PL181788B1 - Sposób wytwarzania kompozycji utwardzającej do chemoutwardzalnych mas rdzeniowych z żywicami furfurylowymi i fenolowo-formaldehydowymi - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania kompozycji utwardzającej do chemoutwardzalnych mas rdzeniowych z żywicami fUrfUrylowymi i fenolowo-formaldehydowymi. polegający na sulfonowaniu toluenu i zastosowaniu wody odbieranej podczas procesu sulfonowania jako rozpuszczalnika. znamienny tym, że najpierw sulfonuje się alkilobenzen lub mieszaninę alkilobenzenów bez toluenu w nadmiarze kwasu siarkowego w temperaturze 100°C. a następnie sulfonuje się toluen odbierając powstającąwodę. przerywając proces sulfonowania przy zawartości 5-10% wagowych wolnego kwasu siarkowego i oddestylowuje się nadmiartoluenu. a następnie dodaje się alkohol wielowodorotlenowy lub mieszaninę alkoholi wielowodorotlenowych. po czym powstałą mieszaninę rozpuszcza się w rozpuszczalniku zawierającym 0.5-3.0% wagowych kwasu borowego. 2. Sposób wytwarzania kompozycji utwardzającej według zastrz. 1. znamienny tym, że rozpuszczalnikiem jest alkohol jednowodorotlenowy lub mieszanina alkoholu jednowodorotlenowego i wody odebranej podczas procesu sulfonowania

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozycji utwardzającej do chemoutwardzalnych mas rdzeniowych z żywicami furfurylowymi i fenolowo-formaldehydowymi.

Znany z polskiego opisu patentowego nr 134 298 sposób wytwarzania kompozycji do utwardzania mas formierskich na bazie żywic fenolowych i furfurylowych polega na tym, że kompozycję utwardzającą tworzy się przez bezpośrednie zmieszanie produktu sulfonowania toluenu z rozpuszczalnikiem polarnym w obecności H2O2. Jako utwardzacze do mas z żywicami mocznikowo-furfurylo-formaldehydowymi i żywicami fenolowo-furfurylowymi stosowane są wodne roztwory kwasów p-sulfonowych, roztwory ok. 40%. Woda stanowiąca rozpuszczalnik utwardzacza, wprowadzona do masy wpływa niekorzystnie na czas wiązania, wydłużając go i obniżając wytrzymałość masy. Ponadto woda wydzielająca się na ziarnach piasku w czasie wiązania mas, stwarza zagrożenie powstawania wad odlewów w postaci pęcherzy gazowych. Aby zapobiec powstawaniu wad odlewów, pozostawia się rdzenie na czas dłuższy niż 24 godziny w celu odparowania wody z wnętrza rdzenia lub rdzenie podgrzewa się w celu skrócenia tego czasu, co z kolei podnosi koszty procesu.

Sposób wytwarzania kompozycji utwardzającej masy rdzeniowe według wynalazku, charakteryzuje się tym, że otrzymuje się w jednym procesie mieszaninę kwasów sulfonowych w ten sposób, że do nadmiaru kwasu siarkowego wprowadza się alkilobenzen lub mieszaninę alkilobenzenów, z wyjątkiem toluenu, prowadząc proces sulfonowania w temperaturze 100°C, następnie wprowadza się toluen prowadząc dalej proces sulfonowania, oddestylowując powstającą wodę. Proces sulfonowania przerywa się przy zawartości 5-10% wagowych wolnego kwasu siarkowego i oddestylowuje nadmiar toluenu. Następnie wprowadza się alkohol wielowodorotlenowy lub mieszaninę alkoholi wielowodorotlenowych, po czym powstałą mieszaninę rozpuszcza się w rozpuszczalniku zawierającym 0,5-3,0% wagowych kwasu borowego w stosunku do gotowego wyrobu, przy czym rozpuszczalnikiem jest alkohol jednowodorotlenowy lub mieszanina alkoholu jednowodorotlenowego i wody odebranej podczas procesu sulfonowania.

181 788

Tak otrzymana kompozycja utwardzająca zawiera 40-70% wagowych mieszaniny kwasów sulfonowych, w tym do 50% wagowych kwasu p-toluenosulfonowego, do 25% wagowych wody, 0,5-3,0% wagowych kwasu borowego i do 3% wagowych wolnego kwasu siarkowego i 5-35% wagowych alkoholu jednowodorotlenowego.

W sposobie według wynalazku proces sulfonowania, bez względu na rodzaj alkilobenzenu, prowadzi się w temperaturze 100°C, a więc niższej od jego temperatury wrzenia, otrzymując od razu mieszaninę kwasów sulfonowych. Aby zapewnić odpowiednią szybkość procesu, a jednocześnie zmniejszyć zawartość wolnego kwasu siarkowego w gotowym wyrobie, proces sulfonowania przerywa się przy zawartości wolnego kwasu siarkowego w ilości 5-10% wagowych, który następnie wiąże się z alkoholami wielowodorotlenowymi, tak że zawartość wolnego H2SO4 w gotowym wyrobie nie przekracza 3% wagowych. Zawartość wody w kompozycji utwardzającej otrzymanej sposobem według wynalazku jest prawie o połowę mniejsza niż zawartość wody w znanych utwardzaczach. Rdzenie wykonane z masy zawierającej kompozycję utwardzającą, otrzymaną sposobem według wynalazku, nie posiadają wad powstałych z obecności nadmiaru wody w masie rdzeniowej. Wykorzystanie wody powstałej podczas sulfonowania jako rozpuszczalnika czyni sposób otrzymywania kompozycji według wynalazku procesem bezściekowym.

Przykłady sposobu otrzymywania kompozycji utwardzającej według wynalazku:

Przykład I. W kolbie zaopatrzonej w mieszadło, termometr, wkraplacz i chłodnicę z nasadką azeotropową umieszcza się 172 g H₂SO4 i dodaje 28,5 g ksylenu. Zawartość kolby miesza się i podgrzewa do 100°C przez 30 min. Następnie dodaje się 200 g toluenu, ogrzewa i odbiera azeotropowo wodę wydzielającą się w procesie sulfonowania w temperaturze 110-115°C. Po odebraniu 25 ml wody, oddestylowuje się nadmiar toluenu ogrzewając zawartość kolby do temperatury 130°C. Po oddestylowaniu toluenu do kolby dodaje się 25 g glikolu etylenowego utrzymując w kolbie temp.100°C, a następnie dodaje się wodę odebraną podczas procesu sulfonowania z 7,5 g kwasu borowego i 160 g izopropanolu. Po wymieszaniu zawartość kolby się schładza. Otrzymuje się 500g kompozycji utwardzającej zawierającej 40% wagowych. kwasu p-toluenosulfonowego, 10% kwasu ksylenosulfonowego, 1,5% kwasu borowego, 5% wody i 3% wolnego H2SO4.

Masa rdzeniowa zawierająca 0,6 części wagowe kompozycji utwardzającej otrzymanej według przykładu I na 100 części wagowe piasku i 1,2 części wagowe żywicy furfurylowej uzyskuje wymaganą wytrzymałość na zginanie 0,3 MPa już po 15 min utwardzania, a po dłuższym czasie utwardzania wytrzymałość wzrasta:

Czas utwardzania (h)	0,5	1	2	4	24
Wytrzymałość na zginanie (MPa)	0,85	1,6	2,8	4,3	5,2

Wytrzymałość masy na rozciąganie po 24 godz. utwardzania wynosi 1,0 MPa.

Żywotność masy w zależności od temperatury otoczenia wynosi 3-20 minut i można ją regulować w zależności od potrzeb odlewni.

Przykład II. W kolbie zaopatrzonej w mieszadło, termometr, wkraplacz i chłodnicę zwrotną umieszcza się 195 g H2SO4 i dodaje 14,3 g etylobenzenu i 15 g kumenu. Zawartość kolby ogrzewa się do 100°C. Następnie dodaje się 230 g toluenu i prowadzi dalej proces sulfonowania i temperaturze 110-115°C odbiera wydzielającą się wodę. Po odebraniu 30 ml wody, oddestylowuje się nadmiar toluenu. Z kolei dodaje się po 12,5 g gliceryny i glikolu etylenowego, wodę wcześniej odebraną wraz z 10 g kwasu borowego i 109 g metanolu. Po wymieszaniu i ochłodzeniu otrzymuje się kompozycję utwardzającą zawierającą 46% wagowych kwasu p-toluenosulfonowego, 2,8% wagowych kwasu etylobenzenosulfonowego, 3% kwasu kumenosulfonowego, 6% wody, 2% kwasu borowego i 3% H2SO4.

181 788

Masa rdzeniowa zawierająca 0,7 części wagowych kompozycji utwardzającej otrzymanej według przykładu II, 1,2 części wagowe żywicy fenolowo-formaldehydowej na 100 części wagowe piasku uzyskuje wymaganą wytrzymałość na zginanie 0,7 MPa już po 60 min utwardzania, i wytrzymałość ta rośnie wraz ze wzrostem czasu utwardzania:

Czas utwardzania (h)	0,5	1	2	4	24
Wytrzymałość na zginanie (MPa)	-	0,7	1,5	3,0	5,0

Żywotność masy wynosi do 30 minut i można ją regulować.

Czas utwardzania rdzenia na wskroś wynosi 6-24 godzin. Wytrzymałość masy na rozciąganie po 24 godzinach utwardzania wynosi 5,0 MPa.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania kompozycji utwardzającej do chemoutwardzalnych mas rdzeniowych z żywicami furfurylowymi i fenolowo-formaldehydowymi, polegający na sulfonowaniu toluenu i zastosowaniu wody odbieranej podczas procesu sulfonowania jako rozpuszczalnika, znamienny tym, że najpierw sulfonuje się alkilobenzen lub mieszaninę alkilobenzenów bez toluenu w nadmiarze kwasu siarkowego w temperaturze 100°C, a następnie sulfonuje się toluen odbierając powstającą wodę, przerywając proces sulfonowania przy zawartości 5-10% wagowych wolnego kwasu siarkowego i oddestylowuje się nadmiar toluenu, a następnie dodaje się alkohol wielowodorotlenowy lub mieszaninę alkoholi wielowodorotlenowych, po czym powstałą mieszaninę rozpuszcza się w rozpuszczalniku zawierającym 0,5-3,0% wagowych kwasu borowego.
2. 2. Sposób wytwarzania kompozycji utwardzającej według zastrz. 1, znamienny tym, że rozpuszczalnikiem jest alkohol jednowodorotlenowy lub mieszanina alkoholu jednowodorotlenowego i wody odebranej podczas procesu sulfonowania.