新型低糠醇高活性呋喃树脂及其固化剂的开发研究

摘要

自20世纪50年代末开始，自硬呋喃树脂砂在铸造生产中逐步推广应用，迄今为止，呋喃树脂是铸造生产中应用量最大的缩聚树脂。我国的自硬呋喃树脂产品质量己接近国外工业发达国家同类产品的水平。
　　 但是自硬呋喃树脂砂工艺也还存在一些问题，就国内平均水平而言，首先是由于受到现有的生产技术和工艺的限制，呋喃树脂合成过程中糠醇加入量过高，导致其生产成本居高不下；二是游离甲醛含量偏高，恶化作业环境；三是树脂及其配套的固化剂活性偏低，固化速度偏慢，导致生产效率低下等。
　　 在这样的背景下，本研究结合生产实际的课题，开展了新型低糠醇高活性呋喃树脂及其配套固化剂的研究工作。经大量深入系统的实验研究，成功开发出了新型低糠醇高活性呋喃树脂及其配套的固化剂。主要结论如下。
　　 1．使用六西格玛的DMAIC改进模式，对传统含氮量3％的脲醛呋喃树脂的合成工艺参数进行了优化；在合成过程中，添加改性剂PVA和除醛剂，将脲醛呋喃树脂的游离甲醛含量降至0.05％左右；最后通过丙酮等改性脲醛呋喃树脂，将树脂糠醇含量较同类树脂减少10％～15％。
　　 2．对新型高活性无氮呋喃树脂的分子结构进行了设计，并指明了选择合成所用主要原材料及其质量要求。所合成的新型无氮呋喃树脂分子结构中含有较多活性氢及酚羟甲基、羟甲基、羟基、酯基等高活性结构，具有快的硬化速度、高的初始抗拉强度及终强度、低的游离甲醛含量等优点。
　　 3．开创了使用六西格玛的IDDOV模式设计呋喃树脂合成工艺的先例，开发出了一种新型呋喃树脂母液的合成工艺及配方，其树脂总糠醇含量为68.5％～72％，较一般市售无氮呋喃树脂可以减少约13％～25％的糠醇加入量。在生产该新型呋喃树脂的过程中，大幅度降低了能耗和二次污染，同时还最大程度上降低了操作工人的劳动强度。
　　 4．在二甲苯磺酸型固化剂的合成工艺中，采用较低的磺化温度(80。C)，和较短的磺化时间(3h)实现了有效的磺化；所开发的二甲苯磺酸型固化剂能与本研究的新型高活性呋喃树脂配套使用，树脂用量仅占原砂质量的1.0％，固化剂用量占树脂质量30％～50％，即可满足多种环境条件下的造型制芯生产要求。
　　 5．通过红外光谱分析，查明了不同温度和时间合成的二甲苯磺酸的磺化效果均良好，也证明了低温短时间合成条件的合理性，实践也证明了该条件的优越性；此外，经红外光谱谱图分析，查明了在新型无氮呋喃树脂合成过程中，反应液中逐步产生的系列分子结构均符合所设计分子结构中要求的众多基团，验证了树脂分子设计的合理性及正确性。
　　 6．本文所开发的新型低糠醇高活性呋喃树脂及固化剂己在实际生产中应用，效果良好。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

2 本课题试验材料及研究方法

3 传统自硬脲醛呋喃树脂合成工艺及性能优化

4 降低呋喃树脂游离甲醛含量的研究

5 呋喃树脂糠醇部分替代品的研究

6 新型高活性无氮呋喃树脂母液的开发研究

7 无氮呋喃树脂用磺酸类固化剂的开发研究

8 新型无氮呋喃树脂微观分析及工艺性能研究

9 结论及展望

致 谢

参考文献

附录