[發明專利]殼砂包膠中的臭味消除

有效

• 申請號: 200780018008.9
• 申請日: 2007-04-24
• 公開（公告）號: CN101479060A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 凱利·J·克恩斯;瑞安·施瓦克;羅伯特·H·邁茲威奇
• 申請（專利權）人: 費爾蒙特礦物有限公司
• 主分類號: B22C1/00
• 分類號: B22C1/00;C08K5/132
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 韋欣華;黃可峻

技術領域

本發明一般性涉及用酚醛樹脂和其它類似涂料來涂覆砂、陶瓷和其它基底(一般為工業聚集體)的改進方法。更具體地本發明涉及用于生產樹脂涂覆砂的化合物及施涂方法，該砂以最小的氣味固化。

背景技術

現有技術描述了在金屬澆鑄和鑄造工業所采用的殼法(Shell?Process)中使用的樹脂涂覆砂。在二戰期間殼法在德國研發，并且該方法用來生產用于砂漿、炮殼和其它射彈的模子。戰后德國人試圖將該方法保密；然而，該方法被盟軍調查員發現，調查員將該方法作為戰利品置于公眾領域中，這隨后為鑄造工業提供了革命性的方法。

殼法(又稱為克婁寧殼型鑄造法(Croning)或C方法)被用來生產中空輕質模子和砂芯，所述模子和砂芯用于管榖、芯、曲軸、用于引擎的進氣歧管等。實際上，與任何其它方法相比，更多的鑄造廠都使用殼法來制備樹脂砂芯和模子。該方法在全世界廣泛地應用。

最初的克婁寧殼型鑄造法是將原料砂與粉末狀酚醛樹脂和粉末狀六亞甲基四胺“hexa”(固化劑或硬化劑)共混，其依靠重力給料到預加熱的模型中。熱量使樹脂和硬化劑熔化從而使模型(或模子)內部的砂熔化。在獲得適宜厚度的砂后，將非活性的砂從模型中倒出，留下中空的芯砂模子。隨著時間，該方法通過在砂廠中用所需的配料(樹脂-硬化劑-蠟-填料等)對砂進行預涂覆而得到了改進。“鑄造砂”隨后作為自由流動產品而被出售給鑄造廠(或鑄造廠生產他們自己的自由流動產品)。

現有技術使用分批混合器以使用樹脂和其它配料涂覆基底(無機物、陶瓷等，有時主要指的是工業聚集體)。即，砂(聚集體)被預先稱重，加熱至所需的溫度并轉移至分批混合器中。然后依次加入樹脂和添加劑并放置在混合器中，直至材料到達期望的固化階段或開始分解成更小的砂(聚集體)和樹脂的凝聚塊。然后倒出混合物并重復循環。更新型的混合器現在使用連續法；然而，制造步驟和使用的化合物實質上是相似的。

更具體地說，在用于生產涂覆鑄造砂的現有技術中，預稱重砂被加熱至280°F至380°F之間。然后將砂送入Muller型粉碎機(或者連續混合器)中并且將樹脂倒入砂中。來自于砂的熱量熔化樹脂，以及樹脂流經砂粒周圍以包膠砂粒。經過充分的粉碎時間之后，將液體狀hexa添加到砂和樹脂中，通常低于280°F。在添加水驟冷從而將砂溫度降到低于200°F之前，hexa/樹脂混合物輕微反應以開始交聯涂層。該驟冷阻止hexa/樹脂的反應并且據說樹脂涂覆砂位于“B”階段。混合物繼續完全地粉碎和干燥并且分裂為實質上為單個砂粒的包膠體的樹脂涂覆砂。當涂覆砂放置在450-600°F的加熱工具(鑄造廠的模子)中時，涂覆砂前進到達“C”階段。該熱量使甲醛和氨從原始hexa溶液(液態形式的hexa是氨(40％)和甲醛(60％)的組合)中釋放出來。釋放的甲醛進一步與樹脂反應以交聯樹脂并且產生固態或型芯或模子，并且游離的氨作為揮發性有機氣體被排放，該氣體具有使操作者和周圍環境不愉快的氣味。

現有技術中出現了多個選擇固化劑以減少氨排放的實例。Gardziella等在美國專利4,942,217中公開了“新型熱固化性粘合劑苯酚-甲醛+HMT+酸(NovelHeat-hardenable?Binders?Phenol-formaldehyde+HMT+Acid)”。Gardziella仍使用hexa作為他們的固化劑，但指出樹脂復合物和粘合劑有助于減少排放。給出了一個用于“熱焙(hot?bake)”(殼法或克婁寧法)鑄砂的組合物的例子。

Geoffrey等在美國專利5,189,079中公開了“低游離甲醛苯酚多元醇配方(Low?Free?Formaldehyde?Phenolic?Polyol?Formulation)”，其中發明者認識到需要減少聚氨酯粘合劑中甲醛的氣味，該聚氨酯粘合劑用在“冷盒(cold-box)”和“無焙(no-bake)”型芯鑄砂方法中。

Johnson等在美國專利5,910,521中公開了“苯并噁嗪聚合物組合物(Benzoxazine?Polymer?Composition)”，認識到需要固化酚醛樹脂但不排出氨。Johnson等公開了他們的化合物在鑄砂中的用途；然而，他們的實例教導了將粉末狀樹脂和他們的粉末狀固化劑以及鑄砂相混合。Johnson等說明他們的固化聚合體在室溫下可以是固態并且呈粉末形式。然而，他們補充說如果在制造過程期間對脫水進行控制，則固化聚合體可以以液體形式制造出來。