專(zhuān)利名稱：一種鑄造用改性酚醛樹(shù)脂/高嶺土復(fù)合粘結(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/高嶺土復(fù)合粘結(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，砂型鑄造中，為得到高質(zhì)量的砂芯，必須選擇合適的芯砂粘結(jié)劑。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； 如粘土廉價(jià)易得、使用方便，但粘結(jié)強(qiáng)度低；油類(lèi)和合成樹(shù)脂粘結(jié)劑強(qiáng)度高、抗吸濕性好，但成本高、發(fā)氣量大、環(huán)境污染嚴(yán)重；水玻璃雖然價(jià)廉且強(qiáng)度高，但潰散性差，回用困難；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)。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)劑勢(shì)在必行。應(yīng)用淀粉類(lèi)材料作為濕型砂附加物已有多年歷史，許多鑄造廠把淀粉類(lèi)附加物作為濕型砂不可或缺的組分應(yīng)用到鑄造當(dāng)中，用來(lái)增加型砂的韌性、表面強(qiáng)度，防止鑄件表面粗糙。但是，淀粉作為主粘結(jié)劑應(yīng)用到鑄造中的情況還很少，原因是粘結(jié)強(qiáng)度低，耐高溫性能差，芯砂抗吸濕性能差，鑄件氣孔缺陷嚴(yán)重。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、樹(shù)脂中的甲醛殘留問(wèn)題對(duì)環(huán)境和人體健康帶來(lái)嚴(yán)重影響等缺點(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
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種環(huán)境友好的鑄造用改性酚醛樹(shù)脂/有機(jī)高嶺土復(fù)合粘結(jié)劑的制備方法，本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、成本低，制備的粘結(jié)劑強(qiáng)度高、工藝性能好。本發(fā)明鑄造用改性酚醛樹(shù)脂/高嶺土復(fù)合粘結(jié)劑的制備方法為，首先對(duì)木質(zhì)素磺酸鹽與苯酚混合進(jìn)行酚化改性，然后將酚化木質(zhì)素與淀粉共縮合，最后加入有機(jī)高嶺土進(jìn)行復(fù)合，制得改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
本發(fā)明提供的一種鑄造用改性酚醛樹(shù)脂/高嶺土復(fù)合粘結(jié)劑的制備方法，其具體步驟包括
(I)木質(zhì)素的酚化改性
將木質(zhì)素磺酸鹽與苯酚混合后加熱溶解，在酚化改性催化劑的作用下，加熱并攪拌，恒溫反應(yīng)30 120min ;再將反應(yīng)液逐滴滴入攪拌著的去離子水中，待沉淀完全后，傾去上層清液，沉淀用清水洗滌，經(jīng)抽濾、反復(fù)洗滌至洗液為中性，真空干燥，得到酚化木質(zhì)素；
(2)改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備
將步驟(I)得到的酚化木質(zhì)素和淀粉混合，在催化劑的作用下，在90 115°C保溫水解 30 120min后，緩慢升溫到145 180°C，恒溫縮聚反應(yīng)I 5h，制得改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑；
(3)高嶺土的有機(jī)化改性
首先將有機(jī)改性劑溶于水，制成質(zhì)量濃度為O. 1% O. 2%的有機(jī)改性劑溶液，然后加入高嶺土分散均勻，在70 80°C下攪拌反應(yīng)30 60min,最后進(jìn)行抽濾、烘干、破碎、過(guò)篩,制得有機(jī)聞嶺土；
(4)復(fù)合粘結(jié)劑的制備室溫下，將步驟(2)中的改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑和步驟(3)的有機(jī)高嶺土混合均勻，得到所述鑄造用改性酚醛樹(shù)脂/有機(jī)高嶺土復(fù)合粘結(jié)劑。所述步驟(I)中木質(zhì)素磺酸鹽為木質(zhì)素磺酸鈉或木質(zhì)素磺酸鈣。所述步驟(I)中苯酚與木質(zhì)素磺酸鹽的質(zhì)量比為I :2 I :6，恒溫反應(yīng)溫度為 100 150°C，所用酚化改性催化劑為硫酸，酚化改性催化劑的用量為苯酚質(zhì)量的6% 10%。所述步驟(2)中淀粉與酚化木質(zhì)素的摩爾比為I :1.7 I :2. 0，按葡萄糖苯酚的摩爾比計(jì)。步驟(2)中淀粉優(yōu)選木薯淀粉。所述步驟(2)中所用催化劑為硫酸，催化劑用量為苯酚質(zhì)量的O. 5% I. 5%。所述步驟(3)中有機(jī)改性劑溶液的用量為高嶺土質(zhì)量的2 4倍，所述有機(jī)改性劑為十八烷基三甲基溴化銨。
所述步驟(4)中，改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑與有機(jī)高嶺土的質(zhì)量比為9 :1 7 :3。
步驟(3)所述過(guò)篩為過(guò)100 150目篩。
本發(fā)明還保護(hù)一種由上述的制備方法制得的鑄造用改性酚醛樹(shù)脂/高嶺土復(fù)合
權(quán)利要求
1.一種鑄造用改性酚醛樹(shù)脂/高嶺土復(fù)合粘結(jié)劑的制備方法，其特征在于所述制備方法的具體步驟包括(1)木質(zhì)素的酚化改性將木質(zhì)素磺酸鹽與苯酚混合后加熱溶解，在酚化改性催化劑的作用下，加熱并攪拌，恒溫反應(yīng)3(Tl20min ;再將反應(yīng)液逐滴滴入攪拌著的去離子水中，待沉淀完全后，傾去上層清液，沉淀用清水洗滌，經(jīng)抽濾、反復(fù)洗滌至洗液為中性，真空干燥，得到酚化木質(zhì)素；(2)改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的制備將步驟(I)得到的酚化木質(zhì)素和淀粉混合，在催化劑的作用下，在9(T115°C保溫水解 3(Tl20min后，緩慢升溫到145 180°C，恒溫縮聚反應(yīng)I飛h，制得改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑；(3)高嶺土的有機(jī)化改性首先將有機(jī)改性劑溶于水，制成質(zhì)量濃度為0. 1% 0. 2%的有機(jī)改性劑溶液，然后加入高嶺土分散均勻，在7(T80°C下攪拌反應(yīng)3(T60min,最后進(jìn)行抽濾、烘干、破碎、過(guò)篩，制得有機(jī)聞嶺土；(4)復(fù)合粘結(jié)劑的制備室溫下，將步驟(2)中的改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑和步驟(3)的有機(jī)高嶺土混合均勻，得到所述鑄造用改性酚醛樹(shù)脂/有機(jī)高嶺土復(fù)合粘結(jié)劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述鑄造用改性酚醛樹(shù)脂/高嶺土復(fù)合粘結(jié)劑的制備方法，其特征在于所述步驟(I)中木質(zhì)素磺酸鹽為木質(zhì)素磺酸鈉或木質(zhì)素磺酸鈣。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述鑄造用改性酚醛樹(shù)脂/高嶺土復(fù)合粘結(jié)劑的制備方法，其特征在于所述步驟(I)中苯酚與木質(zhì)素磺酸鹽的質(zhì)量比為I :2 I :6，恒溫反應(yīng)溫度為100 150°C，所用酚化改性催化劑為硫酸，酚化改性催化劑的用量為苯酚質(zhì)量的6% 10%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述鑄造用改性酚醛樹(shù)脂/高嶺土復(fù)合粘結(jié)劑的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中淀粉與酚化木質(zhì)素的摩爾比為I :1. 7 I :2. 0，按葡萄糖苯酚的摩爾比計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述鑄造用改性酚醛樹(shù)脂/高嶺土復(fù)合粘結(jié)劑的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中所用催化劑為硫酸，催化劑用量為苯酚質(zhì)量的0. 5% I. 5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述鑄造用改性酚醛樹(shù)脂/高嶺土復(fù)合粘結(jié)劑的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中有機(jī)改性劑溶液的用量為高嶺土質(zhì)量的2 4倍，所述有機(jī)改性劑為十八烷基三甲基溴化銨。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述鑄造用改性酚醛樹(shù)脂/高嶺土復(fù)合粘結(jié)劑的制備方法，其特征在于所述步驟(4)中，改性酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑與有機(jī)高嶺土的質(zhì)量比為9 :1 7 :3。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述鑄造用改性酚醛樹(shù)脂/高嶺土復(fù)合粘結(jié)劑的制備方法，其特征在于步驟(3)所述過(guò)篩為過(guò)100 150目篩。
9.如權(quán)利要求1-8中任一條所述的制備方法制得的鑄造用改性酚醛樹(shù)脂/高嶺土復(fù)合粘結(jié)劑。
10.如權(quán)利要求9所述的鑄造用改性酚醛樹(shù)脂/高嶺土復(fù)合粘結(jié)劑作為鑄造用粘結(jié)劑的用途。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鑄造用改性酚醛樹(shù)脂/高嶺土復(fù)合粘結(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)素磺酸鹽與苯酚混合進(jìn)行酚化改性，然后將酚化木質(zhì)素與淀粉共縮合，最后加入有機(jī)高嶺土進(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)素和淀粉，既改善了酚醛樹(shù)脂粘結(jié)劑的性能，節(jié)約了苯酚的使用量，而且淀粉代替甲醛的使用更從根本上解決了以往酚醛樹(shù)脂使用過(guò)程中甲醛的殘留問(wèn)題，避免了甲醛的污染問(wèn)題，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)高嶺土的加入，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。
文檔編號(hào)B22C1/22GK102581214SQ20121008672
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者張麗紅, 林錦賢, 鄭玉嬰 申請(qǐng)人:福州大學(xué)