[发明专利]用于聚氨酯冷芯盒粘合剂的助催化剂

说明书

本发明涉及一种粘合剂体系，其包括封端的叔胺或脒作为聚氨酯冷芯盒应用的助催化剂。本发明还涉及使用这种还包含挥发性叔胺的粘合剂体系生产的模制材料混合物、用于生产模制材料混合物的方法以及由该模制材料混合物根据冷芯盒法制造的型芯和模具。

技术领域

本发明涉及一种粘合剂体系，其包括封端(封闭，blocked)叔胺或脒作为聚氨酯冷芯盒应用的助催化剂。本发明还涉及利用这种还包含挥发性叔胺的粘合剂体系制备的模制材料混合物、用于制备模制材料混合物的方法以及由该模制材料混合物根据冷芯盒法制造的型芯和模具。

背景技术

铸造模具基本上由模具或模具和型芯组成，铸造模具为待制造的铸件的阴模。通常，这些模具和型芯能由模制材料混合物获得，模制材料混合物包含至少一种耐火材料、例如石英砂作为耐火模制基础材料(refractory molding base material)和适当的粘合剂或粘合剂前体，粘合剂在从模制工具中取出之后给予铸造模具足够的机械强度。将模制材料混合物填充到适当的中空模具中，压实并且随后硬化。硬化的粘合剂用于模制基础材料的颗粒之间的固态结合，使得铸造模具获得所需的机械稳定性。

在铸造时，模具形成用于铸件的外壁部；型芯用于在铸件之内构成空腔。在此不必强制性的是：模具和型芯由相同的材料构成。因此例如，在硬模铸造时，借助于金属的永久模具对铸件进行外部成型。也能够将由不同组分构成的模制材料混合物制成且根据不同方法制造的模具和型芯相组合。当下面为了简单起见而仅使用术语模具时，那么该表述同样适用于基于相同的模制材料混合物的并根据相同方法制造的型芯(并且反之亦然)。

以术语“冷芯盒法”或“Ashland法(阿什兰法)”已知的型芯制造方法在铸造工业中已经取得重要的意义。

在此，使用双组分聚氨酯体系用于粘合耐火模制基础材料。多元醇组分由每分子具有至少两个OH基团的多元醇、由每分子具有至少两个NCO基团的聚异氰酸酯构成的异氰酸酯组分构成。粘合剂体系的硬化借助于低沸点的挥发性叔胺进行，该叔胺在成型之后气态地或作为气溶胶穿引过模制材料-粘合剂体系-混合物，并用作催化剂。这种方法例如在US 3409579中描述。

出于不同的原因，期望的是：无催化剂的模制材料混合物具有非常长的加工时间，即，双组分聚氨酯体系的两种组分仅在它们与催化剂接触时才相互反应。通过如下方式可以注意到过早的未催化的反应：即模具和型芯的强度随着无催化剂的模制材料混合物的逐渐老化而降低，并且自一定时间点起低于对于安全处理和良好的铸造结果而言的值。

多年来提出各种对策。因此，US 4540724例如描述了为异氰酸酯组分添加卤化磷，而US 20130299120公开含有替代的苯和萘的粘合剂体系，以防止模塑材料混合物的提前硬化。

相反，粘合剂应当在与催化剂接触时尽可能快速地硬化。在此有利的是将对胺的需求保持得尽可能低。对此主要存在如下理由：

胺被分类为是有毒的，并且允许的工作场所极限值相应是极其低的。此外，胺的特征在于极其不令人舒适的气味。这需要：胺从模制工具中排出后，无论是在为此所设的位置或在非密封的位置处，都通过抽吸来收集然后再次从废气中排出。这通常借助于废气洗涤器来进行，在废气洗涤器中，加载了胺的空气被引导穿过硫酸溶液并由此除去胺。

然后，在回收设备中，可以从溶液中再次回收胺，并将其输送给再次的应用。还应该使通过环境空气中的胺残余物引起的提前硬化最小化。节约胺也是有经济利益的。这不仅是由于采购量较小，而且还因为抽吸设备可以设计得较小，这又对购置成本还有持续的运行成本方面具有显著的积极意义。

在使得胺需求尽可能小的方面，不是没有尝试过改进粘合剂的组成，例如通过使用少量的酸性成分或使用特殊的溶剂组合。但是，这些努力反复触及边界，因为通常其他重要的粘合剂性质、例如加工时间或强度通过所选择的措施削弱。

发明内容