§ 45.

Синтетические смолы - часть 1

В качестве связующих при изготовлении оболочковых форм и стержней применяют жидкие или твердые фенолформальдегидные, мочевиноформальдегидные и фурановые термореактивные смолы.

Для изготовления сухих песчано-смоляных смесей наибольшее применение нашли твердые новолачные фенолформаль-дегидные смолы с гексометилентетрамином (уротропином). Твердые синтетические смолы разделяются на термопластичные и термореактивные. Термопластичные — это смолы, которые стабильны при обычных температурах и давлениях, но способны при нагревании деформироваться и плавиться, причем эта способность не теряется при многократном нагреве. Термореактивная смола первоначально под влиянием температуры способна плавиться, а при дальнейшем нагревании претерпевать химические превращения и необратимо отверждаться. Это свойство термореактивной смолы используют в процессе литья в оболочковые формы. Для изготовления смесей, обладающих прочностью на сжатие в сыром состоянии, используют жидкие термо-реактивные смолы.

Являясь одним из основных материалов в рассматриваемом процессе, синтетическая смола должна отвечать следующим требованиям: не терять своих свойств при длительном хранении, быстро отверждаться при нагреве, обеспечивать высокую удельную прочность смесям в отвержденном состоянии (при растяжении и изгибе), обеспечивать смесям хорошие технологические свойства, быть стандартной и недефицитной. Все синтетические связующие относятся к конденсационным смолам. Конденсационные смолы образуются в результате реакции поликонденсации не менее двух химических веществ. Этим методом получают фенолформальдегидные, мочевиноформальдегидные, фурановые и другие смолы.

Фенолформальдегидные смолы

Исходным сырьем для получения фенолформальдегидных смол являются фенолы и формальдегид. Формальдегид (СН2О) получается путем окисления метилового спирта кислородом воздуха и представляет собой бесцветный газ с резким неприятным запахом. Выпускается он в

виде 40%-ного водного раствора формалина. Фенолами называются соединения типа R С6Н5ОН, где R — органический радикал или водород. Эти соединения представляют собой бесцветные игольчатые кристаллы с характерным запахом карболовой кислоты. Основным источником фенола служат каменноугольный деготь и продукты крекинга нефти.

Фенолформальдегидная смола образуется при реакции между фенолом и формальдегидом в присутствии катализаторов. В зависимости от количества формальдегида, введенного в реакцию. и природы катализатора получают термореактивные или термопластичные смолы. Так, при недостатке формальдегида в присутствии кислого катализатора образуются плавкие термопластичные смолы-новолаки. При использовании щелочных катализаторов и избытка формальдегида получают смолы резольного типа.

Выпускаемые химической промышленностью новолаки представляют собой твердые, термопластичные, прозрачные смолы с температурой каплепадения в пределах 95—115°С и содержанием свободного фенола от 2 до 9%. Новолаки плавятся при температуре около 100° С, образуя жидкую легкоподвижную смолу; при охлаждении они застывают, а при нагревании плавятся вновь.

Для получения прочных технических продуктов, не плавящихся при высоких температурах, в новолаки необходимо ввести дополнительно формальдегид. На практике вместо газообразного формальдегида или его водного раствора (формалина) вводят кристаллическое соединение формальдегида и аммиака — уротропин—(CH2)6N4. Уротропин при нагревании разлагается на формальдегид, аммиак и другие газообразные продукты. Выделяющийся формальдегид придает смоле необходимую техническую прочность. Жидкие резольные смолы отверждаются при нагреве за счет избытка формальдегида, содержащегося в них.

В процессе отверждения термореактивных смол (переход в необратимое состояние) можно заметить три характерных состояния смолы: твердая, плавкая (при температуре 50—60° С), или жидкая, и растворимая смола — резол, или смола в состоянии А. При последующем нагревании этой смолы цепи ее молекул соединяются между собой; при этом она переходит в состояние В-резитол (тягучую резиноподобную массу). Смола теряет способность плавиться или растворяться, но может еще размягчаться. При дальнейшем нагревании смолы образуется резит, или смола в стадии С; при этом она теряет возможность размягчаться и набухать в органических растворителях. В таком состоянии смола приобретает необходимую прочность и стойкость к температурным воздействиям. Время перехода смолы из плавкой и растворимой (стадия А) в неплавкое и нерастворимое состояние (стадия С) называется скоростью отверждения. Скорость отверждения резольных смол несколько уступает скорости отверждения новолачных смол с уротропином.

В СССР выпускается ряд марок твердых новолачных фе-нолформальдегидных смол, пригодных в качестве связующих для оболочковых форм и стержней.

Связующее ПК-Ю4 представляют собой тонкоизмельченную смесь новолачной фенолформальдегидной смолы марки 104 с уротропином в количестве 7,4—8%- Связующее выпускается заводами химической промышленности по ГОСТ 13507—68. Новолачная смола марки 104«К» (ЗТУ IIX-10-66) представляет собой твердую хрупкую смолу и выпускается в виде чешуек. Высокая температура каплепадения обеспечивает хорошие технологические свойства смеси, а малое количество фенола улучшает условия труда. Для сохранения стабильности свойств связующего ПК-Ю4 и смолы марки 104«К» их необходимо хранить в сухом помещении в закрытой таре при температуре не выше 25° С.

Физико-механические свойства связующего ПК-104 имеют следующие показатели: подвижность расплава в пределах 40— 90 мм; предел прочности при статическом изгибе образцов из песчано-смоляной смеси не ниже 48 кгс/см2; остаток на сите с сеткой № 01 не более 2% (ГОСТ 13507—68).

Связующее ПК-104 применяют при изготовлении сухих неп-лакированных и плакированных песчано-смоляных смесей холодным способом. Смолу марки 104«К» в виде чешуек применяют при изготовлении плакированных песчано-смоляных смесей горячим способом.

Смола 18 (ТУ 35-XII-537-63) является твердым новолаком и получается конденсацией фенола с формальдегидом в присутствии щавелевой кислоты в качестве катализатора. Смола содержит свободного фенола не более 9%, имеет температуру каплепадения в пределах 90—105° С и применяется для изготовления плакированных песчано-смоляных смесей горячим способом.