[发明专利]一种水溶性酚醛树脂及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属于浇注料用有机结合剂技术领域。具体涉及一种水溶性酚醛树脂及其使用方法。

背景技术

目前耐火浇注料用结合剂通常采用铝酸钙水泥。但由于水泥中含有一定量的CaO，在高温下与Al₂O₃和SiO₂形成低共熔相严重降低了浇注料的高温性能。为了改善高温条件下浇注料的耐腐蚀性能和抗蠕变性能，延长浇注料的寿命，不少研究者对浇注料用结合剂进行了研究。如“一种浇注料用有机-无机复合结合剂及其制备方法”（CN101362654A）专利技术和“一种无水泥浇注料用酰胺类结合剂”（CN102417319A）专利技术，这些技术采用的结合剂大都是酰胺类化合物，该类化合物成本较高，一定程度上提高了浇注料的成本，同时酰胺类化合物中含有N有害元素，使得浇注料在使用过程中会释放出NO、NO₂等有害气体，不仅对环境造成了严重的污染，同时影响了浇注料的性能。因此，急需找到一种性能优良的环保型结合剂用于浇注料。

酚醛树脂作为一种新型的环保型结合剂，由于其优良的性能已广泛的应用于含碳定形耐火材料、修补料、无水炮泥等耐火材料中。但由于普通的酚醛树脂为有机聚合物，难溶于水，抑制了酚醛树脂在浇注料中的应用。木质素磺酸盐是一种高分子盐类化合物，以其为原料制备的改性酚醛树脂由于含有一定量的无机盐离子，具有良好的水溶性，并且将该种经过木质素磺酸盐改性的水溶性酚醛树脂应用于浇注料方面还未见报道。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种成本低和环境友好的水溶性酚醛树脂及其制备方法，所制备的水溶性酚醛树脂作为结合剂用于浇注料，可以有效避免浇注料表面粉化，提高浇注料的常温和高温性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：水溶性酚醛树脂的原料及其含量是：苯酚为20~30wt%，甲醛为55~65wt%，木质素磺酸盐为10~20wt%。

按上述原料及其含量，先将苯酚熔融成液态，置入反应釜中，外加所述原料1~4wt%的氢氧化钠，在50~60℃下搅拌0.5~1.0h；再加入木质素磺酸盐，在80~100℃条件下搅拌0.5~1.0h，加入甲醛，继续搅拌1~3h；然后外加所述原料0.5~1.0wt%的氢氧化钠，搅拌0.5~1.0h，减压脱水，得到水溶性酚醛树脂。

所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠和木质素磺酸镁中的一种。

本发明所制备的水溶性酚醛树脂的使用方法是：先按水溶性酚醛树脂和浇注料的质量比为（0.02~0.06）∶1配料，再将配好的水溶性酚醛树脂溶解于水，然后在浇注料搅拌过程中，将溶解有水溶性酚醛树脂的水溶液加入到浇注料中。

 由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）本发明采用的原料之一为木质素磺酸盐，所制备的改性酚醛树脂由于含有一定量的无机盐离子，具有良好的水溶性；同时，木质素磺酸盐来源于纸浆废液，成本低。

（2）本发明所制备的水溶性酚醛树脂不含N有害元素，降低了高温下NO、NO₂的排放量，减少了环境污染。

（3）本发明制备的水溶性酚醛树脂作为结合剂应用于浇注料，固化后所形成的复杂三维网络互穿结构能提高浇注料的常温性能；同时，采用该水溶性酚醛树脂作为浇注料结合剂能有效地减少高温下材料中低共熔相的生成，提高浇注料的高温性能。

本发明所制备的水溶性树脂作为结合剂用于铝-硅系浇注料，性能为：

160℃×24h，抗折强度为7.0~10.0MPa，耐压强度为50.0~70.0MPa；

800℃×3h，抗折强度为4.5~7.0MPa，耐压强度为32.0~56.0MPa；

1550℃×3h，抗折强度为6.0~9.0MPa，耐压强度为40.0~65.0MPa。

所制备的水溶性树脂作为结合剂用于铝-镁质浇注料，性能为：

160℃×24h，抗折强度为10.0~16.0MPa，耐压强度为70.0~100.0MPa；

800℃×3h，抗折强度为6.0~8.0MPa，耐压强度为40.0~65.0MPa；

1550℃×3h，抗折强度为15.0~23.0MPa，耐压强度为90.0~150.0MPa。

所制备的水溶性树脂作为结合剂用于氧化铝-碳化硅-碳质浇注料，性能为：

160℃×24h，抗折强度为9.0~14.5MPa，耐压强度为65.0~96.0MPa；