CN106563766A - 低氨环保树脂覆膜砂的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明低氨环保树脂覆膜砂的制备工艺，通过环保型酚醛树脂、非胺类活性有机物完全替代长期以来所使用的乌洛托品固化剂，解决了覆膜砂树脂膜的微观相分离，保证了固化速度和强度的基本要求，并实现了覆膜砂的制芯过程中有害气相排放物的改善。经测试与在铸铝、铸铁、铸钢规模化应用结果表明：与普通树脂覆膜砂相比，新型无氨环保覆膜砂在保证其性能不变的情况下，制芯过程中的恶臭类气体氨气排放大幅减少，浇注时气相有机污染物降低，溃散性、膨胀性、高温退让性等关键性能明显提高，是一种很有发展前途的新型无氨环保覆膜砂。

Description

低氨环保树脂覆膜砂的制备工艺

技术领域

本发明涉及铸造领域，具体涉及一种低氨环保树脂覆膜砂的制备工艺。

背景技术

树脂覆膜砂通常是指用于模具制芯热固化工艺使用的，骨料为耐高温无机天然石英砂或人工砂，骨料表面裹覆了一层有机高分子树脂的铸造材料。随着铸造行业的绿色环保性的要求越来越高，由于覆膜砂含有的乌洛托品固化剂，在制芯时随着树脂加热固化而发生的物理化学过程中，会向作业环境大量排放如氨气等的有害物质，严重地污染工作环境，给操作工人的身体带来严重的危害，76ppm的氨气对人的粘膜有刺激；当浓度达到300ppm时，粘膜表面会受到损伤；如果浓度更高，则会引起眼睑浮肿、咳嗽、呼吸困难和呕吐等症状，甚至引起细支气管和肺泡充血、浮肿、出血及肺气肿等疾病，长期低浓度的氨气也可引起慢性肺部疾病。通过检测铸造工厂的制芯车间不同部位氨气的浓度，我们发现在车间排风口测试的氨气浓度在15-30ppm，在车间射芯区域2m内测试的氨浓度为35-150ppm，其它区域测试氨的浓度为20-120ppm，平均浓度为60ppm，这个浓度远远超出了人能长期呼吸的浓度。因此，在现在普遍使用的含有潜伏性固化剂乌洛托品的覆膜砂基础上开发出全新的具有低氨气味的覆膜砂产品是技术进步的必然，减少制芯氨气的排放，降低对工人健康的影响。有利于提高树脂覆膜砂的环境友好性能的同时，也给树脂覆膜砂制造商提出技术改进要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低氨环保树脂覆膜砂的制备工艺，通过改进工艺方法和工艺参数，降低制芯时有害氨的生成量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：低氨环保树脂覆膜砂的制备工艺，包括以下步骤：

第一步，将烧砂加热到140-160℃；

第二步，加入环保型酚醛树脂，添加剂A，混制时间为20-40s；

第三步，再将砂温降至110-130℃，加入添加剂B和/或添加剂A、非氨类固化剂和/或乌洛托品，混制30-60s；

第四步，吹冷风降温，吹冷风持续时间为40-90s；

第五步，加入隔离剂，混制时间为10-20s；

第六步，过筛，进入进一步冷却器中冷却至30～60℃，优选30～40；

第七步，过筛；

第八步，装入含有塑料内袋的编织袋，得到低氨环保树脂覆膜砂。

进一步改进，每8000g低氨环保树脂覆膜砂，环保性酚醛树脂0.8～3％，加水0～80g，非胺类固化剂0.064～0.5％，乌洛托品0～0.3％，添加剂B 0.002～0.02％，添加剂A40～160g。

进一步改进，在加入非氨固化剂和/或乌洛托品前加冷却水。

进一步改进，所述吹冷风时间为60～80s。

进一步改进，所述添加剂A为复合耐高温添加剂。添加剂A为粉体功能材料，主体材料是无机氧化物和盐类、有机功能材料、碳及含碳化合物、表面活性剂等等，通过添加这系列材料可使低氨树脂覆膜砂在1000℃高温环境下15～40分钟砂芯不断裂，比传统树脂覆膜砂耐高温时间延长3～10倍；可使低氨树脂覆膜砂在1000℃高温环境下的激热膨胀率比传统树脂覆膜砂降低5～15％。

进一步改进，所述添加剂B为复合抗砂结块添加剂。

进一步改进，为降低制芯游离苯酚和游离甲醛的排放，工艺温度提高3～20℃，优选3～15℃，最优为5～10℃，同时也有利于提高低氨树脂覆膜砂的熔点和混砂出砂性、成品耐储存性和强度。

进一步改进，冷却风湿度10～60％，优选30～45％，最优为30～35％。

采用上述技术方案时，由于覆膜砂在燃烧时产生烟气的主要来源为乌洛托品的燃烧，通过设计开发出的环保型酚醛树脂的应用，使用非胺类活性有机物作为潜伏性固化剂，完全替代长期以来所使用的乌洛托品固化剂，从高分子材料学的微相合金理论、固化动力学理论出发设计出一种全新的覆膜砂制备工艺，解决了覆膜砂树脂膜的微观相分离，保证了固化速度和强度的基本要求，并实现了覆膜砂的制芯过程中有害气相排放物的改善。经测试与在铸铝规模化应用结果表明：与普通树脂覆膜砂相比，新型无氨环保覆膜砂在保证其性能不变的情况下，制芯过程中的恶臭类气体氨气排放大幅减少，浇注时气相有机污染物降低，溃散性明显提高，覆膜砂的膨胀率降低，是一种很有发展前途的新型无氨环保覆膜砂。

具体实施方式

低氨环保树脂覆膜砂的制备工艺，包括以下步骤：

第一步，将烧砂加热到140-160℃；

第二步，加入环保型酚醛树脂，添加剂A，混制时间为20-40s；

第三步，再将砂温降至110-130℃，加入添加剂B和/或添加剂A、非氨类固化剂和/或乌洛托品，混制30-60s；

第四步，吹冷风降温，吹冷风持续时间为40-90s；

第五步，加入隔离剂，混制时间为10-20s；

第六步，过筛，进入进一步冷却器中冷却至30～60℃，优选30～40；

第七步，过筛；

第八步，装入含有塑料内袋的编织袋，得到低氨环保树脂覆膜砂。

每8000g低氨环保树脂覆膜砂，环保性酚醛树脂0.8～3％，加水0～80g，非胺类固化剂0.064～0.5％，乌洛托品0～0.3％，添加剂B 0.002～0.02％，添加剂A 40～160g。

使用优选的树脂添加不同的乌洛托品，在不同温度下测试固化气相氨气的排放量，并以此为低氨覆膜砂氨气排放上限和降低幅度的评价依据。通过测试结果表1：

表1不同乌洛托品加入量的氨气量(气相色谱法)

从测试结果看，减少乌洛托品加入比例则可降低制芯氨气排放量，当乌洛托品加入量比为树脂量的2％时，氨气可比传统乌洛托品加入量14％时降低60％以上。因此，减少传统潜伏性固化剂乌洛托品是制备低氨覆膜砂的一个材料配方工艺途径。

表2新型无氨覆膜砂与原产品特性对比表

从以上表中数据可以看出，新型无氨覆膜砂与原产品相比氨气降低达90％以上，其它参数除即时强度略低于原产品外(低5.6％)，其余都优于原产品或与原产品相当，说明新型无氨覆膜砂可以代替原产品用于铸造，其氨气降低非常显著，完全能使造型工段氨的浓度小于30mg/m³，从而符合我国劳动保护的规定。

其中，环保型酚醛树脂是属于热塑性酚醛树脂,其化学反应的组分为甲醛与苯酚，通常的甲醛与苯酚的物质量比通常为1:1.1～1.25,这样的组分配比常常使得树脂合成反应的不完全性,使得热塑性酚醛树脂中含有一定量的游离酚,在储存、混炼和固化过程中游离酚会弥散在空气中,严重危害工人健康并造成环境污染。本发明采用醛酚比为1:1.05～1.09组方，采用有机弱酸或有机弱酸锌等催化剂进行催化生产的酚醛树脂。这种类型的树脂游离酚和游离醛均很低，通常游离酚小于2％，游离醛低于0.5％。而其他工艺组方生产的酚醛树脂的游离酚会达到5％左右，游离醛会达到2％左右。

非氨类固化剂是一种具有能与酚醛树脂反应官能团发生化学反应的，不含有氨基的有机活性物质，它们包括含有能与酚羟基发生反应的官能团，如：羧基、环氧基、氰基、醛基、羰基醚基等官能团的有机化合物或聚合物。这种固化剂在酚醛树脂弱酸性环境下可与酚醛树脂的酚羟基发生加成反应，实现从线性分子向体型网状结构的分子转变，为覆膜砂芯固结成型需要一定强度提供了有效的支撑。

固化剂采用了高分子化学的缩聚加成技术方法，利用高分子材料学的微相合金成型机理，通过新型固化剂中含有的能与酚醛树脂反应基团发生凝胶固化的基团组分发生接枝共聚、交联结晶等反应，在保证固化动力学前提下，实现了减少传统树脂覆膜砂固化剂乌洛托品量比而不会降低树脂覆膜砂的强度的效果。保证了树脂覆膜砂的表观固化速度、强度的基本要求，从材料的源头解决了不添加或少添加长期使用的会排放大量恶臭气相物的乌洛托品固化剂的同时，实现了降低覆膜砂的制芯和浇注过程中有害气相排放物目的。

添加剂B是一种为避免树脂覆膜砂颗粒界面见发生集聚、粘附成团的功能材料。它们包括高分子量的有机脂肪酸皂(钾皂、钠皂、铵皂、锌皂等)、脂肪酸、石蜡、甘油、凡士林等、脂肪酸酰胺(如硬脂酸酰胺等)、以及脂肪酸皂与脂肪酸酰胺的混合物、硅酮类物质(如有机硅油、硅油、聚二甲基硅氧烷等)、低分子量聚乙烯、无机隔离剂如滑石粉、云母粉以及陶土、白粘土等为主要组分配置的复合物等等

添加剂A是一种以无机氧化物为基本骨料，复合有有机表面活性剂的粉体材料，无机氧化物包括铝、钠、钾、钙、铁、锰、镁、钡、硅、钛、锆等元素的氧化物加工形成的骨料颗粒，并在表面通过表面活性剂处理后制备而成。

基于低氨树脂覆膜砂配方工艺基础前提下，通过采用提高覆膜温度、延长混砂周期、适度控制降温速率、调整覆膜降温方式组合形成的新制砂工艺，实现了制备而成的低氨树脂覆膜砂具有与加入高比例量乌洛托品(12～18％)传统树脂覆膜砂相同强度和熔点的低氨树脂覆膜砂产品，并在此基础上实现了树脂加入量相同时，更低的发气量(降低1～2毫升/克)，更低的氨气排放量(降低制芯氨气排放量比30～95％，优选60～95％)，更低的游离苯酚排放量(降低制芯游离苯酚排放量比10～50％，优选30～50％)，更低的游离甲醛排放量(降低制芯游离甲醛排放量比5～30％，优选10～30％)，铸件在700～1550℃浇注时每公斤砂芯降低气相污染物VOCs和HAP排放总量10～30％(优选15～30％)。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本发明所省略描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (6)

1.低氨环保树脂覆膜砂的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将烧砂加热到140-160℃；

第二步，加入环保型酚醛树脂，添加剂A，混制时间为20-40s；

第三步，再将砂温降至110-130℃，加入添加剂B和/或添加剂A、非氨类固化剂和/或乌洛托品，混制30-60s；

第四步，吹冷风降温，吹冷风持续时间为40-90s；

第五步，加入隔离剂，混制时间为10-20s；

第六步，过筛，进入进一步冷却器中冷却至30～60℃，优选30～40；

第七步，过筛；

第八步，装入含有塑料内袋的编织袋，得到低氨环保树脂覆膜砂。

2.根据权利要求1所述的低氨环保树脂覆膜砂的制备工艺，其特征在于，每8000g低氨环保树脂覆膜砂，环保性酚醛树脂0.8～3%，加水0～80g，非胺类固化剂0.064～0.5%，乌洛托品0～0.3%，添加剂B 0.002～0.02%，添加剂A 40～160g。

3.根据权利要求1所述的低氨环保树脂覆膜砂的制备工艺，其特征在于，在加入非氨固化剂和/或乌洛托品前加冷却水。

4.根据权利要求1所述的低氨环保树脂覆膜砂的制备工艺，其特征在于，所述吹冷风时间为60～80s。

5.根据权利要求1所述的低氨环保树脂覆膜砂的制备工艺，其特征在于，所述添加剂A为复合耐高温添加剂。

6.根据权利要求1所述的低氨环保树脂覆膜砂的制备工艺，其特征在于，所述添加剂B为复合抗砂结块添加剂。