專利名稱：鑄造用改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鑄造用粘結(jié)劑技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種鑄造用改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的 制備方法。
背景技術(shù)：
鑄造用粘結(jié)劑及其使用技術(shù)則是影響砂型鑄造生產(chǎn)環(huán)境和鑄型及芯砂性能的主要因素， 并且鑄造用粘結(jié)劑不同于其它用途的粘結(jié)劑，在其性能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境諸方面又有它獨(dú)特的要 求，所以根據(jù)鑄造粘結(jié)劑的要求，研制新型無(wú)毒無(wú)污染、綜合性能優(yōu)良的鑄造粘結(jié)劑及其造 型、制芯工藝勢(shì)在必行。傳統(tǒng)的鑄造用粘結(jié)劑如樹(shù)脂、桐油、水玻璃等都有各自的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng) 用范圍，但也都存在一些問(wèn)題如樹(shù)脂的成本較高，混砂工藝復(fù)雜，造型和澆注時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)刺激 性有毒氣體，從而造成環(huán)境污染；水玻璃砂潰散性、回用性差；桐油的資源有限，制約著它 們的發(fā)展與應(yīng)用，因此，發(fā)展無(wú)污染、低成本、具有良好漬散性的粘結(jié)劑已成為鑄造工作者 的共識(shí)。
酚醛樹(shù)脂(PF)膠粘劑具有膠粘強(qiáng)度高、耐水及耐候性好等優(yōu)點(diǎn)，但是，酚醛樹(shù)脂存在固 化溫度高、熱壓時(shí)間長(zhǎng)、易透膠、原料成本高且原料來(lái)源不可再生等缺點(diǎn)，木質(zhì)素酚醛樹(shù)脂 的研究日益受到人們的重視。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種鑄造用改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中鑄造用 粘結(jié)劑成本高、污染大、回用性差、性能不好等問(wèn)題，本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、制備的粘結(jié)劑 強(qiáng)度高、工藝性能好，粘結(jié)強(qiáng)度高、良好的貯存穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明鑄造用改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備方法為，首先對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行羥甲基化改性，然 后將羥甲基化木質(zhì)素與苯酚及甲醛共縮合，最后加入有機(jī)膨潤(rùn)土進(jìn)行復(fù)合，制得改性酚醛樹(shù) 脂粘結(jié)劑。
本發(fā)明鑄造用改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備方法，所述制備步驟為 (1)木質(zhì)素的羥甲基化改性
將木質(zhì)素用NaOH溶液溶解，加入去離子水，加熱并攪拌，緩慢滴入甲醛，恒溫反應(yīng) l-5h;再將反應(yīng)液倒入去離子水中，攪拌并滴加質(zhì)量濃度為5。/。-15。/。的鹽酸至pH值為3-5，析 出的固體經(jīng)抽濾、反復(fù)洗滌至洗液為中性，真空干燥，得到羥甲基化木質(zhì)素。
木質(zhì)素結(jié)構(gòu)及羥甲基化改性如下所示其它木質(zhì)素結(jié)構(gòu)反應(yīng)式<formula>formula see original document page 5</formula>
木質(zhì)素與酚醛樹(shù)脂共縮合
本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)為采用木質(zhì)素為原料之一，來(lái)源廣泛，成本低廉，木質(zhì)素是具有苯
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《l)愈創(chuàng)木基丙驚 (2)紫丁#%丙烷 (3)對(duì)l^基丙燒
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木質(zhì)素的羥甲基化反應(yīng)
(2)改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備 將苯酚和甲醛混合，在催化劑的作用下，保溫l-5h后加入步驟(l)得到的羥甲基化木質(zhì) 素，繼續(xù)反應(yīng)l-5h，加入有機(jī)膨潤(rùn)土，攪拌0.3-1.5h，制得改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑。丙烷骨架的芳香族化合物，其中含有酚羥基、醇羥基、羧基、硫醇基、甲氧基等官能團(tuán)，是 反應(yīng)性較好的高分子物。該發(fā)明中使用木質(zhì)素，既改善了酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的性質(zhì)，又節(jié)約了 苯酚的使用量，降低了甲醛釋放量，達(dá)到了廢物充分利用與保護(hù)環(huán)境的目的。同時(shí)有機(jī)膨潤(rùn) 土的加入，進(jìn)一步提高了粘結(jié)劑的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。該粘結(jié)劑具有成本低、實(shí)用性強(qiáng)、粘結(jié)強(qiáng) 度高、良好的貯存穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于鑄造領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式
(1) 木質(zhì)素的羥甲基化改性
將木質(zhì)素用NaOH溶液溶解，加熱并攪拌，緩慢滴入甲醛，恒溫反應(yīng)1-5h;再將反應(yīng)液倒 入去離子水中，攪拌并滴加質(zhì)量濃度為5。/。-15。/。的鹽酸至pH值為3-5，析出的固體經(jīng)抽濾、反 復(fù)洗滌至洗液為中性，真空干燥，得到羥甲基化木質(zhì)素；
(2) 改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備
將苯酚和甲醛混合，在催化劑的作用下，保溫l-5h后加入步驟(l)得到的羥甲基化木質(zhì) 素，繼續(xù)反應(yīng)l-5h，加入有機(jī)膨潤(rùn)土，攪拌0.3-1.5h，制得改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑。
步驟(1)中甲醛與木質(zhì)素的用量比為l : 2-1 : 8，按質(zhì)量比計(jì)。
步驟(1)中NaOH溶液的質(zhì)量濃度為3。/。-15。/。； NaOH溶液的體積用量按lg木質(zhì)素溶于 8-20mLNaOH溶液計(jì)算。
步驟(1)中恒溫反應(yīng)溫度為30-90。C。
步驟(2)中苯酚、甲醛及羥甲基化木質(zhì)素的質(zhì)量比為2:2:1-8:8:1。 步驟(2)中所用催化劑為氫氧化鈉或草酸；氫氧化鈉或草酸的用量為苯酚質(zhì)量的O. 5% 1. 5%。
步驟(2)中保溫及繼續(xù)反應(yīng)溫度均為55。C 95。C。
步驟(2)中有機(jī)膨潤(rùn)土量為在粘結(jié)劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%-10%。
以下是本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但是本發(fā)明不僅限于此。 實(shí)施例l
(1) 原料木質(zhì)素，江蘇經(jīng)緯科技有限公司； 其他原料均為市售普通商品級(jí)。
(2) 具體制備方法如下 ①木質(zhì)素的羥甲基化改性
將12g木質(zhì)素用120mL質(zhì)量濃度為7。/。的NaOH溶液溶解，加熱并攪拌，緩慢滴入2g甲醛，5(TC恒溫反應(yīng)2h;再將反應(yīng)液倒入去離子水中，攪拌并滴加質(zhì)量濃度為8。/。的鹽酸至pH值為3
，析出的固體經(jīng)抽濾、反復(fù)洗滌至洗液為中性，6crc真空干燥，得到羥甲基化木質(zhì)素。
②改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備
將30g苯酚和30g甲醛混合，加入0.3g氫氧化鈉，65。C保溫2h后再加入10g步驟(l)得到的 羥甲基化木質(zhì)素，繼續(xù)反應(yīng)2h，加入2.2g有機(jī)膨潤(rùn)土，攪拌40min，制得改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié) 劑。
本產(chǎn)品主要用于鑄造廠作坭芯粘結(jié)劑用。 (3)產(chǎn)品使用方式
① 某廠柴油機(jī)機(jī)體(II級(jí)坭芯)，用本粘結(jié)劑，其性能指標(biāo)干強(qiáng)度2. 0 2. 5MPa，粘 結(jié)劑加入量3 4%，根據(jù)硅砂情況而變動(dòng)。烘干溫度18(TC 20(TC，保溫時(shí)間視具體情況而定。
混砂工藝硅砂(GB50/100) 100%+粘結(jié)劑(3% 3. 5%)干混5min +水10。/。(占砂質(zhì)量 )，濕混砂10分鐘，出砂造芯。
② 某廠為高錳鋼及其它耐磨鑄件廠，各種大小不等的鑄件坭芯，用本粘結(jié)劑，混砂工藝
硅砂(GB50/100) 100%+粘結(jié)劑(2.5% 4.0%)干混5min + 7K8 9。/。(占砂質(zhì)量)+柴 油O. 3% 0. 5% (占砂質(zhì)量)，混砂10分鐘，出砂造芯。工藝性能干強(qiáng)度^1.9MPa，烘干 溫度18(TC 20(TC，小件不需烘干能自干。
實(shí)施例2
(1) 原料木質(zhì)素，江蘇經(jīng)緯科技有限公司； 其他原料均為市售普通商品級(jí)。
(2) 具體制備方法如下
① 木質(zhì)素的羥甲基化改性
將15g木質(zhì)素用230mL質(zhì)量濃度為13。/。的NaOH溶液加熱并攪拌，緩慢滴入5g甲醛，8(TC恒 溫反應(yīng)4h;再將反應(yīng)液倒入去離子水中，攪拌并滴加質(zhì)量濃度為13。/。鹽酸至pH值為4，析出的 固體經(jīng)抽濾、反復(fù)洗滌至洗液為中性，6(TC真空干燥，得到羥甲基化木質(zhì)素。
② 改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備
將30g苯酚和30g甲醛混合，加入0.3g草酸，85。C保溫4h后再加入5g步驟(l)得到的羥甲 基化木質(zhì)素，繼續(xù)反應(yīng)2h，加入2g有機(jī)膨潤(rùn)土，攪拌70min，制得改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑。本產(chǎn)品主要用于鑄造廠作坭芯粘結(jié)劑用。 (3)產(chǎn)品使用方式
① 某廠柴油機(jī)機(jī)體(II級(jí)坭芯)，用本粘結(jié)劑，其性能指標(biāo)干強(qiáng)度2. 2 2. 6MPa，粘 結(jié)劑加入量3 4%，根據(jù)硅砂情況而變動(dòng)。烘干溫度18(TC 20(TC，保溫時(shí)間視具體情況而定。
混砂工藝硅砂(GB50/100) 100%+粘結(jié)劑(3% 3. 5%)干混5min +水10。/。(占砂質(zhì)量 )，濕混砂10分鐘，出砂造芯。
② 某廠為高錳鋼及其它耐磨鑄件廠，各種大小不等的鑄件坭芯，用本粘結(jié)劑，混砂工藝
硅砂(GB50/100) 100%+粘結(jié)劑(2.5% 4.0%)干混5min + 7K8 9。/。(占砂質(zhì)量)+柴 油O. 3% 0. 5% (占砂質(zhì)量)，混砂10分鐘，出砂造芯。工藝性能干強(qiáng)度^1.9MPa，烘干 溫度18(TC 20(TC，小件不需烘干能自干。
權(quán)利要求
1.一種鑄造用改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備方法，其特征在于首先對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行羥甲基化改性，然后將羥甲基化木質(zhì)素與苯酚及甲醛共縮合，最后加入有機(jī)膨潤(rùn)土進(jìn)行復(fù)合，制得改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的鑄造用改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備方法，其 特征在于所述制備方法的具體步驟為(1) 木質(zhì)素的羥甲基化改性將木質(zhì)素用NaOH溶液溶解，加熱并攪拌，緩慢滴入甲醛，恒溫反應(yīng)1-5h;再將反應(yīng)液 倒入去離子水中，攪拌并滴加質(zhì)量濃度為5。/。-15。/。的鹽酸至pH值為3-5，析出的固體經(jīng)抽濾、 反復(fù)洗滌至洗液為中性，真空干燥，得到羥甲基化木質(zhì)素；(2) 改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備將苯酚和甲醛混合，在催化劑的作用下，保溫l-5h后加入步驟(l)得到的羥甲基化木質(zhì) 素，繼續(xù)反應(yīng)l-5h，加入有機(jī)膨潤(rùn)土，攪拌0.3-1.5h，制得改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述鑄造用改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備方法，其特 征在于所述步驟(1)中甲醛與木質(zhì)素的用量比為l : 2-1 : 8，按質(zhì)量比計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述鑄造用改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備方法，其特 征在于所述步驟(1)中NaOH溶液的質(zhì)量濃度為3。/。-15。/。； NaOH溶液的體積用量按lg木質(zhì)素 溶于8-20mLNaOH溶液計(jì)算。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述鑄造用改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備方法，其特 征在于所述步驟(1)中恒溫反應(yīng)溫度為30-9(TC。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述鑄造用改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備方法，其特 征在于所述步驟(2)中苯酚、甲醛及羥甲基化木質(zhì)素的質(zhì)量比為2:2:1-8:8:1。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述鑄造用改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備方法，其特 征在于所述步驟(2)中所用催化劑為氫氧化鈉或草酸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述鑄造用改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備方法，其特 征在于氫氧化鈉或草酸的用量為苯酚質(zhì)量的O. 5%-1. 5%。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述鑄造用改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備方法，其特 征在于所述步驟(2)中保溫及繼續(xù)反應(yīng)溫度均為55'C-95'C。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述鑄造用改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備方法，其 特征在于所述步驟(2)中有機(jī)膨潤(rùn)土量為在粘結(jié)劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%-10%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鑄造用改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備方法，屬于鑄造用粘結(jié)劑技術(shù)領(lǐng)域。首先對(duì)木質(zhì)素進(jìn)行羥甲基化改性，然后將羥甲基化木質(zhì)素與苯酚及甲醛共縮合，最后加入有機(jī)膨潤(rùn)土進(jìn)行復(fù)合，制得改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑。木質(zhì)素分子中有酚羥基和醛基，使用木質(zhì)素，既改善了粘結(jié)劑的性質(zhì)，又節(jié)約了苯酚的使用量，降低了甲醛釋放量，達(dá)到了廢物充分利用與保護(hù)環(huán)境的目的。同時(shí)有機(jī)膨潤(rùn)土的加入，進(jìn)一步提高了粘結(jié)劑的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。該粘結(jié)劑產(chǎn)品的強(qiáng)度高，綜合性能好，可以代替合脂油或部分樹(shù)脂砂來(lái)制造II級(jí)坭芯，并具有成本低、游離甲醛含量低、良好的貯存穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著，可廣泛應(yīng)用于鑄造領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B22C1/16GK101607297SQ20091030464
公開(kāi)日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日
發(fā)明者林錦賢, 鄭玉嬰 申請(qǐng)人:福州大學(xué)