Un sistema aglutinante para fundición, que cura en presencia de dióxido de azufre y un iniciador de radicales libres,

que comprende:

(a) de 20 a 70 partes en peso de una resina epoxi;

(b) de 1 a 50 partes en peso de un acrilato;

(c) de 1 a 30 partes en peso de un éster de alquilo de un ácido graso, en el que el grupo alquilo del éster es un hidrocarburo alifático que tiene de 4 a 8 átomos; y

(d) de 10 a 25 partes en peso de un peróxido y/o un hidroperóxido,

en el que (a), (b) y (c) son componentes separados o mixtos con otro de dichos componentes, con la condición de que (b) no se mezcle con (d), y donde dichas partes en peso están basadas en 100 partes en peso del sistema aglutinante

Aglutinantes para caja fría que contienen una resina epoxi, acrilato y ciertos ésteres de alquilo.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a sistemas aglutinantes para fundición, que curarán en presencia de dióxido de azufre y un iniciador por radicales libres, que comprenden (a) una resina epoxi; (b) un acrilato; (c) un éster de alquilo de un ácido graso, en el que el grupo alquilo del éster es un hidrocarburo alifático de 4 a 8 átomos de carbono, preferiblemente talato de butilo; y (d) una cantidad eficaz de un iniciador por radicales libres. Los sistemas de aglutinante para fundición se usan para preparar mezclas de fundición. Las mezclas de fundición se usan para preparar formas de fundición (tales como núcleos y moldes) que se usan para preparar coladas de metal, particularmente coladas ferrosas.

Descripción de la técnica relacionada

En la industria de la fundición, uno de los procedimientos usados para preparar piezas metálicas es la "colada en arena". En la colada en arena, se fabrican moldes y núcleos desechables con una mezcla de arena y un aglutinante orgánico o inorgánico. Las formas de fundición se disponen en el conjunto de núcleo/molde, lo que da como resultado una cavidad en la que se vierte el metal fundido. Después de que el metal fundido se vierta en el conjunto de moldes y núcleos y se enfríe, la pieza metálica formada por el proceso se retira del conjunto. El aglutinante es necesario para que los moldes y núcleos no se desintegren cuando entren en contacto con el metal fundido.

Dos de los procesos de fabricación más destacados en la colada en arena son los procesos sin cocción y de caja fría. En el proceso sin cocción, un catalizador de curado líquido se mezcla con un agregado y el aglutinante para formar una mezcla de fundición antes de conformar la mezcla en un patrón. La mezcla de fundición se conforma poniéndola en un patrón y permitiendo que se cure hasta que se auto-soporta y puede manipularse. En los procesos en caja fría, un catalizador de curado gaseoso se hace pasar a través de una mezcla conformada (normalmente una caja de núcleo) del agregado y el aglutinante para curar la mezcla.

Un proceso en caja fría usado ampliamente en la industria de la fundición para preparar núcleos y moldes es el "sistema epoxi/acrilato curado con SO₂". En este proceso, una mezcla de hidroperóxido (normalmente, hidroperóxido de cumeno), una resina epoxi, un acrilato multifuncional, típicamente un agente de acoplamiento y, opcionalmente, diluyentes, se mezclan en un agregado (arena) y se compactan en una forma específica, típicamente un núcleo o molde. Se sopla dióxido de azufre (SO₂), opcionalmente diluido con nitrógeno u otro gas inerte, en la forma del aglutinante/agregado. La forma se endurece instantáneamente y puede usarse inmediatamente en un sistema de fundición de núcleo/molde.

La Solicitud de Patente Alemana DE 197 27 540 describe ejemplos de aglutinantes para fundición epoxi-acrílicos que contienen metil-, etil- y propil-ésteres de ácido oleico, que se curan con dióxido de azufre en presencia de un iniciador por radicales libres.

Breve sumario de la invención

La presente invención se refiere a sistemas de aglutinante para fundición que se curan en presencia de dióxido de azufre gaseoso y un iniciador de radicales libres, que comprenden:

(a) de 20 a 70 partes en peso de una resina epoxi;

(b) de 1 a 50 partes en peso de un acrilato;

(c) de 1 a 30 partes en peso de un éster de alquilo de un ácido graso, en el que el grupo alquilo del éster es un hidrocarburo alifático que tiene de 4 a 8 átomos, preferiblemente talato de butilo; y

(d) de 10 a 25 partes en peso de un peróxido y/o un hidroperóxido,

donde (a), (b), (c) y (d) son componentes separados o mezclados entre sí de dichos componentes, con la condición de que (b) no se mezcle con (d) y donde dichas partes en peso están basadas en 100 partes en peso del sistema aglutinante.

Se ha descubierto que la adición de un éster de alquilo de un ácido graso al sistema aglutinante, en el que el grupo alquilo del éster es un hidrocarburo alifático que tiene de 4 a 8 átomos de carbono, mejora el desarrollo de la resistencia a tracción y la resistencia a humedad de los núcleos y moldes preparados con estos aglutinantes. Preferiblemente, se usa como resina epoxi una resina epoxi derivada de bisfenol A.

Los aglutinantes para fundición se usan para preparar mezclas de fundición. Las mezclas de fundición se usan para preparar formas de fundición tales como núcleos y moldes, que se usan para preparar coladas de metal.

Descripción detallada de la invención

La descripción detallada y los ejemplos ilustrarán realizaciones específicas de la invención que permitirán a un experto en la materia la realización práctica de la invención, incluyendo el mejor modo. Se contempla que puedan funcionar muchas realizaciones equivalentes de la invención aparte de estas descritas específicamente. Todos los porcentajes son porcentajes en peso, a menos que se especifique otra cosa.

Una resina epoxi es una resina que tiene un grupo epóxido, es decir

de manera que la funcionalidad epóxido de la resina epoxi (grupos epóxido por molécula) es igual a o mayor de 1,9, típicamente de 2,0 a 4,0.

Los ejemplos de resinas epoxi incluyen (1) diglicidil éteres de bisfenol A, B, F, G y H, (2) epóxidos alifáticos sustituidos con halógeno y diglicidil éteres de otros compuestos de bisfenol, tales como bisfenol A, B, F, G y H, y (3) epoxi novolacs, que son glicidil éteres de aldehído novolacs fenólicos, (4) resinas epoxi cicloalifáticas y (5) mezclas de los mismos.

Las resinas epoxi (1) se preparan haciendo reaccionar epiclorhidrina con el compuesto de bisfenol en presencia de un catalizador alcalino. Controlando las condiciones de operación y variando la proporción de epiclorhidrina a compuesto de bisfenol, pueden prepararse productos de diferente peso molecular. Las resinas epoxi del tipo descrito anteriormente basadas en diversos bisfenoles están disponibles a partir de una amplia variedad de fuentes comerciales.

Los ejemplos de resinas epoxi (2) incluyen epóxidos alifáticos sustituidos con halógeno, diglicidil éteres de otros compuestos de bisfenol, tales como bisfenol A, B, F, G y H, y resinas epoxi novolac. Los ejemplos de epóxidos alifáticos sustituidos con halógeno incluyen epiclorhidrina, 4-cloro-1,2-epoxibutano, 5-bromo-1,2-epoxipentano, 6-cloro-1,3-epoxihexano y similares.

Los ejemplos de epoxi novolacs (3) incluyen epoxi cresol y epoxi fenol novolacs, que se producen haciendo reaccionar una resina novolac (normalmente formada por la reacción de ortocresol o fenol y formaldehído) con epiclorhidrina, 4-cloro-1,2-epoxibutano, 5-bromo-1,2-epoxipentano, 6-cloro-1,3-epoxihexano y similares.

Los ejemplos de resinas epoxi cicloalifáticas incluyen cualquier epóxido alifático, cicloalifático o alifático-cicloalifático mixto que tenga cualquier grupo alifático e incluyen, adicionalmente, resinas epoxi alifáticas que tienen grupos aromáticos, es decir, resinas epoxi alifáticas-aromáticas mixtas. La resina epoxi alifática puede contener compuestos de epóxido monoméricos mezclados con compuestos de epóxido polimérico. Las resinas epoxi alifáticas más preferidas están representadas por las siguientes fórmulas estructurales:

donde "n" =q1 y "m" es un número entero, típicamente de 1 a 4, preferiblemente de 2-3, o

donde "n" =q 1.

R en las estructuras I y II es predominantemente de naturaleza alifática, aunque puede contener una funcionalidad oxígeno así como grupos aromáticos alifáticos mixtos. Típicamente, R se selecciona entre el grupo que consiste en grupos alquilo, grupos cicloalquilo, grupos alquilo-cicloalquilo mixtos y grupos alquilo sustituidos, grupos cicloalquilo o grupos alquil-cicloalifáticos, donde los sustituyentes incluyen, por ejemplo éter, carbonilo y carboxilo.

Los ejemplos específicos de resinas epoxi alifáticas incluyen carboxilato de 3,4-epociciclohexilmetil-3,4-epoxiciclohexano;...

1. Un sistema aglutinante para fundición, que cura en presencia de dióxido de azufre y un iniciador de radicales libres, que comprende:

(a) de 20 a 70 partes en peso de una resina epoxi;

(b) de 1 a 50 partes en peso de un acrilato;

(c) de 1 a 30 partes en peso de un éster de alquilo de un ácido graso, en el que el grupo alquilo del éster es un hidrocarburo alifático que tiene de 4 a 8 átomos; y

(d) de 10 a 25 partes en peso de un peróxido y/o un hidroperóxido,

en el que (a), (b) y (c) son componentes separados o mixtos con otro de dichos componentes, con la condición de que (b) no se mezcle con (d), y donde dichas partes en peso están basadas en 100 partes en peso del sistema aglutinante.

2. El sistema aglutinante de la reivindicación 1 en el que la resina epoxi comprende una resina epoxi derivada de bisfenol A.

3. El sistema aglutinante de la reivindicación 2 en el que la resina epoxi tiene un peso equivalente de epóxido de aproximadamente 165 a aproximadamente 225 gramos por equivalente.

4. El sistema aglutinante de la reivindicación 3 en el que el acrilato es un monómero.

5. El sistema aglutinante de la reivindicación 4 en el que el acrilato es triacrilato de trimetilolpropano y el peróxido es un hidroperóxido.

6. El sistema aglutinante de la reivindicación 5 en el que el hidroperóxido es hidroperóxido de cumeno.

7. El sistema aglutinante de la reivindicación 6 en el que el éster de alquilo de un ácido graso es talato de butilo.

8. El sistema de aglutinante para fundición de la reivindicación 7 en el que la cantidad de resina epoxi es del 40 al 65 por ciento en peso; la cantidad de acrilato multifuncional es del 5 al 30 por ciento en peso; la cantidad de talato de butilo es del 5 al 25 por ciento en peso; y la cantidad de iniciador de radicales libres es del 15 al 20 por ciento en peso.

9. Una mezcla de fundición que comprende:

(a) una cantidad principal de agregado para fundición;

(b) una cantidad de enlace eficaz del sistema de aglutinante para fundición de la reivindicación 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 u 8.

10. Un proceso de caja fría para preparar una forma de fundición, que comprende:

(a) introducir la mezcla de fundición de la reivindicación 9 en un patrón; y

(b) curar con dióxido de azufre gaseoso.