Способ определения активности кислотного катализатора
Патент 554058
Авторы
Способ определения активности кислотного катализатора
Иллюстрации
Реферат
«ц 554058
ОП ИСАНИ Е
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06.02.76 (21) 2320296/02 с присоединением заявки Мю (23) Приоритет
Опубликовано 15.04.77. Бюллетень Ао 14
Дата опубликования описания 20.06.77 (51) М. Кл. В22С 1/00//
В 01J 31/04
Государственный комитет
Co8era Министров СССР по делает изобретений и открытий (53) УДК 621.742.4:66..097.3 (088.8) (72) Авторы изобретения
С. С. Жуковский, М. И. Винник, Г. Ф. Буря, В. А. Козлов и И. А. Попкова
Центральный научно-исследовательский институт техно машиностроения (71) Заявитель
i 1: а 1 (54) СПОСОБ ОП1ЕДКЛЕНИЯ АКТИВНОСТИ КИСЛОТНО О
КАТАЛ ИЗАТО РА
Изобретение относится к литейному производству, а именно к кислотным катализаторам формовочных смесей со смоляными связующими.
Ранее активность катализаторов не определяли, а возможность их использования для отверждения формовочных смесей устанавливали путем измерения прочности стандартных образцов через определенные промежутки времени. По графику зависимости прочности от времени отверждения судили о пригодности катализатора для использования в различных условиях (1).
Недостатками указанного способа являются большая трудоемкость и длительность проведения экспериментов, а также невозможность определения активности катализатора в условиях, исключающих влияние наполнителя, связующего и других внешних факторов.
По предлагаемому способу для определения активности кислотного катализатора последний смешивают с карбоновой кислотой, доводят полученный раствор до 60 — 80 С и определяют скорость выделения газа при разложении карбоновой кислоты по формуле:
2,3 Р
К= — 1g, (мин — J, P" — P где t — время от начала опыта, мин;
Р— предельное давление газа, выделяемого при разложении карбоновой кислоты, когда реакция полностью завершена;
P — давление газа, выделяемого при разложении карбоновой кислоты в момент вре5 мени t.
Карбоновая кислота выполняет функцию индикатора, разлагаемого при действии кислотного катализатора с образованием газа.
Сущность способа определения активности
10 катализатора состоит iB следующем.
Катализатор смешивают с карбоновой кислотой 0,01 — 0,1 г/моль/л катализатора. Полученный раствор помещают в термостат и температуру раствора доводят до 60 — 80 С. Опти15 мальной температурой раствора является
70 С и при этой температуре следует проводить измерение активности кислотного катализатора в процессе всего опыта. С помощью ртутного манометра измеряют периодически
20 давление выделяющегося газа в течение всего опыта до тех пор, пока давление не стабилизируется. Давление газа в определенный момент времени Р, а предельное давление P
Нижний предел концентрации раствора («a25 тализатора с индикатором) определяется тем, что при ее дальнейшем снижении давление газа оказывается недостаточным для точного измерения. Верхний предел концентрации указанного раствора определяется тем, что
30 при более высоком содержании индикатора
554058
2,3 р
К= — Ig (мин — ), рУ ь pt
Таблица 1
2,3
К=
f (мин ) Давление газа в системе
P (мм рт. ст.) 1g рСА р р(Время t (мин) р p(4,6-10
3,7.10 в
3,9 10
4,1.10
4,8.10
4,6 10
4,1-10
4,1 10
О, 040
0,080
0,119
0,180
0,294
0,380
0,486
0,582
9
19
27
33
38
2
7
14
19
27
При меч ание. Расчетное значение P для данного опыта 56 мм рт. ст.; К вычисляют как среднее арифметическое из всех значений
К =4,3 (мин — ). будут изменяться химические свойства самого катализатора.
Индикатор выбирается так, чтобы его взаимодействие с катализатором проходило по такому же механизму, как каталитическая поликонденсация связующего в формовочной смеси. К числу соединений, удовлетворяющих этим условиям, относятся карбоновые кислоты.
При соблюдении указанных условий скорость выделения газа характеризует скорость отверждения формовочной смеси и, следовательно, является мерой активности кислотного катализатора.
При действии кислотного катализатора индикатор — муравьиная кислота, являющаяся представителем карбоновой кислоты, разлагается по реакции:
НСООН Н,О+ СО
Эта реакция необратима, а скорость выделения СО определяется уравнением для необратимых реакций первого порядка.
Описываемый способ может быть осуществлен в установке, которая содержит термостатируемый реактор объемом 15 — 20 см, снабженный мешалкой, сосудом для сбора выделяющегося газа и манометра, например ртутного или мембранного, соединенного с атмосферой.
В табл. 2 даны значения К и прочности смесей на сжатие для различных катализаторов, применяемых в процессах изготовления стержней с коротким циклом затвердевания (40 — 60 с) и с длительным затвердеванием (15 — 20 мин). Все смеси содержат 100 вес. ч.
Пр имер. В реактор, снабженный мешалкой, загружают 10 мл катализатора — толуолбензолсульфокислоты, термостатируют его до достижения температуры 70 С, Затем в катализатор вводят индикатор, например муравьиную кислоту (класс карбоновой кислоты) в таком количестве, чтобы ее концентрация в реакционной среде составляла 0,01 г-моль на
1 л катализатора, т. е. 0,46 г.
Далее регистрируют изменение давления в системе. Константа скорости реакции К вычисляется по формуле: где t — время (мин) от начала опыта;
P — предельное давление окиси углерода, выделяемой при разложении муравьиной кислоты, .когда реакция полностью завершилась;
P — давление окиси углерода, выделяемой при разложении муравьиной кислоты в момент времени t.
P может быть либо определена экспериментально, либо рассчитана по объему системы и концентрации муравьиной кислоты.
Результаты эксперимента и рассчитанные значения К для различных моментов времени
30 приведены в табл. 1, кварцевого песка, 2 вес. ч. фенола-формальдегидной смолы и 1,7 вес. ч. катализатора.
Скорость затвердввания характеризуется величиной прочности-смеси на сжатие, доетига35 емой через 1 мин после окончания перемешивания и определяемой экспериментальным путем.
554058
Т а о л и ц
Прочность на сжатие а, кгс/см -
Коне такта скорости К, (мин ) Катализатор
16,8 10 з
4 3.10 — 2
4,0 10
1,9 10
1,4 10
1,33.10
8,0 — 10,0
2,4 — 2,6
2 2 2 6
Толуолбензолсуль фокислота № 1
Толуолбензолсульфокислота № 2
Толуолбензолсуль фоки слота № 3
Толуолбензолсульфокислота № 4
Толуолбензолсульфокислота ¹ 5
92О, -ный раствор бензолсульфокислоты в метиловом спирте
Толуолбензолсульфокислота № 6
Толуолсульфокислота (водный раствор)
Бензолсульфокислота (водный раствор) 1,4 — 1,9
0,9 — 1,4
1,0 — 1,5
1,33.10
1,09.10
0,9.10
1,1 — 1,3
0,7 — 1,3
0,6 — 0,9
Формула изобретения
Составитель И. Куницкая
Техред Л. Гладкова
Редактор Н. Корченко
Корректор О. Тюрина
Заказ 989/2 Изд. № 370 Тираж 992 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2
Толуолбензолсульфокислоты № 1 — № 6 различаются химическим составом и различной активностью, Предлагаемый способ может быть применен для определения активности катализаторов не только в литейном производстве, но и в любых других процессах отверждения синтетических смол, если оно протекает по механизму кислотного катализа.
Способ определения активности кислотного катализатора, преимущественно для формовочных смесей со смоляным связующим, заключающийся в том, что кислотный катализатор смешивают с карбоновой кислотой, доводят полученный раствор до 60 — 80 С и определяют скорость выделения газа при разложении карбоновой кислоты по формуле:
2,3 р
К = — Ig (мин — ), 5 — Ф где / — время от начала опыта, мин;
Р— предельное давление газа, выделяемого при разложении карбоновой кислоты, когда реакция полностью завершена;
10 Р— давление газа, выделяемого при разложении карбоновой кислоты в момент времени t.
Источник информации, принятый во внимание при экспертизе:
15 1. С. С. )Куковский, А. М. Лясс и Н. И.
Шадрин «Смеси холодного отверждения для крупносерийного и массового производства», Литейное производство, 1974, № 7, с. 1.