樹脂合成用料視角下邦尼樹脂與堿酚醛樹脂環保性和再生性的差異分析

關鍵詞：邦尼樹脂；堿酚醛樹脂；鑄造性能；環保性；再生性

中圖分類號：TQ324.8 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）05-0074-03

DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.05.020

Abstract： Bonnie resinand alkaline phenolic resin both belong to the class offormaldehyde resins，and their casting processes are similar，but thereare significant diferences in therecovery rate andodorof resin used sand.From the perspectiveofresin synthesis materials，this papercomparesandanalyzes the environmental friendlinessandrecyclability of Bonnieresin and alkali phenolic resin.Analysis shows that Bonnie resin is significantly superior to alkaline phenolic resin in terms of environmental friendliness，recyclability，and economic benefits.

Keywords： Bonnie resin;alkali phenolic resin; casting performance; environmental friendlinessrecyclability

邦尼樹脂和堿酚醛樹脂均屬于甲階酚醛樹脂，二者擁有相似的鑄造工藝，但在樹脂舊型砂回收率和氣味等方面差異明顯[1-3]。本文結合邦尼樹脂和堿酚醛樹脂的合成工藝，對比邦尼樹脂與國內外堿酚醛樹脂的游離甲醛和游離苯酚含量，分析兩種樹脂膜性質對型砂再生性能的影響，然后開展邦尼樹脂與堿酚醛樹脂型砂在工藝性上的對比（硅砂條件），分析兩種樹脂固體（硅砂）廢料排放對環境的影響。

1邦尼樹脂和堿酚醛樹脂的合成工藝

1.1邦尼樹脂合成工藝

邦尼樹脂試驗時所需的改性原材料是可再生資源，它利用植物的下腳料，如腰果殼和杏仁油，原材料無毒無害，綠色環保，樹脂生產工廠用料符合國家綠色環保要求。邦尼樹脂的主體原材料為腰果屬植物、腰果酚、杏類植物、杏仁酚、玉米類植物、糠醇和糠醛等。草酸、鹽酸是合成樹脂時的催化劑，澆注后無殘留。邦尼樹脂生產是從控制源頭開始的，無游離甲醛和苯酚；有機顆粒物含量低，處理起來比較容易，費用低。

根據合成工藝，在 Ba（OH）₂ 催化下先合成腰果酚醛樹脂，將其加入糠醇或糠醛中進行縮聚反應，調整 pH 值，脫水，最終形成綜合性能好的邦尼樹脂。邦尼樹脂的 pH 值為 7.0～7.5 ，黏度為 。

邦尼樹脂的游離甲醛含量為 0.0% ，游離苯酚含量為0.0% ，有造型氣味，澆注氣味輕，煙小，冒煙持續時間為 0.2～0.4h ，有毒氣味穿透力弱（基本無），有機廢氣產生少，廢氣治理難度小，費用低。

1.2堿酚醛樹脂合成工藝

堿酚醛樹脂合成所需的原材料是苯酚、甲醛溶液（濃度 37% ）、NaOH、KOH和硅烷。堿酚醛樹脂的原材料分為兩類，一是石油副產品、甲醛和苯酚，屬于不可再生資源，二是氫氧化鉀和氫氧化鈉，易形成鹽類殘留。堿酚醛樹脂膜含有殘留鹽類物質，易吸潮，影響再生[4]。

根據合成工藝，先加入一定量的苯酚與KOH升溫，加入甲醛反應約 15min ，之后第二次加入NaOH和甲醛，升溫、真空脫水，使理論固體含量為 60% ，高溫反應一段時間，冷卻至室溫，黏度達到 150MPa?_s 時降溫，加入適量的硅烷偶聯劑。合成原材料用的是石油類副產品，如苯酚和甲醛，其殘留物游離醛和酚是國家嚴格控制的，合成時氫氧化物用量較大，其加入量是甲醛加入量的 0.7～0.9 倍。合成時，苯酚與甲醛的摩爾比不大于1。堿性液體 pH 值介于13～14 。堿酚醛樹脂的游離甲醛含量不大于 0.2% ，游離苯酚含量不大于 0.5% ，有很輕的造型氣味，澆注氣味濃嗆，煙大，冒煙持續時間為 2～4h ，有毒氣味穿透力強，持續時間長，有機廢氣產生多，廢氣治理難度大，費用高。

2邦尼樹脂與國內外堿酚醛樹脂的游離甲醛和游離苯酚含量對比

經對比，邦尼樹脂在環保性上遠優于國內外的堿酚醛樹脂。如圖1所示，國內堿酚醛樹脂游離甲醛含量不大于 0.2% ，國外堿酚醛樹脂游離甲醛含量不大于 0.1% ，但仍有一定殘留；邦尼樹脂通過優化生產工藝，實現游離甲醛的完全消除，游離甲醛含量達到0.0% 。這表明邦尼樹脂不僅在生產過程中對環境友好，更大幅減少鑄造過程中有害物質的釋放。國內堿酚醛樹脂的游離苯酚含量不大于 0.5% ，國外不大于 0.2% ，而邦尼樹脂同樣達到 0.0% 的水平，完全無殘留。這一差異源于兩種樹脂在原材料選擇上的不同。邦尼樹脂采用可再生植物資源，徹底擺脫傳統石油化工副產品苯酚和甲醛的依賴，從源頭實現綠色環保。同時，邦尼樹脂減少有毒氣體的釋放，降低對工人健康的威脅和對生態環境的污染，其優勢在綠色制造和可持續發展方面尤為突出。

圖1邦尼樹脂與國內外堿酚醛樹脂的游離甲醛和游離苯酚含量對比

3兩種樹脂膜性質對型砂再生性能的影響

邦尼樹脂與堿酚醛樹脂在膜的性質上存在顯著差異，這直接影響型砂的再生性能[5-。堿酚醛樹脂的薄膜通過化學反應形成網狀的大分子鏈結構，但其合成過程需要加入大量氫氧化物作為催化劑，導致樹脂中殘留鉀鹽和鈉鹽等堿金屬鹽。這些鹽類殘留不僅使樹脂膜具有較強的吸濕性，降低型砂的使用壽命，還使舊砂的再生性能顯著惡化。對于堿酚醛樹脂的再生，目前尚未找到理想的解決方案。具體影響主要有兩點。其一，鹽類物質附著于型砂粒表面，特別是寶珠砂表面，會直接降低砂粒的耐火度及其循環使用壽命，導致更大的黏砂傾向；其二，堿酚醛樹脂形成的膜為韌性結構，再生過程中難以機械剝離，隨著反復使用，砂粒會逐漸變大。相比之下，邦尼樹脂也形成網狀的大分子鏈結構，但生產過程不使用會產生鹽類殘留的催化劑，其薄膜完全沒有鹽類殘留。這一特點使邦尼樹脂膜具有不易吸潮的特性，同時其膜結構呈現脆性，更容易通過機械方式剝離，大大提高型砂的再生效率。邦尼樹脂的這一優勢不僅使型砂的再生更為高效，還避免因鹽類殘留導致的性能惡化，其在環保性和經濟性上明顯優于堿酚醛樹脂。

4邦尼樹脂與堿酚醛樹脂型砂在工藝性上的對比（硅砂條件）

根據型砂特性，邦尼樹脂常溫強度較好，遇熱有二次硬化（一般），發氣量較高，發氣速率高，催化劑不參與反應，硬透性一般，型砂硬化方式為從外向里，樹脂加入量為 0.9%～ 1.1% ，催化劑加入量為30%～50% ，型砂常溫比強度較高，高溫退讓性一般，高溫條件下燒結碳骨架殘留，樹脂膜呈脆性，在高溫燃燒后殘留少量碳骨架，不易吸潮，舊砂再生容易，單一砂工藝再生砂更好用，新砂消耗量小，采購費低。

根據型砂特性，堿酚醛樹脂常溫強度一般，遇熱有二次硬化（高），發氣量高，發氣速率低，固化劑參與反應，硬透性好，型砂硬化方式為內外同時進行，樹脂加入量為 1.3%～ 1.7% ，固化劑加入量為20%～25% ，型砂常溫比強度低，高溫退讓性較好，高溫條件下燒結時有玻璃狀殘留，樹脂膜韌性好，在高溫燃燒后殘留堿金屬鹽，易吸潮，舊砂再生困難，采用雙砂工藝，新砂好用，新砂消耗量大，采購費用高。

對比發現，邦尼樹脂加入量低，平均加入量為1.0% ，這意味著成本降低。2種樹脂發氣量相當，但邦尼樹脂發氣速率高，注意排氣即可。兩種樹脂硬化方式不同，固化特點也不同。邦尼樹脂砂呈酸性，堿酚醛砂呈堿性， pH 值介于 12～14 。邦尼樹脂略有一定的二次硬化特點，近似甲階堿酚醛樹脂，故鑄造工藝繼承性較好，原堿酚醛工藝、工裝可完整地使用。

5兩種樹脂固體（硅砂）廢料排放對環境的影響

根據廢料排放特征，邦尼樹脂舊型砂回收率為90%～95% ，新砂補充率為 5%～ 10% ，再生設備為2級機械，再生設備投資費用低，再生方法基本定型，無須大幅改進。堿酚醛樹脂舊型砂回收率為70%～85% ，新砂補充率為 15%～30% ，再生設備為多級機械（熱法），再生設備投資費用高，再生方法處于摸索階段，持續改進。

邦尼樹脂砂容易再生，設備投資少，能耗低。運行中，新砂（硅砂）補充很少，節約新砂采購資金。如果采用人造砂，型砂回收率更高，接近零排放。采用硅砂，堿酚醛樹脂加入量為 1.6% ，回收率為 85% ，砂鐵比為4時，舊砂排放造成固體廢料污染，固體廢料排放巨大，帶來環境問題，如表1所示。邦尼樹脂加入量為 1.0% ，采用硅砂，回收率為 92% ，砂鐵比為4時，固體廢料產生量大幅度降低，舊砂排放沒有造成固體廢料污染，社會效益較好，如表2所示。如果選用寶珠砂，就可以進一步降低邦尼樹脂砂廢料的排放量，型砂管理到位，采用人造砂可以實現近零排放。

表1采用堿酚醛樹脂的固體廢料產生量 單位：t

6結論

邦尼樹脂膜易再生，堿酚醛樹脂膜不易再生。堿酚醛再生砂中有鹽類物質，砂粒耐火度低。邦尼樹脂再生型砂綜合性能穩定，生產的厚壁鑄件質量穩定。邦尼樹脂膜中無鹽類物質殘留，耐火度較高。如果采用人造寶珠砂，邦尼樹脂優勢更容易得到發揮。邦尼樹脂采用磺酸固化劑，不宜生產忌硫、氮的鑄鋼件。

參考文獻

1鄭本陪.腰果酚的改性及其在呋喃樹脂防腐材料性能優化上的應用[D].蕪湖：安徽工程大學，2015.

2 虞華祥.鑄造用自硬呋喃樹脂固化劑的合成工藝研究[D].武漢：華中科技大學，2011.

3 劉柄言.鑄造用呋喃樹脂糠醇代用材料的研究[D]沈陽：沈陽工業大學，2007.

4劉琦，孫小強，謝寅，等.鑄造用堿性酚醛樹脂粘結劑的研制[J].江蘇石油化工學院學報，1997（2）：42-45.

5熊高虎.腰果酚改性呋喃樹脂的性能研究[J].鑄造，2019（9）：1005-1008.

6 張林，張麗，翟保利，等.腰果酚改性酯固化酚醛樹脂的研究及性能表征[J].鑄造，2019（9）：1016-1020.