專利名稱：一種利用棉油皂腳制造型砂粘結(jié)劑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種制造鑄造用型砂粘結(jié)劑，尤其是利用棉油皂腳直接制造型砂粘結(jié)劑的方法。
型砂是鑄造工業(yè)中一個(gè)重要生產(chǎn)工序，型砂粘結(jié)劑是型砂中必不可少的材料。六十年代以前，鑄造用型砂粘結(jié)劑主要是桐油和其他植物油，成本較高。六十年代初利用石臘氧化合成脂肪酸的蒸餾殘留物作粘合劑試驗(yàn)成功，作為桐油和植物油的代用品用于鑄造工業(yè)，簡稱合脂油。隨著我國機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，粘結(jié)劑的用量越來越大，但由于合脂油的生產(chǎn)依賴于石蠟氧化合成脂肪酸，大量生產(chǎn)受到限制。七十年代和八十年代初有人曾試圖用更廉價(jià)的材料代之而做過大量研究工作，但在使用合脂油的條件下均未獲成功。我國是產(chǎn)棉大國，油棉加工廠在煉油時(shí)都要排出大量的油腳，僅山東省每年就排出6萬噸左右。目前，除少量油腳用于肥皂制造業(yè)外，大部分油腳不能很好地利用，對(duì)環(huán)境造成污染。本發(fā)明人曾利用棉油皂腳提取脂肪酸后的蒸餾殘?jiān)圃斐錾靶菊辰Y(jié)劑，但由于脂肪酸提取投資較大，脂肪酸銷路不暢，目前生產(chǎn)廠家為數(shù)不多，排出殘?jiān)鼣?shù)量有限，因此受到原料的限制。
本發(fā)明的目的是提供一種利用棉油皂腳直接制造型砂粘結(jié)劑的方法，以提高鑄件質(zhì)量，降低鑄造成本，并消除棉油皂腳對(duì)環(huán)境的污染。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，由于鑄造用型砂粘結(jié)劑的主要技術(shù)指標(biāo)是粘度和干拉強(qiáng)度，粘度可使油砂具有一定的濕強(qiáng)度，以保證型砂，干強(qiáng)度是型砂經(jīng)烘烤后具有的抗拉機(jī)械強(qiáng)度。因此，欲使有機(jī)化合物具有足夠的粘度必須使之達(dá)到一定的分子量。要求型砂在烘烤后產(chǎn)生所需要的強(qiáng)度，必須使粘結(jié)劑分子鏈上具有足夠數(shù)量的活性基因，這些活性基因在烘烤和與二氧化硅作用下形成體型結(jié)構(gòu)的高分子體系，從而產(chǎn)生所需要的物理機(jī)械強(qiáng)度。棉油皂腳的主要成份是甘油-脂肪酸脂、甘油二脂肪酸脂、中性油、油酸、亞油酸、棕櫚酸、硬脂酸棉酚等，在這些混合物中加入定量的催化劑和交聯(lián)劑等，并在一定反應(yīng)條件下，把這些混合物聚合成具有一定粘度、可滿足型砂工藝要求的高分子化合物。該粘結(jié)劑經(jīng)由中和處理和聚合而成，在中和處理過程中，將棉油皂腳和硫酸按重量比100∶5～15的比例加入到反應(yīng)容器中，攪拌、升溫，當(dāng)溫度升高到90～110℃后，保溫?cái)嚢璺磻?yīng)15～25分鐘，停止攪拌，將下層液體放入預(yù)先備好的容器中回用，上層脂肪物放入另一容器中待用。在聚合過程中，將中和處理獲得的脂肪物與催化劑二氧化錳、交聯(lián)劑硫磺加入到聚合容器中，三者的投入比按重量計(jì)為脂肪物∶二氧化錳∶硫磺＝100∶0.2～0.3∶0.25～0.35，邊攪拌邊慢慢升溫至250～300℃，保溫?cái)嚢璺磻?yīng)2～4小時(shí)，然后通空氣繼續(xù)攪拌反應(yīng)4～6小時(shí)，測定粘度達(dá)到要求后停止反應(yīng)，放料至另一容器中，當(dāng)料溫降至約100℃時(shí)，分別按脂肪物10～15%的比例加入溶劑柴油和煤油，攪拌均勻，即可。
油腳中的脂肪酸成份大部分是以鈉鹽形式存在的，中和處理可使所有的脂肪物及不溶于水的有機(jī)質(zhì)從油腳中分離出來。主要反應(yīng)為
R表示飽和或不飽和烴基在前述給定條件下，其他成份不發(fā)生反應(yīng)。
在聚合反應(yīng)中，整個(gè)反應(yīng)主要包括加成共聚、縮聚、交聯(lián)、氧化聚合等過程。由于采用了可促使碳碳鍵形成的催化劑二氧化錳和使分子鏈間交聯(lián)的交聯(lián)劑硫磺，催化加快了聚合反應(yīng)速度，分子鏈間發(fā)生相互交聯(lián)反應(yīng)。結(jié)果，使聚合物分子量在較短時(shí)間內(nèi)迅速增大，較高的反應(yīng)溫度，對(duì)脫除縮聚反應(yīng)所產(chǎn)生的小分子化合物和加快整個(gè)反應(yīng)速度都起到了很好的作用。經(jīng)過以上反應(yīng)可使其平均分子量穩(wěn)定在5000～10000在范圍。在其他條件不變的情況下，分子量可通過調(diào)整反應(yīng)時(shí)間加以控制。
采用上述方法制成的粘結(jié)劑，按照GB-522-66規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)測得的粘度為78秒，干拉強(qiáng)度平均為22.0×105Pa/Cm2。經(jīng)過試用證明，該粘結(jié)劑烘烤溫度較低，組合芯、油砂芯蠕變量小，潰散性好，完全滿足型砂和工藝技術(shù)要求，總體性能優(yōu)于合脂油，且可減少用量，降低使用成本，制造過程中無廢氣、廢渣排出，可徹底消除棉油皂腳對(duì)環(huán)境的污染。
以下提供了一種利用本發(fā)明之粘結(jié)劑制作型砂的配比(重量比)及其性能。
配比原砂 100型砂粘結(jié)劑 4.5～5.5性能濕強(qiáng)度 0.2×105Pa/Cm2干拉強(qiáng)度 22.0×105Pa/Cm權(quán)利要求
1.一種利用棉油皂腳制造型砂粘結(jié)劑的方法，其特征在于，所述的粘結(jié)劑經(jīng)中和處理和聚合反應(yīng)制成，在中和處理過程中，棉油皂腳和硫酸按重量比100∶5～15的比例混合攪拌、升溫，當(dāng)溫度升高到90～110℃后，保溫?cái)嚢璺磻?yīng)15～25分鐘；在聚合過程中，將中和處理獲得的上層脂肪物與催化劑二氧化錳、交聯(lián)劑硫磺按重量比脂肪物∶二氧化錳∶硫磺=100∶0.2～0.3∶0.25～0.35的比例混合攪拌并慢慢升溫至250～300℃，保溫?cái)嚢璺磻?yīng)2～4小時(shí)，然后通空氣繼續(xù)攪拌反應(yīng)4～6小時(shí)，粘度達(dá)到要求后停止反應(yīng)，料溫降至約100℃時(shí)，分別按脂肪物重量的10～15%的比例加入溶劑柴油和煤油并攪拌均勻。
2.一種如權(quán)利要求1所述的利用棉油皂腳制造砂芯粘結(jié)劑的方法，其特征在于，在聚合過程中，脂肪物與催化劑二氧化錳、交聯(lián)劑硫磺的最佳配比按重量計(jì)為100∶0.25∶0.3。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用棉油皂腳制造型砂粘結(jié)劑的方法，該粘合劑由中和處理和聚合反應(yīng)制成，在中和處理中將硫酸加入到棉油皂腳中混合攪拌升溫，在聚合反應(yīng)過程中，將中和處理中獲得的脂肪物加入催化劑二氧化錳和交聯(lián)劑硫磺攪拌升溫，最后加入溶劑柴油、煤油混合。用這種方法制得的粘結(jié)劑制成的型砂，烘烤溫度低，組合芯、油砂芯蠕變量小，潰散性好，總體性能優(yōu)于合脂油型砂，提高了鑄件質(zhì)量，降低了鑄造成本，消除了棉油皂腳對(duì)環(huán)境的污染。
文檔編號(hào)F02B3/06GK1076391SQ9210643
公開日1993年9月22日 申請(qǐng)日期1992年3月17日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月17日
發(fā)明者馬桂榮, 畢玉遂, 劉蘭香, 叢思同 申請(qǐng)人:濱州師范?？茖W(xué)校