PL52048B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 15.XL1966 52048 KI. 31 c, l/Ol y MKP B-3frir s UKD /BIBLIOTEKA (Urzedu Patentowego, Wspóltwórcy wynalazku: mgr inz. Tadeusz Wojtowicz mgr inz. Lubcfttójff !Lr W(?;^^ Horyl, inz. Stanislaw Sadecki, inz. Stanislaw" Zywiolek, Barbara Piskorska Wlasciciel patentu: Zaklady Azotowe „Kedzierzyn", Kedzierzyn (Polska) Sposób wytwarzania spoiwa do mas formierskich Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia spoiwa do mas formierskich, sluzacych do wy¬ twarzania rdzeni odlewniczych.Znany jest sposób otrzymywania zywic jako spoiwa piasku formierskiego przez reakcje mocz¬ nika, tiomocznika lub ich mieszaniny z wodnym roztworem formaldehydu. Produkt poczatkowej kondensacji zageszcza sie i eteryfikuje alifatycz¬ nymi alkoholami jednowodorotlenowymi C4—C8, na przyklad butanolem, przy wartosci pH = 3—6 i nastepnie po neutralizacji usuwa pod próznia nadmiar alkoholu.Otrzymane w ten sposób produkty, wykazuja po zmieszaniu z piaskiem formierskim, do którego zostal uprzednio wprowadzony kwasny kataliza¬ tor, stosunkowo krótki okres tak zwanego „stanu plastycznego" masy formierskiej, do momentu uformowania rdzenia odlewniczego. Niekorzystne jest w tym przypadku zmniejszanie ilosci wzgled¬ nie stezenia wprowadzonego do piasku katalizato¬ ra o charakterze kwasnym celem przedluzenia „stanu plastycznego" masy formierskiej, gdyz po¬ woduje to obnizenie wytrzymalosci mechanicznej rdzenia odlewniczego. Podobnie niekorzystne jest zmniejszanie dodatku zywicy do piasku w tym samym celu. Stosowanie zywicy otrzymanej we¬ dlug znanych sposobów w skali technicznej ogra¬ nicza mozliwosci wykonywania duzych odlewów oraz przygotowywania jednorazowo wiekszej ilosci masy formierskiej, z powodu szybkiej utraty jej 10 15 20 25 30 stanu plastycznego. Wiaze sie to poza tym z du¬ zymi stratami, wynikajacymi z odrzucania nad¬ miernej ilosci nie przerobionej masy w czasie dosc ograniczonym, limitowanym „stanem plastycznym" w okresie formowania.Celem wynalazku jest unikniecie tych niedogod¬ nosci i wytworzenie prostym sposobem spoiwa do wiazania na zimno piasku formierskiego, stabil¬ nego, klarownego, rozpuszczalnego w wodzie. Wy¬ magania te spelnia jako spoiwo modyfikowana zy¬ wica mocznikowa eiteryfikowana aUkoholami wielo- wodorotlenowymi wytworzona sposobem wedlug wynalazku przy uzyciu katalizatorów utwardzaja¬ cych o charakterze kwasnym, umozliwiajacych uzyskanie odpowiednio dlugiego stanu plastyczne¬ go masy formierskiej.Sposób wedlug wynalazku odznacza sie w od¬ róznieniu od znanych sposobów tym, ze produktu poczatkowej kondensacji mocznika z formaldehy¬ dem nie zageszcza sie przed eteryfikacja. Eteryfi- kacje prowadzi sie przy uzyciu alkoholi wielowo- dorotlenowych. Zywica mocznikowa eteryfikowana alkoholami wielowodorotlenowymi odznacza sie w obecnosci katalizatorów o charakterze kwasnym dluzszym czasem zelowania w piasku i nadaje gladka powierzchnie rdzeniowi po uformowaniu masy. W sposobie wedlug wynalazku nie zachodzi potrzeba usuwania nadmiaru alkoholu z zywicy.Sposób wedlug wynalazku polega na wprowa¬ dzeniu mocznika w temperaturze 20—30°C do obo- 5204852048 3 jetnej, nastawionej na wartosc pH = 7,0 —7,4, for¬ maliny handlowej o zawartosci okolo 37% CH20, w ilosci odpowiadajacej stosunkowi molowemu CO (NH2)2 : CH20 = 1 :1,7—3,0. Mocznik rozpuszcza sie przy tym w ciagu stosunkowo krótkiego czasu, nie przekraczajacego w zasadzie okolo 10 minut.Przy stopniowym ogrzewaniu mieszaniny reakcyj¬ nej do okolo 60—80°C, nastawia sie wartosc pH = 8,0 — 8,5 i ogrzewa w tym zakresie tempe¬ ratury lub w temperaturze wrzenia pod chlodnica zwrotna maksymalnie przez 1 godzine. Nastepnie zakwasza sie mieszanine reakcyjna do wartosci pH = 3,0—4,0 i przeprowadza reakcje polikonden- sacji mocznika z formaldehydem w warunkach temperatury wrzenia, kontrolujac przebieg proce¬ su pomiarem tolerancji wodnej, to znaczy mia¬ reczkujac pobrana 5 ml próbke kondensatu, ozie¬ biona do temperatury 20 ± 1°C, woda destylowa¬ na o temperaturze równiez 20 ± 1°C, do wysta¬ pienia trwalego zmetnienia próbki. Stosunek obje¬ tosci w ml pobranej próbki do ilosci ml wody de¬ stylowanej zuzytej do odmiareczkowania okresla liczbowo wartosc tolerancji wodnej kondensatu.Reakcje polikondensacji mocznika z formaldehy¬ dem przerywa sie po uzyskaniu wartosci toleran¬ cji wodnej 5 :20—35, odkwaszajac mieszanine re¬ akcyjna i nastawiajac wartosc pH = 7,0 — 7,4.Stopniowo oziebia sie mieszanine reakcyjna do temperatury 80—85°C i w tej temperaturze wkrap- la sie substancje o charakterze alkoholu wielowo- dorotlenowego, zwlaszcza gliceryne, zakwaszona nie wielkim dodatkiem stezonego kwasu siarkowe¬ go. Ilosc wprowadzonego alkoholu wielowodorotle- nowego winna wynosic—1* ~moli przypadaja- n cych na 1 mol uzytego do syntezy zywicy mocz¬ nika, przy czym n oznacza liczbe girup wodorotle- nowych zawartych w drobinie alkoholu. Po wkro- pleniu alkoholu wartosc pH mieszaniny winna wynosic okolo 6,0—7,0. Ogrzewa sie nastepnie mie¬ szanine do wrzenia i utrzymuje w tej temperatu¬ rze pod chlodnica zwrotna przez 20—60 minut.Nastepnie neutralizuje sie zywice do wartosci pH = 7,0 — 7,4 i prowadzi destylacje pod normal¬ nym lub pod zmniejszonym cisnieniem, celem usu¬ niecia nadmiaru wody. Destylacje przerywa sie po uzyskaniu gestosci zywicy w temperaturze 20°C 1,23—1,35 g/cm3, zwlaszcza okolo 1,3 g/cm8. Zywice schladza sie do temperatury okolo 60°C, dodaje ewentualnie wody amoniakalnej o stezeniu 20—25% NH3 w ilosci od 5 do 12% wagowych w przeliczeniu na mase zywicy i miesza w tempe¬ raturze okolo 60°C w ciagu maksymalnie 1 godzi¬ ny. Po ochlodzeniu zywicy do temperatury okolo 20—30CC produkt jest gotowy.Do neutralizacji formaliny i zywicy w czasie na¬ stawiania pH w trakcie kondensacji i po eteryfi- kacji moze byc stosowany okolo 10—20% lug so¬ dowy.Do zywicy dodaje sie ewentualnie 0,01 do 10% wosku emulsyjnego lub mieszaniny o skladzie na przyklad: 6,2% wosku emulsyjnego, 30,1% mydla glinowego wyzszych kwasów tluszczowych i 63,7% nafty, dodajac skladniki te do zywicy bezposred- 4 nio przed wymieszaniem z piaskiem, celem popra¬ wienia wlasciwosci masy formierskiej. Nastepujace przyklady wyjasniaja blizej istote wynalazku. 5 Przyklad I. 1013 czesci wagowych 36,9%- owej formaliny neutralizuje sie 20%-owym lugiem sodowym do wartosci pH = 7,2. Mieszajac, dodaje sie 300 czesci wagowych mocznika, który rozpusz¬ cza sie w ciagu okolo 5 minut i ogrzewa do tem- io peratury 95°C. Po calkowitym rozpuszczeniu sie mocznika, mieszanine reakcyjna alkalizuje 20%- owym lugiem sodowym do uzyskania wartosci pH = 8,5. W tych warunkach, ciagle mieszajac, go¬ tuje sie roztwór przez 1 godzine. Nastepnie do 15 mieszaniny dodaje sie 10%-owy roztwór kwasu octowego, az do uzyskania wartosci pH = 3,8. Po uplywie okolo 0,5 godziny od momentu zakwasze¬ nia tolerancja wodna mieszaniny reakcyjnej wy¬ nosi 5 :27. Proces kondensacji mocznika z formal- 20 dehydem przerywa sie, dodaje 20%-owy roztwór lugu sodowego do uzyskania wartosci pH = 7,2.Po ochlodzeniu zywicy do temperatury 85°C, wkrapla powoli, ciagle mieszajac, 391 czesci wago¬ wych gliceryny zakwaszonej stezonym kwasem 25 siarkowym. Czas wkraplania gliceryny wynosi okolo 1 godziny. Po wkropleniu calosci gliceryny, mieszanine posiadajaca wartosc pH = okolo 6,0 — ogrzewa sie do temperatury wrzenia i gotuje przez 30 minut. Nastepnie zobojetnia zywice do wartosci 30 pH=7,2, dodajac 20%-owy lug sodowy i poddaje destylacji pod normalnym cisnieniem. W ciagu okolo 3 godzin trwania destylacji temperatura wrzenia roztworu wzrasta do 108°C, w momencie przerwania destylacji. Odbiera sie 300 czesci wa- 35 gowych destylatu. Otrzymuje sie po oziebieniu okolo 1720 czesci wagowych zywicy o gestosci w 20°C 1,23 g/cm?, o lepkosci okolo 200 cP w 20°C i o zawartosci suchej substancji okolo 40% wago¬ wych. Czas zelowania tej zywicy w temperaturze 40 okolo 20°C wynosil odpowiednio po dodaniu do zywicy stezonego kwasu ortofosforowego o gesto¬ sci okolo 1,7 g/cm3: 15% wagowych H3PO4 — okolo 10 minut. 45 20% wagowych H3P04 — okolo 9 minut.Przyklad II. 2006 czesci wagowych 37,4% formaliny neutralizuje sie 20%-owym lugiem sodo¬ wym do wartosci pH = 7,2. Mieszajac, dodaje sie 50 600 czesci wagowych mocznika, który rozpuszcza sie w ciagu okolo 5 minut i ogrzewa do tempera¬ tury 65°C. Po calkowitym rozpuszczeniu sie mocz¬ nika, mieszanine reakcyjna alkalizuje 20%-owym lugiem sodowym do uzyskania wartosci pH = 8,5. 55 W tych warunkach, ciagle mieszajac, ogrzewa sie roztwór w temperaturze 60—706C przez 1 godzine.Nastepnie do mieszaniny dodaje sie 10%-owy roz¬ twór kwasu octowego, az do uzyskania wartosci pH = 3,6. Po uplywie okolo 0,5 godziny od momen- 60 tu zakwaszenia tolerancja wodna mieszaniny reak¬ cyjnej utrzymywanej we wrzeniu wynosi 5 :26,5.Proces kondensacji mocznika z formaldehydem przerywa sie, dodajac 20%-owy roztwór lugu so¬ dowego do uzyskania wartosci pH = 7,2. Po ochlo- M dzeniu zywicy do temperatury okolo 85°C, wkrap-5 52048 6 la sie powoli, ciagle mieszajac, 775 czesci wago¬ wych gliceryny zakwaszonej kilkoma kroplami stezonego kwasu siarkowego. Czas wkraplania gli¬ ceryny wynosi okolo 1 godziny.Po wkropleniu calosci gliceryny, mieszanine po¬ siadajaca wartosc pH = okolo 6 — ogrzewa sie do temperatury wrzenia i gotuje przez 30 minut. Na¬ stepnie zobojetnia zywice do wartosci pH = 7,2, dodajac 20%-owy lug sodowy i poddaje destylacji pod próznia w temperaturze okolo 65° do uzyska¬ nia gestosci zywicy 1,3 g/cm3 w 20°C. Do zagesz¬ czonej zywicy dodaje sie 25%-owej wody amonia¬ kalnej w ilosci okolo 10% wagowych w przelicze¬ niu na mase zywicy i miesza zywice z woda amoniakalna w temperaturze okolo 60°C w ciagu okolo 0,5 godziny. Otrzymuje sie po oziebieniu do temperatury okolo 20°C i zobojetnieniu do warto¬ sci pH = 7,2 okolo 1850 czesci wagowych zywicy o gestosci 1,28 g/cm3 i o lepkosci okolo 1600 cP w 20°C.Przyklad III. 450 czesci wagowych piasku o granulacji ponizej 1 mm miesza sie z 6,75 cze¬ sciami wagowymi kwasu ortofosforowego stezone¬ go o gestosci w 20°C okolo 1,7 g/cm3. Nastepnie dodaje do piasku 13,5 czesci wagowych zywicy opisanej w przykladzie I. Po uplywie okolo 5 mi¬ nut od momentu zamieszczenia piasku z zywica wystepuje bardzo wyrazny „stan plastyczny" masy formierskiej, który utrzymuje sie w przeciagu 30—60 minut.Przyklad IV. 450 czesci wagowych piasku miesza sie z 6,75 czesciami wagowymi krystalicz¬ nego fosforanu jednoamonowego. Nastepnie doda¬ je do piasku 2,0 czesci wagowe kwasu ortofosfo¬ rowego stezonego o gestosci w 20°C okolo 1,7 g/cm3.Po wymieszaniu z tymi skladnikami wprowadza sie 13,5 czesci wagowych zywicy opisanej w przy¬ kladzie II. Po uplywie okolo 10 minut od momen¬ tu zmieszania piasku z zywica wystepuje „stan plastyczny" masy, który utrzymuje sie w ciagu okolo 60 minut. Z masy formuje sie znormalizo¬ wane ksztaltki. Wytrzymalosc na sciskanie w sta- s nie wilgotnym uformowanej masy wynosi po 15 •minutach okolo 0,1 kG/cm2, zas wytrzymalosc na rozrywanie w stanie suchym, po uplywie 24 godzin suszenia w temperaturze okolo 20°C, przekracza 10 kG/cm?. 10 Przyklad V. Postepuje sie podobnie jak w przykladach III i IV. Do piasku wprowadza sie zywice otrzymana jak w przykladach I lub II z dodatkiem 0,03 czesci wagowych wosku emulsyj- 15 nego, lub 1 czesci wagowej mieszaniny o skladzie 6,2% wosku NP, 30,1% laurynianu glinu i 63,7% nafty, przypadajacych na 13,5 czesci wagowych zy¬ wicy. 20 PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób wytwarzania spoiwa do mas formier¬ skich, znamienny tym, ze zywice mocznikowo-for- maldehydowa modyfikuje sie wielowodorotlenowy- 25 mi alkoholami alifatycznymi, zwlaszcza gliceryna, bez wstepnego zageszczania produktu kondensacji poczatkowej mocznika z formaldehydem i usuwa¬ nia nadmiaru uzytego alkoholu wielowodorotleno- M wego, stosujac — — moli alkoholu na 1 mol n mocznika przy wartosci pH ponizej 7,0 przy czym n stanowi liczbe grup wodorotlenowych w drobi¬ nie alkoholu, a nastepnie do zywicy dodaje sie 35 ewentualnie wody amoniakalnej o stezeniu 20—25% NH3 w ilosci od 5% dlo 12# wagowych i (lub) od 0,01% do 10% wagowych wosku emulsyjnego lub mieszaniny wosku emulsyjnego, mydla glinowego wyzszych kwasów tluszczowych i weglowodoru ali- *° fatycznego. \ PL