BR102017002051A2 - Método de preparar um molde de fundição pelo processo cold box, e, composição de molde preparado pelo processo cold box - Google Patents
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Description
(54) Título: MÉTODO DE PREPARAR UM MOLDE DE FUNDIÇÃO PELO PROCESSO COLD BOX, E, COMPOSIÇÃO DE MOLDE PREPARADO PELO PROCESSO COLD BOX (51) Int. Cl.: B22C 1/22; B22C 9/02; C08G 14/04; C08G 18/18; C08L 75/04; (...) (73) Titular(es): ΟΧΙΤΕΝΟ S.A. INDÚSTRIA E COMÉRCIO (72) Inventor(es): FÁBIO ROSA; BRANDON LUCAS DA SILVA; CARLOS ROBERTO TOMASSINI; SILMAR BALSAMO BARRIOS (85) Data do Início da Fase Nacional:
31/01/2017 (57) Resumo: A presente invenção se refere a um método de preparar um molde de fundição pelo processo de cold box (caixa fria) compreendendo um solvente de baixa toxicidade para diluição de resinas fenólica e poliuretânica, em que o diacetato de monoetilenoglicol é o solvente principal. O diacetato de monoetilenoglicol apresenta alta eficiência na solubilização além resistência mecânica e resistência à umidade dos moldes em comparação com a combinação de solventes oxigenados e aromáticos.
1/8 “MÉTODO DE PREPARAR UM MOLDE DE FUNDIÇÃO PELO PROCESSO COLD BOX, E, COMPOSIÇÃO DE MOLDE PREPARADO PELO PROCESSO COLD BOX”
CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção se refere a um método de preparar um molde de fundição pelo processo de cold box (caixa fria) compreendendo um solvente de baixa toxicidade e uma composição de molde preparado pelo método de cold box (caixa fria) utilizando o solvente.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [002] A fundição é o processo de colocar metal líquido em um molde que contém uma cavidade com a forma desejada, permitindo o resfriamento e solidificação do metal. A parte solidificada é conhecida como peça fundida, que é retirada do molde para completar o processo.
[003] Entre os processos de fabricação em um modo geral, a fundição se destaca por permitir a produção de peças com grande variedade de formas e tamanhos, principalmente para as indústrias mecânica e automobilística como, por exemplo, bloco de motores, turbinas, tubulações entre uma série de peças.
[004] O processo de produção compreende vazar um metal líquido em um molde, cuja cavidade corresponde ao negativo da peça que se deseja obter.
[005] Para se construir um molde, é necessário primeiramente se fabricar o modelo e os machos, caso existam furos ou partes ocas. Com um modelo, é possível fabricar vários moldes sendo que cada molde dá origem a um tipo de peça fundida.
[006] Paralelamente à fabricação do molde, o metal é fundido. Após vazamento e sobdificação, a peça é retirada do molde, com forma próxima à final, precisando apenas passar pelas etapas de acabamento.
[007] Existem diferentes processos de fundição conhecidos pela
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2/8 técnica. Na presente invenção, será tratado o processo areia-resina, no qual se utiliza resina como aglomerante e cura a frio. Este processo é denominado de caixa fria ou Cold Box, conforme revelado na patente número U.S. 4.851.457. [008] O tempo de cura e a resistência final do molde dependem da quantidade e do tipo de resina, sendo que as concentrações normalmente variam de 1 a 2% em massa de resina e 20 a 50% da massa de catalisador sobre o total de resina.
[009] Como conhecido do estado da técnica e descrito na patente US
4.111.928, a resina é diluída em solventes oxigenados e hidrocarbonetos aromáticos.
[0010] No caso do processo cold box, utiliza-se um catalisador do tipo amina, que é pulverizado junto a um gás de arraste, realizando o processo de polimerização da resina para a preparação do molde.
[0011] Esse processo, por dispensar estufagem e longos tempos de secagem, praticamente inutilizou processos antigos como areia-seca, areiacimento, entre outros. Apesar do custo elevado da resina e da possibilidade de alguns solventes gerarem gases nocivos à peça e à saúde do moldador, a qualidade e a rapidez de obtenção dos moldes ampliou a demanda por machos e moldes obtidos a partir desse processo.
[0012] Desta forma, uma tendência tecnológica no processo de cold box é a utilização de solventes mais amigáveis ao meio ambiente e à segurança do trabalhador e de alto desempenho de aplicação na indústria de fundição.
[0013] O diacetato de monoetilenoglicol, também conhecido como
1,2-etanodiol diacetato, cujo número CAS é 111-55-7, é um solvente de baixa toxicidade, baixo odor e de baixa evaporação, o qual foi avaliado para substituir o solvente aromático, em especial o Solvente AB-9, também conhecido comercialmente como Solvesso 100, de alta toxicidade e largamente utilizado na diluição de resina.
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3/8 [0014] Com os resultados dos estudos realizados na presente invenção, foi possível observar que o diacetato de monoetilenoglicol possui uma excelente compatibilidade e solubilização com resinas fenólica e poliuretânica.
RESUMO DA INVENÇÃO [0015] A presente invenção se refere a um método de preparar um molde de fundição pelo processo de cold box (caixa fria) compreendendo um solvente de baixa toxicidade para diluição de resinas fenólica e poliuretânica, em que o diacetato de monoetilenoglicol é o solvente principal. O diacetato de monoetilenoglicol apresenta alta eficiência na solubilização além resistência mecânica e resistência à umidade dos moldes em comparação com a combinação de solventes oxigenados e aromáticos.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0016] O processo cold box é o processo de areia de fundição aglomerada com ligantes químicos cuja cura ocorre mediante a passagem de um gás, sem que lhe seja fornecida qualquer forma de aquecimento, ou seja, curando à temperatura ambiente. A resina utilizada no processo da presente invenção é constituída por duas partes.
[0017] Resina parte 1 é do tipo fenólica e a resina da parte 2 é do tipo poliuretânica.
[0018] Especificamente, a resina da parte 1 é fenol-éter-poli-benzílica, diluída em solvente, e a resina da parte 2 é um poli-isocianato (MDI): 2,4 e 4,4- difenilmetanodiisocianato, diluída em solvente.
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4/8
Figura 1: Estrutura química de resina poli-isocianato (MDI).
[0019] A mistura de ambas é feita através de um misturador convencional ou contínuo. O procedimento se completa com a gasagem de um catalisador líquido, que é liberado nos moldes sob a forma de vapor, até que se complete a secagem da peça.
[0020] Em um modo de realização da presente invenção, o método de preparar um molde de fundição pelo processo cold box compreende a mistura das resinas de parte 1 e parte 2 em um misturador e, após a homogeneização, a colocação da mistura em caixa de macho com pressão de sopro. O processo seguinte é a gasagem. Nele, um catalisador líquido (amônia) diluído com um gás de arraste (ar comprimido seco) é liberado na caixa de macho com pressão de gasagem, sob a forma de gás. O catalisador tem como objetivo acelerar a reação de cura, sendo que, neste processo, a resina cura instantaneamente quando entra em contato com o catalisador vaporizado. A quantidade de catalisador que deve ser injetada na caixa fria é sempre a mínima necessária para que o macho fique completamente curado. Normalmente, essa quantidade é de cerca de 0,5 ml para cada 3 kg de material.
[0021] De um modo preferencial, a composição de molde preparada pelo processo cold box da presente invenção compreende de 80 a 99% de areia padrão em massa, de 0,5 a 10% em massa de resina fenólica, de 0,5 a 10% em massa de resina poliuretânica, de 0,5 a 10% em massa de diacetato de monoetilenoglicol e 0,5 a 2 ml de Trietilamina.
[0022] De um modo ainda mais preferencial, a composição de molde da presente invenção compreende 98,8% de areia padrão em massa, 0,009% em massa de resina fenólica, 0,009% em massa de resina poliuretânica, 0,018% em massa de diacetato de monoetilenoglicol e 0,5 a 2 ml de Trietilamina.
[0023] Além disso, a mistura de resina de parte 1 para diluição de resina
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5/8 fenólica para a produção de molde de fundição compreende: de 20 a 70 %, em massa de diacetato de monoetilenoglicol e de 70 a 30% em massa de resina fenólica.
[0024] A mistura de resina de parte 2 para diluição de resina poliuretânica para a produção de molde de fundição compreende de 20 a 70 %, em massa de diacetato de monoetilenoglicol, de 70 a 30% em massa de resina poliuretânica.
[0025] O processo cold box tem como característica alta produtividade, baixo consumo energético, boa precisão dimensional, boa qualidade superficial e boa colapsabilidade dos machos. Entende-se por colapsabilidade, a capacidade que o macho possui de ceder quando da aplicação de pressão, originada da contração do metal durante a sua solidificação.
[0026] A seguir, são apresentados os componentes utilizados na preparação de moldes a base de resina fenólica para o processo cold box:
1. Resina
2. Areia
3. Catalisador
4. Aditivos
5. Gases de arraste [0027] A resina de acordo com a presente invenção é uma mistura das partes 1 e 2. A parte 1 é a resina fenólica, especificamente, do tipo fenol-éterpoli-benzílica diluída em solventes hidrocarbonetos aromáticos, como por exemplo, o solvente Solvesso 100 e solventes oxigenados, como por exemplo o DBE. A combinação dos dois tipos de solventes se faz necessária para se alcançar um desempenho na aplicação unindo as propriedades de solvência (poder de diluição da resina fenólica) assim como a resistências mecânica e à umidade do molde final.
[0028] A parte 2 é uma resina poli-isocianato, especificamente,
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6/8 difenil-metano-isocianato-MDI diluída em solventes hidrocarbonetos aromáticos.
[0029] Na presente invenção, o uso do diacetato de monoetilenoglicol juntamente com a resina traz alta eficiência no processo de diluição e confecção de moldes de modo a conferir baixa toxicologia por ser bvre de composto aromático, baixa toxicidade e baixo odor.
[0030] Este conjunto de benefícios traz aos usuários maior segurança no trabalho.
[0031] Um bom desempenho do solvente na diluição da resina fenóbca proporciona uma baixa viscosidade, por exemplo, viscosidade Brookfield inferior a 100 cps, em uma faixa de diluição de 1:1 em % de massa de resina/solvente.
[0032] Abaixo, é apresentado o poder de abaixamento de viscosidade do diacetato de monoetilenoglicol na diluição de resina fenólica a temperatura de 25°C:
Tabela 1: Viscosidade de resina Fenóbca após diluição com solvente 1:1 % massa.
Viscosidade Brookfield
| AMOSTRA | VISCOSIDADE (cP) | TORQUE | RPM | FUSO | rc |
| Resina Fenólica + Diacetato de Monoetilenoglicol (1:1% massa) | 64,2 | 64,2 | 30 | S 18 | 25 |
[0033] O solvente influencia diretamente na propriedade de resistência mecânica do molde assim como na resistência em câmara úmida.
[0034] O diacetato de monoetilenogbcol demonstra excelente desempenho nas resistências mecânica e à umidade podendo substituir o par de solventes normalmente utibzados para a confecção dos moldes.
[0035] A areia a ser misturada com a resina para a preparação dos moldes é areia padrão CEMP.
[0036] Os catabsadores são compostos da famíba das aminas tais como trietilamina (TEA), dimetiletilamina (DMEA), trimetilamina (TMA),
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7/8 dimetilisopropilamina (DMIA).
[0037] Os aditivos são o óxido de ferro, pó de sílica, pó de madeira.
[0038] Os gases de arraste são ar comprimido (seco / menor custo),
CO2 (mais fluido) e ο N2.
Exemplos [0039] O diacetato de monoetilenoglicol foi testado para substituir o solvente aromático Solvesso 100 Além disso, o diacetato de monoetilenoglicol foi testado para substituir o DBE (mistura de éteres dibásicos: dimetil succinato, dimetil glutarate, dimetil adpato e adpato de metila), que também é utilizado nesta aplicação em conjunto com solvente aromático, apresentando excelente resultado na aplicação em função de alta solubilidade da resina e comportamento de evaporação adequado durante o processo de cura.
[0040] A Tabela 2 abaixo exemplifica composições do molde pelo processo cold box de acordo com o estado da técnica e de acordo com a presente invenção:
Tabela 2: Composição do molde pelo processo cold box
| Componentes | Exemplo 1 Composição do Molde Tradicional (Solvesso 100 + DBE) | Exemplo 2 Composição do Molde (Experiência com Diacetano de Monoetilenoglicol) | Exemplo 3 Composição do Molde (Experiência com Diacetano de Monoetilenoglicol) |
| Areia Padrão CEMP | 3,0 kg | 3,0 kg | 3,0 kg |
| Parte 1: Resina Fenólica + Solvesso 100 + DBE (1:0,5:0,5 % massa) | 0,018 kg | ||
| Parte 1: Resina Fenólica + Diacetato de Monoetilenoglicol (1:1 % massa) | 0,018 kg | 0,018 kg | |
| Parte 2: Resina Uretânica + Solvesso 100 (1:1 % massa) | 0,018 kg | 0,018 kg | |
| Parte 2: Resina Uretânica + Diacetato de Monoetilenoglicol (1:1 % massa) | 0,018 kg |
[0041] No exemplo acima, realizou-se as pré-misturas entre areia, parte 1 e parte 2 por 3 minutos. A seguir, aplicou-se pressão de ar comprimido com lmL de trietilamina por 30 segundos para a cura.
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8/8 [0042] As propriedades conferidas pelo diacetato de monoetilenoglicol na diluição da resina fenólica e poliuretânica e na preparação do molde são:
1) Baixa umidade e sem grupos hidroxilas livres (OH), o que evita a reação do solvente com isocianato.
2) Estabilidade em geladeira a -10 °C da resina fenólica diluída não turvando em temperatura a 0°C.
3) Livre de compostos alifáticos
4) A resina diluída possui ponto de fulgor maior do que 60°C (produto final não-inflamável)
5) Excelente resultado em testes de resistência da resina final após cura de 30 minutos, 24 horas e 24 horas em câmara úmida.
[0043] Além das propriedades conferidas no exemplo, o diacetato de monoetilenoglicol também proporcionou excelentes propriedades ao molde final, quando utilizado na diluição de resina poliuretânica em substituição ao solvente aromático Solvesso 100.
[0044] Desta forma, o diacetato de monoetilenoglicol passa a ser uma alternativa inovadora de baixa toxicidade e alto desempenho para o uso em resinas fenólica e poliuretânica no processo cold box de confecção de moldes na indústria de fundição, uma vez que apresenta desempenho similar ou superior hoje obtidos pela combinação de solventes hidrocarbonetos aromáticos e oxigenados.
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Claims (10)
- REIVINDICAÇÕES1. Método de preparar um molde de fundição pelo processo cold box, caracterizado pelo fato de que compreender:a) misturar a resina fenólica contendo diacetato de monoetilenoglicol e resina poliuretânica contendo diacetato de monoetilenoglicol em um misturador;b) colocar a mistura em caixa de macho com uma pressão de sopro determinada; ec) liberar um catalisador líquido diluído com um gás de arraste na caixa de macho com uma determinada pressão de gasagem.
- 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender de 20 a 70 %, em massa de diacetato de monoetilenoglicol e de 70 a 30% em massa de resina fenólica.
- 3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender: de 20 a 70 %, em massa de diacetato de monoetilenoglicol e de 70 a 30% em massa de resina poliuretânica.
- 4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a resina fenólica é fenol-éter-poli-benzílica e a resina poliuretânica é um poli-isocianato.
- 5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o poli-isocianato é 2,4 e 4,4- difenilmetanodiisocianato.
- 6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o catalisador ser composto da família das aminas, preferencialmente trietilamina (TEA), dimetiletilamina (DMEA), trimetilamina (TMA), dimetilisopropilamina (DMIA).
- 7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de o catalisador ser a trietilamina.
- 8. Composição de molde preparado pelo processo cold box como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada peloPetição 870170006765, de 31/01/2017, pág. 15/172/2 fato de compreender de 80 a 99% de areia padrão em massa, de 0,5 a 10% em massa de resina fenólica, de 0,5 a 10% em massa de resina poliuretânica, de 0,5 a 10% em massa de diacetato de monoetilenoglicol, 0,5 a 2 ml de catalisador.
- 9. Composição de molde de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de o catalisador ser composto da família das aminas, preferencialmente trietilamina (TEA), dimetiletilamina (DMEA), trimetilamina (TMA), dimetilisopropilamina (DMIA).
- 10. Composição de molde de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de o catalisador ser a trietilamina.Petição 870170006765, de 31/01/2017, pág. 16/171/1 “MÉTODO DE PREPARAR UM MOLDE DE FUNDIÇÃO PELO PROCESSO COLD BOX, E, COMPOSIÇÃO DE MOLDE PREPARADO PELO PROCESSO COLD BOX”
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