一种铸造用自硬砂固化剂及其制备方法技术

一种铸造用自硬砂固化剂，其特征在于：该固化剂为木糖醇有机酸酯，分子式为Ｃ↓［５］Ｈ↓［７］（ＯＨ）↓［ｍ］Ｒ↓［ｎ］，其中ｎ＝１～５，ｍ＝５－ｎ，Ｒ为Ｃ↓［９］以下的脂肪酸根。系以木糖醇、１～８倍的有机酸为原料，在１～４倍的携水剂中，０．０１～０．１倍的催化剂作用下发生酯化反应生成。可用作碱性酚醛树脂、水玻璃固化剂。本发明专利技术性能优良，且成本较低。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及铸造
，特别提供了一种用碱性酚醛树脂和水玻璃作粘结剂制作铸造砂型、砂芯用固化剂。随着机械工业的发展，对铸件尺寸精度、内部和外表质量的要求越来越高，因此人工合成树脂砂工艺得到广泛应用。在单件、中、小批量铸件生产中，树脂自硬砂成为铸造厂家首选工艺。其中酸固化呋喃树脂自硬砂大量应用于机床、水泵、阀门、矿山、重型、纺织机械等机械行业，取得较为明显的经济效益。但是广大铸造工作者发现由于酸固化粘结剂系统中，不同程度的含有硫、氮、磷等有害元素，对铸件质量造成多种危害，尤其用于生产铸钢件时，极易发生热裂、气孔及表面质量缺陷。生产球墨铸铁件时，由于硫的侵入，造成铸件表面球化不良，常使铸件报废。这类树脂固化剂中多含有磺酸，在浇注时磺酸分解释放出SO2气体，恶化劳动条件，污染环境，危害人的身体健康。从环境保护长远考虑，广大铸造工作者深切关注这个问题的尽早解决。针对酸固化树脂自硬砂存在的问题，人们对酯固化碱性酚醛树脂和酯固化水玻璃发生兴趣，并对这两项技术的完善和提高做了大量的研究工作。这两种粘结剂过去主要采用甘油醋酸酯及结构相似的酯做固化剂。目前甘油主要来源于动植物油脂水解的副产物，来源有限，生产工艺复杂，化妆品行业，制药业大量应用，价格昂贵。因而增加了铸件生产成本，在推广使用时受到限制。本专利技术的目的在于提供一种铸造用自硬砂固化剂及其制备技术，其性能优良，且制造成本较低。本专利技术提供了一种铸造用自硬砂固化剂，其特征在于该固化剂为木糖醇有机酸酯，分子式为C5H7(OH)mRn，其中n＝1～5，m＝5-n，R为C9以下的脂肪酸根。固化剂中还可以含有甘油、丙二醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇等其它多元醇有机酸酯。本专利技术还提供了铸造用自硬砂固化剂的制备方法，其特征在于以木糖醇、1～8倍(除特殊指明外，均指与木糖醇的摩尔比)的有机酸为原料，在1～4倍的携水剂中，0.01～0.1倍的催化剂作用下发生酯化反应，生成木糖醇有机酸酯；其中有机酸为C9以下的脂肪酸，催化剂为硫酸、磺酸，携水剂为与水不溶，沸点在60～130℃之间的有机溶剂，如苯类及酯类物质，酯化温度60～150℃，反应时间5～35h。其中木糖醇可部分用其它多元醇替代，多元醇为甘油、丙二醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇等，木糖醇量为1～100％。具体实施步骤是木糖醇母液、木糖醇残液或精制木糖醇与有机酸为主要原料，在催化剂作用下，加热沸腾，发生酯化反应生成木糖醇有机酸酯和水，水被携水剂带走，经分水器与反应物分开，携水剂重新回流至反应混合物中，直至反应终点，携水剂回流过程不再有水分出，停止反应，负压下脱出携水剂。对反应产物中残留的催化剂进行中和处理，即得木糖醇有机酸酯。本专利技术所利用木糖醇来源于玉米芯、玉米杆、稻壳、谷壳类农业副产物，该类物质经水解制成木糖，木糖加氢制成木糖醇母液。木糖醇母液可生产精制木糖醇，并产生木糖醇残液。木糖醇母液及残液来源丰富，价格低，尤其木糖醇残液，由于提纯木糖醇后，其杂质含量提高，目前工业应用前景正待开发，而用其生产木糖醇有机酸酯做铸造固化剂，性能足以满足铸造生产要求。本专利技术所提供的木糖醇有机酸酯可做碱性酚醛树脂的固化剂，由于该粘结剂对原砂酸耗值无苛刻要求，可以使用水洗硅砂，擦洗硅砂，精选硅砂，也可用于锆砂、镁橄榄石砂、铬铁矿砂。采用上述硅砂时，树脂加入量为1.2～2.5％(占砂重)，本专利技术固化剂加入量占树脂量的20～50％，可以用于生产各种合金铸件的型、芯。尤其适用于对热裂、气孔敏感的水泵、阀门、机车车辆等铸钢件的砂型、砂芯生产。本专利技术所提供的木糖醇有机酸酯同时可以用做水玻璃的固化剂。由于水玻璃价格便宜，因此对原砂要求可酌情放宽。除上述原砂外，粒形稍差的砂也可使用，如南方福建海砂，北方辽宁的海域砂。采用上述硅砂，水玻璃加入量为2.0～4.0％(占砂重)，本专利技术固化剂加入量占水玻璃量的6～20％。由于水玻璃加入量低，型、芯强度高，发气量低，浇注后溃散性好，因此可以用于各种合金铸件的生产。应用本专利技术制作水玻璃自硬砂在浇注初期有相当的热塑性，可以防止铸件产生热裂，因此更适宜生产铸钢件。本工艺制型、制芯、浇注时无刺激性气味，改善了劳动条件。生产中产生的废砂与有机粘结剂废砂相比，对环境的危害最小，更有利于环境保护。总之本专利技术具有下述优点1.木糖醇酯生产原料来源广，价格便宜，可显著降低铸件生产成本。2.使用本专利固化剂，采用碱性酚醛树脂自硬砂和水玻璃自硬砂，对原砂适用性广，不仅可采用各种硅砂，也可用锆砂、铬铁矿砂和镁橄榄石砂。3.粘结剂系统中不含S、N、P有害元素，避免了由这些元素引起的铸件缺陷。4.这两种粘结剂所制型、芯均具有相当的热塑性，可防止铸件产生热裂，尤其适用于水泵、阀门、机车车辆等壳体类铸钢件的生产。5.粘结剂发气量低，减少铸件气孔缺陷。6.浇注后型、芯溃散性好，易于除砂，旧砂易再生。7.制型、制芯、浇注时气味低，不释放SO2等有害气体，改善了劳动条件，有利于环境保护。8.生产铸件尺寸精度高，表面缺陷少，铸件修补费用降低。9.水玻璃酯自硬砂工艺产生的废砂是合成粘结剂中对环境危害最小的，从环境保护长远考虑，水玻璃、酯是人们最希望的铸造材料之一。下面通过实施例详述本专利技术。实施例1向装有分水器的三口瓶内加155g木糖醇母液(本专利技术实施例中母液和残液均以实含木糖醇量计)，200g冰醋酸，5g硫酸，200g苯，搅拌升温至沸腾，连续分水，78℃～100℃反应约1.5h，100～128℃反应2～3h，沸腾冷凝液中无水分出终止反应。减压脱苯，对残存硫酸进行中和处理，得木糖醇醋酸酯约280g。实施例2向装有分水器的三口瓶内加110g木糖醇残液，甘油28g，冰醋酸210g，硫酸3g，苯205g，搅拌升温至沸腾，连续分水，80～100℃反应1.5～2h，100～130℃反应2～4h，至分水器不再有水分出时终止反应，减压脱苯，对残存硫酸进行中和处理，得混合木糖醇有机酸酯约242g。实施例3向装有分水器的三口瓶内加入108g木糖醇母液，18g甘油，10.5g二甘醇，203g冰醋酸，4g硫酸，苯205g。搅拌升温至沸腾，连续分水，78～100℃反应1.5～2h，100～132℃反应2～4h，至分水器不再有水分出终止反应，减压脱苯，对残存硫酸进行中和处理，得混合木糖醇有机酸酯约262g。实施例4向装有分水器的三口瓶内加入108g木糖醇，28g甘油，138g冰醋酸，106g戊酸，6g对甲苯磺酸，苯200g。搅拌升温至沸腾，连续分水，78～100℃反应1.5～2h，100～132℃反应2～4h，至分水器不再有水分出终止反应，减压脱苯，对残存硫酸进行中和处理，得混合木糖醇有机酸酯约281g。实施例5向装有分水器的三口瓶内加入108g木糖醇，28g甘油，138g冰醋酸，130g C5～C9混合酸，乙酸乙酯195g，。搅拌升温至沸腾，连续分水，78～100℃反应1.5～2h，100～132℃反应2～4h，至分水器不再有水分出终止反应，减压脱苯，对残存硫酸进行中和处理，得混合木糖醇有机酸酯约301g。实施例6向装有分水器的三口瓶内加入15g木糖醇，31g甘油，42g二甘醇，200g冰醋酸，5g硫酸，苯200g。搅拌升温至沸腾，连续分水，78～100℃反应1.5～2h，100～132本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铸造用自硬砂固化剂，其特征在于：该固化剂为木糖醇有机酸酯，分子式为Ｃ↓［５］Ｈ↓［７］（ＯＨ）↓［ｍ］Ｒ↓［ｎ］，其中ｎ＝１～５，ｍ＝５－ｎ，Ｒ为Ｃ↓［９］以下的脂肪酸根。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种铸造用自硬砂固化剂，其特征在于该固化剂为木糖醇有机酸酯，分子式为C5H7(OH)mRn，其中n＝1～5，m＝5-n，R为C9以下的脂肪酸根。2.按照权利要求1所述铸造用自硬砂固化剂，其特征在于固化剂中含有甘油、丙二醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇其它多元醇有机酸酯。3.一种权利要求1所述铸造用自硬砂固化剂的制备方法，其特征在于以木糖醇、1～8倍的有机酸为原料，在1～4倍的携水剂中，0.01～0.1倍的催化剂作用下发生酯化反应，生成木糖醇有机酸酯；其中有机酸为C9以下的脂肪酸，催化剂为硫酸、磺酸；携水剂为苯类及酯类...

【专利技术属性】
技术研发人员：余明伟，
申请(专利权)人：沈阳汇亚通铸造材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]