CN112646103A - 低成本呋喃树脂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了低成本呋喃树脂，所述低成本呋喃树脂由铸造粘结剂和第一粘结剂组成，所述低成本呋喃树脂中添加有固化剂，所述铸造粘结剂为树脂砂，所述第一粘结剂组分包括：尿素、苯酚、甲醛、水、甲醇、乙醇，所述固化剂的组分包括：二甲苯磺酸、水、甲醇、乙醇，所述树脂砂与第一粘结剂的配比重量为：100％:2.0％‑2.8％。本发明中，由于引入了尿素、苯酚，呋喃树脂同时具备了脲醛呋喃树脂价格较便宜和强度高的优点，而且还有酚醛呋喃树脂高温强度好的优点，同时具有很好的硬透性和抗粘砂性，降低了呋喃树脂的生产成本提高了呋喃树脂的生产质量。

Description

低成本呋喃树脂

技术领域

本发明涉及呋喃树脂技术领域，尤其涉及低成本呋喃树脂。

背景技术

呋喃树脂是指以具有呋喃环的糠醇和糠醛作原料生产的树脂类的总称，其在强酸作用下固化为不溶和不熔的固形物，种类有脲醛改性呋喃树脂、酚醛改性呋喃树脂、酮醛改性呋喃树脂、脲醛酚醛改性呋喃树脂等。糠醇树脂是由糠醇为主体加入脲醛树脂或酚醛树脂预缩聚物而成的，外观为褐色液体，耐热性和耐水性都很好，耐化学腐蚀性极强，对酸、碱、盐和有机溶液都有优良的抵抗力，是优良的防腐剂。

现有的呋喃树脂的使用过程中，呋喃树脂的脆性大、粘结性差，而且生产成本较高，很大程度上限制了它在防腐领域中的应用。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决呋喃树脂生产成本高的问题，而提出的低成本呋喃树脂。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

低成本呋喃树脂，所述低成本呋喃树脂由铸造粘结剂和第一粘结剂组成，所述低成本呋喃树脂中添加有固化剂，所述铸造粘结剂为树脂砂，所述第一粘结剂组分包括：尿素、苯酚、甲醛、水、甲醇、乙醇，所述固化剂的组分包括：二甲苯磺酸、水、甲醇、乙醇，所述树脂砂与第一粘结剂的配比重量为：100％:2.0％-2.8％，所述第一粘结剂组分中尿素、苯酚、甲醛、水、甲醇、乙醇的含量分别为：3％-4％、43％-52％、24％-36％、40％-63％、28％-34％，12％-20％，所述固化剂中二甲苯磺酸、水、甲醇、乙醇的含量分别为:38％-56％、40％-63％、28％-34％，12％-20％。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述尿素、苯酚、甲醛按照含量在酸性介质条件下进行混合得到脲醛树脂，反应过程为：

作为上述技术方案的进一步描述：

所述脲醛树脂中羟甲基脲分子活泼的羟甲基在酸性PH＝3-5的条件下与糠醇分子发生缩聚反应，得到有线性结构的脲醛改性呋喃树脂聚合物，反应过程为：

作为上述技术方案的进一步描述：

所述苯酚在碱性条件下得到酚氧负离子，并用共振极限式表示，共振结果使邻位和对位上对甲醛羰基碳的亲核加成能力增强，有利于生成多羟基酚，共振极限式为：

作为上述技术方案的进一步描述：

所述甲醛在酚羟基的邻位和对位进行加成，可以得到不同的羟甲基酚化合物，反应过程为：

加成反应机理

作为上述技术方案的进一步描述：

所述羟甲基酚化合物中的两个羟甲基之间脱水，可以形成“二亚甲基醚桥”，甲基和苯环上的氢之间脱水，可以形成“亚甲基桥”，在碱性条件下，亚甲基醚桥释放出甲醛得到亚甲基桥，从而形成缩聚反应，缩聚反应得到的甲阶酚醛树脂结构中主要以亚甲基连接，形成二亚甲基醚桥和亚甲基桥的典型反应，其反应过程为：

作为上述技术方案的进一步描述：

所述二甲苯磺酸分子式为C₈H₁₀O₃S，分子量186.2282，是由硫酸和二甲苯经磺化，脱苯，稀释制备而成。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述树脂砂中加入硅烷作为树脂砂的偶联剂。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述甲阶酚醛树脂选用碱性催化剂氢氧化钾通过苯酚和水甲醛的缩合来制造，其制造步骤为：

S1、投入苯酚和水甲醛，选用碱性催化剂氢氧化钾，调整PH值至碱性；

S2、进行升温，投入水甲醛和多聚甲醛，接着继续加温至90-110℃，保温一段时间；

S3、达到所需要求后，降温再次投料氢氧化钾以及氢氧化钠，体系再次升温至70-80℃；

S4、达到所需要的粘度后加入尿素，再真空回流降温至常温，加入糠醇混匀冷却待用。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述低成本呋喃树脂的制备过程为：

A、在2kg树脂砂中加入8g固化剂，其中40％基于第一粘接剂组分，放入SHY-A型叶片式混砂机里搅拌60秒；

B、再加入第一粘结剂组分20g呋喃树脂在混砂机里搅拌60秒，其中第一粘结剂组分1％基于树脂砂；

C、将上述混合料倒入“8”字形芯盒中，手工成型刮平，刮下的多余型砂放在簸箕内拍成紧实度与试样接近的小平饼；

D、用硬度计测簸箕内小平饼表面硬度,至硬度计不能自行在芯砂表面留下明显痕迹时，记为起硬时间，将载重块加到硬度计上，继续用硬度计测簸箕内小平饼表面硬度,至硬度计不能自行在芯砂表面留下明显痕迹时，记为脱模时间；

E、起模时,先将紧固螺丝松开，用皮锤轻轻敲击芯盒，使试块和芯盒分开，取出试块，放在待测平台上。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，由于引入了尿素、苯酚，呋喃树脂同时具备了脲醛呋喃树脂价格较便宜和强度高的优点，而且还有酚醛呋喃树脂高温强度好的优点，同时具有很好的硬透性和抗粘砂性，降低了呋喃树脂的生产成本提高了呋喃树脂的生产质量。

附图说明

图1为本发明提出的低成本呋喃树脂的生产流程结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1，低成本呋喃树脂由铸造粘结剂和第一粘结剂组成，低成本呋喃树脂中添加有固化剂，铸造粘结剂为树脂砂，第一粘结剂组分包括：尿素、苯酚、甲醛、水、甲醇、乙醇，固化剂的组分包括：二甲苯磺酸、水、甲醇、乙醇，树脂砂与第一粘结剂的配比重量为：100％:2.0％-2.8％，第一粘结剂组分中尿素、苯酚、甲醛、水、甲醇、乙醇的含量分别为：3％-4％、43％-52％、24％-36％、40％-63％、28％-34％，12％-20％，固化剂中二甲苯磺酸、水、甲醇、乙醇的含量分别为:38％-56％、40％-63％、28％-34％，12％-20％；

尿素、苯酚、甲醛按照含量在酸性介质条件下进行混合得到脲醛树脂，反应过程为：

脲醛树脂中羟甲基脲分子活泼的羟甲基在酸性PH＝3-5的条件下与糠醇分子发生缩聚反应，得到有线性结构的脲醛改性呋喃树脂聚合物，反应过程为：

苯酚在碱性条件下得到酚氧负离子，并用共振极限式表示，共振结果使邻位和对位上对甲醛羰基碳的亲核加成能力增强，有利于生成多羟基酚，共振极限式为：

甲醛在酚羟基的邻位和对位进行加成，可以得到不同的羟甲基酚化合物，反应过程为：

加成反应机理

羟甲基酚化合物中的两个羟甲基之间脱水，可以形成“二亚甲基醚桥”，甲基和苯环上的氢之间脱水，可以形成“亚甲基桥”，在碱性条件下，亚甲基醚桥释放出甲醛得到亚甲基桥，从而形成缩聚反应，缩聚反应得到的甲阶酚醛树脂结构中主要以亚甲基连接，形成二亚甲基醚桥和亚甲基桥的典型反应，其反应过程为：

二甲苯磺酸分子式为C₈H₁₀O₃S，分子量186.2282，是由硫酸和二甲苯经磺化，脱苯，稀释制备而成。

树脂砂中加入硅烷作为树脂砂的偶联剂，从微观来说：自硬复合改性呋喃树脂加入KH-550硅烷后，树脂中硅烷的乙氧基、硅原子等与砂粒表面的羟基、氧原子等产生缩合作用，使砂粒和硅烷形成了连接，同时，硅烷中的氨基与树脂中的活泼基团发生交联，使硅烷和树脂也形成了连接，因此，硅烷的加入，使树脂和砂粒之间的粘结力增强，起到了一个“桥接”作用，增加了树脂固化的交联点，从而有效的提高了树脂膜和砂粒表面之间相互的交联力，进而宏观上提高了树脂砂的强度。

甲阶酚醛树脂选用碱性催化剂氢氧化钾通过苯酚和水甲醛的缩合来制造，其制造步骤为：

S1、投入苯酚和水甲醛，选用碱性催化剂氢氧化钾，调整PH值至碱性；

S2、进行升温，投入水甲醛和多聚甲醛，接着继续加温至90-110℃，保温一段时间；

S3、达到所需要求后，降温再次投料氢氧化钾以及氢氧化钠，体系再次升温至70-80℃；

S4、达到所需要的粘度后加入尿素，再真空回流降温至常温，加入糠醇混匀冷却待用。

低成本呋喃树脂的制备过程为：

A、在2kg树脂砂中加入8g固化剂，其中40％基于第一粘接剂组分，放入SHY-A型叶片式混砂机里搅拌60秒；

B、再加入第一粘结剂组分20g呋喃树脂在混砂机里搅拌60秒，其中第一粘结剂组分1％基于树脂砂；

C、将上述混合料倒入“8”字形芯盒中，手工成型刮平，刮下的多余型砂放在簸箕内拍成紧实度与试样接近的小平饼；

D、用硬度计测簸箕内小平饼表面硬度,至硬度计不能自行在芯砂表面留下明显痕迹时，记为起硬时间，将载重块加到硬度计上，继续用硬度计测簸箕内小平饼表面硬度,至硬度计不能自行在芯砂表面留下明显痕迹时，记为脱模时间；

E、起模时,先将紧固螺丝松开，用皮锤轻轻敲击芯盒，使试块和芯盒分开，取出试块，放在待测平台上。

对比实施例：选用市场使用最广泛的呋喃树脂。

低成本呋喃树脂的质量性能检测方法按照中华人民共和国国家标准GB/T21872—2008进行，抗拉强度用Morek Lru-2e强度测试仪测定，将“8字”的砂芯块置于测试支架上，通过施加荷载直至砂芯断裂为止，将此点的荷载称为抗拉强度，其单位为N/cm2，测试项目包括：制芯后1h的强度，制芯后4h的强度以及制芯后24h的强度，测试结果如下表1：

	对比实施例	实施例1
			第一粘结剂组分	Kaltharz 7830	Kaltharz 7600
固化剂	Aktivator 710	Aktivator 710
			1h抗拉强度，N/cm<sup>2</sup>	0.45	0.40
4h抗拉强度，N/cm<sup>2</sup>	1.77	1.86
			24h抗拉强度，N/cm<sup>2</sup>	1.87	2.02
成本下降	\	18％

表1

由表1分析可知：树脂加入量相同的情况下，砂芯强度满足需求，通过原材料成本对比，起到降低成本的效果，同时，由于引入了尿素、苯酚，呋喃树脂同时具备了脲醛呋喃树脂价格较便宜和强度高的优点，而且还有酚醛呋喃树脂高温强度好的优点，同时具有很好的硬透性和抗粘砂性，降低了呋喃树脂的生产成本提高了呋喃树脂的生产质量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.低成本呋喃树脂，其特征在于，所述低成本呋喃树脂由铸造粘结剂和第一粘结剂组成，所述低成本呋喃树脂中添加有固化剂，所述铸造粘结剂为树脂砂，所述第一粘结剂组分包括：尿素、苯酚、甲醛、水、甲醇、乙醇，所述固化剂的组分包括：二甲苯磺酸、水、甲醇、乙醇，所述树脂砂与第一粘结剂的配比重量为：100％:2.0％-2.8％，所述第一粘结剂组分中尿素、苯酚、甲醛、水、甲醇、乙醇的含量分别为：3％-4％、43％-52％、24％-36％、40％-63％、28％-34％，12％-20％，所述固化剂中二甲苯磺酸、水、甲醇、乙醇的含量分别为:38％-56％、40％-63％、28％-34％，12％-20％。

2.根据权利要求1所述的低成本呋喃树脂，其特征在于，所述尿素、苯酚、甲醛按照含量在酸性介质条件下进行混合得到脲醛树脂，反应过程为：

3.根据权利要求1所述的低成本呋喃树脂，其特征在于，所述脲醛树脂中羟甲基脲分子活泼的羟甲基在酸性PH＝3-5的条件下与糠醇分子发生缩聚反应，得到有线性结构的脲醛改性呋喃树脂聚合物，反应过程为：

4.根据权利要求2所述的低成本呋喃树脂，其特征在于，所述苯酚在碱性条件下得到酚氧负离子，并用共振极限式表示，共振结果使邻位和对位上对甲醛羰基碳的亲核加成能力增强，有利于生成多羟基酚，共振极限式为：

5.根据权利要求1所述的低成本呋喃树脂，其特征在于，所述甲醛在酚羟基的邻位和对位进行加成，可以得到不同的羟甲基酚化合物，反应过程为：

6.根据权利要求5所述的低成本呋喃树脂，其特征在于，所述羟甲基酚化合物中的两个羟甲基之间脱水，可以形成“二亚甲基醚桥”，甲基和苯环上的氢之间脱水，可以形成“亚甲基桥”，在碱性条件下，亚甲基醚桥释放出甲醛得到亚甲基桥，从而形成缩聚反应，缩聚反应得到的甲阶酚醛树脂结构中主要以亚甲基连接，形成二亚甲基醚桥和亚甲基桥的典型反应，其反应过程为：

7.根据权利要求1所述的低成本呋喃树脂，其特征在于，所述二甲苯磺酸分子式为C₈H₁₀O₃S，分子量186.2282，是由硫酸和二甲苯经磺化，脱苯，稀释制备而成。

8.根据权利要求1所述的低成本呋喃树脂，其特征在于，所述树脂砂中加入硅烷作为树脂砂的偶联剂。

9.根据权利要求6所述的低成本呋喃树脂，其特征在于，所述甲阶酚醛树脂选用碱性催化剂氢氧化钾通过苯酚和水甲醛的缩合来制造，其制造步骤为：

S1、投入苯酚和水甲醛，选用碱性催化剂氢氧化钾，调整PH值至碱性；

S2、进行升温，投入水甲醛和多聚甲醛，接着继续加温至90-110℃，保温一段时间；

S3、达到所需要求后，降温再次投料氢氧化钾以及氢氧化钠，体系再次升温至70-80℃；

S4、达到所需要的粘度后加入尿素，再真空回流降温至常温，加入糠醇混匀冷却待用。

10.根据权利要求1所述的低成本呋喃树脂，其特征在于，所述低成本呋喃树脂的制备过程为：

A、在2kg树脂砂中加入8g固化剂，其中40％基于第一粘接剂组分，放入SHY-A型叶片式混砂机里搅拌60秒；

B、再加入第一粘结剂组分20g呋喃树脂在混砂机里搅拌60秒，其中第一粘结剂组分1％基于树脂砂；

C、将上述混合料倒入“8”字形芯盒中，手工成型刮平，刮下的多余型砂放在簸箕内拍成紧实度与试样接近的小平饼；

D、用硬度计测簸箕内小平饼表面硬度,至硬度计不能自行在芯砂表面留下明显痕迹时，记为起硬时间，将载重块加到硬度计上，继续用硬度计测簸箕内小平饼表面硬度,至硬度计不能自行在芯砂表面留下明显痕迹时，记为脱模时间；

E、起模时,先将紧固螺丝松开，用皮锤轻轻敲击芯盒，使试块和芯盒分开，取出试块，放在待测平台上。

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