PL218510B1 - Sposób otrzymywania żywicy rezolowej do materiałów ściernych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania żywicy rezolowej do materiałów ściernych, przede wszystkim do produkcji tarcz ściernych.

Z publikacji literaturowych A. Knop, V. Śejb, Fenol'nyje smoly i materiały na ich osnowe, Moskva Chimija, 1983, 59-62 oraz A. Gardziela, L.A. Pilato, A. Knop, Phenolic Resins, Springer-Verlag, 1999, 323-325 wiadomo, że kompozycje do otrzymywania materiałów ściernych składają się z ziaren ściernych, napełniaczy i środków wiążących. Z kolei środki wiążące stanowią mieszaniny ciekłych rezoli i proszkowych (zmielonych) nowolaków z urotropiną. Ciekłe żywice rezolowe służą do zwilżania kompozycji składników. Nadają jej płynność i dużą stabilność właściwości w stanie nieutwardzonym. Zapewniają dobrą charakterystykę eksploatacyjną wyrobów ściernych, szczególnie wysoką wytrzymałość mechaniczną. Stosowane rezole mogą być wysoko- i małoalkaliczne lub obojętne. Charakteryzują się małym stopniem kondensacji i wykazują duży rozrzut ciężarów cząsteczkowych, dużą zawartość wolnego fenolu oraz szczególnie wysoką zdolność absorpcji proszku (nowolaku) dając mieszaninę o wysokiej adhezji. Ich lepkość waha się w granicach 500 - 4000 mPas (20°C) a zawartość umownych części nielotnych w granicach 70 - 80%.

Oprócz ciekłych żywic fenolowo-formaldehydowych stosuje się aldehyd i alkohol furfurylowy, krezole i olej antracenowy. Do syntezy ciekłych rezoli otrzymywanych z fenolu i formaldehydu w charakterze katalizatora stosuje się ług sodowy lub węglan sodowy. Przykładowa żywica mająca zneutr a lizowany katalizator posiada następujące właściwości:

• zawartość umownych części nielotnych - 81% • zawartość wolnego fenolu - 12% • mieszalność z wodą - 10:4 • lepkość w 20°C, mPas - 3500

W sposobie opisanym w patencie EP 0588013 żywicę otrzymuje się w wyniku kondensacji fenolu z formaldehydem w stosunku molowym 1 : 1,5 do 1 : 2,5 w obecności alkaliów (NaOH), których zawartość w roztworze reakcyjnym waha się w granicach 1,0 do 5,0 części wagowych. Mieszaninę reakcyjną modyfikuje się mocznikiem w ilości do 10% w przeliczeniu na zawartość umownych części nielotnych. Potem 50 - 100% katalizatora neutralizuje się kwasem salicylowym w temperaturze 50 - 60°C, w czasie 0,5 - 2 godzin. Częściowa a nawet całkowita neutralizacja silnego, alkalicznego katalizatora kwasem salicylowym powoduje, iż niepożądanie wpływa on na skrócenie procesu utwardzania żywicy rezolowej.

W polskim patencie 198670 opisano sposób otrzymywania ciekłej żywicy fenolowej do produkcji tarcz ściernych. Otrzymuje się ją przez kondensację fenolu z formaldehydem katalizowaną wodorotlenkiem baru. Reakcję prowadzi się przy stosunku molowym fenol : formaldehyd : wodorotlenek baru jak 1 : 1,0 - 1,45 : 0,01 - 0,06, w temperaturze 50 - 100°C a następnie neutralizuje się kwasem siarkowym lub siarczanem amonowym do pH 5,0 - 8,0 po czym uzyskaną żywicę zatęża się do uzyskania wody poniżej 10% wagowych, i modyfikuje się aminosilanami.

Celem wynalazku było opracowanie nieskomplikowanego sposobu wytwarzania żywicy fenolowo-formaldehydowej typu rezolowego, charakteryzującej się następującymi właściwościami:

• zawartość części nielotnych (3 g, 150°C, 1 h) - 75-5 + 82% • lepkość (20°C) - 1000 + 6000 mPa^s • czas żelowania (130°C, 0,5 ml) - 5 + 10 minut

Nieoczekiwanie okazało się, że uzyskanie ciekłej żywicy rezolowej przydatnej do produkcji tarcz ściernych jest możliwe w procesie współkondensacji fenolu i o-krezolu z formaldehydem, katalizowanej wodorotlenkiem baru, bez konieczności neutralizowania katalizatora po zakończeniu reakcji, z dodatkiem środków sprzęgających.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że kondensację fenolu i o-krezolu z formaldehydem prowadzi się przy stosunku molowym 1:0,01 + 0,05:1,5 + 2,0 w obecności wodorotlenku baru w ilości 0,01 + 0,05 mola na 1 mol fenolu, w temperaturze 50 + 100°C, w czasie 60 + 480 minut, po czym żywicę zatęża się do uzyskania lepkości w granicach 1000 + 6000 mPa^s i dodaje się 0,05 + 1,0% wagowych środka sprzęgającego.

Korzystnie jest, jeżeli jako środek sprzęgający stosuje się gamma-aminopropylotrietoksysilan.

Korzystnie jest, jeżeli żywicę modyfikuje się środkiem sprzęgającym bezpośrednio po zatężeniu żywicy.

PL 218 510 B1

Korzystnie jest, jeżeli środek sprzęgający dodaje się bezpośrednio do procesu wytwarzania tarcz ściernych.

P r z y k ł a d 1.

Do reaktora wprowadza się 188,2 g fenolu, 3,25 g o-krezolu, 228,8 g formaliny o stężeniu 42% i 6,5 g wodorotlenku baru. Kondensację prowadzi się w temperaturze 68 ± 1°C przez 85 minut a następnie w temperaturze 85 ± 1°C przez 185 minut. Otrzymaną żywicę zatęża się metodą destylacyjną do lepkości 3150 mPa^s (20°C). W temperaturze około 20°C dodaje się środek sprzęgający gammaaminopropylotrietoksysilan o fabrycznej nazwie Aminosilan A - 1100 w ilości 1,2 g.

Otrzymany produkt posiada następujące właściwości:

• zawartość części nielotnych (3 g, 150°C, 1 h), % - 78,5 • czas żelowania (130°C, 0,5 ml), minut - 7

P r z y k ł a d 2.

Do reaktora wprowadza się 188,2 g fenolu, 9,3 g o-krezolu, 253,6 g formaliny o stężeniu 45% i 13,8 g wodorotlenku baru. Kondensację prowadzi się w temperaturze 64 ± 1°C przez 100 minut a następnie w temperaturze 95 ± 1°C przez 155 minut. Otrzymaną żywicę zatęża się do uzyskania lepkości 4600 mPa^s (20°C). W temperaturze około 20°C dodaje się środek sprzęgający Aminosilan A - 1100 w ilości 1,5 g.

Otrzymany produkt posiada następujące właściwości:

• zawartość części nielotnych (3 g, 150°C, 1 h), % - 81,5 • czas żelowania (130°C, 0,5 ml), minut - 7

P r z y k ł a d 3 porównawczy

Do reaktora o pojemności 5 m³ wprowadza się 1650 kg fenolu, 56,8 kg o-krezolu, 2190 kg formaliny o stężeniu 42% oraz wodorotlenek baru (Ba(OH)2 x 8 H2O) w ilości 110,6 kg. Kondensację prowadzi się w temperaturze 74 ± 1°C przez 100 minut a następnie w temperaturze 90 ± 1°C przez 115 minut. Otrzymaną żywicę zatęża się do uzyskania lepkości 4100 mPa^s (20°C).

Otrzymany produkt posiada następujące właściwości:

• zawartość części nielotnych (3 g, 150°C, 1 h), % - 79,6 • czas żelowania (130°C, 0,5 ml), minut - 7,5

P r z y k ł a d 4.

Do 995 kg żywicy wyprodukowanej jak w przykładzie 3 dodaje się 5 kg środka sprzęgającego Aminosilan A -1100. Czas żelowania żywicy (130°C, 0,5 ml) wynosi 8 minut.

Przy użyciu partii żywicy wyprodukowanych w przykładach 3 i 4 prowadzi się próby produkcji tarcz ściernych. Tarcze ścierne wytworzone przy zastosowaniu żywicy otrzymanej w przykładzie 3 nie odpowiadają wymaganiom. Charakteryzują się stosunkowo niskimi parametrami eksploatacyjnymi, nadmiernym zużyciem. Tarcze ścierne wyprodukowane z zastosowaniem żywicy zmodyfikowanej środkiem sprzęgającym, otrzymanej w przykładzie 4 posiadały właściwości eksploatacyjne zgodne z wymaganiami. Tarcze ścierne wyprodukowane z użyciem żywicy otrzymanej w przykładzie 3 posiadały wymagane właściwości eksploatacyjne jeżeli środek sprzęgający Aminosilan A - 1100 dodany został do mieszaniny ziaren korundowych, topników i napełniaczy stosowanych przy produkcji tarcz ściernych.

Claims (4)

1. Sposób otrzymywania żywicy rezolowej do materiałów ściernych, znamienny tym, że kondensację fenolu i o-krezolu z formaldehydem prowadzi się przy stosunku molowym 1 : 0,01 + 0,05 : 1,5 + 2,0 w obecności wodorotlenku baru w ilości 0,01 + 0,05 mola na 1 mol fenolu, w temperaturze 50 + 100°C, w czasie 60 + 480 minut, po czym żywicę zatęża się do uzyskania lepkości w granicach 1000 + 6000 mPa^s i dodaje się 0,05 + 1,0% wagowych środka sprzęgającego.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako środek sprzęgający stosuje się gammaaminopropylotrietoksysilan.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że żywicę modyfikuje się środkiem sprzęgającym bezpośrednio po zatężeniu żywicy.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że środek sprzęgający dodaje się bezpośrednio do procesu wytwarzania tarcz ściernych.