RU1788921C - Способ получени отвердител дл жидкостекольной самотвердеющей смеси в литейном производстве и ее состав - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано при производстве сложноэфирных отверди- телей в литейном производстве при изготовлении литейных форм и стержней. Сущность: в качестве сырь  дл  производства отвердител  используетс  отход производства этиленгликол  - ацетаты этерифика- ции, содержащего ди-, три-, тетра- и пентаэтиленгликоли. Отход производства этиленгликол  этерифицируютуксусным ангидридом в присутствии кислотного катализатора . Состав смеси, мае. ч.: жидкое стекло 2,5... 6,0;ацетаты зтерификацииотхода производства этиленгликол , содержащего ди-, три-,тетра-и пентаэтиленгликольО,25... 1,0: огнеупорный наполнитель на основе диоксида кремни  остальное. При использовании ацетатов этерификации,  вл ющихс  отходами производства этиленгликол , в составе жидкостекольной смеси образуютс  сложные эфиры, которые при взаимодействии с жидким стеклом позвол ют существенным образом повысить их прочность, живучесть, снизить осыпаемость. Кроме этого использование отходов химического производства позвол ет улучшить санитар- но-гигиеничёские и экологические услови . 2 с.п. ф-лы, 2 табл. со с VI оо 00 в

Description

Изобретение относитс  к области химической технологии и литейного производства , а именно к получению и применению отвердител  дл  холоднотвердеющих формовочных и стержневых смесей (ХТС) с жидким стеклом.

Широкое распространение получили жидкостекольныеХТС, отверждаемые сложными эфирами. Чаще всего в качестве конкретных представителей сложных эфиров называют ацетаты глицерина и этиленгликол . Такие отвердители неприемлемы в чистом виде дл  отверждени  жидкостеколь- ных ХТС. Поэтому были найдены способы повышени  скорости твердени  ХТС с такими эфирами: композици  диацетата этилен- гликол  с этил- и винилиденом и с 1,2-диацетооксиэтиленом. Фирмой Foseco (Великобритани ) выпускаютс  две серии отвердителей на основе ацетатов глицерина, представл ющих собой сочетание вз тых в различных соотношени х диз

со

цетина и триацетина. По такой технологии глицерин этерифицируют лед ной уксусной кислотой. Например, дл  получени  1т от- вердител  моноацетина используют 0,5 т глицерина и 1,0 т лед ной уксусной кислоты. Ингредиенты помещают в аппарат с перегонной колонкой и медленно нагревают, получа  в дистилл те слабую уксусную кислоту . Процесс продолжаетс  до тех пор, пока не . начнет перегон тьс  концентрированна  уксусна  кислота. В кубовом остатке - моноацетин.

Однако одним из существенных недостатков сложноэфирных отвердителей дл  жидкостекольных смесей на основе глицерина  вл етс  невысока  скорость твердени  ХТС и самопроизвольна  деформаци , т. е. нарушение геометрии формы или стержн  в процессе твердени  из-за наличи  свободного глицерина. Еще одним недостатком таких сложных эфиров  вл етс  необходимость использовани  дефицитных чистых целевых продуктов - глицерина, эти- ленгликол .

Наиболее близким способом получени  отвердител  дл  ХТС с жидким стеклом  вл етс  способ получени  отвердител  дл  жидкостекольной смеси путем этерифика- ций отхода производства кумарина, содержащего уксусную кислоту и отходы производства ундециленовой кислоты, содержащей глицерин. Отвердитель по такому способу имеет удовлетворительные технологические характеристики. Однако способ его получени  имеет существенные недостатки:

больша  длительность процесса этери- фикации - 28 ч;

необходимость вакуумной отгонки - б - 7ч;

использование сырь  технической чистоты , а не отхода производства, содержащего 82,1 ... 93,7% уксусной кислоты и отхода производства ундециленовой кислоты, содержащего 64,4 ... 80,2% глицерина.

Такие компоненты с содержанием основного вещества выше 80 ... 90% не могут считатьс  отходами производства, а  вл ютс , по сути дела, существенным недостатком технологии. Поэтому их применение нецелесообразно в качестве исходных веществ дл  производства сложного эфира.

Известны смеси, в которых в качестве отвердителей используют сложные эфиры угольной кислоты, уксусной кислоты, слабые растворы неорганических кислот, водные растворы солей. Такие смеси содержат ацетаты глицерина, ацетаты этиленгликол , полиизоцианаты и другие сложные эфиры, представл ющие собой продукты этерификации целевых химических реактивов. Кроме того, широкое применение таких отвердителей затруднено из-за их высокой стоимости и дефицитности.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  самотвердеюща  смесь, включающа  жидкое стекло и огнеупорный наполнитель, а в качестве отвердител  используетс  продукт

0 этерификации отходов производства кумарина на основе уксусной кислоты с отходами производства ундециленовой кислоты на основе глицерина при мол рном соотношении глицерина и уксусной кислоты от 1:2 до

5 1:9.

Недостатком такой смеси  вл етс  низка  живучесть и прочность, а также использование в качестве отвердител  продукта этерификации отходов кумарина, со0 держащего до 90% уксусной кислоты и отходов производства ундециленовой кислоты, содержащей до 80% глицерина. Т. е. дл  производства такого отвердител  используют очень ценное химическое сырье, дефи5 цитность которого в СССР не позвол ет наладить выпуск сложноэфирных отвердителей .

Отвердитель содержит два основных компонента диацетин и триацетин в различ0 ных соотношени х, кроме того, в составе присутствует уксусна  кислота и глицерин. Причем, наличие последних играет отрицательную роль, так как свободна  уксусна  кислота вступает во взаимодействие с рас5 творимым силикатом натри  в самом начале смесеприготовлени , а глицерин придает смеси пластичность уже в затвердевшем состо нии , что дл  определенной конструкции стержней  вл етс  крайне неприемлемым,

0 так как нарушаетс  геометри  и точность размеров стержн .

Целью насто щего изобретени   вл етс : повышение прочности и живучести смеси , снижение осыпаемости и

5 себестоимости.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что способ получени  отвердител  на основе реакции этерификации с последующей отгонкой кислоты, в соответствии с изобрете0 нием, включает в себ  проведение этерификации уксусным ангидридом отхода производства - полиэтиленгликол . В известную жидкостекольную смесь дл  изготов- лени  литейных форм и стержней,

5 включающую огнеупорный наполнитель, жидкое стекло и жидкий о твердитель согласно насто щему изобретению, вводитс  отвердитель при следующем соотношении компонентов, мае. ч.:

Жидкое стекло2,5 ... 6,0

Отвердитель (ацетаты этерификации отхода производства этилен- гликол , содержащего ди-,три-, тетра- и пен- таэтилен-гликоли)0,25 ... 1,0 Огнеупорный наполнитель на основе диоксида кремни  Остальное Состав и свойства полиэтиленгликол  дл  производства отвердител  регламентируютс  техническими услови ми Полигли- коли - отход производства гликолей.

Реакци  этерификации идет в присутствии катализатора, например, сульфокатио- нита КУ-2-8 (ГОСТ 20238-84) при мол рном соотношении.равном 1 : 1,5 - 9 и температуре 130 - 170°С до получени  уксусной кислоты в дистилл те.

Существенной отличительной особенностью за вл емого способа получени  отвердител   вл етс  то, что этерификации подвергаетс  отход производства этиленг- ликол , содержащий ди-, три-, тетра- и пен- таэтиленгликоли, уксусным ангидридом.

Процесс получени  отвердител  состоит из следующих стадий.

Синтез. Этерификацию полиэтиленгликол  уксусным ангидридом ведут в аппарате с реакционной колонкой  ри медленном нагреве от 130°С и после отгонки уксусной кислоты повышают температуру реакционной смеси до 170°С.

Фильтраци . Фильтраци  осуществл етс  дл  отделени  реакционной смеси от катализатора.

Получение отвердител  в соответствии с изобретением можно проводить, загружа  одновременно все ингредиенты, однако более целесообразно с точки зрени  уменьшени  занимаемого объема реакционного аппарата, добавл ть к смеси полиэтиленгликол  с КУ- 2-8 уксусный ангидрид по част м , так как избыток уксусной кислоты отгон етс  в процессе этерификации.

Изобретение иллюстрируетс  следующими примерами: двухгорла  колба после внесени  полиэтиленгликол  КУ-2-8 и части уксусного ангидрида закрываетс  4-об- разной насадкой с отводом дл  нисход щего холодильника. В отводы у насадки вставл ют термометр дл  определени  температуры отгон емых паров и капельную воронку. Во второе отверстие колбы вставл ют термометр дл  определени  температуры реакционной смеси. После достижени  реакционной смесью температуры 130°С начинаетс  реакци  (кипение жидкости) и отгон етс  уксусна  кислота . Постепенно ввод т оставшуюс  часть

уксусного ангидрида со скоростью, определ емой способностью нисход щего холодильника конденсировать уксусную кислоту и, не вошедший в реакцию уксусный ангидрид . Температуру реакционной зоны посте- пенно повышают и при достижении температуры отгон емых паров 170°С через 1 ... 1,5 часа нагрев прекращают. Дальнейшее повышение температуры реакционной

0 смеси приводит к осмолению, что ухудшает качество отвердител . Охлаждают реакционную смесь и фильтруют от КУ-2-8 при температурах 60 - 80°С. Качество полученного отвердител  контролируют по свойст5 вам холоднотвердеющих смесей с ним.

Показатели свойств ХТС определ ют по ГОСТ 23409-78 и специальным методикам. Испытывалась смесь следующего состава , мае. ч.:

0 Жидкое стекло

(ГОСТ 13018-81)2,5... 6,0 Отвердитель 0,25 ... 1,0 Песок кварцевый (ГОСТ 2138-84) Остальное

5 Оптимальные параметры жидкого стекла дл  ХТС, отверждаемых сложноэфирны- ми отвердител ми: М 2,3 ... 2,5; плотность 1420 ... 1480 кг/м3; содержание отвердител  при этом составл ет 10 ... 15% от массы

0 св зующего. В табл. 1 приведены температурные режимы процесса получени  отвердител  и свойства ХТС с ними.

Как видно из табл. 1, ХТС с отвердите- лем по за вл емому способу имеютудовлет5 верительные физико-механические характеристики. При этом значительно сокращаетс  врем  изготовлени  отвердител , исключаетс  вакуумна  отгонка, расшир етс  сырьева  база, снижаетс  сто0 имость целевого продукта. Использование крупнотоннажного отхода производства решает экологические вопросы, включа  устранение кислых сточныхТзод.

Соотношение ингредиентов и темпера5 турными режимами можно регулировать врем  процесса. Содержанием отвердител  регулируютс  свойства ХТС.

Содержание жидкого стекла в за вл емой смеси измен етс  в пределах от 2,5 до

0 6,0 мае. ч. При уменьшении количества жидкого стекла ниже 2,5 мае. ч. прочность смеси неудовлетворительна из-за того, что не обеспечиваетс  смачивание поверхности наполнител  св зующим. При повышении

5 количества св зующего выше 6,0 мае. ч. значительно повышаетс  остаточна  прочность и ухудшаетс  выбиваемость смеси из отливок ,

Содержание отвердител  можно измен ть от 0,25 до 1,0 мае. ч. Количеством отвердител  можно варьировать живучесть смеси, но до определенных пределов. Если содержание отвердител  ниже 0,25 мае. ч., смесь не имеет достаточной прочности, выше 1,0 - снижаетс  живучесть смеси и прочность через 24 ч.

Жидкое стекло, примен емое в качестве св зующего в смеси, представл ет собой водный раствор силиката натри  плотностью 1420 ... 1520 кг/м3. Модуль жидкого стекла целесообразно использовать 2,2 ... 2,8. Предпочтительнее применение средне- модульного жидкого стекла (М 2,3 ... 2,5).

Модуль жидкого стекла значительно вли ет на свойства смеси, особенно живучесть и прочность. При использовании жидкого стекла.с модулем ниже 2,2 смесь затвердевает очень медленно, а с модулем выше 2,8 очень быстро.

В качестве огнеупорного наполнител  в смеси можно использовать обычные материалы , примен емые в литейном производстве . Примеры составов ХТС приведены в табл. 2. -Применение холоднотвердеющих смесей , отверждаемых по за вленному техническому решению, позвол ет получить такие технико-экономические преимущества:

снижение себестоимости смеси;

улучшение санитарно-гигиенических условий труда;

улучшение физико-механических свойств смесей.

Формул а изобретени 

1. Способ получени  отвердител  дл  жидкостекольной самотвердеющей смеси в

0

0

5

литейном производстве путем этерификэ- ции отхода производства с последующей отгонкой кислоты, отличающийс  тем, что, с целью повышени  прочности и живучести смеси, снижени  ее осыпаемости и себестоимости, этерификацию производ т уксусным ангидридом отхода производства этилен гликол , содержащего ди-, три-, тет- ра- и пентаэтиленгликоли при мол рном соотношении 1,0 : (1,5 - 9,0) в присутствии кислотного катализатора и при температуре 130 - 170°С до получени  уксусной кислоты в дистилл те.

2, Самотвердеюща  смесь дл  изготовлени  литейных форм и стержней, содержаща  огнеупорный наполнитель на основе диоксида кремни , жидкое стекло и отвер- дитель, отличающа  с   тем, что, с целью повышени  прочности и живучести смеси, снижени  ее осыпаемости и себестоимости, в качестве отвердител  смесь содержит ацетаты этерификации отхода производства этиленгликол , содержащего ди-, три-, тет- ра- и пентаэталенгликоли при следующем 5 соотношении ингредиентов, в мае. %:

Жидкое стекло2,5-6,0 Ацетаты этерификации отхода производства этиленгликол , содержащего ди-, три-, тетра- и пентаэтиленгликоли 0,25 - 1,0 Огнеупорный наполнитель на основе диоксида кремни  Остальное

5

0

Таблица 1

Примечание. ХТС содержит, мае. ч.: кварцевый песок - 100;

жидкое стекло - (М 2,5 ;

у 1480 кг/м3-6,0 отвердитель - 0,6.

Продолжение табл. 1

Таблицз2