一种耐高温生物基呋喃树脂粘结剂及其制备方法与流程

本发明涉及功能性树脂的，具体涉及一种耐高温生物基呋喃树脂粘结剂及其制备方法。

背景技术：

1、60年代末，以呋喃树脂砂为代表的各种树脂砂异军突起，引起世界各国铸造业的普遍重视。各种树脂砂竞相推出，推广应用，引起造型、造芯方法的重大变革，原先一大批用粘土砂和水玻璃砂生产的铸件，特别是小批量生产的中、大型铸件，已被树脂砂所取代，给不少企业带来了明显的技术经济效益和社会效益。采用呋喃树脂砂制作砂型(芯)而浇注成型铸件，具有尺寸精度高、表面光洁度好、废品率低，而且能够实现中小批量复杂铸件的机械化流水线生产，呋喃树脂砂由于其优异的性能，在铸造生产中应用发展很快。尽管各种造型工艺因使用范围不同而处于共存状态，但树脂砂仍占有绝对优势，其中尤以自硬树脂砂发展最快，但其也存在一定的缺陷，呋喃树脂砂的制备过程：固化剂+砂混均+树脂混均制成混合料后造型，成型后(砂型与砂芯)合箱，刷涂料、高温铁水浇注成铸件，若砂型的耐高温性能差，则浇注后铸件时易变形，因此，也需要提高呋喃树脂粘结剂的耐高温性能。

技术实现思路

1、要解决的技术问题：针对上述的技术问题，本发明的目的是提供一种耐高温生物基呋喃树脂粘结剂及其制备方法，采用了钇铝石榴石微粉来与梯度材料包覆莫来石晶须进行复合，梯度材料包覆莫来石晶须，莫来石晶须呈纤维状，被包覆结合于呋喃树脂中，在固化中，能够起到钉扎树脂裂纹和抑制收缩的作用，有效的阻止裂纹和收缩现象的产生，有助于提高呋喃树脂的强度，同时也利于提高其耐高温性能；钇铝石榴石本身由于具有极高的高温抗蠕变性能，因此能够提高呋喃树脂的耐高温性，同时，钇铝石榴石微粉来与梯度材料包覆莫来石晶须的热解温度并不完全同步，随着温度的升高，二者热量的传递和消解能够有助于延缓呋喃树脂的热解，从而进一步提高热稳定性，并且，纤维状的梯度材料包覆莫来石晶须与颗粒状的钇铝石榴石微粉在力学性能上也起到一个互补的作用。

2、技术方案：一种耐高温生物基呋喃树脂粘结剂，以重量份计，包括以下成分：糠醇50-80份、糠醛40-50份、5-羟甲基糠醛(5-hmf)10-20份、硅烷偶联剂0.3-0.6份、梯度材料包覆莫来石晶须8-12份、钇铝石榴石微粉3-5份、有机酸0.2-0.4份、氢氧化钠0.2-0.4份。

3、进一步的，所述梯度材料包覆莫来石晶须的制备方法为：

4、s1：将莫来石晶须与复合梯度材料搅拌混合均匀，获得混合料；

5、s2：将混合料置于湿式搅拌机中，加入研磨介质，进行研磨30-45min，即得。

6、进一步的，所述莫来石晶须直径为1-2μm，长径比为20-30。

7、进一步的，所述复合梯度材料为质量比为(2-3):2:1的mosi2粉、cr2o3粉和cr粉。

8、进一步的，所述莫来石晶须与复合梯度材料的质量比为(2-3):(3-2)。

9、进一步的，所述研磨介质为体积比为1:2:1:1的直径分别为20μm、35μm、50μm和80μm的陶瓷微珠，研磨介质和混合料的质量比为(4-5):1。

10、进一步的，所述钇铝石榴石微粉的粒径为0.5-1μm。

11、进一步的，所述有机酸包括磷酸、草酸和柠檬酸。

12、上述耐高温生物基呋喃树脂粘结剂的制备方法，包括以下步骤：

13、(1)将糠醇和糠醛加入反应釜中进行搅拌，再加入有机酸，继续搅拌15-20min；

14、(2)加热至100-120℃，反应3-4h；

15、(3)降温70℃以下，加入氢氧化钠，调节ph值为7，真空脱水；

16、(4)加入5-羟甲基糠醛和硅烷偶联剂，搅拌均匀；

17、(5)加入梯度材料包覆莫来石晶须和钇铝石榴石微粉，搅拌均匀；

18、(6)降温至30℃，停止搅拌20min，出料，即得。

19、进一步的，所述步骤(2)中加热过程中前2h，每小时测一次黏度，2h后，每0.5h测一次黏度，当70℃黏度达到15s时，每10min测一次黏度，当70℃黏度达到16-17s时立即执行步骤(3)的降温。

20、进一步的，所述步骤(3)中真空度＞825kpa，脱水温度≤68℃。

21、有益效果：

22、1、本发明采用梯度材料包覆莫来石晶须，莫来石晶须呈纤维状，被包覆结合于生物基呋喃树脂中，在固化中，能够起到钉扎呋喃树脂裂纹和抑制收缩的作用，有效的阻止裂纹和收缩现象的产生，有助于提高呋喃树脂的强度，同时也利于提高其耐高温性能。

23、2、本发明采用梯度材料对莫来石晶须进行包覆，由于mosi2粉、cr2o3粉和cr粉的热应力曲线和热膨胀系数不同，在遇到高温中能够实现热应力缓和，能够在树脂砂经受高温时，缓和树脂砂的热膨胀，有效地防止铸件产生热裂缺陷，又能够保证型砂在高温下保持一定的强度，而不会令砂型过早破坏而引起冲砂等缺陷，最终获得缺陷少的高品质铸件；并由于mosi2具有金属键和共价键的共同特征，是一种超耐高温材料，并且能与呋喃树脂进行更好的结合，从而提高呋喃树脂的耐高温性能。

24、3、本发明中采用了钇铝石榴石微粉来与梯度材料包覆莫来石晶须进行复合，钇铝石榴石本身由于具有极高的高温抗蠕变性能，因此能够提高呋喃树脂的耐高温性，同时，钇铝石榴石微粉来与梯度材料包覆莫来石晶须的热解温度并不完全同步，随着温度的升高，二者热量的传递和消解能够有助于延缓呋喃树脂的热解，从而进一步提高热稳定性，并且，纤维状的梯度材料包覆莫来石晶须与颗粒状的钇铝石榴石微粉在力学性能上也起到一个互补的作用。

25、4、本发明中，呋喃树脂在高温下，表面会与钇铝石榴石微粉来与梯度材料包覆莫来石晶须结合，形成致密的连续层，覆盖在树脂表面，从而进一步提高耐高温性能。

技术特征：

1.一种耐高温生物基呋喃树脂粘结剂，其特征在于，以重量份计，包括以下成分：糠醇50-80份、糠醛40-50份、5-羟甲基糠醛10-20份、硅烷偶联剂0.3-0.6份、梯度材料包覆莫来石晶须8-12份、钇铝石榴石微粉3-5份、有机酸0.2-0.4份、氢氧化钠0.2-0.4份。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温生物基呋喃树脂粘结剂，其特征在于，所述梯度材料包覆莫来石晶须的制备方法为：

3.根据权利要求2所述的一种耐高温生物基呋喃树脂粘结剂，其特征在于，所述莫来石晶须直径为1-2μm，长径比为20-30。

4.根据权利要求2所述的一种耐高温生物基呋喃树脂粘结剂，其特征在于，所述复合梯度材料为质量比为(2-3):2:1的mosi2粉、cr2o3粉和cr粉。

5.根据权利要求2所述的一种耐高温生物基呋喃树脂粘结剂，其特征在于，所述莫来石晶须与复合梯度材料的质量比为(2-3):(3-2)。

6.根据权利要求2所述的一种耐高温生物基呋喃树脂粘结剂，其特征在于，所述研磨介质为体积比为1:2:1:1的直径分别为20μm、35μm、50μm和80μm的陶瓷微珠，研磨介质和混合料的质量比为(4-5):1。

7.根据权利要求1所述的一种耐高温生物基呋喃树脂粘结剂，其特征在于，所述钇铝石榴石微粉的粒径为0.5-1μm。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种耐高温生物基呋喃树脂粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种耐高温生物基呋喃树脂粘结剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中加热过程中前2h，每小时测一次黏度，2h后，每0.5h测一次黏度，当70℃黏度达到15s时，每10min测一次黏度，当70℃黏度达到16-17s时立即执行步骤(3)的降温。

10.根据权利要求8所述的一种耐高温生物基呋喃树脂粘结剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中真空度＞825kpa，脱水温度≤68℃。

技术总结本发明提供了一种耐高温生物基呋喃树脂粘结剂及其制备方法。包括以下步骤：将糠醇和糠醛加入反应釜中进行搅拌，加入有机酸继续搅拌；加热反应；降温，加入氢氧化钠，调节pH值，真空脱水；加入5‑HMF和硅烷偶联剂搅拌均匀；加入梯度材料包覆莫来石晶须和钇铝石榴石微粉搅拌均匀即得。本发明采用了钇铝石榴石微粉来与梯度材料包覆莫来石晶须进行复合，梯度材料包覆莫来石晶须在固化中，能够起到钉扎树脂裂纹和抑制收缩的作用，有效的阻止裂纹和收缩现象的产生，利于提高其耐高温性能；钇铝石榴石微粉来与梯度材料包覆莫来石晶须的热解温度并不完全同步，随着温度的升高，二者热量的传递和消解能够有助于延缓呋喃树脂的热解，从而进一步提高热稳定性。技术研发人员：朱文英,于玲,戴旭,王全想受保护的技术使用者：苏州兴业材料科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5