一種利用棉油皂腳製造型砂粘結劑的方法
2023-06-20 18:45:11
專利名稱：一種利用棉油皂腳製造型砂粘結劑的方法
技術領域：
本發明提供了一種製造鑄造用型砂粘結劑，尤其是利用棉油皂腳直接製造型砂粘結劑的方法。
型砂是鑄造工業中一個重要生產工序，型砂粘結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成功，作為桐油和植物油的代用品用於鑄造工業，簡稱合脂油。隨著我國機械工業的發展，粘結劑的用量越來越大，但由於合脂油的生產依賴於石蠟氧化合成脂肪酸，大量生產受到限制。七十年代和八十年代初有人曾試圖用更廉價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。我國是產棉大國，油棉加工廠在煉油時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，除少量油腳用於肥皂製造業外，大部分油腳不能很好地利用，對環境造成汙染。本發明人曾利用棉油皂腳提取脂肪酸後的蒸餾殘渣製造出砂芯粘結劑，但由於脂肪酸提取投資較大，脂肪酸銷路不暢，目前生產廠家為數不多，排出殘渣數量有限，因此受到原料的限制。
本發明的目的是提供一種利用棉油皂腳直接製造型砂粘結劑的方法，以提高鑄件質量，降低鑄造成本，並消除棉油皂腳對環境的汙染。
本發明是這樣實現的，由於鑄造用型砂粘結劑的主要技術指標是粘度和幹拉強度，粘度可使油砂具有一定的溼強度，以保證型砂，幹強度是型砂經烘烤後具有的抗拉機械強度。因此，欲使有機化合物具有足夠的粘度必須使之達到一定的分子量。要求型砂在烘烤後產生所需要的強度，必須使粘結劑分子鏈上具有足夠數量的活性基因，這些活性基因在烘烤和與二氧化矽作用下形成體型結構的高分子體系，從而產生所需要的物理機械強度。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劑等，並在一定反應條件下，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。該粘結劑經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的比例加入到反應容器中，攪拌、升溫，當溫度升高到90～110℃後，保溫攪拌反應15～25分鐘，停止攪拌，將下層液體放入預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、交聯劑硫磺加入到聚合容器中，三者的投入比按重量計為脂肪物∶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℃，保溫攪拌反應2～4小時，然後通空氣繼續攪拌反應4～6小時，測定粘度達到要求後停止反應，放料至另一容器中，當料溫降至約100℃時，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於水的有機質從油腳中分離出來。主要反應為
R表示飽和或不飽和烴基在前述給定條件下，其他成份不發生反應。
在聚合反應中，整個反應主要包括加成共聚、縮聚、交聯、氧化聚合等過程。由於採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的交聯劑硫磺，催化加快了聚合反應速度，分子鏈間發生相互交聯反應。結果，使聚合物分子量在較短時間內迅速增大，較高的反應溫度，對脫除縮聚反應所產生的小分子化合物和加快整個反應速度都起到了很好的作用。經過以上反應可使其平均分子量穩定在5000～10000在範圍。在其他條件不變的情況下，分子量可通過調整反應時間加以控制。
採用上述方法製成的粘結劑，按照GB-522-66規定的標準測得的粘度為78秒，幹拉強度平均為22.0×105Pa/Cm2。經過試用證明，該粘結劑烘烤溫度較低，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要求，總體性能優於合脂油，且可減少用量，降低使用成本，製造過程中無廢氣、廢渣排出，可徹底消除棉油皂腳對環境的汙染。
以下提供了一種利用本發明之粘結劑製作型砂的配比(重量比)及其性能。
配比原砂 100型砂粘結劑 4.5～5.5性能溼強度 0.2×105Pa/Cm2幹拉強度 22.0×105Pa/Cm權利要求
1.一種利用棉油皂腳製造型砂粘結劑的方法，其特徵在於，所述的粘結劑經中和處理和聚合反應製成，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，當溫度升高到90～110℃後，保溫攪拌反應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的比例混合攪拌並慢慢升溫至250～300℃，保溫攪拌反應2～4小時，然後通空氣繼續攪拌反應4～6小時，粘度達到要求後停止反應，料溫降至約100℃時，分別按脂肪物重量的10～15%的比例加入溶劑柴油和煤油並攪拌均勻。
2.一種如權利要求1所述的利用棉油皂腳製造砂芯粘結劑的方法，其特徵在於，在聚合過程中，脂肪物與催化劑二氧化錳、交聯劑硫磺的最佳配比按重量計為100∶0.25∶0.3。
全文摘要
本發明提供了一種利用棉油皂腳製造型砂粘結劑的方法，該粘合劑由中和處理和聚合反應製成，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劑硫磺攪拌升溫，最後加入溶劑柴油、煤油混合。用這種方法製得的粘結劑製成的型砂，烘烤溫度低，組合芯、油砂芯蠕變量小，潰散性好，總體性能優於合脂油型砂，提高了鑄件質量，降低了鑄造成本，消除了棉油皂腳對環境的汙染。
文檔編號F02B3/06GK1076391SQ9210643
公開日1993年9月22日 申請日期1992年3月17日 優先權日1992年3月17日
發明者馬桂榮, 畢玉遂, 劉蘭香, 叢思同 申請人:濱州師範專科學校