專利名稱：包含一種或更多種環(huán)烷烴作為溶劑的鑄造粘結(jié)劑的制作方法
包含一種或更多種環(huán)烷烴作為溶劑的鑄造粘結(jié)劑
相關(guān)申請
本申請要求2009年7月16日提交的美國臨時專利申請序列號61Λ66，036的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
在鑄造工業(yè)中，制造金屬部件所用的程序之一為“砂鑄”。在砂鑄中，一次性鑄造成型體(例如模具、型芯、套筒、澆杯、覆蓋物等)用包含耐火材料(通常是砂)和有機或無機粘結(jié)劑的混合物的鑄造混合物制造。
鑄造成型體通常由所謂的自硬、冷芯盒法和/或熱固化法制得。在自硬法中，將液態(tài)固化催化劑與耐火材料和粘結(jié)劑混合以形成鑄造混合物，然后在模型中成型該混合物。 鑄造砂混合物通過在模型中將其壓實并使其固化直至能夠自支承而成型。在冷芯盒法中， 使蒸氣狀的固化催化劑通過骨料和粘結(jié)劑的成型混合物(通常在芯盒中)以形成固化的鑄造成型體。在熱固化法中，將成型體混合物暴露于活化固化催化劑的熱以形成固化的鑄造成型體。
要使粘結(jié)劑體系有效地起作用，有許多要求。例如，粘結(jié)劑通常具有低的粘度、必須是無凝膠的并且在貯存和使用條件下保持穩(wěn)定。為在鑄造成型體的制造中獲得高生產(chǎn)率，需要粘結(jié)劑有效固化，使得鑄造成型體盡可能快地變?yōu)樽灾С泻涂商幚淼摹?br> 就自硬和熱固化法而論，必須花費足夠的工作時間以可制造較大的型芯和模具。 另一方面，就冷芯盒法而論，成型的鑄造混合物在與蒸氣狀的固化催化劑接觸時必須幾乎瞬時固化。采用自硬、冷芯盒或熱固化粘結(jié)劑由鑄造混合物制得的鑄造成型體具有足夠的機械強度(特別是瞬時抗拉和橫向強度)、劃痕硬度，并且表現(xiàn)出耐環(huán)境濕度性。
配方設(shè)計師面對的最大挑戰(zhàn)之一是配制在鑄造成型體被制造后將使鑄造成型體保持在一起使得其可被處理、貯存并且在金屬鑄造過程中不過早破裂而在凝固的鑄造金屬部件冷卻后具有可接受的脫模和脫芯性質(zhì)(常稱為振動脫砂)的粘結(jié)劑。如果沒有這種性質(zhì)，則必須采用耗時、耗勞力的手段來破碎用過的鑄造成型體，使得可從鑄模和型芯組件取出金屬部件。有效的鑄造粘結(jié)劑所需的另一相關(guān)性質(zhì)是用粘結(jié)劑制得的鑄造成型體必須容易從制造其的模型中脫離。
就冷芯盒應(yīng)用而論，由耐火材料和有機粘結(jié)劑制得的鑄造混合物的流動性可能產(chǎn)生較大的問題。這是因為在一些情況下，粘結(jié)劑的組分，特別是酚醛聚氨酯粘結(jié)劑的組分， 可能在與耐火砂混合后而在待用時過早地反應(yīng)。如果發(fā)生這種過早反應(yīng)，則鑄造混合物的流動性會降低并且由該粘結(jié)劑制得的模具和型芯具有減小的機械強度。該隨時間降低的流動性和強度減小表明鑄造混合物的“可使用時間”不夠。如果粘結(jié)劑產(chǎn)生的鑄造混合物沒有足夠的可使用時間，則該粘結(jié)劑的商業(yè)價值有限。
鑒于商業(yè)上成功的鑄造粘結(jié)劑的所有這些要求，鑄造粘結(jié)劑技術(shù)正在逐步發(fā)展。 以成本有效的方式開發(fā)滿足所關(guān)心的所有要求的粘結(jié)劑并不容易。
此外，由于環(huán)境、健康和安全法規(guī)及問題，除優(yōu)異的性能和成本有效外，可能還存在對配方組成的要求?，F(xiàn)在環(huán)境問題尤其相關(guān)，這是因為商業(yè)上使用的大多數(shù)鑄造粘結(jié)劑都包含顯著量的芳烴溶劑，芳烴溶劑又可包含諸如苯、甲苯、二甲苯、1，2，4_三甲基苯、萘的化合物和其它芳族化合物以及相關(guān)部分。近來，在鑄造粘結(jié)劑中使用芳烴溶劑受到日益關(guān)注，對減少其用量或完全不使用它們的興趣普遍存在。
現(xiàn)有技術(shù)披露，已多次探索在基于甲階酚醛樹脂和多異氰酸酯的鑄造粘結(jié)劑體系中減少和可能地消除芳烴溶劑。例如，歐洲專利0771569描述了用一種或更多種具有12個碳原子碳鏈的脂肪酸的甲酯替代芳烴溶劑。雖然該粘結(jié)劑制得有用的型芯和模具，但已發(fā)現(xiàn)在澆注、冷卻和振動脫砂過程中冒煙和發(fā)出刺鼻氣味，并且用這些粘結(jié)劑制得的模具和型芯在用過后得到的砂更難再生和再用。因此，在實踐中，趨向于將脂肪酸酯與傳統(tǒng)芳烴溶劑組合用作共溶劑。
新近，歐洲專利10575M披露了使用硅酸烷基酯特別是硅酸四乙酯替代芳烴溶劑。該技術(shù)也存在一些缺點，例如在用于減少胺固化氣體的酸性洗滌溶液中形成凝膠，并且形成的白色二氧化硅細?？沙练e在鑄件上、積聚在用過的砂中或在空氣中載帶。
無脂環(huán)族溶劑如煤油和十四烯已被少量添加到多元醇-多異氰酸酯粘結(jié)劑，特別是酚醛聚氨酯冷芯盒和自硬粘結(jié)劑中，但其強的非極性溶解性導(dǎo)致大大限制其在粘結(jié)劑配方中的用量，低于總粘結(jié)劑即部分1(多元醇組分)和部分11(多異氰酸酯組分)的合并重量的5重量％。
鑒于此背景，需要開發(fā)不包含芳烴溶劑或以少得多的量使用芳烴溶劑而同時保持優(yōu)異的性能和成本有效并且充分考慮環(huán)境、健康和安全問題的鑄造粘結(jié)劑。發(fā)明內(nèi)容
本公開涉及鑄造粘結(jié)劑，所述鑄造粘結(jié)劑包含(a)選自酚醛樹脂、聚醚多元醇、聚酯多元醇、氨基多元醇及其混合物的多元醇組分，和(b)多異氰酸酯組分，其中組分(a)和 /或(b)還包含一種或更多種環(huán)烷烴作為溶劑。本公開還涉及用所述鑄造粘結(jié)劑制得的鑄造混合物，用所述鑄造混合物制造鑄造成型體的冷芯盒、自硬和熱固化方法，以及用所述鑄造成型體制造鑄造金屬部件的方法和金屬鑄造方法。
使用根據(jù)本發(fā)明的粘結(jié)劑具有環(huán)境、健康和安全優(yōu)點，這是因為在配制鑄造粘結(jié)劑時可消除或減少包括苯、甲苯、二甲苯、1，2，4_三甲基苯、萘以及其它芳族化合物和部分的芳烴溶劑。因此，當由用根據(jù)本發(fā)明的粘結(jié)劑制得的鑄造混合物制造鑄造成型體時和當用這些鑄造成型體鑄造金屬部件時，減少或消除不希望的氣體、煙霧和氣味。此外，不會暴露于當在用于制造鑄造成型體的鑄造粘結(jié)劑中使用硅酸烷基酯作為溶劑時所存在的二氧化硅顆粒。
據(jù)信在所述鑄造粘結(jié)劑中使用環(huán)烷烴作為溶劑完全或部分替代芳烴溶劑可以(1)減少光化學(xué)活性物質(zhì)的量，光化學(xué)活性物質(zhì)可對臭氧層有有害影響，當用粘結(jié)劑制造鑄造成型體以及當在金屬鑄造過程中用鑄造成型體制造金屬部件時釋放光化學(xué)活性物質(zhì)；(2)減少半永久性模具(通常用于制造車輛汽缸蓋的技術(shù))的通風系統(tǒng)中焦油樣物質(zhì)的形成；C3)改進由鑄造成型體制得的鑄造金屬部件的品質(zhì)；(4)通過消除或減少摩擦再生砂和濕砂造型系統(tǒng)中的溶劑累積來改進模具和型芯品質(zhì)；和( 減少澆注、冷卻和振動脫砂過程中濃煙的形成。
由于已知基于多元醇和多異氰酸酯(特別是甲階酚醛樹脂)的粘結(jié)劑對溶劑的各種性質(zhì)敏感，出乎意料地發(fā)現(xiàn)，可以使用環(huán)烷烴完全或部分替代這類粘結(jié)劑中傳統(tǒng)使用的芳烴溶劑，而不會不利地影響粘結(jié)劑在產(chǎn)品貯存穩(wěn)定性以及型芯和模具制造性能方面的性能特征。這特別出乎意料，這是因為已知無環(huán)脂肪族溶劑如煤油和十四烯在高含量下與酚醛樹脂和多異氰酸酯不相容，尤其是在完全替代鑄造粘結(jié)劑中的全部芳烴溶劑的含量下更是如此。
詳細描述
優(yōu)選以兩部分體系包裝和使用所述粘結(jié)劑體系。
鑄造粘結(jié)劑的多元醇組分(部分I)包含選自酚醛樹脂、聚醚多元醇、聚酯多元醇、 胺多元醇及其混合物的多元醇。優(yōu)選使用的多元醇為甲階酚醛樹脂。
粘結(jié)劑的多異氰酸酯組分(部分II)包含選自脂肪族多異氰酸酯和芳族多異氰酸酯及其混合物的多異氰酸酯。由于其可得性，優(yōu)選使用的多異氰酸酯為亞甲基二苯基異氰酸酯。
如上所述，優(yōu)選的多元醇為呈液體或可溶于有機溶劑的酚醛樹脂。粘結(jié)劑組合物的酚醛樹脂組分通常以在有機溶劑中的溶液形式使用。所用溶劑量應(yīng)足以使得粘結(jié)劑組合物具有允許其均勻覆蓋在骨料上并且與鑄造砂混合物中的多異氰酸酯組分均勻反應(yīng)的適當粘度。酚醛樹脂的具體溶劑濃度隨所用酚醛樹脂的類型及其分子量變化。一般而言，溶劑濃度為多元醇組分的至多80重量％，通常為多元醇組分的20重量％至80重量％。
甲階酚醛樹脂優(yōu)選通過使摩爾過量的醛與酚在堿性催化劑或金屬催化劑的存在下反應(yīng)制備。酚醛樹脂優(yōu)選基本無水并且可溶于有機溶劑。優(yōu)選用在本發(fā)明粘結(jié)劑組合物中的酚醛樹脂是本領(lǐng)域熟知的并且在美國專利3，485，797中明確描述，該專利在此通過引用并入本文中。這些樹脂(稱為芐醚型甲階酚醛樹脂)是醛與酚的反應(yīng)產(chǎn)物。其包含大量連接聚合物酚核的橋，這些橋為鄰位-鄰位芐醚橋。其通過使醛與酚以至少1 1的醛 酚摩爾比在金屬離子(優(yōu)選二價金屬離子如鋅、鉛、錳、銅、錫、鎂、鈷、鈣和鋇)催化劑的存在下反應(yīng)制備。
用于制備甲階酚醛樹脂的酚包括苯酚自身和/或此前已被用在酚醛樹脂形成中以及兩個鄰位或一個鄰位和對位未被取代的任何一種或更多種酚類。這樣的未取代位是聚合反應(yīng)需要的。酚環(huán)的其余碳原子中的任何一個或全部均可被取代或者全不被取代。取代基的性質(zhì)可以廣泛變化，僅需要取代基不干擾醛與酚在鄰位和/或?qū)ξ痪酆?。酚醛樹脂形成中所用的取代的酚包括烷基取代的酚、芳基取代的酚、環(huán)烷基取代的酚、芳氧基取代的酚和鹵素取代的酚，前述取代基包含1-26個碳原子、優(yōu)選1-12個碳原子。
作為替代方案，可以使用線性酚醛樹脂。雙酚F是最簡單的線性酚醛，通過使大量摩爾過量的酚與甲醛在酸性條件下反應(yīng)制備，該反應(yīng)產(chǎn)生包含0，p’異構(gòu)體、P，P’異構(gòu)體和 O，O’異構(gòu)體的異構(gòu)體混合物。典型的酸催化劑為草酸。
合適的酚的具體實例包括苯酚、鄰-甲酚、對-甲酚、3，5-二甲苯酚、3，4-二甲苯酚、2，3，4_三甲基苯酚、3-乙基苯酚、3，5- 二乙基苯酚、對-丁基苯酚、3，5- 二丁基苯酚、 對-戊基苯酚、對-環(huán)己基苯酚、對-辛基苯酚、3，5- 二環(huán)己基苯酚、對-苯基苯酚、對-巴豆基苯酚、3，5_ 二甲氧基苯酚、3，4，5_三甲氧基苯酚、對-乙氧基苯酚、對-丁氧基苯酚、 3-甲基-4-甲氧基苯酚和對-苯氧基苯酚。多環(huán)酚如4，4’_聯(lián)苯酚和雙酚A也是合適的。
用于與酚反應(yīng)的醛具有式RCH0，其中R為氫或1_8個碳原子的烴基。與酚反應(yīng)的醛可包括任何此前已被用在酚醛樹脂的形成中的醛，例如甲醛、乙醛、丙醛、糠醛、苯甲醛等及其混合物。最優(yōu)選的醛為甲醛。
聚醚多元醇是市售的，其制備以及確定其羥基值的方法眾所周知。聚醚多元醇根據(jù)本領(lǐng)域中熟知的方法通過使環(huán)氧烷與多羥基醇在合適的催化劑如甲醇鈉的存在下反應(yīng)來制備。可使任何合適的環(huán)氧烷或環(huán)氧烷混合物與多羥基醇反應(yīng)以制備聚醚多元醇。用于制備聚醚多元醇的環(huán)氧烷通常具有二到六個碳原子。代表性實例包括環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、 環(huán)氧丁烷、環(huán)氧戊烷、苯基環(huán)氧乙烷或其混合物。通常用于制備聚醚多元醇的多羥基醇通常具有大于2. 0、優(yōu)選2. 5-5. 0、最優(yōu)選2. 5-4. 5的羥基官能度。實例包括乙二醇、二甘醇、丙二醇、三羥甲基丙烷、甘油和四羥甲基甲烷。
氨基多元醇也是眾所周知的并且在美國專利4，448，907中描述，通常作為環(huán)氧烷與胺化合物的反應(yīng)產(chǎn)物制備。一般而言，任何包含至少一個或更多個叔胺基團的多元醇被認為在“氨基多元醇”的定義的范圍內(nèi)。用于制備胺多元醇的環(huán)氧烷優(yōu)選環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷。但使用其它環(huán)氧烷看起來也是可行的。與環(huán)氧烷反應(yīng)以產(chǎn)生可用于構(gòu)成本發(fā)明的粘結(jié)劑組合物中的氨基多元醇的胺化合物包括氨以及具有伯胺或仲胺基團的單氨基和多氨基化合物。具體實例包括脂肪族胺(例如烷基伯胺、乙二胺、二亞乙基三胺和三亞乙基四胺)、脂環(huán)族胺(例如環(huán)己胺、吡咯烷、嗎啉和N，N’ - 二亞乙基二胺)、芳族胺(例如苯胺、 鄰-、間-和對-苯二胺、苯胺-甲醛樹脂)等。氨基多元醇的羥基數(shù)通常為約200-1000mg/ g Κ0Η、優(yōu)選約 600-800mg/g Κ0Η。
可用的聚酯多元醇為脂肪族和/或芳族聚酯多元醇。優(yōu)選的聚酯多元醇為液態(tài)芳族聚酯多元醇的共混物，其羥基數(shù)通常為約200-2，000mg/g Κ0Η、優(yōu)選200_1200mg/g Κ0Η、 最優(yōu)選250-800mg/gK0H ；官能度等于或大于2. 0、優(yōu)選2_4 ；25°C下的粘度為500-50，000厘泊、優(yōu)選1，000-35, 000厘泊、最優(yōu)選1，500-25，000厘泊。芳族聚酯多元醇通常通過芳族酯與醇或二醇經(jīng)由酸性催化劑進行酯交換而制備。鄰苯二甲酸酯通常用作制備芳族聚酯多元醇的芳族酯。用于制備芳族聚酯多元醇的醇的實例為乙二醇、二甘醇、三甘醇、1，3_丙二醇、1，4_ 丁二醇、二丙二醇、三丙二醇、四甘醇、三羥甲基丙烷、四羥甲基甲烷、甘油及其混合物。脂肪族聚酯多元醇通常通過酸與醇直接縮合制備。用于制備脂肪族聚酯多元醇的酸的實例為琥珀酸、戊二酸、己二酸、檸檬酸、四氫鄰苯二甲酸及其混合物。用于制備脂肪族聚酯多元醇的醇的實例為乙二醇、二甘醇、三甘醇、1，3-丙二醇、1，4- 丁二醇、二丙二醇、三丙二醇、四甘醇、三羥甲基丙烷、四羥甲基甲烷、甘油及其混合物。
任何有機多異氰酸酯均可用在部分II (多異氰酸酯組分)中。粘結(jié)劑組合物的多異氰酸酯組分通常以在有機溶劑中的溶液形式使用，但可以使用部分II由100%多異氰酸酯組成的粘結(jié)劑。多異氰酸酯組分中具體溶劑濃度隨部分I中所用酚醛樹脂的類型及其分子量變化。一般而言，溶劑濃度為多異氰酸酯組分的至多80重量％，通常為至多50%。
所用有機多異氰酸酯的實例包括具有兩個或更多個、優(yōu)選2-5個官能度的多異氰酸酯。其可以是脂肪族、脂環(huán)族、芳族或混雜型多異氰酸酯或其混合物。多異氰酸酯的代表性實例為脂肪族多異氰酸酯(例如六亞甲基二異氰酸酯和1，12-二異氰基十二烷)、脂環(huán)族多異氰酸酯(例如4，4’ - 二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯和異氟爾酮二異氰酸酯)和芳族多異氰酸酯(例如亞甲基二苯基異氰酸酯及其異構(gòu)體和聚合物品種、2，6_甲苯二異氰酸酯及其7衍生物)。合適的有機多異氰酸酯的其它實例為1，5-萘二異氰酸酯、三苯基甲烷三異氰酸酯、亞二苯甲基二異氰酸酯及其衍生物等。此外，預(yù)期可使用化學(xué)改性的多異氰酸酯、多異氰酸酯的預(yù)聚物和多異氰酸酯的準預(yù)聚物。固態(tài)或粘性的多異氰酸酯必須以有機溶劑溶液的形式使用，溶劑通常以溶液的至多80重量％，通常至多50%存在。
多異氰酸酯以當用叔胺固化催化劑催化時足以使酚醛樹脂固化的濃度使用。一般而言，多異氰酸酯組分的異氰酸酯基團與多元醇組分的羥基基團之比為1.25 1到 1 1.25，優(yōu)選約1 1。
粘結(jié)劑的部分I和/或部分II包含一種或更多種環(huán)烷烴作為溶劑。所述環(huán)烷烴選自未取代的環(huán)烷烴、取代的環(huán)烷烴及其混合物。優(yōu)選環(huán)烷烴中碳原子數(shù)為5-M，環(huán)烷烴中環(huán)(包括各個稠合、橋連和螺接環(huán)布置)的數(shù)量為1-4，二環(huán)-、三環(huán)-和四環(huán)環(huán)烷烴的各個環(huán)中的碳原子數(shù)為3-10、優(yōu)選5-8。可用作粘結(jié)劑的部分I和/或部分II中的溶劑的環(huán)烷烴的實例包括但不限于環(huán)戊烷、環(huán)己烷、環(huán)庚烷、環(huán)辛烷、環(huán)壬烷、環(huán)癸烷、降蒈烷、降菔烷、 降莰烷、十氫甘菊環(huán)、三環(huán)[2.2. 1.0]己烷、四環(huán)[5，2，2，0，0] i^一烷、螺[4.5]癸烷、二螺 [5. 1. 7. 2]十七烷、十氫萘、環(huán)己基環(huán)己烷、三環(huán)癸烷、1-環(huán)丁基-2-環(huán)戊基乙烷、全氫化蒽、 全氫化芴、它們的部分不飽和的類似物、烷基、烯基和炔基衍生物、及其混合物。通常所用環(huán)烷烴為十氫萘，這是因為其是最容易得到并且最豐富的環(huán)烷烴。
鑄造粘結(jié)劑可包含其它溶劑。特別地，鑄造粘結(jié)劑還可包含一種或更多種選自芳烴溶劑、二元酯溶劑、脂肪酸酯溶劑及其混合物的溶劑，其可配入鑄造粘結(jié)劑的部分I、部分 II、或部分I和部分II 二者中。
粘結(jié)劑中溶劑的總量通常為基于100重量份粘結(jié)劑1-80重量份，優(yōu)選基于100重量份粘結(jié)劑5-60重量份，最優(yōu)選基于100重量份粘結(jié)劑15-50重量份。
粘結(jié)劑中環(huán)烷烴的總量通常為基于100重量份粘結(jié)劑5-40重量份，優(yōu)選基于100 重量份粘結(jié)劑5-30重量份，最優(yōu)選基于100重量份粘結(jié)劑5-20重量份。
如果粘結(jié)劑的部分I中使用環(huán)烷烴，則部分I中所用環(huán)烷烴的總量基于100重量份部分I為0-30重量份，優(yōu)選基于100重量份部分I為5-25重量份，最優(yōu)選基于100重量份部分I為5-20重量份。
如果粘結(jié)劑的部分II中使用環(huán)烷烴，則部分II中所用環(huán)烷烴的總量基于100重量份部分II為0-60重量份，優(yōu)選基于100重量份部分II為5-40重量份，最優(yōu)選基于100 重量份部分II為5-30重量份。
鑄造混合物通過混合鑄造用耐火材料與鑄造粘結(jié)劑來制備。使用各種類型的耐火材料和各種量的粘結(jié)劑通過本領(lǐng)域熟知的方法來制備鑄造砂混合物。普通成型體、用于精密鑄造的成型體和耐火成型體可通過使用粘結(jié)劑體系和適當?shù)哪突鸩牧蟻碇苽?。所用粘結(jié)劑的量和耐火材料的類型是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。優(yōu)選用于制備鑄造混合物的耐火材料為石英砂，其中至少約70重量％、優(yōu)選至少約85重量％的砂為二氧化硅。其它對于普通鑄造成型體而言合適的耐火材料包括鋯石、橄欖石、鋁硅酸鹽、亞鉻酸鹽等。
在典型的鑄造應(yīng)用中，粘結(jié)劑的量通常不大于耐火材料重量的約10重量％，通常為約0. 5重量％到約7重量％。最經(jīng)常，普通鑄造成型體的粘結(jié)劑含量為耐火材料重量的約0.6重量％到約5重量％。
粘結(jié)劑組合物優(yōu)選制備為兩部分體系，多元醇組分為一個部分(部分I)而多異氰酸酯組分作為另一部分(部分II)。通常先將多元醇與耐火材料混合，然后加入多異氰酸酯組分，但加入順序可以顛倒。向耐火材料顆粒上分布粘結(jié)劑的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。
可以向粘結(jié)劑、耐火材料或鑄造混合物中加入其它添加劑如偶聯(lián)劑、流動增強劑、 可使用時間延長劑、脫模劑、干燥劑、消泡劑、潤濕劑等，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。所選特定添加劑取決于配方設(shè)計師的具體目的。
一般而言，金屬部件通過制作具有成型為與待鑄造金屬部件的尺寸和輪廓相匹配的內(nèi)腔和用于將熱液態(tài)金屬輸入所述腔中的澆注系統(tǒng)的模具組件來制造。將模具和/或型芯插入所述模具組件中以產(chǎn)生外部和內(nèi)部鑄造幾何形狀，當熔融金屬注入模具組件中并且冷卻時，使金屬部件成型。任選地，可向與液態(tài)金屬接觸的模具組件的所有或選定部件施加耐火涂料。
通過冷芯盒法制備鑄造成型體，包括
(a)向模型中引入主要量的鑄造混合物以形成鑄造成型體；
(b)使模型中的鑄造混合物與蒸氣狀固化催化劑接觸；
(c)使鑄造成型體固化；和
(d)當鑄造成型體可處理時，從模型中取出鑄造成型體。
冷芯盒法中多元醇-多異氰酸酯粘結(jié)劑的固化通過如美國專利3，409，579中所述使鑄造成型體與揮發(fā)性叔胺的蒸氣接觸來進行，該專利在此通過引用并入本公開中?？墒褂玫膿]發(fā)性叔胺的實例包括三甲胺、二甲基乙基胺、三乙胺、二甲基丙基胺等。
通過自硬法制備鑄造成型體，包括
(e)向模型中引入主要量的包含液態(tài)固化催化劑的鑄造混合物以形成鑄造成型體；
(f)使鑄造成型體固化；和
(g)當鑄造成型體可處理時，從模型中取出鑄造成型體。
優(yōu)選用于多元醇-多異氰酸酯粘結(jié)劑的液態(tài)固化催化劑為叔胺，優(yōu)選的自硬固化法在美國專利3，485，797中描述，其在此通過引用并入本公開中。這樣的液態(tài)固化催化劑的具體實例為PKb值通常為約5到約11的胺，包括其中烷基具有一到四個碳原子的4-烷基吡啶如4-苯丙基吡啶、異喹啉、芳基吡啶如苯基吡啶、批啶、吖啶、2-甲氧基吡啶、噠嗪、 3-氯吡啶、喹啉、N-甲基咪唑、N-乙基咪唑、N-乙烯基咪唑、4，4’ -聯(lián)吡啶、1-甲基苯并咪唑、1，4_噻嗪和(3-二甲基氨基)丙胺。
通過熱固化法制備鑄造成型體，包括
(h)向經(jīng)加熱的模型中引入主要量的包含耐火材料、線性酚醛樹脂和多異氰酸酯的鑄造混合物以形成鑄造成型體；
⑴使鑄造成型體固化；和
(j)當鑄造成型體可處理時，從模型中取出鑄造成型體。
熱固化法在WO 2004050738中描述，其由此通過引用并入本公開中。
通過鑄造金屬部件的方法制造金屬部件，包括
(k)將鑄造成型體插入具有一個或更多個模具和/或型芯的鑄造組件中；
(1)將處于液態(tài)的金屬注入所述鑄造組件中；
(m)使所述金屬冷卻和凝固；和
(η)然后將鑄造金屬部件與所述鑄造組件分開。
金屬部件可由黑色金屬如灰口鐵和白口鐵、延性鐵、致密石墨鑄鐵和鋼及有色金屬如鋁、鎂、銅、鋅、鈦和其合金鑄造。熔融黑色金屬的溫度為約1100°c到約1700°C。熔融有色金屬的溫度為約400°C到約1700°C。
本文中所用術(shù)語“包含”以“具有”或“包括”的開放式含義而非“僅由……組成” 封閉式含義使用。在本文中提及要素而不使用數(shù)量詞應(yīng)理解為涵蓋一個和更多個。實施例
實施例A、B、1和2
通過冷芯盒法制備試驗鑄造型芯首先在Kenwood Chef混合器中將Congleton HST 50石英砂(來自WBB minerals, Sibelco UK Ltd.)與表1中所述粘結(jié)劑配方混合一分鐘。粘結(jié)劑的部分I中所用的甲階酚醛樹脂(RESIN)為用醋酸鋅二水合物作為催化劑按本領(lǐng)域中熟知的方法制得的聚芐醚型酚醛樹脂。粘結(jié)劑的部分II中所用多異氰酸酯為官能度為2. 7的聚(亞甲基二苯基異氰酸酯)。使用等量的部分I和部分II并且所用粘結(jié)劑總量為砂重量的1.2重量％。
通過將鑄造砂混合物吹入金屬模型(在此通過如美國專利3，409，579所述的冷芯盒法進行固化)中將所得鑄造混合物壓到腔中以得到尺寸為120mmX22.4mmX6mm的試驗型芯。在1. 4巴壓力下使試驗型芯與為三乙胺(0. 25ml)混合物在氮氣中接觸1秒，然后在 4巴壓力下用氮氣吹掃約18秒，從而形成試樣。
在制備粘結(jié)劑和制造試驗型芯時沒有聞到不好的氣味。
除非另有指出，否則試驗型芯用新制的鑄造砂混合物制造，在試樣形成后30秒、3 分鐘和6分鐘測量橫向強度。測量試驗型芯的橫向強度使得能夠預(yù)測砂與粘結(jié)劑的混合物在實際鑄造操作中如何工作。成型體的橫向強度越低，表明在與砂混合過程中、之后且在固化之前酚醛樹脂與多異氰酸酯反應(yīng)越充分。
實施例A和B為對比例，不含任何環(huán)烷烴，而實施例1在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
表I (粘結(jié)劑配方和用粘結(jié)劑制得的試驗型芯的橫向強度)10
權(quán)利要求
1.一種鑄造粘結(jié)劑，所述鑄造粘結(jié)劑包含(a)選自酚醛樹脂、聚醚多元醇、聚酯多元醇、胺多元醇及其混合物的多元醇組分，(b)多異氰酸酯組分；和其中組分(a)和/或組分(b)還包含選自未取代的環(huán)烷烴、取代的環(huán)烷烴及其混合物的一種或更多種環(huán)烷烴作為溶劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄造粘結(jié)劑，其中所述多元醇組分包含甲階酚醛樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鑄造粘結(jié)劑，其中所述環(huán)烷烴中碳原子數(shù)為5-M。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鑄造粘結(jié)劑，其中所述環(huán)烷烴中環(huán)的數(shù)量為1-4。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鑄造粘結(jié)劑，其中所述環(huán)烷烴的環(huán)中的碳原子數(shù)為4-10。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鑄造粘結(jié)劑，其中一種或更多種所述環(huán)烷烴具有2個環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鑄造粘結(jié)劑，其中所述環(huán)烷烴選自環(huán)己烷、三甲基環(huán)己烷、十氫萘、四氫萘及其混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鑄造粘結(jié)劑，其中所述環(huán)烷烴包含十氫萘。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的鑄造粘結(jié)劑，其中組分(a)和/或組分(b) 還包含選自芳烴溶劑、酯溶劑、脂肪酸酯溶劑及其混合物的一種或更多種溶劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鑄造粘結(jié)劑，其中所述粘結(jié)劑體系中環(huán)烷烴的量為5-40重量份，基于100重量份所述粘結(jié)劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的鑄造粘結(jié)劑，其中芳烴溶劑的量低于10重量份，基于100 重量份所述粘結(jié)劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鑄造粘結(jié)劑，其中所述粘結(jié)劑不含芳烴溶劑。
13.—種鑄造混合物，所述鑄造混合物包含主要量的耐火材料和次要量的根據(jù)權(quán)利要求9所述的鑄造粘結(jié)劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鑄造混合物，所述鑄造混合物還包含液態(tài)叔胺固化催化劑。
15.一種制備鑄造成型體的冷芯盒方法，所述方法包括(a)將主要量的根據(jù)權(quán)利要求9所述的組合物引入模型中以形成成型體；(b)使所述成型體與叔胺固化催化劑的蒸氣接觸；(c)使所述成型體固化；和(d)從所述模型中取出所述成型體。
16.一種鑄造金屬部件的方法，所述方法包括(a)將根據(jù)權(quán)利要求15制得的鑄造成型體插入具有一個或更多個模具和/或型芯的鑄造組件中；(b)將處于液態(tài)的金屬注入所述鑄造組件中；(c)使所述金屬冷卻和凝固；和(d)然后將所述鑄造金屬部件與所述鑄造組件分開。
17.一種由權(quán)利要求16所述的方法制得的金屬鑄件。
18.一種制備鑄造成型體的自硬方法，所述方法包括(a)將主要量的根據(jù)權(quán)利要求14所述的組合物引入模型中以形成成型體；(b)使所述成型體固化；和(C)從所述模型中取出所述成型體。
19.一種鑄造金屬部件的方法，所述方法包括(a)將根據(jù)權(quán)利要求18制得的鑄造成型體插入具有一個或更多個模具和/或型芯的鑄造組件中；(b)將處于液態(tài)的金屬注入所述鑄造組件中；(c)使所述金屬冷卻和凝固；和(d)然后將所述鑄造金屬部件與所述鑄造組件分開。
20.一種由權(quán)利要求19所述的方法制得的金屬鑄件。
21.一種制備鑄造成型體的熱固化方法，所述方法包括(a)將主要量的包含(i)耐火材料、(ii)線性酚醛樹脂和(iii)多異氰酸酯的鑄造混合物引入經(jīng)加熱的模型中以形成鑄造成型體，其中組分(ii)和/或組分(iii)還包含選自未取代的環(huán)烷烴、取代的環(huán)烷烴及其混合物的一種或更多種環(huán)烷烴作為溶劑；(b)使所述鑄造成型體固化；和(c)當所述鑄造成型體可處理時，從所述模型中取出所述鑄造成型體。
全文摘要
一種鑄造粘結(jié)劑，所述鑄造粘結(jié)劑包含(a)選自酚醛樹脂、聚醚多元醇、聚酯多元醇、氨基多元醇及其混合物的多元醇組分，和(b)多異氰酸酯組分，其中組分(a)和/或(b)還包含一種或更多種環(huán)烷烴作為溶劑。
文檔編號B22C1/22GK102481621SQ201080031631
公開日2012年5月30日 申請日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月16日
發(fā)明者王顯平, 約爾格·克羅克爾, 馬克·R·斯坦克利夫 申請人:亞世科化學(xué)有限公司