包含一种或更多种环烷烃作为溶剂的铸造粘结剂的制作方法

专利名称：包含一种或更多种环烷烃作为溶剂的铸造粘结剂的制作方法
包含一种或更多种环烷烃作为溶剂的铸造粘结剂
相关申请
本申请要求2009年7月16日提交的美国临时专利申请序列号61Λ66，036的优先权。
背景技术：
在铸造工业中，制造金属部件所用的程序之一为“砂铸”。在砂铸中，一次性铸造成型体(例如模具、型芯、套筒、浇杯、覆盖物等)用包含耐火材料(通常是砂)和有机或无机粘结剂的混合物的铸造混合物制造。
铸造成型体通常由所谓的自硬、冷芯盒法和/或热固化法制得。在自硬法中，将液态固化催化剂与耐火材料和粘结剂混合以形成铸造混合物，然后在模型中成型该混合物。 铸造砂混合物通过在模型中将其压实并使其固化直至能够自支承而成型。在冷芯盒法中， 使蒸气状的固化催化剂通过骨料和粘结剂的成型混合物(通常在芯盒中)以形成固化的铸造成型体。在热固化法中，将成型体混合物暴露于活化固化催化剂的热以形成固化的铸造成型体。
要使粘结剂体系有效地起作用，有许多要求。例如，粘结剂通常具有低的粘度、必须是无凝胶的并且在贮存和使用条件下保持稳定。为在铸造成型体的制造中获得高生产率，需要粘结剂有效固化，使得铸造成型体尽可能快地变为自支承和可处理的。
就自硬和热固化法而论，必须花费足够的工作时间以可制造较大的型芯和模具。 另一方面，就冷芯盒法而论，成型的铸造混合物在与蒸气状的固化催化剂接触时必须几乎瞬时固化。采用自硬、冷芯盒或热固化粘结剂由铸造混合物制得的铸造成型体具有足够的机械强度(特别是瞬时抗拉和横向强度)、划痕硬度，并且表现出耐环境湿度性。
配方设计师面对的最大挑战之一是配制在铸造成型体被制造后将使铸造成型体保持在一起使得其可被处理、贮存并且在金属铸造过程中不过早破裂而在凝固的铸造金属部件冷却后具有可接受的脱模和脱芯性质(常称为振动脱砂)的粘结剂。如果没有这种性质，则必须采用耗时、耗劳力的手段来破碎用过的铸造成型体，使得可从铸模和型芯组件取出金属部件。有效的铸造粘结剂所需的另一相关性质是用粘结剂制得的铸造成型体必须容易从制造其的模型中脱离。
就冷芯盒应用而论，由耐火材料和有机粘结剂制得的铸造混合物的流动性可能产生较大的问题。这是因为在一些情况下，粘结剂的组分，特别是酚醛聚氨酯粘结剂的组分， 可能在与耐火砂混合后而在待用时过早地反应。如果发生这种过早反应，则铸造混合物的流动性会降低并且由该粘结剂制得的模具和型芯具有减小的机械强度。该随时间降低的流动性和强度减小表明铸造混合物的“可使用时间”不够。如果粘结剂产生的铸造混合物没有足够的可使用时间，则该粘结剂的商业价值有限。
鉴于商业上成功的铸造粘结剂的所有这些要求，铸造粘结剂技术正在逐步发展。 以成本有效的方式开发满足所关心的所有要求的粘结剂并不容易。
此外，由于环境、健康和安全法规及问题，除优异的性能和成本有效外，可能还存在对配方组成的要求。现在环境问题尤其相关，这是因为商业上使用的大多数铸造粘结剂都包含显著量的芳烃溶剂，芳烃溶剂又可包含诸如苯、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关部分。近来，在铸造粘结剂中使用芳烃溶剂受到日益关注，对减少其用量或完全不使用它们的兴趣普遍存在。
现有技术披露，已多次探索在基于甲阶酚醛树脂和多异氰酸酯的铸造粘结剂体系中减少和可能地消除芳烃溶剂。例如，欧洲专利0771569描述了用一种或更多种具有12个碳原子碳链的脂肪酸的甲酯替代芳烃溶剂。虽然该粘结剂制得有用的型芯和模具，但已发现在浇注、冷却和振动脱砂过程中冒烟和发出刺鼻气味，并且用这些粘结剂制得的模具和型芯在用过后得到的砂更难再生和再用。因此，在实践中，趋向于将脂肪酸酯与传统芳烃溶剂组合用作共溶剂。
新近，欧洲专利10575M披露了使用硅酸烷基酯特别是硅酸四乙酯替代芳烃溶剂。该技术也存在一些缺点，例如在用于减少胺固化气体的酸性洗涤溶液中形成凝胶，并且形成的白色二氧化硅细粒可沉积在铸件上、积聚在用过的砂中或在空气中载带。
无脂环族溶剂如煤油和十四烯已被少量添加到多元醇-多异氰酸酯粘结剂，特别是酚醛聚氨酯冷芯盒和自硬粘结剂中，但其强的非极性溶解性导致大大限制其在粘结剂配方中的用量，低于总粘结剂即部分1(多元醇组分)和部分11(多异氰酸酯组分)的合并重量的5重量％。
鉴于此背景，需要开发不包含芳烃溶剂或以少得多的量使用芳烃溶剂而同时保持优异的性能和成本有效并且充分考虑环境、健康和安全问题的铸造粘结剂。发明内容
本公开涉及铸造粘结剂，所述铸造粘结剂包含(a)选自酚醛树脂、聚醚多元醇、聚酯多元醇、氨基多元醇及其混合物的多元醇组分，和(b)多异氰酸酯组分，其中组分(a)和 /或(b)还包含一种或更多种环烷烃作为溶剂。本公开还涉及用所述铸造粘结剂制得的铸造混合物，用所述铸造混合物制造铸造成型体的冷芯盒、自硬和热固化方法，以及用所述铸造成型体制造铸造金属部件的方法和金属铸造方法。
使用根据本发明的粘结剂具有环境、健康和安全优点，这是因为在配制铸造粘结剂时可消除或减少包括苯、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烃溶剂。因此，当由用根据本发明的粘结剂制得的铸造混合物制造铸造成型体时和当用这些铸造成型体铸造金属部件时，减少或消除不希望的气体、烟雾和气味。此外，不会暴露于当在用于制造铸造成型体的铸造粘结剂中使用硅酸烷基酯作为溶剂时所存在的二氧化硅颗粒。
据信在所述铸造粘结剂中使用环烷烃作为溶剂完全或部分替代芳烃溶剂可以(1)减少光化学活性物质的量，光化学活性物质可对臭氧层有有害影响，当用粘结剂制造铸造成型体以及当在金属铸造过程中用铸造成型体制造金属部件时释放光化学活性物质；(2)减少半永久性模具(通常用于制造车辆汽缸盖的技术)的通风系统中焦油样物质的形成；C3)改进由铸造成型体制得的铸造金属部件的品质；(4)通过消除或减少摩擦再生砂和湿砂造型系统中的溶剂累积来改进模具和型芯品质；和( 减少浇注、冷却和振动脱砂过程中浓烟的形成。
由于已知基于多元醇和多异氰酸酯(特别是甲阶酚醛树脂)的粘结剂对溶剂的各种性质敏感，出乎意料地发现，可以使用环烷烃完全或部分替代这类粘结剂中传统使用的芳烃溶剂，而不会不利地影响粘结剂在产品贮存稳定性以及型芯和模具制造性能方面的性能特征。这特别出乎意料，这是因为已知无环脂肪族溶剂如煤油和十四烯在高含量下与酚醛树脂和多异氰酸酯不相容，尤其是在完全替代铸造粘结剂中的全部芳烃溶剂的含量下更是如此。
详细描述
优选以两部分体系包装和使用所述粘结剂体系。
铸造粘结剂的多元醇组分(部分I)包含选自酚醛树脂、聚醚多元醇、聚酯多元醇、 胺多元醇及其混合物的多元醇。优选使用的多元醇为甲阶酚醛树脂。
粘结剂的多异氰酸酯组分(部分II)包含选自脂肪族多异氰酸酯和芳族多异氰酸酯及其混合物的多异氰酸酯。由于其可得性，优选使用的多异氰酸酯为亚甲基二苯基异氰酸酯。
如上所述，优选的多元醇为呈液体或可溶于有机溶剂的酚醛树脂。粘结剂组合物的酚醛树脂组分通常以在有机溶剂中的溶液形式使用。所用溶剂量应足以使得粘结剂组合物具有允许其均勻覆盖在骨料上并且与铸造砂混合物中的多异氰酸酯组分均勻反应的适当粘度。酚醛树脂的具体溶剂浓度随所用酚醛树脂的类型及其分子量变化。一般而言，溶剂浓度为多元醇组分的至多80重量％，通常为多元醇组分的20重量％至80重量％。
甲阶酚醛树脂优选通过使摩尔过量的醛与酚在碱性催化剂或金属催化剂的存在下反应制备。酚醛树脂优选基本无水并且可溶于有机溶剂。优选用在本发明粘结剂组合物中的酚醛树脂是本领域熟知的并且在美国专利3，485，797中明确描述，该专利在此通过引用并入本文中。这些树脂(称为苄醚型甲阶酚醛树脂)是醛与酚的反应产物。其包含大量连接聚合物酚核的桥，这些桥为邻位-邻位苄醚桥。其通过使醛与酚以至少1 1的醛 酚摩尔比在金属离子(优选二价金属离子如锌、铅、锰、铜、锡、镁、钴、钙和钡)催化剂的存在下反应制备。
用于制备甲阶酚醛树脂的酚包括苯酚自身和/或此前已被用在酚醛树脂形成中以及两个邻位或一个邻位和对位未被取代的任何一种或更多种酚类。这样的未取代位是聚合反应需要的。酚环的其余碳原子中的任何一个或全部均可被取代或者全不被取代。取代基的性质可以广泛变化，仅需要取代基不干扰醛与酚在邻位和/或对位聚合。酚醛树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、环烷基取代的酚、芳氧基取代的酚和卤素取代的酚，前述取代基包含1-26个碳原子、优选1-12个碳原子。
作为替代方案，可以使用线性酚醛树脂。双酚F是最简单的线性酚醛，通过使大量摩尔过量的酚与甲醛在酸性条件下反应制备，该反应产生包含0，p’异构体、P，P’异构体和 O，O’异构体的异构体混合物。典型的酸催化剂为草酸。
合适的酚的具体实例包括苯酚、邻-甲酚、对-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、对-丁基苯酚、3，5- 二丁基苯酚、 对-戊基苯酚、对-环己基苯酚、对-辛基苯酚、3，5- 二环己基苯酚、对-苯基苯酚、对-巴豆基苯酚、3，5_ 二甲氧基苯酚、3，4，5_三甲氧基苯酚、对-乙氧基苯酚、对-丁氧基苯酚、 3-甲基-4-甲氧基苯酚和对-苯氧基苯酚。多环酚如4，4’_联苯酚和双酚A也是合适的。
用于与酚反应的醛具有式RCH0，其中R为氢或1_8个碳原子的烃基。与酚反应的醛可包括任何此前已被用在酚醛树脂的形成中的醛，例如甲醛、乙醛、丙醛、糠醛、苯甲醛等及其混合物。最优选的醛为甲醛。
聚醚多元醇是市售的，其制备以及确定其羟基值的方法众所周知。聚醚多元醇根据本领域中熟知的方法通过使环氧烷与多羟基醇在合适的催化剂如甲醇钠的存在下反应来制备。可使任何合适的环氧烷或环氧烷混合物与多羟基醇反应以制备聚醚多元醇。用于制备聚醚多元醇的环氧烷通常具有二到六个碳原子。代表性实例包括环氧乙烷、环氧丙烷、 环氧丁烷、环氧戊烷、苯基环氧乙烷或其混合物。通常用于制备聚醚多元醇的多羟基醇通常具有大于2. 0、优选2. 5-5. 0、最优选2. 5-4. 5的羟基官能度。实例包括乙二醇、二甘醇、丙二醇、三羟甲基丙烷、甘油和四羟甲基甲烷。
氨基多元醇也是众所周知的并且在美国专利4，448，907中描述，通常作为环氧烷与胺化合物的反应产物制备。一般而言，任何包含至少一个或更多个叔胺基团的多元醇被认为在“氨基多元醇”的定义的范围内。用于制备胺多元醇的环氧烷优选环氧乙烷和环氧丙烷。但使用其它环氧烷看起来也是可行的。与环氧烷反应以产生可用于构成本发明的粘结剂组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团的单氨基和多氨基化合物。具体实例包括脂肪族胺(例如烷基伯胺、乙二胺、二亚乙基三胺和三亚乙基四胺)、脂环族胺(例如环己胺、吡咯烷、吗啉和N，N’ - 二亚乙基二胺)、芳族胺(例如苯胺、 邻-、间-和对-苯二胺、苯胺-甲醛树脂)等。氨基多元醇的羟基数通常为约200-1000mg/ g Κ0Η、优选约 600-800mg/g Κ0Η。
可用的聚酯多元醇为脂肪族和/或芳族聚酯多元醇。优选的聚酯多元醇为液态芳族聚酯多元醇的共混物，其羟基数通常为约200-2，000mg/g Κ0Η、优选200_1200mg/g Κ0Η、 最优选250-800mg/gK0H ；官能度等于或大于2. 0、优选2_4 ；25°C下的粘度为500-50，000厘泊、优选1，000-35, 000厘泊、最优选1，500-25，000厘泊。芳族聚酯多元醇通常通过芳族酯与醇或二醇经由酸性催化剂进行酯交换而制备。邻苯二甲酸酯通常用作制备芳族聚酯多元醇的芳族酯。用于制备芳族聚酯多元醇的醇的实例为乙二醇、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、三羟甲基丙烷、四羟甲基甲烷、甘油及其混合物。脂肪族聚酯多元醇通常通过酸与醇直接缩合制备。用于制备脂肪族聚酯多元醇的酸的实例为琥珀酸、戊二酸、己二酸、柠檬酸、四氢邻苯二甲酸及其混合物。用于制备脂肪族聚酯多元醇的醇的实例为乙二醇、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、三羟甲基丙烷、四羟甲基甲烷、甘油及其混合物。
任何有机多异氰酸酯均可用在部分II (多异氰酸酯组分)中。粘结剂组合物的多异氰酸酯组分通常以在有机溶剂中的溶液形式使用，但可以使用部分II由100%多异氰酸酯组成的粘结剂。多异氰酸酯组分中具体溶剂浓度随部分I中所用酚醛树脂的类型及其分子量变化。一般而言，溶剂浓度为多异氰酸酯组分的至多80重量％，通常为至多50%。
所用有机多异氰酸酯的实例包括具有两个或更多个、优选2-5个官能度的多异氰酸酯。其可以是脂肪族、脂环族、芳族或混杂型多异氰酸酯或其混合物。多异氰酸酯的代表性实例为脂肪族多异氰酸酯(例如六亚甲基二异氰酸酯和1，12-二异氰基十二烷)、脂环族多异氰酸酯(例如4，4’ - 二环己基甲烷二异氰酸酯和异氟尔酮二异氰酸酯)和芳族多异氰酸酯(例如亚甲基二苯基异氰酸酯及其异构体和聚合物品种、2，6_甲苯二异氰酸酯及其7衍生物)。合适的有机多异氰酸酯的其它实例为1，5-萘二异氰酸酯、三苯基甲烷三异氰酸酯、亚二苯甲基二异氰酸酯及其衍生物等。此外，预期可使用化学改性的多异氰酸酯、多异氰酸酯的预聚物和多异氰酸酯的准预聚物。固态或粘性的多异氰酸酯必须以有机溶剂溶液的形式使用，溶剂通常以溶液的至多80重量％，通常至多50%存在。
多异氰酸酯以当用叔胺固化催化剂催化时足以使酚醛树脂固化的浓度使用。一般而言，多异氰酸酯组分的异氰酸酯基团与多元醇组分的羟基基团之比为1.25 1到 1 1.25，优选约1 1。
粘结剂的部分I和/或部分II包含一种或更多种环烷烃作为溶剂。所述环烷烃选自未取代的环烷烃、取代的环烷烃及其混合物。优选环烷烃中碳原子数为5-M，环烷烃中环(包括各个稠合、桥连和螺接环布置)的数量为1-4，二环-、三环-和四环环烷烃的各个环中的碳原子数为3-10、优选5-8。可用作粘结剂的部分I和/或部分II中的溶剂的环烷烃的实例包括但不限于环戊烷、环己烷、环庚烷、环辛烷、环壬烷、环癸烷、降蒈烷、降菔烷、 降莰烷、十氢甘菊环、三环[2.2. 1.0]己烷、四环[5，2，2，0，0] i^一烷、螺[4.5]癸烷、二螺 [5. 1. 7. 2]十七烷、十氢萘、环己基环己烷、三环癸烷、1-环丁基-2-环戊基乙烷、全氢化蒽、 全氢化芴、它们的部分不饱和的类似物、烷基、烯基和炔基衍生物、及其混合物。通常所用环烷烃为十氢萘，这是因为其是最容易得到并且最丰富的环烷烃。
铸造粘结剂可包含其它溶剂。特别地，铸造粘结剂还可包含一种或更多种选自芳烃溶剂、二元酯溶剂、脂肪酸酯溶剂及其混合物的溶剂，其可配入铸造粘结剂的部分I、部分 II、或部分I和部分II 二者中。
粘结剂中溶剂的总量通常为基于100重量份粘结剂1-80重量份，优选基于100重量份粘结剂5-60重量份，最优选基于100重量份粘结剂15-50重量份。
粘结剂中环烷烃的总量通常为基于100重量份粘结剂5-40重量份，优选基于100 重量份粘结剂5-30重量份，最优选基于100重量份粘结剂5-20重量份。
如果粘结剂的部分I中使用环烷烃，则部分I中所用环烷烃的总量基于100重量份部分I为0-30重量份，优选基于100重量份部分I为5-25重量份，最优选基于100重量份部分I为5-20重量份。
如果粘结剂的部分II中使用环烷烃，则部分II中所用环烷烃的总量基于100重量份部分II为0-60重量份，优选基于100重量份部分II为5-40重量份，最优选基于100 重量份部分II为5-30重量份。
铸造混合物通过混合铸造用耐火材料与铸造粘结剂来制备。使用各种类型的耐火材料和各种量的粘结剂通过本领域熟知的方法来制备铸造砂混合物。普通成型体、用于精密铸造的成型体和耐火成型体可通过使用粘结剂体系和适当的耐火材料来制备。所用粘结剂的量和耐火材料的类型是本领域技术人员熟知的。优选用于制备铸造混合物的耐火材料为石英砂，其中至少约70重量％、优选至少约85重量％的砂为二氧化硅。其它对于普通铸造成型体而言合适的耐火材料包括锆石、橄榄石、铝硅酸盐、亚铬酸盐等。
在典型的铸造应用中，粘结剂的量通常不大于耐火材料重量的约10重量％，通常为约0. 5重量％到约7重量％。最经常，普通铸造成型体的粘结剂含量为耐火材料重量的约0.6重量％到约5重量％。
粘结剂组合物优选制备为两部分体系，多元醇组分为一个部分(部分I)而多异氰酸酯组分作为另一部分(部分II)。通常先将多元醇与耐火材料混合，然后加入多异氰酸酯组分，但加入顺序可以颠倒。向耐火材料颗粒上分布粘结剂的方法是本领域技术人员熟知的。
可以向粘结剂、耐火材料或铸造混合物中加入其它添加剂如偶联剂、流动增强剂、 可使用时间延长剂、脱模剂、干燥剂、消泡剂、润湿剂等，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。所选特定添加剂取决于配方设计师的具体目的。
一般而言，金属部件通过制作具有成型为与待铸造金属部件的尺寸和轮廓相匹配的内腔和用于将热液态金属输入所述腔中的浇注系统的模具组件来制造。将模具和/或型芯插入所述模具组件中以产生外部和内部铸造几何形状，当熔融金属注入模具组件中并且冷却时，使金属部件成型。任选地，可向与液态金属接触的模具组件的所有或选定部件施加耐火涂料。
通过冷芯盒法制备铸造成型体，包括
(a)向模型中引入主要量的铸造混合物以形成铸造成型体；
(b)使模型中的铸造混合物与蒸气状固化催化剂接触；
(c)使铸造成型体固化；和
(d)当铸造成型体可处理时，从模型中取出铸造成型体。
冷芯盒法中多元醇-多异氰酸酯粘结剂的固化通过如美国专利3，409，579中所述使铸造成型体与挥发性叔胺的蒸气接触来进行，该专利在此通过引用并入本公开中。可使用的挥发性叔胺的实例包括三甲胺、二甲基乙基胺、三乙胺、二甲基丙基胺等。
通过自硬法制备铸造成型体，包括
(e)向模型中引入主要量的包含液态固化催化剂的铸造混合物以形成铸造成型体；
(f)使铸造成型体固化；和
(g)当铸造成型体可处理时，从模型中取出铸造成型体。
优选用于多元醇-多异氰酸酯粘结剂的液态固化催化剂为叔胺，优选的自硬固化法在美国专利3，485，797中描述，其在此通过引用并入本公开中。这样的液态固化催化剂的具体实例为PKb值通常为约5到约11的胺，包括其中烷基具有一到四个碳原子的4-烷基吡啶如4-苯丙基吡啶、异喹啉、芳基吡啶如苯基吡啶、批啶、吖啶、2-甲氧基吡啶、哒嗪、 3-氯吡啶、喹啉、N-甲基咪唑、N-乙基咪唑、N-乙烯基咪唑、4，4’ -联吡啶、1-甲基苯并咪唑、1，4_噻嗪和(3-二甲基氨基)丙胺。
通过热固化法制备铸造成型体，包括
(h)向经加热的模型中引入主要量的包含耐火材料、线性酚醛树脂和多异氰酸酯的铸造混合物以形成铸造成型体；
⑴使铸造成型体固化；和
(j)当铸造成型体可处理时，从模型中取出铸造成型体。
热固化法在WO 2004050738中描述，其由此通过引用并入本公开中。
通过铸造金属部件的方法制造金属部件，包括
(k)将铸造成型体插入具有一个或更多个模具和/或型芯的铸造组件中；
(1)将处于液态的金属注入所述铸造组件中；
(m)使所述金属冷却和凝固；和
(η)然后将铸造金属部件与所述铸造组件分开。
金属部件可由黑色金属如灰口铁和白口铁、延性铁、致密石墨铸铁和钢及有色金属如铝、镁、铜、锌、钛和其合金铸造。熔融黑色金属的温度为约1100°c到约1700°C。熔融有色金属的温度为约400°C到约1700°C。
本文中所用术语“包含”以“具有”或“包括”的开放式含义而非“仅由……组成” 封闭式含义使用。在本文中提及要素而不使用数量词应理解为涵盖一个和更多个。实施例
实施例A、B、1和2
通过冷芯盒法制备试验铸造型芯首先在Kenwood Chef混合器中将Congleton HST 50石英砂(来自WBB minerals, Sibelco UK Ltd.)与表1中所述粘结剂配方混合一分钟。粘结剂的部分I中所用的甲阶酚醛树脂(RESIN)为用醋酸锌二水合物作为催化剂按本领域中熟知的方法制得的聚苄醚型酚醛树脂。粘结剂的部分II中所用多异氰酸酯为官能度为2. 7的聚(亚甲基二苯基异氰酸酯)。使用等量的部分I和部分II并且所用粘结剂总量为砂重量的1.2重量％。
通过将铸造砂混合物吹入金属模型(在此通过如美国专利3，409，579所述的冷芯盒法进行固化)中将所得铸造混合物压到腔中以得到尺寸为120mmX22.4mmX6mm的试验型芯。在1. 4巴压力下使试验型芯与为三乙胺(0. 25ml)混合物在氮气中接触1秒，然后在 4巴压力下用氮气吹扫约18秒，从而形成试样。
在制备粘结剂和制造试验型芯时没有闻到不好的气味。
除非另有指出，否则试验型芯用新制的铸造砂混合物制造，在试样形成后30秒、3 分钟和6分钟测量横向强度。测量试验型芯的横向强度使得能够预测砂与粘结剂的混合物在实际铸造操作中如何工作。成型体的横向强度越低，表明在与砂混合过程中、之后且在固化之前酚醛树脂与多异氰酸酯反应越充分。
实施例A和B为对比例，不含任何环烷烃，而实施例1在本发明的范围内。
表I (粘结剂配方和用粘结剂制得的试验型芯的横向强度)10
权利要求
1.一种铸造粘结剂，所述铸造粘结剂包含(a)选自酚醛树脂、聚醚多元醇、聚酯多元醇、胺多元醇及其混合物的多元醇组分，(b)多异氰酸酯组分；和其中组分(a)和/或组分(b)还包含选自未取代的环烷烃、取代的环烷烃及其混合物的一种或更多种环烷烃作为溶剂。
2.根据权利要求1所述的铸造粘结剂，其中所述多元醇组分包含甲阶酚醛树脂。
3.根据权利要求2所述的铸造粘结剂，其中所述环烷烃中碳原子数为5-M。
4.根据权利要求3所述的铸造粘结剂，其中所述环烷烃中环的数量为1-4。
5.根据权利要求3所述的铸造粘结剂，其中所述环烷烃的环中的碳原子数为4-10。
6.根据权利要求5所述的铸造粘结剂，其中一种或更多种所述环烷烃具有2个环。
7.根据权利要求2所述的铸造粘结剂，其中所述环烷烃选自环己烷、三甲基环己烷、十氢萘、四氢萘及其混合物。
8.根据权利要求2所述的铸造粘结剂，其中所述环烷烃包含十氢萘。
9.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的铸造粘结剂，其中组分(a)和/或组分(b) 还包含选自芳烃溶剂、酯溶剂、脂肪酸酯溶剂及其混合物的一种或更多种溶剂。
10.根据权利要求9所述的铸造粘结剂，其中所述粘结剂体系中环烷烃的量为5-40重量份，基于100重量份所述粘结剂。
11.根据权利要求10所述的铸造粘结剂，其中芳烃溶剂的量低于10重量份，基于100 重量份所述粘结剂。
12.根据权利要求11所述的铸造粘结剂，其中所述粘结剂不含芳烃溶剂。
13.—种铸造混合物，所述铸造混合物包含主要量的耐火材料和次要量的根据权利要求9所述的铸造粘结剂。
14.根据权利要求13所述的铸造混合物，所述铸造混合物还包含液态叔胺固化催化剂。
15.一种制备铸造成型体的冷芯盒方法，所述方法包括(a)将主要量的根据权利要求9所述的组合物引入模型中以形成成型体；(b)使所述成型体与叔胺固化催化剂的蒸气接触；(c)使所述成型体固化；和(d)从所述模型中取出所述成型体。
16.一种铸造金属部件的方法，所述方法包括(a)将根据权利要求15制得的铸造成型体插入具有一个或更多个模具和/或型芯的铸造组件中；(b)将处于液态的金属注入所述铸造组件中；(c)使所述金属冷却和凝固；和(d)然后将所述铸造金属部件与所述铸造组件分开。
17.一种由权利要求16所述的方法制得的金属铸件。
18.一种制备铸造成型体的自硬方法，所述方法包括(a)将主要量的根据权利要求14所述的组合物引入模型中以形成成型体；(b)使所述成型体固化；和(C)从所述模型中取出所述成型体。
19.一种铸造金属部件的方法，所述方法包括(a)将根据权利要求18制得的铸造成型体插入具有一个或更多个模具和/或型芯的铸造组件中；(b)将处于液态的金属注入所述铸造组件中；(c)使所述金属冷却和凝固；和(d)然后将所述铸造金属部件与所述铸造组件分开。
20.一种由权利要求19所述的方法制得的金属铸件。
21.一种制备铸造成型体的热固化方法，所述方法包括(a)将主要量的包含(i)耐火材料、(ii)线性酚醛树脂和(iii)多异氰酸酯的铸造混合物引入经加热的模型中以形成铸造成型体，其中组分(ii)和/或组分(iii)还包含选自未取代的环烷烃、取代的环烷烃及其混合物的一种或更多种环烷烃作为溶剂；(b)使所述铸造成型体固化；和(c)当所述铸造成型体可处理时，从所述模型中取出所述铸造成型体。
全文摘要
一种铸造粘结剂，所述铸造粘结剂包含(a)选自酚醛树脂、聚醚多元醇、聚酯多元醇、氨基多元醇及其混合物的多元醇组分，和(b)多异氰酸酯组分，其中组分(a)和/或(b)还包含一种或更多种环烷烃作为溶剂。
文档编号B22C1/22GK102481621SQ201080031631
公开日2012年5月30日 申请日期2010年6月3日 优先权日2009年7月16日
发明者王显平, 约尔格·克罗克尔, 马克·R·斯坦克利夫 申请人:亚世科化学有限公司