ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОЛИЗНОГО ЛИГНИНА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СМОЛ ТИПА ПУЛЬВЕРБАКЕЛИТА. Сообщение II: Получение смол при соотношении фенола к лигнину 2:1 и 3: 1 Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО

ИНСТИТУТА имени С. М. Кирова

1964

Том 126

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОЛИЗНОГО ЛИГНИНА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СМОЛ ТИПА ПУЛЬВЕРБАКЕЛИТА

Сообщение II: Получение смол при соотношении фенола к лигнину 2:1 и 3: 1

Л. А. ПЕРШИНА, А. Н. НОВИКОВ, А. И. ГАЛОЧКИН

(Представлена межвузовской конференцией, посвященной М. В. Ломоносову) (Сообщение I см. Известия Томского политехнического института, том 112, 1962)

Ранее полученная нами [1] лигнофенолформальдегидная смола при соотношении фенола к лигнину 1 : 1 дает возможность готовить заменитель с прочностью на разрыв, значительно уступающий пульвербаке-литу. С целью улучшения ее качественных показателей мы приготовили лигнофенолформальдегидную смолу при весовом отношении фенола к лигнину 2 : 1 и 3 : 1. Как и следовало ожидать, оптимальные количества формалина при указанном соотношении фенола к лигнину оказались иными; влияние же остальных условий синтеза (времени, температуры, катализаторов) не изменилось (см. таблицы).

Лигнофенолформальдегидную смолу готовили в две стадии, используя лигнин с показателями, приведенными ранее [1]. Вначале конденсировали фенол с лигнином, затем добавляли формалин. Сушили смолу при атмосферном давлении до температуры каплепадения 110—125°.

Формы для оболочкового литья готовят из кварцевого песка с добавлением от 4 до 8% пульвербакелита. На горячую металлическую модель (температура 300°) наносится указанная смесь и форма выдерживается в печи при температуре 350—400° 2—3 минуты. Снятая форма с модели должна обладать достаточной механической прочностью и отвечать ряду других требований. Для того, чтобы приблизить условия механических испытаний заменителя пульвербакелита к условиям его производственного использования, мы качество смолы определяли величиной, характеризующей прочность на разрыв песчаных образцов (восьмерок), приготовленных на связующем из лигнофенолформальде-гидной смолы с добавлением уротропина.

Для того, чтобы получить шесть образцов, 342 г песка увлажняли 1,2 мл керосина (0,3% к песку) в железном противне размером 20X20 см и тщательно перемешивали. К полученной массе, распределенной ровным слоем по противню, добавляли 16,2 г смолы, предварительно растертой, просеянной через сито с диаметром отверстий 0,08 мм и смешанной с 1,8 г уротропина, равными частями в три прие-46

ээеоеа

~ !1; !|!

1 111[ _и_

4 ¥

Н"

Рис. 1. Общий вид формы для приготовления образцоз

Рис., 2- Нижняя плита формы (деталь 3).

£

и

X

||| |'| 1!» М II

63" €5

295

78 ... /е 78 . /0 7в {й£ Ю

1 | | \

.......... ~......1! 1 3

Рис. 3. Разъемная матрица формы (деталь 2).

- 78 ю г/1 76

'1

л'Ог-I—-к

*ч

Т

Рис. 4. Разъемная матрица ^.ормы (деталь I).

ма и все тщательно перемешивали. Смесь делили на 6 частей по 60 г на каждый образец. Далее в смазанную металлическую модель, вид и разрез которой представлены на рис. 1—4, при температуре модели 280—300° (нагревали в муфельной печи), засыпали смесь трех образцов. Модель помещали в муфельную печь при температуре 350° на 3 минуты. После охлаждения образцов определяли их прочность на разрыв. Из шести образцов находили среднее значение. В аналогичных условиях испытывали заводской пульвербакелит.

Результаты исследований и условия синтезов приведены в табл. 1, 2, 3, 4.

Таблица 1

Влияние количества формалина на механическую прочность смол. Фенола 400 г, лигнина 210 г, (5% влажности), соляной кислоты 3% к фенолу, время и температура

второй стадии 2 ч и 90—95°С

л Колич. форма- Первая стадия Результаты испытаний

ч о 2 о Оч лина 32 % >> н СО О. колич. фенола, % предел прочности на разрыв, кг\см%

<и О Г мл <и л н О. время (часы первая стадия вторая стадия сухая смола корундовых форм песчаных форм

123 318,0 140 13 47,0 6,0 2,2 20,0 .

136 280,0 140 13 — 4,2 3,2 18,3 —

130 250,0 140 13 — 4,9 4,1 43,3 —

134 230,0 140 13 — 5,5 4,9 43,1 —

128 210,0 140 13 — — 6,3 46,1 —

139 160,0 140 13 — 13,3 — 36,9 _

119 107,0 140 13 — 21,4 5,3 33,4 —

152 250,0 120 8 — — — — 1,8

151 230,0 ЬО 8 — — — 5,5

155 210,0 120 8 — 6,6 — — 9,3

137 190,0 120 8 — — — 38,0 —

Таблица 2

Влияние количества формалина на прочность образцов из ЛФФ смолы. Фенола 400 г, лигнина 200 г с 5% влажностью, серной кислоты 2,2 мл (уд. веса 1,83). Температура и время: первой стадии—120°С, 8 ч, второй—95—100°С, 2 ч.

Результаты испытаний

Формалина 32 % фенола, % скорость Температура каплепадения, °С Прочность на разрыв песчаных форм кг ¡см2

о г о 2 МЛ первая стадия вторая стадия сухая смола полимеризации, в секундах вторая стадия сухая смола

230 39,3 8,9 _ 65 _ 149 5,7

210 — 7,0 3,6 85 67 132 9,2

190 49,8 10,0 6,0 90 63 108 10,2

Пульвербакелит 13,14

Таблица 3

Результаты варки ФЛФ смолы в лабораторном реакторе. Фенола 4 кг, лигнина 2,1 кг (с 5% влажностью) серной кислоты уд. веса 1,83 1% к весу фенола; температура первой стадии 120°, второй — 95—100°, время второй стадии 2 ч

№ смол Количество формалина 32 И, в мл Время первой стадии (часы) Результаты испытаний

фенола, % СН20 второй стадии, в % скорость полимеризации, в сек температура капле-падения, в °С прочность на разрыв песчаных образцов, в к г ¡см2

первая стадия вторая стадия сухая смола вторая сухая стадия | смола

7 2100 8 48/2 9,4 5,9 0,8 95 64 118 9,1

7-2 2100 8 49,1 7,7 5,9 — 93 74 110 7,5

15 2100 8 — 9,8 6,2 — 105 79 108 8,2

5 2100 6 49,7 10,5 7,7 0,5 75 90 136 9,6

9 J 2100 4 54,1 5,7 J 3,9 — 70 85 130 8,2

10 1900 8 — 11,4 9,7 — — 52 114 9,0

11 1900 8 44,2 — 9,0 — 105 64 114 10,8

14 1900 8 42,4 11,8 8,8 — 105 57 114 11,0

13 1900 6 __ 8,0 4,5 0,4 65 | 60 117 9,4

Пульвербакелит (из фенолформальдегидной смолы) 5,0 — 80-115 — 105-115 15,0

Табл. 1, 2, 3 включают данные, полученные при синтезах смол с отношением фенола к лигнину 2:1; табл. 4 — 3:1. Сведения о синтезе смол, в лабораторном реакторе из нержавеющей стали емкостью 8 литров приводятся в табл. 3. :

Лучшая по качеству лигнофенолформальдегидная смола получена при весовом отношении фенола к лигнину 3 : 1. При этом на 1 моль фенола надо брать 0,5 молей формальдегида. По прочности на разрыв песчаных образцов смола не уступает пульвербакелиту. Выход на фенол 130% (для фенолформальдегидной смолы 105%).

Таблица 4

Влияние количества формалина на прочность образцов из ЛФФ смолы. Фенола 400 г, лигнина 144 г с влажностью 8%, серной кислоты 2,2 мл (уд. веса 1,83).

Температура и время: первой стадии—125°С, 8 ч; второй стадии—100—105°С, 2 ч. Свободного фенола после 1 стадии 48%. Фенола в сухой смоле не более 5%.

Количество форма- Результат ы исследований

после второй стадии сухой смолы

О 3 о g лина 38 °/о, мл фенола, % температура кап-лепадения, °С температура каплепадения, °С прочность на разрыв песчаных форм, к г ¡см2

104 140 _ 31 110 8,0

105 145 14,8 31 111 7,7

138 150 13,2 31 113 10,3

99 155 12,5 31 111 9,3

107 160 12,2 33 109 10,2

109 165 И,7 41 110 11,3

110 170 — 53 111 13,0

102 175 8,9 50 124 10,5

1L>0 180 7,6 49 115 8,0

121 185 54 124 5,2

122 190 пул ьверба-келит 4,3 65 110 5,5 13-14

Выводы

1. Установлены оптимальные условия получения лигнофенолфор-мальдегидной смолы при отношении фенола к техническому сернокислотному гидролизному лигнину 2 : 1 и 3 : 1. Смола предназначается для приготовления заменителя пульвербакелита.

2. Испытания показали, что прочность песчаных образцов, приготовленных на связующем из лигнофенолформальдегидной смолы, полученной при отношении фенола к лигнину 3 : 1, не уступает образцам па основе пульвербакелита.

ЛИТЕРАТУРА

1. А. Н. Н о в и к о в, Л. А. Перши на, М. И. М о и с е е н к о, В. И, Комарова. Известия Томского политехнического института, т. 112, 1962.