Катализатор для стержневых смесей горячего отверждения на основе карбамидных карбамидофурановых смол
1. КАТАЛИЗАТОР ДЛЯ СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ ГОРЯЧЕГО ОТВЕРЖДЕНИЯ НА ОСНОВЕ КАРБАМ1ДНЫХ И КАРБАМ ЙОФУРАНОВШ СМОЛ, включающий вторичный продукт переработки растительного сырья и неорганическую кислоту, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и снижения осыпаемости стержней, катализатор содержит в качестве вторичного продукта переработки растительного сырья побочный продукт производства кристаллического ксилита в виде оттека ксилита на основе полиолов при следующем соотношении ингредиентов , мае. %: . Побочный продукт производства кристаллического ксилита в виде, оттека ксилита на основе полиолов60-80 Неорганическая кислота20-40 2. Катализатор по п. 1, о т л ич а ю ц и и с я тем, что побочный (Л продукт производства кристаллического ксилита в виде оттека ксилита с на основе полиолов имеет следук 1и1й химический состав, мас.%: Сорбит . 20-30 Глицерин1-3 Арабит6-7 9 9 Эритрит1-2 Ксилит Остальное эо О г. 1
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
РЕСПУБЛИК (19) (10
3(Я) В 22 С 1 00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.P1 ) 3464070/22-02 (22) 13.07.82 (46) 23.01.84. Бюл. В 3 (.72) В.A. Соколова, А.A. Сорокина, A.A. Сафронова, Д.П. Царьков, Я.В. Эпштейн, A.Ã. Семанова, A.Ë. Писарев и В.И. Иинакова (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт литейного машиностроения, литейной технологии и автоматизации литейного. производства и
Всесоюзный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ (53) 621.742.486(088.8) (56) 1. "Литейное производство", 1973, В 7, с. 35.
2. "Литейное производство", 1971, М 9, с. 7-10. (54)(57) 1. КАТАПИЭАТОР ДЛЯ СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ ГОРЯЧЕГО ОТВЕРЖДЕНИЯ HA
ОСНОВЕ КАРБИЧИДНЫХ И КАРБАИИДОФУРАНОВЫХ СМОЛ, включающий вторичный продукт переработки растительного сырья и неорганическую кислоту, отличающийся. тем, что, с целью повышения прочности и снижения осыпаемости стержней, катализатор -содержит .в качестве вторичного продукта переработки раститель ного сырья побочный продукт произ- водства кристаллического ксилита в виде оттека ксилита на основе полиолов при следующем соотношении ингредиентов, мас.%г
Побочный продукт производства кристаллического кснлита в виде оттека ксилита на основе полиолов 60-80
Неорганическая кислота 20-40
2. Катализатор no n- 1, о т л и- g ч а ю щ и и .с я тем, что побочный продукт производства кристаллического ксилита в виде оттека ксилита на основе полиолов имеет следующий химический состав, мас.В:
Сорбит 20-30
Глицерин 1-3
Арабит 6-7
Эритрит 1-2
Ксилит Остальное
10ее204 римую в воде, РН 4,5-6,0 и содержит, мас.Ъ!
Сухие вещества 60-85
Редуцирующие вещества 0,4 2,0 ,Зольные вещества 0,4-2,0
Для приготовления катализатора могут быть использованы органичесОттек ксилита получается как побочный продукт в процессе переработ« ки растительного сырья (хлопковой 69 шелухи, кукурузной кочерыжки) в пи.щевой ксилит.
Оттек ксилита на основе полиолов представляет собой вязкую,светлоко. ричневую жидкость, полностью раство- gg
Изобретение относится к литейно- шение прочности модифицированных му производству и может быть исполь- Карбамидных смс л и снижает механиэовано при изготовлении литейных ческую прочность стержней на карба.стержней, отверждаемых в нагрева- мидных смолах. емой оснастке на основе карбамидных Цель изобретения - .повышение прочи карбамидофурановых смол. > ностй и снижение осыпаемости стерж.Известны катализаторы для изго- ней. товления смесей горячего отвержде- Поставленная цель досТигается .ния с карбамидными смолами — органи- тем, что катализатор для стержневых ческие и неорганические кислотыг смесей горячего отверждения на оснощавелевая, ортофосфорная и соля- 0 ве карбамидных и карбамидофурановых ная (13 . смол, включающий вторичный продукт
Однако эти катализаторы не обес- переработки. растительного сырья и печивают требуемой скорости отверж- неорганическую кислоту,.содержит в дения модифицированных карбамидных качестве вторичного продукта ерерасмол, не оказывают, заметного влияния 15 ботки растительного сырья побочный на повышение прочностных. свойств от- продукт производства кристалличесвержденных стержней, изготовленных кого ксилита в виде оттека ксилита из смесей на карбамидных немодифи- на основе полиолов при следующем цированных смолах. соотношении ингредиентов, мас.%:
Наиболее близким по технической 20 Побочный продукт сущности и достигаемому результату производства криск изобретению является катализатор таллического ксилиЛСФ (ТУ б-05-13б7-7б).для стержневых та в виде оттека смесей горячего отверждения f2) ксилита на основе включающий вторичный продукт пере- р5 б 0- 80 . работки растительного сырья - суль- НеоРганическая фатно-спиртовую бражку или барду кислота 20-40 и ортофосфорную кислоту при.следу- При этом побочный продукт произющем соотношении ингредиентов, мас. : водства кристаллического ксилита в
Сульфитно-спиртовая виде оттека ксилита на основе полибарда 75-85 олов имеет следующий мимический соОртофосфорная став, мас.%: кислота 15-25 Сор бит . 30-20
Известный катализатор использует- 1-3 ся в стержневой см .си в количестве 35 7-б
0,5% при содержании связующего кар- Эритрит 2-1 ! бамидно-формальдегидной смолы, моди- Осталь ное фицированной фуриловьм спиртом Полиолы состоят из углеводородных (КФ-90), в количестве 2,5%. Радикалов и гидроксильных групп с
Однако известный катализатор, ус- 40 линейной структурой. корявщий отверждение стержневых сме-, . Структурные формулы основных по- . сей на основе карбамидных смол, не лиолов, входящих в состав оттека оказывает заметного влияния на ловы- ксилита, следующие:
1) . 2) ) 3) 4) ф 1
НС-ОН НС-ОН НС-ОН . ИС»ОН Мс -ОН
I I i I
НС-ОН МС-ON HOCII нС-0И нС -ОН ! I . I l I
HO-С- М Н0. СИ нС-0Н Н С -ОМ HC - 0М ! I 1 i )
4 н С-Он нс- Он HC-oH нс- Он м
I 1
H С-ОН НС-OH НС-ОН H апицерин
I I
И- НС -ОИ М 9pLlft7pu исилит (. Opa burn
Н
С Обидит
1068204
1,25-1,40 кие или неорганические кислоты (предпочтительно применение технической ортофосфорной кислоты по ГОСТ
10678-63 с плотностью 1,57-1,58 г/см и концентрацией 75-77% ) .
Катализатор оказывает на карбамидные и карбамидофурановые смолы комплексное действие: ускоряет процесс отверждения, повыаает прочность стержней и снижает их осыпаемость.
Обработка оттека ксилита кисло- 1О тами резко снижает его вязкость, в результате чего возникает его реакционная способность.
Гидроксильные группы ксилита при нагреве вступают во взаимодей- 35 ствие с функциональными группами карбамидной смолы с образованием новых сшивок. Помимо этого, может иметь место частичное окисление ксилита с образованием сахаров, .которые, в свою очередь, под действием температуры образуют новые соединения, реагирующие с функциональными группами карбамидных смол, что в итоге вызывает повышение ме- 25 ханической прочности смеси.
Положительным Фактором использования оттека ксилита при .изготовлении песчано-смоляных смесей горячего отверждения является также
30 улучшение санитарно-гигиенических условий труда за счет того, что ка° талиэатор, повышая прочность стержней, позволяет снизить содержание смолы в составе смеси до 2 мас.%.
Оттек ксилита не является токсичным материалом и не имеет запаха.
Катализатор приготавливается следующим образом.
Оттек ксилита нагревается до
50-60 С, в него добавляется неорга-. 40 ническая кислота, после чего смесь перемешивается в течение 10-15 мин до получения однородной масси.
Физико-химические свойства катализатора: 45
Плотность при
- 20 С, г/см
Условная вязкость по ВЗ-4, с 15-80
Концентрация 50 водородных ионов (РН) 0,5-2,0
Широкий диапазон вязкости катали затора выбран в соответствии с полученными экспериментальными данными. 55
Для приготовления катализатора ис" пользуют оттек ксилита с содержанием сухих веществ 60-85%. В зависимости от содержания сухих веществ в оттеке ксилита катализатор имеет 60 вязкость,: приведенную в табл. 1.
Иэ дайных табл. 1 видно, что вяэ» кость катализатора 15-80 с является оптимальной и зависит от содержания сухих веществ оттека ксилита.
Влияние вязкости катализатора на прочностные свойства смесей приведены в табл. 2 (состав смеси, мас.%s песок Об1К02Б 97, смола КФ 90 "-2,0 катализатор 1 0.
Иэ данных табл. 2 видно, что вязкость катализатора в указанных пределах оказывает заметное влияние на свойства смеси только при длительном нагреве.
В табл. 3 приведены свойства смесей с использованием катализатора, для приготовления которого взят оттек ксилита следующего состава, мас.%: .ксилит 60,0; сорбит 30,0 глицерин 1,0; арабит 7,0; эритрйт 2,0 при следующих физико-химических свойствах: содержание сухих веществ
60,0%; рН 4,5; содержание редуцирующих веществ 0,4%; содержание зольных веществ 0,4%. (Состав смеси, мас.%: песок Об1К02В 97,,0, связующее КФ 90-2,0 катализатор 1,0) °
Иэ табл. 3 видно, что смеси с предлагаемым катализатором на основе. оттека ксилита укаэанного состава обладают высокими прочностными свойствами.
В табл. 4 приведены составы катализаторов, .содержащих оттек кснлита, и состав известного катализатора
ЛСФ (смесь 6), в таблице 5 - составы смесей, приготовленных с .использованием этих катализаторов, в табл.6свойства испытанных смесей.
В экспериментах испытаны смеси с использованием оттека ксилита следующего химического состава, мас.%: ксилит 70; сорбит 20; глицерин Зу арабит 6; эритрит 1, физико-хими-ческие свойства: содержание сухих веществ 85%; рН 6,0; содержание редуцирующих веществ 2,0%; содержание зольных веществ 2,0%.
В табл. 7 приведены составы и свойства смесей с использованием катализатора, приготовленного на оттеке ксилита, обработанного борной кислотой (катализатор Б). Соотношение.оттека ксилита и борной кислоты 70:30 °
Сопоставляя данные табл. 7, 5 и 6 (смесь 1 и 3), можно сделать вывод, что свойства укаэанных смесей идентичны. Следовательно, катализатор с использованием борной кислоты при дает стержневой смеси на основе модифицированной карбамндной смолы
КФ-90 аналогичные свойства, что и катализатор, приготовленный на ортофосфорной кислоте.
Приготовление смеси заключается в перемешивании в течение 2 мин песка и катализатора, добавлении смолы и перемешивании всех составляющих дополнительно в течение 2 мнн.
1068204
Содержание сухих веществ в оттеке, мас.%
Содержание компонентов в катализаторе, вес.Ъ
Условная вязкость катализатора по В3-4, с
Ортофосфорная кислота
Оттек ксклита
40
70
30
20,5
20
60.40
85
75
85
20
85
Таблица 2
Предел прочности при растяжении образцов кгс/см, выдержанных в горячем ящике в течение, с
Условная вязкость катализатора по
В3-4, с
Смесь (зо
20
32,5
35,4
22,5
40,3
Как следует из данных, приведен-. ных в табл. 4»6, оптимальное содержание оттека ксилита в катализаторе составляет 60-80% (составы 2-4 по табл. 4 и 2-6 по табл. 5 и 6).
Уменьшение этого содержания (ка« тализатор 1, смесь 1) приводит к снижению живучести смеси и прочнос,ти отвержденных стержней и к увеличению их осыпаемости.. увеличение этого .содержания (катализатор 5, смесь 7) способствует увеличению вязкости катализатора, что затрудняет его дозирование и ухудшает его распределение в объеме смеси при перемешивании,: а также приводит к уменьшению скорости отверждения смеси.
Из результатов испытаний смесей, представленных в табл. 6, следует, что смеси 2-6, содержащие предлагаемый катализатор, по сравнению со смесями 8-9, содержащими известный катализатор, имеют достаточную живучесть (6-8 ч), более высокую прочность при растяжении (25-42 5 против
I . 19-20,5 кгс/см ), что дает воэможность снизить расход смолы в составе смеси до 2 вес.В вместо 2,5 вес.В и изготавливать стержни первого класса сложности в массовом производстве чугунных и цветных отливок, и высокую поверхностную прочность, характеризующуюся низкой осыпаемостью, что способствует повышению качества стержней и снижению брака отливок
Для проведения расчета техникоэкономической эффективности от внедрения,предлагаемого катализатора за базовый образец принят каталиэа15 тор ЛСФ, содержащий сульфитно-спиртовую барду и ортофосфорную кислоту, Реализация изобретения позволяет получить технико-экономический эффект от внедрения в народном хозяй- . стве при объеме внедрения 400 тыс.т литья в год более 2 млн руб. или
5,0 руб/т литья за счет повышения качества стержней (повышения прочности, снижения осыпаемости, снижения расхода связующего и брака отливок). ! Таблица 1
1068204
Т а б л и ц а 3
15 30 60
8,0
0,01
40
21,5
8,0
9,0 80
Таблица 4
Содержание составляющих в катализаторе, мас.%
55 60 70 80 85
Оттек ксилита
30 20 15
20
80
Состав катализатора вес.%
Оттек НуРО> ксилита
Составляющие катализатора
Кислота ортофосфор,ная
Сульфитно-спиртовая барда
Предел прочности при растяжении образцов кгс/сьР, выдержанных в горячем ящике в течение, с
30 .32,5
32,5. 31у0
19,5 26,0 30,0
Осыпаемость, ф
0,009
0,015 живучесть ч
1068204 а» 1
1 ф I
Ю!
11» 1 г4 !
an Ь ь е
0 !
I и» I
Ю
О\
an . е
Ю
О»
М
СЧ
М О
01.
М) О
Ch
Ю
О» !
Оъ 1
an.
СЧ (ъ
01
l (Ch
t
I
О
t
I ф
Ch
I (°
О\
an
Д о 6 о
Ц I ем)
Ю I t 1
1 1
1 I Ъ I
I I t
I ) 1
I ее1 I
l I 1
I aaaa I I о ее
I.Ю1н!
t g1
1 I
1 "Е t ! Х 1Š— — Е
I t6 I
И1ОМ
I, Э еч- I
1 Я ие о!
1 Н Г" Ъ.
Е х I I ! Э I a»» I ! х
IО1 е Я вЂ” е с!i I
I М 1 I
l I l
I Э Г %Е
I Ж I 1 ! Хеое
I a6 I I
1KI I
I а!в
I Э l I
I Ц1Ю I о!
I О! I
I 1 — — Е
1 I I
I 1 » t
I I I
1 I I
I 1 — -4
1 1
I I I
I 1 I
I I
l 1 — 1
I I 1
1 !<А!
I I 1
1 1 — Л
l I
1 1
t еа-4 I ! 1
1 I
I I
1 -I — -Л
1 Х и 1 Э ! 3
1 е6 1
I Н I е и е о
v ь ес о а
3
Ре 1
Э 1
И t а
Ф. I !
6 I ч» 3a IA 1 (Ч 1
МЯ I и
Э ID ех о
1068204
СЧ ь
М о о
С3 ь
%-!
Ю
М
C%3
С3
М о о
3%3
%Ч
%.3
С3
Ю
%С!
Ю сЕ
М
Ю о
Ю
° 1
% о
Ю ь
1Ч о
Ю
lA
% %
\ «
00
СЧ о
lA
% 1
С3
СЧ
С3
М о
С,3
«У
ФЧ
СЧ
СЧ
% 3
М
Ю м
СЧ сЧ
%-«
Ъ
CO
° .
О\!
1Ъ
% 1
Ю
Ю
Ю
Ю
Ю
Ю м
%Ч о о о
1«Ъ
C%3
%3Ъ
С3 с
Ю
СЧ
СЧ
° 3 I
I
1
1
I !
1 ъ
М н о
333 . 1
Р 3
lO 1
63 l
) !
М) 1
3% I
4 о!
Ф! !!
I
I
I
1 l
I
1
1
1
%O
3 о
) 1
I I
I
I
1
1
I
1
l
1
1 I
t%O1
I I
I )
3 «3
I I
I ln l
I «-1 1
I 1
I I
11
l %-1 I
I I
I 1
33
1 1
I м I
1 «-1 I
I 1
1 I
3 1
I%Ч 1
1 «-1 3
3 I
I I
3 —.1
1 1
4«-1 1
1«-! 3
I I
1 I ! — 1
) 1
)о 1
) %-1 I
I.
1 I
I I
).О« I
1 )
I I
4 I
I 1
I Ф 1
I I
I I
34 — 3
I I
I 1
I3 )
I )
1 I
3- —
I 4 I
1 1
l%O 3
I I
1- -3
4
%СЪ
3 1
3 1
% — -4
1 )
3 I
1%4 1
I I
1 1
t I
t I
3 м
t I
3 3 ! 4
3 I
l C%4 1
l l
1 . 1
34 ! )
l I
1%-3 )
1 3
° )а)
1 1
I A
3 Н
1 О
) о ,I М
%3t 3 Ф
Ю I Я о
43 4 о )в
U Ii+
1 333 c%3 1
„62
М О!33
34%. O
9 )C g Ф ф .i 1O 333
O O.I3I М
Н)4ж М
g Ф 333
Й:ol g4 $ ф. о о
° °
«О СЧ
Н СЧ
%3Ъ О
CO %3
«-3 СЧ
О 33Ъ la, О« С"Ъ
СЧ
Сл о
3СЪ
СЧ СЧ о о
Ю «О
СЧ 1Ч
IA tA м
СЧ 1Ч! о,о
1Г
1Ч СЧ
CO lA а ь э о
«Ч -%Ч
33Ъ О %3Ъ, ° . Ь
СЧ %Ч . О«
СЧ . СЧ «"3
° Ф %3Ъ
° .
CO 1Ч
1Ч 1 Ъ Ф
3А О м %Ф
3 О
%Ч СЧ о
CO lA е! %Ч 3n . ln lA
° Ф %
СЧ lO СЧ
С«3 М «У
° У CO
lA %"3
С Ъ «ф
М
Ol 3ф
1 С о о м %ф ! о 1
I
1 %С« I ъ
I
Ю ) ъ
CO 1
1. I
%СЪ
Ю I
I о в
) 1 о
1
I
1 (I! е 1!!!!
) 1
I
С 4
) 1
С
1
1
«О 3
I
106а204 блица 7
Т а
Смесь
Состав, мас.Ф
30 60
1 Песок Об1К02Б 97,0
Смола КФ-90 2,0
Катализатор Б 1,0
0,01 7,0
41 5
37,0
21,0
2 Песок Об1К02Б 96,5
2,5
19,5
25,0
1,0
00260
11,0
Ок015 5 5
23,5
21, О.
12,5
Составитель Г. Зарецкая
Редактор С. Саенко Техред М.Гергель . Корректор И. Эрдейи
Заказ 11366/S Тираж 779 Подписное
ВНИИПИ. Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул . Проектная, 4
Смола КФЖ
Катализатор
3 Песок ОБ1К02Б 96,5
Смола КСМОЗ-CBJI 2,5
Катализатор Б 1,0
Предел прочности при растяжении образцов, кгс/cM, выдержан е, с ных в ящике в течени
15 ) J
Осыпа- Живуемость, честь
Ъ ч
