專(zhuān)利名稱(chēng)：鑄造用葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鑄造用粘結(jié)劑領(lǐng)域，更具體涉及一種鑄造用葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
鑄造用粘結(jié)劑及其使用技術(shù)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、具有良好潰散性的粘結(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)，綠色環(huán)保型酚醛樹(shù)脂的研究日益受到人們的重視。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種鑄造用葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑及其制備方法，解決了現(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，具有制備工藝簡(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)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種鑄造用葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑，將葡萄糖與苯酚在催化劑作用下共縮合，加入有機(jī)膨潤(rùn)土進(jìn)行復(fù)合，制得所述的鑄造用葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑；所述的有機(jī)膨潤(rùn)土在粘結(jié)劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是1%-10%。一種鑄造用葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備方法的具體步驟為
(1)有機(jī)膨潤(rùn)土的制備
75 0C _85°C下，將有機(jī)改性劑與無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土以lOOmmol/lOOg-llOmmol/lOOg比例混合，攪拌反應(yīng)l_3h，離心水洗；在洗滌后的物料中邊攪拌邊加入熔解的助插層劑，繼續(xù)攪拌 l_3h，靜置備用；所述的助插層劑與洗滌后的物料的質(zhì)量比為0. 8 :1. 0-1. 0 :1. 0 ;所述的助插層劑為聚乙烯醇；所述的有機(jī)改性劑為三乙醇胺或3-三羥甲基甲胺-2-羥基丙磺酸；
(2)葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備
將葡萄糖和苯酚按質(zhì)量比為I :1-1 :1. 5混合，在催化劑氫氧化鈉或硫酸作用下， 550C _105°C保溫l_5h后進(jìn)行減壓蒸餾，將產(chǎn)物趁熱倒入鐵器中，冷卻至室溫得脆性固體； 隨后進(jìn)行破碎、研磨，得到粉末，密封干燥保存?zhèn)溆茫凰龅臍溲趸c或硫酸的質(zhì)量為苯酚質(zhì)量的 0. 5%-3. 5% ；
3(3)鑄造用葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備
70°C-80°C下，將有機(jī)膨潤(rùn)土和葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑按質(zhì)量比為I : 9-3 7混合， 攪拌l_3h后，倒入蒸發(fā)器，放入40°C _50°C真空干燥器中干燥l_3h，研磨破碎，過(guò)100-150 目篩，制得鑄造用葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑。本發(fā)明的改性原理1)膨潤(rùn)土的有機(jī)化采用多羥基有機(jī)胺鹽做插層劑改性膨潤(rùn)土，從而增加膨潤(rùn)土片層的羥基密度，促使膨潤(rùn)土通過(guò)氫鍵產(chǎn)生較強(qiáng)的作用力，增加其與葡萄糖的相容性。2)有機(jī)膨潤(rùn)土 /葡萄糖苯酚樹(shù)脂復(fù)合粘結(jié)劑的制備采用聚乙烯醇做為助插層劑，一方面是聚乙烯醇為多羥基直鏈大分子，空間位阻小，能與膨潤(rùn)土表面層接觸， 與有機(jī)改性劑的羥基之間形成氫鍵，強(qiáng)烈的作用能使聚乙烯醇進(jìn)入土層乃至剝離膨潤(rùn)土的片層.另一方面，聚乙烯醇與葡萄糖有一定的相容性，提高膨潤(rùn)土在葡萄糖苯酚樹(shù)脂中的分散性。本發(fā)明提供的葡萄糖苯酚樹(shù)脂復(fù)合粉粘結(jié)劑在作為鑄造粘結(jié)劑時(shí)，具有顯著優(yōu)
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(1)產(chǎn)品為粉狀粘結(jié)劑，運(yùn)輸、使用方便。(2)本粘結(jié)劑混砂工藝簡(jiǎn)單，從混砂、烘干到澆鑄，均無(wú)有害氣體釋放，使用過(guò)程中只需加水，即可充分粘結(jié)。(3)本粘結(jié)劑所制型砂流動(dòng)性好，抗干拉強(qiáng)度高，潰散性好，抗吸潮性好，發(fā)氣量低。綜上所述，本發(fā)明制備的粘結(jié)劑制備工藝簡(jiǎn)單，減少了廢液的產(chǎn)生，芯砂抗干拉強(qiáng)度高，抗吸潮性好，耐高溫性能高，而且從混砂、烘干到澆鑄，都沒(méi)有有害氣體釋放，環(huán)境友好無(wú)污染。該發(fā)明中使用葡萄糖代替甲醛，既改善了酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的性質(zhì)，又降低了甲醛釋放量，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。本發(fā)明的產(chǎn)品強(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；制備成本低，價(jià)格只相當(dāng)于樹(shù)脂粘結(jié)劑的1/3，與合脂油相當(dāng)，但加入量比合脂油少，原砂無(wú)特殊要求，節(jié)省能源消耗，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著；原材料是葡萄糖和膨潤(rùn)土，制造的粘結(jié)劑經(jīng)化學(xué)分析，未發(fā)現(xiàn)有毒元素存在，符合環(huán)保要求。
具體實(shí)施例方式(I)有機(jī)化膨潤(rùn)土
在溫度為75 °C -85 °C的條件下，將有機(jī)改性劑與無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土以 100mmol/100g-110mmol/100g比例混合，在攪拌的條件下進(jìn)行有機(jī)化反應(yīng)，攪拌反應(yīng)l_3h 后，離心水洗。將洗滌后的濕有機(jī)土，在邊攪拌邊逐步加入已預(yù)先加溫熔解的助插層劑，加入的助插層劑溶液與有機(jī)膨潤(rùn)土的重量配比為0.8 I. 0-1.0 1.0，繼續(xù)不斷攪拌，攪拌反應(yīng)時(shí)間為l_3h，將制得物靜置備用；
(2)葡萄糖苯酚酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備
將葡萄糖和苯酚按I :1-1 :1. 5質(zhì)量比混合，在催化劑的作用下，保溫l_5h后進(jìn)行減壓蒸餾，將產(chǎn)物趁熱倒入鐵器中，冷卻至室溫得到脆性固體。隨后進(jìn)行破碎、研磨，得到粉末， 將制得的葡萄糖苯酚酚醛樹(shù)脂密封干燥保存?zhèn)溆茫?br> (3)制成鑄造用粘結(jié)劑
在溫度70°C-80°C的條件下，將步驟(I)制得物和步驟(2)制得物以I : 9-3 7比例混合，攪拌l_3h后，倒入蒸發(fā)器，將蒸發(fā)器送入40°C _50°C的任一真空度的條件下的干燥器中干燥，干燥后獲得物在研磨機(jī)破碎過(guò)篩至100-150目，制得鑄造用葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑。步驟(I)中助插層劑為濃度為10%的聚乙烯醇溶液，有機(jī)改性劑為三乙醇胺或三羥甲基甲胺鹽；
步驟(2)中苯酚、葡萄糖質(zhì)量比為I :1-1 :1. 5。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I
(I)原料無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土的來(lái)源福建省龍巖連城縣；其他原料均為市售普通商品級(jí)。(2)具體制備方法如下
①在保證加熱溫度為80°C下，將無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土 100克-120克與三乙醇胺90-105克，在攪拌的條件下(轉(zhuǎn)速每分鐘80轉(zhuǎn))進(jìn)行有機(jī)化的反應(yīng)2-3 h，然后離心水洗。②在保證加熱溫度為80°C的情況下，邊攪拌邊逐步加入已溶解的聚乙烯醇，其濃度為10% 80mL,繼續(xù)不斷攪拌2-3h ；
③改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備
將30g熔化的苯酹與40mL水在60°C條件下恒溫反應(yīng)至苯酹和水互溶,加入0. 3g硫酸作為催化劑，攪拌均勻；加入30g葡萄糖，攪拌均勻，而后緩慢升溫至105°C，保溫反應(yīng)約2h。 換上減壓蒸餾緩慢蒸出體系中的水，保持真空度在0. 05MPa左右。將產(chǎn)物趁熱倒入鐵器中， 冷卻至室溫得到脆性固體。隨后進(jìn)行破碎、研磨，得到粉末，將制得的葡萄糖苯酚酚醛樹(shù)脂密封干燥保存?zhèn)溆?。④將②、③分別靜置8-10h。⑤在保證加熱溫度為80°C下，將②、③按，葡萄糖苯酚樹(shù)脂有機(jī)膨潤(rùn)土 =8 2 (質(zhì)量比)配制混合攪拌2h后，倒入蒸發(fā)器，在40°C _50°C真空干燥，破碎，過(guò)篩100-150目， 制得鑄造用淀粉粘結(jié)劑。用時(shí)加水、硅砂及其它附加物，混砂后即得芯砂用于制芯。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180°C _200°C，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 +水8-9% (占砂質(zhì)量)+柴油 0. 3%-0. 5% (占砂質(zhì)量)，混砂10分鐘，出砂造芯。工藝性能干強(qiáng)度蘭I. 9MPa，烘干溫度1800C -200°C，小件不需烘干能自干。實(shí)施例2
(I)原料無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土的來(lái)源福建省龍巖連城縣；其他原料均為市售普通商品級(jí)。(2)具體制備方法如下
①在保證加熱溫度為80°C下，將無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土 100克-120克與三乙醇胺90-105克，在攪拌的條件下(轉(zhuǎn)速每分鐘80轉(zhuǎn))進(jìn)行有機(jī)化的反應(yīng)2-3 h，然后離心水洗。②在保證加熱溫度為80°C的情況下，邊攪拌邊逐步加入已溶解的聚乙烯醇，其濃度為10% 80mL,繼續(xù)不斷攪拌2-3h ；
改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備
將30g熔化的苯酹與40mL水在60°C條件下恒溫反應(yīng)至苯酹和水互溶,加入0. 3g氫氧化鈉作為催化劑，攪拌均勻；加入30g葡萄糖，攪拌均勻，而后緩慢升溫至105°C，保溫反應(yīng)約2h。換上減壓蒸餾緩慢蒸出體系中的水，保持真空度在0.05MPa左右。將產(chǎn)物趁熱倒入鐵器中，冷卻至室溫得到脆性固體。隨后進(jìn)行破碎、研磨，得到粉末，將制得的葡萄糖苯酚酚醛樹(shù)脂密封干燥保存?zhèn)溆?。④將②、③分別靜置8 10h。⑤在保證加熱溫度為80°C下，將②、③按，葡萄糖苯酚樹(shù)脂有機(jī)膨潤(rùn)土 =8 2 (質(zhì)量比)配制混合攪拌2h后，倒入蒸發(fā)器，在40°C -50°C真空干燥，破碎，過(guò)篩100 150 目，制得鑄造用淀粉粘結(jié)劑。用時(shí)加水、硅砂及其它附加物，混砂后即得芯砂用于制芯。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180°C _200°C，保溫時(shí)間視具體情況而定?；焐肮に嚬枭?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 +水8-9% (占砂質(zhì)量)+柴油 0. 3%-0. 5% (占砂質(zhì)量)，混砂10分鐘，出砂造芯。工藝性能干強(qiáng)度蘭I. 9MPa，烘干溫度 1800C -200°C，小件不需烘干能自干。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種鑄造用葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑，其特征在于將葡萄糖與苯酚在催化劑作用下共縮合，加入有機(jī)膨潤(rùn)土進(jìn)行復(fù)合，制得所述的鑄造用葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑；所述的有機(jī)膨潤(rùn)土在粘結(jié)劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是1%-10%。
2.一種如權(quán)利要求I所述的鑄造用葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備方法，其特征在于 所述的制備方法的具體步驟為(1)有機(jī)膨潤(rùn)土的制備75 0C _85°C下，將有機(jī)改性劑與無(wú)機(jī)膨潤(rùn)土以lOOmmol/lOOg-llOmmol/lOOg比例混合，攪拌反應(yīng)l_3h，離心水洗；在洗滌后的物料中邊攪拌邊加入熔解的助插層劑，繼續(xù)攪拌 l_3h，靜置備用；所述的助插層劑與洗滌后的物料的質(zhì)量比為0. 8 :1. 0-1. 01.0；(2)葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備將葡萄糖和苯酚按質(zhì)量比為I :1-1 :1.5混合，在催化劑氫氧化鈉或硫酸作用下， 550C _105°C保溫l_5h后進(jìn)行減壓蒸餾，將產(chǎn)物趁熱倒入鐵器中，冷卻至室溫得脆性固體； 隨后進(jìn)行破碎、研磨，得到粉末，密封干燥保存?zhèn)溆茫?3)鑄造用葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備70°C-80°C下，將有機(jī)膨潤(rùn)土和葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑按質(zhì)量比為I : 9-3 7混合， 攪拌l_3h后，倒入蒸發(fā)器，放入40°C _50°C真空干燥器中干燥l_3h，研磨破碎，過(guò)100-150 目篩，制得鑄造用葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鑄造用葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述的助插層劑為聚乙烯醇。
4.根 據(jù)權(quán)利要求2所述的鑄造用葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述的有機(jī)改性劑為三乙醇胺或3-三羥甲基甲胺-2-羥基丙磺酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鑄造用葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的氫氧化鈉或硫酸的質(zhì)量為苯酹質(zhì)量的0. 5%-3. 5%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鑄造用葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑及其制備方法，將葡萄糖與苯酚在催化劑作用下共縮合，加入有機(jī)膨潤(rùn)土進(jìn)行復(fù)合，制得所述的鑄造用葡萄糖苯酚樹(shù)脂粘結(jié)劑；所述的有機(jī)膨潤(rùn)土在粘結(jié)劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是1%-10%。本發(fā)明解決了現(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，具有制備工藝簡(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)。
文檔編號(hào)B22C1/22GK102527923SQ201210000148
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者鄭玉嬰 申請(qǐng)人:福州大學(xué)