一种碱木素-粗酚树脂砂的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种碱木素－粗酚树脂砂的制备方法，其特征在于：利用造纸厂由黑液分离出来的碱木素和焦化厂由煤渣油分离出来的粗酚进行缩合获得的碱木素－粗酚树脂可用于热芯盒树脂砂的生产。工艺过程主要包括碱木素－粗酚树脂的合成和碱木素－粗酚树脂砂的制备两个阶段。优点在于：该树脂砂硬化性能和溃散性能良好，发气量和含氮量低，同时其成本仅仅为当前铸造生产中广泛使用的呋喃Ⅰ型热芯盒树脂砂的一半。而且，碱木素和粗酚的合理开发应用有助于提高造纸和石油行业的经济效益，对解决环境污染的公害问题也十分有益。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铸造
，特别是提供了一种碱木素-粗酚树脂砂的制备方法，对解决环境污染的公害问题十分有益。
技术介绍
我国“十五”环保计划和2010年远景目标要求，今后环保产业的发展重点领域是城市污水治理设备、大气污染防治设备、固体废弃物处理以及环境生态监测设备。水环境保护及污染治理，尤其是草浆造纸黑液治理是重中之重。我国是草浆造纸大国。在造纸废水中，危害最大的是黑液。20世纪八十年代以来，我国对造纸黑液的污染防治一直十分重视，开展了大量的科技攻关工作。经过多年的努力，提出了多种技术路线，开发了众多的处理药剂与设备，也建设了不少示范性工程，但是由于一次性投资及运行费用太高等原因，许多企业难以承受，造纸黑液的污染治理一直未能取得满意效果。因此一些造纸厂、尤其是身陷困境的中小草浆造纸厂干脆将这些黑稠、恶臭的造纸黑液倾入江河池塘，对水环境产生了极为严重的污染。近年来，部分造纸企业为了甩掉黑液这一治污包袱，寻求新的经济增长点，尝试利用732材脂交换法将其分离、沉淀获得了碱木素，给中小草浆造纸工业治理黑液污染带来了一线曙光。然而，如何消化、使用这些碱木素仍然是一个急需解决的问题。焦化厂由煤渣油分离出来的粗酚虽然成本相对低廉，但目前应用范围有限。如能将上述的碱木素和粗酚进行缩合，制备出一种类似酚醛树脂的碱木素-粗酚树脂，用于铸造
的热芯盒树脂砂，必将降低相关铸件的成本，推动铸造事业的发展。而且，碱木素和粗酚的合理开发应用对解决造纸和石油行业的一些污染问题、进一步提高其经济效益也将产生积极的促进作用。合成树脂砂在铸造生产中的应用正日趋广泛。但目前国产合成树脂价格昂贵，且大多含氮量较高，分解时放出氮气，易造成铸件气孔缺陷，同时放出游离甲醛，恶化操作环境，这使合成树脂砂的推广应用受到一定限制。本专利技术的优点在于利用造纸厂由黑液分离出来的碱木素和焦化厂由煤渣油分离出来的粗酚进行缩合获得的碱木素-粗酚树脂成本仅仅为当前铸造生产中广泛使用的呋喃I型热芯盒树脂的一半。用于热芯盒制芯，树脂砂硬化性能和溃散性能良好，表面强度较高，发气量和含氮量低，在2105型柴油机体砂芯上进行工艺验证表明，该树脂可以成为呋喃I型热芯盒树脂的代用品。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碱木素-粗酚树脂砂的制备方法，用于铸造
的热芯盒树脂砂，推动铸造事业的发展。同时，通过合理开发应用碱木素和粗酚，对解决环境污染问题、进一步提高造纸和石油行业的经济效益产生积极的促进作用。本专利技术的构成利用造纸厂由黑液分离出来的碱木素和焦化厂由煤渣油分离出来的粗酚进行缩合获得的碱木素-粗酚树脂用于热芯盒树脂砂的生产。制备碱木素-粗酚树脂砂时，工艺过程主要包括碱木素-粗酚树脂的合成和碱木素-粗酚树脂砂的制备两个阶段。具体工艺如下1、碱木素-粗酚树脂的合成首先选择碱木素和粗酚，碱木素比重为1.3～1.4g/cm3，颜色为棕褐色或土黄色，由煤渣油分离出来的粗酚颜色为黑色，酚及同系物含量≥83.0重量％，按无水计算；然后进行缩合，采用一器法缩合碱木素-粗酚树脂，选用的反应容器为三颈瓶或反应釜，其容量分别为1～5升或50～200升，反应容器应安装搅拌装置温度计和回流冷凝管，先加入1份粗酚，待温度升至105～110℃时，开动搅拌器，在不断搅拌下徐徐加入2份碱木素，随着碱木素的加入，混合液的粘度会增加，同时温度会下降，待混合料温度重新升至105～110℃时再加入0.5～1.0重量％的HCl缩合催化剂，在不断搅拌下让其反应4～15分钟，当缩合物能拉成黑长丝时停止搅拌；此时缩合成的碱木素-粗酚树脂为线状体树脂，分子结构式为 2、碱木素-粗酚树脂砂的制备选择改性剂选择糠醇作为碱木素-粗酚树脂的改性剂，其加入量占树脂30～32重量％；固化剂的选择选择硫酸乙酯为固化剂，加入量占树脂25～35重量％；树脂加入量占芯砂2.8～3.2重量％。碱木素-粗酚树脂的合成木质素是一种自然资源，它与纤维素、半纤维素等一起伴生，广泛存在干高等木质化的植物组织中。一般木材含量为20～30重量％，草类植物(如荻、苇和草等)含量为14～15重量％。按纤维素的分离方法不同，木质素可分为碱木素、水解木素和磺酸木素三类。碱木素比重为1.3～1.4g/cm3，颜色为棕褐色或土黄色。由煤渣油分离出来的粗酚颜色为黑色，酚及同系物含量≥83.0重量％(按无水计算)。粗酚中苯酚、甲酚、二甲酚含量高、水份杂质少。利用粗酚可加工生产出高质量的酚类产品，广泛用于农药、医药、工程塑料、合成纤维等行业。缩合反应机理通常认为碱木素具有三度空间体型大分子结构，其基本结构单体是苯基丙烷型的高聚物，分子结构式为 在这个结构式中，有五个木素的基环，基环间是用醚键(A)、氧五环(C)和氧六环(B)相结合，分子结构式中含有三个不同类型的苯酚基醇、四个甲氧基、一个酚羟基和一个羰基(D)。酚与醇相似，它是苯环上的氢原子被羟基(-OH)取代后的产物。如果苯环上的一个氢原子被一个羟基取代，这种化合物就是苯酚。碱木素与粗酚作用时，缩合机理与酚醛树脂类似。酚醛树脂缩合过程中，苯酚与醛在酸的作用下，首先得到的是苯酚基醇的初级产物，即 在酸液中，这种苯酚基醇会很快自动放热、与酚缩合而形成线状体，即 根据前述，碱木素单体分子结构式中便含有三个不同类型的苯酚基醇，因此，在酸液作用下，这些苯酚基醇能与粗酚中的游离酚进行缩合而形成线状体树脂，即 缩合的工艺流程近代生产缩聚树脂是将原料放入反应釜中，在常压或高压、温度300℃以下进行缩聚反应。其生产过程可分为加料、缩聚、干燥和热处理等阶段。这几个阶段可在一器中进行，也可分开进行。本专利技术采用一器法缩合碱木素-粗酚树脂。选用的三颈瓶或反应釜容量分别为1～5升和50～200升。反应用的容器应安装搅拌装置(转速由自耦变压器加以调整)、温度计和回流冷凝管。先加入1份粗酚，待温度升至105～110℃时，开动搅拌器，在不断搅拌下徐徐加入2份碱木素。随着碱木素的加入，混合液的粘度会增加，同时温度会下降，此时需注意调节搅拌器的转速。待容器内混合料温度重新升至105～110℃时再加入0.5～1.0重量％的HCl(pH值在1.7％～2.8之间)作为缩合催化剂，在不断搅拌下让其反应4～15min，然后停止搅拌。用金属或玻璃棒挑起缩合物，看是否能拉成黑长丝。如是，说明反应完好，待冷却凝固后即成为黑色或黄褐色有光泽的碱木素-粗酚树脂。如否，继续搅拌，直至树脂能拉成黑长丝为止。获得的碱木素-酚醛树脂，性能与当前铸造生产中广泛使用的呋喃I型树脂类似，可用于树脂砂的生产和应用。表1给出的是碱木素-粗酚树脂的主要技术指标。表1碱木素-粗酚树脂的主要技术指标粘度(秒) 软化点 聚合速度外观游离酚(重量％)(φ4mm粘度计，25℃)(℃) (秒)黑或黄20～25 90～11030～50 ＜3褐色碱木素-粗酚树脂砂的制备改性剂的选择获得的碱木素-粗酚树脂为黑色或黄褐色脆性固体。它虽易碾成粉状，但很难与砂粒混拌均匀。为此，须加入改性剂进行溶解。在溶剂的作用下，线型结构的碱木素-粗酚树脂分子链能分散在溶剂中。表2是各种改性剂改性后的碱木素-粗酚树脂性能，改性剂加入量占树脂30～32重量％。表2加入改性剂后的碱木素-粗酚树脂性能粘度(秒) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碱木素－粗酚树脂砂的制备方法，其特征在于：利用造纸厂由黑液分离出来的碱木素和焦化厂由煤渣油分离出来的粗酚进行缩合获得的碱木素－粗酚树脂用于热芯盒树脂砂的生产；工艺过程主要包括碱木素－粗酚树脂的合成和碱木素－粗酚树脂砂的制备两个阶段；具体工艺如下：ａ、碱木素－粗酚树脂的合成：首先选择碱木素和粗酚，碱木素比重为１．３～１．４ｇ／ｃｍ↑［３］，颜色为棕褐色或土黄色，由煤渣油分离出来的粗酚颜色为黑色，然后进行缩合，采用一器法缩合碱木素－粗酚树脂，选用的反应容器为三颈瓶，其容量为１～５升，先加入１份粗酚，待温度升至１０５～１１０℃时，开动搅拌器，在不断搅拌下徐徐加入２份碱木素，随着碱木素的加入，混合液的粘度会增加，同时温度会下降，待混合料温度重新升至１０５～１１０℃时再加入０．５～１．０重量％的ＨＣｌ缩合催化剂，在不断搅拌下让其反应４～１５分钟，当缩合物能拉成黑长丝时停止搅拌；此时缩合成的碱木素－粗酚树脂为线状体树脂，分子结构式为：＊＊＊ｂ、碱木素－粗酚树脂砂的制备：选择改性剂：选择糠醇作为碱木素－粗酚树脂的改性剂，其加入量占树脂３０～３２重量％；固化剂的选择：选择硫酸乙酯为固化剂，加入量占树脂２５～３５重量％；树脂加入量占芯砂２．８～３．２重量％。...

【技术特征摘要】
1.一种碱木素-粗酚树脂砂的制备方法，其特征在于利用造纸厂由黑液分离出来的碱木素和焦化厂由煤渣油分离出来的粗酚进行缩合获得的碱木素-粗酚树脂用于热芯盒树脂砂的生产；工艺过程主要包括碱木素-粗酚树脂的合成和碱木素-粗酚树脂砂的制备两个阶段；具体工艺如下a、碱木素-粗酚树脂的合成首先选择碱木素和粗酚，碱木素比重为1.3～1.4g/cm3，颜色为棕褐色或土黄色，由煤渣油分离出来的粗酚颜色为黑色，然后进行缩合，采用一器法缩合碱木素-粗酚树脂，选用的反应容器为三颈瓶，其容量为1～5升，先加入1份粗酚，待温度升至105～110℃时，开动搅拌器，在不断搅拌下徐徐加入2份碱木素，随着...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨滨，李汉麟，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]