[发明专利]一种3D砂型打印呋喃树脂用固化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种3D砂型打印呋喃树脂用固化剂及其制备方法，该固化剂由浓硫酸、苯系物、有机酸、乙醇、浸润剂制备得到，具有粘度低，水分低，游离酸低并且能够实现快速固化的优异性能：25℃时，粘度≤10mPa.s，含水量≤15％，游离酸≤10％。能够实现快速硬化，满足砂型喷墨打印的使用要求。

技术领域

本发明属于有机化学技术领域，特别涉及铸造粘结剂技术领域，具体涉及一种3D砂型打印用碱酚醛树脂及其制备方法，尤其是一种快速固化、低粘度、高强度、耐高温的酚醛树脂及其制备方法。

背景技术

随着和“互联网+”的融合，传统制造业的升级，数字化的绿色铸造是未来发展的趋势。3D砂型打印技术可以快速的实现各类大小尺寸，结构复杂，精度和性能要求较高的精密铸件砂型的打印，加快了铸造新产品研发的速度，降低了工艺研究的成本和风险，同时又能满足单件小批量的市场。

砂型铸造原辅料主要由原砂、固化剂和粘接剂组成。传统制芯工艺中所使用的原砂、粘接剂及其他添加物已完全实现国产，性能和质量几乎达到国际同类型产品水平，且价格更低。3D打印所使用的原砂在粒度及均匀性方面要求较高，加工工艺复杂。部分设备厂家，特别是进口设备厂家认可的粘接剂和固化剂都是进口产品，因为质量不合格的粘接剂或固化剂会对打印质量和设备零部件寿命产生重大影响。因此，研究可用于3D打印的树脂粘结剂体系具有一定的前瞻性意义。

目前国内已有少数企业和高校发表了关于3D砂型打印用粘结剂的专利，走在了国内前沿，却鲜见专门针对3D砂型打印用固化剂的报道，而普通粘结剂用固化剂的指标水平要求并不高，从而导致将其应用于3D砂型打印领域时，其过高的粘度和较慢的固化速度无法满足喷墨打印机的使用要求。此外，固化剂对设备的寿命影响也是无法忽略的重大问题。因此，必须对其进行改进，配套开发不同3D打印粘结剂体系的固化剂。本发明通过技术创新，开发了一种低粘度、低水分、低游离酸，能够实现快速固化、性能稳定的3D砂型打印呋喃树脂用固化剂。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术之不足，提供了一种3D砂型打印呋喃树脂用固化剂及其制备方法，得到了一种低粘度、低水分、低游离酸，能够实现快速固化3D砂型打印呋喃树脂用固化剂。

为解决上述技术问题，本发明的3D砂型打印呋喃树脂用固化剂，其由如下重量份的组分混合制备得到：浓硫酸20～50份、苯系物5～20份、有机酸5～20份、乙醇15～60份、浸润剂1～5份。

优选地，本发明的3D砂型打印呋喃树脂用固化剂，其由如下重量份的组分混合制备得到：浓硫酸30～45份、苯系物10～15份、有机酸5～15份、乙醇30～45份、浸润剂3～5份。

本发明优选的技术方案中，所述苯系物为甲苯、乙苯和二甲苯中的一种或多种的混合，优选为甲苯。

本发明优选的技术方案中，所述有机酸选自水杨酸、柠檬酸、草酸、鞣酸和甲酸中的一种或多种的混合，优选为鞣酸。

本发明优选的技术方案中，所述浸润剂选自液体石蜡、环氧乳液、脂肪族聚氧乙醚、硬脂酸、甲基丙烯酸羟乙酯和醋酸乙烯酯中的一种或多种的混合。

本发明第二方面提供3D砂型打印呋喃树脂用固化剂的制备方法，其包括如下步骤：

(1)投入计量的苯系物；

(2)滴加计量的浓硫酸，控制反应温度不超过60℃；

(3)升温至110～120℃，保温2～8h；

(4)冷却至50℃以下，滴加计量的乙醇，控制反应温度不超过50℃；

(5)滴加完毕，加入计量的有机酸和浸润剂，搅拌出料。

本发明优选的技术方案中，所述苯系物为甲苯、乙苯和二甲苯中的一种或多种的混合，优选为甲苯。