專利名稱：鑄造用葡萄糖苯酚樹脂粘結劑及其制備方法
技術領域：
本發明屬于鑄造用粘結劑領域，更具體涉及一種鑄造用葡萄糖苯酚樹脂粘結劑及其制備方法。
背景技術：
鑄造用粘結劑及其使用技術是影響砂型鑄造生產環境和鑄型及芯砂性能的主要因素，并且鑄造用粘結劑不同于其它用途的粘結劑，在其性能、經濟、環境諸方面又有它獨特的要求，所以根據鑄造粘結劑的要求，研制新型無毒無污染、綜合性能優良的鑄造粘結劑及其造型、制芯工藝勢在必行。傳統的鑄造用粘結劑如樹脂、桐油、水玻璃等都有各自的優點和應用范圍，但也都存在一些問題如樹脂的成本較高，混砂工藝復雜，造型和澆注時產生強刺激性有毒氣體，從而造成環境污染；水玻璃砂潰散性、回用性差；桐油的資源有限， 制約著它們的發展與應用，因此，發展無污染、低成本、具有良好潰散性的粘結劑已成為鑄造工作者的共識。酚醛樹脂(PF)膠粘劑具有膠粘強度高、耐水及耐候性好等優點，但是，酚醛樹脂存在固化溫度高、熱壓時間長、易透膠、原料成本高且原料來源不可再生等缺點，綠色環保型酚醛樹脂的研究日益受到人們的重視。

發明內容
本發明目的在于提供一種鑄造用葡萄糖苯酚樹脂粘結劑及其制備方法，解決了現有技術中鑄造用粘結劑成本高、污染大、回用性差、性能不好等問題，具有制備工藝簡單、制備的粘結劑強度高、工藝性能好，粘結強度高、良好的貯存穩定性等優點。為實現上述目的，本發明采用如下技術方案
一種鑄造用葡萄糖苯酚樹脂粘結劑，將葡萄糖與苯酚在催化劑作用下共縮合，加入有機膨潤土進行復合，制得所述的鑄造用葡萄糖苯酚樹脂粘結劑；所述的有機膨潤土在粘結劑中的質量分數是1%-10%。一種鑄造用葡萄糖苯酚樹脂粘結劑的制備方法的具體步驟為
(1)有機膨潤土的制備
75 0C _85°C下，將有機改性劑與無機膨潤土以lOOmmol/lOOg-llOmmol/lOOg比例混合，攪拌反應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，繼續攪拌 l_3h，靜置備用；所述的助插層劑與洗滌后的物料的質量比為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)葡萄糖苯酚樹脂粘結劑的制備
將葡萄糖和苯酚按質量比為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后進行減壓蒸餾，將產物趁熱倒入鐵器中，冷卻至室溫得脆性固體； 隨后進行破碎、研磨，得到粉末，密封干燥保存備用；所述的氫氧化鈉或硫酸的質量為苯酚質量的 0. 5%-3. 5% ；
3(3)鑄造用葡萄糖苯酚樹脂粘結劑的制備
70°C-80°C下，將有機膨潤土和葡萄糖苯酚樹脂粘結劑按質量比為I : 9-3 7混合， 攪拌l_3h后，倒入蒸發器，放入40°C _50°C真空干燥器中干燥l_3h，研磨破碎，過100-150 目篩，制得鑄造用葡萄糖苯酚樹脂粘結劑。本發明的改性原理1)膨潤土的有機化采用多羥基有機胺鹽做插層劑改性膨潤土，從而增加膨潤土片層的羥基密度，促使膨潤土通過氫鍵產生較強的作用力，增加其與葡萄糖的相容性。2)有機膨潤土 /葡萄糖苯酚樹脂復合粘結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，能與膨潤土表面層接觸， 與有機改性劑的羥基之間形成氫鍵，強烈的作用能使聚乙烯醇進入土層乃至剝離膨潤土的片層.另一方面，聚乙烯醇與葡萄糖有一定的相容性，提高膨潤土在葡萄糖苯酚樹脂中的分散性。本發明提供的葡萄糖苯酚樹脂復合粉粘結劑在作為鑄造粘結劑時，具有顯著優
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(1)產品為粉狀粘結劑，運輸、使用方便。(2)本粘結劑混砂工藝簡單，從混砂、烘干到澆鑄，均無有害氣體釋放，使用過程中只需加水，即可充分粘結。(3)本粘結劑所制型砂流動性好，抗干拉強度高，潰散性好，抗吸潮性好，發氣量低。綜上所述，本發明制備的粘結劑制備工藝簡單，減少了廢液的產生，芯砂抗干拉強度高，抗吸潮性好，耐高溫性能高，而且從混砂、烘干到澆鑄，都沒有有害氣體釋放，環境友好無污染。該發明中使用葡萄糖代替甲醛，既改善了酚醛樹脂粘結劑的性質，又降低了甲醛釋放量，達到了廢物充分利用與保護環境的目的。同時有機膨潤土的加入，進一步提高了粘結劑的強度和穩定性。該粘結劑具有成本低、實用性強、粘結強度高、良好的貯存穩定性等優點，可廣泛應用于鑄造領域。本發明的產品強度高，綜合性能好，可以代替合脂油或部分樹脂砂來制造II級坭芯；制備成本低，價格只相當于樹脂粘結劑的1/3，與合脂油相當，但加入量比合脂油少，原砂無特殊要求，節省能源消耗，綜合經濟效益顯著；原材料是葡萄糖和膨潤土，制造的粘結劑經化學分析，未發現有毒元素存在，符合環保要求。
具體實施例方式(I)有機化膨潤土
在溫度為75 °C -85 °C的條件下，將有機改性劑與無機膨潤土以 100mmol/100g-110mmol/100g比例混合，在攪拌的條件下進行有機化反應，攪拌反應l_3h 后，離心水洗。將洗滌后的濕有機土，在邊攪拌邊逐步加入已預先加溫熔解的助插層劑，加入的助插層劑溶液與有機膨潤土的重量配比為0.8 I. 0-1.0 1.0，繼續不斷攪拌，攪拌反應時間為l_3h，將制得物靜置備用；
(2)葡萄糖苯酚酚醛樹脂粘結劑的制備
將葡萄糖和苯酚按I :1-1 :1. 5質量比混合，在催化劑的作用下，保溫l_5h后進行減壓蒸餾，將產物趁熱倒入鐵器中，冷卻至室溫得到脆性固體。隨后進行破碎、研磨，得到粉末， 將制得的葡萄糖苯酚酚醛樹脂密封干燥保存備用；
(3)制成鑄造用粘結劑
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，倒入蒸發器，將蒸發器送入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破碎過篩至100-150目，制得鑄造用葡萄糖苯酚樹脂粘結劑。步驟(I)中助插層劑為濃度為10%的聚乙烯醇溶液，有機改性劑為三乙醇胺或三羥甲基甲胺鹽；
步驟(2)中苯酚、葡萄糖質量比為I :1-1 :1. 5。步驟(2)中有機膨潤土量為在粘結劑中的質量分數1%_10%。以下是本發明的幾個實施例，進一步說明本發明，但是本發明不僅限于此。實施例I
(I)原料無機膨潤土的來源福建省龍巖連城縣；其他原料均為市售普通商品級。(2)具體制備方法如下
①在保證加熱溫度為80°C下，將無機膨潤土 100克-120克與三乙醇胺90-105克，在攪拌的條件下(轉速每分鐘80轉)進行有機化的反應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,繼續不斷攪拌2-3h ；
③改性酚醛樹脂粘結劑的制備
將30g熔化的苯酹與40mL水在60°C條件下恒溫反應至苯酹和水互溶,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。將產物趁熱倒入鐵器中， 冷卻至室溫得到脆性固體。隨后進行破碎、研磨，得到粉末，將制得的葡萄糖苯酚酚醛樹脂密封干燥保存備用。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，葡萄糖苯酚樹脂有機膨潤土 =8 2 (質量比)配制混合攪拌2h后，倒入蒸發器，在40°C _50°C真空干燥，破碎，過篩100-150目， 制得鑄造用淀粉粘結劑。用時加水、硅砂及其它附加物，混砂后即得芯砂用于制芯。本產品主要用于鑄造廠作坭芯粘結劑用。(3)產品使用方式
①某廠柴油機機體(II級坭芯)，用本粘結劑，其性能指標干強度2. 0-2. 5MPa，粘結劑加入量3-4%，根據硅砂情況而變動。烘干溫度180°C _200°C，保溫時間視具體情況而定?；焐肮に嚬枭?GB50/100)100% +粘結劑(3%_3. 5%)干混5min +水10% (占砂質量)，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，用本粘結劑，混砂工藝
硅砂(GB50/100) 100% +粘結劑(2. 5%-4. 0%)干混5min +水8-9% (占砂質量)+柴油 0. 3%-0. 5% (占砂質量)，混砂10分鐘，出砂造芯。工藝性能干強度蘭I. 9MPa，烘干溫度1800C -200°C，小件不需烘干能自干。實施例2
(I)原料無機膨潤土的來源福建省龍巖連城縣；其他原料均為市售普通商品級。(2)具體制備方法如下
①在保證加熱溫度為80°C下，將無機膨潤土 100克-120克與三乙醇胺90-105克，在攪拌的條件下(轉速每分鐘80轉)進行有機化的反應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,繼續不斷攪拌2-3h ；
改性酚醛樹脂粘結劑的制備
將30g熔化的苯酹與40mL水在60°C條件下恒溫反應至苯酹和水互溶,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。將產物趁熱倒入鐵器中，冷卻至室溫得到脆性固體。隨后進行破碎、研磨，得到粉末，將制得的葡萄糖苯酚酚醛樹脂密封干燥保存備用。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，葡萄糖苯酚樹脂有機膨潤土 =8 2 (質量比)配制混合攪拌2h后，倒入蒸發器，在40°C -50°C真空干燥，破碎，過篩100 150 目，制得鑄造用淀粉粘結劑。用時加水、硅砂及其它附加物，混砂后即得芯砂用于制芯。本產品主要用于鑄造廠作坭芯粘結劑用。(3)產品使用方式
①某廠柴油機機體(II級坭芯)，用本粘結劑，其性能指標干強度2. 0-2. 5MPa，粘結劑加入量3-4%，根據硅砂情況而變動。烘干溫度180°C _200°C，保溫時間視具體情況而定?；焐肮に嚬枭?GB50/100)100% +粘結劑(3%_3. 5%)干混5min +水10% (占砂質量)，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，用本粘結劑，混砂工藝
硅砂(GB50/100) 100% +粘結劑(2. 5%-4. 0%)干混5min +水8-9% (占砂質量)+柴油 0. 3%-0. 5% (占砂質量)，混砂10分鐘，出砂造芯。工藝性能干強度蘭I. 9MPa，烘干溫度 1800C -200°C，小件不需烘干能自干。以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種鑄造用葡萄糖苯酚樹脂粘結劑，其特征在于將葡萄糖與苯酚在催化劑作用下共縮合，加入有機膨潤土進行復合，制得所述的鑄造用葡萄糖苯酚樹脂粘結劑；所述的有機膨潤土在粘結劑中的質量分數是1%-10%。
2.一種如權利要求I所述的鑄造用葡萄糖苯酚樹脂粘結劑的制備方法，其特征在于 所述的制備方法的具體步驟為(1)有機膨潤土的制備75 0C _85°C下，將有機改性劑與無機膨潤土以lOOmmol/lOOg-llOmmol/lOOg比例混合，攪拌反應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，繼續攪拌 l_3h，靜置備用；所述的助插層劑與洗滌后的物料的質量比為0. 8 :1. 0-1. 01.0；(2)葡萄糖苯酚樹脂粘結劑的制備將葡萄糖和苯酚按質量比為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后進行減壓蒸餾，將產物趁熱倒入鐵器中，冷卻至室溫得脆性固體； 隨后進行破碎、研磨，得到粉末，密封干燥保存備用；(3)鑄造用葡萄糖苯酚樹脂粘結劑的制備70°C-80°C下，將有機膨潤土和葡萄糖苯酚樹脂粘結劑按質量比為I : 9-3 7混合， 攪拌l_3h后，倒入蒸發器，放入40°C _50°C真空干燥器中干燥l_3h，研磨破碎，過100-150 目篩，制得鑄造用葡萄糖苯酚樹脂粘結劑。
3.根據權利要求2所述的鑄造用葡萄糖苯酚樹脂粘結劑的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述的助插層劑為聚乙烯醇。
4.根 據權利要求2所述的鑄造用葡萄糖苯酚樹脂粘結劑的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述的有機改性劑為三乙醇胺或3-三羥甲基甲胺-2-羥基丙磺酸。
5.根據權利要求2所述的鑄造用葡萄糖苯酚樹脂粘結劑的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的氫氧化鈉或硫酸的質量為苯酹質量的0. 5%-3. 5%。
全文摘要
本發明公開了一種鑄造用葡萄糖苯酚樹脂粘結劑及其制備方法，將葡萄糖與苯酚在催化劑作用下共縮合，加入有機膨潤土進行復合，制得所述的鑄造用葡萄糖苯酚樹脂粘結劑；所述的有機膨潤土在粘結劑中的質量分數是1%-10%。本發明解決了現有技術中鑄造用粘結劑成本高、污染大、回用性差、性能不好等問題，具有制備工藝簡單、制備的粘結劑強度高、工藝性能好，粘結強度高、良好的貯存穩定性等優點。
文檔編號B22C1/22GK102527923SQ201210000148
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月4日 優先權日2012年1月4日
發明者鄭玉嬰 申請人:福州大學