ES2213474B1 - Aglutinantes de fundicion no cocidos de furano y su uso. - Google Patents
Aglutinantes de fundicion no cocidos de furano y su uso.Info
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Abstract
Esta inveción se refiere a aglutinantes de fundición no cocidos, que comprenden (a) un alcohol de furfurilo y/o una resina de furano reactivo, (b), un activador seleccionado del grupo que consta de resorcinol, brea de resorcinol y alquitrán de bisfenol A, (c) un compuesto bistenol, (d) un poliol seleccionado del grupo que consta de polioles de poliéster aromático, polioles de poliéter, y mezclas de los mismos, y con preferencia (e) un silano. Los aglutinantes se endurecen en la presencia del catalizador de endurecimiento de furano. La invención se refiere también a mezclas de fundición preparadas con el aglutinante, a matrices de fundición preparadas con la mezcla de fundición y a piezas fundidas metálicas preparadas con las matrices de fundición.
Description
Aglutinantes de fundición no cocidos de furano y
su uso.
Esta invención se refiere a aglutinantes de
fundición no cocidos de furano, que comprenden (a) alcohol de
furfurilo y/o una resina de furano reactiva, (b) un activador
seleccionado del grupo que consta de resorcinol, brea de
resorcinol, y alquitrán de bisfenol A, (c) un compuesto bisfenol,
(d) un poliol seleccionado del grupo que consta de polioles de
poliéster, polioles de poliéter, y mezclas de los mismos, y con
preferencia (e) un silano. Los aglutinantes son endurecidos en
presencia del catalizador de endurecimiento de furano. La invención
se refiere también a mezclas de fundición preparadas con el
aglutinante, plantillas de fundición preparadas con la mezcla de
fundición, y piezas fundidas metálicas preparadas con las
plantillas de fundición.
Uno de los aglutinantes no cocidos de mayor éxito
comercial es el aglutinante no cocido de uretano fenólico. Este
aglutinante proporciona moldes y núcleos con resistencias
excelentes que son producidos de una manera altamente productiva.
Aunque este aglutinante produce buenos núcleos y moldes a una
velocidad alta, existe un interés en aglutinantes que tienen menos
compuestos orgánicos volátiles (VOC), sin fenol libre, con bajo
nivel de formaldehído y que producen menos olor y humo durante la
fabricación y fundición de núcleos. Los 1 aglutinantes de furano
tienen estas ventajas, pero su velocidad de endurecimiento es mucho
más lenta que la velocidad de endurecimiento de los aglutinantes no
cocidos de uretano. Los aglutinantes de furano han sido
modificados para incrementar su reactividad, por ejemplo
incorporando resinas de urea-formaldehído, resinas
de fenol-formaldehído, resinas novolac, resinas de
resoles fenólicos, y resorcinol en el aglutinante. A pesar de
todo, este sistema de aglutinantes de furano modificado no
proporciona la velocidad de endurecimiento necesaria en talleres de
fundición que requieren alta productividad.
La patente de los Estados Unidos 5.856.375
describe el uso de alquitrán de BPA en aglutinantes no cocidos de
furano para incrementar la velocidad de endurecimiento del
aglutinante de furano. Aunque la velocidad de endurecimiento del
aglutinante se incrementa por la adición del alquitrán de BPA, la
resistencia a la tracción de este sistema no coincide con la del
sistema de uretano fenólico.
Esta invención se refiere a aglutinantes no
cocidos de furano, que comprenden:
- (a)
- un alcohol de furfurilo y/o una resina de furano reactivo,
- (b)
- un activador seleccionado del grupo que consta de resorcinol, brea de resorcinol y alquitrán de bisfenol A,
- (c)
- un compuesto bisfenol,
- (d)
- un poliol seleccionado del grupo que consta de polioles de poliéster aromáticos, polioles de poliéter, y mezclas de los mismos, y con preferencia
- (e)
- un silano.
Los aglutinantes presentan varias ventajas cuando
se comparan con un aglutinante no cocido de furano convencional.
Los núcleos preparados con los aglutinantes se endurecen mucho más
rápidamente que los preparados con aglutinantes no cocidos de
furano convencionales. De 5 hecho, la velocidad de endurecimiento
de los núcleos preparados por los aglutinantes de esta invención es
comparable con la del aglutinante no cocido de uretano fenólico,
que se utiliza comercialmente para fabricar núcleos, donde se
necesita una alta velocidad de producción. Adicionalmente, los
núcleos fabricados con el aglutinante muestran una resistencia a la
tracción excelente, y son ventajosos desde el punto de vista del
medio ambiente, porque no contienen fenol libre, tienen bajo
contenido de formaldehído, y no contienen disolventes o
isocianatos.
El aglutinante contiene alcohol de furfurilo y/o
una resina de furano reactivo, con preferencia una mezcla de los
mismos. Las resinas de furano reactivo que se pueden utilizar en
los aglutinantes no cocidos son con preferencia resinas de furano
de bajo contenido de nitrógeno. Las resinas de furano se preparan
por la homopolimerización de alcohol de furfurilo o la
homopolimerización de bis-hidroximetilfurano en
presencia de calor, de acuerdo con métodos bien conocidos en la
técnica. La temperatura de reacción utilizada para la fabricación
de las resinas de furano oscila típicamente desde 95ºC hasta 105ºC.
La reacción se continúa hasta que el porcentaje de formaldehído
libre es inferior al 5 por ciento en peso, típicamente de 3 a 5 por
ciento en peso, y el índice de refracción es de 1.500 a
aproximadamente 1.600. La viscosidad de la resina es
preferentemente de aproximadamente 200 cps a 450 cps. Las resinas
de furano tienen un grado medio de polimerización de
2-3.
Con preferencia, se utiliza una resina de furano
reactivo, diluida con alcohol de furfurilo para reducir la
viscosidad de la resina de furano reactivo.
Aunque no se prefiere necesariamente, también se
pueden utilizar resinas de furano modificadas en el aglutinante.
Las resinas de furano modificadas se fabrican típicamente a partir
de alcohol de furfurilo, fenol, y formaldehído a temperaturas
elevadas en condiciones esencialmente alcalinas a un pH de 8,0 a
9,0, con preferencia de 8,4 a 8,7. El porcentaje en peso de
alcohol de furfurilo utilizado en la preparación de las resinas de
furano modificado libres de nitrógeno oscila desde 50 hasta 65 por
ciento; el porcentaje en peso del fenol utilizado en la preparación
de las resinas de furano modificado libres de nitrógeno oscila
desde 10 hasta 25 por ciento; y el porcentaje en peso del
formaldehído utilizado en la preparación de resinas de furano
modificado libres de nitrógeno oscila desde 15 hasta 25 por ciento,
donde todos los porcentajes en peso, se basan en el peso total de
los componentes empleados para preparar la resina de furano
modificado.
Aunque no se prefiere necesariamente, se pueden
utilizar también resinas de urea-formaldehído,
resinas de fenol-formaldehído, resinas de novolac,
y resinas de resoles fenólicos además de la resina de furano.
El activador, que fomenta la polimerización de
alcohol de furfurilo está seleccionado del grupo que consta de
resorcinol, brea de resorcinol y alquitrán de bisfenol A. Con
preferencia, como activador se utiliza resorcinol. La brea de
resorcinol se define como el producto altamente viscoso, que
permanece en el fondo del matraz de reacción después de la
producción del resorcinol y después de que ha sido destilado del
matraz de reacción. La brea de resorcinol es un sólido a
temperatura ambiente y tiene un punto de fusión de aproximadamente
70º a 80ºC. La brea de resorcinol son la mayoría de las veces
dímeros, trímeros y resorcinol polimérico. Puede contener también
materiales substituidos. El alquitrán de bisfenol A se define como
el producto altamente viscoso que permanece en el fondo del matraz
de reacción después de la producción de bisfenol A y después de que
ha sido destilado desde el matraz de. reacción. Un alquitrán de
bisfenol A es un sólido a temperatura ambiente y tiene un punto de
fusión de aproximadamente 70º a 80ºC. El alquitrán de bisfenol A
es la mayoría de las veces dímeros, trímeros y bisfenol A
polimérico. También puede contener materiales substituidos.
El compuesto bisfenol utilizado es bisfenol A, B,
F, G y H, pero con preferencia es bisfenol A.
El poliol está seleccionado del grupo que consta
de polioles de poliéster, polioles de poliéter y mezclas de los
mismos. Se pueden utilizar polioles de poliéster alifáticos en el
aglutinante. Los polioles de poliéster son bien conocidos y se
preparan haciendo reaccionar un ácido dicarboxílico o anhídrido con
un glicol. Tienen generalmente una funcionalidad hidroxilo media de
al menos 1,5, Con preferencia, el peso molecular medio del poliol
de poliéster es de 300 a 800. Los ácidos dicarboxílicos típicos
utilizados con preferencia para preparar los polioles de poliéster
son ácido adípico, ácido oxálico y ácido isoftálico. Los glicoles
utilizados típicamente para preparar los polioles de poliéster son
etileno glicol, dietileno glicol y propileno glicol.
Los polioles de poliéter que se utilizan son
polioles de poliéter líquidos o mezclas de polioles de poliéter
líquidos que tienen un número hidroxilo de aproximadamente 200 a
aproximadamente 600, con preferencia de aproximadamente 300 a
aproximadamente 500 miligramos de KOH basado en un gramo de poliol
de poliéter. La viscosidad del poliol de poliéter es de 100 a
1.000 centipoise, con preferencia de 200 a 700 centipoise, más
preferentemente de 300 a 500 centipoise. Los polioles de poliéter
pueden tener grupos hidroxilo primarios y/o secundarios.
Estos polioles de poliéter están disponibles
comercialmente y su método de preparación y determinación de su
valor hidroxilo es bien conocido. Los polioles de poliéter se
preparan haciendo reaccionar un óxido de alquileno con un alcohol
polihídrico en la presencia de un catalizador apropiado, tal como
metóxido de sodio de acuerdo con métodos bien conocidos en la
técnica. Se pueden hacer reaccionar cualquier óxido de alquileno
adecuado o mezclas de óxidos de alquileno con el alcohol
polihídrico para preparar los polioles de poliéter. Los óxidos de
alquileno utilizados para preparar los polioles de poliéter tienen
típicamente desde dos hasta seis átomos de carbono. Ejemplos
representativos incluyen óxido de etileno, óxido de propileno,
óxido de butileno, óxido de amileno, óxido de estireno, o mezclas
de los mismos. Los alcoholes polihídricos utilizados típicamente
para preparar los polioles de poliéter tienen generalmente una
funcionalidad mayor de 2,0, con preferencia de 2,5 a 5,0, más
preferentemente de 2,5 a 4,5. Los ejemplos incluyen etileno glicol,
dietileno glicol, propileno glicol, trimetilol propano, y
glicerina.
Aunque se pueden utiliza polioles de poliéster y
polioles de poliéter alifáticos en el aglutinante, preferentemente
el poliol utilizado en el componente poliol son polioles de
poliéster aromáticos líquidos o una mezcla de polioles de poliéster
aromáticos líquidos, que tienen generalmente un número de
hidroxilos desde aproximadamente 500 hasta 2.000, con preferencia
de 700 a 1200, y más preferentemente de 250 a 600; una
funcionalidad igual o mayor que 2,0, con preferencia de 2 a 4; y
una viscosidad de 500 a 50.000 centipoise a 25ºC, con preferencia
de 1.000 a 35.000, y más preferentemente de 2.000 a 25.000
centipoise. Se preparan típicamente por el intercambio de éster de
un éster aromático y un poliol en presencia de un catalizador
ácido. Ejemplos de ésteres aromáticos utilizados para preparar los
poliésteres aromáticos incluyen anhídrido ftálico y tereftalato de
polietileno. Ejemplos de polioles utilizados para preparar loe
poliésteres aromáticos son etileno glicol, dietileno glicol,
trietileno glicol, 1,3,-propano diol, 1,4-butano
diol, dipropileno glicol, tripropileno glicol, tetraetileno glicol,
glicerina y mezclas de los mismos. Ejemplos de polioles de
poliéster aromáticos disponibles en el comercio son polioles
STEPANPOL fabricados por Stepan Company, poliol TERATE fabricado
por Hoechst-Celanese, poliol aromático THANOL
fabricado por Eastman Chemical, y polioles TEROL fabricados por
Oxide Inc.
Es muy preferido incluir un silano en el
aglutinante. Los silanos que pueden utilizarse pueden estar
representados por la fórmula estructural siguiente:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
en la que R' es un radical
hidrocarburo y con preferencia un radical alquilo de 1 a 6 átomos
de carbono y R es un radical alquilo, un radical alquilo
substituido con alcoxi, o un radical alquilo substituido con
alquilo-amina, en el que los grupos alquilo tienen
de 1 a 6 átomos de carbono. Ejemplos de algunos silanos
disponibles comercialmente son Dow Corning Z6040; Union Carbide
A-1100 (gamma aminopropiltrietoxi silano); Union
Carbide A-1120
(N-beta(aminoetil)-gamma-amino-propiltrimetoxi
silano); y Union Carbide A-1160
(ureido-silano).
Los componentes se utilizan en las cantidades
siguientes: (a) de aproximadamente 1 a aproximadamente 50 partes en
peso de una resina de furano reactivo, con preferencia de 2 a 30
partes, más preferentemente de 6 a 22 partes, (b) de
aproximadamente 10 a aproximadamente 80 partes en peso de alcohol
de furfurilo, con preferencia de aproximadamente 20 a 75, más
preferentemente de aproximadamente 22 a 70, (c) de aproximadamente
0,1 a aproximadamente 20 partes en peso de resorcinol, con
preferencia de aproximadamente 0,5 a 10, más preferentemente de 0,6
a 8, (d) de aproximadamente 1 a aproximadamente 30 partes en peso
de un bisfenol, con preferencia de aproximadamente 2 a 15, más
preferentemente de 3 a 12, (e) de aproximadamente 0,1 a
aproximadamente 30 partes de un poliol de poliéster, con
preferencia de aproximadamente 2 a 20, más preferentemente de 3 a
15, y (f) de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 10 partes en
peso de un silano, con preferencia de aproximadamente 0,05 a
aproximadamente 5, más preferentemente de 0,07 a 3.
En general, se puede utilizar cualquier ácido
inorgánico u orgánico, con preferencia ácidos orgánicos, como
catalizadores de endurecimiento de furano. Con preferencia, el
catalizador de endurecimiento es un ácido fuerte, tal como ácido
tolueno sulfónico, ácido xileno sulfónico, ácido benceno sulfónico,
HCl, y H2SO4. También se puede utilizar ácido suave, tal como ácido
fosfórico. La cantidad de catalizador de endurecimiento utilizado
es una cantidad efectiva para proporcionar plantillas fundidas que
se pueden utilizar sin rotura. En general, esta calidad es de 1 a
45 por ciento en peso basado en el peso del aglutinante total,
típicamente de 10 a 40, con preferencia de 15 a 35 partes en peso.
Con preferencia, se utiliza la mezcla de ácido tolueno
sulfónico/ácido benceno sulfónico.
Será evidente para los técnicos en la materia que
se pueden utilizar otros aditivos tales como agentes de desmoldeo,
disolventes, prolongadores del periodo de conservación, compuestos
de silicona, etc., y se pueden añadir a la composición de
aglutinante, agregado o mezcla de fundición.
El agregado utilizado para preparar las mezclas
de fundición es el utilizado típicamente en la industria de
fundición para tales fines y cualquier agregado funcionará para
tales fines. En general, el agregado es arena, que contiene al
menos 70 por ciento en peso de sílice. Otros materiales agregados
adecuados incluyen zirconio, arena de
alúmina-silicato, arena de cromita, y similares. En
general, el tamaño de las partículas del agregado es tal que al
menos el 80 por ciento en peso del agregado tiene un tamaño medio
de partículas de una malla entre 40 y 150 (Tyler Screen
Mesh).
Mesh).
La cantidad de aglutinante utilizado es una
cantidad que es efectiva para producir una plantilla de fundición
que se pueden manipular y que es autoportante después del
endurecimiento. En las aplicaciones de fundición del tipo de arena
ordinaria, la cantidad de aglutinante no es mayor que
aproximadamente 10% en peso y con frecuencia está dentro del
intervalo de aproximadamente 0,5% a aproximadamente 7% en peso
basado en el peso del agregado. Más frecuentemente, el contenido de
aglutinante para plantillas de fundición de arena ordinaria varía
desde aproximadamente 0,06% hasta aproximadamente 5% en peso basado
en el peso del agregado en plantillas de fundición del tipo de
arena ordinaria.
Aunque es posible mezclar los componentes del
aglutinante con el agregado en varias secuencias, se prefiere
añadir el catalizador ácido de endurecimiento al agregado y
mezclarlo con el agregado antes de añadir el aglutinante.
En general, el endurecimiento se realiza llenando
la mezcla de fundición en un patrón (por ejemplo, un molde o una
caja de núcleo) para producir una plantilla de fundición que se
puede trabajar. Una plantilla de fundición que se puede trabajar es
una que se puede manipular sin rotura.
Se pueden preparar piezas fundidas metálicas a
partir de plantillas de fundición que se pueden trabajar por
métodos bien conocidos en la técnica. Metales ferrosos o no
ferrosos fundidos son vertidos en o alrededor de la plantilla que
se puede trabajar. Se deja que el metal se enfríe y solidifique, y
luego se retira la pieza fundida fuera de la plantilla de
fundición.
Se utilizan las siguientes abreviaturas en los
ejemplos:
- Bis A
- Bisfenol A
- CAT
- Ácido tolueno sulfónico / ácido benceno sulfónico /50 : 50)
- FA
- Alcohol de furfurilo
- FURANO
- Resina de furano que tiene un grado medio de polimerización de aproximadamente 2-3, preparado por la homopolimerización de alcohol de furfurilo en condiciones básicas a una temperatura de reflujo de aproximadamente 100ºC
- PP
- Un poliol de poliéster preparado haciendo reaccionar tereftalato de dimetilo (DMT) con dietileno glicol, de tal manera que el peso medio molecular del poliol de poliéster es aproximadamente 600.
- RES
- Resorcinol
- RH
- Humedad relativa
- SIL
- Silano
- ST
- Tiempo de disociación es el intervalo de tiempo entre el instante en que se completa la configuración de la mezcla en el patrón y el instante en el que la mezcla configurada no se puede retirar ya efectivamente del patrón, y se determina por el dispositivo de ensayo Green Hardness.
- WT
- Tiempo de trabajo es el intervalo de tiempo entre el instante en el que comienza la mezcla y el instante en el que la mezcla ya no se puede configurar efectivamente para llenar el molde o núcleo y se determina por el dispositivo de ensayo Green Hardness.
Los ejemplos ilustrarán formas de realización
específicas de la invención. Estos ejemplos, junto con la
descripción escrita, permitirán a un técnico en la materia poner en
práctica la invención. Se contempla que se pueden realizar muchas
otras formas de realización de la invención, además de la descrita
específicamente.
Los aglutinantes de función se utilizan para
fabricar núcleos de fundición por el proceso de no cocción
utilizando un catalizador de endurecimiento líquido (ácido tolueno
sulfónico o ácido benceno sulfónico) para endurecer el aglutinante
de furano. Todas las partes son en peso y todas las temperaturas en
ºC, si no se especifica otra cosa.
Las mezclas de función se prepararon mezclando
4000 partes de arena Wedron 540 y 14,4 partes de una mezcla de
catalizador de ácido tolueno sulfónico/ácido benceno sulfónico
durante 2 minutos. Los se añadieron los aglutinantes descritos en
las tablas y se mezclaron durante 2 minutos. Las mezclas de
fundición sometidas a ensayo tenían suficiente fluidez y produjeron
plantillas de fundición que se pueden trabajar en las condiciones
de ensayo.
Las mezclas de fundición resultantes se
utilizaron para llenar cajas de núcleos para fabricar muestras de
ensayo de hueso de perro. Se prepararon muestras de ensayo
(plantillas de hueso de perro) para evaluar el desarrollo de la
tensión de la arena y la efectividad de las plantillas de ensayo
para fabricar piezas fundidas de acero. El ensayo de la resistencia
a la tracción de las plantillas de hueso de pero permite predecir
cómo funcionará la mezcla de arena y aglutinante en instalaciones
de fundición reales. Las plantillas de hueso de perro fueron
almacenadas durante 1 hora, 3 horas y 24 horas en una sala a
temperatura constante a humedad relativa del 50% y a una
temperatura de 25ºC antes de la medición de sus resistencias a la
tracción. Si no se especifica otra cosas, las resistencias a la
tracción se midieron también para las plantillas de hueso de perro
después de almacenarlas durante 24 horas a una humedad elativa (RH)
de 90%.
Ejemplo 1 y Control
A
El ejemplo 1 muestra la necesidad de utilizar
bisfenol A y resorcinol en la formulación de aglutinante. El
control A era un aglutinante de furano estándar utilizado
comercialmente.
\vskip1.000000\baselineskip
| Arena: | Arena Wedron 540 |
| Aglutinante: | 1,2% basado en el peso de arena |
| CAT: | 30% basado en el peso del aglutinante |
\vskip1.000000\baselineskip
Formulación de
aglutinante
\vskip1.000000\baselineskip
| Control A | Ejemplo 1 | |
| FA | \hskip5pt 73,57 | \hskip5pt 66,08 \hskip5pt |
| PP | \hskip5pt 16,20 | \hskip10pt 5,50 \hskip5pt |
| FURAN | \hskip5pt 10,00 | \hskip5pt 15,00 \hskip5pt |
| SIL | \hskip10pt 0,23 | \hskip10pt 0,13 \hskip5pt |
| Bis A | - - - - | \hskip10pt 9,90 \hskip5pt |
| RES | - - - - | \hskip10pt 3,39 \hskip5pt |
| Total | 100,00 \hskip5,4pt | 100,000 |
\vskip1.000000\baselineskip
Resultados del
ensayo
\vskip1.000000\baselineskip
| Control A | Ejemplo 1 | |
| WT/ST (minutos) | 11,0/19,0 | 7,0/10,2 |
| Resistencia a la tracción (psi) | ||
| 15 minutos | 19 | 37 |
| 30 minutos | 50 | 91 |
| 1 hora | 101 | 152 |
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados del ensayo indican que los núcleos
producidos con el aglutinante del Ejemplo 1, que contiene Bisfenol
A y resorcinol, se endurecen significativamente más rápidos (como
se muestra por el tiempo de trabajo y el tiempo de disociación más
cortos) y tienen resistencias a tracción iniciales más altas que un
aglutinante de furano de alta velocidad típico (Control A). Como
se muestra en el ejemplo anterior, los núcleos preparados por esta
invención pueden disociarse dos veces más rápidos los producidos a
partir de un aglutinante de furano de alta velocidad tradicional
convencional.
Ejemplo 2 y Controles B y
C
El ejemplo 2 y el Control B muestran la
importancia de utilizar un poliol de poliéster en la formulación
del aglutinante de furano. El Ejemplo 2 y el Control 2 muestran la
importancia de utilizar bisfenol A en la formulación del
aglutinante de furano. Las condiciones, las formulaciones de
aglutinante, y los resultados del ensayo se indican en la Tabla
II.
\newpage
\vskip1.000000\baselineskip
| Arena: | Arena Wedron 540 |
| Aglutinante: | 1,0% basado en el peso de la arena |
| Catalizador: | 30% basado en el peso del aglutinante |
\vskip1.000000\baselineskip
| Ejemplo 2 | Control B | Control C | |
| Formulación del aglutinante | |||
| FA | \hskip5pt 66,08 \hskip5pt | \hskip5pt 66,08 \hskip5pt | \hskip5pt 66,08 \hskip5pt |
| PP | \hskip10pt 5,50 \hskip5pt | - - - - | \hskip5pt 15,40 \hskip5pt |
| FURAN | \hskip5pt 15,00 \hskip5pt | \hskip5pt 15,00 \hskip5pt | \hskip5pt 15,00 \hskip5pt |
| Silano | \hskip10pt 0,13 \hskip5pt | \hskip10pt 0,13 \hskip5pt | \hskip10pt 0,13 \hskip5pt |
| Bis A | \hskip10pt 9,90 \hskip5pt | \hskip5pt 15,40 \hskip5pt | |
| - - - - | |||
| RES | \hskip10pt 3,39 \hskip5pt | \hskip10pt 3,39 \hskip5pt | \hskip10pt 3,39 \hskip5pt |
| Total | 100,000 | 100,000 | 100,000 |
\vskip1.000000\baselineskip
Resultados del
ensayo
\vskip1.000000\baselineskip
| Ejemplo 2 | Control B | Control C | |
| WT/WS(minutos) | 5,5/7,8 | 4,8/7,0 | 7,5/11,5 |
| Resistencia a la Tracción (psi) | |||
| 1 hora (psi) | 216 | 144 | 278 |
| 3 horas (psi) | 237 | 161 | 290 |
| 24 horas (psi) | 166 | 129 | 222 |
| 24 horas @90%RH | 130 | 84 | 147 |
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados del ensayo indican que los núcleos
de ensayo producidos con el aglutinante del Ejemplo 2, que
contiene el poliol de poliéster y el bisfenol A, tienen una
resistencia a la tracción inicial más alta que los aglutinantes de
furano de Control B, que no contienen un poliol de poliéster.
Indican adicionalmente que el aglutinante del Ejemplo 2 se endurece
significativamente más rápido que el aglutinante del Control C, que
no contiene bisfenol A. Por lo tanto, estos experimentos indican
que el aglutinante de furano de esta invención, que contiene tanto
el poliol de poliéster como el bisfenol, cumplen tanto los
requerimientos de reactividad rápida (tiempo de trabajo y tiempo de
disociación más cortos) como la buena resistencia a la tracción.
Ejemplo 3 y Control
D
El Ejemplo 3 demuestra que se pueden utilizar
otros tipos de polioles de poliéster (Stepanol 3152) en la
formulación del aglutinante. Stepanol 3152 es un poliol de
poliéster aromático disponible comercialmente que es el producto de
reacción de anhídrido ftálico con dietileno glicol.
\newpage
\vskip1.000000\baselineskip
| Arena Wedron 540 | |
| Aglutinante: | 1,0% basado en el peso de arena |
| Catalizador: | 30% basado en el peso del aglutinante |
\vskip1.000000\baselineskip
| Ejemplo 3 | Control D | Control E | |
| Formulación del aglutinante | |||
| Alcohol de furfurilo | \hskip5pt 66,08 \hskip5pt | \hskip5pt 66,08 \hskip5pt | \hskip5pt 66,08 \hskip5pt |
| Resorcinol | \hskip10pt 3,39 \hskip5pt | \hskip10pt 3,39 \hskip5pt | \hskip10pt 3,39 \hskip5pt |
| Silano 1506 | \hskip10pt 0,13 \hskip5pt | \hskip10pt 0,13 \hskip5pt | \hskip10pt 0,13 \hskip5pt |
| Bisfenol A | \hskip10pt 9,90 \hskip5pt | \hskip5pt 15,40 \hskip5pt | - - - - |
| Stepanol 31523 | \hskip10pt 5,50 \hskip5pt | - - - - | \hskip5pt 15,40 \hskip5pt |
| CR-275 | \hskip5pt 15,00 \hskip5pt | \hskip5pt 15,00 \hskip5pt | \hskip5pt 15,00 \hskip5pt |
| Total | 100,000 | 100,000 | 100,000 |
\vskip1.000000\baselineskip
Resultados del
ensayo
\vskip1.000000\baselineskip
| WT/ST (minutos) | 8,0/13,8 | 6,8/10,8 | 16,8/25,0 |
| Resistencia a Tracción | |||
| 1 hora (psi) | 157 | 70 | 116 |
| 3 horas (psi) | 232 | 131 | 235 |
| 72 horas (psi) | 290 | 140 | 216 |
| 72 h. +24 hr.@ 90%RH | 144 | 62 | 135 |
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados del ensayo indican que los núcleos
de ensayo preparados con el aglutinante del Ejemplo 3, que
contiene el Stepanol 3152 poliol de poliéster y bisfenol A, tienen
una resistencia a la tracción inicial más alta que los aglutinantes
de furano del Control D, que no contenían un poliol de poliéster.
Indicaron adicionalmente que el aglutinante del Ejemplo 3 se
endurece significativamente más rápido que el aglutinante del
Control E, que no contiene bisfenol A. Por lo tanto, estos
experimentos fueron la confirmación adicional de que el aglutinante
de furano de esta invención, que contiene tanto el poliol de
poliéster como el bisfenol A, cumple tanto los requerimientos de
rápida reactividad (tiempo de trabajo y tiempo de disociación más
cortos) como la buena resistencia a la tracción.
Ejemplo 4 y Control
E
El ejemplo 4 compara el aglutinante de furano del
Ejemplo 2 en las condiciones de ensayo indicadas en el Ejemplo 2
con respecto a un sistema aglutinante de uretano fenólico de alta
velocidad disponible en el comercio y con éxito, vendido como
sistema PEPSET® 2105/2210/3501 por Ashland Inc.
\newpage
\vskip1.000000\baselineskip
Aglutinante PEPSET®:
| Aglutinante: | 1,0% basado en el peso de arena |
| Relación: | Parte I/II = 62/38 |
| Catalizador: | 3% de amina terciaria líquida basada en la Parte I. |
\vskip1.000000\baselineskip
Resultados del
ensayo
\vskip1.000000\baselineskip
| Ejemplo 4 | Aglutinante PEPSET®(Control E) | |
| WT/ST(minutos) | 5,8/8,3 | 5,0/6,3 |
| Resistencia a la Tracción | ||
| 1 hora (psi) | 162 | 162 |
| 3 horas (psi) | 191 | 167 |
| 24 horas (psi) | 243 | 259 |
| 25hr.@ 90%RH | 124 | 60 |
\vskip1.000000\baselineskip
Los datos en la Tabla IV indican que el
aglutinante del Ejemplo 4 posee una velocidad de endurecimiento
comparable al sistema de uretano fenólico. Además, los núcleos de
ensayo producidos con el aglutinante tienen resistencias a la
tracción comparables y su resistencia a la humedad es mucho mejor
que la de los núcleos preparados con el aglutinante de uretano
fenólico.
Claims (15)
1. Un aglutinante no cocido de furano, que
comprende:
- (a)
- un componente aglutinante reactivo seleccionado del grupo que consta de alcohol de furfurilo, resinas de furano reactivo, y mezclas de los mismos,
- (b)
- un activador seleccionado del grupo que consta de resorcinol, brea de resorcinol y alquitrán de bisfenol A,
- (c)
- un compuesto bisfenol, y
- (d)
- un poliol seleccionado del grupo que consta de polioles de poliéster, polioles de poliéter, y mezclas de los mismos.
2. El aglutinante de la reivindicación 1, donde
el componente de aglutinante reactivo es una mezcla de alcohol de
furfurilo y una resina de furano reactivo.
3. El aglutinante de la reivindicación 2, que
contiene también un silano.
4. El aglutinante de la reivindicación 4, donde
el aglutinante comprende: (a) desde aproximadamente 1 hasta
aproximadamente 50 partes en peso de una resina de furano reactivo,
(b) desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 80 partes en
peso de alcohol de furfurilo, (c) desde aproximadamente 0,1 hasta
aproximadamente 20 partes en peso de resorcinol, (d) desde
aproximadamente 1 hasta aproximadamente 30 partes en peso de un
bisfenol, (d) desde aproximadamente 0,1 hasta aproximadamente 30
partes en peso de un poliol, y (f) desde aproximadamente 0,01 hasta
aproximadamente 10 partes en peso de un silano, donde dichas partes
de los componentes aglutinantes son en peso, basadas sobre 100
partes de peso del aglutinante.
5. El aglutinante de la reivindicación 4, donde
el poliol es un poliol de poliéster aromático, teniendo el poliol de
poliéster un número de hidroxilos de aproximadamente 700 a
1200.
6. El aglutinante de la reivindicación 5, donde
el poliol de poliéster es el producto de reacción de un poliéster
aromático seleccionado del grupo que consta de anhídrido ftálico y
tereftalato de polietileno y un glicol seleccionado del grupo que
consta de etileno glicol y dietileno glicol.
7. El aglutinante de la reivindicación 6, donde
el activador es resorcinol.
8. El aglutinante de la reivindicación 7, donde
el compuesto de bisfenol es bisfenol A.
9. El aglutinante de la reivindicación 8, donde
el poliol de poliéster tiene un número de hidroxilos de
aproximadamente 700 a 1200.
10. El aglutinante de la reivindicación 9, donde
el aglutinante comprende: (a) desde aproximadamente 2 hasta
aproximadamente 30 partes en peso de una resina de furano reactiva,
(b) desde aproximadamente 20 hasta aproximadamente 75 partes en
peso de alcohol de furfurilo, (c) desde aproximadamente 0,5 hasta
aproximadamente 10 partes en peso de resorcinol, (d) desde
aproximadamente 2 hasta aproximadamente 15 partes en peso de un
bisfenol, (e) desde aproximadamente 2 hasta aproximadamente 20
partes de un poliol de poliéster, y (f) desde aproximadamente 0,05
hasta aproximadamente 5 partes en peso de un silano, donde dichas
partes de los componentes aglutinantes son en peso, basadas en 100
partes de peso del aglutinante.
11. Una mezcla de fundición que comprende:
- A.
- una cantidad principal de agregado de fundición;
- B.
- una cantidad de aglutinación efectiva de un, aglutinante de fundición de las reivindicaciones 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ó 10; y
- C.
- una cantidad de aglutinación efectiva de un catalizador de endurecimiento de furano líquido.
12. Un proceso para preparar una matriz de
fundición que comprende:
- A.
- configurar la mezcla de fundición de la reivindicación 11 en una matriz de fundición;
- B.
- permitir que la matriz de fundición se endurezca en una matriz de fundición que se puede trabajar.
13. Una matriz de fundición de acuerdo con la
reivindicación 12.
14. Un método para preparar una piezas fundida
metálica, que comprende:
- A.
- fabricar una matriz de acuerdo con la reivindicación 12;
- B.
- verter dicho metal de baja fundición mientras está en el estado líquido dentro y alrededor de dicha matriz;
- C.
- permitir que dicho metal de fundición bajo se enfríe y solidifique; y
- D.
- a continuación separar el artículo moldeado.
15. Una pieza fundida metálica preparada de
acuerdo con la reivindicación 14.
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