RU2292982C1 - Method for preparing carbamide-phenol-formaldehyde-furan binding agent for casting shell forms and rods - Google Patents
Method for preparing carbamide-phenol-formaldehyde-furan binding agent for casting shell forms and rods Download PDFInfo
- Publication number
- RU2292982C1 RU2292982C1 RU2005113359/02A RU2005113359A RU2292982C1 RU 2292982 C1 RU2292982 C1 RU 2292982C1 RU 2005113359/02 A RU2005113359/02 A RU 2005113359/02A RU 2005113359 A RU2005113359 A RU 2005113359A RU 2292982 C1 RU2292982 C1 RU 2292982C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- formaldehyde
- phenol
- urea
- resin
- condensation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Phenolic Resins Or Amino Resins (AREA)
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам получения связующих для литейных оболочковых форм и стержней как для холоднотвердеющих, так и для отверждаемых в горячей оснастке.The invention relates to foundry, and in particular to methods for producing binders for foundry shell molds and cores for both cold-hardening and curing in hot snap.
Во всех существующих способах (технологиях) синтеза смол в качестве альдегидсодержащего компонента используется формалин, который представляет собой водный раствор формальдегида (обычно 37%). В водных растворах в нейтральной или щелочной средах формальдегид находится в гидратированной форме в виде метиленгликоля. Метиленгликоль в водных растворах склонен к поликонденсации с образованием полиоксиметиленгликолей. При этом образуются димеры и олигомеры. Поэтому в водном растворе (в формалине) находится равновесная смесь свободного формальдегида, метиленгликоля и полиоксиметиленгликолей. В определенных условиях (длительное хранение, низкая температура, высокая концентрация формальдегида) образуются полимеры, выпадающие в осадок в виде порошка-параформ. При нагревании параформ растворяется в формалине, деструктируясь до метиленгликоля. Выпадение параформа замедляется при добавлении к формалину метанола (метилового спирта), который образует монометиловые эфиры (полуацетали) полиоксиметиленгликолей и препятствует росту молекул полимера. Поэтому формалин, используемый как исходное сырье, имеет, по причине вышеуказанного, низкую концентрацию формальдегида (около 37%) и содержит 6-15% метанола (ингибитор полимеризации формальдегида), который в дальнейшем является крайне нежелательным компонентом на протяжении всего цикла производства и использования смолы.In all existing methods (technologies) for the synthesis of resins, formaldehyde, which is an aqueous solution of formaldehyde (usually 37%), is used as the aldehyde-containing component. In aqueous solutions in neutral or alkaline environments, formaldehyde is in hydrated form in the form of methylene glycol. Methylene glycol in aqueous solutions is prone to polycondensation with the formation of polyoxymethylene glycols. In this case, dimers and oligomers are formed. Therefore, in an aqueous solution (in formalin) there is an equilibrium mixture of free formaldehyde, methylene glycol and polyoxymethylene glycols. Under certain conditions (long-term storage, low temperature, high concentration of formaldehyde) polymers are formed which precipitate in the form of paraformal powder. When heated, paraforms dissolve in formalin, degrading to methylene glycol. Paraform precipitation slows down when methanol (methyl alcohol) is added to formalin, which forms polyoxymethylene glycols monomethyl ethers (hemiacetals) and inhibits the growth of polymer molecules. Therefore, formalin used as a feedstock has, due to the above, a low concentration of formaldehyde (about 37%) and contains 6-15% methanol (an inhibitor of polymerization of formaldehyde), which is subsequently an extremely undesirable component throughout the entire production and use of the resin .
Помимо затрат на перевозку воды и метанола в формалине, сами условия работы с формалином оставляют желать лучшего. Прием, хранение и подача формалина в реакторы сопровождаются выделением свободного формальдегида в окружающую среду. А формальдегид горючий и токсичный газ. Предел взрываемости смесей с воздухом 7-73% (по объему). Формальдегид оказывает раздражающее действие на слизистые оболочки глаз, верхние дыхательные пути, вызывает дерматит. Формальдегид оказывает общетоксическое, аллергическое и мутагенное действие на организм человека. Предельно допустимая концентрация (ПДК) формальдегида в воздухе производственных помещений - 0,5 мг/м3. В большинстве смоловарочных цехов фактическая концентрация формальдегида превышает в 10 раз. Сам формальдегид имеет второй класс опасности среди СДЯВ (сильнодействующие ядовитые вещества).In addition to the costs of transporting water and methanol in formalin, the formalin working conditions themselves leave much to be desired. Reception, storage and supply of formalin to reactors are accompanied by the release of free formaldehyde into the environment. And formaldehyde is a combustible and toxic gas. The explosive limit of mixtures with air is 7-73% (by volume). Formaldehyde has an irritating effect on the mucous membranes of the eyes, upper respiratory tract, and causes dermatitis. Formaldehyde has a general toxic, allergic and mutagenic effect on the human body. The maximum permissible concentration (MPC) of formaldehyde in the air of industrial premises is 0.5 mg / m 3 . In most resin plants, the actual concentration of formaldehyde is 10 times higher. Formaldehyde itself has a second hazard class among SDYA (potent toxic substances).
При синтезе КФС в реактор заливают 747 кг формалина на 1 тонну получаемой смолы. После проведения щелочной и кислой конденсации карбамида с формальдегидом реакционную массу упаривают под вакуумом (вакуум-дистиляционная сушка), т.е. лишнюю воду, вынужденно попадаемую в реактор вместе с формалином, приходится удалять самым расточительным способом - путем перевода ее в пар с последующей конденсацией. В результате на 1 тонну полученной смолы образуется 340-470 кг вредных стоков, которые называются «надсмольные воды». Надсмольные воды содержат 8-12% метанола и 5-8% формальдегида. Обеспечить сбор и переработку токсичных метанол- и формальдегидсодержащих надсмольных вод, образующихся при синтезе смол, не всегда представляется возможным, т.к. может не быть рядом формальдегидного производства, где эти надсмольные воды удовлетворительно перерабатываются.In the synthesis of CFS, 747 kg of formalin per 1 ton of the resulting resin are poured into the reactor. After alkaline and acid condensation of urea with formaldehyde, the reaction mixture is evaporated under vacuum (vacuum distillation drying), i.e. excess water that is forced into the reactor along with formalin must be removed in the most wasteful way — by converting it into steam, followed by condensation. As a result, 340-470 kg of harmful effluents, which are called “tar tar”, are formed per 1 ton of the obtained resin. Suprasmal waters contain 8-12% methanol and 5-8% formaldehyde. It is not always possible to ensure the collection and processing of toxic methanol- and formaldehyde-containing supra-tar waters formed during the synthesis of resins, because may not be close to formaldehyde production where these tar waters are satisfactorily processed.
Очистка сточных вод у каждого производителя КФС химическими реагентами или специальными биологическими методами влечет за собой существенные дополнительные затраты. Поэтому зачастую производители КФС сбрасывают свои токсичные метанол- и формальдегидсодержащие надсмольные воды в окружающую среду, нанося непоправимый ущерб природе. Не зря, например, запрещено транспортировать метанол по трубам, если они находятся в земле, т.к. незначительные дозы метанола изменяют развитие растений на генетическом уровне. Метанол не весь уходит в надсмольные воды и часть его остается в смоле, а использование метанолсодержащих смол увеличивает содержание метанола в рабочей зоне, что пагубно влияет на обслуживающий персонал.Wastewater treatment at each CFS manufacturer by chemical reagents or special biological methods entails significant additional costs. Therefore, often CFS manufacturers dump their toxic methanol- and formaldehyde-containing tar tar waters into the environment, causing irreparable damage to nature. For good reason, for example, it is forbidden to transport methanol through pipes if they are in the ground, because small doses of methanol alter the development of plants at the genetic level. Methanol does not all go into the tar water and part of it remains in the resin, and the use of methanol-containing resins increases the methanol content in the working area, which adversely affects maintenance personnel.
Известен способ получения модифицированной карбамидной смолы, которая может быть использована в качестве связующего при изготовлении оболочковых форм и стержней. Данный способ заключается в том, что модифицированную карбамидную смолу получают конденсацией мочевины, формальдегида и фурилового спирта, причем мочевину и фуриловый спирт вводят в нейтрализованный щелочью водный раствор формалина, в котором растворен поливиниловый спирт, взятый в количестве 0,5-30 г на 100 г 37% раствора формальдегида (см. а.с. СССР №355189, МПК4 С 08 G 12/40, 1972 г.).A known method of producing a modified urea resin, which can be used as a binder in the manufacture of shell molds and rods. This method consists in the fact that the modified urea resin is obtained by condensation of urea, formaldehyde and furyl alcohol, and urea and furyl alcohol are introduced into an alkaline neutralized aqueous formalin solution in which polyvinyl alcohol taken in an amount of 0.5-30 g per 100 g is dissolved 37% formaldehyde solution (see AS USSR No. 355189, IPC 4 08 G 12/40, 1972).
Недостатком известного способа является низкое качество полученных смол, используемых как связующее, поскольку смолы содержат излишний формальдегид, выделяющийся при изготовлении стержней. Поскольку формальдегид имеет второй класс опасности среди СДЯВ, его выделение при изготовлении литейных стержней ведет к загрязнению воздуха в литейных цехах. Кроме того, данный способ получения смол включает операцию сушки смолы, что ведет к появлению токсичных надсмольных вод и к увеличению длительности процесса изготовления.The disadvantage of this method is the low quality of the obtained resins used as a binder, since the resins contain excessive formaldehyde released during the manufacture of rods. Since formaldehyde has a second hazard class among SDYaV, its allocation in the manufacture of foundry cores leads to air pollution in foundries. In addition, this method of producing resins involves the operation of drying the resin, which leads to the appearance of toxic tar tar waters and to increase the duration of the manufacturing process.
Известен способ получения мочевиноформальдегидной смолы, применяемой в качестве связующего при изготовлении литейных стержней и форм, заключающийся в том, что загружают водный раствор формальдегида и мочевину, доводят рН смеси до 7,2-7,8 за счет введения в нее раствора NaOH, нагревают смесь, осуществляют конденсацию реакционных партнеров, проводят вакуум-сушку и затем вводят в нее фуриловый спирт, триэтаноламин и канифольное мыло, после чего вновь нагревают и выдерживают при температуре 100°С при непрерывном помешивании в течение часа (см. а.с. СССР №246833, МПК 4 C 08 G 12/40, 1969 г.).A known method of producing a urea-formaldehyde resin used as a binder in the manufacture of foundry cores and molds, which consists in loading an aqueous solution of formaldehyde and urea, adjusting the pH of the mixture to 7.2-7.8 by introducing a NaOH solution into it, and heating the mixture condensation of the reaction partners is carried out, vacuum drying is carried out, and then furyl alcohol, triethanolamine and rosin soap are introduced into it, after which it is again heated and kept at a temperature of 100 ° C with continuous stirring for an hour (see a.s. USSR No. 246833, IPC 4 C 08 G 12/40, 1969).
Недостатком данного способа является использование в качестве одного из реагентов водного раствора формальдегида, что ведет к выделению паров формальдегида как во время приготовления смолы, так и в процессе изготовления стержней. Наличие операции вакуум-сушки, что ведет к появлению токсичных надсмольных вод и к увеличению длительности процесса изготовления, является существенным недостатком известного способа.The disadvantage of this method is the use of an aqueous solution of formaldehyde as one of the reagents, which leads to the release of formaldehyde vapor both during the preparation of the resin and during the manufacture of the rods. The presence of the operation of vacuum drying, which leads to the appearance of toxic tar water and to increase the duration of the manufacturing process, is a significant drawback of the known method.
Известен способ получения карбамидофуранового связующего для холоднотвердеющих песчано-смоляных смесей, заключающийся в двухстадийной конденсации карбамида, формальдегида и фурфурилового спирта. На первой стадии производят конденсацию карбамида и формальдегида сначала в щелочной, затем в кислой среде, а на второй стадии конденсации одновременно с фурфуриловым спиртом вводят тетрагидрофуран (см. патент РФ №2048950, МПК 6 В 22 С 1/22, 1995 г.).A known method of producing a urea-furan binder for cold-hardening sand-resin mixtures, which consists in a two-stage condensation of urea, formaldehyde and furfuryl alcohol. In the first stage, urea and formaldehyde are condensed, first in an alkaline, then in an acidic medium, and in the second stage of condensation, tetrahydrofuran is introduced simultaneously with furfuryl alcohol (see RF patent No. 2048950, IPC 6 В 22 С 1/22, 1995).
Недостатком данного способа является ведение реакции в колонне, за счет чего увеличивается длительность процесса, кроме того, наличие операции вакуум-сушки приводит к появлению тех же токсичных надсмольных вод и также увеличивает время приготовления смолы.The disadvantage of this method is the conduct of the reaction in the column, thereby increasing the duration of the process, in addition, the presence of a vacuum drying operation leads to the appearance of the same toxic tar waters and also increases the preparation time of the resin.
Известен способ получения фенолоформальдегидного связующего для литейных оболочковых форм и стержней, включающий поликонденсацию фенола с формальдегидом и модифицирование смолы смесью карбамида с формальдегидом (см. патент РФ №2044588, МПК 6 В 22 С 1/22, 1995 г.).A known method of producing a phenol-formaldehyde binder for foundry shell molds and cores, including the polycondensation of phenol with formaldehyde and modifying the resin with a mixture of urea with formaldehyde (see RF patent No. 2044588, IPC 6 B 22 C 1/22, 1995).
Недостатком данного способа является низкое качество связующего, громоздкость технологической схемы и наличие операции сушки.The disadvantage of this method is the low quality of the binder, the bulkiness of the technological scheme and the presence of a drying operation.
Все перечисленные выше способы предназначены для получения смол, качество которых не удовлетворяет современным требованиям, предъявляемым к смолам, используемым для приготовления песчано-смоляных смесей.All of the above methods are designed to obtain resins, the quality of which does not meet the modern requirements for resins used for the preparation of sand-resin mixtures.
Поэтому в последнее время были разработаны смолы, которые получали, производя конденсацию отдельных олигомеров в разных реакторах. Ниже приведен пример такого способа.Therefore, resins have recently been developed that are prepared by condensing individual oligomers in different reactors. The following is an example of such a method.
Известен способ получения карбамидофенолофуранового связующего для изготовления литейных стержней. Данный способ заключается в том, что в одном реакторе проводят конденсацию карбамидофуранового олигомера, представляющего собой продукт конденсации карбамида с формальдегидом, модифицированный фурфуриловым спиртом. Во втором реакторе проводят конденсацию фенолокарбамидоформальдегидного олигомера, представляющего собой продукт конденсации фенола с формальдегидом в щелочной среде с последующей доконденсацией смолы карбамидом. Затем содержимое первого и второго реакторов в определенном соотношении смешивают в третьем реакторе, где проводят их совместная конденсация с последующим добавлением фурфурилового спирта. При выполнении конденсации олигомеров в реакторах выполняют операцию вакуум-сушки (см. патент РФ №2044590, МПК 6 В 22 С 1/22, 1995 г.). Данное решение принято за прототип.A known method of producing urea-phenol-furan binder for the manufacture of foundry cores. This method consists in the fact that in one reactor the urea-furan oligomer is condensed, which is a product of the condensation of urea with formaldehyde modified with furfuryl alcohol. In the second reactor, the phenol-carbamide-formaldehyde oligomer is condensed, which is the product of the condensation of phenol with formaldehyde in an alkaline medium, followed by post-condensation of the resin with urea. Then the contents of the first and second reactors are mixed in a certain ratio in the third reactor, where they are condensed together, followed by the addition of furfuryl alcohol. When condensing oligomers in reactors, a vacuum drying operation is performed (see RF patent No. 2044590, IPC 6 V 22 C 1/22, 1995). This decision was made as a prototype.
Недостатком прототипа является громоздкая, затратная технология приготовления смолы в трех реакторах. Наличие операции вакуум-сушки ведет к дополнительным затратам как энергетическим, необходимым для проведения операции, так и временным. Кроме того, процесс варки смолы сопровождается выделением вредных веществ из-за применения водного раствора формалина и появлению надсмольных вод, что также ведет к дополнительным расходам на их нейтрализацию.The disadvantage of the prototype is the cumbersome, costly technology for the preparation of resin in three reactors. The presence of the operation of vacuum drying leads to additional costs, both energy, necessary for the operation, and temporary. In addition, the process of cooking the resin is accompanied by the release of harmful substances due to the use of an aqueous solution of formalin and the appearance of tar waters, which also leads to additional costs for their neutralization.
Задача, решаемая изобретением, - упрощение технологии изготовления связующих, и существенное снижение энергозатрат при изготовлении смол. Также решается задача получения высококачественных экологически чистых связующих для литейных оболочковых форм и стержней как холодного отверждения, так и из горячеплакированных смесей, в которых сведено до минимума наличие вредных примесей, выделяющихся при изготовлении стержней, при улучшении прочностных характеристик стержневых смесей и снижении расхода связующих при изготовлении литейных оболочковых форм и стержней. Также изобретением решается задача исключения операции вакуум-сушки, и как следствие, отсутствия надсмольных вод, а также сокращения времени приготовления смолы и уменьшения расходов на перевозку реакционных партнеров.The problem solved by the invention is the simplification of the technology for the manufacture of binders, and a significant reduction in energy consumption in the manufacture of resins. It also solves the problem of obtaining high-quality environmentally friendly binders for foundry shell molds and cores of both cold curing and hot-clad mixtures, which minimize the presence of harmful impurities released during the manufacture of cores, while improving the strength characteristics of core mixtures and reducing the consumption of binders in the manufacture foundry shell molds and cores. The invention also solves the problem of eliminating the operation of vacuum drying, and as a result, the absence of tar water, as well as reducing the preparation time of the resin and reducing the cost of transportation of the reaction partners.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе получения карбамидофенолоформальдегидофуранового связующего для литейных оболочковых форм и стержней, включающем конденсацию мономеров карбамида, фурфурилового спирта, фенола и формальдегида, в соответствии с изобретением, в качестве формальдегидсодержащего компонента используют карбамидоформальдегидный концентрат, а реакции конденсации последовательно ведут в одном реакторе при отсутствии операции вакуум-сушки, при этом сначала нагревают карбамидоформальдегидный концентрат при рН 8,0-8,5, затем при рН 5,0-5,5, в полученный олигомер добавляют фенол и ведут конденсацию при рН 8,0-8,5, после чего добавляют фурфуриловый спирт и проводят дальнейшую конденсацию.The problem is solved due to the fact that in the method for producing a urea-phenol-formaldehyde-furan binder for foundry shell molds and cores, including the condensation of urea, furfuryl alcohol, phenol and formaldehyde monomers, in accordance with the invention, the urea-formaldehyde-condense reaction conduction is used as the formaldehyde-containing component, and in one reactor, in the absence of a vacuum drying operation, the urea-formaldehyde concentrate is first heated at pH 8.0-8.5, then at pH 5.0-5.5, phenol is added to the oligomer obtained and condensation is carried out at pH 8.0-8.5, then furfuryl alcohol is added and further condensation is carried out.
Используют карбамидоформальдегидный концентрат в виде композиции, содержащей «общего» формальдегида в пределах 55-60 мас.% и «общего» карбамида в пределах 20-25 мас.%.Urea-formaldehyde concentrate is used in the form of a composition containing "total" formaldehyde in the range of 55-60 wt.% And "total" urea in the range of 20-25 wt.%.
Фенол и фурфуриловый спирт добавляют в реактор в два этапа, загружая до 1/2 объема или веса каждого компонента.Phenol and furfuryl alcohol are added to the reactor in two stages, loading up to 1/2 volume or weight of each component.
Конденсацию ведут при температуре реакционной массы от 65°С до 100°С.Condensation is carried out at a temperature of the reaction mixture from 65 ° C to 100 ° C.
Технический результат от использования изобретения заключается в том, что за счет использования карбамидоформальдегидного концентрата (КФК), во-первых, избавляются от операции вакуум-сушки, что приводит к отсутствию надсмольных вод и, как результат, к получению экологически чистого производства, и, во-вторых, позволяет значительно улучшить качество получаемого связующего.The technical result from the use of the invention lies in the fact that through the use of urea-formaldehyde concentrate (CPK), firstly, they get rid of the operation of vacuum drying, which leads to the absence of tar waters and, as a result, to obtain environmentally friendly production, and, in -second, it can significantly improve the quality of the resulting binder.
Проведение конденсации в одном реакторе при отсутствии операции сушки сокращает время приготовления связующих и позволяет более эффективно использовать оборудование.Condensation in one reactor in the absence of a drying operation reduces the preparation time of binders and allows more efficient use of equipment.
Кроме того, полученные по заявляемому способу связующие обладают большей прочностью и экономичностью при их использовании в качестве связующих в литейном производстве. Испытания показали, что заметно снижается расход связующих при изготовлении стержней.In addition, obtained by the present method, binders have greater strength and cost-effectiveness when used as binders in the foundry. Tests have shown that the consumption of binders in the manufacture of rods is markedly reduced.
При реализации предлагаемого способа получения связующих (литейных смол), по сравнению с существующими способами получения, достигаем следующих технических результатов:When implementing the proposed method for producing binders (casting resins), in comparison with existing methods of obtaining, we achieve the following technical results:
- используется один реактор, два других высвобождаются для варки других связующих или при варке того же связующего сразу в трех реакторах мощность производства увеличивается в несколько раз;- one reactor is used, the other two are released for cooking other binders, or when cooking the same binder in three reactors at once, the production capacity increases several times;
- в технологии получения литейной смолы по изобретению отсутствует стадия упарки (вакуум-сушка) реакционной массы, следовательно, нет токсичных метанол- и формальдегидсодержащих надсмольных вод и какие-либо стоки отсутствуют;- in the technology for producing the casting resin according to the invention there is no stage of evaporation (vacuum drying) of the reaction mixture, therefore, there are no toxic methanol and formaldehyde-containing tar waters and there are no drains;
- поскольку в КФК практически отсутствует метанол, то и смола получается безметанольной, а отсюда отсутствие загазованности воздуха в производственном помещении при применении смол;- since methanol is practically absent in KFK, the resin is obtained without methanol, and hence the absence of air pollution in the production room when using resins;
- не загрязняется воздушная среда выбросами метанола и при синтезе связующего;- the air is not polluted by methanol emissions during the synthesis of the binder;
- переход на использование КФК вместо формалина у потребителей не требует каких-либо существенных затрат, так как используется имеющееся технологическое оборудование;- the transition to the use of KFK instead of formalin among consumers does not require any significant costs, since the existing technological equipment is used;
- снижаются расходы на транспортировку сырья, так как вынужденно не перевозится ненужная вода;- the cost of transporting raw materials is reduced, because unnecessary water is not transported forcibly;
- повышается производительность оборудования, так как объем реактора не занимается бесполезной водой, а оборудование вакуум-сушки исключается вообще;- increased productivity of the equipment, since the volume of the reactor is not engaged in useless water, and vacuum drying equipment is excluded altogether;
- снижается потребления пара и электроэнергии, так как отсутствует стадия выпаривания воды.- reduced consumption of steam and electricity, since there is no stage of evaporation of water.
Последовательное проведение конденсации карбамидформальдегидного концентрата в щелочной, а затем в кислой средах, с последующим добавлением фенола и конденсации в щелочной среде позволяет получить связующие высокого качества. Добавление фурфурилового спирта обеспечивает доведение связующих до требуемых соотношений по составу.Successive condensation of urea-formaldehyde concentrate in alkaline and then in acidic media, followed by the addition of phenol and condensation in an alkaline medium allows to obtain high quality binders. The addition of furfuryl alcohol ensures that the binders are brought up to the required composition ratios.
Сравнение заявленного способа с уровнем техники по технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежных рубриках показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".Comparison of the claimed method with the prior art in technical and patent documentation for the priority date in the main and related sections shows that the set of essential features of the claimed solution was not previously known, therefore, it meets the patentability condition of "novelty."
Анализ известных решений в данной области показал, что предложенный способ имеет признаки, использование которых в заявленной совокупности признаков дает возможность достичь нового результата, следовательно, предложенный способ имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.Analysis of known solutions in this field showed that the proposed method has features, the use of which in the claimed combination of features makes it possible to achieve a new result, therefore, the proposed method has an inventive step compared to the existing level of technology.
Предложенное решение применимо, работоспособно и осуществимо, т.к. используется при получении связующих для производства литейных оболочковых форм и стержней, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».The proposed solution is applicable, workable and feasible, because it is used in the preparation of binders for the production of casting shell molds and cores, therefore, it meets the patentability condition “industrial applicability”.
При изготовлении связующих по заявляемому способу может быть использовано обычное оборудование, применяемое при изготовлении связующих по известным технологиям.In the manufacture of binders by the present method can be used conventional equipment used in the manufacture of binders by known technologies.
Ниже приведен пример изготовления связующих по заявляемому способу.The following is an example of the manufacture of binders by the present method.
Карбамидофенолоформальдегидофурановое связующее получают при проведении конденсации мономеров и олигомеров в одном реакторе объемом 3,2 м3, представляющим собой вертикальный цилиндрический аппарат со сферическим днищем, снабженный мешалкой и рубашкой для нагрева и охлаждения смеси.The urea-phenol-formaldehyde-furan binder is obtained by condensation of monomers and oligomers in a single 3.2 m 3 reactor, which is a vertical cylindrical apparatus with a spherical bottom, equipped with a stirrer and a jacket for heating and cooling the mixture.
Связующее получали в результате реакции конденсации карбамида с формальдегидом при нагревании карбамидоформальдегидного концентрата (КФК) в виде композиции, содержащей «общего» формальдегида в пределах 55-60 мас.% и «общего» карбамида в пределах 20-25 мас.%. Сначала в щелочной (при рН 8,0-8,5), а затем в кислой (при рН 5,0-5,5) среде по 30 мин каждая стадия.A binder was obtained as a result of the condensation of urea with formaldehyde by heating a urea-formaldehyde concentrate (CPK) in the form of a composition containing "total" formaldehyde in the range of 55-60 wt.% And "total" urea in the range of 20-25 wt.%. First, in an alkaline (at pH 8.0-8.5), and then in an acidic (at pH 5.0-5.5) medium for 30 minutes each stage.
Затем в полученный олигомер добавляют двумя порциями фенол и при рН 8,0-8,5 ведут дальнейшую конденсацию. Контроль процесса осуществляют, измеряя коэффициент рефракции и вязкость.Then phenol is added in two portions to the obtained oligomer, and further condensation is carried out at pH 8.0-8.5. Process control is carried out by measuring the refractive index and viscosity.
При достижении требуемых значений коэффициентов рефракции и вязкости добавляют фурфуриловый спирт двумя порциями по 1/2 от объема при выдержке 30 мин.Upon reaching the desired values of refractive index and viscosity of the furfuryl alcohol is added in two portions by half of the volume when exposed for 30 min.
В таблице приведены нормы загрузки каждого компонента на объем реактора, приведенный в примере.The table shows the loading rate of each component per reactor volume, shown in the example.
В реактор весовым дозированием заливают КФК, корректируют путем введения щелочи рН до 8,0-8,5, затем разогревают смесь до 90°С со скоростью 1,5-2°С в минуту и при «обратно» включенном холодильнике, при данной температуре ведут процесс щелочной конденсации 30 минут.CPK is poured into the reactor by weight dosing, adjusted by adding alkali to pH 8.0-8.5, then the mixture is heated to 90 ° C at a speed of 1.5-2 ° C per minute and with the refrigerator turned back on at this temperature lead the process of alkaline condensation for 30 minutes.
Затем в реактор для снижения рН загружают раствор серной кислоты до доведения рН 5,0-5,5 и при той же температуре проводят конденсацию в кислой среде 30 минут. После окончания процесса конденсации в кислой среде в реактор загружают раствор едкого натра до рН 8,0-8,5 и охлаждают смесь в реакторе до 85°С. В результате получают кабамидоформальдегидный олигомер.Then, a solution of sulfuric acid is charged into the reactor to lower the pH to a pH of 5.0-5.5, and at the same temperature, condensation is carried out in an acidic medium for 30 minutes. After completion of the condensation process in an acidic medium, a sodium hydroxide solution is loaded into the reactor to a pH of 8.0-8.5 and the mixture is cooled in the reactor to 85 ° C. The result is a kabamido formaldehyde oligomer.
Далее в тот же реактор загружают фенол двумя порциями по 50% и выдерживают при температуре 78-82°С до коэффициента рефракции -1,500, далее поднимают температуру до 88-90°С и выдерживают до набора вязкости 35-40 секунд (ВЗ 246 сопло 6 мм).Next, phenol is loaded into the same reactor in two portions of 50% each and kept at a temperature of 78-82 ° С to a refractive index of -1,500, then the temperature is raised to 88-90 ° С and kept to a viscosity set of 35-40 seconds (VZ 246 nozzle 6 mm).
Содержимое реактора охлаждают до температуры не более 60°С и порциями по 50% от общего веса загружают расчетное количество фурфурилового спирта.The contents of the reactor are cooled to a temperature of not more than 60 ° C and the calculated amount of furfuryl alcohol is charged in portions of 50% of the total weight.
Полученные по заявляемому способу смолы были испытаны при изготовлении связующих (см. Приложение №1 - Заключение об испытании центральной заводской лаборатории ОАО «ВОЛГОЦЕММАШ»).Obtained by the present method, the resins were tested in the manufacture of binders (see Appendix No. 1 - Conclusion on the test of the central factory laboratory of OJSC "VOLGOTSEMMASH").
В Таблицах №1-3 приведены сопоставительный анализ твердеющих смесей, изготовленных как с применением смолы по прототипу, так и с применением смол, изготовленных по заявляемой технологии.Tables No. 1-3 show a comparative analysis of hardening mixtures made both with the use of the resin according to the prototype, and with the use of resins made by the claimed technology.
Высокий уровень прочности песчаносмоляных смесей, изготовленных с применением смолы, полученной в результате реализации заявляемого способа, обеспечивает возможность снижения расхода связующего до 1,3% против 2,0-2,5% по сравнению со смесями, в которых использована смола, полученная по способу-прототипу.The high level of strength of the sand-tar mixtures made using the resin obtained by the implementation of the proposed method provides the possibility of reducing the consumption of the binder to 1.3% versus 2.0-2.5% in comparison with mixtures in which the resin obtained by the method is used prototype.
При этом почти в два раза снижается стоимость твердеющих смесей (ТС) и почти в два раза снижается газотворность смеси. Улучшается газовый режим литейной формы и в этой связи вероятность образования газовых раковин в отливках сводится к минимуму. Соответственно, брак литья по газовым раковинам и другим дефектам газового происхождения сокращается.At the same time, the cost of hardening mixtures (TS) is almost halved and the gas content of the mixture is almost halved. The gas mode of the mold is improved, and in this regard, the likelihood of gas shells forming in the castings is minimized. Accordingly, marriage casting for gas sinks and other defects of gas origin is reduced.
Улучшается выбиваемость стержней из отливок, улучшается податливость стержней в затвердевающей отливке, в результате чего уменьшается вероятность брака отливок по трещинам. В связи с улучшением текучести ТС повышается качество поверхности отливок: уменьшается пригар, шероховатость, просечки.The knockability of cores from castings is improved, the compliance of cores in the hardened casting is improved, as a result of which the likelihood of casting scraps along cracks is reduced. In connection with the improvement of the fluidity of the HARDWARE, the surface quality of the castings increases: the burning, roughness, and notches are reduced.
В составе №1 (Таблица №1) использовали смолу, полученную по способу-прототипу. В составах №2-6 использовали смолу, сваренную предлагаемым способом, составы №2-6 отличаются только количеством вводимой в них смолы.In the composition No. 1 (Table No. 1) used resin obtained by the prototype method. In compositions No. 2-6 used resin, welded by the proposed method, compositions No. 2-6 differ only in the amount of resin introduced into them.
Сравнительный анализ прочности на разрыв показал, что у состава №1 прочность на разрыв ненамного выше, чем требуется по ТУ (см. Таблицу №3). При этом смеси с введенной в них смолой по заявляемому способу показали высокие прочностные свойства при том же и более низком расходе смолы: примерно в 1,5 раза выше, чем у ТС со смолой по прототипу.A comparative analysis of the tensile strength showed that the composition No. 1 tensile strength is not much higher than that required by TU (see Table No. 3). In this case, mixtures with the resin introduced into them by the present method showed high strength properties at the same and lower resin consumption: about 1.5 times higher than that of the TC with the resin according to the prototype.
Таким образом, проведенные испытания показали, смеси, изготовленные с применением смолы по заявляемому способу, что при расходе смолы в составе ТС в количестве 1,3% общей массы, дают результаты по пределу прочности при растяжении близкими к ТУ и сравнимыми со свойствами ТС, в которых использовали смолу, сваренную по способу-прототипу.Thus, the tests showed that the mixtures made using resin according to the claimed method, that when the resin is used in the composition of the TS in the amount of 1.3% of the total mass, give results on tensile strength close to TU and comparable with the properties of the TS, which used a resin welded by the prototype method.
Расход смолы по заявляемому способу в количестве 1,2% (состав №5), т.е. менее 1,3%, приводит к снижению прочности ТС ниже уровня, приведенного в ТУ. Однако это не означает, что ТС с содержанием смолы менее 1,3% неприемлема. Для конкретных условий литейного производства могут быть использованы ТС с расходом смолы менее 1,2%.The consumption of resin according to the claimed method in an amount of 1.2% (composition No. 5), i.e. less than 1.3%, leads to a decrease in the strength of the vehicle below the level given in the technical specifications. However, this does not mean that a vehicle with a resin content of less than 1.3% is unacceptable. For specific foundry conditions, vehicles with a resin flow rate of less than 1.2% can be used.
Смесь №4 также приготовлена с содержанием смолы по заявляемому способу в количестве 1,3%, но она отличается от смеси №6 повышенным содержанием катализатора до 0,33%, благодаря чему повышается скорость твердения: прочность через 1 и 2 часа выше, чем у состава ТС №6 (см. Таблицу №3). Соответственно, составы №4 и 6 отличаются живучестью: в составе №6 меньше катализатора (0,27%) и, следовательно, он имеет живучесть больше, чем состав №4 с увеличенным содержанием катализатора.Mix No. 4 is also prepared with a resin content of 1.3% in accordance with the claimed method, but it differs from mixture No. 6 in the increased catalyst content to 0.33%, thereby increasing the curing rate: strength after 1 and 2 hours is higher than that of composition of TS No. 6 (see Table No. 3). Accordingly, compositions No. 4 and 6 are distinguished by their survivability: composition No. 6 contains less catalyst (0.27%) and, therefore, it has survivability more than composition No. 4 with an increased catalyst content.
Составы №3-6 по сравнению с составами №1-2 имеют живучесть больше (см. Таблицу №2). Это объясняется тем, что при отвердении смолы выделяется тепло и повышается температура смеси, что приводит к повышению скорости поликонденсации олигомера смолы в составе смеси. Скорость отвердения ТС, определяемая величиной прочности через 1, 2 часа тем больше, чем больше в составе ТС смолы, и наоборот, чем меньше смолы, тем меньше скорость отверждения ТС.Compositions No. 3-6 in comparison with compositions No. 1-2 are more survivable (see Table No. 2). This is explained by the fact that during the hardening of the resin heat is generated and the temperature of the mixture rises, which leads to an increase in the polycondensation rate of the resin oligomer in the mixture. The hardening rate of the TS, determined by the strength value after 1, 2 hours, the more, the more resin in the composition of the TS, and vice versa, the smaller the resin, the lower the curing rate of the TS.
Испытания смолы СВХК-65СЛ выполнены в соответствии с требованиями ТУ-2223-001-14559685-2004Tests of SVHK-65SL resin were performed in accordance with the requirements of TU-2223-001-14559685-2004
Варианты рецептур ХТС:Table 1
Options for XTS formulations:
Бензосульфокислота с плотностью 1,266 г/см2 70% р-рCatalyst
Benzosulfonic acid with a density of 1.266 g / cm 2 70% solution
№1 - с прототипом смолы
№2-№6 - со смолой, произведенной по особым рецепту и технологии.Note:
No. 1 - with a prototype resin
No. 2-No. 6 - with resin produced according to a special recipe and technology.
Живучесть ХТС, минtable 2
Survivability XTS, min
Предел прочности при растяжении, кг/см2 Table 3
Tensile strength, kg / cm 2
Заключение по СВХК-65СЛ:Conclusion on SVHK-65SL:
Представленный образец смолы СВХК-65СЛ соответствует требованиям ТУ-2223-001-14559685-2004 и в сравнении с прототипом и ТУ обеспечивает более чем двукратное превышение прочности, что позволяет предложить рецептуры ХТС с уменьшенным расходом смолы до 1,2-1,3%.The presented sample of SVHK-65SL resin meets the requirements of TU-2223-001-14559685-2004 and, in comparison with the prototype and TU, provides more than a twofold excess of strength, which allows us to offer XTC formulations with a reduced resin consumption of up to 1.2-1.3%.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005113359/02A RU2292982C1 (en) | 2005-05-03 | 2005-05-03 | Method for preparing carbamide-phenol-formaldehyde-furan binding agent for casting shell forms and rods |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005113359/02A RU2292982C1 (en) | 2005-05-03 | 2005-05-03 | Method for preparing carbamide-phenol-formaldehyde-furan binding agent for casting shell forms and rods |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2292982C1 true RU2292982C1 (en) | 2007-02-10 |
Family
ID=37862506
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005113359/02A RU2292982C1 (en) | 2005-05-03 | 2005-05-03 | Method for preparing carbamide-phenol-formaldehyde-furan binding agent for casting shell forms and rods |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2292982C1 (en) |
-
2005
- 2005-05-03 RU RU2005113359/02A patent/RU2292982C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2418030B1 (en) | Curing agent composition | |
US5032642A (en) | Phenolic resin compositions | |
JPH02263814A (en) | Phenolic resin composition | |
KR20050084181A (en) | Method of producing shaped bodies, particularly cores, molds and feeders for use in foundry practice | |
DE102016123051A1 (en) | Amino acid-containing molding material mixture for the production of moldings for the foundry industry | |
KR101183806B1 (en) | Furan resin composition for producing mold | |
KR101444046B1 (en) | Binder composition for mold making purposes | |
RU2292982C1 (en) | Method for preparing carbamide-phenol-formaldehyde-furan binding agent for casting shell forms and rods | |
CN111299497A (en) | Curing agent of precoated sand binder and preparation method thereof | |
JPS5870939A (en) | Resin coated sand for shell mold and its production | |
JPS5978745A (en) | Resin coated sand for casting | |
US4055528A (en) | Phenol-formaldehyde resin for foundry applications | |
FI81742C (en) | KALLHAERDBART FORMMATERIAL-BINDEMEDEL OCH ETT FOERFARANDE. | |
JPH0270717A (en) | Novolac phenol resin for shell mold | |
CN115028833B (en) | Aldehyde-free phenol-free environment-friendly furan resin and preparation method thereof | |
JPH0347942B2 (en) | ||
JP2002102999A (en) | Resin coated sand for shell mold | |
JP2005095932A (en) | Phenolic resin composition for shell mold, and resin-coated sand | |
JPH06297072A (en) | Binder composition for production of casting mold, sand composition for production of casting mold and production of casting mold | |
JP4478901B2 (en) | Method for producing phenol novolac resin | |
RU2073583C1 (en) | Blend for manufacturing cores and molds in heated equipment | |
SU854549A1 (en) | Cold hardenable mixture for producing casting moulds and cores | |
RU2038891C1 (en) | Method of receiving furan binder for manufacturing moulds and cores from cold-solidifying mixtures | |
CN116023611A (en) | Thermosetting resin for casting and preparation method thereof | |
CA1119334A (en) | Novalac lubricant-containing resole-sand composition |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070504 |