Катализатор для стержневых смесей горячего отверждения на основе карбамидных карбамидофурановых смол

Катализатор для стержневых смесей горячего отверждения на основе карбамидных карбамидофурановых смол

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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