TWI609007B - 高爐堵泥材之多胺系固化劑及其製造方法暨應用 - Google Patents

Description

高爐堵泥材之多胺系固化劑及其製造方 法暨應用

本發明是關於一種固化劑及其製造方法，且特別是有關於一種用於高爐用堵泥材之多胺系固化劑及其製造方法暨其於有機黏結組成物之應用。

在工業上，熱塑性樹脂是一種應用廣泛的黏結劑，例如應用在不定形耐火材料上。上述之不定形耐火材料可例如用在高爐出鐵口的堵泥材，堵泥材又包括黏結組成物。上述之黏結組成物主要為熱塑性樹脂以及固化劑，且目前固化劑主要成分為六亞甲基四胺。當溫度超過60℃以上時，做為固化劑之六亞甲基四胺會發生分解反應，形成會與熱塑性樹脂發生交聯反應的甲醛，進而使黏結組成物固化。

由於堵泥材須預先置於堵泥機中攪拌，而在堵泥機運作的過程中，機器內部溫度極易升高而超過60℃，導致做為固化劑之六亞甲基四胺於機器內部分解，黏結組成物提前固化而無法在高爐出鐵口上施作，進而造成堵泥材的 浪費、生產成本提高等缺點。此外，在堵泥機內提前固化的黏結組成物也可能造成設備的損壞。

為改善固化劑之分解溫度過低的缺點，目前已知的方法有兩種：其一是在含有六亞甲基四胺之黏結組成物中額外添加硬脂酸或其鹽類，並添加能溶解硬脂酸或其鹽類的溶劑，藉此提高固化劑的分解溫度至約100℃。然而，上述之方法所使用之溶劑隨溫度上升而揮發，使得所添加的硬脂酸或其鹽類從黏結組成物中析出，反而無法有效地發揮其提高固化劑分解溫度的功效。

另一種方法是利用三聚氰胺與甲醛以特定莫耳比合成三聚氰胺-甲醛樹脂，接著再將上述之三聚氰胺-甲醛樹脂烷氧基化，而製得烷氧基化三聚氰胺-甲醛樹脂，作為固化劑。所得之固化劑之分解溫度可達約200℃，但可能無法適用於重量平均分子量低於500之酚醛樹脂。

因此，目前亟需提出一種胺系固化劑，以改善習知之胺系固化劑分解溫度過低、不適用於重量平均分子量低於500之酚醛樹脂等問題。

因此，本發明之一態樣是在提供一種高爐堵泥材之多胺系固化劑的製造方法，其係將三聚氰胺(C₃H₆N₆)和六亞甲基四胺(C₆H₁₂N₄)進行反應而製得。

本發明之另一態樣是在提供一種高爐堵泥材之多胺系固化劑，其係藉由上述方法所製得，且此多胺系固化劑具有不低於100℃之分解溫度。

本發明之又一態樣是在提供一種高爐堵泥材之有機黏結組成物，其係包含熱塑性樹脂以及上述之多胺系固化劑，藉此提升有機黏結組成物之固化溫度，以增加堵泥材之耐熱性，進而避免堵泥材在堵泥機中提前固化而損壞設備。

根據本發明之上述態樣，提出一種高爐堵泥材之多胺系固化劑的製造方法。在一實施例中，將三聚氰胺和六亞甲基四胺於催化劑以及溶劑之存在下進行單步驟(one-step)反應，其中三聚氰胺與六亞甲基四胺之莫耳比可為1：1至10：1，溶劑之pH值可為0至7。

依據本發明之一實施例，上述之溶劑可為選自於由乙二醇、甘油及乙酸所組成之一族群，上述之pH值可為2至7，且催化劑可為酸性催化劑。

根據本發明之上述態樣，另提出一種高爐堵泥材之多胺系固化劑，其可利用上述之高爐堵泥材之多胺系固化劑的製造方法製得，且上述之多胺系固化劑之分解溫度可為不低於100℃。

依據本發明之一實施例，上述之多胺系固化劑之分解溫度可為不低於140℃。

根據本發明之上述態樣，再提出一種高爐堵泥材之有機黏結組成物，其包含熱塑性樹脂以及多胺系固化劑。上述之有機黏結組成物之固化溫度可不低於100℃。

依據本發明之一實施例，上述之熱塑性樹脂可為酚醛樹脂，酚醛樹脂之重量平均分子量可為350至10000，且基於熱塑性樹脂之使用量為100重量份，多胺系固化劑之使用量可為1重量份至11重量份。

依據本發明之一實施例，上述之多胺系固化劑之分解溫度為不低於140℃，且上述之有機黏結組成物之固化溫度可為不低於140℃。

應用本發明之高爐堵泥材之多胺系固化劑及其製造方法暨應用，其於特定反應條件下使三聚氰胺與六亞甲基四胺反應而得之多胺系固化劑，應用於有機黏結組成物時，可有效提高高爐堵泥材之固化溫度，以避免堵泥材於堵泥機中提前固化而造成設備損壞。

本發明是提供一種高爐堵泥材之多胺系固化劑的製造方法及含有多胺系固化劑之有機黏結組成物，其於特定反應條件下使三聚氰胺與六亞甲基四胺反應，可提高所得之多胺系固化劑之分解溫度，使含此固化劑的有機黏結組成 物之固化溫度提高，進而可避免堵泥材於堵泥機中提前固化而造成設備損壞。

高爐堵泥材之多胺系固化劑的製造方法

本發明之高爐堵泥材之多胺系固化劑的製造方法可包含將三聚氰胺和六亞甲基四胺於催化劑以及溶劑之存在下進行單步驟反應。上述之反應更包括以莫耳比為1：1至10：1之三聚氰胺與六亞甲基四胺，在pH值為0至7的環境下反應。

較佳地，上述之pH值為2至7。

在一實施例中，上述之催化劑可為酸性催化劑，且包括有機酸或無機酸。酸性催化劑之具體例可列舉如：鹽酸、硫酸、對甲苯磺酸(p-toluenesulfonic acid)、草酸(oxalic acid)、三氟化硼(boron trifluoride)、無水氯化鋁(anhydrous aluminium chloride)或氯化鋅(zinc chloride)等。上述催化劑可單獨或混合多種使用。在一例示中，上述之催化劑以鹽酸、硫酸及氯化鋅為較佳。

在其他實施例中，上述之溶劑之具體例可包括但不限於乙二醇、甘油以及乙酸。在又一例示中，上述之溶劑以乙二醇為較佳。

若上述之pH值高於7，則會造成反應無法進行。

補充說明的是，本發明不需額外添加硬脂酸或其鹽類即可製得分解溫度不低於100℃之多胺系固化劑。

高爐堵泥材之多胺系固化劑

本處所指之多胺系固化劑係藉由上述之製造方法所製得。其中，所製得之多胺系固化劑具有不低於100℃之分解溫度，較佳地，所製得之多胺系固化劑具有不低於140℃之分解溫度。

高爐堵泥材之有機黏結組成物

在一實施例中，有機黏結組成物之固化溫度可不低於100℃，較佳地，有機黏結組成物之固化溫度可不低於140℃。本發明之有機黏結組成物可包含熱塑性樹脂及多胺系固化劑，以下分述之。

熱塑性樹脂

本發明之熱塑性樹脂可為重量平均分子量350至10000之酚醛樹脂。上述之酚醛樹脂之具體例可包括但不限於酚醛清漆樹脂、丙二酚型酚醛樹脂、水楊醛型酚醛樹脂、乙二醛型酚醛樹脂、苯二酚型酚醛樹脂或苯甲醛型酚醛樹脂。

若上述之重量平均分子量小於350，則因聚合度過低而造成所製得之高爐堵泥材遇熱後固化程度不佳。若上述之重量平均分子量大於10000，容易因聚合物分子過大造成反應力不佳，不易控制所製得之有機黏結組成物之固化強度。

多胺系固化劑

上述之多胺系固化劑可由三聚氰胺與六亞甲基四胺，以莫耳比1：1至10：1反應而得。補充說明的是，此處所稱之多胺系固化劑可為聚合物或是化合物。

基於上述之熱塑性樹脂之使用量為100重量份，上述之多胺系固化劑之使用量可為1重量份至11重量份，較佳地，上述之多胺系固化劑之使用量可為3重量份至6重量份。

若上述之莫耳比小於1：1，則過多的六亞甲基四胺會使有機黏結組成物之固化溫度降低，無法達到提高高爐堵泥材之固化溫度的效果。若上述之莫耳比大於10：1，則過多之三聚氰胺並無法帶來更佳的固化溫度提升效果，因而造成浪費。

若上述之多胺系固化劑之使用量低於1重量份，則所製得之有機黏結組成物遇熱後固化效果不佳，進而無法應用於高爐堵泥材。若上述之多胺系固化劑之使用量高於11重量份，並無益於有機黏結組成物之固化，反而造成浪費。

在此說明的是，當應用本案之有機黏結組成物於堵泥材時，在高於100℃，或甚至是高於140℃之溫度下，上述之多胺系固化劑會進行分解反應，同時產生出甲醛。所產生的甲醛會與熱塑性樹脂產生交聯反應，進而使有機黏結組成物固化。

另外一提的是，本發明之有機黏結組成物係利用以三聚氰胺及六亞甲基四胺共價鍵結所形成之產物作為 多胺系固化劑，若僅混合三聚氰胺及六亞甲基四胺並無法有效提升所製得之多胺系固化劑的分解溫度。

應用本發明之高爐堵泥材之多胺系固化劑及其製造方法暨應用，可製得具有固化溫度不低於100℃之有機黏結組成物，將上述之有機黏結組成物應用於高爐堵泥材中，可改善堵泥材在堵泥機中因固化溫度過低而提前固化，進而造成堵泥材無法於高爐出鐵口上施作所導致的浪費、生產成本提高等缺點，且亦防止了提前固化的堵泥材阻塞堵泥機造成的設備損壞。

以下利用實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，於本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神與範圍內，當可作各種更動與潤飾。

製備多胺系固化劑

製備例1

首先，將三聚氰胺以及六亞甲基四胺以莫耳比10：1溶解於乙二醇中。接著，充分攪拌均勻後加入適量之鹽酸，使溶液之pH值為0至7，並持續攪拌達12小時後，製得多胺系固化劑。

製備有機黏結組成物

實施例1

將6重量份之製備例1的多胺系固化劑(即三聚氰胺與六亞甲基四胺反應之產物)與100重量份之酚醛樹脂(重量平均分子量為10000)充分攪拌混合後即可製得有機黏結組成物。

利用上述之方法製得之有機黏結組成物以下列方法評價其固化溫度。

實施例2至3及比較例1至3

實施例2至3及比較例1至3係使用與實施例1相同之方法來製備有機黏結組成物，不同的是，實施例2至3及比較例1至3係改變熱塑性樹脂之分子量或多胺系固化劑之使用量。上述之實施例與比較例之製備條件以及評價結果如表1所示，此處不另贅述。

評價方式

固化溫度

本處所稱之固化溫度，係將上述之有機黏結組成物置於50℃之烘箱中加熱1小時後取出並攪拌，之後再放入烘箱中並以每1小時升溫10℃之速度加熱，以測試實施例1至3及比較例1至3之有機黏結組成物之固化溫度。

表1

根據上表1可知，使用本發明之多胺系固化劑可製得具有固化溫度不低於100℃之有機黏結組成物。另一方面，若使用習知之六亞甲基四胺作為固化劑，則所製得之有機黏結組成物之固化溫度僅60℃。

因此，根據本案之實施例以及比較例可知，本發明之高爐堵泥材之多胺系固化劑的製造方法可製得固化溫度不低於100℃、甚至可達140℃之有機黏結組成物，相較於習知之60℃，已大幅提升。提升固化溫度之有機黏結組成物可應用於高爐堵泥材，避免因堵泥機的溫度過高使得堵泥材提前固化，而無法於高爐出鐵口施作而浪費堵泥材，造成成本的浪費。此外，亦可防止在堵泥機中提前固化的堵泥材阻塞而損壞設備。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更 動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (8)

1. 一種高爐堵泥材之多胺系固化劑的製造方法，包含將三聚氰胺(C₃H₆N₆)和六亞甲基四胺(C₆H₁₂N₄)於一催化劑以及一溶劑之存在下進行一單步驟(one-step)反應達12小時，以製得該多胺系固化劑，其中該三聚氰胺與該六亞甲基四胺之莫耳比為1：1至10：1，該溶劑係選自於由乙二醇、甘油及乙酸所組成之一族群，且該溶劑之pH值為0至7，且該多胺系固化劑排除添加硬脂酸及其鹽類。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之高爐堵泥材之多胺系固化劑的製造方法，其中該pH值係2至7。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之高爐堵泥材之多胺系固化劑的製造方法，其中該催化劑係酸性催化劑。
4. 一種高爐堵泥材之多胺系固化劑，其係利用申請專利範圍第1至3項任一項所述之高爐堵泥材之多胺系固化劑的製造方法製得，且該多胺系固化劑之一分解溫度為不低於100℃。
5. 根據申請專利範圍第4項所述之高爐堵泥材之多胺系固化劑，其中該多胺系固化劑之一分解溫度為不低於140℃。
6. 一種高爐堵泥材之有機黏結組成物，係由下述成分所組成：一熱塑性樹脂；以及一多胺系固化劑，其中該多胺系固化劑為如申請專利範圍第4項所述之高爐堵泥材之多胺系固化劑，且其中該有機黏結組成物之一固化溫度為不低於100℃，且基於該熱塑性樹脂之使用量為100重量份，該多胺系固化劑之使用量係1重量份至11重量份。
7. 根據申請專利範圍第6項所述之高爐堵泥材之有機黏結組成物，其中該熱塑性樹脂為酚醛樹脂，且該酚醛樹脂之一重量平均分子量係350至10000。
8. 根據申請專利範圍第6項所述之高爐堵泥材之有機黏結組成物，其中該多胺系固化劑之一分解溫度為不低於140℃，且該有機黏結組成物之一固化溫度為不低於140℃。