Sistema de aglutinante a base de poliuretano para la fabricación de núcleos y moldes de fundición usando formales cíclicos, mezcla de material a moldear y procedimiento.

Aglutinante para mezclas de material a moldear que contiene

(A) al menos un componente de resina fenólica como componente de poliol que presenta una resina fenólica,

en donde la resina fenólica puede obtenerse a partir de la reacción de un compuesto de fenol y de un compuesto de aldehído,

(B) al menos un componente de isocianato que presenta al menos un poliisocianato con al menos dos grupos NCO por molécula y

(C) al menos un componente disolvente que presenta un formal cíclico, eventualmente también como parte de los componentes (A) y/o (B), además de dado el caso otro disolvente, presentando el formal cíclico la siguiente fórmula:**Fórmula**

en la que

X es -C(R5)(R6)- o -R7-O-R8-

n representa de 0 a 4 y

R1 a R6 independientemente entre sí representan H o un grupo hidrocarburo, en particular grupo alquilo, con 1 a 6 átomos de C, pudiendo contener el grupo hidrocarburo uno o varios grupos éter y/o uno o varios grupos éster y/o pudiendo estar sustituido con grupo(s) carbonilo y/o grupos OH, y

R7 y R8 independientemente entre sí representan un grupo metileno, etileno o propileno,

o se selecciona de 1,4-butanodiolformal, glicerolformal, etilenglicolformal, propilenglicolformal o 1,2- butanodiolformal.

Sistema de aglutinante a base de poliuretano para la fabricación de núcleos y moldes de fundición usando formales cíclicos, mezcla de material a moldear y procedimiento

La presente invención se refiere a un sistema de aglutinante a base de poliuretano usando formales cíclicos 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, co/d-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 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 poliisocianato con al menos dos grupos NCO por molécula. El curado del sistema de aglutinante se realiza con ayuda de catalizadores básicos. Pueden añadirse bases líquidas al sistema de 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-sistema de aglutinante (documento US 3.49.579).

Según el documento US 3.676.392 y el documento US 3.49.579 se usan resinas fenólicas como polioles que se obtienen mediante condensación de fenol con aldehidos, preferentemente formaldehído, en fase líquida a temperaturas de hasta aproximadamente 13 eC 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 4.59.229). Como componente de reacción adicional pueden usarse según el documento EP 177871 A2 resinas fenólicas modificadas con grupos monoalcohol alifáticos con de uno a ocho átomos de carbono. Mediante la alcoxilación deben tener los sistemas de aglutinante una elevada estabilidad térmica. Como disolventes para el componente poliol se usan predominantemente mezclas de disolventes polares de alto punto de ebullición (por ejemplo ásteres y cetonas) e hidrocarburos aromáticos de alto punto de ebullición. Los poliisocianatos por el contrario se disuelven preferentemente en hidrocarburos aromáticos de alto punto de ebullición.

En el documento EP 771599 A1 y el documento WO /25957 A1 se describen formulaciones, en las que mediante el uso de ásteres de ácidos grasos puede prescindirse totalmente o al menos en gran parte de disolventes aromáticos.

Por el documento US 4.51.92 se conocen sistemas de poliuretano, en los que se hacen reaccionar resinas epoxídicas, resinas de poliéster o resinas acuosas de fenol-formaldehído con diisocianatos en presencia de un disolvente de fórmula

R,OCOR,

I

V

en la que Ri y R2 representan hidrocarburos con 3 a 6 carbonos y R3 y R4 representan metilo, etilo, fenilo o hidrógeno. Se mencionan expresamente dibutoximetano, dipropoximetano, diisobutoximetano, dipentiloximetano, dihexiloximetano, diciclohexiloximetano, n-butoxiisopropoximetano, isobutoxibutoximetano e isopropoxipentiloximetano, acetaldehído-n-propilacetal, benzaldehído-n-butilacetal, acetaldehído-n-butilacetal, acetona-di-n-butilcetal y acetofenona-dipropilcetal. En los ejemplos se usa el cetal butilal (1-(butoximetoxi)butano). Un contenido de divulgación similar tienen el documento US 4.116.916 y el documento US 4.172.68.

El uso de diacetales, concretamente productos de reacción de dialdehídos C2 a C6 y alcoholes C2 a C12, en sistemas de poliuretano se da a conocer en el documento WO 26/92716 A1. Como diacetales se mencionan 1,1,2,2- tetrametoxietano, 1,1,2,2-tetraetoxietano, 1,1,2,2-tetrapropoxietano, 1,1,3,3-tetrametoxipropano, 1,1,3,3-

tetraetoxipropano. Se determinó que los diacetales permiten un alargamiento del tiempo de procesamiento de las mezclas de material a moldear. Sin embargo esto va en detrimento considerablemente de la resistencia de las mezclas frescas ("shoot immediate"). La pérdida de la resistencia en comparación con el aglutinante no modificado se encuentra entre aproximadamente el 15 % y aproximadamente el 2 %.

Para la mayoría de las aplicaciones es por completo suficientemente alto el nivel de resistencia de los núcleos y moldes fabricados con los aglutinantes de poliuretano conocidos. Sin embargo existe un gran interés en elevar aún más las resistencias para poder reducir el contenido de aglutinante a ser posible sin pérdidas de la resistencia, es decir sin que a este respecto se quede por debajo el nivel necesario para una buena fundición y una manipulación

segura. Para una reducción del aglutinante existen varios motivos, por ejemplo para reducir los gases y los condensados que se producen en la fundición, que pueden conducir tanto a defectos de fundición como a la carga del medioambiente. Además se reduce mediante un bajo contenido de aglutinante el gasto para la regeneración de la arena usada y en particular las fábricas de fundición están interesadas por motivos comerciales en usar lo menos posible de aglutinante.

En el caso de las resistencias ha de prestarse atención sobre todo a las resistencias iniciales suficientes, en particular, cuando los núcleos 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 resistencias iniciales más altas, por ejemplo resistencias iniciales más altas en al menos el 1 %. Se encontró que esto puede aprovecharse para reducir el contenido de aglutinante en aproximadamente del 5 % al 1 %, para obtener sin embargo también en fabricación en serie técnica núcleos con resistencias suficientemente altas para una manipulación eficaz.

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

El objeto de la invención es un aglutinante para mezclas de material a moldear, que contiene

(A) al menos un componente poliol que presenta un poliol con al menos dos grupos OH por molécula, en el que el componente poliol comprende al menos una resina fenólica y

(B) al menos un componente isocianato que presenta un poliisocianato con al menos dos grupos NCO por molécula y

(C) al menos un formal cíclico tal como se describe en la reivindicación 1.

Además, la invención se refiere a mezclas de material a moldear, que comprenden materiales base a moldear resistentes al fuego y hasta el 5 % en peso, preferentemente hasta el 4 % en peso, de manera especialmente preferente hasta el 3 % en peso del sistema de aglutinante de acuerdo con la invención, con respecto al peso de los materiales base a moldear resistentes al fuego. Como materiales 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.

La invención se refiere igualmente a un procedimiento para la fabricación de una pieza moldeada por fundición o de un núcleo, que comprende

(a) mezclar materiales resistentes al fuego con el sistema de aglutinante de acuerdo con la invención en una cantidad de unión del ,2 % al 5 % en peso, preferentemente del ,3 % al 4 % en peso, de manera especialmente preferente del ,4 % al 3 % en peso, con respecto a la cantidad de los materiales resistentes al fuego, para la obtención de una mezcla de fundición;

(b) introducir la mezcla de fundición obtenida en la etapa (a) en una herramienta de moldeo;

(c) curar... [Seguir leyendo]

1. Aglutinante para mezclas de material a moldear que contiene

(A) al menos un componente de resina fenólica como componente de poliol que presenta una resina fenólica, en donde la resina fenólica puede obtenerse a partir de la reacción de un compuesto de fenol y de un compuesto de aldehido,

(B) al menos un componente de isocianato que presenta al menos un poliisocianato con al menos dos grupos NCO por molécula y

(C) al menos un componente disolvente que presenta un formal cíclico, eventualmente también como parte de los componentes (A) y/o (B), además de dado el caso otro disolvente, presentando el formal cíclico la siguiente fórmula:

X

^,

en la que

X es -C(R5)(R6)- o -R7-O-R8- n representa de a 4 y

R1 a R6 independientemente entre sí representan H o un grupo hidrocarburo, en particular grupo alquilo, con 1 a 6 átomos de C, pudiendo contener el grupo hidrocarburo uno o varios grupos éter y/o uno o varios grupos éster y/o pudiendo estar sustituido con grupo(s) carbonilo y/o grupos OH, y R7 y Rs independientemente entre sí representan un grupo metileno, etileno o propileno,

o se selecciona de 1,4-butanodiolformal, glicerolformal, etilenglicolformal, propilenglicolformal o 1,2- butanodiolformal.

2. Aglutinante de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el formal cíclico se selecciona de uno o varios miembros del siguiente grupo:

1,3-butanodiolformal, 1,4-butanodiolformal, glicerolformal y 5-etil-5-hidroximetil-1,3-dioxano.

3. Aglutinante de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el formal cíclico es 5-etil-5-hidroximetil-1,3-dioxano.

4. Aglutinante de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el poliisocianato es un poliisocianato aromático.

5. Aglutinante de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el poliisocianato es polimetilenpolifenilpoliisocianato.

6. Aglutinante de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la resina fenólica puede obtenerse mediante reacción de

un compuesto de fenol con un compuesto de aldehido en medio débilmente ácido usando catalizadores de metal de transición, en particular catalizadores de cinc.

7. Aglutinante de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el catalizador es un compuesto de cinc, en particular acetato de cinc dihidratado.

8. Aglutinante de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la resina fenólica es una resina de benciléter.

9. Aglutinante de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 6, en el que el compuesto de fenol se selecciona de uno o varios miembros del siguiente grupo: fenol, o-cresol, p-cresol, bisfenol A o cardanol.

1. Aglutinante de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 6, en el que el compuesto de aldehido es un aldehido de fórmula:

R-CHO,

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

11. Aglutinante de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, en el que los componentes están contenidos tal como sigue en el aglutinante:

(A) del 15 % al 35 % en peso, en particular del 2 % al 3 % en peso, de resina fenólica,

(B) del 25 % al 45 % en peso, en particular del 35 % al 45 % en peso, de poliisocianato y

(C) del 2 % al 6 % en peso, en particular del 25 % al 45 % en peso, de disolvente.

12. Aglutinante de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, en el que todo el aglutinante contiene formales cíclicos en el ,25 % al 2 % en peso, preferentemente en el ,5 % al 15 % en peso y en particular preferentemente en el 1 % al 1 % en peso.

13. Aglutinante de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, en el que como componente disolvente se usan además de acétales cíclicos hidrocarburos aromáticos, ásteres, cetonas y/o plastificantes.

14. Mezcla de material a moldear que contiene el aglutinante de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones

anteriores y un material a moldear resistente al fuego, en la que el material a moldear contiene o está compuesto de

dióxido de silicio, por ejemplo en forma de arena de cuarzo, de zirconio o de mineral de cromo, olivino, chamota, bauxita, esferas huecas de silicato de aluminio, perlas de vidrio, granulado de vidrio y/o materiales base a moldear cerámicos sintéticos.

15. Procedimiento para la fabricación de una pieza moldeada por fundición o de un núcleo, que comprende al menos las etapas

(a) mezclar materiales resistentes al fuego con el aglutinante de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 13 en una cantidad del ,2 % al 5 % en peso, preferentemente del ,3 % al 4 % en peso, de manera especialmente preferente del ,4 % al 3 % en peso, con respecto a la cantidad de los materiales resistentes al fuego, para la obtención de una mezcla de fundición;

(b) introducir la mezcla de fundición en una herramienta de moldeo;

(c) curar la mezcla de fundición en la herramienta de moldeo para obtener una forma autoportante; y

(d) separar a continuación de la herramienta la pieza moldeada por fundición curada y eventualmente curar adicionalmente, de manera que se obtiene una pieza moldeada por fundición curada, sólida.

16. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en el que para el curado se usa dlmetiletilamina, dlmetil-n- propilamina, dimetilisopropilamina, dimetil-n-butilamina, trietilamina y/o trlmetilamina, en cada caso en forma de gas o como aerosol.

17. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en el que para el curado se usa un catalizador líquido, por ejemplo fenilpropilpiridina.