一种改性酚醛树脂、石墨化阴极炭块及其制备方法技术

本发明专利技术涉及铝电解技术领域，提供一种改性酚醛树脂、石墨化阴极炭块及其制备方法。改性酚醛树脂制备方法：吸入1000份苯酚，升温，加氢氧化钠，再升温；滴加950

【技术实现步骤摘要】
一种改性酚醛树脂、石墨化阴极炭块及其制备方法


[0001]本专利技术涉及铝电解
，尤其是涉及一种改性酚醛树脂、石墨化阴极炭块及其制备方法。

技术介绍

[0002]炭
‑
石墨材料因具有热膨胀系数低、高温强度高、高温下体积稳定、耐各种介质侵蚀以及优良的导电和导热性能等特点而被广泛用作铝电解槽、炼铁高炉、铁合金电炉、工业硅电炉等高温炉的内衬材料。其中，用于铝电解槽阴极内衬的石墨化阴极炭块，由于难以进行热工况下的二次修补，其性能决定着铝电解槽的寿命长短。随着电解槽大型化和电解技术的进步，对作为阴极内衬的石墨化阴极炭块的性能提出了越来越高的要求。
[0003]现有铝电解用石墨化阴极炭块多采用煤沥青作为粘结剂，具体的制备方法是：将煤沥青粘结剂加入到煅后石油焦、沥青焦、石墨化焦等炭质骨料中，经混捏、振动成型，然后在焦粉中于1200℃左右温度焙烧而成。此种制备方法由于使用煤沥青做粘结剂而存在如下问题：(1)需要在高于煤沥青软化点50
‑
70℃(通常是140
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160℃)的条件下进行混捏，在130
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150℃下成型，混捏锅和成型模具均需要加热，会消耗较多的热能；(2)焙烧过程中粘结剂炭化过程属于液相炭化，炭块在升温过程中先软化，然后硬化、炭化，使得生坯的焙烧时间很长，通常需要400
‑
700小时，会消耗较多的天然气；(3)制备得到的石墨化阴极炭块的强度较低、表观密度较低，影响电解槽寿命的提高。
[0004]为降低石墨化阴极炭块制备过程的能源损耗，现有技术中使用酚醛树脂代替煤沥青作为粘结剂。然而，现有酚醛树脂的分子量较小，常温下的粘结性较差，使用其作为粘结剂制备得到的石墨化阴极炭块的强度较低，而且制备石墨化阴极炭块的过程中干燥温度较高导致酚醛树脂完全固化、石墨化阴极炭块规格较大时后续焙烧过程容易产生裂纹，难以进行工业化生产，例如，公开号为CN103387221A的专利申请采用酚醛树脂和糠醛树脂的混合树脂作为粘结剂制备石墨化阴极炭块，其在炭块成型后要在180
‑
280℃养护2
‑
8小时，在此条件下，树脂已经完全固化，后续的焙烧过程容易产生裂纹。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种改性酚醛树脂、石墨化阴极炭块及其制备方法，能够提升改性酚醛树脂的分子量和粘结性，提高石墨化阴极炭块的密度和强度，减少混捏、成型、焙烧过程对热能的消耗，避免固化过程产生裂纹，且简化了工艺过程，降低了生产成本，尤其适用于大规格炭块的生产。
[0006]本专利技术的技术方案为：
[0007]本专利技术提供一种改性酚醛树脂的制备方法，包括下述步骤：
[0008]S1：以重量份计，以真空方式向反应釜内吸入1000份苯酚后，升温到45
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50℃，向反应釜内加入氢氧化钠催化剂，再升温到70
‑
80℃；
[0009]S2：向反应釜内滴加950
‑
1600份甲醛溶液后，升温至80
‑
90℃，再恒温反应1
‑
2h；
[0010]S3：降温至55
‑
65℃，向反应釜内加入20
‑
75份尿素后，升温至70
‑
80℃，再恒温反应1
‑
2h；
[0011]S4：降温至50
‑
60℃，对反应釜内物料进行真空脱水，直至物料水分含量达到4
‑
6％；
[0012]S5：向反应釜内加入30
‑
60份甲醇、25
‑
50份乙二醇，降温至30℃以下，得到改性酚醛树脂。
[0013]进一步的，所述步骤S1中，吸入反应釜的苯酚为预热的熔融态苯酚。
[0014]进一步的，所述步骤S2中，甲醛溶液的质量分数为37％。
[0015]本专利技术还提供一种改性酚醛树脂，采用所述改性酚醛树脂的制备方法制备得到。
[0016]进一步的，以重量百分比计，所述改性酚醛树脂的游离酚含量为8
‑
10.5％、游离醛含量为0.5
‑
0.6％、水分含量为4
‑
6％、固含量为78
‑
83％，所述改性酚醛树脂的分子量为650
‑
750、25℃下粘度为24000
‑
29000mPa.s、残炭率为46
‑
50％。
[0017]本专利技术通过在制备过程分阶段加入苯酚、氢氧化钠催化剂、甲醛溶液、尿素、甲醇及乙二醇并控制各原料的配比、各阶段的温度、反应时间，实现尿素对酚醛树脂的改性，大大提升了制备得到的改性酚醛树脂的分子量和粘结性，使得得到的改性酚醛树脂的游离酚含量达到8
‑
10.5％、游离醛含量达到0.5
‑
0.6％、水分含量达到4
‑
6％、固含量达到78
‑
83％、分子量达到650
‑
750、25℃下粘度达到24000
‑
29000mPa.s、残炭率达到46
‑
50％。
[0018]本专利技术的改性酚醛树脂为尿素改性的液体热固性酚醛树脂，该树脂为棕红色液体。相对于普通的液体热固性酚醛树脂，本专利技术的改性酚醛树脂粘结剂在合成时加入尿素，尿素能与酚醛树脂完全结合，其能够降低甲醛含量，并适当调整分子量。本专利技术在制备改性酚醛树脂的过程中，真空脱水后加入30
‑
60份甲醇、25
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50份乙二醇，控制粘度(25℃)为24000
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29000mPa.s，再降温至30℃以下放料装罐、低温储存。
[0019]本专利技术提供一种石墨化阴极炭块，以所述改性酚醛树脂为粘结剂。
[0020]进一步的，所述石墨化阴极炭块的表观密度≥1.65g/cm3、耐压强度≥25MPa、抗折强度≥10MPa。
[0021]进一步的，所述石墨化阴极炭块长3200
‑
4800mm、宽500
‑
800mm、高450
‑
700mm。
[0022]本专利技术的石墨化阴极炭块通过采用改性酚醛树脂作为粘结剂，大大提高了石墨化阴极炭块的密度和强度，如表1所示，将本专利技术的石墨化阴极炭块的各技术指标与行业标准YS/T699
‑
2018铝电解用石墨化阴极炭块技术指标进行对比，可以看出本专利技术的以改性酚醛树脂为粘结剂的石墨化阴极炭块的关键技术指标表观密度≥1.65g/cm3、耐压强度≥25MPa、抗折强度≥10MPa，远超行业标准的要求。
[0023]表1
[0024][0025]本专利技术还提供一种石墨化阴极炭块的制备方法，包括下述步骤：
[0026]步骤1：配料
[0027]以重量份计，取骨料100份、所述改性酚醛树脂15<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性酚醛树脂的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：S1：以重量份计，以真空方式向反应釜内吸入1000份苯酚后，升温到45
‑
50℃，向反应釜内加入氢氧化钠催化剂，再升温到70
‑
80℃；S2：向反应釜内滴加950
‑
1600份甲醛溶液后，升温至80
‑
90℃，再恒温反应1
‑
2h；S3：降温至55
‑
65℃，向反应釜内加入20
‑
75份尿素后，升温至70
‑
80℃，再恒温反应1
‑
2h；S4：降温至50
‑
60℃，对反应釜内物料进行真空脱水，直至物料水分含量达到4
‑
6％；S5：向反应釜内加入30
‑
60份甲醇、25
‑
50份乙二醇，降温至30℃以下，得到改性酚醛树脂。2.根据权利要求1所述的改性酚醛树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，吸入反应釜的苯酚为预热的熔融态苯酚。3.根据权利要求1所述的改性酚醛树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，甲醛溶液的质量分数为37％。4.一种改性酚醛树脂，其特征在于，采用权利要求1至3中任一项所述的改性酚醛树脂的制备方法制备得到。5.根据权利要求4所述的改性酚醛树脂，其特征在于，以重量百分比计，所述改性酚醛树脂的游离酚含量为8
‑
10.5％、游离醛含量为0.5
‑
0.6％、水分含量为4
‑
6％、固含量为78
‑
83％，所述改性酚醛树脂的分子量为650
‑
750、25℃下粘度为24000
‑
29000mPa.s、残炭率为46
‑
50％。6.一种石墨化阴极炭块，其特征在于，以权利要求4或5所述的改性酚醛树脂为粘结剂。7.根据权利要求6所述的石墨化阴极炭块，其特征在于，所述石墨化阴极炭块的表观密度≥1.65g/cm3、耐压强度≥25MPa、抗折强度≥10MPa。8.根据权利要求6所述的石墨化阴极炭块，其特征在于，所述石墨化阴极炭块长3200
‑
4800mm、宽500
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800mm、高450
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700mm。9.一种权利要求6至8中任一项所述的石墨化阴极炭块的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤1：配料以重量份计，取骨料100份、所述改性酚醛树脂15
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18份进行配料；步骤2：混捏...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雅楠，张红亮，
申请(专利权)人：山西亮宇炭素有限公司，
类型：发明
国别省市：