Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБАМИДОФУРАНОВОГО СВЯЗУЮЩЕГО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ ПО НАГРЕВАЕМОЙ ОСНАСТКЕ
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБАМИДОФУРАНОВОГО СВЯЗУЮЩЕГО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ ПО НАГРЕВАЕМОЙ ОСНАСТКЕ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБАМИДОФУРАНОВОГО СВЯЗУЮЩЕГО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ ПО НАГРЕВАЕМОЙ ОСНАСТКЕ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам получения карбамидофурановых связующих для изготовления литейных стержней по нагреваемой оснастке. Сущность изобретения: карбамидофурановое связующее получают при двухстадийной конденсации карбамида, формальдегида и фурфурилового спирта. На первой стадии конденсации карбамида и формальдегида в кислой среде дополнительно вводят уксусный ангидрид в количестве 3 5 мас. от количества 2%-ного раствора серной кислоты, а на второй стадии синтеза дополнительно вводят этиленгликоль в количестве 5 10 мас. от количества фурфурилового спирта. Реализация изобретения позволяет повысить живучесть песчано-смоляных смесей в 1,75 2,25 раз и их прочность в горячем состоянии в 1,28 1,44 раза. 2 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2048951
Класс(ы) патента: B22C1/22
Номер заявки: 93047785/02
Дата подачи заявки: 12.10.1993
Дата публикации: 27.11.1995
Заявитель(и): Акционерное общество "Кропоткинский химический завод"
Автор(ы): Олейников В.Е.; Зязин Б.М.; Кудинов В.К.; Тепляков С.Д.; Прозорин С.И.
Патентообладатель(и): Акционерное общество "Кропоткинский химический завод"
Описание изобретения: Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам получения карбамидофурановых связующих, используемых в составах песчано-смоляных смесей при изготовлении литейных стержней по нагреваемой оснастке.
Известен способ получения карбамидофурановых смол, заключающийся в конденсации карбамида с формальдегидом и последующим введением в карбамидоформальдегидный конденсат фурфурилового спирта [1]
Смолы, полученные этим способом, при хранении имеют тенденцию к расслаиванию и образованию осадка, что приводит при дозировании их в кварцевый песок к нестабильности свойств песчано-смоляных смесей и к повышенному браку отливок.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения карбамидофуранового связующего для изготовления литейных стержней по нагреваемой оснастке, заключающийся в проведении двухстадийной конденсации карбамида, формальдегида и фурфурилового спирта при их общем мольном соотношении на конечный продукт, соответственно, 1:2:(1,0-1,1) с проведением на первой стадии конденсации карбамида и формальдегида сначала в щелочной, а затем в кислой среде за счет введения расчетных количеств 2%-ного раствора серной кислоты, нейтрализации и вакуум-сушки конденсата, а на второй стадии введением в конденсат фурфурилового спирта [2]
Этим способом производится получение карбамидофурановой смолы КФ-90, широко распространенной в литейном производстве России при получении стержней по нагреваемой оснастке.
Однако живучесть песчано-смоляных смесей с смолой КФ-90, а также прочность на растяжение образцов из песчано-смоляных смесей в горячем состоянии нуждаются в дальнейшем улучшении.
Цель изобретения повышение живучести песчано-смоляных смесей с карбамидофурановым связующим и повышение их прочности в "горячем состоянии".
Цель достигается тем, что на стадии конденсата карбамида с формальдегидом в кислой среде дополнительно вводят уксусный ангидрид в количестве 3-5 мас. 2%-ного раствора серной кислоты, а на второй стадии дополнительно вводят этиленгликоль в количестве 5-10 мас. фурфурилового спирта.
Технический уксусный ангидрид (CH3CH)2O бесцветная прозрачная жидкость с едким запахом, содержание основного вещества не менее 98,5% (ГОСТ 21039-75).
Технический этиленгликоль C2H4(OH)2 применяется согласно ГОСТ 19710-83 Е.
П р и м е р. В реактор загружают 37%-ный формалин (5120 кг), к нему добавляют 5-30 л 4%-ного раствора едкого натра для доведения pH формалина до 7,5-8,5. После этого загружают карбамид (1900 кг), при этом расчетное мольное соотношение карбамида и формальдегида составляет 1:2. Получаемый конденсационный раствор имеет следующие показатели: pH 8,0-9,3, коэффициент рефракции 1,409-1,412, температура 20-30оС. При непрерывном перемешивании и "обратно" включенном холодильнике температуру в реакторе повышают до 94-100оС со скоростью подъема температуры 1оС/мин. Процесс конденсации ведут 20 мин, при этом коэффициент рефракции повышается до 1,418-1,422, а pH конденсационного раствора снижается до 6,0-8,0. Затем осуществляют конденсацию в кислой среде. С этой целью загружают 22,5 л 2%-ной серной кислоты (22,77 кг) и 0,62-1,05 л уксусного ангидрида ρ=1,082 кг/дм3 (0,68-1,14 кг), при этом содержание уксусного ангидрида 2%-ной серной кислоты составляет 3-5 мас. а pH реакционной массы доводится до 4,8-5,4. Конденсацию в кислой среде проводят при 94-100оС при непрерывном перемешивании и "обратно" включенном холодильнике в течение 20-60 мин до достижения вязкости конденсационного раствора 14,0-15,5 с (по вискозиметру ВЗ-246 с соплом 4 мм) и прозрачности его пробы. Далее следует нейтрализация и вакуум-сушка конденсационного раствора. С этой целью загружают 4%-ный раствор едкого натра в количестве, необходимом для доведения pH смолы до 8,5-9,0. Одновременно температуру реакционной массы снижают до 60-70оС, а холодильник переключают на "прямой" отгон надсмольной воды. В реакторе создают разрежение 0,7-0,85 атм и поддерживают температуру 60-70оС. В конце процесса сушки допускается повышение температуры до 75оС. Процесс сушки ведут до достижения вязкости 15-23 с (по вискозиметру ВЗ-246 с соплом 4 мм, при 20оС) и коэффициента рефракции 1,437-1,439. В процессе сушки смолы отгоняются вода, метанол и частично не вступивший во взаимодействие формальдегид. Надсмольная вода скапливается в вакуум-приемнике, откуда направляется в печь сжигания. При достижении требуемых показателей по вязкости и коэффициенту рефракции процесс сушки прекращается и содержимое реактора охлаждают до температуры не более 45оС. После этого вакуум с реактора снимают и подают в реактор фурфуриловый спирт (3280 кг) и этиленгликоль (164-328 кг), причем расход этиленгликоля составляет 5-10 мас. фурфурилового спирта. Содержимое реактора перемешивают в течение 15-20 мин и берут пробу смолы для определения pH, который должен быть в пределах 8,5-9,0. Если pH пробы смолы ниже указанных пределов, дополнительно подают в реактор 1-12 л 4%-ного раствора едкого натра и перемешивают содержимое реактора в течение 15-20 мин, после чего снова отбирают пробу смолы на соответствие ее pH 8,5-9,0, вязкости 12-16 с (по вискозиметру ВЗ-246, сопло 2 мм, 20оС), массовой доли свободного формальдегида не более 2,2% и массовой доли азота не более 9% При содержании азота в смоле более 9% увеличивают загрузку фурфурилового спирта до 3400 кг на операцию. Готовую смолу подают в емкость хранения готовой продукции.
В табл. 1 приведены изменяющиеся параметры синтеза смолы по изобретению (примеры 1-3), а также при их выходе за установленные пределы (примеры 4 и 5) и при воспроизведении способа синтеза по прототипу (пример 6).
Карбамидофурановое связующее по изобретению это подвижная жидкость светло-коричневого цвета, условная вязкость, при 20 ± 1оС по вискозиметру ВЗ-246 (сопло 4 мм) не более 13-17 с, доля азота не более 9 мас. доля свободного формальдегида не более 2,3 мас. плотность при 20оС 1,08-1,12 г/см3.
Для испытаний связующих (см. табл. 1) использовались песчано-смоляные смеси идентичных составов, мас. ч. кварцевый песок 100; смоляное связующее 2,5; катализатор горячего отверждения КЧ-41 на основе азотнокислой меди 0,9.
3 кг кварцевого песка и 27 г катализатора КЧ-41 перемешивали в лабораторных катковых бегунах модели 018 М в течение 2 мин, затем добавляли 75 г смоляного связующего и перемешивали еще 2 мин.
Изготовление стандартных образцов из песчано-смоляной смеси производили методом ее надува в стержневой ящик, нагретый до 220 ± 5оС. Время надува 1 с. Время выдержки смеси в оснастке до извлечения образца 10 ± 0,5 с и 30 ± 0,5 с. Прочностные испытания образцов (на растяжение) осуществляли в горячем состоянии (сразу по извлечению образца) и в холодном состоянии (после остывания образца на воздухе до 20оС).
Определение живучести песчано-смоляной смеси проводили путем сравнения прочностных показателей, полученных на образцах из свежеприготовленной смеси и смеси, выдержанной (в полиэтиленовом пакете при 20оС) в течение 4, 8, 12, 16 и т. д. часов после ее приготовления. За критерий живучести принималось время выдержки готовой смеси до изготовления образца, при котором прочность образца снижалась на 10% по сравнению с результатами испытаний из свежеприготовленной смеси.
Результаты испытаний смесей с связующими приведены в табл. 2.
Из табл. 2 следует, что связующее, полученное способом по изобретению (примеры 1-3), обеспечивает повышение живучести песчано-смоляных смесей в 1,75-2,25 раз и повышение прочности в горячем состоянии в 1,28-1,44 раза. Прочность в холодном состоянии остается на том же уровне, что и в прототипе.
При выходе за обусловленные граничные пределы по содержанию уксусного ангидрида и этиленгликоля при получении связующего наблюдается ухудшение свойств песчано-смоляных смесей. При содержании указанных ингредиентов ниже нижних пределов (пример 4 в табл. 2) не наблюдается существенного повышения прочности в горячем состоянии, при содержании их выше верхнего предела (пример 5 в табл. 2) имеет место резкое снижение живучести смеси.
Таким образом, реализация изобретения позволяет повысить живучесть песчано-смоляных смесей в 1,75-2,25 раз, увеличить прочность смесей в горячем состоянии в 1,28-1,44 раза и за счет этого улучшить качество песчаных стержней для производства отливок, повысить производительность стержневых автоматов и сократить потери смеси из-за потери ею живучести.
Формула изобретения: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБАМИДОФУРАНОВОГО СВЯЗУЮЩЕГО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ ПО НАГРЕВАЕМОЙ ОСНАСТКЕ, включающий двухстадийную конденсацию карбамида, формальдегида и фурфурилового спирта при их молярном соотношении в расчете на конечный продукт 1 2 (1,0 1,1) с проведением на первой стадии конденсации карбамида и формальдегида сначала в щелочной, затем в кислой среде путем введения расчетных количеств 2%-ного раствора серной кислоты до получения рН конденсата 4,8 5,4, нейтрализации и вакуум-сушки конденсата, а на второй стадии введения фурфурилового спирта, отличающийся тем, что на стадии конденсации в кислой среде дополнительно вводят 3 5 мас. уксусного ангидрида от количества 2%-ного раствора серной кислоты, а на второй стадии дополнительно вводят 5 10 мас. этиленгликоля от количества фурфурилового спирта.