一种低水分铸造用自硬呋喃树脂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种低水分铸造用自硬呋喃树脂及其制备方法 (Self-hardening furan resin for low-moisture casting and preparation method thereof ) 是由 邢金龙 张宏凯 何龙 于 2021-06-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种低水分铸造用自硬呋喃树脂,化学成分按照质量百分比,具体为酚类化合物4％-20％、醛类化合物3％-13％、酸性催化剂0.02％-0.18％、碱性催化剂0.02％-0.18％、溶剂63.3％-87.3％、改性剂0.5％-3.5％、脱水剂0.5％-2.5％、偶联剂0.5％-1.5％。传统铸造用自硬呋喃树脂含水量≥1.0％,制得砂型、砂芯在环境湿度80RH％,环境温度25℃条件下1H硬透深度仅为5-15mm；本发明低水分铸造用自硬呋喃树脂能够实现含水量≤0.5％,制得砂型、砂芯在环境湿度80RH％,环境温度25℃条件下1H硬透深度≥100mm。(The invention relates to a self-hardening furan resin for low-moisture casting, which comprises the following chemical components, by mass, 4-20% of a phenolic compound, 3-13% of an aldehyde compound, 0.02-0.18% of an acid catalyst, 0.02-0.18% of a basic catalyst, 63.3-87.3% of a solvent, 0.5-3.5% of a modifier, 0.5-2.5% of a dehydrating agent and 0.5-1.5% of a coupling agent. The water content of the self-hardening furan resin for traditional casting is more than or equal to 1.0 percent, and the 1H hardening depth of the prepared sand mold and sand core is only 5-15mm under the conditions of the environment humidity of 80RH percent and the environment temperature of 25 ℃; the self-hardening furan resin for low-moisture casting can realize that the water content is less than or equal to 0.5 percent, and the hard penetration depth of the prepared sand mold and sand core is more than or equal to 100mm under the conditions of the environment humidity of 80RH percent and the environment temperature of 25 ℃.)
技术领域
本发明涉及铸造辅助材料
技术领域
，具体涉及一种低水分铸造用自硬呋喃树脂及其制备方法。背景技术
传统铸造用自硬化呋喃树脂因对环境湿度的过度敏感性，导致其在环境湿度≥70RH％的环境中硬透性差，严重制约自硬呋喃树脂产品在雨季高湿度环境中的适应性。目前铸造行业通常采用配合高酸度固化剂的技术方案来解决自硬呋喃树脂产品在高湿度环境中硬透性差的问题，但是这种技术方案存在诸多缺陷，如固化剂酸度提高后，砂型、砂芯发酥、强度降低等问题。
当前呋喃树脂生产企业通常通过提高脱水真空度、延长脱水时间以及提高脱水温度等技术方案降低树脂产品含水量。这些技术方案虽然可以将树脂产品含水量由高位降低到低位，满足大多数顾客的需求，但当顾客要求树脂含水量＜1.0％时，这些技术方案便不能满足要求。且随着脱水时间延长、脱水温度升高，树脂产品粘度会急剧上升，为满足技术要求，必须通过补加糠醇来降低粘度，如此一来树脂生产成本会增加。脱水时间延长，能耗也会相应增加，生产效率降低。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种低水分铸造用自硬呋喃树脂及其制备方法，能够实现自硬呋喃树脂含水量≤0.5％，制得砂型、砂芯在环境湿度80RH％、环境温度25℃条件下1H硬透深度≥100mm。
本发明的技术方案是：
一种低水分铸造用自硬呋喃树脂，其特征在于，所述低水分铸造用自硬呋喃树脂的化学成分按照质量百分比计算，具体为酚类化合物4％-20％、醛类化合物3％-13％、酸性催化剂0.02％-0.18％、碱性催化剂0.02％-0.18％、溶剂63.3％-87.3％、改性剂0.5％-3.5％、脱水剂0.5％-2.5％、偶联剂0.5％-1.5％。
进一步的，所述酚类化合物为对苯二酚、二甲基苯酚、双酚A、双酚F、萘酚中的一种或多种组合。
优选的，所述酚类化合物为对苯二酚、双酚A中的一种或两种。
进一步的，所述醛类化合物为甲醛、多聚甲醛中的一种或两种组合。
进一步的，所述酸性催化剂为甲酸、盐酸、乙酸、丙烯酸中的一种或多种组合。
进一步的，所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、三乙胺中的一种或多种组合。
所述酸性催化剂、碱性催化剂不仅具有催化反应的作用，还具有调节PH的作用，PH的调节作用，有助于进一步催化反应的进行。
进一步的，所述溶剂为糠醇。
进一步的，所述改性剂为苯胺、N,N-二甲基苯胺、苯乙醇胺、木钠、氯化铵中的一种或多种组合。
进一步的，所述脱水剂为无水硫酸钠、无水硫酸钾、无水硫酸镁中的一种或多种组合。
进一步的，所述偶联剂为KH550、KH560、KH602中的一种或多种组合。
一种低水分铸造用自硬呋喃树脂的制备方法，包括如下步骤：
S1.将酚类化合物、醛类化合物加入到反应釜中，搅拌，加入糠醇，继续搅拌0.5-1.5h；
S2.加入碱性催化剂，调节PH为8-10；
S3.加热，缓慢升温至85-100℃，保温0.5-3h；
S4.冷却，降温至45℃以下，加入酸性催化剂，调节PH为3-5；
S5.加入糠醇，加热，缓慢升温至105-125℃，保温0.5-5h；
S6.冷却，降温至45℃以下，加入改性剂；
S7.加热，缓慢升温至80-110℃，保温1-4h；
S8.真空脱水；
S9.冷却，降温至70℃以下，加入脱水剂，计时搅拌0.5-2h；
S10.继续冷却，降温至45℃以下，加入偶联剂，搅拌0.5-2h。
优选的，步骤S3中，加热，缓慢升温至90-92℃。
一种铸造用呋喃树脂自硬砂，包含本发明所述低水分铸造用自硬呋喃树脂。
优选的，所述铸造用呋喃树脂自硬砂可进一步应用于制备铸造产品。
本发明的有益效果在于：
(1)使用本发明所述低水分铸造用自硬呋喃树脂，砂型、砂芯的硬透性优异，在环境湿度80RH％，环境温度25℃条件下1H硬透深度≥100mm，而使用传统铸造用自硬呋喃树脂的砂型/砂芯在环境湿度80RH％，环境温度25℃条件下1H硬透深度仅为5-15mm。
(2)本发明所述低水分铸造用自硬呋喃树脂含水量≤0.5％，而传统铸造用自硬呋喃树脂含水量≥1.0％。
附图说明
无
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
一种低水分铸造用自硬呋喃树脂，其特征在于，所述低水分铸造用自硬呋喃树脂的原料，包括酚类化合物、醛类化合物、酸性催化剂、碱性催化剂、溶剂、改性剂、偶联剂。
在本发明的实施例中，所述醛类化合物为甲醛、多聚甲醛中的一种或两种组合。
在本发明的实施例中，所述酚类化合物为对苯二酚、二甲基苯酚、双酚A、双酚F、萘酚中的一种或多种组合。
优选的，所述酚类化合物为对苯二酚、双酚A中的一种或两种。
对苯二酚、双酚A与与甲醛在碱性条件下更容易形成支链结构，抑制分子链过度单向增长，提升树脂硬化反应活性。
在本发明的实施例中，所述酸性催化剂为甲酸、盐酸、乙酸、丙烯酸中的一种或多种组合。
在本发明的实施例中，所述碱性催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、三乙胺中的一种或多种组合。
在本发明的实施例中，所述溶剂为糠醇。
在本发明的实施例中，所述改性剂为苯胺、N,N-二甲基苯胺、苯乙醇胺、木钠、氯化铵中的一种或多种组合。
在本发明的实施例中，所述脱水剂为无水硫酸钠、无水硫酸钾、无水硫酸镁中的一种或多种组合。
在本发明的实施例中，所述偶联剂为KH550、KH560、KH602中的一种或多种组合。
实施例一
一种低水分铸造用自硬呋喃树脂的制备方法，包括如下步骤：
S1.将12％质量分数的酚类化合物、8％质量分数的醛类化合物加入到反应釜中，开动搅拌，加入15％质量分数的糠醇，继续搅拌0.8h；
S2.加入0.1％质量分数的碱性催化剂，调节PH为8.8；
S3.加热，缓慢升温至90-92℃，保温2h；
S4.冷却，降温至45℃以下，加入0.1％质量分数的酸性催化剂，调节PH为4.2；
S5.加入60.3％质量分数的糠醇，加热，缓慢升温至110-115℃，保温3h；
S6.冷却，降温至45℃以下，加入2％质量分数的改性剂；
S7.加热，缓慢升温至98-110℃，保温2.5h；
S8.真空脱水；
S9.冷却，降温至70℃以下，加入1.5％质量分数的脱水剂，计时搅拌0.8h；
S10.继续冷却，降温至45℃以下，加入1％质量分数的偶联剂，搅拌0.8h。
本实施例所述低水分铸造用自硬呋喃树脂含水量0.32％，使用本实施例所述低水分铸造用自硬呋喃树脂，砂型、砂芯的硬透性优异，在环境湿度80RH％，环境温度25℃条件下1H硬透深度118mm。
实施例二
一种低水分铸造用自硬呋喃树脂的制备方法，包括如下步骤：
S1.将10％质量分数的酚类化合物、10％质量分数的醛类化合物加入到反应釜中，开动搅拌，加入20％质量分数的糠醇，继续搅拌1h；
S2.加入0.16％质量分数的碱性催化剂，调节PH为9.6；
S3.加热，缓慢升温至90-92℃，保温2.5h；
S4.冷却，降温至45℃以下，加入0.12％质量分数的酸性催化剂，调节PH为3.8；
S5.加入55.42％质量分数的糠醇，加热，缓慢升温至115-118℃，保温2.5h；
S6.冷却，降温至45℃以下，加入2.5％质量分数的改性剂；
S7.加热，缓慢升温至102-104℃，保温3h；
S8.真空脱水；
S9.冷却，降温至70℃以下，加入1.0％质量分数的脱水剂，计时搅拌0.8h；
S10.继续冷却，降温至45℃以下，加入0.8％质量分数的偶联剂，搅拌0.8h。
本实施例所述低水分铸造用自硬呋喃树脂含水量0.37％，使用本实施例所述低水分铸造用自硬呋喃树脂，砂型、砂芯的硬透性优异，在环境湿度80RH％，环境温度25℃条件下1H硬透深度132mm。
实施例三
一种低水分铸造用自硬呋喃树脂的制备方法，包括如下步骤：
S1.将8％质量分数的酚类化合物、9％质量分数的醛类化合物加入到反应釜中，开动搅拌，加入15％质量分数的糠醇，继续搅拌0.6h；
S2.加入0.09％质量分数的碱性催化剂，调节PH为8.4；
S3.加热，缓慢升温至90-92℃，保温2.8h；
S4.冷却，降温至45℃以下，加入0.11％质量分数的酸性催化剂，调节PH为4.5；
S5.加入61.6％质量分数的糠醇，加热，缓慢升温至120-122℃，保温3.5h；
S6.冷却，降温至45℃以下，加入3％质量分数的改性剂；
S7.加热，缓慢升温至95-100℃，保温2.5h；
S8.真空脱水；
S9.冷却，降温至70℃以下，加入2.0％质量分数的脱水剂，计时搅拌0.8h；
S10.继续冷却，降温至45℃以下，加入1.2％质量分数的偶联剂，搅拌0.8h。
本实施例所述低水分铸造用自硬呋喃树脂含水量0.27％，使用本实施例所述低水分铸造用自硬呋喃树脂，砂型、砂芯的硬透性优异，在环境湿度80RH％，环境温度25℃条件下1H硬透深度126mm。
实施例四
一种低水分铸造用自硬呋喃树脂的制备方法，包括如下步骤：
S1.将15％质量分数的酚类化合物、12％质量分数的醛类化合物加入到反应釜中，开动搅拌，加入25％质量分数的糠醇，继续搅拌1.5h；
S2.加入0.15％质量分数的碱性催化剂，调节PH为9.5；
S3.加热，缓慢升温至90-92℃，保温2h；
S4.冷却，降温至45℃以下，加入0.15％质量分数的酸性催化剂，调节PH为3.5；
S5.加入41.9％质量分数的糠醇，加热，缓慢升温至110-115℃，保温4h；
S6.冷却，降温至45℃以下，加入2.5％质量分数的改性剂；
S7.加热，缓慢升温至95-100℃，保温2h；
S8.真空脱水；
S9.冷却，降温至70℃以下，加入1.8％质量分数的脱水剂，计时搅拌0.8h；
S10.继续冷却，降温至45℃以下，加入1.5％质量分数的偶联剂，搅拌0.8h。
本实施例所述低水分铸造用自硬呋喃树脂含水量0.19％，使用本实施例所述低水分铸造用自硬呋喃树脂，砂型、砂芯的硬透性优异，在环境湿度80RH％，环境温度25℃条件下1H硬透深度138mm。
实施例五
一种低水分铸造用自硬呋喃树脂的制备方法，包括如下步骤：
S1.将14％质量分数的酚类化合物、10％质量分数的醛类化合物加入到反应釜中，开动搅拌，加入20％质量分数的糠醇，继续搅拌1h；
S2.加入0.14％质量分数的碱性催化剂，调节PH为10；
S3.加热，缓慢升温至90-92℃，保温3h；
S4.冷却，降温至45℃以下，加入0.12％质量分数的酸性催化剂，调节PH为3；
S5.加入50.34％质量分数的糠醇，加热，缓慢升温至118-122℃，保温3.5h；
S6.冷却，降温至45℃以下，加入2％质量分数的改性剂；
S7.加热，缓慢升温至106-110℃，保温3.5h；
S8.真空脱水；
S9.冷却，降温至70℃以下，加入2.5％质量分数的脱水剂，计时搅拌0.8h；
S10.继续冷却，降温至45℃以下，加入0.9％质量分数的偶联剂，搅拌0.8h。
本实施例所述低水分铸造用自硬呋喃树脂含水量0.41％，使用本实施例所述低水分铸造用自硬呋喃树脂，砂型、砂芯的硬透性优异，在环境湿度80RH％，环境温度25℃条件下1H硬透深度131mm。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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