[发明专利]三组分聚氨酯粘合剂体系

说明书

相关申请的相互引证

本申请是于2015年5月14日提交的美国临时申请62/161598的非临时申请并要求该临时申请的优先权，通过引用将其全部内容结合于本文中。

技术领域

本发明涉及用于冷芯盒(低温试验箱，cold box)或无烘烤过程(工艺，方法，process)的三部分有机粘合剂体系，其中在使用时组合的两种常规的粘合剂前体部分伴有第三部分，该第三部分包括硅酸烷基酯和可选的包括双足氨基硅烷(biposal aminosilane)。本发明的一些方面还涉及在粘合剂前体部分中的一种或两者中包括一定量的氢氟酸。

背景技术

当生产模具和芯时，大量使用聚氨酯类粘合剂体系，特别是对于用于冷芯盒或聚氨酯无烘烤过程的模具和芯的生产。这些体系需要溶剂，并且在使用时一直需要减少这些体系的排放。

如在Torbus的美国专利6,465,542中所描述的，用于冷芯盒和用于聚氨酯无烘烤过程的聚氨酯类粘合剂体系是已知的。这种粘合剂体系通常包括两种必要的粘合剂组分。第一种是多元醇组分，其包括每分子具有至少两个-OH基团的化合物。第二种是聚异氰酸酯组分，其包括每分子具有至少两个异氰酸酯基团的化合物粘合剂。若在各个组分中包括溶剂，则常见地封装它们并在单独的容器中出售，仅在使用时结合。

本领域很好地提供了多元醇和聚异氰酸酯组分的细节，所以在此不进一步对其进行描述。然而，存在与至少一种组分一起使用的溶剂，且通常将溶剂与两种组分一起使用。将以液体形式使用多元醇和聚异氰酸酯组分两者。尽管可以以未稀释形式使用液体聚异氰酸酯，但是可以以在有机溶剂中的溶液的形式使用固体或粘稠聚异氰酸酯。在某些情况下，按聚异氰酸酯溶液的重量计，溶剂可以占到高达80％。当用于第一组分的多元醇是固体或高度粘稠的液体时，可以将合适的溶剂用于调节粘度以允许适当的适用性。

如Torbus专利所教导的，选择用于与组分一起使用的溶剂不以有关方式参与聚异氰酸酯和多元醇化合物之间的催化反应，但是溶剂可以很好地影响反应。例如，两种粘合剂组分具有基本上不同的极性。这限制可以使用的溶剂的数量。如果溶剂与两种粘合剂组分不相容，那么粘合剂体系的完全反应和固化是几乎不可能的。尽管质子和非质子类型的极性溶剂是用于多元醇化合物的常见的良溶剂，但是它们并不是非常适用于聚异氰酸酯化合物。反之，芳香族溶剂与聚异氰酸酯相容，但是不完全适用于多元醇树脂。

Torbus及其他人尝试了调节溶剂组成来限制倾倒熔融的金属以产生模具中的铸件期间苯和其他芳香族物质的排放，其中粘合剂体系将模具的铸造沙子保持在一起。这些排放不仅发生在倾倒熔融的金属期间，而且由于倾倒之前的蒸发和脱挥发而发生。排放构成工作场所的明显污染，其不能被保护措施诸如抽风机等有效地捕获。然而，看起来由粘合剂体系诸如在Torbus专利中教导的那些生产的模具留有性能改善的余地，尤其当遇到高相对湿度时。

发明内容

用于模制材料混合物的粘合剂体系至少部分地克服了现有技术的这些缺点。以仅在使用时才组合的三种组分提供粘合剂体系。这些中，第一和第二组分是第一有机粘合剂组分和第二有机粘合剂组分，在催化剂存在的情况下第二组分补充(complementary)第一有机粘合剂组分以形成聚合物。这些组分可以是常规的。第三组分包括硅酸烷基酯组分。

在一个实施方式中，第一组分是多元醇组分，包括每分子具有至少2个羟基基团的酚醛基础树脂，该多元醇组分不含聚异氰酸酯。第二组分是聚异氰酸酯组分，包括每分子具有至少2个异氰酸酯基团的聚异氰酸酯化合物，该异氰酸酯组分不含多元醇，使得组合和固化组合物时产生酚醛脲聚合物(phenolic urethane polymer)。

在一些实施方式中，硅酸烷基酯组分包括原硅酸四乙酯(TEOS)。其还可以包括硅酸烷基酯的低聚物。第三组分还可以包括双足氨基硅烷，尤其是双(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺。当存在时，双足氨基硅烷可以表示存在于第三组分中的硅酸烷基酯的重量的约三分之一。

在一些实施方式中，前两种粘合剂组分中的至少一种可以进一步包括一定量的氢氟酸。

将通过模制材料混合物提供发明构思的一些实施方式，该模制材料混合物包括耐火模具基础材料和适当量的有机粘合剂体系，该有机粘合剂体系用于生产适用于砂铸熔融金属的模具。

具体实施方式