CN108714681B - 一种胺法冷芯盒粘结剂 - Google Patents

一种胺法冷芯盒粘结剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种胺法冷芯盒粘结剂，通过对冷芯盒粘结剂体系中的组分
Figure 224957DEST_PATH_IMAGE001
和组分
Figure 142097DEST_PATH_IMAGE002
分别进行处理，如在组分
Figure 984151DEST_PATH_IMAGE001
中加入重金属离子捕捉剂、絮凝剂和高沸点溶剂，在组分
Figure 379360DEST_PATH_IMAGE002
中加入延缓剂和高沸点溶剂，成功地得到一种可使用时间长的冷芯盒粘结剂。本发明经过处理后的冷芯盒树脂粘结剂两种组分间的反应时间延长，树脂砂的固化速度变慢，得到的冷芯盒粘结剂树脂砂可使用时间可提升1/5~1/3。该胺法冷芯盒粘结剂可用于铸造树脂砂混合料，在气态胺催化下固化形成制造金属铸件的砂型（芯），适用于铸造各类铸钢、铸铁及有色合金铸件。

Description

一种胺法冷芯盒粘结剂
技术领域
本发明涉及铸造粘结剂技术领域，具体涉及一种胺法冷芯盒粘结剂。
背景技术
三乙胺冷芯盒制芯是1968年由美国Ashland油脂化学公司向铸造界推出的一种制芯技术，凭借其生产效率高、砂芯尺寸精度高、溃散性好、综合成本低等众多优点，推出不久便受到国内外铸造行业的欢迎，并得到了广泛的应用。时至今日，它已成为铸造行业最常用的制芯工艺。国内冷芯盒树脂目前用量相对较少，占铸造用树脂粘结剂消费总量的12%左右，但占比逐年上升，显示其未来的市场需求具有较好的增长潜力。
对于三乙胺冷芯盒工艺来说，在造型制芯过程中，将粘结剂两种组分与砂子混合均匀后，需要逐个造型（芯），并非是将所有混合好的树脂砂一次性用完。由于酚醛树脂和聚异氰酸酯在常温无催化剂的情况下也会发生反应，而且机械流水线作业每次混砂相对较多，一般在1-2小时内才能用完，这样树脂砂的可使用时间就显得特别重要。尤其是在高温、高湿条件下或者砂子品质较差时，都会使树脂砂的可使用时间显著缩短。从而导致树脂砂的流动性和型芯的填充密度下降。另外，树脂砂可使用时间短导致树脂砂提前硬化，导致强度降低，使型芯的成品率降低，甚至会影响后续铸件质量。此外，树脂砂可使用时间短，在射芯生产中存在严重的沾模现象，在射芯生产中增加金属模具清理难度，增加车间工人的工作量。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明通过对冷芯盒粘结剂体系中的组份
Figure DEST_PATH_IMAGE002
和组份
Figure DEST_PATH_IMAGE004
分别进行处理，有效的得到一种可使用时间长的冷芯盒粘结剂。
本发明的技术方案是：
一种胺法冷芯盒粘结剂，包括组分
Figure 18109DEST_PATH_IMAGE002
、组分
Figure 935249DEST_PATH_IMAGE004
，其特征在于：所述组分
Figure 714986DEST_PATH_IMAGE002
为一种苯醚型酚醛树脂溶液体系，其成分包括：苯醚型酚醛树脂、聚酯多元醇、高沸点芳烃溶剂、重金属离子捕捉剂、絮凝剂和增强剂；所述组分
Figure 690289DEST_PATH_IMAGE004
为一种聚异氰酸酯溶液体系，其成分包括：聚异氰酸酯、高沸点芳烃溶剂、高沸点酯类溶剂和延缓剂。两种组分按0.60%-0.90%的重量比与铸造砂骨料混合，通过冷芯盒射芯机射入金属芯盒，吹入气态胺类催化剂硬化，得到可用于铸造各类铸钢、铸铁及有色合金铸件的砂型（芯）。
本发明所述的粘结剂组分
Figure 504661DEST_PATH_IMAGE002
和组分
Figure 327124DEST_PATH_IMAGE004
的制备方法，包括以下步骤：
（1）所述的组分
Figure 390894DEST_PATH_IMAGE002
，按照以下方法制得：
①将苯醚型酚醛树脂加入反应釜中，开启搅拌；
②将重金属离子捕捉剂与絮凝剂混合均匀，加入反应釜，开启蒸汽阀，升温至50~70℃，保温0.5~1h；再加入聚酯多元醇、高沸点芳烃溶剂，搅拌0.5~1h；
③降温至40℃以下，加入增强剂，搅拌0.5~1h；分离沉淀物，得到成品。
（2）所述的组分
Figure 589795DEST_PATH_IMAGE004
，按照以下方法制得：
①将聚异氰酸酯投入反应釜中，开启搅拌；
②加入高沸点芳烃溶剂、高沸点酯类溶剂，搅拌0.5~1h；
③加入延缓剂，搅拌0.5~1h，得到成品。
本发明进一步的技术方案是：
组分
Figure 258673DEST_PATH_IMAGE002
为一种苯醚型酚醛树脂溶液体系，所含成分包括：苯醚型酚醛树脂、聚酯多元醇，高沸点芳烃溶剂、重金属离子捕捉剂、絮凝剂和增强剂。
上述的苯醚型酚醛树脂采用苯酚与多聚甲醛按摩尔比1:（0.6~0.9），在二价金属盐催化下合成；所述的苯醚型酚醛树脂中的水含量小于2.3%（质量）；所述的苯醚型酚醛树脂的分子量在400-4000。
上述的聚酯多元醇为脂肪族聚酯多元醇和芳香族聚酯多元醇；更进一步的优选为芳香族聚酯多元醇；所述的聚酯多元醇的羟值为20-200mg KOH/g，更进一步的优选为30-120mg KOH/g。
上述的高沸点芳烃溶剂为馏程在150～290℃的液态石油芳烃分馏物，如S-100、S-150、S-200一种或几种。
上述的重金属离子捕捉剂为黄原酸酯类和二硫代胺基甲酸盐类衍生物（DTC类），进一步的优选为二硫代胺基甲酸盐类衍生物；所述的重金属离子捕捉剂为其质量百分含量在1%~5%的水溶液。
上述的重金属离子捕捉剂含量为0.01%-0.5%。
上述的絮凝剂为有机高分子絮凝剂，包括聚胺型絮凝剂、季铵型絮凝剂、丙烯酰胺絮凝剂中的至少一种；进一步的优选为丙烯酰胺絮凝剂，如聚丙烯酰胺。
上述的絮凝剂含量为为0.01%-0.5%。
上述的增强剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、硼酸酯偶联剂和磷酸酯偶联剂中的至少一种；进一步的，优选的增强剂为硅烷偶联剂，如氨基硅烷、环氧硅烷、巯基硅烷、羟基硅烷和脲基硅烷中的一种或几种；更进一步的，特别优选的增强剂为氨基硅烷偶联剂，如KH-550、KH-560、KH-570、KH-602中的一种。
组分
Figure 65086DEST_PATH_IMAGE004
，所述组分
Figure 819416DEST_PATH_IMAGE004
为一种聚异氰酸酯溶液体系，其成分包括：聚异氰酸酯、高沸点芳烃溶剂、高沸点酯类溶剂和延缓剂。
上述的聚异氰酸酯包括脂肪族、脂环族和芳香族聚异氰酸酯；脂环族聚异氰酸酯包括4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯和其二甲基衍生物；芳香族聚异氰酸酯包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、三苯基甲烷三异氰酸酯、亚二甲苯基二异氰酸酯及其甲基衍生物、聚亚甲基聚苯基聚异氰酸酯中的至少一种；进一步优选的聚异氰酸酯为芳香族聚异氰酸酯；更进一步的优选为甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、多亚甲基多苯基多异氰酸酯（PAPI）中的至少一种。
上述的高沸点酯类溶剂为苯酸酯类溶剂，包括苯甲酸酯、邻苯二甲酸酯、对苯二甲酸酯、苯多酸酯中的至少一种；进一步的优选为邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的至少一种。
上述的延缓剂含量为0.05%-3%，可以为有机酸或者无机酸。有机酸可以为苯甲酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、草酸等。无机酸可以为盐酸、磷酸等。进一步的优选为苯甲酸。
上述的胺类催化剂为三甲胺、三乙胺、二甲基乙胺、甲基二乙胺、二甲基正丙基胺、二甲基异丙基胺中的至少一种。
本发明的有益效果在于：
（1）在苯醚型酚醛树脂中添加重金属离子捕捉剂，与树脂中的锌离子迅速螯合反应，进行沉淀处理，降低金属离子的含量，减缓两种组分反应的进行，延长树脂砂的可使用时间。
（2）在苯醚型酚醛树脂中加入少量絮凝剂，配合重金属离子捕捉剂使用，提高金属离子螯合沉降效果。
（3）冷芯盒粘结剂两种组分中加入不容易挥发的高沸点溶剂，延缓了两种组分的反应时间，并延长树脂砂的可使用时间。
（4）组分
Figure 556428DEST_PATH_IMAGE004
中加入延缓剂，改变树脂砂反应体系酸碱性，延缓了两种组分的反应时间和树脂砂的固化速度，从而延长树脂砂的可使用时间。
（5）经过改进后的冷芯盒粘结剂树脂砂可使用时间可提升1/5~1/3。
附图说明
图1 实施例和对比例树脂砂可使用时间对比。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作详细说明，但并不因此而限制本发明的内容。
实施例1：
（1）所述的组分
Figure 142130DEST_PATH_IMAGE002
，按照以下方法制得：
①将35%苯醚型酚醛树脂加入反应釜中，开启搅拌；
②将0.01%重金属离子捕捉剂与0.05%聚丙酰胺混合均匀，加入反应釜，开启蒸汽阀，升温至50℃，保温1h；再加入21.94%聚酯多元醇、40% S-100，搅拌1h；
③降温至40℃以下，加入3% KH-550，搅拌0.5~1h；分离沉淀物，得到成品。
（2） 所述的组分
Figure 571974DEST_PATH_IMAGE004
，按照以下方法制得：
①将69% MDI投入反应釜中，开启搅拌；
②加入15.5% S-150、15%邻苯二甲酸二甲酯，搅拌0.5~1h；
③加入0.5%苯甲酸，搅拌0.5~1h，得到成品；
（3）冷芯盒粘结剂砂型（芯）的制备：
按组分
Figure 813600DEST_PATH_IMAGE002
加0.70%、组分
Figure 88723DEST_PATH_IMAGE004
加0.90%的重量比（占铸造型砂）与铸造型砂混合，通过射芯机射入金属芯盒，通入三乙胺硬化，得到可用于铸造各类铸钢、铸铁及有色合金铸件的砂型（芯）。
实施例2：
（1）所述的组分
Figure 43779DEST_PATH_IMAGE002
，按照以下方法制得：
①将48%苯醚型酚醛树脂加入反应釜中，开启搅拌；
②将0.05%重金属离子捕捉剂与0.01%聚丙酰胺混合均匀，加入反应釜，开启蒸汽阀，升温至60℃，保温0.5h；再加入36%聚酯多元醇、15.89% S-200，搅拌0.5h；
③降温至40℃以下，加入0.05% KH-560，搅拌0.5h；分离沉淀物，得到成品。
（2） 所述的组分
Figure 378945DEST_PATH_IMAGE004
，按照以下方法制得：
①将77% TDI投入反应釜中，开启搅拌；
②加入16% S-150、6.95%邻苯二甲酸二乙酯，搅拌0.5~1h；
③加入0.05%磷酸，搅拌0.5~1h，得到成品；
（3）冷芯盒粘结剂砂型（芯）的制备：
按组分
Figure 107867DEST_PATH_IMAGE002
加0.60%、组分
Figure 514577DEST_PATH_IMAGE004
加0.75%的重量比（占铸造型砂）与铸造型砂混合，通过射芯机射入金属芯盒，通入三乙胺硬化，得到可用于铸造各类铸钢、铸铁及有色合金铸件的砂型（芯）。
实施例3：
（1）所述的组分
Figure 12555DEST_PATH_IMAGE002
，按照以下方法制得：
①将55%苯醚型酚醛树脂加入反应釜中，开启搅拌；
②将0.2%重金属离子捕捉剂与0.5%聚丙酰胺混合均匀，加入反应釜，开启蒸汽阀，升温至60℃，保温1h；再加入8%聚酯多元醇、35.3% S-200，搅拌1h；
③降温至40℃以下，加入1% KH-570，搅拌0.5~1h；分离沉淀物，得到成品。
（2）所述的组分
Figure 784202DEST_PATH_IMAGE004
，按照以下方法制得：
①将85% MDI投入反应釜中，开启搅拌；
②加入4% S-150、9%邻苯二甲酸二丁酯，搅拌0.5~1h；
③加入2%柠檬酸，搅拌0.5~1h，得到成品；
（3）冷芯盒粘结剂砂型（芯）的制备：
按组分
Figure 734840DEST_PATH_IMAGE002
加0.80%、组分
Figure 164815DEST_PATH_IMAGE004
加0.70%的重量比（占铸造型砂）与铸造型砂混合，通过射芯机射入金属芯盒，通入三乙胺硬化，得到可用于铸造各类铸钢、铸铁及有色合金铸件的砂型（芯）。
实施例4：
（1）所述的组分
Figure 517299DEST_PATH_IMAGE002
，按照以下方法制得：
①将60%苯醚型酚醛树脂加入反应釜中，开启搅拌；
②将0.5%重金属离子捕捉剂与0.3%聚丙酰胺混合均匀，加入反应釜，开启蒸汽阀，升温至70℃，保温1h；再加入25.2%聚酯多元醇、12% S-100，搅拌1h；
③降温至40℃以下，加入2% KH-602，搅拌1h；分离沉淀物，得到成品。
（2）所述的组分
Figure 459848DEST_PATH_IMAGE004
，按照以下方法制得：
①将91% PAPI投入反应釜中，开启搅拌；
②加入5% S-200、3%邻苯二甲酸二辛酯，搅拌0.5~1h；
③加入1%盐酸，搅拌0.5~1h，得到成品；
（3）冷芯盒粘结剂砂型（芯）的制备：
按组分
Figure 897782DEST_PATH_IMAGE002
加0.90%、组分
Figure 380716DEST_PATH_IMAGE004
加0.60%的重量比（占铸造型砂）与铸造型砂混合，通过射芯机射入金属芯盒，通入三乙胺硬化，得到可用于铸造各类铸钢、铸铁及有色合金铸件的砂型（芯）。
实施例和对比例树脂砂可使用时间对比详见图1，相比较于实施例，对比例中均不添加重金属离子捕捉剂、絮凝剂和延缓剂。
以上为本发明的优选的具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种胺法冷芯盒粘结剂，其特征在于：包括组分I和组分II，所述组分I为一种苯醚型酚醛树脂溶液体系，其成分包括：苯醚型酚醛树脂，聚酯多元醇，高沸点芳烃溶剂，重金属离子捕捉剂，絮凝剂，增强剂；所述组分II为一种聚异氰酸酯溶液体系，其成分包括：聚异氰酸酯，高沸点芳烃溶剂，高沸点酯类溶剂，延缓剂；
所述组分I中重金属离子捕捉剂为黄原酸酯类和二硫代胺基甲酸盐类衍生物；所述组分I中重金属离子捕捉剂的含量为0.01％-0.5％；所述的重金属离子捕捉剂为其质量百分含量在1％-5％的水溶液；所述组分I中絮凝剂的含量为0.01％-0.5％；所述组分I中絮凝剂为有机高分子絮凝剂；
所述组份II中延缓剂的含量为0.05％-3％；所述组份II中延缓剂为有机酸或无机酸；所述有机酸为苯甲酸、甲酸、乙酸、柠檬酸或草酸；所述无机酸为盐酸或磷酸。
2.根据权利要求1所述的胺法冷芯盒粘结剂，其特征在于：所述絮凝剂为聚胺型絮凝剂、季铵型絮凝剂、丙烯酰胺絮凝剂中的至少一种。
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