Способ получения мочевино-фенолформальдегидной смолы

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик ()895998 (6 l ) Дополнительное к а вт. с вид-ву (22) Заявлено 1 1.07.78 (21) 2643210/23-05 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)М. Кл.

С 08 6 12/40

3Ъсудерстеенный комитет

Il0 делам изобретений н открытий

Опубликовано 07.01.82. Бюллетень p@ 1 (53) УДК 678. .652 (088.8) Дата опубликования описания 09.01.82

Л. Д. Снулова, М. М. Свиткина, С. С.

Г. Г. Юдина, А, И. 11ырулева, В. П. Г ин, (72) Авторы изобретения (71) Заявитель Научно-производственное объединение п машиностроения 11НИИТмаш (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНОФЕНОЛФОРМАЛЬДЕГИДНОЙ

СМОЛЪ|

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам свя. зующего для формовочных смесей холодного отверждения и способам его получения.

Известны связующие для формовочных смесей холодного отверждения, представляютцие собой мочевиноформальдегидную смолу, совмешенную с модифицирующими добавками, содержащими фенол, например со сланцевой смолой. Это связующее готовят в реакторе путем перемешивания мочевиноформальдегидной смолы, сланцевой смолы, растворителя и эмульгатора при 400-600 об/мин и 60-70 С под давлением 5 атм в течение 40-50 мин (1) . °

Недостатком данного связующего являются средние показатели термической стойкости 4 (коксовое число 20-227), что позволяет использовать его в смесях для стержней при получении чугунного литья небольшого веса, до 3-5 т. Кроме того, для получения необходимой прочнос2 ти смесей с данным связующим (на уровне смесей с мочевинофурановыми смолами) требуется повышенный расход его (на 20-30%) в смеси, что ухудшает санитарно-гигиенические условия труда в стержневых отделениях.

Известно также связующее для формовочной смеси, состоящее из водорастворимого предконденсата формальдегида и фенола с мольным соотношением (1,52,5): 1 и водорастворимого мочевиноформальдегидного соединения, содержащего мочевину и формальдегид при мольном соотношении (1:1)-(1:5). Связующее получают путем приготовления жидкого предконденсата, состоящего из фенола и формальдегида, который затем перемешивают с мочевиноформальдегидным соединением. Жидкий смешанный раствор не доводят до полной конденсации получения готового продукта мочевиноформальдегидной смолы, а в виде полуфабриката этот смешанный раствор исатользуют в качестве связующего для совмещения с кварце3 8959 вым песком. Отверждение смеси осуществляют при высоких температурах, так как связующее синтезировано на полимеризацию в горячем состоянии (2 ).

Недостатком известного связующего . является низкая реакционная способность, что обусловлено способом его,получения— механическим смешиванием компонентов, которая в свою очередь не обеспечивает затвердевания смесей, содержащих это 10 связующее на воздухе. Кроме того, известное связующее содержит в своем составе большие количества свободных продуктов - фенола и формальдегида, которые в дальнейшем не участвуют в процессах конденсации с мочевиноформальдегидным соединением, что ухудшает санитарно-гигиенические условия при применении связующего в литейном производстве.

Недостатком известного способа явля- 20 ется также то, что он имеет широкий диапазон условий получения связующего и соответственно исходных веществ, что приводит к широкому интервалу изменения свойств связующего и, следовательно, 25 смесей.

Цель изобретения - повышение реакционной способности святющего при отверждении формовочной смеси.

Бель достигается тем, что мочевину 50 и формальдегид берут в мольном соотношении 1:{ 1,9-2,1), нагревают в среде с рН 6,5-8,0 до 80-100 С и выдерживают при этой температуре 20-40 мин, затем вводят кислотный катализатор до получения 5 рН 4,2-4,7, выдерживают 15-30 мин, после чего повышают рН до 6,5-8,0 и вводят фенол и формальдегид до получения мольных соотношений феноп:мочевина:фор- . мальдегид (0,25-0,4):1;(2,5-2,7), кон- gg денсируют при рН 7,5-9,0 и 85-90 С в течение 40-60 мин, сушат под вакуумом до получения покаэатепя преломления

1,468-1,472, добавляют мочевину до получения мольного соотношения феноп:мочевина:формальдегид (О, 2-0,3):1: (1,82,2) и .выдерживают при 55 65 С в течение 20-40 мин, после чего охлаждают.

Связующее готовят в обогреваемом вакуум-реакторе периодического действия, снабженном конденсатором и обеспечивающем проведение стадий конденсации и вакуум-сушку смолы.

В примерах 1-5 получено связующее по 3 пределам - нижнему, среднему, и верхнему.

Пример 1. Реакционную смесь, содержащую 420 г мочевины и 1075 г

98 4 формалина 37 /-ной концентрации, нейтрализованную 42%-ным растворс м едкого натра до рН-7,5, нагревают до 80 С и выдерживают 40 мин (мочевина«формалин

1:1,9).

Введением 20%-ного водного раствора хлористого аммония снижают рН смеси до 4,6 и выдерживают 30 мин. Затем рН повышают до 7,8, добавляя 42%-ный раствор едкого натра, и вводят 344 r формалина, 3,5 r 42%-ного едкого натра и 165 г фенола (мочевина:формальдегид« фенол 1:2,5:0,25). Смесь выдерживают о при 85 С в течение 60 мин, охлаждают до 70 С, после чего сушат под вакуумом до пспучения смолы с показателем преломления 1,470, По окончании вакуум-сушки добавляют 126 г мочевины, выдерживают

O смолу при 60 С в теченйе 30 мин, а за тем охлаждают (мочевина:формальдегид: фенол 1: 1,92:0,20) .

Пример 2. Реакционную смесь, содержащую 420 r мочевины и 1192 г формалина 37 îH концентрации, нейтрализованную 42%-ным раствором едкого натра до рН-7,7, нагревают до 100 С и выдерживают 20 мин (мочевина:формащ дегид 1:2,1).

Введением 20%-ного водного раствора хлористого аммония снижают рН смеси до 4,4 и выдерживают 15 мин. Затем рН повышают до 8,0, добавляя 42% ный раствор едкого натра, и вводят 227 г формалина, 3,5 r 42%-ного едкого натра и 165 r фенола (мочевина:формальдегид: фенол 1:2,5:0,25), смесь выдерживают при 90 С в течение 30 мин, охлаждают о до 70 С, после чего сушат под вакуумом до получения смолы с показателем преломления 1,470. По окончании вакуумсушки добавляют 126 r мочевины, выd держивают смолу цри 60 С в течение

30 мин, а затем охлаждают (мочевина: формальдегид:фенол 1:1,92:0,1 9), I Ф

Пример 3. Реакционную смесь, содержащую 420 г мочевины и 1134 г формалина 37%-ной концентрации, нейтрализованную 42%-ным раствором едкого натра до рН 7,5, нагревают до 90 С и

,выдерживают 30 мин (мочевина:формаль дегид) 1:2,0.

Введением 20%-ного водного раствора хлористого аммония снижают рН смеси до 4,6 и выдерживают 20 мин. Затем рН повышают до 7,7, добавляя 42%-ный раствор едкого натра, и вводят 328 r формалина, 3,5 r 42%-ного едкого натра и 180 r фенола (мочевина:формальдегид:

98 d

Введением 20%-ного водного раствора хлористого аммония снижают рН смеси до 4,5 и выдерживают 30 мин. Затем рН повышают до 7,5, добавляя 42%ный раствор едкого патра, и вводят 398 r формалина, 3,5 г 42%-ного едкого натра и 264 r фенола (мочевина:формальдегид: фенол 1:2,7:0,40), смесь выдерживают . при 90оС в течение 60 мин, охлаждают до 70"С, после чего сушат под вакуумом до получения смолы с показателем преломления 1,470. По окончании вакуумсушки добавляют 126 г мочевины, вью держивают смолу при 60 С в течение

30 мин, а затем охлаждают (мочевина: формальдегщ :фенол 1:2, 1:0,30) .

5 8959 фенол 1:2,57:0,273), смесь выдерживают при 90оС в течение 45 мин, охлаждают до 70оС, после чего сушат под вакуумом до получения смолы с показателем преломления 1,470. По окончании вакуум- 5 сушки добавляют 126 г мочевины, вью держивают смолу при 60 С в течение

30 мин, а затем охлаждают (мочевина: формальдегид:фенол 1:1,98:0,20).

П р и, м е р 4. Реакционную смесь, содержашую 420 г мочевины н 1134 r формалина 37%-ной концентрации, нейтрализованную 42%-ным раствором едкого о патра до рН 7,7, нагревают до 90 С и выдерживают 30 мин (мочевина:формальдегид 1:2,0).

Введением 20%-ного водного раствора хлористого аммония снижают рН до 4,4 и выдерживают 20 мин. Затем рН повышают до 8,0, добавляя 42%-ный раствор едкого натра, и вводят 284 г формалина, 3,5 г 42%-ного едкого.патра и 165 г фенола (мочевина:формальдегид:фенол . l:2,5:0,25), смесь выдерживают при

О 2$

90 C в течение 60 мин, охлаждают до о

70 С,. после чего сушат под вакуумом до получения смолы с показателем lIpeTIol4lleния 1,470. По окончании вакуум-с:ушки добавляют 126 г мочевины, выдерживают о смолу при 60 С в течение 30 мин, а за- » тем охлаждают (мочевина:формальдегид: фенол 1:1,92:0,19).

Пример 5. Реакционную смесь, содержащую 420 г мочевины и 1134 г формалина 37%-нрй концентрации, нейтра-З>, лизованную 42%-ным раствором едкого патра до рН 7,7, нагревают до 90 С и выдерживают 30 мин (мочевина:формаль.дегид l:2,0), Полученное свяэуюшее, условно названное КФФ-Л (карбамнднофенолформальде гидная литейная), характеризуется следуюшими физико химическими показателями:

Коэффициент рефракции (Кр) 1,472-1 р49д»

Концентрация водородных ионов 6,86-8,26

Сухой остаток: % 63,0-68,5

Количество метилольных групп, % 15,7-25,8

Смешиваемость смолы с.водой в объемном соотношении 1:2

Время (1% хлористого аммония), с 29-52

Остаточная прочность смеси в образпах о праграгып прп 900 С

Связуюшее

0,1

25

20-30 Испытанию подвергаются смеси следую.mего состава, вес. %:

Кварцевый песок 96,5

Связукнцая смола КФФ-76 2,5

BoQB 0,5

Фосфорная кислота (50%-ной концентрации, уд.вес, 1,33) 0,5

Чистая мочевиноформальдегидная смола УКС

Смола УКС модифициро1 ванная 20% фурилового спирта

Предлагаемо е

B таблице представлены значения коксовыхчисел и остаточной прочности смесей с известными и предлагаемыми связующими.

895998 ли, например смесь соляной кислоты, хлорного и хлористого железа.

Формовочную смесь холодного отверждения с. использованием предлагаемого связующего готовят путем введения в кварцевый песок фосфорной кислоты и перемешивания в течение 1-2 мин, после чего вводят связующее и воду, и перемешивание продолжают в течение 1,5-2 ..дин.

Из приготовленной смеси изготавливают стержни в формы известным способом.

Как видно из таблицы, термическая

=тойкость предлагаемого связующего и прочность формовочной смеси на его основе почти в 3-3,5 раза превосходит соответствующие показатели чистой мочевино- 2$ формальдегидной смолы и мочевинофурановой смолы, содержащей 20 % фурилового спирта.

Для приготовления смеси холодного отверждения в ее состав вводят предлагае-5и мое связующее в количестве 1,5-5,0 вес.ч. от веса формовочного песка, Bheдение связующего менее 1,5 вес.% не дает нужного технологического зффекта по прочности в связи с недостатком связующего для обработки поверхности песка.

Повышение количества связующего в смеси более 5 вес.% также нецелесообразно, так как сузцественного увеличения прочности не наблюдается, а газотворность смеси повышается и ухудшаются санитарно-гигиенические условия труда.

Для изготовления формовочной смеси может использоваться любой огнеупорный наполнитель, применяемый обычно для литейных формовочных смесей. Наибольшее распространение получил кварцевый песок, хотя может применяться оливин, хромомагнезит, дистенсиллиманит и др.

B качестве отвердителя для приготов50 тения холоднотвердеющей формовочной смеси со связующим в предлагаемом способе применяют кислотные материалы: органические и неорганические кислоты, такие как фосфорная, соляная, серная, SS

Формула изобретен ия сульфокислоты, например, пара-толуолсульфокислота, щавелевая и др., а также соли, в частности хлористый аммоний, хлорное железо, и комплексные отвердитеПример 7. Для приготовления смеси используют, вес.%:

Кварцевый песок 93,2

Связующее 5,0

Фосфорная кислота (50%-ной концентрации) 1„5

Вода 0,3

Смесь имеет живучесть, мин 15-25

Время отверждения образцов, мин 17-30

Прочность (на сжатие) образцов, изготовленных из данной смеси, кг/см через 1 ч 10-13

3 ч 17-20

24 ч 40-55

Способ получения мочевинофенолформальдегидной смолы конденсацией мочевины, фенола и формальдегида при нагреИспытание связующих на термическую стойкость проводится по методике для определения коксового числа (ГОСТ 5985

51) °

Навеску пробы связующего (10 r) помешают в фарфоровый тигель, который ставят в стальной тигель с крышкой и закрывают колпаком. Под дно тигля подставляют горелку и прокаливают испытуемый образец при 800 С до получения о 1О постоянного веса коксового остатка к весу навески испытуемого связующего (Вес. %) .

Термическая прочность формовочной смеси холодного отверждения определяетет- 15 ся по остаточной прочности образцов (50 50), изготовленных из испытуемой формовочной смеси погретых 3 мин при

900 С, Пример 6. Для приготовления смеси используют, вес.%:

Кв арцевый песо к 97,2

Связующее l,5

Фосфорная кислота (50%-ной концентрации) 0,3

Вода 1,0

Смесь имеет живучесть, мин 3-4

Время отверждения образцов (50 м, высота - 50 м), мин 6-7

Прочность на сжатие образцов, изготовленных из данной смеси составляет, кг/см через 1 ч 4,5-4,5

3 ч 7,0-8,0

24 ч 18-20

Термическая прочность формовочной смеси с предлагаемыми связующими определяется по остаточной прочности о образцов, прогретых до 900 С.

Термическая прочность (на сжатие) образцов, изготовленных из смеси, 2,0 кг/см

895 ванин в среде с переменной кислотностью, о т л и ч а ю m и и с я тем, что, с целью повышения реакционной способности связуюшего при отверждении формовочной смеси, мочевину и формальдегид берут в В мольном соотношении 1:(1,9-2;1), нагревают в среде с величиной рН 6,5-8,0 до 80-100 С и вцдерживают при етой температуре 20-40 мин, затем вводят кислотный .катализатор до получения рН

4,2-4,7, выдерживают 15-30 мян, после чего повышают рН до 6,5-8,0 и вводят фенол и формальдегид до получения мольных соотношений фенол:мочевина:формальдегид (0,25-0,4):1:(2,5-2,7), конденси руют при рН 7,5-9,0 и 85 90 С в тече998 1О ние 40-60 мин, сушат под вакуумом до получения величины показателя преломления 1,468-1,472, добавляют мочевину до получения мольного соотношения фенол:мочевина:формальдегид (0,2-0,3): 1:

:(l,8-2,2) и выдерживают при 55-65 С

20-40 мин, после чего охлаждают.7

И сточники информации принятые во внимание при екааертизе

l. Авторское свидетельство СССР

)4 538520, кл. В 22 С 1/16, 01.08.74, 2, Патент ФРГ Иу 1433956, кл, В 22 С 1/22, опублик. 06,05,70 (прототип) .

Составитель И..Гинзбург

Редактор Т. Веселова Техред A. Бабинец Корректор О. Билак

Заказ 11620/6 Гираж 511 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