[发明专利]用于制造铸型和型芯的造型材料混合物的聚氨酯基的粘结剂体系

说明书

为制造铸型和型芯，常常使用以聚氨酯为基的粘结剂体系。这些体系是双组分体系，其中一种组分是分子中最少含两个OH基团的多羟基化合物而另一种是分子中最少含两个NCO基团的聚异氰酸酯。溶解态的这两种组分加到基体颗粒造型材料中(大多数情况下是型砂)通过加入催化剂使之产生固化反应。

这种体系的典型实施例中，多羟基化合物是酚或酚化合物与醛的含游离OH基的预缩合物(后文称作酚醛树脂)，聚异氰酸酯是一种芳香聚异氰酸酯，如二苯甲烷二异氰酸酯。叔胺用作催化剂。基于利用冷箱法或自硬法，催化剂或与粘结剂体系的其余组分一起在处理造型材料混合物之前直接加入，或在初始不用催化剂制出的造型材料混合物加入之后加入到模具中，其中混合物用气态的胺充气。

在此类体系中，需要溶剂以确保与基体造型材料混合时粘结剂组分保持足够低的粘度。这一点对酚醛树脂特别确切，这是由于它的高粘度总是需要溶剂，但这一点对聚异氰酸酯也适用。在这方面所遇到的问题是两种粘结剂组分所需的溶剂不同。因此，通常非极性的溶剂可很好的与聚异氰酸酯配合，但不易与酚醛树脂相容，对极性溶剂则相反。实际上通常使用对所用的每一种粘合剂体系都匹配的极性和非极性混合溶剂。这种情况下，应确保该混合物每个单独的成分的沸点范围不能太低，使溶剂不会由于蒸发而很快变得无效。

至今优选可用的非极性溶剂是常压下沸点范围约150℃以上的高沸点芳香烃(以混合物为主)，而可用的极性溶剂是有足够高沸点的酯如在德国专利说明书№2,759,262所描述的“对称”酯，其酸基团和醇基团含有比较多的在相同的范围(约6-13碳原子)内的碳原子。

尽管在铸造技术中聚氨酯粘结剂有一些优点，但在铸造时，这些粘结剂有一个严重缺点，它们会使工作场所产生蒸发物和气体挥发物，而大多数情况下，这些物质通过保护措施如烟罩或类似的装置不能防止。虽然其间通过减少残存的游离甲醛和游离酚含量，树脂领域的发展导致只引起非常低的污染的产物；并即使就酯而言其本身有令人不愉快的气味，而用上述的对称酯已经能明显改善这一情况，但是仍存在工作场所暴露在高沸点芳香烃下的问题，至今还不能解决。芳香烃通常是烷基取代的苯、甲苯、二甲苯。此外为确保尽可能高的沸点，它们也可以是含有稠合苯环的化合物，也就是萘等。这些物质对人的健康危害相当大，它们不但在铸造时释放而且在生产造型材料混合物时就释放。

通过本发明解决了这个问题。简单说，按照本发明通过在双组分或单组分聚氨酯粘结剂中用高脂肪酸甲酯作溶剂或溶剂成分可达到这一点。在这方面高脂肪酸甲酯这术语，(后文称作脂肪酸甲酯)，通常包括有12个C原子或更多个C原子的碳链的脂肪酸单甲酯。这些甲酯能由植物和动物原料油与通常以三甘油酯的形式存在的脂肪进行的转酯作用而很容易制得，或通过从这些脂肪和油中得到的脂肪酸的酯化没有问题地制备。

菜籽油甲酯是在植物油基础上的一种酯的典型实施例；它是一种合适的溶剂，特别是它可以低成本以柴油形式大量得到。但另外的植物油的甲酯如豆油、亚麻子油、葵花油、花生油、桐油、棕榈油、椰子油、蓖麻油、和/或橄榄油也能使用。此外海洋动物油、牛脂和动物脂肪也能作为本发明所用甲酯的原材料。

可作为原材料的脂肪和油能够随意混合使用。它们不需要是新鲜和纯天然产品，同样可以是硬化的或其它碳链改性的脂肪和油。甚至废油和废脂肪等，例如用过的工作台油或用过的煎炸油等也能用作本发明的甲酯的原材料。因此本发明的另一方面是利用对环境有害的废弃物。

本发明基于意外的发现即极性溶剂的脂肪酸甲酯，可以很显著的方式，能意外地具有至今所需非极性溶剂具有的功能，并因此能完全和实质性取代它们。因此首次可提供一种能适合用于聚氨酯粘结剂体系两组分的溶剂，同时它能使非极性溶剂，特别是高沸点的芳香烃的使用完全多余。由于至今不可能在聚氨酯粘结剂体系中建议用任何极性溶剂，而不加任何非极性溶剂，这一发现不是能预料到的。

用脂肪酸甲酯100％替代高沸点芳香化合物对环境保护是特别优选的，由于在这种情况下，本发明的生态学的优点得到充分利用。如果在个别情况下，用甲酯与这些高沸点芳香烃一起使用是方便的也是可以用的。如果脂肪酸甲酯的量超过烃的量，本发明的生态学优点仍很明显，虽然程度随着甲酯量的下降将减少。总之，本发明提供了常规粘结剂/溶剂体系对环境相宜的一种变型，即使甲酯与少量的芳香族化合物一起用，所说的变型与常规的体系相比在铸造技术效率上质量不差。当然也可以使用含脂肪酸甲酯和高沸点芳香族化合物的溶剂，相反地，其中芳香化合物的量超过脂肪酸甲酯的含量，但在这种情况下本发明的优点不再充分明显。