BR112016025694B1

BR112016025694B1 - Mistura de material de molde, sistema multicomponente e métodos para a produção de moldes ou machos

Info

Publication number: BR112016025694B1
Application number: BR112016025694-8A
Authority: BR
Inventors: Jörg Körschgen; Christian Priebe; Pierre-Henri Vacelet
Original assignee: Ask Chemicals Gmbh
Priority date: 2014-05-02
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2021-07-20
Also published as: DE102014106177A1; EP3137245B1; JP2017514695A; RU2016146831A; MX2016014297A; HUE043254T2; US9889498B2; KR20170008246A; CN106470779B; US20170050237A1; KR102231585B1; CA2946781A1; JP6545708B2; EP3137245A1; ES2719438T3; CA2946781C; WO2015165436A1; CN106470779A; RU2016146831A3

Abstract

mistura de materiais de molde contendo resóis e dióxido de silício amorfo, moldes e núcleos produzidos a partir da mesma, e método para a produção da mesma. a presente invenção refere-se a misturas de materiais de molde para a produção de moldes e núcleos para a fundição de metal, consistindo de ao menos um material refratário, um ligante à base de resóis e dióxido de silício amorfo. a invenção também refere-se a um sistema multicomponente e métodos para a produção de moldes e núcleos utilizando as misturas de materiais de molde bem como moldes e núcleos para a fundição de metal produzidos de acordo com este método.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] A invenção refere-se a misturas de materiais de molde para produzir moldes e machos para a fundição de metal, compreendendo ao menos um material refratário, um ligante à base de resóis e dióxido de silício amorfo. A invenção também refere-se a um método para a produção de moldes e machos utilizando as misturas de materiais de molde bem como moldes e machos para a fundição de metal produzidos por este método com cura da mistura de materiais de molde.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Os moldes de fundição consistem essencialmente de moldes ou moldes e machos juntos que representam a forma negativa da peça de fundição a ser produzida. Estes moldes e machos consistem geralmente de um material refratário, por exemplo, areia de quartzo, e um ligante adequado que confere resistência mecânica adequada ao molde de fundição depois de ele ser removido da ferramenta de moldagem. O material de molde básico refratário está preferencialmente na forma de fluxo livre, de modo que, após a mistura com o ligante, possa ser empacotado em um molde oco apropriado, comprimido e depois curado. Após a cura, o ligante assegura uma coesão firme entre as partículas do material de molde básico, de modo que o molde de fundição atinja a estabilidade mecânica exigida.

[003] Na fundição, os moldes formam as paredes externas para a peça fundida; os machos são usados para formar espaços ocos dentro das peças fundidas. Não é absolutamente necessário que os moldes e machos consistam do mesmo material. Por exemplo, na fundição a frio, a forma externa da peça fundida é conseguida com a ajuda de moldes de metal permanentes. Além disso, a combinação de moldes e machos produzidos a partir de misturas de materiais de molde de composições diferentes e de acordo com diferentes métodos é possível. Embora o termo “moldes” possa ser usado a seguir para simplificar, as afirmações aplicam-se igualmente a machos também (e vice-versa) que são baseados na mesma mistura de materiais de molde e foram produzidos utilizando o mesmo método.

[004] Para a produção de moldes, podem ser utilizados ligantes orgânicos, inorgânicos e orgânicos/inorgânicos mistos (sistemas híbridos), cuja cura pode ser realizada por métodos a frio ou a quente. Os métodos a frio são métodos que são realizados essencialmente sem aquecimento das ferramentas de moldagem utilizadas para produzir os machos, geralmente em temperatura ambiente, produzidos através da introdução de gases quentes ou a uma temperatura induzida por uma reação exotérmica. Por exemplo, a cura é realizada pelo fato de o gás passar através da mistura de materiais de molde sendo curada, desencadeando uma reação química. Nos métodos a quente, após a moldagem, a mistura de materiais de molde é, por exemplo, aquecida por uma ferramenta de moldagem aquecida a uma temperatura elevada para expelir o solvente contido no ligante e/ou para iniciar uma reação química que curará o ligante.

[005] O processo de caixa fria de poliuretano orgânico (PU), no qual um ligante de dois componentes (2C) consistindo de um componente de poliol e um componente de poli-isocianato é reagido passando uma amina terciária gasosa ou volátil tal como dimetiletilamina como um catalisador.

[006] Estes ligantes à base de PU, no entanto, têm a desvantagem de que as aminas utilizadas como os catalisadores de cura são tóxicas e produzem um odor característico e altamente desagradável. Por isso, quando se trabalha com machos ligados a PU, é necessário um sistema de sucção altamente eficaz e uma purificação de escape dispendiosa tanto para a produção de molde quanto para a fundição.

[007] Por conseguinte, alternativas que não emitam poluentes durante a produção do macho ou durante a fundição estão sendo procuradas. Por esta razão, nos últimos anos, o interesse por sistemas híbridos orgânicos/inorgânicos e por ligantes inorgânicos puros aumentou muito.

[008] Sistemas híbridos, isto é, ligantes orgânicos com consideráveis frações inorgânicas, tais como água como solvente, são descritos, por exemplo, em EP 0323096 B2 e em EP 1228128 B1.

[009] Estas são resinas de resol altamente alcalinas que podem ser curadas tratando a mistura de materiais de molde com gás CO2 e agem então como ligantes. Os componentes essenciais dos ligantes descritos nas patentes mencionadas acima são oxiânions, por exemplo, íon borato (EP 0323096 B2) e a combinação de íon borato e íon aluminato (EP 1228128 B1).

[0010] Se as resistências dos ligantes de caixa fria de PU forem comparadas com as dos resóis curáveis com CO2, verifica-se que estes últimos não atingem o nível de resistência dos ligantes de caixa fria de PU e assim a sua área de utilização permanece essencialmente limitada a simples machos maciços. Com certeza, o problema das emissões durante a fundição não é resolvido pelo uso de resol, mas na área de fabricação do macho o uso de CO2 sem odor em vez das aminas terciárias, que cheiram mal e algumas delas são tóxicas mesmo em baixas concentrações, e a substituição ao menos parcial de componentes de solvente orgânico por água tornam a atmosfera de trabalho a melhor possível.

[0011] Por conseguinte, há uma necessidade de desenvolver ainda mais os resóis curáveis com CO2 de tal modo que eles alcancem um maior nível de resistência. Como um resultado, machos com geometrias mais complexas poderiam ser produzidos ou o teor de ligante de machos simples maciços poderia ser diminuído, o que por um lado aumentaria a economia do método e, por outro lado, reduziria a quantidade de emissões que ocorrem durante a fundição.

[0012] Assim, o objetivo da invenção é melhorar as características dos ligantes de resol curáveis com CO2, especialmente para aumentar a sua resistência.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0013] As tarefas mencionadas acima são realizadas pela mistura de materiais de molde, pelo sistema multicomponente ou pelo método como descrito nas reivindicações independentes. Os desenvolvimentos adicionais vantajosos são assuntos das reivindicações dependentes ou são descritos a seguir.

[0014] Surpreendentemente, verificou-se que a adição de dióxido de silício amorfo a uma mistura de materiais de molde compreendendo ao menos um material de molde básico refratário e resol curável com CO2 leva a resistências melhoradas tanto imediatamente após a moldagem e cura quanto após o armazenamento dos machos curados em temperatura ambiente por 24 horas. Além disso, a invenção tem um efeito positivo tanto na vida em armazenamento dos moldes em alta umidade atmosférica quanto na resistência após o tratamento térmico dos machos, por exemplo, após a secagem do revestimento (aplicação de um revestimento refratário aquoso ou alcoólico) a 80° C até 200° C.

[0015] A mistura de materiais de molde de acordo com a invenção compreende ao menos os seguintes materiais: a) um material de molde básico refratário, b) um resol não curado como ligante ou componente ligante, especialmente na forma de uma solução alcalina aquosa, e mais preferencialmente com um pH acima de 12 e c) SiO2 amorfo como aditivo.

[0016] A invenção também se refere a um método para produzir um molde ou um macho compreendendo as seguintes etapas: d) misturar o ligante e o aditivo com o material de molde básico, e) introduzir a mistura de materiais de molde obtida na etapa a) em uma ferramenta de moldagem, f) curar a mistura de materiais de molde na ferramenta de moldagem e g) remover opcionalmente o macho curado ou o molde da ferramenta de moldagem.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0017] Como o material de molde básico refratário (também chamado simplesmente de material de molde básico em seguida), materiais habituais e conhecidos para a produção de peças fundidas e suas misturas podem ser utilizados. Os materiais adequados são, por exemplo, areias de quartzo, zircônia ou cromo; olivina, vermiculita, bauxita, argila e os assim chamados materiais de molde básicos sintéticos, materiais de molde básicos na forma esférica ou aproximadamente esférica (por exemplo, elipsoide) por métodos industriais. Exemplos são areias sintéticas, esféricas e cerâmicas - as chamadas Cerabeads®, mas também Spherichrome®, SpherOX®, e microesferas tais como as que podem ser isoladas como componentes de cinzas volantes, entre outras.

[0018] Particularmente preferenciais são materiais de molde básicos contendo mais de 50% em peso de areia de quartzo com base no material de molde básico refratário. Os materiais molde básicos refratários são definidos como substâncias com um alto ponto de fusão (temperatura de fusão). O ponto de fusão do material de molde básico refratário está vantajosamente acima de 600° C, de preferência acima de 900° C, particularmente preferencialmente acima de 1200° C e especialmente preferencialmente acima de 1500° C.

[0019] O material de molde básico refratário preferencialmente constitui mais de 80% em peso, especialmente mais de 90% em peso, particularmente preferencialmente mais de 95% em peso da mistura de materiais de molde.

[0020] O diâmetro médio dos materiais de molde básicos refratários está geralmente entre 100 μm e 600 μm, preferencialmente entre 120 μm e 550 μm e particularmente preferencialmente entre 150 μm e 500 μm. O tamanho de partícula pode ser determinado, por exemplo, por peneiramento de acordo com DIN ISO 3310. Particularmente preferenciais são as formas de partículas com boas relações da maior dimensão para a menor dimensão (em ângulos retos entre si e para todas as direções no espaço) de 1:1 a 1:5 ou 1:1 a 1:3, isto é, aquelas que, por exemplo, não são fibrosas.

[0021] O material de molde básico refratário tem, de preferência, um estado de fluxo livre, especialmente para permitir o processamento da mistura de materiais de molde de acordo com a invenção em máquinas de corte de macho convencionais.

[0022] Como componentes adicionais, a mistura de materiais de molde de acordo com a invenção contém resóis em uma quantidade de 1 a 10% em peso, de preferência de 1 a 5% em peso e particularmente preferencialmente de 1 a 4% em peso, em cada caso, com base no peso do material de molde básico.

[0023] Os resóis, no sentido da presente invenção, são aromáticos ligados a grupos metileno (-CH2-) e/ou a pontes éter (em particular -CH2-O-CH2-), cada um tendo ao menos um grupo -OH (hidroxiaromático). Os hidroxiaromáticos adequados são fenóis, fenóis substituídos, tais como cresóis ou nonilfenol, 1,2-dihidroxibenzeno (pirocatecol), 1,2-dihidroxibenzeno (resorcinol) ou 1,4-dihidroxibenzeno (hidroquinona) ou compostos fenólicos tais como bisfenol A, opcionalmente - na medida em que não fenóis são também usados - de preferência em uma mistura com fenol.

[0024] Os resóis podem ser obtidos, por exemplo, por condensação de um ou mais hidroxiaromáticos com um ou mais aldeídos, em particular na presença de um catalisador básico, tal como hidróxido de amônio ou um hidróxido de metal alcalino. Preferencialmente, os catalisadores de hidróxido de metal alcalino são utilizados.

[0025] Os aldeídos adequados são formaldeído, paraformaldeído, butiraldeído, glioxal e misturas dos mesmos. Particularmente preferencial é o formaldeído ou misturas que contenham principalmente (com base na quantidade molar) formaldeído.

[0026] A relação molar de aldeído (opcionalmente como formaldeído) para fenol na resina de resol pode variar dentro da gama de 1:1 a 3:1, mas está preferencialmente na gama de 1,6:1 a 2,5:1.

[0027] A produção de resóis é descrita, por exemplo, em EP 0323096 B2 e EP 1228128 B1.

[0028] Os resóis preferenciais são aqueles em que hidroxiaromáticos adjacentes estão ligados nas posições ortho e/ou para (em relação ao grupo hidróxi do fenol/aromáticos incorporados) sobre as pontes de metileno e/ou as pontes de éter, isto é, a maior parte das ligações estão na posição “para” e/ou “orto”.

[0029] Os ligantes à base de resol adicionais são descritos, por exemplo, em US 4.426.467, US 4.474.904 e US 4.468.359. Em todas as três patentes, os resóis são curados com ésteres, sendo que nas duas primeiras a cura é realizado pela adição de um agente de cura líquido, por exemplo, uma lactona (US 4.426.467) ou de triacetina (US 4.474.904), enquanto em US 4468359, a mistura de materiais de molde é purgada com um éster volátil, por exemplo, metilo formato, para curar o ligante. Estes ligantes podem também ser SiO2 amorfo combinado, mas o efeito de aumento de resistência não é tão pronunciado como nos resóis curáveis com CO2. Os resóis que curam com ésteres líquidos não exigem necessariamente a adição de oxiânion. Contudo, oxiânions são preferencialmente utilizados para curar com CO2.

[0030] Os resóis são utilizados na forma de uma solução alcalina aquosa e/ou suspensão, por exemplo, com uma fração de sólidos de 30 a 75% em peso, em particular o pH está acima de 12 ou mesmo acima de 13. A viscosidade da solução alcalina aquosa a 25° C é, por exemplo, 100 a 800 mPas, em particular 300 a 700 mPas. A viscosidade é determinada utilizando um viscosímetro rotacional Brookfield (eixo 21 e 50 rpm).

[0031] No escopo desta invenção, os ânions contendo oxigênio são chamados oxiânion. Os oxiânions contendo boro adequados são em particular boratos e/ou oxiânions contendo alumínio, por exemplo, aluminatos. O oxiânion contendo boro pode ser utilizado sozinho ou em combinação com oxiânion contendo alumínio. Este último é preferencial.

[0032] A adição do oxiânion durante a síntese do ligante pode acontecer diretamente na forma de seus sais. Os sais preferencialmente contêm metais alcalinos ou alcalino-terrosos como o cátion, onde são preferenciais os sais de sódio e de potássio. No entanto, também é possível produzir o oxiânion no local. Por exemplo, formam-se aluminatos durante a dissolução de compostos de alumínio tal como hidróxido de alumínio. Uma solução de um composto de boro tal como ácido bórico em hidróxido de sódio é uma solução adequada de um oxiânion contendo boro. O álcali pode ser a solução de uma base em água, e é igualmente utilizado para a mistura com o resol.

[0033] A relação molar do oxiânion (expresso como B, Al, etc.) para o grupo hidroxiaromático está preferencialmente entre 0,1:1 e 1:1 e quando é utilizado exclusivamente um oxiânion contendo boro, está particularmente preferencialmente entre 0,3:1 e 0,6:1. No caso de uma combinação de um oxiânion contendo boro e um oxiânion contendo alumínio, a relação atômica de Al:B varia preferencialmente na gama de 0,05:1 a 1:1. A gama particularmente preferencial está entre 0,1:1 e 0,8:1.

[0034] Como a base (geralmente um constituinte do resol, por exemplo, a partir da produção do resol), hidróxidos alcalinos tais como hidróxido de sódio e hidróxido de potássio são preferencialmente utilizados. A relação molar de íons hidróxido para grupos hidroxiaromáticos (tal como fenol) no sistema ligante é preferencialmente de 0,5:1 a 3:1.

[0035] Em adição aos componentes anteriormente mencionados, o sistema ligante contém água, de preferência em uma quantidade de 25 a 50% em peso com base no peso da composição. A água serve para dissolver a base e possivelmente o oxiânion.

[0036] Além disso, o ligante pode conter até 25% em peso de aditivos, tais como álcoois, glicol, tensoativos e silanos.

[0037] O ligante é produzido pelo fato de que os resóis são misturados com a base, a água e o oxiânion. É possível primeiro misturar a resina de resol com uma solução aquosa da base e depois também misturar o(s) oxiânion(s), por exemplo, na forma sólida ou na forma de uma solução aquosa. É também possível primeiro misturar o oxiânion com ao menos parte da base e ao menos parte da água, e misturar esta mistura com a resina de resol. Em seguida, opcionalmente, o restante da base e, opcionalmente, o restante da água, bem como os aditivos convencionais, são misturados.

[0038] Ademais, as misturas de materiais de moldes de acordo com a invenção contêm uma porção de um SiO2 amorfo. Em particular, trata-se de SiO2 amorfo particulado. O dióxido de silício amorfo particulado sinteticamente produzido é particularmente preferencial.

[0039] O SiO2 amorfo pode, em particular, envolver os seguintes tipos: h) SiO2 amorfo obtido por precipitação a partir de uma solução de silicato alcalino, i) SiO2 amorfo obtido por hidrólise em chama de SiCl4, j) SiO2 amorfo obtido por redução de areia de quartzo com coque ou antracita para monóxido de silício seguido de oxidação em SiO2, k) SiO2 amorfo obtido a partir do processo de decomposição térmica de ZrSiO4 para formar ZrO2 e SiO2, l) SiO2 amorfo obtido por oxidação de Si metálico com um gás contendo oxigênio, e/ou m) SiO2 amorfo obtido por fusão de quartzo cristalino com subsequente resfriamento rápido. n) inclui ambos os processos em que o SiO2 amorfo é deliberadamente produzido como o produto principal e aqueles em que é obtido como um subproduto, tal como na produção de silício ou ferrossilício.

[0040] O SiO2 amorfo utilizado pode ser sílica sinteticamente produzida ou sílica de ocorrência natural. Estas últimas são conhecidas, por exemplo, a partir de DE 102007045649, mas não são preferenciais, uma vez que, como uma regra, contêm frações cristalinas apreciáveis e são então classificados como carcinogênicas. O termo sintético é aplicado a SiO2 amorfo não ocorrendo naturalmente, isto é, a sua fabricação compreende uma reação química deliberadamente realizada, tal como a induzida por um ser humano, por exemplo, a produção de sóis de sílica por processos de troca iônica a partir de soluções de silicato alcalino, precipitação a partir de soluções de silicato alcalino, a hidrólise em chama de tetracloreto de silício e a redução da areia de quartzo com coque em um forno de arco elétrico na fabricação de ferrossilício e silício. O SiO2 amorfo produzido de acordo com os dois últimos métodos mencionados é também chamado de SiO2 pirogênico.

[0041] Ocasionalmente, o dióxido de silício amorfo sintético é definido exclusivamente como sílica precipitada (CAS No. 112926-00-8) e o SiO2 produzido por hidrólise em chama (Sílica Pirogênica, Sílica Fumê, CAS No. 112945-52-5), enquanto o produto formado durante a fabricação de ferrossilício ou silício é meramente chamado de dióxido de silício amorfo (Sílica Fumê, Microsílica, CAS No. 69012-64-12). Para os objetivos da presente invenção, o produto formado durante a produção de ferrossilício ou de silício também será definido como SiO2 amorfo sintético.

[0042] Preferencialmente, são utilizadas sílicas precipitadas e sílicas pirogênicas, isto é, dióxido de silício produzido por hidrólise em chama ou em um arco elétrico. Particular preferência é dada ao uso de dióxido de silício amorfo produzido por decomposição térmica de ZrSiO4 (descrito em DE 102012020509) bem como SiO2 produzido por oxidação de Si metálico com um gás contendo oxigênio (descrito em DE 102012020510). É também preferencial o vidro de quartzo em pó (principalmente dióxido de silício amorfo) produzido a partir de quartzo cristalino por fusão e rápido resfriamento, de modo que as partículas estão presentes na forma esférica em vez de na forma de lascas (descrito em DE 102012020511).

[0043] O tamanho médio de partícula primária do dióxido de silício amorfo pode estar entre 0,05 μm e 10 μm, em particular entre 0,1 μm e 5 μm, particularmente entre 0,1 μm e 2 μm. O tamanho de partícula primária pode, por exemplo, ser determinado por dispersão de luz dinâmica (por exemplo, Horiba LA 950) bem como por microscopia eletrônica de varrimento (fotografia SEM com, por exemplo, Nova NanoSEM 230 da empresa FEI). Além disso, o uso da fotografia SEM torna possível ver detalhes da forma de partícula primária até a ordem de grandeza de 0,01 μm. Para as medições SEM, as amostras de dióxido de silício foram dispersas em água destilada e depois colocadas em um suporte de alumínio em camadas com fita de cobre antes da evaporação da água.

[0044] Em adição, a superfície específica do dióxido de silício amorfo particulado foi determinada usando medições de adsorção de gás (método BET) de acordo com DIN 66131. A superfície específica do SiO2 amorfo particulado está entre 1 e 200 m2/g, em particular entre 1 e 50 m2/g, particularmente preferencialmente inferior a 17 m2/g ou mesmo inferior a 15 m2/g. Opcionalmente, os produtos podem também ser misturados, por exemplo, para obter sistematicamente misturas com certas distribuições de tamanho de partícula.

[0045] O SiO2 amorfo particulado pode conter quantidades diferentes de subprodutos. Por exemplo, o seguinte pode ser mencionado nesse aspecto: - carbono, no caso de redução da areia de quartzo com coque ou antracita, - óxido de ferro e/ou Si, no caso de produção de silício ou ferrossilício, e/ou - ZrO2, no caso de degradação térmica de ZrSiO4 para formar ZrO2 e SiO2.

[0046] Subprodutos adicionais podem ser, por exemplo, Al2O3, P2O5, HfO2, TiO2, CaO, Na2O e K2O.

[0047] É preferencial que o SiO2 amorfo utilizado para a invenção tenha um teor de SiO2 de ao menos 70% em peso, de preferência ao menos 80% e especialmente preferencialmente ao menos 90% em peso.

[0048] A quantidade de SiO2 amorfo adicionada à mistura de materiais de molde de acordo com a invenção está usualmente entre 0,05% em peso e 3% em peso, de preferência entre 0,1% em peso e 2,5% em peso e particularmente preferencialmente entre 0,1% em peso e 2% em peso, em cada caso, com base no material de molde básico.

[0049] A adição do SiO2 amorfo ao material de molde básico pode acontecer na forma de uma pasta aquosa, tal como uma pasta em água ou como um pó seco. Este último é preferencial.

[0050] O SiO2 amorfo está preferencialmente presente na forma particulada. O tamanho de partícula do dióxido de silício amorfo particulado é vantajosamente inferior a 300 μm, de preferência inferior a 200 μm e especialmente preferencialmente inferior a 100 μm e tem, por exemplo, um tamanho médio de partícula primária entre 0,05 μm e 10 μm. O resíduo de peneira do SiO2 amorfo particulado no caso de passagem através de uma peneira com um tamanho de malha de 125 um (120 mesh) vantajosamente não é superior a 10% em peso, particularmente preferencialmente não mais do que 5% em peso e mais particularmente preferencialmente não mais do que 2% em peso. Independentemente disso, o resíduo de peneira em uma peneira com um tamanho de malha de 63 μm é inferior a 10% em peso, vantajosamente inferior a 8% em peso. O resíduo de peneira é determinado pelo método de peneiramento em máquina descrito em DIN 66165 (Parte 2), em adição um anel de cadeia é utilizado como um auxiliar de peneiramento.

[0051] O dióxido de silício amorfo particulado vantajosamente utilizado de acordo com a presente invenção tem um teor de água de menos de 15% em peso, em particular menos de 5% em peso e particularmente preferencialmente de menos de 1% em peso.

[0052] O SiO2 amorfo particulado é vantajosamente utilizado na forma de um pó (incluindo poeiras).

[0053] A ordem de adição das resinas de resol, ligante e SiO2 amorfo ao material de molde básico não é de importância decisiva. Pode ocorrer antes ou depois ou em conjunto com o ligante. De preferência, no entanto, primeiro o SiO2 amorfo é adicionado e depois o ligante. Em qualquer caso, no entanto, o ligante não deve estar já curado antes do SiO2 amorfo ser adicionado ao material de molde básico.

[0054] A mistura de materiais de molde pode adicionalmente, se desejado, conter outros aditivos tais como óxido(s) de ferro, fibras de madeira moída ou aditivos minerais.

[0055] A invenção será explicada em mais detalhes com base nos exemplos que se seguem, sem se limitar a estes.

Exemplos 1. Preparação das misturas de materiais de molde 1.1 Sem adição de SiO2 amorfo

[0056] A areia de quartzo foi introduzida na tigela de um misturador Hobart (Modelo HSM 10). Em seguida, sob agitação, o ligante foi adicionado e misturado intensamente com a areia durante 1 min. A areia utilizada, o tipo de ligante e as respectivas quantidades adicionadas são mostrados na Tabela 1. As quantidades são dadas em partes por peso (PBW).

1.2. Com a adição de SiO2 amorfo

[0057] Seguiu-se o método tal como apresentado em 1.1, com a diferença de que o primeiro SiO2 amorfo particulado foi misturado durante 1 minuto e depois ocorreu a adição do ligante. Os tipos de SiO2 amorfo utilizados e as quantidades adicionadas são apresentados na Tabela 1. Tabela 1

2. Preparação das amostras

[0058] Parte de uma mistura de materiais de molde produzida de acordo com 1.1 e 1.2 foi transferida para a câmara de armazenamento de uma máquina de corte de macho H1 da Roper Gieβerei-maschinen GmbH, Viersen. O restante da mistura de materiais de molde foi armazenado em um recipiente cuidadosamente fechado para protegê-lo da secagem antes da utilização para recarregar a máquina de corte de macho.

[0059] A partir da câmara de armazenamento da máquina de corte de macho, as misturas de materiais de molde foram fornecidas utilizando ar comprimido (4 bar) a uma ferramenta de moldagem fornecida com 2 partes gravadas para produzir amostras em forma de caixa retangular com dimensões de 150 x 22,36 x 22,36 mm (assim chamada de barra Georg Fischer). Para a cura, passou-se 1 litro de CO2 através da ferramenta de moldagem durante 30 segundos.

[0060] Em seguida, as peças de teste foram removidas da ferramenta e as suas resistências determinadas após tempos predefinidos. O armazenamento das amostras para determinação de resistência foi conduzido no laboratório a 23° C e 50% de umidade relativa ou em uma câmara climática da empresa Rubarth a 23° C e 98% de umidade relativa.

3. Aquecendo as amostras

[0061] Em cada caso, 2 das amostras armazenadas a 23° C/50% umidade relativa por mistura de materiais de molde, em 10 min após a sua produção, foram mantidas em um forno de ar circulante durante 30 min a 150° C. Após remoção do forno e resfriamento até a temperatura ambiente (1 h), as resistências foram determinadas.

4. Revestimento das amostras 4.1. Revestimento de água (revestimento de material de molde refratário)

[0062] Em cada caso, 4 amostras por mistura de materiais de molde armazenadas a 23° C/50% umidade relativa, 10 min após a sua produção, foram mergulhadas durante 3 segundos no revestimento de água, Miratec DC 3 (produto comercial da ASK Chemicals GmbH) e colocadas em um suporte no laboratório para secar. Depois de serem mantidas durante 30 min, as resistências de 2 amostras foram determinadas. As outras duas amostras foram mantidas em um forno de ar circulante a 150° C durante 30 min para secagem completa do revestimento. Após a remoção do forno e resfriamento até a temperatura ambiente (1 hora), as resistências foram determinadas.

4.2. Revestimento de álcool (revestimento de molde refratário)

[0063] Em cada caso, 4 amostras por mistura de materiais de molde, armazenadas a 23° C/50% umidade relativa, 10 min após a sua fabricação, foram mergulhadas por 3 segundos no revestimento de álcool Velvacoat GH 701 (produto comercial de ASK Chemicals GmbH) e colocadas em um suporte para secar a 23° C/50% umidade relativa. As resistências de 2 amostras foram determinadas depois de serem mantidas durante 30 min. e 24 horas.

5. Teste de resistência

[0064] As resistências à flexão foram determinadas como uma medida das resistências das amostras. Para este propósito, as amostras foram colocadas em um dispositivo de ensaio de resistência Georg Fischer, equipado com um dispositivo de flexão de 3 pontos, e a força (em N/cm2) necessária para quebrar as amostras foi medida.

[0065] Os resultados são mostrados na Tabela 2. Tabela 2

Resultados:

[0066] É evidente a partir da Tabela 2 que a adição de SiO2 amorfo às misturas de materiais de molde tem efeitos vantajosos sobre as resistências à flexão das amostras. O efeito do SiO2 amorfo obtido pela decomposição térmica de ZrSiO4 em ZrO2 e SiO2 (Ex. 1.4 e 1.5) é maior nesses ensaios do que aquele do SiO2 obtido a partir da produção de silício/ferrossilício (Ex. 1.2 e 1.3).

Claims

1. Mistura de material de molde para a produção de moldes ou machos CARACTERIZADA pelo fato de que compreende ao menos: a) um material de molde básico refratário, b) resóis alcalinos e água como um ligante ou como um componente ligante, e c) SiO2 amorfo como aditivo.

2. Mistura de material de molde, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a mistura de material de molde é obtenível juntando um sistema multicomponente compreendendo ao menos os seguintes componentes (A), (B) e (F) existentes espacialmente separados uns dos outros: (A) SiO2 amorfo na forma de pó; (B) um componente ligante (B) compreendendo o resol alcalino e água; e (F) um componente refratário de fluxo livre (F) compreendendo um material de molde básico refratário; em que, em relação aos componentes (A), (B) e (F) - o SiO2 amorfo está contido exclusivamente no componente (A) e - o resol alcalino está contido exclusivamente no componente (B); em que, em relação aos componentes (A) e (B) - a água está contida exclusivamente no componente (B).

3. Sistema multicomponente para a produção de moldes ou machos CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ao menos os seguintes componentes (A), (B) e (F) existentes espacialmente separados uns dos outros: (A) SiO2 amorfo na forma de pó; (B) um componente ligante (B) compreendendo o resol alcalino e água; e (F) um componente refratário de fluxo livre (F) compreendendo um material de molde básico refratário; em que, em relação aos componentes (A), (B) e (F) (G) o SiO2 amorfo está contido exclusivamente no componente (A) e (H) o resol alcalino está contido exclusivamente no componente (B); em que, em relação aos componentes (A) e (B) (I) a água está contida exclusivamente no componente (B).

4. Mistura de material de molde e/ou sistema multicomponente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o material de molde básico refratário compreende areia de quartzo, areia de zircônia ou areia de cromo; olivina, vermiculita, bauxita, argila, esferas de vidro, vidro granular, microesferas de silicato de alumínio e misturas dos mesmos e, preferencialmente, consiste em mais de 50%, em peso, de areia de quartzo com base no material de molde básico refratário.

5. Mistura de material de molde e/ou sistema multicomponente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que mais de 80%, em peso, preferencialmente mais de 90%, em peso, e particularmente preferencialmente mais de 95%, em peso, da mistura de material de molde ou dos sistemas multicomponentes é material de molde básico refratário.

6. Mistura de material de molde e/ou sistema multicomponente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o material de molde básico refratário tem diâmetros médios de partícula de 100 μm a 600 μm, preferencialmente entre 120 μm e 550 μm, determinados por análise em peneira.

7. Mistura de material de molde e/ou sistema multicomponente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o dióxido de silício amorfo tem uma área de superfície determinada por BET entre 1 e 200 m2/g, preferencialmente maior ou igual a 1 m2/g e menor ou igual a 30 m2/g, particularmente preferencialmente menor ou igual a 15 m2/g.

8. Mistura de material de molde e/ou sistema multicomponente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o dióxido de silício amorfo é selecionado a partir do grupo que consiste em: sílica precipitada, dióxido de silício pirogênico produzido por hidrólise em chama ou em um arco elétrico, dióxido de silício amorfo produzido por decomposição térmica de ZrSiO4, dióxido de silício produzido por oxidação de silício metálico com um gás contendo oxigênio, pó de vidro de quartzo com partículas esféricas produzidas a partir de quartzo cristalino por fusão e resfriamento rápido, e misturas dos mesmos e preferencialmente contém ou consiste em dióxido de silício amorfo produzido por decomposição térmica de ZrSiO4.

9. Mistura de material de molde e/ou sistema multicomponente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a mistura de material de molde e o sistema multicomponente contêm o dióxido de silício amorfo em quantidades de 0,1 a 2%, em peso, preferencialmente de 0,1 a 1,5%, em peso, em cada caso, com base no material de molde básico refratário.

10. Mistura de material de molde e/ou sistema multicomponente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o dióxido de silício amorfo tem um teor de água inferior a 5%, em peso, e particularmente preferencialmente inferior a 1%, em peso.

11. Mistura de material de molde e/ou sistema multicomponente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o dióxido de silício amorfo é dióxido de silício amorfo particulado e preferencialmente tem um diâmetro médio de partícula, determinado por dispersão de luz dinâmica entre 0,05 μm e 10 μm, particularmente entre 0,1 μm e 5 μm e particularmente preferencialmente entre 0,1 μm e 2 μm.

12. Mistura de material de molde e/ou sistema multicomponente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a mistura de material de molde e o sistema multicomponente contêm os resóis em uma quantidade de 1 a 10%, em peso, preferencialmente de 1 a 5%, em peso, e particularmente preferencialmente de 1 a 4%, em peso, em cada caso, com base no peso do material de molde básico refratário.

13. Mistura de material de molde e/ou sistema multicomponente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de que os resóis são curáveis com CO2.

14. Mistura de material de molde e/ou sistema multicomponente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, CARACTERIZADO pelo fato de que a mistura de material de molde e o sistema multicomponente contêm oxiânions, em particular de 1 a 4%, em peso, em cada caso, com base no ligante de resol compreendendo resol, água e base, preferencialmente como parte do componente (B).

15. Mistura de material de molde e/ou sistema multicomponente, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que os oxiânions contêm boro e/ou alumínio, preferencialmente ambos, e a relação atômica de Al:B é de 0,05:1 a 1:1, preferencialmente 0,1:1.

16. Mistura de material de molde e/ou sistema multicomponente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a mistura de material de molde e o sistema multicomponente contêm 10 a 40%, em peso, de bases, preferencialmente hidróxidos alcalinos, em particular entre 10 e 35%, em peso de bases, particularmente preferencialmente de 12 a 25%, em peso.

17. Mistura de material de molde e/ou sistema multicomponente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a mistura de material de molde e o sistema multicomponente contêm água como um constituinte do componente (B) ou como o componente ligante, ou exclusivamente como um constituinte do componente (B), em particular de 25 a 50%, em peso, com base no peso do componente (B).

18. Mistura de material de molde e/ou sistema multicomponente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, CARACTERIZADO pelo fato de que os resóis são adicionados na forma de uma solução alcalina aquosa, preferencialmente com uma fração de sólidos de 30 a 75%, em peso, e também independentemente disso, um pH acima de 12.

19. Mistura de material de molde ou sistema multicomponente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, CARACTERIZADO pelo fato de que um agente de cura é adicionado à mistura de material de molde, em particular ao menos um éster alcalino hidrolisável, preferencialmente como um constituinte do componente (B) ou como um componente adicional.

20. Método para a produção de moldes ou machos CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: - fornecer a mistura de material de molde juntando e misturando as substâncias ou componentes, como definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 19, - introduzir a mistura de material de molde em um molde, e - curar a mistura de material de molde introduzindo dióxido de carbono no molde.

21. Método para a produção de moldes ou machos CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: - fornecer a mistura de material de molde juntando e misturando as substâncias ou componentes, como definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 19, i) compreendendo ao menos um éster líquido em temperatura ambiente, - introduzir a mistura de material de molde em um molde, e - curar a mistura de molde introduzindo ii) ésteres gasosos no molde, em que as características i) e ii) estão presentes conjuntamente ou apenas i) ou ii) está presente.

22. Método, de acordo com a reivindicação 20 ou 21, CARACTERIZADO pelo fato de que a mistura de material de molde, para cura, é exposta a uma temperatura de 5 a 60 °C, preferencialmente de 5 a 25 °C.