[发明专利]一种铸造用的水溶性酚醛树脂复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种铸造用低甲醛含量的水溶性酚醛树脂复合材料及其制备方法，该树脂属于热固性树脂，可以当作粘结剂用于粘结铸造型砂，具有较低的甲醛含量、粘度。由于树脂中使用了大量的碱木质素，不但可以降低成本，更加能大幅降低铸造过程中甲醛和苯酚的释放量，使得这种树脂与同类产品相比，更加环保低毒，有助于铸造行业持续健康的发展。

技术领域

本发明属于有机化学技术领域，具体涉及铸造行业所用的粘结剂技术领域，特别涉及一种水溶性酚醛树脂复合材料的制备方法，通过该合成方法，可以降低酚醛树脂中游离甲醛的含量和生产成本。

背景技术

酚醛树脂由于其较好的粘结性，因此广泛的应用在铸造行业，用作浇铸壳模的胶黏剂。其铸造型砂溃散性好、发气性低，因此在高端铸造行业广泛使用。铸造行业使用的酚醛树脂，主要分为热固性酚醛树脂和热塑性酚醛树脂，热塑性酚醛树脂在生产过程中，苯酚与甲醛的摩尔比一般大于1，因此游离甲醛含量很低。而铸造业使用的热固性酚醛树脂，是一种水溶性酚醛树脂，主要是碱性条件下催化合成的，合成树脂的原料中，甲醛和苯酚的摩尔比一般大于1，甲醛过量，因此这种水溶性的酚醛树脂中，游离甲醛的含量比较高，会产生较大的甲醛味，造成铸造车间甲醛含量超标，严重危害工人的身体健康，引发多种疾病。如何降低水溶性酚醛树脂中游离的甲醛含量，是一个非常重大的课题。

木质素是一种存在于植物的酚类聚合物，其分子结构中存在着芳香基、酚羟基、醇羟基、羰基、甲氧基、羧基、共轭双键等活性基团。其在碱性条件下，可以与甲醛反应，而在酸性条件下，可以跟苯酚反应。然而木质素溶解性差，直接加入到酚醛树脂中，导致分散不均，并发生沉降，影响酚醛树脂的质量。本文中选用了碱木质素添加到酚醛树脂中，碱木质素易溶于碱性水溶液中，碱性条件下具有更多的活性位点与甲醛反应，使得木质素羟甲基化，因此可以用于降低水溶性酚醛树脂中的残留甲醛，达到降低水溶性酚醛树脂中游离甲醛的目的，同时也可以降低酚醛树脂的生产成本。

虽然很多文献和专利报告过木质素添加在酚醛树脂中，用于改性酚醛树脂，降低成本。但是之前的文献所述方法生产的酚醛树脂，主要用于人造板粘结剂(CN105694779A和CN105111394A)，并不适用于粘结型砂应用在铸造行业，且生产工艺过程与本文所述的方式完全不同。铸造行业使用的酚醛树脂需要有较低的粘度，高粘度的酚醛树脂不利于型砂混合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于为了降低酚醛树脂中游离甲醛的含量，同时降低酚醛树脂的成本，提供了一种可以用于铸造行业的水溶性酚醛树脂复合材料。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是一种铸造用低甲醛含量的水溶性酚醛树脂复合材料，其制备方法包含以下步骤：

(1)向苯酚中加入碱性催化剂和水，搅拌加热至65～75℃温度，预反应1～30分钟，得到混合液A，水与苯酚的摩尔比为7～10，碱性催化剂添加量为总质量的5％～10％；

(2)向上述混合液A中滴加甲醛溶液，甲醛与苯酚的摩尔比为1.5～2.5，保温65～75℃反应30-60分钟，得到溶液B；

(3)将上述溶液B温度升高到85～95℃温度，继续反应30分钟，

(4)向反应体系中加入碱木质素，85～95℃温度反应30分钟，得到溶液C；

(5)将温度降至70℃以下，向溶液C中加入乙酰丙酮，搅拌至20～50℃以后出料，得到本发明的水溶性酚醛树脂复合材料。

优选地，所述碱性催化剂为氢氧化钠或者氢氧化钾。

优选地，所述步骤(1)为预反应，此过程中，苯酚分子在碱性条件下被活化，生成亲和性很强的苯氧负离子，更加容易跟甲醛反应，生成一羟甲基苯酚。

优选地，木质素添加量为苯酚质量的1％-20％。