粘合剂；

所述腰果壳油、邻苯基苯酚和甲醛的重量比为0.3～0.5：1：1.3～1.6；

所述催化反应中采用的催化剂为大孔强碱阴离子交换树脂，其重量为邻苯基苯酚的50～70％；

所述溶剂为95％乙醇，用量为腰果壳油、邻苯基苯酚和甲醛总量的35％～45％；

所述加热蒸馏的蒸馏温度为80～105℃；

所述邻苯基苯酚为99％分析纯产品，所述甲醛为37％的工业级产品，所述腰果壳油为工业用腰果壳。