Resinas de uretano basadas en lignito con propiedades de suspensión y rendimiento aglutinante de arena de fundición aumentados.

Una suspensión de lignito-poliol que comprende:

un lignito,

un poliol, y un agente de estabilización que comprende un agente dispersante y un agente espesante;

en donde la suspensión de lignito-poliol es pseudoplástica.

Resinas de uretano basadas en lignito con propiedades de suspensión y rendimiento aglutinante de arena de fundición aumentados

Campo técnico

Esta invención se refiere a aglutinantes de resinas polimerizables, particularmente útiles como aglutinantes de fundición, procesos para hacer hormas de fundición curando los aglutinantes en el sitio después de formar el molde o núcleo de fundición, mezclas de fundición y componentes aglutinantes de resina o kits multipartes que se mezclan en el sitio para aglutinar agregados de fundición tal como arena, en una forma deseada.

Antecedentes y estado de la técnica

En la técnica de fundición, se usa fundición en arena para hacer partes metálicas. En la fundición en arena, las hormas de fundición, llamadas moldes, moldes de fundición exteriores, y núcleos, moldes de fundición interiores, se hacen de una mezcla de un agregado de fundición, tal como arena, y un aglutinante. Las dos categorías de moldes de arena son verde y rígido. Los moldes de arena verdes están unidos con arcilla y agua. Los moldes de arena rígidos están unidos con resinas orgánicas y se pueden endurecer usando uno de varios métodos, incluyendo horneado, curado con un reactivo químico, e irrigación con un gas reactivo. El metal fundido se echa dentro y alrededor de las hormas de fundición después de que se hayan endurecido. Los aglutinantes, por ejemplo, resinas de fenol formaldehído o resinas de fenol-isocianato (poliuretano), usados para formar las hormas de fundición típicamente contienen una cantidad significativa de solvente orgánico, que puede emitir gases nocivos, así como reactivos libres, por ejemplo, formaldehído o isocianato y fenol libre, que son perjudiciales para el metal de moldeo y el medio de la función.

Una resina aglutinante de uretano, cuando se usa en combinación con un agregado de fundición tal como arena, típicamente tiene tres partes: un componente poliol polimerizable, un componente isocianato, y un componente catalizador. El compuesto poliol polimerizable, por ejemplo, un poliol, tal como etilenglicol, e isocianato reaccionan para formar un polímero entrecruzado que aumenta la resistencia a la tracción y/o dureza de la mezcla arena/aglutlnante. El catalizador provoca que los componentes polimerizables del aglutinante polimericen, lo que permite una rápida conversión de la mezcla de fundición a un estado curado duro y sólido para hacer formas del metal fundido echado en el mismo.

Se ha afirmado que las sustancias húmicas que contienen una pluralidad de grupos hidroxilo representan un reactivo alternativo al reactivo de fenol convencional para reacciones con isocianatos en la formación de resinas aglutinantes (véase el documento WO 29/6518 A1). Las sustancias húmicas incluyen ácido húmico, ácido fúlvico, ácido himatomelánico, ácido úlmico y humina. Como se indica en el documento WO 29/6518 A1, las sustancias húmicas contienen grupos hidroxilo que reaccionan con un isocianato para formar resinas de poliuretano. El ácido húmico se ha incluido previamente en composiciones de arena de fundición. Véanse las patentes en EE. UU. No. 3.23.113 y 3.832.191. El ácido húmico puede derivar de varias fuentes, incluyendo lignito, leonardita, turba y estiércol. El lignito y la leonardita son fuentes preferidas porque son ricos en ácido húmico y se extraen fácilmente. El lignito es un mineraloide orgánico que es el nivel más bajo de carbón. Conocido como carbón marrón, el lignito tiene un alto contenido en humedad inherente de hasta el 66% en peso y un alto contenido en ceniza comparado con otras formas de carbón. El lignito se ha usado previamente como un aditivo en composiciones de arena de fundición que comprenden un agente aglutinante adicional tal como arcilla de bentonita. Véanse las patentes en EE. UU. No. 3.445.251 y 4.359.339. Cuando el lignito se oxida mucho, se forma leonardita. La oxidación aumenta el contenido de ácido húmico y grupo carbonilo. Las partículas de leonardita generalmente están aniónicamente cargadas y compuestas principalmente de sales mezcladas de ácido húmico, ácido úlmico y ácido fúlvico. El ácido húmico en leonardita es soluble en soluciones alcalinas y se puede extraer de una fuente de fase sólida usando una base fuerte, tal como hidróxido de sodio o hidróxido de potasio.

Se describe una composición que contiene una sustancia húmica, para su uso como un componente poliol en resina de uretano para su uso como aglutinante de arena de fundición en el documento WO 29/6518 A1. Se encontró que esta composición del estado de la técnica tenía un periodo de validez corto, mostrando la composición una separación total (sedimentación) de sólidos húmicos, y/o convirtiéndose en un gel rígido (es decir, sin fluidez) en una corta duración de almacenamiento. La separación de sólido húmico previene la estandarización fácil de la adición de los sólidos húmicos al agregado de fundición durante el curso de la producción de molde y núcleo de fundición normal. Estas variaciones en la composición de la mezcla de fundición pueden afectar al rendimiento del moldeo de la horma de fundición impactando de esta manera el coste y calidad de la pieza moldeada resultante de una forma negativa. Para proporcionar una cantidad consistente y repetible de sólidos húmicos a la mezcla de fundición, los sólidos húmicos en el presente documento se proporcionan en una forma líquida estable. Los kits multicomponentes descritos en el presente documento incluyen una suspensión de lignito-poliol que contiene un lignito, un poliol y un agente de estabilización que preferiblemente incluye un agente dispersante, y un agente espesante. A diferencia de los ejemplos descritos, las suspensiones de lignito-poliol descritas en el presente documento son estables contra la separación de sólidos suspendidos. Además, el componente de lignito-poliol descrito en el presente documento

muestra viscosidades a baja velocidad de cizalla relativamente altas y reología muy pseudoplástlca. Además, se esperaría que la adición de los agentes dispersantes y agentes espesantes alteraran el rendimiento de la mezcla de fundición; sin embargo, se ha encontrado que las composiciones de resina sorprendentemente tienen rendimiento aglutinante mejorado comparado con los aglutinantes del estado de la técnica.

Compendio

La presente Invención se refiere a una suspensión de lignito-poliol que comprende; un lignito, un poliol y un agente de estabilización que comprende un agente dispersante y un agente espesante; en donde la suspensión de lignito- poliol es pseudoplástica. La presente invención también se refiere a un proceso para hacer la suspensión de lignito- poliol, en donde el lignito, el poliol, el agente dispersante y el agente espesante se mezclan a una temperatura en un intervalo desde aproximadamente 3°C hasta aproximadamente 15°C.

También se describe un kit para aglutinar un agregado que comprende: la suspensión de lignito-poliol de la reivindicación 1, y un isocianato polimerizable; y preferiblemente un catalizador de polimerización de poliuretano; preferiblemente en donde el catalizador de polimerización se selecciona del grupo que consiste en 1,4- diazabiciclo[2.2.2]octano (DABCO), 1,5-diazabiciclo[4.3.]non-5-eno (DBN), 1,8-diazabiciclo[5.4.]undec-7-eno (DBU), pentametildipropilentriamina, éter bis(dimetilaminoetílico), pentametildietilentriamina, dimetilciclohexilamina, tris(3-dimetilamino)propilamina, y una mezcla de los mismos.

En el presente documento se describe, en la forma de realización preferida, un aglutinante de resina de poliuretano que contiene lignito que se puede usar, entre otras aplicaciones, como un aglutinante de agregado de fundición, por ejemplo, arena, para producir moldes y núcleos para piezas moldeadas de metal. El kit descrito en el presente documento se puede usar para hacer moldes y núcleos de fundición usando los componentes separados de (a) un lignito, un poliol polimerizable, y un agente de estabilización; (b) un isocianato polimerizable; y (c) un catalizador. Los componentes (a), (b) y (c) preferiblemente, se almacenan por separado. En otra forma de realización preferida, los componentes se mezclan con un agregado de fundición para formar una mezcla de fundición que se puede comprimir o moldear en una horma de fundición.

Breve descripción de las figuras

La figura 1 es un gráfico que compara las viscosidades Brookfield de las composiciones de suspensión de lignito- poliol descritas en el presente documento frente a composiciones de suspensión de lignito del estado de la técnica a diferentes velocidades de cizalla (las composiciones se mezclaron usando una alta velocidad de cizalla de 6.

rpm).

La figura 2 es un gráfico que compara... [Seguir leyendo]

1. Una suspensión de lignito-poliol que comprende:

un lignito, un poliol, y un agente de estabilización que comprende un agente dispersante y un agente

espesante;

en donde la suspensión de lignito-poliol es pseudoplástica.

2. Un proceso para hacer la suspensión de lignito-poliol de la reivindicación 1, comprendiendo el proceso:

mezclar el lignito, el poliol, el agente dispersante, y el agente espesante a una temperatura en el intervalo desde aproximadamente 3°C hasta aproximadamente 15°C.

3. Un kit para aglutinar un agregado que comprende:

la suspensión de lignito-poliol de la reivindicación 1, y un isocianato polimerizable; y preferiblemente un catalizador de polimerización de poliuretano; preferiblemente en donde el catalizador de polimerización se selecciona del grupo que consiste en 1,4-diazabiciclo[2.2.2]octano (DABCO), 1,5-diazabiciclo[4.3.]non-5-eno (DBN), 1,8-diazabiciclo[5.4.]undec-7-eno (DBU), pentametildipropilentriamina, éter bis(dimetilaminoet[lico), 2 pentametildietilentriamina, dimetilciclohexilamina, tris(3-dimetilamino)propilamina, y una mezcla de los

mismos.

4. La suspensión de la reivindicación 1, en donde el agente dispersante se selecciona del grupo que consiste en

(A) un polímero seleccionado del grupo que consiste en un polietilenglicol (PEG) monoesterificado, un

poli(ácido acrílico) (PAA), un poli(ácido metacrílico) (PMA), un poli(alcohol vinílico) (PVA), una poli(acrilamida),

una poli(etilenimina), un poli (haluro de dialildimetilamonio), un poli(vinil metil éter), y una mezcla de los mismos; (B) una polivinilpirrolidona (PVP); (C) un copolímero de polivinilpirrolidona; y (D) un copolimero de una pluralidad de monómeros seleccionados del grupo que consiste en óxido de propileno, acetato de vinilo, vinilamina, cloruro de vinilo, acrilamida, acrilonitrilo, etileno, propileno, óxido de etileno, metacrilato de laurilo, 3 metacrilato de metilo, hidroxiestearato, dimetilsiloxano, haluro de dialildimetilamonio, etilenimina, ácido

acrílico, y ácido metacrílico; y (E) una mezcla de los mismos; preferiblemente en donde el agente dispersante se selecciona del grupo que consiste en monoestearato de PEG-1, monoestearato de PEG-125,

monoestearato de PEG-15, y una mezcla de los mismos.

5. El proceso de la reivindicación 2, en donde el agente dispersante se selecciona del grupo que consiste en (A)

un polímero seleccionado del grupo que consiste en un polietilenglicol (PEG) monoesterificado, un poli(ácido acrílico) (PAA), un poli(ácido metacrílico) (PMA), un poli(alcohol vinílico) (PVA), una poli(acrilamida), una poli(etilenimina), un poli (haluro de dialildimetilamonio), un pol¡(vin¡l metil éter), y una mezcla de los mismos;

(B) una polivinilpirrolidona (PVP); (C) un copolímero de polivinilpirrolidona; y (D) un copolímero de una

pluralidad de monómeros seleccionados del grupo que consiste en óxido de propileno, acetato de vinilo,

vinilamina, cloruro de vinilo, acrilamida, acrilonitrilo, etileno, propileno, óxido de etileno, metacrilato de laurilo, metacrilato de metilo, hidroxiestearato, dimetilsiloxano, haluro de dialildimetilamonio, etilenimina, ácido acrílico, y ácido metacrílico; y (E) una mezcla de los mismos; preferiblemente en donde el agente dispersante se selecciona del grupo que consiste en monoestearato de PEG-1, monoestearato de PEG-125,

monoestearato de PEG-15, y una mezcla de los mismos.

6. El kit de la reivindicación 3, en donde el agente dispersante se selecciona del grupo que consiste en (A) un polímero seleccionado del grupo que consiste en un polietilenglicol (PEG) monoesterificado, un poli(ácido acrílico) (PAA), un poli(ácido metacrílico) (PMA), un poli(alcohol vinílico) (PVA), una poli(acrilamida), una 5 poli(etilenimina), un poli (haluro de dialildimetilamonio), un poli(vinil metil éter), y una mezcla de los mismos;

(B) una polivinilpirrolidona (PVP); (C) un copolímero de polivinilpirrolidona; y (D) un copolímero de una pluralidad de monómeros seleccionados del grupo que consiste en óxido de propileno, acetato de vinilo, vinilamina, cloruro de vinilo, acrilamida, acrilonitrilo, etileno, propileno, óxido de etileno, metacrilato de laurilo, metacrilato de metilo, hidroxiestearato, dimetilsiloxano, haluro de dialildimetilamonio, etilenimina, ácido 55 acrílico, y ácido metacrílico; y (E) una mezcla de los mismos; preferiblemente en donde el agente dispersante

se selecciona del grupo que consiste en monoestearato de PEG-1, monoestearato de PEG-125,

monoestearato de PEG-15, y una mezcla de los mismos.