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呋喃树脂用低硫磺酸固化剂的制备及改性研究

发布日期:2014-05-09 12:08:09  来源:本站整理  将本页收藏至:QQ书签 百度收藏

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呋喃树脂用低硫磺酸固化剂的制备及改性研究

                  呋喃树脂用低硫磺酸固化剂的制备及改性研究
                       曾乐乐1,樊丽辉1,申延明1,李汉锟2
    (1.沈阳化工大学化学工程学院,辽宁沈阳110142;2.沈阳铸造研究所,辽宁沈阳110022)
    摘要:以二甲苯与浓硫酸为原料制备二甲苯磺酸固化剂,探讨了带水剂对合成反应的影响,并考察了添加无机酸和无机盐对固化剂固化性能的作用。试验结果表明,使用甲苯带水剂后,反应更彻底,游离酸含量降至8%,硫含量降低了20%~30%。添加无机酸、无机盐等材料部分取代磺酸,可提高二甲苯磺酸的固化效果,型砂的抗拉强度高于1.8MPa。
    关键词:磺酸固化剂;无机盐;无机酸;硫含量
    中图分类号:TG221文献标识码:A文章编号:1001—4977(2012)01—0089—04
    呋喃树脂砂是近20年来发展最快的铸造工艺之一,用呋喃树脂砂生产的铸件,尺寸精确、表面光洁、棱角清晰、废品率低,并能节约造型工时、提高生产效率、改善劳动条件和生产环境。随着我国市场经济的蓬勃发展,经济地位不断提高,对我国传统的铸造业提出了更大更难的要求,既是机遇又是挑战[1-3]。
    呋喃树脂在合成阶段只是得到具有一定聚合程度的树脂预聚物,而在树脂应用中的固化阶段,得到具有较高强度多维交联的固化产物,才是最后完成缩聚反应的全过程。这一固化阶段的完成,必须引入很强的酸性介质,即固化剂。实践证明:一种高粘结能力的呋哺树脂,必须要有理想的固化剂和合适的配比,才能充分发挥这种树脂的粘结效率,从而使呋喃树脂具有较好的力学性能[4]。呋喃树脂用固化剂的种类对型砂的所用工艺指标以及对劳动生产率、砂芯、砂型和铸件质量均有显著的影响,固化剂对型砂的重要性并不次于树脂,而且从控制硬化过程的观点看,还具有决定意义。目前工业上应用的主要是磺酸类固化剂包括苯磺酸,甲苯磺酸,二甲苯磺酸,其具有酸度范围宽、固化速度可以调节、固化后砂型(芯)强度相对较高、砂中残留物低的优点,但造型、浇注后会析出大量的有毒、有害气体,特别是析出的二氧化硫,严重污染现场环境,还会产生渗硫现象,降低铸钢件的内部质量[5-6]。因而对目前的固化剂进行改性提高其性能显得至关重要。本研究在合成二甲苯磺酸的磺化反应中使用甲苯作为带水剂,使反应更完全,降低游离酸含量,然后对制备的二甲苯磺酸采用无机酸、有机酸、醇等材料进行改性,进一步降低磺酸固化剂中硫含量,并提高固化效果。
    1·试验方法
    1.1试验原料
    试验中使用的呋喃树脂(其中游离甲醛含量小于0.1%,无氮,铸钢用)及大林标准硅砂为工业品,沈阳铸造研究所提供。其他试剂均为分析纯,购于国药集团化学试剂公司。
    1.2磺酸固化剂的制备
    在装有分水器及回流冷凝管的250mL的四口烧瓶中加入80mL的二甲苯,在加热套中搅拌加热至120℃,然后加入50mL的浓硫酸。反应4hA,加入一定量的带水剂,使之回流带水。反应完成后,降温至50~60℃,得到二甲苯磺酸固化剂(DBS)。
    量取定量的二甲苯磺酸,加入一定量的磷酸、甲酸、草酸等改性剂反应2h,待溶液冷却后加入0.5%的无机盐,得到改性的二甲苯磺酸固化剂。将样品倒人试剂瓶中,待分析。
    1.3固化剂的分析及固化性能测试
    总酸度和游离酸度检测参照国家标准GB/T21872—2008《铸造自硬呋喃树脂用磺酸固化剂》进行,固化砂型的强度按照标准JB/T7526-2008《铸造用自硬呋喃树脂》中附录D树脂砂常温抗拉强度的测定方法执行。
    2·结果与讨论
    2.1不同带水剂对二甲苯磺酸的合成反应的影响
    磺化反应是一类特殊的反应,随着反应的进行,生成的水增多,硫酸的浓度持续下降,而当硫酸降到一定浓度时,磺化反应就不能进行,因此在反应过程除去水是一个至关重要的环节。研究选择正己烷、环己烷、甲苯及石油醚四种带水剂分别对磺化反应的生成的水进行带水,使磺化反应进行更彻底,所得产物的总酸度和游离酸度结果如图1所示。
   
    由图1可以看出使用带水剂能使游离酸度有所降低,甲苯带水剂能使磺化反应进行的更彻底,试验中发现反应完成后能明显观察出带出的水量较多。以甲苯为带水剂合成的二甲苯磺酸中总酸度及游离酸度分别为29.5%和8.5%,实际工业上应用时添加少量的醇和磷酸,使总酸度和游离酸度分别为25.0%~28.0%及4.0%~6.0%,符合国标GB/T21872-2008的标准。同时选择甲苯带水剂有另外一个优点就是甲苯能与少量剩余的硫酸反应生成甲苯磺酸,而甲苯磺酸也属于磺酸固化剂类,这就结合了两种固化剂各自的优点,使之能更好的满足工业上的需要。
    2.2带水剂的不同用量对磺化反应的影响
    选择甲苯为带水剂考察不同甲苯体积量对磺化反应的影响,结果如图2所示。
   
    图2可以看出,随着带水剂用量的增加游离酸度随之下降,当加入量增加至30%时,带水剂的带出水量已达到饱和,再增加带水剂的量时,游离酸度降低不明显。
    2.3固化剂的改性
    由上述试验发现二甲苯磺酸固化剂的硫含量较高,在造型、浇注后会析出大量二氧化硫气体,严重污染现场环境,且会产生渗硫现象,降低铸钢件的内部质量。为了对磺酸固化剂进行进一步改性,使之性能更为完善。选择3种无机酸对合成的二甲苯磺酸进行改性,3种无机酸分别为:混酸1(磷酸20%,二甲苯磺酸80%)、混酸2(磷酸20%,二甲苯磺酸70%,甲酸10%)、混酸3(磷酸20%,二甲苯磺酸70%,草酸10%),试验测得无机酸改性的固化剂固化砂型的固化强度如图3所示。
     
    图3可以看出添加少量的不含硫元素的酸,在一定程度上降低了固化剂中硫元素的绝对含量,同时少量磷酸和甲酸的加入,在呋喃树脂固化阶段发挥着重要作用,更有利于羟基之间的缩聚反应和碳碳双键的加成反应生成立体结构,从而使树脂砂芯具有更高的抗拉强度,此外通过改变磷酸和甲酸的加人量还能调节树脂砂的可使用时间。
    2.4在混酸中添加无机盐对固化效果的影响
    根据上述结果,选择混酸2探讨添加无机盐对固化效果的影响,见图4。无机盐属于电解质,加入到树脂中有利于树脂的固化作用,某些无机盐是强酸弱碱盐,在催化过程中水解生产强酸能更好地催化树脂固化。如图可以看出,添加不同无机盐对树脂砂的抗拉强度均有少量的提高作用,其中添加氯化铝无机盐效果最明显。氯化铝是一种非常好的路易斯酸(路易斯酸性较强),常用来做有机反应的催化剂。而且氯化铝能水解释放出酸,在呋喃树脂的缩聚反应中有一定的促进作用,最终能使树脂砂的抗拉终强度达到1.8MPa。这样就能更好地满足大型铸件对树脂砂的要求。

    2.5不同环境条件树脂砂的抗拉强度
    比较几种磺酸固化剂性能指标如表1所示。为进一步了解固化剂性能,选择改性后的磺酸固化Nc在不同砂温(5、10、15、20、25℃)、不同相对湿度(50%、60%)、环境温度随砂温变化的条件下,测定其初始强度、经时强度及终强度,结果如表2所示。可以看出型砂的抗拉强度随时间的延长而逐渐提高,前两小时的增长速率明显比两小时以后的增长速率快。砂温提高,型砂抗拉强度整体上呈现增大趋势,但砂温对初始强度的影响较大些,同时可以看出对终强度的影响不明显。相对湿度对强度的影响较少,总的来说,环境湿度越小,越有利于树脂砂的固化。

    2.6磺酸固化剂加入量对固化效果的影响
    比较改性后的磺酸固化剂和传统的磺酸固化剂对呋喃树脂的固化效果,选择添加不同固化剂的加入量,考察树脂砂的最终抗拉强度值,试验结果如图5所示。随着固化剂加入量的增加,呋喃树脂砂的强度随之明显增加,但当达到一个极限的时候,反而会使强度下降。浓度达到一定值的时候,树脂会被烧焦,所以强度有一定程度的降低。能明显看出改l生后的磺酸固化剂的抗拉强度明显提高了许多,而且当固化剂加人量为40%~50%时,抗拉强度就达到1.82MPa,可满足工业应用。
    3·结论
    (1)二甲苯与浓硫酸反应过程中使用甲苯带水剂可使合成的二甲苯磺酸中游离酸度降为8%,工业上实际应用时加入少量的水或醇适合各个季节的生产应用。
    (2)通过添加无机酸及无机盐可以明显改善固化剂的固化性能,添加磷酸20%,甲酸10%固化效果较好,而进~-步添;0H0.5%的氧化铝可进一步提高固化性能,树脂砂的抗拉强良超过1.8MPa。
参考文献:
[1]孙长富.几种铸钢型砂的工艺特性与应用[J].铸造技术,2008,29(12):1749—1751.
[2]王桂大,刘大峭.利用工业废料——磺峻母液生严铸造用磺酸固化剂的工艺:中国,CN101249544A[P].2008.
[3]张朝军,雷步增,毕延迎,等.低毒脉醛树脂合成工艺条件的优化研究[J].中胶粘刹,2005,14(5):22—25.
[4]伊奈由光,仲井茂夫,松尾俊树.铸型的制造万法:中国,CN102015152A[PJ.2011.
[5]李宗猛.呋喃树脂硬化过程中呋喃环反应行为的研究[J].铸造,1997(7):11一17.
[6]刘昭荐,朱建勋,铸造用低硫固化剂:中国,CNt01199982A[P].2007.
[7]谭锐,张鑫,刘加军,等.大型铸钢件用改性吠喃树脂砂的研究.铸造,2011(2):144—146.


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作者:佚名
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