[发明专利]一种利用棉油皂脚制造型砂粘结剂的方法

说明书

本发明提供了一种制造铸造用型砂粘结剂，尤其是利用棉油皂脚直接制造型砂粘结剂的方法。

型砂是铸造工业中一个重要生产工序，型砂粘结剂是型砂中必不可少的材料。六十年代以前，铸造用型砂粘结剂主要是桐油和其他植物油，成本较高。六十年代初利用石腊氧化合成脂肪酸的蒸馏残留物作粘合剂试验成功，作为桐油和植物油的代用品用于铸造工业，简称合脂油。随着我国机械工业的发展，粘结剂的用量越来越大，但由于合脂油的生产依赖于石蜡氧化合成脂肪酸，大量生产受到限制。七十年代和八十年代初有人曾试图用更廉价的材料代之而做过大量研究工作，但在使用合脂油的条件下均未获成功。我国是产棉大国，油棉加工厂在炼油时都要排出大量的油脚，仅山东省每年就排出6万吨左右。目前，除少量油脚用于肥皂制造业外，大部分油脚不能很好地利用，对环境造成污染。本发明人曾利用棉油皂脚提取脂肪酸后的蒸馏残渣制造出砂芯粘结剂，但由于脂肪酸提取投资较大，脂肪酸销路不畅，目前生产厂家为数不多，排出残渣数量有限，因此受到原料的限制。

本发明的目的是提供一种利用棉油皂脚直接制造型砂粘结剂的方法，以提高铸件质量，降低铸造成本，并消除棉油皂脚对环境的污染。

本发明是这样实现的，由于铸造用型砂粘结剂的主要技术指标是粘度和干拉强度，粘度可使油砂具有一定的湿强度，以保证型砂，干强度是型砂经烘烤后具有的抗拉机械强度。因此，欲使有机化合物具有足够的粘度必须使之达到一定的分子量。要求型砂在烘烤后产生所需要的强度，必须使粘结剂分子链上具有足够数量的活性基因，这些活性基因在烘烤和与二氧化硅作用下形成体型结构的高分子体系，从而产生所需要的物理机械强度。棉油皂脚的主要成份是甘油一脂肪酸脂、甘油二脂肪酸脂、中性油、油酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸棉酚等，在这些混合物中加入定量的催化剂和交联剂等，并在一定反应条件下，把这些混合物聚合成具有一定粘度、可满足型砂工艺要求的高分子化合物。该粘结剂经由中和处理和聚合而成，在中和处理过程中，将棉油皂脚和硫酸按重量比100∶5～15的比例加入到反应容器中，搅拌、升温，当温度升高到90～110℃后，保温搅拌反应15～25分钟，停止搅拌，将下层液体放入预先备好的容器中回用，上层脂肪物放入另一容器中待用。在聚合过程中，将中和处理获得的脂肪物与催化剂二氧化锰、交联剂硫磺加入到聚合容器中，三者的投入比按重量计为脂肪物∶二氧化锰∶硫磺＝100∶0.2～0.3∶0.25～0.35，边搅拌边慢慢升温至250～300℃，保温搅拌反应2～4小时，然后通空气继续搅拌反应4～6小时，测定粘度达到要求后停止反应，放料至另一容器中，当料温降至约100℃时，分别按脂肪物10～15%的比例加入溶剂柴油和煤油，搅拌均匀，即可。

油脚中的脂肪酸成份大部分是以钠盐形式存在的，中和处理可使所有的脂肪物及不溶于水的有机质从油脚中分离出来。主要反应为：

R表示饱和或不饱和烃基

在前述给定条件下，其他成份不发生反应。

在聚合反应中，整个反应主要包括加成共聚、缩聚、交联、氧化聚合等过程。由于采用了可促使碳碳键形成的催化剂二氧化锰和使分子链间交联的交联剂硫磺，催化加快了聚合反应速度，分子链间发生相互交联反应。结果，使聚合物分子量在较短时间内迅速增大，较高的反应温度，对脱除缩聚反应所产生的小分子化合物和加快整个反应速度都起到了很好的作用。经过以上反应可使其平均分子量稳定在5000～10000在范围。在其他条件不变的情况下，分子量可通过调整反应时间加以控制。

采用上述方法制成的粘结剂，按照GB-522-66规定的标准测得的粘度为78秒，干拉强度平均为22.0×10⁵Pa/Cm²。经过试用证明，该粘结剂烘烤温度较低，组合芯、油砂芯蠕变量小，溃散性好，完全满足型砂和工艺技术要求，总体性能优于合脂油，且可减少用量，降低使用成本，制造过程中无废气、废渣排出，可彻底消除棉油皂脚对环境的污染。

以下提供了一种利用本发明之粘结剂制作型砂的配比（重量比）及其性能。

配比

原砂    100

型砂粘结剂    4.5～5.5

性能

湿强度 0.2×10⁵Pa/Cm²

干拉强度 22.0×10⁵Pa/Cm²