203900. lajstromszámú szabadalom • Katalizátor kompozíció furángyantás öntőformák és magok előállításához, és eljárás öntőformák és magok készítésére
1 HU 203 900 B 2 moreaktivitás elérése, és így azonos műveletidd alkalmazása mellett a hot-box eljárással gyártott magok teljes keresztmetszetében történd átkeményítésének biztosítása. Idevágó vizsgálataink eredményei alapján megállapíthattuk, hogy a hidegen és/vagy melegen szilárduló fiirángyantás formázást és magkészítést, a technológiák termelékenységét a furángyanta polikondenzációs kémiai reakciója közben alapvetően háromféle jellegzetes reakcióeffektus időbeli lefutása határozza meg.- Az első, hogy a tűzálló szemcséket bevonó, azokat összetartó furángyanta-katalizátor-elegyben a protonkatalízis hatására beinduló polikondenzációs reakciómechanizmusban melléktermékként víz képződik, ami közismerten nagy párolgáshője révén nehezen távozik a rendszerből, ezáltal fékezi a kémiai reakció időbeni lefutását, vagyis késlelteti az öntőformák, magok megszilárdulását.- A második, hogy a polikondenzációs reakciómechanizmusban formaldehidgáz szabadul fel, amely diffúzió útján az üzem légterébe távozik.- A harmadik és egyben a legfontosabb az, hogy polikondenzációs reakció lefutását kisebb, vagy nagyobb mértékben exoterm reakcióhőfejlődés kíséri. Fentiek alapján könnyen érthetővé válik, hogy a módosított furángyanta-protonkatalízissel iniciált polikondenzációs kémiai reakciójának időbeni lefutását alapvetően az alkalmazott gyantakatalizátor kötőanyagiendszer belső energia tartalmának nagysága határozza meg. Vagyis a gyanta keményedését biztosító polikondenzációs kémiai reakció a legnagyobb sebességgel akkor megy végbe, amikor az alkalmazott furángyanta-katalizátor-elegyrendszer a lehető legrövidebb időtartamon belül képes a folyamat által a legnagyobb exoterm reakcióhőtermelést biztosítani. Ez az egyik legdöntőbb effektus azért, mert csakis a reakciófolyamat által időegység alatt megtermelt exoterm reakcióhő nagysága alkalmas arra, hogy a folyamat melléktermékeként keletkező kondenzvizet a lehető legrövidebb időn belül képes legyen a gélesedő kötőanyagrendszerből eltávolítani és ezáltal a reakciót a szilárd gyantaképződés irányában felgyorsítani. A másik döntő új effektus az, ha katalizátorként olyan molekulaszerkezeti adottságokkal bíró organikus szulfonsavat alkalmazunk a polikondenzációs kémiai reakció sebességének szabályozott gyorsítására, amely polifunkciős feladatokat is képes ellátni. Vagyis erős proton-donor hatás mellett, maximális exoterm reakcióhőt képes termelni, ezzel egyidejűleg, mint kémiailag reaktív kötőképes monomer molekula, a melléktermékként keletkező formaldehidet képes megkötni és a furánváz kötőképes helyével és/vagy a gyantaoldatban jelen lévő karbamid-monomerrel és/vagy mindkettővel kémiai reakcióba lépni. Ezáltal a térhálósodó furángyanta végső szilárd molekulaszerkezetének kialakításában képes funkcionálisan - beavatkozni - részt venni. Ismeretes, hogy a hidroxilcsoport helyzete a szulfonsavcsoporthoz képest alapvetően befolyásolja a vegyület savasságának mértékét A savasság mértéke a leggyengébb a para-helyzetben, ugyanakkor orto-helyzetben a savasság a legerősebb. Ennek megfelelően azt tapasztaltuk, hogy ha a fenol szulfonálását oly módon irányítjuk, hogy a végtermékben orto-fenol-szulfonsav izomer vegyület legyen jelen és ezt a terméket megfelelő koncentrációjú vizes alkoholos oldat formájában alkalmazzuk hidegen és/vagy melegen szilárduló fiirángyantás öntödei formázó- és maghomokkeverék-rendszerek előállítására, az öntőformák és magok szilárdulási reakciójának gyorsítása céljából, oly nagy nyomószilárdsági értékek alakulnak ki, hogy az öntőformák, magok hidegszerszámból történő deformációmentes kiemeléséhez már 8-12 perc várakozási időtartam is elegendőnek bizonyul, és ugyanakkor jelentősen csökken a kötés közben felszabaduló formaldehidgáz mennyisége. A hot-box eljárás szerinti maghomokkeverék-rendszerek elkészítéséhez történő alkalmazásakor pedig azt tapasztaltuk, hogy az orto-fenol-szulfonsav nagyobb termoreaktivitása, exoterm hőteremlő képessége következtében 50-60 °C-kal alacsonyabb szerszámhőmérséklet alkalmazása mellett is nagyobb termoreaktivitást lehet biztosítani, mint amit a krezolos kénsav-katalizátoroldat nyújt, mert előnyös komplex hatásai miatt a hot- box magok teljes keresztmetszetükben átkeményednek az adott műveletidő alatt. Ezáltal csökken a magtörésből adódó selejt, nő a magkészítés termelékenysége, csökken a kötés közben felszabaduló formaldehidgáz mennyisége ugyanakkor megszűnik a krezol- és organoszilángőzök kiáramlása a légtérbe. Összefoglalva a találmány alapját az a felismerés képezi, hogy a fent leírt célok elérhetők azáltal, hogy a hidegen és/vagy melegen szilárduló fiirángyantás öntőformák, magok polikondenzációs reakciójának szabályozható gyorsítására, a fenti ismert hátrányos technológiai tulajdonságú 75-84%-os foszforsav-, 45-50%-os kénsav-, vagy 60-65%-os para-toluolszulfonsav, illetve 18%-os kénsavkrezolos katalizátorok helyett, olyan organikus fenol-szulfonsav-oldatot alkalmazok katalizátorként, amely kémiailag reaktív vegyületként, 15-32 tömeg% orto-fenol-szulfonsav-izomert tartalmaz. A katalizátorként alkalmazott orto-fenol-szulfonsav izomer vegyület, ugyanis különleges molekulaszerkezeti adottságai révén több funkciót képes ellátni a polikondenzációs reakciómechanizmus szabályozott gyorsítása közben. Egyrészt rendkívül erős proton-donorként vesz részt a katalízisben. Másrészt azáltal is gyorsítja a reakciósebességet, hogy a polikondenzációs folyamatot a fenti katalizátorokhoz képest nagyobb exoterm reakcióhőfejlődés kíséri. Harmadsorban pedig azért gyorsítja a reakciót, mert para-helyzetben a molekulavegyület reaktív, kötőképes monomerként is képes egyidejűleg funkcionálni a reakciómechanizmusban. Nevezetesen azáltal, hogy a furángyanta polikondenzációs reakciójának katalízise közben a reaktív orto-fenol-szulfonsav-molekula „in Statu nascendi” a felszabaduló formaldehiddel reakcióba lép, azt átmeneti molekulavegyületként megköti, majd további reakcióba lép a furánváz kötőképes helyeivel és/vagy a jelen lévő karbamid-monomerrel és/vagy mindkettővel, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 4
