Aglutinante a base de poliuretano para la fabricación de núcleos y moldes de fundición usando isocianatos que contienen un grupo uretonimina y/o un grupo carbodiimida, una mezcla de material a moldear que contiene el aglutinante y un procedimiento usando el aglutinante.

Aglutinante para mezclas de material a moldear que presenta

(A) uno o varios compuestos de poliol con al menos 2 grupos hidroxilo por molécula que contienen al menos una resina fenólica como compuesto de poliol y

(B) uno o varios compuestos de isocianato con al menos 2 grupos isocianato por molécula que contienen al menos un compuesto de isocianato con al menos 2 grupos isocianato por molécula, que presentan además por molécula al menos un grupo uretonimina y/oun grupo carbodiimida.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DE2011/001996.

Solicitante: ASK Chemicals GmbH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: REISHOLZSTRASSE 16-18 40721 HILDEN ALEMANIA.

Inventor/es: PRIEBE, CHRISTIAN, KOCH, DIETHER, CORNELISSEN,CARSTEN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > UTILIZACION DE SUSTANCIAS INORGANICAS U ORGANICAS... > Utilización de ingredientes inorgánicos > C08K3/34 (Compuestos que contienen silicio)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > FUNDICION; METALURGIA DE POLVOS METALICOS > MOLDEO EN FUNDICION (moldeo de materiales refractarios... > Composiciones de materiales refractarios para moldes... > B22C1/22 (de resinas naturales o sintéticas)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > COMPUESTOS MACROMOLECULARES OBTENIDOS POR REACCIONES... > Productos poliméricos de isocianatos o isotiocianatos > C08G18/54 (Policondensados de aldehídos)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > COMPUESTOS MACROMOLECULARES OBTENIDOS POR REACCIONES... > Productos poliméricos de isocianatos o isotiocianatos > C08G18/18 (que contienen aminas secundarias o terciarias o sus sales)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > COMPUESTOS MACROMOLECULARES OBTENIDOS POR REACCIONES... > Productos poliméricos de isocianatos o isotiocianatos > C08G18/79 (caracterizados por los polisocianatos utilizados, los cuales tienen grupos formados por oligomerización de isocianatos o isotiocianatos)

PDF original: ES-2539926_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Aglutinante a base de poliuretano para la fabricación de núcleos y moldes de fundición usando isocianatos que contienen un grupo uretonimina y/o un grupo carbodiimida, una mezcla de material a moldear que contiene el 5 aglutinante y un procedimiento usando el aglutinante La presente invención se refiere a un aglutinante a base de poliuretano usando isocianatos que contienen grupos uretonimina y/o carbodiimida para la fabricación de núcleos y moldes de fundición, a una mezcla de material a moldear que contiene el aglutinante y a un procedimiento usando el aglutinante para la fabricación de moldes de fundición.

El procedimiento que se ha vuelto conocido con la denominación "procedimiento de caja fría, cold-box"o "procedimiento Ashland" de la fabricación de núcleos ha conseguido gran importancia en la industria de la fundición. Para la unión de un material base a moldear resistente al fuego se usan a este respecto sistemas de poliuretano de 15 dos componentes. El componente poliol está compuesto de un poliol con al menos dos grupos OH por molécula, el componente isocianato está compuesto de un di-/poliisocianato con al menos dos grupos NCO por molécula. El curado del aglutinante se realiza con ayuda de catalizadores básicos. Pueden añadirse bases líquidas al aglutinante antes de la conformación para llevar a reacción los dos componentes (documento US 3.676.392) . Otra posibilidad consiste en conducir aminas terciarias en forma de gas tras la conformación a través de la mezcla de material a moldear-aglutinante (documento US 3.409.579) .

Según el documento US 3.676.392 y el documento US 3.409.579 se usan resinas fenólicas como polioles que se obtienen mediante condensación de fenol con aldehídos, preferentemente formaldehído, en fase líquida a temperaturas de hasta aproximadamente 130 ºC en presencia de cantidades catalíticas de iones metálicos.

En el documento US 3.485.797 se describe detalladamente la preparación de tales resinas fenólicas. Aparte de fenol no sustituido pueden usarse fenoles sustituidos, preferentemente o-cresol y p-nonilfenol (compárese por ejemplo el documento US 4.590.229) . Como componente de reacción adicional pueden usarse según el documento EP 0177871 A2 resinas fenólicas modificadas con grupos monoalcohol alifáticos con de uno a ocho átomos de carbono.

Mediante la alcoxilación deben tener los aglutinantes una elevada estabilidad térmica.

Como disolventes para el componente poliol se usan predominantemente mezclas de disolventes polares de alto punto de ebullición (por ejemplo ésteres y cetonas) e hidrocarburos aromáticos de alto punto de ebullición. Los isocianatos por el contrario se disuelven o se absorben preferentemente en hidrocarburos aromáticos de alto punto de ebullición.

En el documento US 6.883.587 B2 se describen aglutinantes que contienen carbodiimidas monoméricas en el componente isocianato. Éstas se usan para la mejora de la estabilidad frente a incendios. Las carbodiimidas monoméricas tienen la estructura R1-N=C=N-R2, en la que R1 y R2 respectivamente representan hidrógeno, alquilo, alquenilo, cicloalquilo, arilo, aralquilo o arilo sustituido con naftil-alquilo.

Existe un gran interés en reducir las emisiones durante la fabricación de núcleos, el almacenamiento de núcleos y durante la fundición. No sólo en beneficio de la protección medioambiental y del trabajo, también para elevar la disponibilidad mecánica, por ejemplo en la fundición en coquilla, mediante formación de condensado reducida y con 45 ello intervalos de purificación alargados. Para la reducción de cargas de emisión durante la fabricación de núcleos/moldes, el secado de núcleos-moldes y la fundición de moldes y núcleos es deseable reducir la cantidad de material que puede pirolizarse, es decir del aglutinante aplicado, sin embargo a pesar de ello mantener las propiedades necesarias.

En el caso de las resistencias ha de prestarse atención sobre todo a las resistencias iniciales suficientes, en particular, cuando los moldes autoportantes deben montarse directamente tras su fabricación en instalaciones (parcialmente) automatizadas para dar paquetes de núcleos complejos o deben introducirse en moldes permanentes metálicos.

Por tanto, la invención se basaba en el objetivo de proporcionar una mezcla de material a moldear, por medio de la cual pudieran fabricarse cuerpos moldeados para la industria de fundición, cuerpos moldeados, que se fabricaron a partir de una mezcla de material a moldear dotada de un aglutinante convencional, que en comparación presentaran emisiones más bajas (condensados) .

Este objetivo se consiguió con la forma de realización de acuerdo con la reivindicación 1 y las otras reivindicaciones independientes. Ciertas formas de realización ventajosas son objeto de las reivindicaciones dependientes o se describen a continuación.

El objeto de la invención es un aglutinante para mezclas de material a moldear que presenta 65

(A) uno o varios compuestos de poliol con al menos 2 grupos hidroxilo por molécula que contienen o están constituidos por al menos una resina fenólica como compuesto de poliol y

(B) uno o varios compuestos de isocianato con al menos 2 grupos isocianato por molécula que contienen al menos un compuesto de isocianato con al menos 2 grupos isocianato por molécula, que presentan en gran medida por molécula al menos un grupo uretonimina o al menos un grupo carbodiimida o los dos.

Sorprendentemente se encontró que el uso de isocianatos con grupo (s) uretonimina y/o carbodiimida reduce claramente la formación de condensado. Esto se muestra tanto en formulaciones de isocianato que contienen disolvente como en formulaciones de isocianato libres de disolvente.

El aglutinante se usa preferentemente en forma de un sistema de dos o varios componentes, que presenta al menos

(a) un componente poliol, que esencialmente está libre de compuestos de isocianato, que contiene el (los) compuesto (s) de poliol (A) y

(b) un componente isocianato, que esencialmente está libre de compuestos de poliol, que contiene el (los) compuesto (s) de isocianato (B) .

Además, la invención se refiere a mezclas de material a moldear, que comprenden materiales base a moldear resistentes al fuego y del 0, 2 % al 5 % en peso, preferentemente del 0, 3 % al 4 % en peso, de manera especialmente preferente del 0, 4 % al 3 % en peso, del aglutinante de acuerdo con la invención, con respecto al peso de los materiales base a moldear resistentes al fuego. Como materiales base a moldear resistentes al fuego pueden usarse a este respecto por ejemplo arena de cuarzo, zirconio o mineral de cromo, olivino, chamota y bauxita. Además pueden usarse también materiales base a moldear fabricados de manera sintética, tales como por ejemplo esferas huecas de silicato de aluminio (las denominadas microesferas) , perlas de vidrio, granulado de vidrio o los materiales base a moldear cerámicos en forma de esferas conocidos por la denominación "Cerabeads" o "Carboaccucast". Son igualmente posibles mezclas de los materiales resistentes al fuego mencionados. Los materiales base a moldear resistentes al fuego se usan en particular en forma de polvos que pueden fluir.

La invención se refiere igualmente a un procedimiento para la fabricación de un cuerpo moldeado curado como pieza moldeada por fundición o núcleo que comprende

(a) mezclar materiales base a moldear resistentes al fuego con el aglutinante de acuerdo con la invención en una cantidad de unión del 0, 2 % al 5 % en peso de aglutinante, preferentemente del 0, 3 % al 4 % en peso, de manera especialmente preferente del 0, 4 % al 3 % en peso, con respecto a la cantidad de materiales base a moldear resistentes al fuego como mezcla de material a moldear;

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Reivindicaciones:

1. Aglutinante para mezclas de material a moldear que presenta (A) uno o varios compuestos de poliol con al menos 2 grupos hidroxilo por molécula que contienen al menos una resina fenólica como compuesto de poliol y (B) uno o varios compuestos de isocianato con al menos 2 grupos isocianato por molécula que contienen al menos un compuesto de isocianato con al menos 2 grupos isocianato por molécula, que presentan además por molécula al menos un grupo uretonimina y/oun grupo carbodiimida.

2. Aglutinante según la reivindicación 1 en forma de un sistema de dos o varios componentes, que presenta (a) un componente poliol, que está libre de compuestos de isocianato, que contiene el (los) compuesto (s) de poliol (A) y (b) un componente isocianato, que está libre de compuestos de poliol, que contiene el (los) compuesto (s) de isocianato.

3. Aglutinante según las reivindicaciones 1 o 2, que contiene como parte constituyente adicional disolventes, plastificantes y/o aditivos. 20

4. Aglutinante según las reivindicaciones 2 o 3, en el que al menos uno de los componentes (a) y/o (b) contiene un disolvente, en particular al menos el componente poliol (a) e independientemente de esto el componente isocianato (b) contiene hasta el 40 % en peso de disolvente, en particular hasta el 20 % en peso de disolvente o incluso no contiene disolvente. 25

5. Aglutinante según al menos una de las reivindicaciones 2 a 4, en el que el componente isocianato (b) contiene al menos:

más del 1, 0 % en peso, preferentemente del 2 % al 35 % en peso, de compuestos de isocianato con al menos 2 30 grupos isocianato por molécula, que presentan en gran medida por molécula al menos un grupo uretonimina y/o un grupo carbodiimida.

6. Aglutinante según al menos una de las reivindicaciones anteriores, que contiene además uno o varios compuestos isocianato con más de 2 grupos isocianato hasta 5 grupos isocianato que están libres de grupos 35 uretonimina y/o de grupo carbodiimida.

7. Aglutinante según al menos una de las reivindicaciones anteriores, en el que los compuestos de isocianato (B) contienen diisocianatos o poliisocianatos aromáticos.

8. Aglutinante según al menos una de las reivindicaciones anteriores, en el que la resina fenólica puede obtenerse mediante reacción de un compuesto fenólico con un compuesto de aldehído en medio ácido usando catalizadores de metales de transición, en particular catalizadores de cinc, en particular preferentemente acetato de cinc dihidratado.

9. Aglutinante según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la resina fenólica es una resina de benciléter.

10. Aglutinante según la reivindicación 8, en el que independientemente entre sí

- el compuesto fenólico se selecciona de uno o varios miembros del siguiente grupo: fenol, o-cresol, p-cresol, 50 bisfenol-A o cardanol y/o -el compuesto de aldehído es un aldehído de fórmula:

R-CHO, 55 en la que R representa un átomo de hidrógeno o un resto de carbono con preferentemente de 1 a 8, de manera especialmente preferente de 1 a 3, átomos de carbono.

11. Aglutinante según al menos una de las reivindicaciones anteriores, que contiene con respecto al aglutinante:

del 8 % al 70 % en peso, en particular del 10 % al 62 % en peso, de compuestos de poliol, en particular resina fenólica, o sus productos de reacción, del 13 % al 78 % en peso, en particular del 17 % al 70 % en peso, de compuestos de isocianato, o sus productos de reacción y del 2 % al 57 % en peso, en particular del 3 % al 53 % en peso, de disolvente.

12. Aglutinante según la reivindicación 2, en el que los componentes (a) y (b) están contenidos en el aglutinante en la proporción en peso de 0, 8 a 1, 2 con respecto a de 1, 2 a 0, 8.

13. Mezcla de material a moldear que contiene como aglutinante

(A) uno o varios compuestos de poliol con al menos 2 grupos hidroxilo por molécula y

(B) uno o varios compuestos de isocianato con al menos 2 grupos isocianato por molécula que contienen al menos un compuesto de isocianato con al menos 2 grupos isocianato por molécula, que presentan en gran medida por molécula al menos un grupo uretonimina y/o un grupo carbodiimida y

(C) materiales base a moldear resistentes al fuego.

14. Mezcla de material a moldear según la reivindicación 13, en la que el aglutinante además está caracterizado por las reivindicaciones 1 a 12.

15. Procedimiento para la fabricación de un cuerpo moldeado como pieza moldeada por fundición o como núcleo, que comprende

(I) mezclar materiales base a moldear resistentes al fuego con un aglutinante que contiene

(A) uno o varios compuestos de poliol con al menos 2 grupos hidroxilo por molécula y

(B) uno o varios compuestos de isocianato con al menos 2 grupos isocianato por molécula que contienen al menos un compuesto de isocianato con al menos 2 grupos isocianato por molécula, que presentan en gran medida por molécula al menos un grupo uretonimina y/o un grupo carbodiimida en una cantidad de unión del 0, 2 % al 5 % en peso, preferentemente del 0, 3 % al 4 % en peso, de manera especialmente preferente del 0, 4 % al 3 % en peso, con respecto a la cantidad de materiales base a moldear resistentes al fuego, para la obtención de una mezcla de material a moldear;

(ii) introducir la mezcla de material a moldear o sus partes constituyentes en una herramienta de moldeo;

(III) curar la mezcla de material a moldear en la herramienta de moldeo para obtener un molde autoportante; y (Iv) separar a continuación el molde curado de la herramienta y dado el caso curar posteriormente, de manera que se obtiene un cuerpo moldeado curado.

16. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en el que para el curado se usa dimetiletilamina, dimetil-npropilamina, dimetilisopropilamina, dimetil-n-butilamina, trietilamina, trimetilamina o una mezcla de las aminas mencionadas anteriormente, en cada caso en forma de gas o como aerosol o para el curado se usa un catalizador líquido, en particular fenilpropilpiridina.

17. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en el que el aglutinante además está caracterizado por una de las reivindicaciones 1 a 12.