專(zhuān)利名稱(chēng)：酚醛樹(shù)脂涂布的耐火聚集料的制作方法
背景技術(shù)：
然而，此種已有的加熱方法除去了大量的溶劑，這對(duì)大氣是不利的污染物。
一直需要避免環(huán)境的污染和其它與含有溶劑的耐火顆粒狀混合料和該現(xiàn)有技術(shù)的方法相關(guān)的其它有害物。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的目的是在不使用與現(xiàn)有技術(shù)體系相關(guān)的大量溶劑的情況下制成樹(shù)脂涂布的耐火混合料。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是將基本上不含溶劑的耐火顆粒料制成整塊結(jié)構(gòu)、磚和其它型材，通過(guò)使用含有少量或不含有溶劑的粘合劑將耐火顆粒料粘合成這些型材。
進(jìn)一個(gè)目的是在降低環(huán)境污染的同時(shí)得到能夠制成單塊結(jié)構(gòu)和其它型材的耐火混合料。
通過(guò)下列描述的優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明的這些和其它目的將是明顯的。
優(yōu)選實(shí)施方案的描述耐火材料、特別是耐火顆粒料(以下稱(chēng)之為“耐火聚集料”)在諸如為熔融鐵和非鐵金屬的冶煉、處理和輸送的高溫環(huán)境下是特別適用的。
耐火聚集料包括表現(xiàn)出耐火性能的如下材料，諸如碳化硅、氧化鋁、氧化鎂、煅燒白云石、石墨、碳、二氧化硅、氧化鋯和其它金屬氧化物、氮化物、碳化物等等。
耐火聚集料通常有各種顆粒尺寸或可被粉碎和/或篩分以得到所需的顆粒尺寸范圍。但是顆粒尺寸在本發(fā)明中不是關(guān)鍵的，我們使用的耐火聚集料范圍是從通過(guò)5目直至保留在300目的篩網(wǎng)(-5至300目)，優(yōu)選-5至100目。(在本申請(qǐng)中的所有篩網(wǎng)尺寸指的是美國(guó)目單位制)。
本發(fā)明的耐火聚集料是例如通過(guò)將耐火聚集料放置在加熱爐中或其它合適的加熱設(shè)備中加熱至活化熱固化樹(shù)脂而將其轉(zhuǎn)變成B-階段的溫度或軟化熱塑性樹(shù)脂的溫度，通常在140°F-500°F，優(yōu)選250°F-375°F之內(nèi)。
一旦加熱之后，將樹(shù)脂材料混入至耐火聚集料中并劇烈混合以均勻地分散和/或熔融所述樹(shù)脂，該樹(shù)脂變得涂布至所述耐火聚集料的表面上?；谒鼍奂系闹亓繛?-15重量％，優(yōu)選5-15重量％的樹(shù)脂用量通常是足以涂布所述耐火聚集料。在一定程度上，樹(shù)脂的用量將依賴(lài)于聚集料的表面積，其將隨著聚集料的尺寸相反地變化。前述的重量百分比是基于固體的重量，例如粉末形式的樹(shù)脂。如果使用樹(shù)脂溶液，重量百分比構(gòu)成溶液的樹(shù)脂固體的重量。
一旦涂布之后，聚集料就可以分批包裝以輸送至使用場(chǎng)所，或直接用于制成耐火型材、磚和其它耐火材料通常使用的型材。
成形可在模具中或依靠表面進(jìn)行。耐火聚集料可依靠設(shè)備例如盛鋼桶或爐子的內(nèi)表面投射，可以被沖壓、壓延或壓縮且當(dāng)冷壓時(shí)將表現(xiàn)出高的生坯強(qiáng)度。當(dāng)成形時(shí)，所得的耐火物料將不放射出有害的溶劑蒸氣由此降低了著火或爆炸的風(fēng)險(xiǎn)且將降低環(huán)境污染且對(duì)工人健康的威脅。
作為合適的樹(shù)脂類(lèi)材料，可使用公知為酚醛樹(shù)脂類(lèi)(特別是線(xiàn)形酚醛樹(shù)脂)的那類(lèi)合成樹(shù)脂，它們是基于酚醛體系的反應(yīng)產(chǎn)物的熱塑性樹(shù)脂。
酚醛樹(shù)脂通常被視為包含熱固性樹(shù)脂(“可熔酚醛樹(shù)脂”)和熱塑性樹(shù)脂(“線(xiàn)形酚醛樹(shù)脂”)。 可從這些樹(shù)脂體系得到的不同性能能夠通過(guò)酚醛體系中各組分的相對(duì)比率而控制。
例如，可熔酚醛樹(shù)脂是通過(guò)苯酚與摩爾過(guò)量的苯酚反應(yīng)性醛反應(yīng)而制得，通常是在作為縮聚催化劑的堿或堿土金屬化合物存在下制得。它們也可通過(guò)使用不含金屬的氫氧化季銨或有機(jī)胺作為催化劑而制備。
另一方面，為得到具有線(xiàn)形酚醛樹(shù)脂的性能的樹(shù)脂，那就是說(shuō)，為得到在加熱時(shí)不熱固化的產(chǎn)物，必須將苯酚和醛以每摩爾苯酚為低于1摩爾醛的摩爾比率反應(yīng)。
線(xiàn)形酚醛樹(shù)脂可使用合適的酸催化劑制得，其包括強(qiáng)無(wú)機(jī)酸例如硫酸、磷酸和鹽酸以及有機(jī)酸例如草酸、水楊酸或酸酐，例如馬來(lái)酸酐。
如上所述，苯酚和醛是以每摩爾苯酚為低于1摩爾醛的摩爾比率一起反應(yīng)。通常地，醛將不與苯酚以低于0.2∶1的摩爾比使用。優(yōu)選地，所使用的醛是甲醛，優(yōu)選以約0.4∶1至約0.85∶1的甲醛苯酚的摩爾比。甲醛可以由苯甲醛、乙醛、丁醛和本領(lǐng)域一般技術(shù)人員公知的其它醛替代且所述苯酚可以由甲苯酚、二甲苯酚、萘酚或雙酚A或本領(lǐng)域一般技術(shù)人員熟知的其它材料部分地替代。
用于線(xiàn)形酚醛樹(shù)脂的制備方法是熟知的且例如是見(jiàn)于PhenolicResin，Andrew Knop and Louis A.Plato，Springer Verlag，Berlin，Germany，1985。
被添加至線(xiàn)形酚醛樹(shù)脂的其它材料包括溶劑。通常以30-50重量％的溶劑降低樹(shù)脂的粘度以使其更自由地流動(dòng)且由此，用于涂布耐火聚集料。
然而，此種溶劑量的存在導(dǎo)致在處理和形成所得耐火聚集料-粘合劑物料時(shí)溶劑蒸氣的有害釋放。
我們發(fā)現(xiàn)，溶劑含量可明顯地降低或消除，同時(shí)通過(guò)在加入樹(shù)脂之前加熱耐火聚集料而仍然能夠用酚醛樹(shù)脂涂布聚集料。
當(dāng)溶劑含量是2-3重量％(以包括有其它組分的聚集料的重量為基準(zhǔn))時(shí)，已發(fā)現(xiàn)以點(diǎn)燃后失重表示的有機(jī)排放物是約2-15重量％的樹(shù)脂、增塑劑和水分的結(jié)合物。無(wú)溶劑的體系將導(dǎo)致比上述情況更低的排放量(點(diǎn)燃后失重更低)。
增塑劑可以約1.0-2.0重量％(以聚集料的重量為基準(zhǔn))的量添加。增塑劑可以使用例如酯、多醇和本領(lǐng)域一般技術(shù)人員熟知的其它材料。
通過(guò)參照下列實(shí)施例將進(jìn)一步理解本發(fā)明。
實(shí)施例1稱(chēng)重下列組分(A)氧化鋁(-18目) 1000克(B)石墨 50克(C)線(xiàn)形酚醛樹(shù)脂(BR-660A薄片) 90克(D)HEXA 9.5(E)水14.5(F)增塑劑15組分(A)是在加熱爐中預(yù)熱至325°F；然后加入(B)且混合1分鐘；加入組分(C)且開(kāi)始計(jì)時(shí)。在3分鐘時(shí)，加入預(yù)混料(D)(E)且以低速混合，在3.5分鐘時(shí)加入(F)且劇烈地混合直至從計(jì)時(shí)開(kāi)始為9分鐘。檢查溫度以確保熔融和分散。所得的聚集料在從混合器排出時(shí)是自由流動(dòng)的。
上面使用的“HEXA”是指六次甲基四胺且作為用于線(xiàn)形酚醛樹(shù)脂的交聯(lián)劑。
可以包括的其它添加劑是抗氧劑、無(wú)機(jī)物、流動(dòng)改性劑、惰性填充劑、填料、水和其它增強(qiáng)劑，以及本領(lǐng)域一般技術(shù)人員熟知的混入至最終制品的其它改性劑。
由此，明顯的是，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員可以在不偏離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)的情況下增加或改進(jìn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)如下步驟制得的樹(shù)脂涂布聚集料(A)將聚集料預(yù)熱至高于添加了該聚集料的樹(shù)脂的軟化點(diǎn)以上的溫度；(B)將樹(shù)脂添加至步驟(A)的加熱后聚集料中；(C)將所述樹(shù)脂和加熱后聚集料在一定條件下混合以致于用樹(shù)脂涂布聚集料；且(D)回收自由流動(dòng)樹(shù)脂涂布的聚集料。
2.如權(quán)利要求1所述的聚集料，其中所述聚集料是耐火聚集料且所述樹(shù)脂包括酚醛樹(shù)脂，其選自于可熔酚醛樹(shù)脂和線(xiàn)形酚醛樹(shù)脂。
3.如權(quán)利要求1所述的聚集料，其中所述樹(shù)脂是還包含交聯(lián)劑且至少一種稀釋劑的線(xiàn)形酚醛樹(shù)脂，該稀釋劑選自于增塑劑、抗氧劑、流動(dòng)改進(jìn)劑、水和惰性填充劑。
4.如權(quán)利要求3所述的聚集料，其中所述樹(shù)脂包含不超過(guò)其本身重量的約2重量％溶劑。
5.如權(quán)利要求3所述的聚集料，其中不存在溶劑。
6.由權(quán)利要求1所述的聚集料制成的耐火型材。
7.如權(quán)利要求1所述的聚集料，其中所述聚集料是選自于氧化鋁、氧化鎂、煅燒白云石、石墨、碳、二氧化硅、氧化鋯、碳化硅以及它們的混合物的耐火材料。
8.一種從耐火聚集料制成耐火型材的方法，其包括(A)將一種耐火聚集料預(yù)熱至高于添加了該聚集料的樹(shù)脂的軟化點(diǎn)以上的溫度；(B)將樹(shù)脂與步驟(A)的加熱后聚集料接觸；(C)將所述樹(shù)脂和加熱后聚集料在一定條件下混合以致于用樹(shù)脂涂布聚集料；且(D)將涂布的聚集料制成耐火型材。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述溫度是高于約140°F。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述樹(shù)脂是線(xiàn)形酚醛樹(shù)脂。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述樹(shù)脂包含不超過(guò)其本身重量的約2重量％的溶劑。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中步驟(A)-(D)是在無(wú)溶劑下進(jìn)行。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述樹(shù)脂還包含交聯(lián)劑。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述耐火聚集料至少是兩種不同類(lèi)型的耐火聚集料的混合物。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，其還包括在步驟(B)之后添加交聯(lián)劑。
16.一種從耐火聚集料制備耐火型材的方法，其包括(A)將一種耐火聚集料預(yù)熱至足以將熱固性樹(shù)脂轉(zhuǎn)變成B-階段固化的溫度；(B)將包含有可熔酚醛樹(shù)脂的一種樹(shù)脂與步驟(A)的加熱后聚集料接觸；(C)將所述樹(shù)脂和加熱后聚集料在一定條件下混合以使得由樹(shù)脂涂布聚集料；且(D)將涂布的聚集料制成耐火型材。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述耐火型材是進(jìn)一步被加熱以固化所述的B-階段固化樹(shù)脂。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中步驟(A)-(D)是在無(wú)溶劑下進(jìn)行。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其在步驟(C)和(D)之間回收自由流動(dòng)的涂布聚集料。
20.如權(quán)利要求8所述的方法，其在步驟(C)和(D)之間回收自由流動(dòng)的涂布聚集料。
全文摘要
一種用于制備樹(shù)脂涂布的耐火聚集料的方法且所得的樹(shù)脂涂布聚集料可用于制成耐火型材例如爐襯、磚等等。所述方法包括將顆粒形狀的加熱后耐火材料與樹(shù)脂或樹(shù)脂溶液接觸,其然后被成型或投射或壓縮,當(dāng)冷壓時(shí)表現(xiàn)出高的生坯強(qiáng)度。結(jié)果得到明顯降低的有機(jī)排放物。
文檔編號(hào)B22C1/22GK1367719SQ00811198
公開(kāi)日2002年9月4日 申請(qǐng)日期2000年7月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月2日
發(fā)明者阿維斯·勞埃德·麥克拉里, 吉米·平高·陳, 皮奇愛(ài)亞·錢(qián)德拉蒙利 申請(qǐng)人:博登化學(xué)公司