SE448833B - Forfarande for formning av gjutkernor eller -formar under anvendning av ett bindemedel som er herdbart genom friradikalpolymerisation - Google Patents

Description

10 448 835 2 livas ofta syror som katalysatorer.

För ca 10 år sedan introducerades rumstemperaturprocesser, vilka utföres med hög hastighet, för framställning av gjutkärnor och -formar. Det bindemedel, som bildas vid dessa processer, är baserat på uretankemi. I stora drag gäller att bindemedelsmate- rialet består av två flytande hartskomponenter. Den ena kompo- nenten är ett fenol-formaldehydharts. Den andra komponenten är ett polymert isocyanat. Fenolhartset och isocyanathartset blan- das med sand och kan användas i antingen ett "cold box"- eller ett "no bake"-system. Vid det s.k. cold box-systemet blåses san- den, som har belagts med de båda komponenterna, in i en kärn- box. Sedan sandblandningen väl har blâts in i en kärnbox, bringas en gasformig tertiär amin att passera genom kärnboxen för att åstadkomma ögonblicklig härdning eller stelning till bildning av bindemedletf US PS 5 409.579 illustrerar denna teknologi.

Vid kärnframställningsproceduren enligt no bake~typ blandas polyisocyanatkomponenten, fenolhartskomponenten och en katalysa- tor samtliga med sand samtidigt. Sandblandningen hälles därefter i en kärnbox eller i ett mönster. Sandblandningen förblir fly- tande under en viss tidsperiod. När denna tidsperiod har förflu- tit, initierar katalysatorn härdningen eller polymerisationen, och kärnan bildas snabbt, eftersom bindemedelskomponenterna snabbt reagerar till bildning av ett uretanbindemedel. No bake- -bindemedel omtalas i US PS 3 676 392.

Ytterligare en bindemedelskomposition och procedur för formning av ett gjutbindemedel beskrivs i US PS 5 879 539. I denna patentskrift beskrivs en metod, vid vilken man använder en cold box, dvs. rumstemperatur, och gashärdning, för formning av ett gjutbindemedel innefattande ett organiskt harts, som är syrahärdbart, och ett oxidationsmedel. Denna bindande komponent härdas med svaveldioxidgas. Kombinationen av svaveldioxid plus oxidationsmedel leder till bildning av svavelsyra, vilken syra bidrar till att härda det syrahärdbara organiska hartset. I allt väsentligt gäller att svavelsyra bildas in situ, och syran rea- W/ gerar med hartset. Sålunda åstadkommes härdning av den bindande kompositionen.

Inget av de ovan beskrivna gjutbindemedlen är av sådan användbarhet och mångsidighet att de betraktas som universal- eller oersättligt gjutbindemedel. Vart och ett har fördelar (I, 3 448 ass och nackdelar i viss utsträckning.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma ett nytt bindemedel baserad på en kemi, som hit- tills inte har applicerats på gjutområdet eller andra områden vad beträffar bindemedelsanvändning. Ett speciellt syfte med uppfinningen är att åstadkomma ett gjutbindemedel av cold box- -typ, vilket uppvisar snabb härdning. Ett annat syfte är att åstadkomma ett cold box-bindemedel, som är användbart vid gjut- ning av aluminium och andra lättmetaller.

BAKGRUND TILL UPPFINNINGEQ Föreliggande uppfinning hänför sig till bindemedel, vilka företrädesvis härdas vid rumstemperatur och vilka bildas genom blandning av (a) en bindande komposition eller ett bindande ma- terial innefattande akrylmonomerer, akrylpolymerer och bland- ningar därav, och (b) en friradikalinitiator,vilken väsentligen består av en organisk peroxíd och ett katalytiskt medel, som väsentligen består av gasformig svaveldíoxid. Generellt gäller att föreliggande uppfinning avser vid rumstemperatur härdbara binde- medelskompositioner, vilka kan polymerisera genom friradikal- initiering och kedjeförlängning. Dessa bindemedelskompositioner är användbara för att bringa material att häfta fast vid var- andra och då speciellt partikelformiga fasta material. Speciellt avser uppfinningen kompositioner, vilka uppvisar förmåga att binda sand eller andra ballastmaterial till bildning av formar eller kärnor för gjutning av metaller, inkluderande speciellt aluminium och andra lättmetaller. Formar och kärnor framställda under användning av dessa bindemedel uppvisar överlägsen sönder- delbarhet, när de användes vid gjutning av lättmetaller, dvs. metaller som gjutes vid låga gjuttemperaturer. Härdningen av bin- demedelsmaterialet till bildning av bindemedelskompositionen äger företrädesvis rum vid omgivande eller rumstemperatur och åstadkommas medelst en friradikalinitiator innefattande en per- oxid och ett katalytiskt medel. I föredragen form är det kata- lytiska medlet gasformigt, och härdningen är i det närmaste ögonblicklig. Val av olika katalytiska medel resulterar emeller- tid i en mångfald olika alternativ vad beträffar det sätt, på vilket härdningen kan utföras, och härdningshastigheten. lO 55 448 835 4 DETALJERAD BESKRIVNING OCH FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning avser ett gjutbindemedel, för vilket kemin är olik den som användes för framställning av vilket som helst bindemedel, som hittills har varit känt för att vara användbart inom gjutindustrin. Bindemedlet är även användbart som bindemedel eller bindande medel inom andra om- råden än gjutindustrin. Den kemi, på vilken detta bindemedel är baserad, är analog med en typ av kemi, som hittills har an- vänts inom området beläggningar; se t.ex. GB PS l 055 242; och bindemedel; se t.ex. olika patent i namnet Lootite Corporation.

Ett anaerobt härdat gjutbindemedel baserat på liknande kemi be- skrivs i CA PS l 055 440. Detta bindemedel härdar mycket lång- samt, och det krävs uppvärmning för åstadkommande av härdning.

Föreliggande uppfinning innefattar inte något anaerobt härd- ningsförfarande utan avser i stället snabb, i det närmaste ögonblioklig, härdning vid rumstemperatur med vissa katalytiska medel.

Det är välkänt, att gjutformkroppar, dvs. kärnor och for- mar, formas genom att man på sand eller något annat ballast- material applicerar en bindande substans eller kemikalie, att man bibringar sanden önskad form och att man tillåter eller bringar den bindande substansen eller kemikalien att härda till bildning av ett bindemedel. Föreliggande uppfinning kan betrak- tas som ett bindemedel, vilket erhålles genom att man sammanför två delar. Del I är en bindande substans eller komposition, som undergår polymerisation och förnätning för att vidhäfta, fast- hålla eller binda sanden eller annat ballastmaterial i önskad form. Den andra delen (Del II) är ett medel, som gör att poly- merisation och förnätning av Del I äger rum. Detta medel benäm- nes häri_"friradikalinitiator". Såsom uttrycket "förnäta" använ- des i föreliggande beskrivning, avser det en kedjeuppbyggnad som blir resultatet när en polymer är involverad antingen genom sammanlänkning med en annan polymer eller med en monomer. Ut- trycket "polymerisation" inkluderar "förnätning" men avser även den kedjeförlängning som sker för enbart monomerer.

Del I av bindemedelssystemet kan beskrivas som en omättad komposition, vilken är förnätningsbar eller polymeriserbar med- elst friradikalmekanism. Omättnaden är företrädesvis närvarande ß 55 448 833 i ändställning eller i utskjutande grupper. Även inre omätt- nad är acceptabel, och polymerisation sker vid kombination med Del II. Det är även tänkbart, beroende på syntessättet för komponenten Del I, att ha en Del I-komponent med både änd- ställd och/eller utskjutande omättnad samt även inre omättnad i samma komponent. Det antas, att polymerisationsmekanismen praktiskt taget helt och hållet är av friradikal typ när brygg- bildande kompositioner (dvs. omättad(e) polymer(er)) är invol- verade. När vissa monomerer-användes som bindande komposition, är det möjligt att en del av polymerisationen kan äga rum med- elst någon annan mekanism än en fri radikal. Det torde därför observeras, att föreliggande beskrivning inte är begränsad till någon speciell polymerisationsmekanism utan att uttrycket "fri- radikalmekanism" användes för enkelhets skull och beskriver en sådan mekanism korrekt i praktiskt taget samtliga fall. Det är dock underförstått att förutom friradikalmekanismen andra meka- nismer också kan förekomma vid polymerisationen under vissa om- ständigheter. Härdning åstadkommes under användning av Del II, en friradikalinitiator, som innefattar en peroxid och ett kata- lytiskt medel. Det har upptäckts, att omättade reaktiva mono- merer, polymerer och blandningar därav (dvs. den bindande kom- positionen) kan användas som ett bindande material, vilket här- dar ögonblickligen vid val av vissa katalytiska medel för fri- radikalinitiatorn. Den i monomererna och polymererna återfunna omättnaden är företrädesvis av etenisk typ. Exempelvis användes reaktiva polymerer, vilka också kan beskrivas som oligomerer eller som addukter, varvid de företrädesvis innehåller vinyl- eller akrylomättnad, som bindande kompositioner, vilka vid poly- merisation ger ett bindemedel för gjutkärnor eller -formar av sand. Friradikalinitiatorn (Del II) blandas med den reaktiva polymeren eller monomeren (Del I) och bildar fria radikaler, vilka polymeriserar den bindande kompositionen till bildning av bindemedlet. Denna kombination av en peroxid och ett katalytiskt medel, vilket medel förutom att vara kemiskt till sin natur ock- så kan vara en form av energi, benämnes häri "friradikalinitia- tor".

Den häri beskrivna friradikalinitiatorn kan användas för åstadkommande av polymerisation av Del I-material på ett antal sätt. Exempelvis kan peroxiden blandas med Del I-materialet, .G1 §O 448 853 6 och denna blandning fördelas homogent på sand. När sanden har formats på önskat sätt, kan den formade sanden exponeras för det katalytiska medlet. Alternativt kan det katalytiska medlet sättas till Del I-materialet och denna blandning användas för att belägga sanden och den belagda sanden därefter formas på önskat sätt. Peroxidkomponenten i friradikalinitiatorn kan där- efter sättas till den formade detaljen, ooh härdning genom poly- merisation sker. Det är även möjligt att dela upp Del I-materi- alet i två portioner. Det katalytiska medlet kan sättas till den ena portionen och peroxiden till den andra portionen. När de båda portíonerna kombineras, efter applicering av det material = som skall bindas på åtminstone den ena portionen, sker polymeri- sation. Beroende på typen av katalytiskt medel eller utrustning samt använd applicering kan denna sista metod eventuellt inte vara praktiskt genomförbar. Om det bindande materialet emeller- tid användes för att bringa icke partikelformiga material att häfta samman, kan denna sista metod vara speciellt användbar.

Val av olika katalytiska medel har stor inverkan på de sätt som kan användas för att polymerisera det bindande materialet samt på den hastighet, med vilken det bindande materialet härdas.

Val av lämpligt katalytiskt medel gör det exempelvis möjligt för användaren av det bindande materialet att ögonblickligt polymeri- sera materialet vid rumstemperatur eller att fördröja polymerisa- tionen en viss tid samt slutligen uppnå polymerisation vid för- höjd temperatur. Möjligheten till alternativ vad beträffar val av betingelser, vid vilka den bindande kompositionen polymeri- seras, får anses vara signifikant.

Såsom har beskrivits ovan är det bindande materialet en polymeriserbar, akrylmonomer, akrylpolymer eller blandning av sä- dan(a) monomer(er) och sådan(a) polymer(er). Som exempel på ma- terial, vilka är lämpliga monomera föreningar för komponenten Del I, kan nämnas en mångfald monofunktionella, difunktionella, trifunktionella och tetrafunktionella akrylater. En representa- tiv uppräkning av sådana monomerer inkluderar alkylakrylater, hydroxialkylakrylater, alkoxialkylakrylater, cyanoalkylakrylater, alkylmetakrylater, hydroxialkylmetakrylater, alkoxialkylmeta- fo krylater, cyanoalkylmetakrylater, N-alkoximetylakrylamider och N-alkoximetylmetakrylamider. Difunktionella monomera akrylater r inkluderar hexandioldiakrylat och tetraetylenglykoldiakrylat. v lO ÉO 55 7 448 833 Andra användbara akrylater är t.ex. trimetylolpropantriakrylat, metakrylsyra och 2-etylhexylmetakrylat. Det är lämpligt att an- vända polyfunktionella akrylater, när monomeren är den enda bindande enheten i bindemedelssystemet. Såsom tidigare har om- talats gäller att, när enbart monomerer användes som bindande material, förnätning eventuellt inte kan inträffa. Vidare kan någon annan mekanism förutom friradikalmekanism förorsaka poly- merisation. _ Exempel på reaktiva akrylpolymerer, som har_befunnits vara speciellt användbara vid framställning av detta gjutbinde- medel, är epoxiakrylatreaktionsprodukter, polyester/uretan/akry- latreaktionsprodukter, polyeterakrylater och polyesterakrylater.

Omättade polymerer, som är användbara som Del I-komposition, inkluderar kommersiellt tillgängliga material, såsom UVITHANE 782 och 783, akrylerade uretanoligomerer från Thiokol och CMD 1700, en akrylerad ester av en akrylpolymer och CELRAD 3701, ett akrylerat epoxiharts, båda saluförda av Celanese. Reaktiva polymerer kan framställas på ett antal sätt. Ett föredraget förfarande för framställning av de reaktiva polymererna är att bilda en isocyanatändavslutad prepolymer genom att omsätta en polyhydroxiförening eller polyol med ett diisocyanat. Prepoly- meren omsättes vidare med ett hydroxialkylakrylat till bildning av en oligomer. En andra metod, som har befunnits vara fördelak- tig, innebär att man omsätter en polyisocyanatförening, företrä- desvis en diisocyanatförening, med ett hydroxialkylakrylat. Reak- tionepredukten är en "addukt" av dessa båda material. Additiona- oligomerer och addukter kan framställas samtidigt under lämpliga betingelser.

Förutom den reaktiva akrylpolymeren kan ett lösnings-_> medel, företrädesvis av reaktiv natur, inkluderas och inkluderas företrädesvis som en komponent av det bindande materialet. Bero- ende på naturen av det omättade bindande materialet kan inerta lösningsmedel också användas. Det föredragna lösningsmedlet är en omättad monomer förening, såsom den som har beskrivits ovan vid uppräkningen av monomera Del I-material. Följaktligen kan Del I-materialet innefatta en blandning av dessa omättade mono- merer och akrylpolymer, vilka tidigare har omtulats för an- vändning som Del I-material i sig. De bästa resultaten erhålles när en lösning av en reaktiv akrylpolymer och ett mgnomert auf/Åk" “\ BO 448 855 8 omättat lösningsmedel användes. Denna kombination tycks lättare kunna undergå sampolymerisation och förnätning till bildning- av en bindande matris, som erfordras antingen för att bringa sand eller andra ballastmaterial att häfta samman, så att det bildas en gjutkärna eller -form, eller för att binda andra material.

Såsom har angivits, är det lämpligt att i Del I av binde- medelssystemet använda en omättad monomer förening som lösnings- medel förutom den omättade polymeren. Såsom har beskrivits ovan, innehåller dessa monomerer omättnad och är förnätningsbara med polymeren förutom att fungera som lösningsmedel för den omättadet polymeren. Vilken som helst av de omättade monomererna (eller kombination därav) som har beskrivits såsom varande användbara Del I-material i sig är också användbara som lösningsmedel.

Etenisk omättnad, företrädesvis av vinyl- eller akryltyp, re- kommenderas. Exempel på fördelaktiga monomerer, vilka är använd- bara som lösningsmedel för de omättade polymererna, är penta- erytritoltriakrylat, trimetylolpropantriakrylat, l,6-hexandiol- diakrylat och tetraetylenglykoldiakrylat, som användes som lös- ningsmedel för den omättade polymeren. Mängden monomer i Del I kan vara från O och upp till 100% räknat på totalvikten av den bindande kompositionen Del I.

Det är möjligt att använda den reaktiva polymeren som Del I-material och friradikalinitiatorn utan något lösningsmedel, inkluderande omättad monomer, är närvarande för den omättade polymeren. Det är även tänkbart att använda den omättade monome- ren som Del I-material med en friradikalinitiator men utan den reaktiva polymeren i syfte att erhålla ett polymeriserat binde- medel. Ingen av de båda ovan beskrivna kombinationerna föredras.

Såsom tidigare har angivits är det föredragna bindemedelssyste- met Del I innefattande en reaktiv omättad polymer upplöst i ett reaktivt utspädningsmedel, företrädesvis ett monomert omättat lösningsmedel, och Del II innefattande en friradikalinitiator.

Friradikalinitiatorn utgöres av två komponenter. Den första komponenten är företrädesvis en organisk peroxid. Det är dock underförstått att vilken som helst substans kan användas som första komponent, vilken substans bildar fria radikaler vid ex- ponering för ett katalytiskt medel, varvid den skall kunna an- vändas tillsammans med det friradikalpolymeriserbara bindande ešo 55 9 448 833 materialet Del I innefattande omättade polymerer, monomerer och blandningar därav beskrivna ovan. Peroxidnivån kan variera inom vida gränser, vilka i viss mån är beroende av det använda katalytiska medlet. Generellt kan det dock sägas att från O,5% till 2% peroxid, baserat på vikten av det bindande materialet (Del I), ger tillfredsställande bindning under de flesta be- tingelser. Exempel på föredragna peroxider är t-butylhydroper- oxid, kumenhydroperoxid och metyletylketonperoxid. Det är värt att notera att hydroperoxider är mycket föredragna över peroxi- der. Otillfredsställande härdning har observerats vid användning av peroxid. Blandningar av peroxider och hydroperoxider samt blandningar av hydroperoxider är användbara.

Katalysatorkomponenten i friradikalinitiatorn är företrädes- vis kemisk till sin natur och består väsentligen av svaveldioxid i gasform. Andra kemiska katalytiska medel, som kan tänkas ha en viss praktisk användbarhet, inkluderar aminer och N02. Återigen torde observeras, att en förändring av det katalytiska medlet kan ha kraftig inverkan på polymerisationshastigheten. Andra icke kemiska medel, som samverkar med peroxidkomponenten i fri- radikalinitiatorn, kan dock också vara användbara. Exempelvis kan värme, vid en approximativ minimitemperatur av 60°C, sam- verka med peroxiden till bildning av fria radikaler, vilka bi- drar till att polymerisera Del I-materialen. En ökning av tem- peraturen tenderar att öka polymerisationen och förorsaka snab- bare härdning. Polymerisationen äger rum utan närvaro av ett kemiskt katalytiskt medel.

Vid föredragen gjutpraxis blandas den reaktiva akrylpolyme- ren, akrylmonomeren eller blandningar därav samt peroxidkompo- nenten i friradikalinitiatorn med sand på konventionellt sätt.

Sandblandningen formas därefter till önskad gjutkonfiguration genom ramning, blåsning eller andra kända metoder för framställ- ning av gjutkärnor och -formar. Den formade detaljen exponeras därefter för katalysatorkomponenten i friradikalinitiatorn. Vid det föredragna förfarandet enligt föreliggande uppfinning an- vändes gasformig S02 som katalysator i friradikalinitiatorn.

Denna gas är närvarande enbart i katalytiska mängder, såsom ti- digare har angivits. Exponeringstiden för kontakten mellan sand- blandning och gasen kan vara så kort som en halv'sekund eller mindre, och bindemedelskomponenten härdar vid kontakt med det ÉO 448 833 lo katalytiska medlet. När S02 användes som katalytiskt medel vid en cold box~gjutprocess, suspenderas den i en ström av bärar- gas på känt sätt. Bärargasen är vanligen N2. Så litet som O,5% S02, räknat på vikten av bärargasen, är tillräckligt för att förorsaka polymerisation. Det är också tänkbart att exponera bindemedelskomponenten för S02 utan närvaro av någon bärargas.

Del I kan också innehålla eventuella beståndsdelar. Exem- pelvis kan tillsatsmedel för åstadkommande av vätning och för att förhindra skumning vara användbara. Silaner har befunnits vara speciellt användbara tillsatsmedel. Speciellt föredragna är omättade silaner, t.ex. vinylsilaner.

Fördelarna med den bindande kompositionen som gjutbinde- medel är följande. Sönderdelbarheten, eller förmågan till "kollaps", för bindemedlet vid användning för gjutning av alu- minium är utmärkt. Det har befunnits, att föreliggande binde- medel lätt sönderdelas, dvs. utskakningen av en aluminiumgjut- detalj kan ske under applicering av ett minimum av yttre energi.

Bindemedlet ger också goda hållfasthetsegenskaper. Bänk- eller brukstiden för sand blandad med Del I är lång. Erhållen yt- finish hos gjutdetaljer framställda under användning av förelig- gande bindemedel och förfarande har befunnits vara mycket god.

Produktionshastigheten för kärnor och formar framställda under användning av föreliggande bindemedelssystem är hög, speciellt när S02-gas användes som katalysator.

I ett gjuteri, vid vilket man utnyttjar den häri beskrivna bindemedelskompositionen, blandas Del I och en komponent av fri- radikalinitiatorn, företrädesvis peroxiden, med sand eller något annat lämpligt gjutballastmaterial på känt sätt. Sandblandningen formas sedan till önskad gjutkonfiguration, kärnor eller formar, på känt sätt. Sandblandingen exponeras sedan för den andra kom- ponenten i friradikalinitiatorn, företrädesvis det katalytiska medlet, vilket företrädesvis är svaveldioxidgas, och polymerisa- tion av bindemedelsmaterialet Del I sker omedelbart till bild- ning av bindemedlet enligt föreliggande uppfinning.

Föreliggande uppfinning illustreras ytterligare genom föl- jande exempel, vari, såvida inget annat anges, samtliga delar avser viktdelar och samtliga procenthalter avser viktprocent.

Exempel 1 Gelförsök utfördes på olika omättade monomerer och poly- \\ BO 40 ll 448 833 merer för att bestämma deras tendens att polymerisera och polymerisationshastigheten. Vid.genomförandet av försöken blandades från ca l,5 till 2 g omättad monomer eller polymer (dvs. Del I) med 0,03 g t-butylhydroperoxid (peroxidkomponen- ten i friradikalinitiatorn). Denna blandning exponderades där- efter för S0?-gas (det katalytiska medlet i friradikaliniti- atorn), antingen genom att gasen dispergerades i vätskan (bubb- ling) eller genom att en S02-atmosfär alstrades ovanför vätskan (kontakt). Resultaten, vilka anges nedan, indikerar att alla omättade monomerer och polymerer polymeriserar. Sålunda är samt- liga uppräknade föreningar potentiella bindemedel. De uppräknade föreningar, som uppvisade snabb polymerisation eller gelning, är av största potentiella värde som gjutbindemedel för att göra gjutform- och -kärnframställningen snabb vid höghastighetstill- verkning under användning av en s.k. cold box.

Del I Polymerisationsförlopp Akrylsyra Snabb, vid kontakt med S02 Etylakrylat Långsam, vid kontakt med S02 n-butylakrylat Långsam, vid kontakt med S02 Isobutylakrylat Långsam, vid kontakt med S02 2-etylhexylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 Isodekylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 2-etoxietylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 Etoxietoxietylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 Butoxietylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 Hydroxietylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 Hydroxipropylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 Glycidylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 Dimetylaminoetylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 Cyanoetylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 Diacetonakrylamid i metanol, 50% Snabb, vid kontakt med S02 Akrylamid i metanol, 50% snabb, vid kontakt med S02 (N-metylkarbamoyloxi)~ etylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 Metylcellosolve-akrylat Snabb, vid kontakt med S02 Fenoxietylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 Bensylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 Etylenglykolakrylat- -ftalat Snabb, vid kontakt med S02 ÉO 55 40 448 833 2el;L Melaminakrylat Dietylenglykoldiakrylat Hexandíoldiakrylat Butandioldiakrylat Trietylenglykoldiakrylat Tetraetylenglykoldiakry- lat Neopentylglykoldiakrylat l,5-butylenglykoldiakry- lat Trimetylolpropantri- akrylat Pentaerytritoltriakrylat Metakrylsyra Metylmetakrylat 2-etylhexylmetakrylat Hydroxipropylmetakrylat Glycidylmetakrylat Dimetylaminoetylmeta- krylat Etylenglykoldimetakrylat Trimetylolpropantri~ - metakrylat Akrylerad uretan här- ledd från glycerol 65% 1 MIAK/Hisol-io N-metylolakrylamid i vatten 60% N~[isobutoximetyl]~ akrylamid i metanol 50% Epokryl R-12-harts (Shell) akrylerad epoxi 80% i aceton UVITHANE 783 (Thiokol/ Chem.Div.) akrylerad uretanoligomer AROPOL 7200 (ASHAND) omättat polyesterharts i aoeton 60% Rïcon 157 (coloraao Specialty Chemical) ett omättat kolväteharts i aceton 50% _Snabb, vid kontakt med S0 12 Polymerisationsförlopp Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 2 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Långsam, vid bubbling med S02 Långsam, vid bubbling med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Långsam, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Långsam, vid kontakt med S02 Långsam, vid kontakt med S02 13 448 853 Del I Polymerisationsförlopp Hydroxi PBG-2000 (Hysti oo.) ett omättat kolväteharts i aceton 50% Exempel 2 En omättad polymer framställdes genom reaktion mellan ekvivalenten av l mol pentandiol och ekvivalenten av 4 mol hydroxietylakrylat med ekvivalenten av 3,0 mol toluendiisocya- nat. Dibutyltenndilaurat användes för att katalysera reaktionen.

Baserat på fastämneshalten användes 0,14% katalysator. Hydro- kinonmonoetyleter användes som inhibitor. Reaktionen utfördes i ett reaktionsmedium (lösningsmedel), som bestod av etylhexyl- akrylat och hydroxietylakrylat. Vid genomförande av reaktionen satsades en blandning av TDI och lösningsmedel i ett reaktions- kärl. Pentandiol sättes till denna blandning följt av tillsats av hydroxietylakrylat. När tillsatsen av hydroxietylakrylat är fullbordad, tillsättes katalysator. Reaktionen utföres under iufcinbiäsning. Reaxtionen får föriöpa vid 40 till 45% i 2,1 timmar, och därefter höjes temperaturen till 80-85°C, och reaktionen fortsättes i 4,3 timmar, varpå 0,03% inhibitor till- sättes och reaktionen fortsättes i en l/2 timme. Produkten till- låtes svalna. Produkten testades med avseende på icke flyktigt material, varvid värdet 59,2% erhölls. Detta motsvarar en teore- tisk mängd av 60% icke flyktigt material. Produktens viskositet var 6,0 St. 20 g av den omättade polymeren blandades därefter med 1,6 g akrylsyra, lO,7 g dietylenglykoldiakrylat, 9,9 g tri- metylolpropantrimetakrylat och 2,0 g vinylsilan. Akrylsyra, di- etylenglykoldiakrylat och trimetylolpropantriakrylat är omättade monomerer. Denna lösning av omättad polymer och omättade monome- rer benämnes Del I. l g t-butylhydroperoxid, peroxídkomponenten i fifiradmfilinitiatorn, sattes till lösningen av omättad polymer Långsam, vid kontakt med S02 och omättade monomerer.

Wedron 5010-sand (tvättad och torkad finkornig kiseldioxid- sand, AFSGFN 66) placerades i en lämplig blandningsapparat.

Del I och peroxidkomponenten i friradikalinitiatorn blandades med sanden till dess att homogen fördelning erhölls. Nivån av Del I plus peroxid är 2% räknat på sandens vikt.

Sandblandningen blåstes in i en konventionell kärnkavitet 448 833 14 eller -box för framställning av standardiserade draghållfast- hetsbriketter i form av testkärnor, vilka går under benäm- ningen "hundben". Hundben-testkärnorna härdades genom att de exponerades för den katalytiska komponenten i friradikalinitia- torn. Den katalytiska komponenten utgöres av gasformig svavel- dioxid. Kärnorna exponerades för S02-katalysatorn i approxima- tivt en l/2 sekund (gastid), och katalysatorn avlägsnades genom blåsning med kvävgas i 15 sekunder, och kärnan avlägsnades från boxen. Draghållfasthetsvärdena för kärnan uttryckta i MPa var 1,54 utanför boxen samt 1,41 efter 5 timmar och 1,57 efter 24 timmar.

"Hundben"-kärnor liknande de som har beskrivits ovan an- vändes vid utskakningsstudier med aluminiumgjutdetaljer. Sju draghållfasthetsbriketter men innehöll ett grindsystem. Formen är sådan att den ger ihå- (hundben) anordnades i en form. For- liga gjutkroppar med en metalltjocklek av ca 6,4 mm på alla si- dor. En öppning i en ände av gjutdetaljen anordnas för avlägs- nande av kärnan från gjutdetaljen. Smält aluminium med en tem- peratur av ca TOOOC framställt av aluminiumråämne hälldes i for- men. Efter kylning i ungefär l timme togs aluminiumgjutdetaljerna ut genom grindsystemet och avlägsnades från formen för utskak- ningsförsök.

Utskakningsförsöken utföres på ett sådant sätt att man placerar en gjutdetalj i en 3,8 l behållare. Behållaren placeras på en skakmekanism och omskakas i 5 minuter. Vikten av den sand- kärna som avlägsnas från gjutdetaljen på detta sätt jämföres med den ursprungliga vikten av sandkärnan, och den procentuella ut- skakningen beräknas. Kvarvarande sand i gjutdetaljen efter den ovan beskrivna omskakningen avlägsnas genom skrapning och väges likaså. Sandkärnan, bunden med det ovan beskrivna bindemedlet, konstaterades ha ett utskakningsvärde av 100. Det torde observe- ras, att det ovan beskrivna utskakningstestet inte är något standardtest. Vi känner inte till något standardtest för mätning av denna egenskap. Det använda testet är väl användbart för att man skall få en uppfattning om sönderdelbarheten hos ett binde- medel och för att man skall kunna jämföra relativa sönderdelbar- heter mellan bindemedel. De angivna procenthalterna uppvisar en viss grad av variation men är tillförlitliga indikatorer. 448 833 Exempel 5 sena wearen 5010 vid 23 tiil 26°c DEL I a) omättad monomer b) omättad polymer omättad polymer syntes i) polyisocyanat, i molekvivalent ii) polyol, i molekvivalent iii) akrylat, e i molekvivalent iv) katalysator v) innititer vii) lösningsmedel i % viii) temp/tia °c/tim. ix) viskositet, St x) % icke flyktigt mtrl faktiskt teoretiskt o) tillsatsmedel i g Frireaikeiinitieter (Dei II) a) peroxidkomponent b) katalytisk komponent Gastid, sek.

Inblåsningstid, sek.

Draghâllf., MPa utanför box E tim. 24 tim.

Bindemedelsnivå (Del I + peroxidkomponent) Metallgjutdetalj Utskakn. % Akrylsyra 1,6 g, dietylengly- koldiakrylat lO,7 g, trimety- lolpropantrimetakrylat 9,9 g.

Syntetiserad såsom beskrivs nedan 20 g.

TDI 4 Glycerol - l Hydroxietylakrylat, 5 Dibutyitennaiiauret, 0,14% Hydrokinon-monometyleter Etylhexylakrylat och hydroxi- etylakrylat, 40% 4o° tili 45: i 2,13 tim. därefter 8o° tili 89 i 4,8 tim. 16,0 O Vinylsilan - 2,0 6 .9 63, 2,2% t-butylhydroperoxid S02-gas 0,5 med N2 1,23 1,50 1,61 2% Aluminium 100 âl/II 'K2?*= f 448 833 16 Exempel 4 5 Sand « DEL I a) omättad monomer Akrylsyra 1,6 g, di- Hydroxietylakrylat etylenglykoldiakrylat 2,2 g, dicyklo- ,7 g, trimetylol- pentenylakrylat propantriakrylat 9,9 g 20,8 g (N-metyl- karbamoy1oxi)etyl- b) omättad polymer omättad polymer syntes i) polyisocyanat, i molekvivalent ii) polyol, i mol- ekvivalent iii) akrylat, i molekvivalent iv) katalysator v) inhibitor vii) lösningsmedel 1% viii) temp/tid °c/tim. viskositet % icke flyktigt mtrl faktiskt teoretiskt ix) X) c) tillsatsmedel i g Friradikalinitiator (Del II) a) peroxidkomponent b) katalytisk kompo- nent Gastid, sek.

Inblåsningstid, sek.

Draghälif. , MPa utanför box 3 tim. 24 tim. 48 tim.

Syntetiserad såsom be- skrivs nedan, 2O g TDI, B Olin 2o-265a), 1 a)po1yoxipropyleng1yko1 Hydroxietylakrylat, 4 Dibutyltenndilaurat, 0,14% Hydrokinon-monomety1- eter Etylhexylakrylat och hydroxietylakrylat, 40% 4o° till 453 i 2,1 och 8o° till 85 i 4,75 4,2 59,2 60,0 Vinylsilan 2,0 g 11,5% kumenhydroperoxid S02-gas 0,5 med N2 1,10 1,60 akrylat 17,3 g 2,4% t-butylhydro- peroxid S02-gas 1 med N2 0,17 forts. 17 448 853 Exempel Bindemedelsnivå (Del I + eroxid- komponent Metailggutaecaij Utskakn. % 2% Aluminium 100 2% Exempel Sand DEL I a) omättad monomer b) omättad polymer syntes 6 Wedron 5010 Pentaerytritoltri- akrylat 40 g i) polyisocyanat, i molekvivalent ii) polyol, i mol- ekvivalent iii) akrylat, i molekvivalent iv) katalysator v)'inhibitor vii) lösningsmedel 1% viii) emp/tid 8G/tim. ix) viskositet X) % icke flyk- tigt mtrl faktiskt teoretiskt c) tillsatsmedel i g Friradikalinitiator (Del II) a) peroxidkomponent 2,4% t-butylhydro- peroxid b) katalytisk kom- S02-gas ponent Gastid, sek. 0,5 Inblåsningstid, sek. 15 forts. 7 Wedron 5010 Akrylsyra 7,2 g, dietylenglykoldi- akrylat 21,4 g, trimetylolpropan- triakrylat 15 g 2,4% t-buty1hydro- peroxid S02-gas 1 448 833 18 Exempel Draghållf., MPa utanför box 3 tim. 24 tim.

Bindemedelsnivâ (Del I + peroxid- komponent) Metallgjunaetaij Utsxaxn. % 0,33 2% 0,90 2% Exempel Sand DEL (I) a) omättad monomer b) omättad polymer i) polyisooyanat i molekvivalent ii) polyol, i mol- ekvivalent iii) akrylat, i mol- ekvivalent iv) katalysator v) inhibitor vii) lösningsmedel i % viii) temp/tid c/tim. ix) viskositet X) % icke flykf tigt mtrl faktiskt teoretiskt c) tillsatsmedel i g forts. 8 Wedron 5010 Syntetiserad såsom be- skrivs nedan, 40 g TDI, 3 olin 20-265, 1 Hydroxietylakrylat, 4 Dibutyltenndilaurat, 0,14% Hydrokinon-monometyl- eter 0,07% Pentoxon (9},7) hydroxietylakrylat 35% 4o° till 45° 1 2 tim. dägefter till 85° 1 4 Tixotropisk efter dagar 63,1 65 Vinylsilan A-172 2,0 g akrylsyra 1,6 g 9 Port Crescent Akrylsyra 3,2 g, dietylenglykoldi- akrylat 21,4 g, trimetylolpropan- trimetakrylat 19,8 e Samma som Ex. 4 40 g.

Vinylsilan i _. .___.__..._._..--~w-- V) 19 448 835 Exempel 8 9 Friradikalinitiator (Dei II) a) peroxidkomponent (90%) t-buty1hydro- t-butylperacetat peroxid 2,2% (6 g) b) katalytisk kom- soz-gas värme 45o° 1 ponent 90 sek.

Gastid, sek. 0,5 Inblâsningstid, sek. 15 med N2 Draghållf., MPa utanför box 0,57 0,52 3 tim. 0,64 24 tim. kallhållfasthet 1,07 1,10 Bindemedelsnivå I (Dei I + peroxia- 2% 2% komponent) Metallgjutdetalj Utskakn. % Exempel 10 11 Sand Wedron 5010 Wedron 5010 DEL I Samma som Ex. 10 a) omättad monomer b) omättad polymer omättad po1ymer_ syntes i) polyisocyanat molekvivalent ii) polyol, i mol- ekvivalent iii) akrylat, i mol- ekvivalent iv) katalysator v) innibitør vii) lösningsmedel 1 % forts.

Akrylsyra 1,6 g, trimetylolpropantri- akrylat 9,9 g Syntetiserad som be- skrivs nedan, 20 g TDI, 5,5 G1ycero1-diety1en- glykol blandning (1:1), 1 Hydroxietylakrylat 4,5 Dibutyltenndilaurat 0,14% Hydrokinon~monomety1- eter 0,07% Etylhexylakrylat + hydroxietylakrylat (4:6) 40% 448 853 Exempel 10 ll v111) gem/tia 40 11111 45° 1 2 111m.

Q/tim. därefter O 80 till 85 i 4,8 tim. ix) viskositet 10 St X) % icke flyk- tigt mtrl faktiskt 59,9 teoretiskt 60,0 0) tillsatsmedel i g Friradikalinitiator (Del II). a) peroxidkomponent Vinylsilan A-172, 2 HiSol 10 10,7 70% t-butylhydroperoxid 2,2% b) kataiytisx xom- soz-gas l¿2% SOQ-gas 1 Ng ponent barargas Gastid, sek. 0,5 l/2 Inblåsningstid, sek. 15 med N2-gas Ingen Draghållf., MPa utanför box 1,57 0,48 tim. 1,57 0,84 24 tim. 1,77 1,54 Bindemedelsnivå (Del I + peroxid- 2% 1,5 komponent) Metallgjutdetalj Aluminium Utskakn. % 100 Exempel 12 Sand Wedron 5010 DEL I a) omättad monomer b) omättad polymer omättad polymer syntes i) 11) 111) iv) polyisocyanat molekvívalent polyol i mol- ekvivalent akrylat, i mol- ekvivalent katalysator forts.

Akrylsyra 1,6 g, dietylenglykol 5,49, trimetylolpropantriakrylat 9,9 Syntetiserad såsom beskrivs nedan, g 4 Glyccrol 1 Hydroxietylakrylat Dibutyltenndilaurat 0,14 Exempel v) inhibitor vii) lösningsmedel i % viii) temp/tia °c/tim. ix) viskositet, St x) % icke flyktigt mtrl faktiskt teoretiskt c) tillsatsmedel i g Friradikalinitiator (Del II) a) peroxidkomponent b) katalytisk komponent 21 448 833 12 Hydrokinon-monometyleter 0,05 Metyiisoamyixeton, Hisoi 10 (65:35) % 40 till 45: i 1,75 tim. därefter 80 till 85 i 4,5 tim¿ 64,1 65 Vinylsilan 2,0, HiSo1 10 5,5 2,2% t-butylhydroperoxid - 70 1% S02-gas i N2-bärargas Gastid, sek. 20 Inblåsníngstid, sek. Ingen Draghållf., MPa utanför box 1,50 3 tim. 1,08 24 tim. l,6l Bindemedelsnivå (Del I + peroxidkomponent) 1,5 Metallgjutdetalj Aluminium Utskakn. % 100 Exempel 15 Sand Wedron 5010 DEL I a) omättad monomer b) omättad polymer omättad polymer syntes i) polyisocyanat molekvivalent ii) polyol, i mol- ekvivalent akrylat, i mol- ekvivalent iii) iv) katalysator 'forts.

Akrylsyra 1,6 g, dietylenglykol ,49, trimetylolpropantriakry- lat 9,9 Syntetiserad såsom beskrivs nedan, g 4 Glycerol ~ 1 Hydroxietylakrylat Dibutyltenndilaurat 0,14 448 835 22 Exempel v) inhibitor vii) lösningsmedel i % vili) temp/tid OC/Lim. ix) viskositet, St X) % icke flyktigt mtrl faktiskt teoretiskt c) tillsatsmedel i g Friradikalinitiator (Dei II) a) peroxidkomponent b) katalytisk komponent Gastid, sek.

Inblåsningstid, sek.

Draghållf., MPa utanför box tim. 24 tim.

Bindemedelsnivå (Del I + peroxidkomponent) Metallgjutdetalj Utskakn. % _ -,. .r_...__._._..« ._ 13 Hydrokinon~monometyleter 0,03 Metylisoamylketon, HiSol lO (55=55) 35% 40 till 45: 1 1,75 tim. därefter 80 tili 85 1 4,5 tim. 64,1 65 Vinylsilan 2,0 Hi sol io 5,3 2,2% t-butylhydroperoxid - 70 S02-gas 0,5 med luft 1,22 0,66 1,05 1,5 Aluminium lOO u: I 23 i 448 ass Speciellt föredragna utföringsformer av de i bilagda patentkrav definierade förfarandena kan sammanfattas enligt följande: Vid förfarandet för formning av gjutdetaljer är ballast- materialet företrädesvis sand. Vid samma förfarande är det katalytiska medlet lämpligen av kemisk natur, företrädesvise gasformig svaveldioxid. Det katalytiska medlet suspenderas lämpligen i en bärargas och exponeras för bindemedelsmaterialet i minst 0,5 sekunder. Det katalytiska medlet kan vidare vara förhöjd temperatur av åtminstone ca 50°C.

Vid förfarandet enligt uppfinningen gäller att bindemedels- materialet kan innefatta en blandning där monomeren är blandad med åtminstone en annan eteniskt omättad monomer. Vidare kan bin- demedelsmaterialet innefatta åtminstone en eteniskt omättad polymer förutom monomeren. Omvänt gäller att vid förfarandet enligt uppfinningen akrylpolymeren i bindemedelskompositionen kan vara blandad med minst en eteniskt omättad monomer eller minst en annan eteniskt omättad polymer. Den omättade polymeren kan t.ex. vara en oligomer eller en addukt.

Vid förfarandet för formning av gjutdetaljer gäller vidare att mängden bindemedelsmaterial företrädesvis är upp till 10 % räknat på vikten av ballastmaterialet, företrädesvis sand.

Vid förfarandet för sammanbindning av minst tvâ material gäller att det katalytiska medlet företrädesvis är av kemisk natur, t.ex. gasformig svaveldioxid, eller förhöjd temperatur av åtminstone ca SOOC. Det katalytiska medlet suspenderas lämpligen i en bärargas och exponeras för bindemedelsmaterialet i minst 0,5 sekunder.

Vid förfarandet enligt uppfinningen gäller att monomeren i bindemedelsmaterialet företrädesvis är blandad med minst en annan eteniskt omättad monomer eller minst en eteniskt omättad polymer.

Omvänt gäller att vid förfarandet enligt uppfinningen bin- demedelsmaterialet företrädesvis innefattar en blandning där akrylpolymeren är blandad med minst en annan eteniskt omättad polymer eller eteniskt omättad monomer.

Vid förfarandena gäller att den omättade polymeren t.ex. kan vara en oligomer eller en addukt.

Vid förfarandet för gjutníng av lättmetallföremâl gäller 448 sas 24 att de ovan angivna föredragna utföringsformerna förekommer även där, dvs. vid formningen av gjutdetaljen.

Claims (20)

25 448 833 PATBNTKRAV

1. Förfarande för formning_ av gjutkårnor eller -formar k a n n e t e c k n a t av att man: a) på ett gjutballastmaterial fördelar en bindande mängd av ett bindemedelsmaterial,vilket bindemedelsmaterial *väsentligen be- står av akrylmonomer, akrylpolymer eller blandningar därav, b) f0TmaT ballastmaterialet till önskad gjutdetalj, och c) polymeriserar bindemedelsmaterialet med hjälp av en friradi- kalinitiator, vilken initiator väsentligen består av en organisk peroxid och ett katalytiskt medel, som väsentligen består av gas- formig svaveldioxid.

2. Förfarande enligt krav 1, k a n n e t e c k n a t av att ballastmaterialet år sand.

3. Fórfarande enligt något av kraven l-2, k á n n e t e c k - n a t av att bindemedelsmaterialet innefattar en blandning av en akrylpolymer och minst en annan eteniskt omättad polymer.

4. Förfarande enligt något av kraven 1-2, k ä n n e t e c k - n a t av att bindemedelsmaterialet innefattar en blandning av en akrylmonomer och en-akrylpolymer.

5. Pörfarande enligt krav 4, k à n n e t e c k n a t av att bíndemedlet innefattar en reaktiv akrylmonomer och en akry- lerad uretanpolymer.

6. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n - n e t e c k n a t av att bindemedlet föreligger i icke anaerob miljö, när det bringas i kontakt med svaveldioxiden.

7. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k á n - n e t e c k n a t av att mängden bindemedelsmaterial är upp till 10% räknat på vikten av ballastmaterialet.

8. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n - n e t e c k n a t av att akrylpolymeren år en oligomer.

9. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k á n - n e t e c k n a t av att akrylpolymeren är en addukt.

10. Förfarande enligt något av kraven 1-4 eller 6-9, k ä n - n e t e c k n a t av att akrylpolymeren våljes bland epoxiakryl- atreaktionsprodukter, polyester/uremniakrylatreaktionsprodukter, polyeterakrylater, polyesterakrylater eller blandningar därav.

ll. Förfarande enligt något av kraven 1-9, k å n n e t e c k - n a t av att akrylpolymeren âr en akrylerad uretanpolymer.

12. Förfarande enligt krav 11, k ä n n e t e c k n a t av 4448 833 36 att den akrylerade uretanpolymeren härrör från reaktanter, som innefattar toluendiisocyanat, en polyol och hydroxietylakrylat.

13. Fórfarande enligt krav 12, k a n n e t e c k n a t av att polyolen innefattar glycerol. _

14. Fórfarande enligt krav 13, k á n n e t e c k n a t av att polyolen även innefattar dietylenglykol.

15. Forfarande enligt något av de föregående kraven, k a n - n e t e c k n a t av att akrylmonomeren innefattar ett poly- funktionellt akrylat.

16. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n - n e t e c k n a t av att akrylmonomeren även innefattar akryl syra. _

17. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k à n n e t e c k n a t av att akrylmonomeren väljes ur gruppen al- kylakrylater, hydroxialkylakrylater, alkoxialkylakrylater, cya- noalkylakrylater, alkylmetakrylater, cyanoalkylmetakrylater, N-alkoximetylakrylamider, N-alkoximetylmetakrylamider,hexandiol- diakrylat, tetraetylenglykoldiakrylat, trímetylolpropantriakrylat, metakrylsyra, 2-etyl-hexylmetakrylflt eller blandningar därav.

18. Förfarande enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a t av att akrylmonomeren vâljes ur gruppen pentaerytritoltriakrylat, trímetylolpropantriakrylat, 1,6-hexandioldiakrylat, tetraetylen- glykoldiakrylat eller blandningar dârav._

19. Förfarande enligt krav 18, k ä n n e t e c k n a t av att akrylmonomeren innefattar trimetylolpropantríakrylat.

20. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k á n - n e t e c k n a t av att det katalytíska medlet suspenderas i en bärargas och exponeras för bindemedelsmateríalet i minst 0,5 sekunder.