PL188544B1 - Sposób wytwarzania fenolowego spoiwa odlewniczego - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania fenolowego spoiwa odlewniczego do utwardzania w temperaturze otoczenia za pomocą dwutlenku węgla z fenolu z udziałem wodorotlenku sodu i wodorotlenku potasu oraz ewentualnie para-formaldehydu, znamienny tym, że rezol otrzymuje się z fenolu i formaliny ewentualnie z małym udziałem paraformaldehydu w ilości do 0,15% wagowych w przeliczeniu na namiar formaliny o stężeniu 36% przy stosunku molowym fenolu do formaldehydu jak 1,5 * 3,5, korzystnie jak 1 do 2,2 4- 2,4 wobec wodorotlenku sodu lub wodorotlenku potasu jako katalizatora, do którego po modyfikacji wodorotlenkiem potasu i boraksem dodaje się zespół związków organicznych składający się z monoalkiloeteru glikolu dietylenowego i estru organicznego lub/i związku organicznego z ugrupowaniem amidowym oraz silanem, przy czym sumaryczny udział tych modyfikatorów nie przekracza 20% wagowych.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania fenolowego spoiwa odlewniczego utwardzanego w temperaturze otoczenia za pomocą dwutlenku węgla, do mas formierskich, zwłaszcza do form i rdzeni odlewniczych.

Fenolowe spoiwo odlewnicze stanowi wysokoalkaliczna wodna kompozycja rozgałęzionego rezolu fenolowo-formaldehydowego modyfikowana substancjami nieorganicznymi: wodorotlenkiem potasu i substancją zdolną do tworzenia oxyanionu oraz substancjami organicznymi, które w charakterze rozpuszczalników nadają tej kompozycji, po połączeniu z piaskiem i utwardzeniu za pomocą dwutlenku węgla, odpowiednią wytrzymałość mechaniczną.

Znane sposoby wytwarzania fenolowego spoiwa odlewniczego do utwardzania za pomocą dwutlenku węgla polegają na otrzymywaniu rezolu z fenolu i paraformaldehydu przy stosunku molowym fenolu do formaldehydu jak 1 do 1,5 4- 2,5 wobec wodorotlenku sodu, który jest następnie modyfikowany za pomocą wodorotlenku potasu w roztworze wodnym oraz związkiem nieorganicznym zawierającym oXyanion i substancję organiczną z grupami eterowymi lub amidowymi i silanem.

Według patentu USA nr 5242957 ulepszenie spoiwa fenolowego następuje w wyniku dodania do rezolu fenolowego zmodyfikowanego substancjami nieorganicznymi, eteru fenylowego glikolu monoetylenowego lub jego mieszaniny z eterem fenylowym glikolu monodietylenowego, natomiast według patentu USA nr 5294648 spoiwo zawiera eter alkilowy (monometylowy, monoetylowy lub monobutylowy) glikolu dietylenowego, według zaś

188 544 patentu USA nr 5198478 w celu modyfikacji rezolu stosuje się pirolidon lub pochodne pirolidonu jak N-metylo-2-pirolidon albo N-etylo-2-pirolidon albo N-(2-hydroksyetylo)-2-pirolidon.

Otrzymywanie fenolowego spoiwa odlewniczego do utwardzania za pomocą dwutlenku węgla z fenolu i paraformaldehydu jest procesem niebezpiecznym i trudnym do kontroli ze względu na jego egzotermiczny charakter. Paraformaldehyd jest ponadto surowcem drogim, co bezpośrednio wpływa na koszt wytwarzanego produktu, a na podstawie doświadczeń stwierdzono także, że spoiwa z wymienionymi substancjami organicznymi posiadają niską wytrzymałość na zginanie, szczególnie przy wysokiej wilgotności powietrza.

Te niedogodności usuwa proponowany sposób wytwarzania fenolowego spoiwa odlewniczego.

Sposób wytwarzania fenolowego spoiwa odlewniczego do utwardzania w temperaturze otoczenia za pomocą dwutlenku węgla z fenolu z udziałem wodorotlenku sodu i wodorotlenku potasu oraz ewentualnie paraformaldehydu według wynalazku polega na otrzymywaniu rezolu z fenolu i formaliny ewentualnie z małym udziałem paraformaldehydu w ilości do 0,15% wagowych w przeliczeniu na namiar formaliny o stężeniu 36%, przy stosunku molowym fenolu do formaldehydu jak 1,5 4 3,5, korzystnie jak 1 do 2,2 -i 2,4 wobec wodorotlenku sodu lub wodorotlenku potasu jako katalizatora, do którego po modyfikacji wodorotlenkiem potasu i boraksem, dodaje się ulepszający spoiwo zespół związków organicznych składający się z monoalkiloeteru glikolu dietylenowego i estru organicznego lub/i związku organicznego z ugrupowaniem amidowym oraz silanem, przy czym sumaryczny udział tych modyfikatorów w żywicy rezolowej nie przekracza 20% wagowych.

Stosunek molowy wodorotlenku alkalicznego: sodowego lub potasowego do fenolu wynosi 0,01 -f 0,4 do 1 korzystnie jak 0,05 h 0,1 do 1. Całkowita zaś ilość modyfikującego wodorotlenku potasu do fenolu wynosi 1,2 h- 2,5 do 1 korzystnie 1,4 -r 1,7 do 1, a boraksu w przeliczeniu na bór najwyżej 1,5% w stosunku do żywicy rezolowej korzystnie jak 0,9 do 1,2% wagowych.

Jako monoeter glikolu dietylenowego stosuje się eter monoetylowy lub monobutylowy, korzystnie monobutylowy.

Jako estry organiczne stosuje się węglan etylenu lub propylenu, korzystnie węglan propylenu.

Jako związek z ugrupowaniem amidowym stosuje się pochodne alkilowe pirolidonu, korzystnie N-metylopirolidon.

Jako silan mogą być stosowane związki alkoksysilanowe, korzystnie p-aminopropylotrójetoksysilan.

Sposób według wynalazku ogranicza, a nawet eliminuje konieczność stosowania paraformaldehydu, a proces jest łatwy do kontroli za pomocą pomiaru lepkości. Sposób według wynalazku eliminuje także konieczność przygotowywania wodnego roztworu wodorotlenku potasu, a fenolowe spoiwo odlewnicze stosowane, zwłaszcza do form i rdzeni odlewniczych charakteryzuje się wysoką wytrzymałością na zginanie nawet przy dużej wilgotności powietrza.

Sposób wytwarzania fenolowego spoiwa odlewniczego przedstawiono na przykładach jego realizacji, nie wyczerpujących oczywiście wszystkich możliwości jego stosowania.

Przykład 1

W kolbie trójszyjnej o pojemności 2 1 zaopatrzonej w mieszadło i termometr wprowadza się roztopiony fenol w ilości 190 g, dodaje wodorotlenek potasu w ilości 6 g, a następnie formalinę o stężeniu 36% w ilości 315 g i paraformaldehyd w ilości 35 g. Ciągle mieszając zawartość kolby, kondensację prowadzi się najpierw w temperaturze 55 ± 5°C, a po upływie około 3 godzin w temperaturze 80 ± 5°C, do uzyskania lepkości około 150 sekund na kubku Forda nr 4, 20°C. Po wychłodzeniu żywicy do około 30°C dodaje się do kolby wodorotlenek potasu w ilości 205 g, porcjami, w taki sposób, aby temperatura nie przekroczyła 50°C. Następnie w taki sam sposób dodaje się 68 g boraksu dziesięciowodnego i ogrzewa zawartość kolby w 80 ± 5°C w czasie około 2 godzin. Po wychłodzeniu do temperatury około 20°C do żywicy dodaje się kolejno 60 g eteru monobutylowego glikolu dietylenowego, 20 g węglanu propylenu i 6 g p-aminopropylotrójetoksysilami.

188 544

Otrzymane spoiwo po dodaniu do piasku kwarcowego w ilości 3% wagowych i utwardzone w znany sposób posiada następującą wytrzymałość na zginanie: po 0,5 godziny od przedmuchania masy dwutlenkiem węgla - 0,8 MPa, po 1 godzinie - 1,3 MPa, po 24 godzinach - 1,6 MPa, po 98 godzinach - 1,6 MPa, przy wilgotności względnej powietrza około 80%.

Przykład 2

W kolbie trójszyjnej o pojemności 2 1 zaopatrzonej w mieszadło i termometr wprowadza się roztopiony fenol w ilości 190 g, dodaje wodorotlenek potasu w ilości 10 g, a następnie formalinę o stężeniu 37% w ilości 376 g. Ciągle mieszając zawartość kolby, kondensację prowadzi się najpierw w temperaturze 55 ± 5°C w czasie około 3 godzin, a następnie w temperaturze 75 ± 5°C do uzyskania lepkości około 90 sekund na kubku Forda nr 4, 20°C. Po wychłodzeniu żywicy do około 30°C dodaje się do kolby wodorotlenek potasu w ilości 190 g w taki sposób, aby temperatura nie przekroczyła 50°C. Następnie w taki sam sposób dodaje się 80 g boraksu dziesięciowodnego i miesza do całkowitego rozpuszczenia. Po wychłodzeniu do temperatury 30°C do żywicy dodaje się kolejno 60 g eteru monobutylowego glikolu dietylenowego, 20 g węglanu etylenu i 5 g p-aminoetylotrójmetoksysilan.

Spoiwo po dodaniu do piasku i po utwardzeniu jak w przykładzie 1 posiada wytrzymałość na zginanie: bezpośrednio po utwardzeniu - 0,9 MPa, po 6 godzinach - 1,1 MPa, po 24 godzinach - 1,4 MPa, po 70 godzinach - 1,5 MPa, przy wilgotności względnej powietrza 75%.

Przykład 3

Do rezolu otrzymanego według przykładu 1 i 2, po dodaniu wodorotlenku potasu, boraksu i eteru monobutylowego glikolu dietylenowego, dodaje się 20 g N-metylopirolidonu i 8 g aminopropylotrietoksysilanu. Spoiwo dodane do piasku posiada wytrzymałość na zginanie: bezpośrednio po utwardzeniu - 0,6 MPa, po 1 godzinie - 1,0 MPa, po 24 godzinach

1,2 MPa, przy wilgotności względnej powietrza 74%.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania fenolowego spoiwa odlewniczego do utwardzania w temperaturze otoczenia za pomocą dwutlenku węgla z fenolu z udziałem wodorotlenku sodu i wodorotlenku potasu oraz ewentualnie para-formaldehydu, znamienny tym, że rezol otrzymuje się z fenolu i formaliny ewentualnie z małym udziałem paraformaldehydu w ilości do 0,15% wagowych w przeliczeniu na namiar formaliny o stężeniu 36% przy stosunku molowym fenolu do formaldehydu jak 1,5 h 3,5, korzystnie jak 1 do 2,2 4- 2,4 wobec wodorotlenku sodu lub wodorotlenku potasu jako katalizatora, do którego po modyfikacji wodorotlenkiem potasu i boraksem dodaje się zespół związków organicznych składający się z monoalkiloeteru glikolu dietylenowego i estru organicznego lub/i związku organicznego z ugrupowaniem amidowym oraz silanem, przy czym sumaryczny udział tych modyfikatorów nie przekracza 20% wagowych.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek molowy wodorotlenku alkalicznego sodowego lub potasowego wynosi 0,01 4- 0,4 do 1, korzystnie 0,05 h- 0,1 do 1, zaś całkowita ilość modyfikującego wodorotlenku potasu do fenolu wynosi 1,2 4- 2,5 do 1, korzystnie 1,4 4-1,7 do 1, a boraksu w przeliczeniu na bór najwyżej 1,5% w stosunku do żywicy rezolowej, korzystnie 0,9 do 1,2% wagowych.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako monoeter glikolu dietylowego stosuje się eter monoetylowy lub monobutylowy, korzystnie monobutylowy
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako ester organiczny stosuje się węglan etylenu lub propylenu, korzystnie węglan propylenu.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako związek z ugrupowaniem amidowym stosuje się pochodne alkilowe pirolidonu, korzystnie N-metylopirolidon.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako silan są stosowane związki alkoksysilanowe, korzystnie p-aminopropylotrójetoksysilan.