BR112019021024A2 - processo para produzir moldes de fundição, núcleos de fundição e materiais-base de moldes regenerados dos mesmos, mistura para combinação com uma solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel para produção de moldes ou núcleos de fundição, sistema ligante de múltiplos componentes, mistura de materiais de moldagem e uso de uma quantidade de silicatos laminares particulados - Google Patents

processo para produzir moldes de fundição, núcleos de fundição e materiais-base de moldes regenerados dos mesmos, mistura para combinação com uma solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel para produção de moldes ou núcleos de fundição, sistema ligante de múltiplos componentes, mistura de materiais de moldagem e uso de uma quantidade de silicatos laminares particulados Download PDF

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Abstract

descreve-se um processo para produzir moldes de fundição, núcleos e materiais-base de moldes regenerados deles, uma mistura para combinação com uma solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel para produção de moldes de fundição e/ou núcleos, uma mistura de materiais de moldagem, uma mistura de materiais-base de molde e um molde de fundição ou núcleo. descreve-se também o uso correspondente de uma quantidade de silicatos particulados tendo d90 menor que 45 ¿m ou uma mistura correspondente como aditivo para a produção de uma mistura de materiais de moldagem compreendendo vidro solúvel e dióxido de silício amorfo particulado, que é curada por reação química de constituintes da mistura de materiais de moldagem, na produção de um molde de fundição ou núcleo, para facilitar a decomposição química e/ou para aumentar a regenerabilidade do molde de fundição ou núcleo.

Description

PROCESSO PARA PRODUZIR MOLDES DE FUNDIÇÃO, NÚCLEOS DE FUNDIÇÃO E MATERIAIS-BASE DE MOLDES REGENERADOS DOS MESMOS, MISTURA PARA COMBINAÇÃO COM UMA SOLUÇÃO OU DISPERSÃO COMPREENDENDO VIDRO SOLÚVEL PARA PRODUÇÃO DE MOLDES OU NÚCLEOS DE FUNDIÇÃO, SISTEMA LIGANTE DE MÚLTIPLOS COMPONENTES, MISTURA DE MATERIAIS DE MOLDAGEM E USO DE UMA QUANTIDADE DE SILICATOS LAMINARES PARTICULADOS [0001] A presente invenção refere-se a um processo para produzir moldes de fundição, núcleos e materiais-base de moldes regenerados deles, a uma mistura para combinação com uma solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel (waterglass) para produção de moldes de fundição e/ou núcleos, a uma mistura de materiais de moldagem, a uma mistura de materiais-base de molde e a um molde de fundição ou núcleo. A invenção refere-se ainda ao uso correspondente de uma quantidade de silicatos particulados tendo dgo menor que 45 μπι ou a uma mistura correspondente como um aditivo para a produção de uma mistura de materiais de moldagem compreendendo vidro solúvel (waterglass) e dióxido de silicio amorfo particulado, que é curada por reação quimica de constituintes da mistura de materiais de moldagem, na produção de um molde de fundição ou núcleo, para facilitar a decomposição quimica e/ou para aumentar a regenerabilidade do molde de fundição ou do núcleo.
[0002] Fundir em um molde descartável é um método difundido para produzir componentes de forma quase liquida. Após a fundição, destrói-se o molde e se remove a peça fundida. Os moldes são negativos; eles contêm a cavidade na qual a fundição deve ocorrer, produzindo a peça cuja fabricação é pretendida. Os contornos internos da futura fundição são
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2/69 formados por núcleos. Na produção do molde de fundição, por meio de um modelo da peça fundida a ser fabricada, a cavidade é moldada no material de moldagem. Os contornos internos são produzidos por núcleos que são moldados em uma caixa central separada.
[0003] Para moldes de fundição e núcleos, os materiais de moldagem usados são predominantemente materiais refratários granulares, por exemplo, areia de quartzo classificada lavada. O material-base de molde refratário está preferivelmente numa forma de fluxo livre, tal que ele possa ser introduzido numa cavidade apropriada e compactado nela. Os materiais de moldagem são compactados a fim de aumentar a resistência. Para produzir moldes de fundição, os materiais de moldagem são ligados com orgânicos ou inorgânicos. O ligante produz uma coesão firme entre as partículas do material-base de moldagem, tal que o molde de fundição adquira a estabilidade mecânica requerida.
[0004] Moldes de fundição e núcleos precisam atender a diversas demandas. Na própria operação de fundição, eles primeiro precisam ter resistência e estabilidade térmica suficientes para poder receber o metal liquido na cavidade formada a partir de um ou mais moldes de fundição (parciais). Após o inicio da operação de solidificação, a estabilidade mecânica da peça fundida é assegurada por uma camada metálica solidificada que se forma ao longo das paredes do molde de fundição. O material de molde de fundição deve então quebrar sob o efeito do calor liberado pelo metal, de modo a perder sua resistência mecânica, isto é, a coesão entre partículas individuais do material refratário é perdida. No caso ideal, os moldes e núcleos de fundição quebram novamente para formar
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3/69 uma areia fina que pode ser removida da fundição sem dificuldade e têm propriedades de ruptura correspondentemente favoráveis. Atualmente, há uma necessidade particular de reutilizar os resíduos quebrados dos moldes e núcleos de fundição utilizados e usar esses moldes e núcleos de fundição utilizados para produzir materiais-base de moldes regenerados. Essa reutilização como material-base de molde regenerado (regenerado) impõe exigências particulares às propriedades de ruptura dos moldes e núcleos de fundição.
[0005] Os moldes de fundição podem ser produzidos usando ligantes orgânicos ou ligantes inorgânicos, a cura dos quais pode ser efetuada, em cada caso, por métodos a frio ou a quente. Métodos a frio referem-se a métodos que são executados essencialmente em temperatura ambiente sem aquecer o molde de fundição. Aqui a cura é usualmente efetuada por uma reação química que é acionada, por exemplo, passando um gás como catalisador através do molde de fundição a ser curado. Em métodos a quente, a mistura de materiais de moldagem, após moldagem, é aquecida até uma temperatura suficientemente elevada, por exemplo, para expulsar o solvente presente no ligante ou para iniciar uma reação química pela qual o ligante é curado por reticulação, por exemplo.
[0006] Independentemente do mecanismo de cura, um fator comum a todos os sistemas de ligantes orgânicos é que eles se decompõem termicamente quando se introduz o metal líquido no molde de fundição e pode liberar substâncias nocivas, por exemplo, benzeno, tolueno, xilenos, fenol, formaldeído e outros produtos de fracionamento, alguns dos quais não identificados. Embora tenha sido possível minimizar essas
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4/69 emissões por várias medidas, não é possível evitá-las completamente no caso de ligantes orgânicos.
[0007] A fim de minimizar ou evitar a emissão de produtos de decomposição química durante a operação de fundição, é possivel usar ligantes que são baseados em materiais inorgânicos ou contêm uma proporção muito pequena de compostos orgânicos. Tais sistemas de ligantes já são conhecidos há muito tempo, por exemplo, de GB 782205 A, US 6972059 Bl, US 5582232 A, US 5474606 A e US 7022178. O termo ligante inorgânico refere-se a seguir a um ligante que consiste em mais que 95% em peso, preferivelmente mais que 99% em peso de água e materiais inorgânicos, tal que a proporção de compostos orgânicos num ligante inorgânico seja menor que 5% em peso, preferivelmente menor que 1% em peso. A expressão ligado inorganicamente significa que um molde ou núcleo de fundição foi produzido usando um ligante inorgânico.
[0008] O vidro solúvel (waterglass) alcalino é de particular importância como constituinte de ligantes inorgânicos. Vidro solúvel alcalino, doravante chamado de vidro solúvel, refere-se a vitreos, isto é, silicatos de sódio, silicatos de potássio e silicatos de litio solúveis em água amorfos que foram solidificados a partir de um fundido ou soluções aquosas dos mesmos. O termo vidro solúvel (waterglass) refere-se doravante àquelas misturas que têm um módulo de SÍO2/M2O molar na faixa de 1,6 a 4,0, preferivelmente na faixa de 1,8 a 2,5, onde M2O indica a quantidade total de óxido de litio, óxido de sódio e óxido de potássio. A expressão ligado com vidro solúvel significa que um molde ou núcleo de fundição foi produzido usando um
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5/69 ligante compreendendo vidro solúvel.
[0009] Misturas de materiais de moldagem ligados inorganicamente são conhecidos na técnica anterior. Por exemplo, US 7770629 B2 propõe uma mistura de materiais de moldagem compreendendo, bem como um material-base de molde refratário, um ligante baseado em vidro solúvel e um óxido metálico particulado, onde os óxidos metálicos usados são preferivelmente silica precipitada e silica coloidal pirogenada.
[0010] US 4233076 divulga misturas de materiais de moldagem consistindo de areia, um ligante de silicato de metal alcalino, pelo menos um agente de cura selecionado do grupo consistindo de carbonato de alquileno, um ácido monocarboxilico ou dicarboxilico orgânico ou éster de metila dos mesmos, dióxido de carbono ou escória de alto forno, e uma substância contendo AI2O3, a distribuição por tamanho de grão média da qual está entre 0,2 e 5 μπι.
[0011] DE 102012113073 Al divulga uma mistura de materiais de moldagem para a produção de moldes e núcleos para usinagem de metais, compreendendo pelo menos um material-base de molde refratário, um ligante inorgânico e pelo menos um óxido metálico particulado, onde o óxido metálico particulado compreende ou consiste de pelo menos um óxido de alumínio na fase alfa e/ou pelo menos um óxido de alumínio/silício misto, excluindo óxidos de alumínio/silício mistos com uma estrutura de silicato laminar.
[0012] DE 10 2012113074 Al divulga uma mistura de materiais de moldagem para produção de molde e núcleos para usinagem de metais, compreendendo pelo menos um material-base de molde refratário, um ligante inorgânico e pelo menos um óxido
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6/69 metálico misto particulado, sendo que o óxido metálico particulado misto é pelo menos um óxido misto particulado ou uma mistura particulada de pelo menos dois óxidos, ou pelo menos um óxido misto particulado está presente ao lado de pelo menos um óxido particulado adicional ou ao lado de pelo menos um óxido misto particulado diferente adicional, e o óxido metálico misto particulado compreende pelo menos um óxido de aluminio e pelo menos um óxido de zircônio.
[0013] As propriedades de decomposição quimica de moldes e núcleos de fundição, isto é, a capacidade dos moldes e núcleos de fundição se decomporem rapidamente após a fundição de metal sob tensão mecânica para uma forma rapidamente derramável, são frequentemente mais inferiores no caso de moldes e núcleos de fundição puramente ligados inorganicamente, especialmente moldes e núcleos de fundição ligados com vidro solúvel, que no caso de moldes e núcleos de fundição que foram produzidos com um ligante orgânico. Estas propriedades de decomposição desvantajosas são tipicamente explicadas pelo fato de as elevadas temperaturas na operação de fundição de fundidos metálicos resultarem em sinterização da composição de material de moldagem contendo vidro de silicato metálico ou na formação de fases fundidas. Isto resulta numa elevada resistência residual dos moldes e núcleos de fundição. Aqui é atribuído um significado maior ao teor de metal alcalino da mistura de materiais de moldagem, e os altos teores de metais alcalinos são frequentemente considerados como desvantajosos.
[0014] Propriedades de decomposição quimica inferiores são particularmente desvantajosas quando se usam moldes de fundição complexos ou de parede fina ou de filigrana, que
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7/69 geralmente são difíceis de remover em qualquer caso após a operação de fundição. Mais particularmente, as propriedades inferiores de decomposição são um obstáculo no objetivo de reutilizar molde e núcleos de fundição ligados inorganicamente que já foram usados na operação de fundição, e de usar tais moldes e núcleos de fundição para produzir materiais-base de moldes regenerados (regenerados). Propriedades de decomposição inadequadas podem resultar em que o material-base de molde regenerado obtido está em forma irregular e tem fluxo insuficiente para ser reutilizado sozinho ou em combinação com material-base de molde de partida novo na produção de moldes e núcleos de fundição. EP 2692460 BI divulga um processo para produzir uma composição refratária particulada para uso na produção de moldes e núcleos de fundição a partir de moldes e núcleos de fundição gastos que são produzidos a partir de um material refratário e um ligante alcalino contendo ions de metais alcalinos.
[0015] Um modo conhecido de resolver o problema das propriedades de decomposição inferiores é adicionar promotores de decomposição orgânicos na mistura de materiais de moldagem, que pirolisa/reage sob o efeito de metal aquecido e, consequentemente, facilita a decomposição do molde ou do núcleo de fundição após a operação de fundição por formação de poros. O documento DE 1558155 A divulga, para núcleos ligados com vidro solúvel, por exemplo, o uso de açúcares, pó de carvão duro ou piche pelotizado. DD 82809 BI divulga o uso de produtos de amido, pó de carvão e melaço como promotores orgânicos de decomposição, e DD 141118 Al divulga, inter alia, o uso de pó de carvão, carboidratos,
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8/69 amido, derivados de amido e açúcares como promotores de decomposição. No entanto, o uso de componentes orgânicos em misturas de materiais de moldagem durante a operação de fundição leva, regularmente, à ocorrência de emissões não desejadas de CO2 e de outros produtos de pirólise. Além disso, percebe-se como sendo particularmente desvantajoso que promotores orgânicos de decomposição perdem, frequentemente, sua eficácia em altas temperaturas de fundição, pois, mas altas temperaturas que ocorrem no caso de fundição de aço, por exemplo, há uma ocorrência rápida de queima completa dos promotores orgânicos de decomposição, enquanto que as operações de fusão e sinterização continuam ocorrendo quando os promotores orgânicos de decomposição já foram consumidos. Nesse caso, as propriedades de decomposição são frequentemente melhoradas apenas de modo insignificante por promotores orgânicos de decomposição. Além disso, a capacidade de reutilização de moldes e núcleos de fundição produzidos com promotores orgânicos de decomposição é frequentemente limitada uma vez que o material-base de molde regenerado produzivel a partir desses moldes e núcleos de fundição podem estar contaminados com residues ou produtos de decomposição dos promotores orgânicos de decomposição que podem ter um afeito adverso sobre as propriedades do material-base de molde regenerado e, portanto, têm de ser removidos de maneira complexa. Além disso, descobriu-se que em testes internos o uso de promotores orgânicos de decomposição pode reduzir a estabilidade de moldes e núcleos de fundição produzidos para revestimentos refratários base água e/ou ar úmido.
[0016] Como resultado das desvantagens detalhadas acima de
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9/69 promotores orgânicos de decomposição, há necessidade de alternativas, preferivelmente promotores inorgânicos de decomposição para moldes e núcleos de fundição ligados inorganicamente, que podem ter um efeito positivo sobre propriedades de decomposição de moldes e núcleos de fundição mesmo no caso de altas temperaturas de fundição sem ter as desvantagens dos promotores orgânicos de decomposição conhecidos. Tais promotores inorgânicos de decomposição estão descritos na técnica anterior.
[0017] O documento DE 1558155 divulga que um melhoramento na decorabilidade especificamente de peças vazadas em altas temperaturas pode ser alcançada quando parte da carga inerte é substituída por carbonato de cálcio, sendo possivel usar carbonatos de outros metais alcalino-terrosos além do carbonato de cálcio. No entanto, o efeito promotor de decomposição resulta da decomposição quimica dos carbonatos, com liberação de CO2. Além disso, a divulgação de DE 1558155 refere-se ao uso em núcleos que são produzidos com o auxilio de vidro solúvel (waterglass) que se liga por adição de um agente de cura pulverulento que, assim como o silicio ou liga de silicio, contém também bentonita.
[0018] DD 246488 Al divulga um material de moldagem tendo propriedades de decomposição favoráveis para a produção de moldes e núcleos no processo de produção de fundição, especialmente para produtos de fundição em moldes reusáveis de fundição de aço, caracterizado pelo fato de um ou mais componentes-base refratários e um ligante consistindo de uma mistura de solução de silicato de sódio (módulo 2,2 a 2,6; densidade 1,46 a 1,55 g/cm3) e uma solução de silicato de sódio quimicamente modificada com fosfatos de metais
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10/69 alcalinos (módulo 2,6 a 3,5; densidade 1,38 a 1,41 g/cm3) estarem presentes, preferivelmente numa razão de 1:1. DD 246488 refere-se àqueles materiais de moldagem que foram curados gaseificando com CO2.
[0019] DE 102013111626 Al divulga uma mistura de materiais de moldagem para a produção de moldes ou núcleos, compreendendo pelo menos um material-base de molde refratário, vidro solúvel (waterglass) como ligante, dióxido de silicio amorfo particulado e um ou mais compostos de boro oxidado em pó. Os compostos de boro oxidado são usados aqui como promotores de decomposição.
[0020] DE 1190610 e DE 1198495 divulgam o uso de bentonita para a produção de moldes e núcleos que se decompões facilmente após a operação de fundição pelo método de vidro solúvel-ácido carbônico.
[0021] US 3203057 divulga misturas de materiais de moldagem consistindo de um material refratário fino, um ligante liquido consistindo essencialmente de uma solução de silicato de metal alcalino, e um promotor de decomposição consistindo essencialmente de AI2O3. Aqui, a solução de silicato de metal alcalino deve ter uma alcalinidade na faixa de 18-30%.
[0022] DE 10 2005 041 863 Al especifica misturas de materiais de moldagem contendo vidro de silicato de boro.
[0023] A tese de R. Ramakrishnan (Universidade Técnica de Munique, aceita em janeiro de 2016) trata da impressão 3D com um sistema de material de moldagem inorgânico.
[0024] EP 2308614 descreve uma areia em aerogel que tem uma resistência em verde devido à adição de silicato laminado e xerogel.
[0025] X. Zhang et al. relatam em Mater. Horiz. 2014, 1,
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232-236, que aerogéis convencionais incluindo aerogéis orgânicos de resorcinol-formaldeído, podem ser regenerados com dificuldade na melhor das hipóteses e, portanto, muitas vezes problemáticos no caso de descarte de resíduos.
[0026] É um objetivo principal da presente invenção especificar um processo para produzir moldes e núcleos de fundição, especialmente moldes e núcleos de fundição ligados com vidro solúvel (waterglass) em que os molde e núcleos de fundição produzidos são especialmente para atender às seguintes demandas: fácil produtividade usando aparelhos e rotinas de fabricação comumente usados; elevada resistência após produção e resistência muito substancialmente constante mesmo após um periodo prolongado de armazenamento; alta estabilidade à umidade do ar e revestimentos refratários contendo água, de modo que o contato com a umidade do ar ou o revestimento dos moldes e núcleos de fundição com um revestimento refratário contendo água resulte apenas em pequenas perdas de resistência; muito boa qualidade superficial das fundições produzidas com os moldes e núcleos de fundição, especialmente no caso de fundição de latão, ferro ou aço; apenas baixa, se houver, emissão de CO2 e/ou de outros produtos de pirólise indesejados durante a fundição de metais, especialmente durante a fundição de latão, ferro ou aço; propriedades de decomposição muito boas, isto é, baixa resistência residual, após uso em fundição de metais, especialmente em fundição de latão, ferro ou aço, tal que os moldes e núcleos de fundição, após uso em fundição de metais, possam ser separados facilmente e sem resíduo da fundição mesmo por ligeira tensão mecânica.
[0027] É um objetivo adicional da presente invenção
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12/69 configurar o processo tal que o processo possa usar os moldes e núcleos de fundição produzidos, com um nivel particularmente baixo de complexidade para obter um materialbase de molde regenerado, cujas propriedades são particularmente semelhantes às do material-base de molde inicial, isto é, um material-base de molde da mesma espécie e da mesma origem que ainda não foi usado na produção de moldes e núcleos de fundição.
[0028] O material-base de molde regenerado assim produzido (primeira geração) é adequado para a produção de moldes e núcleos de fundição, especialmente para a produção de moldes e núcleos de fundição pelo processo a ser especificado. O material-base de molde regenerado produzido deve, assim, ser adequado para produzir moldes e núcleos de fundição que atendem às demandas definidas acima e que podem por sua vez especialmente, mesmo após uso em fundição de latão, ferro ou aço, mostrar boas propriedades de decomposição e podem ser convertidos facilmente num material-base de molde regenerado (segunda geração).
[0029] O objetivo aqui é configurar o processo tal que a reciclabilidade do material-base de molde a ser usado no processo seja particularmente elevada, significando que uma partícula de material-base de molde considerada em isolamento, no curso do processo executado como um ciclo, torna-se parte de um número máximo de moldes ou núcleos de fundição.
[0030] A fim de ser capaz de atender as demandas acima de modo particularmente eficiente, um objetivo é projetar o processo para ser especificado tal que o material-base de molde regenerado produzido, em termo de sua composição
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13/69 química, corresponda muito exatamente ao material-base de molde de partida, isto é, um material-base de molde da mesma espécie e da mesma origem que não tenha sido usado ainda na fabricação de moldes e núcleos de fundição. Isto significa mais particularmente que o teor de ions de metal alcalino e o teor de adições adicionais, especialmente de quaisquer promotores de decomposição presentes nos moldes e núcleos de fundição, no material-base de molde regenerado deva ser no mínimo para que a concentração desses constituintes não seja aumentada no decorrer do processo a ser especificado.
[0031] Além disso, um objetivo adicional é projetar o processo a ser especificado tal que ele possa ser executado na prática de modo particularmente eficiente usando um ciclo de material-base de molde.
[0032] É um objetivo adicional da presente invenção atingir capacidade de implementação de etapas do processo a ser especificado pelo menos parcialmente usando uma impressora 3D ou um método de impressão 3D.
[0033] É ainda um objetivo da presente invenção especificar (I) uma mistura para combinação com uma solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel (waterglass), (II) um sistema ligante de múltiplos componentes e (III) uma mistura de materiais de moldagem com a qual se possa produzir moldes e núcleos de fundição que atendam às demandas definidas acima.
[0034] Além disso, é um objetivo da presente invenção especificar uma mistura de materials-base de molde com a qual seja possível produzir moldes e núcleos de fundição que satisfaçam as demandas definidas acima, e que compreenda um material-base de molde regenerado produzível pelo processo a ser especificado (vide acima).
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14/69 [0035] Além disso, é um objetivo da presente invenção especificar um molde ou núcleo de fundição que satisfaça as demandas definidas acima.
[0036] Outros objetivos (parciais) da presente invenção são evidentes a partir das reivindicações de patente anexas e da presente descrição.
[0037] Os objetivos supramencionados são atingidos por processos, misturas, sistemas ligantes de múltiplos componentes, mistura de materiais-base de molde, usos, moldes e núcleos de fundição definidos nas reivindicações anexas. Configurações preferidas são evidentes a partir das reivindicações anexas.
[0038] Mais particularmente, os objetivos supramencionados são atingidos por um processo para produzir moldes e núcleos de fundição e materiais-base de molde regenerados deles, compreendendo as seguintes etapas para a produção de um molde ou núcleo de fundição: prover ou produzir uma mistura de materiais de moldagem compreendendo um material-base de molde, preferivelmente um material-base de molde particulado, uma solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel (waterglass), de 0,1% a 3% em peso de dióxido de silicio amorfo particulado, preferivelmente dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado e, para facilitar decomposição química e/ou aumentar a regenerabilidade do molde de fundição ou do núcleo, um ou mais silicatos particulados numa quantidade total de 0,05% a 1,5% em peso, preferivelmente de 0,1% a 0,4% em peso, mais preferivelmente de 0,1% a 0,3% em peso, onde dgo da quantidade total dos silicatos laminados particulados é menor que 45 pm, onde cada uma das porcentagens baseia-se na massa total da mistura de
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15/69 materiais de moldagem; moldar a mistura de materiais de moldagem; curar a mistura de materiais de moldagem por reação quimica dos constituintes da mistura de materiais de moldagem, de modo a resultar no molde de fundição ou no núcleo.
[0039] O material-base de molde é preferivelmente um material-base de molde refratário. No presente texto, refratário, de acordo com o entendimento usual do especialista na técnica, refere-se a massas, materiais e minerais que podem pelo menos brevemente suportar a tensão térmica na fundição ou solidificação de um fundido de ferro, geralmente ferro fundido. Os materiais-base de moldes apropriados são, por exemplo, areia de quartzo, areia de zircônio ou areia de minério de cromo, olivina, vermiculita, bauxita, chamote e materiais-base de molde sintéticos.
[0040] Preferivelmente, o material-base de molde representa mais que 80% em peso, preferivelmente mais que 90% em peso, mais preferivelmente mais que 95% em peso da massa total da mistura de materiais de moldagem. O material-base refratário está preferivelmente num estado de fluxo livre. O materialbase de molde para uso de acordo com a invenção está, portanto, preferivelmente - e como usual (vide acima) em forma granulada ou particulada.
[0041] O diâmetro médio das partículas do material-base de molde está geralmente entre 100 pm e 600 pm, preferivelmente entre 120 pm e 550 pm e mais preferivelmente entre 150 pm e 500 pm. O tamanho de partícula pode ser determinado, por exemplo, por peneiração de acordo com DIN ISO 3310. Preferivelmente, no contexto da presente invenção, o tamanho de partícula do material-base de molde ou o diâmetro médio da
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16/69 mesma é determinado por peneiração de acordo com VDGMerkblatt (isto é, ficha de dados de Verein deutscher GieBereifachleute [Society of German Foundry Specialists]) P 27 de outubro de 1999, ponto 4.3, que estipula o uso de peneiras de teste de acordo com DIN ISO 3310.
[0042] A solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel (waterglass) pode ser produzida dissolvendo silicatos de litio, silicatos de sódio e silicatos de potássio vitreos em água. É possivel usar vidro solúvel contendo um, dois ou mais dos ions de metais alcalinos em questão e/ou contendo um ou adicionalmente também um ou mais cátions polivalentes, por exemplo, aluminio.
[0043] Preferivelmente, a solução ou dispersão contendo vidro solúvel tem u teor de sólidos na faixa de 25% a 65% em peso, preferivelmente de 30% a 55% em peso, mais preferivelmente de 30% a 50% em peso, baseado na massa total da solução ou dispersão. No cálculo do teor de sólidos, toda a fase liquida presente na mistura de materiais de moldagem, por exemplo, água ou álcool, é contada como parte da solução ou dispersão.
[0044] De acordo com o uso e nivel de resistência desejado do moldes e núcleos a serem produzidos, a mistura de materiais de moldagem compreende de 0,5% em peso a 5% em peso, preferivelmente de 0,75% em peso a 4% em peso, mais preferivelmente de 1% em peso a 3,5% em peso, da solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel (waterglass), com base na massa total da mistura de materiais de moldagem.
[0045] De acordo com a invenção, a mistura de materiais de moldagem compreende dióxido de silicio (SÍO2) amorfo particulado, preferivelmente dióxido de silicio amorfo
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17/69 particulado coloidal pirogenado, em pureza costumeira, isto é, com impurezas usuais e constituintes secundários. 0 termo particulado refere-se a um pó sólido (incluindo poeiras) ou então um material granular que pode ser derramado e, portanto, também peneirável.
[0046] O dgo do dióxido de silício amorfo particulado, preferivelmente do dióxido de silício amorfo particulado coloidal pirogenado, é preferivelmente menor que 100 μπι, preferivelmente menor que 45 μπι, mais preferivelmente menor que 25 μπι. Isto significa que 90% do dióxido de silício amorfo particulado, preferivelmente do dióxido de silício amorfo particulado coloidal pirogenado, presente na mistura de materiais de moldagem é preferivelmente menor que 100 μπι, preferivelmente menor que 45 μπι, mais preferivelmente menor que 25 μπι. Determina-se dgo por meio de imagens de microscópio eletrônico de varredura (JSM-6510 de Jeol).
[0047] O dióxido de silício amorfo particulado usado pode ser produzido sinteticamente ou de tipos que ocorrem naturalmente. Os últimos são conhecidos, por exemplo, de DE 102007045649, mais não são preferidos uma vez que, frequentemente, eles não contêm componentes cristalinos insignificantes e, portanto, são classificados como carcinogênicos. O dióxido de silício amorfo produzido sinteticamente é produzido por uma reação química executada deliberadamente. Exemplos desses são a hidrólise ígnea de tetracloreto de silício e a redução de areia de quartzo com coque, por exemplo, num forno a arco luminoso na produção de silício e ferrossilício. O SÍO2 (dióxido de silício) amorfo produzido por esses dois métodos é referido também como SÍO2 coloidal pirogenado.
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18/69 [0048] Preferivelmente, a mistura de materiais de moldagem compreende SÍO2 amorfo particulado produzido sinteticamente, mais preferivelmente SÍO2 amorfo particulado coloidal pirogenado.
[0049] O dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado a ser usado com preferência particular no processo da invenção (ou na mistura de materiais de moldagem do processo da invenção) , no contexto da presente invenção, inclui aqueles tipos de dióxido de silicio amorfo particulado (frequentemente referidos também como silicas coloidais pirogenadas) que são identificados por CAS RN 69012-64-2 e CAS RN 112945-52-5. Esses tipos de dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado serão usados com preferência particular no processo da invenção podem ser produzidos de maneira conhecida per se, especialmente por hidrólise ignea de tetracloreto de silicio, por redução de areia de quartzo com carbono (por exemplo, coque) num forno de arco luminoso (preferivelmente na produção de ferrossilicio e silicio) ou de ZrSiCh ou na preparação de ZrC>2 a partir de ZrSiCU.
[0050] Muito preferivelmente, o dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado a ser usado com preferência de acordo com a invenção compreende o dióxido de silicio amorfo particulado que é identificado por CAS RN 69012-64-2 e é preferivelmente produzido por redução de areia de quartzo com carbono (por exemplo, coque) num forno de arco luminoso (na produção de ferrossilicio e silicio) ou é obtido como um subproduto na produção de ferrossilicio e silicio ou é obtido como um subproduto na preparação de ZrC>2 a partir de ZrSiCh. Este dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado especifico é também referido no campo
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19/69 especializado como microssílica.
[0051] O RN CAS em cada caso representa o Número de Registro CAS (CAS = Chemical Abstract Service) . Esse é um padrão de designação internacional para substâncias químicas. Para cada substância química no banco de dados de CAS (incluindo biossequências, ligas, polímeros), existe um número de CAS único.
[0052] Numa variante preferida do processo da invenção, a mistura de materiais de moldagem compreende, como dióxido de silício amorfo particulado, exclusivamente dióxido de silício amorfo particulado coloidal pirogenado.
[0053] Silicatos em laminas finas são silicatos, e como tal, sais de ácido ortossilícico (H4SÍO4) . Esses sais são constituídos de tetraedros de SÍO4. Silicatos em lâminas finas referem-se a silicatos onde os ânions silicato consistem de camadas (duplas) de tetraedros de SÍO4 ligados nos vértices. Essas camadas ou camadas duplas não estão ligadas umas às outras, via ligações Si-0 adicionais para formar estruturas. Silicatos em lâminas finas preferidos são caulinita, metacaulim, montmorilonita, haloisita, hectorita, esmectita, muscovita, pirofilita e silicatos laminares sintéticos, silicatos laminares sintéticos sendo aqueles que não ocorrem naturalmente, mas foram produzidos artificialmente por uma reação química controlada.
[0054] De acordo com a invenção, o dgo da quantidade total dos silicatos laminares é menor que 45 μπι. Isto significa que 90% das partículas de silicato laminar presentes na mistura de materiais de moldagem são menores que 45 μπι. Determina-se dgo por meio de imagens de microscópio eletrônico de varredura (JSM-6510 de Jeol).
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20/69 [0055] No processo da invenção, a mistura de materiais de moldagem compreende um ou mais silicatos laminares para facilitar a decomposição e/ou aumentar a regenerabilidade do molde ou núcleo de fundição.
[0056] No processo da invenção, a mistura de materiais de moldagem compreende preferivelmente um ou mais silicatos laminares para facilitar a decomposição e/ou aumentar a regenerabilidade do molde ou núcleo de fundição.
[0057] Decomposição facilitada significa que os moldes e núcleos produzidos a partir da mistura de materiais de moldagem, após uso em fundição de metais, isto é, após contato com um fundido metálico quente, por exemplo, um fundido de ferro, têm baixa resistência residual e podem ser separados da fundição rapidamente e sem resíduo mesmo por baixa tensão mecânica. Regenerabilidade elevada do molde ou núcleo de fundição significa que é possível usar a mistura obtida de um molde ou núcleo de fundição usado por separação da fundição para obter um regenerado que pode ser reusado como material-base de molde numa mistura de materiais de moldagem para produção de moldes ou núcleos de fundição, onde a composição química e as propriedades do regenerado são particularmente semelhantes àquelas do material-base de molde que foi usado para a produção do molde ou núcleo de fundição original.
[0058] A presença simultânea de dióxido de silício amorfo particulado, preferivelmente dióxido de silício amorfo particulado coloidal pirogenado, e de um ou mais silicatos laminares particulados na mistura de materiais de moldagem usada para produção facilita a decomposição de moldes ou núcleos de fundição ou aumenta a regenerabilidade dos mesmos
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21/69 quando se compara com moldes e núcleos de fundição que foram produzidos a partir de misturas de materiais de moldagem que não contêm tanto o dióxido de silicio amorfo particulado, preferivelmente dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado, como silicatos laminares particulados. Na produção da mistura de materiais de moldagem, o procedimento é, por exemplo, que o material-base de molde refratário é inicialmente carregado, tipicamente num misturador. A este, adiciona-se subsequentemente, com agitação, a solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel (waterglass), o dióxido de silicio amorfo particulado, preferivelmente dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado, os silicatos laminares particulados e quaisquer constituintes adicionais. 0 tempo de misturação é preferivelmente escolhido tal que se atinja misturação intima dos constituintes da mistura de materiais de moldagem.
[0059] A moldagem da mistura de materiais de moldagem abrange qualquer moldagem deliberada e visada da mistura de materiais de moldagem, isto é, qualquer conversão deliberada ou visada da mistura de materiais de moldagem numa forma tridimensional. A mistura de materiais de moldagem é preferivelmente moldada pela introdução da mistura de materiais de moldagem num molde (oco). Alternativamente, a mistura de materiais de moldagem também pode ser moldada por outros métodos conhecidos dos especialistas na técnica. Por exemplo, a mistura de materiais de moldagem pode ser moldada através de um método de impressão 3D por meio de uma impressora 3D.
[00 60] A cura de uma mistura de materiais de moldagem compreende qualquer operação através da qual a resistência da
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22/69 mistura de materiais de moldagem moldada é aumentada quando se compara com a mistura de materiais de moldagem moldada não curada. Assim, a cura de uma mistura de materiais de moldagem inclui também a cura incompleta da mistura de materiais de moldagem. Isso corresponde ao entendimento do termo cura por um especialista na técnica, uma vez que, por razões de cinética de reação, não se espera que todos os constituintes reativos na mistura de materiais de moldagem produzida ou provida reagirá durante a operação de cura. A este respeito, um especialista na técnica está ciente, por exemplo, do fenômeno de cura adicional da mistura de materiais de moldagem.
[0061] No contexto da presente invenção, a mistura de materiais de moldagem é curada por reação química de constituintes da mistura de materiais de moldagem entre si, quando nenhuma outra substância que participa da reação de cura ou a inicia em primeiro lugar, deve ser fornecida do lado de fora ou são mesmo fornecidos por meio de aparelhos adequados à mistura de materiais de moldagem para auxiliar ou prover a cura.
[0062] Exemplos de cura da mistura de materiais de moldagem por reação química de constituintes da mistura de materiais de moldagem entre si são processos que são conhecidos per se da pessoa especializada na técnica em que a cura é assistida ou provida por aquecimento da mistura de materiais de moldagem moldada, e processos nos quais a cura da mistura de materiais de moldagem é assistida ou provida pela hidrólise de um éster que é parte da mistura de materiais-base de molde.
[00 63] Um exemplo de uma cura não inventiva da mistura de
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23/69 materiais de moldagem é um processo no qual a cura da mistura de materiais de moldagem é assistida ou provida em sistemas apropriados e/ou usando aparelhos apropriados (tais como conduites, bombas, etc.) por gaseificação controlada da mistura de materiais de moldagem moldada com um gás ou mistura gasosa contendo mais que 1% molar de CO2. Em tais processos, conhecidos como processos de CO2, para a cura de uma mistura de materiais de moldagem, a mistura de materiais de moldagem é curada não meramente por reação quimica de constituintes da mistura de materiais de moldagem entre si, mas especialmente também pela reação de constituintes da mistura de materiais de moldagem com um reagente fornecido do lado de fora, isto é, CO2. Ao contrário dos moldes e núcleo de fundição produzidos pelo processo da invenção, os moldes e núcleos de fundição que foram produzidos curando pelo processo de CO2 com a mesma configuração de processo não têm as surpreendentes vantagens observadas. Mais particularmente, moldes e núcleos de fundição correspondentes têm propriedades de decomposição insatisfatórias e distintamente menor regenerabilidade quando se compara com moldes e núcleos de fundição da invenção.
[0064] Ficará evidente que o processo da invenção é executado preferivelmente em condições ambientes, isto é, na presença de ar ambiente. Embora este ar ambiente contenha dióxido de carbono, este não corresponde à cura pelo processo de CO2 dentro da abrangência da presente invenção, que requer o direcionamento da mistura de materiais de moldagem com um gás rico em CO2, especialmente em sistemas apropriados e/ou usando aparelhos apropriados (como conduites, bombas, etc.). Por outro lado, quando se emprega o processo de CO2, também
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24/69 pode haver um pequeno grau de ligação quimica dos constituintes do vidro solúvel (waterglass) que não envolvem nenhuma das moléculas de CO2 fornecidas. No entanto, isso não é considerado como cura da mistura de materiais de moldagem por reação quimica de constituintes da mistura de materiais de moldagem entre si.
[0065] Correspondentemente, dá-se preferência para processos da invenção (preferivelmente os definidos acima como preferidos), onde a cura da mistura de materiais de moldagem é efetuada até um ponto maior que 95%, preferivelmente maior que 99%, por reação de constituintes da mistura de materiais de moldagem entre si, com base no número de reações de condensação, e/ou onde a cura da mistura de materiais de moldagem não é efetuada pelo processo de CO2.
[0066] Dá-se preferência a um processo da invenção especificado acima (preferivelmente como definido acima como preferido), compreendendo as seguintes etapas para a produção de um molde ou núcleo de fundição: prover ou produzir uma mistura de materiais de moldagem compreendendo um materialbase de molde, preferivelmente um material-base de molde, onde o diâmetro médio das particulas de material-base de molde está preferivelmente na faixa de 100 μπι a 600 μπι, mais preferivelmente na faixa de 120 μπι a 550 μπι e especialmente preferivelmente na faixa de 150 μπι a 500 μπι, com um tamanho de partícula e o diâmetro médio das particulas do materialbase de molde sendo determinado por peneiração de acordo com VDG-Merkblatt P 27 de outubro de 1999, ponto 4.3, uma solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel (waterglass) onde o vidro solúvel na mistura de materiais de moldagem tem preferivelmente um módulo de SÍO2/M2O molar na faixa de 1,6 a
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4,0, mais preferivelmente na faixa de 1,8 a 2,5, onde M2O indica a quantidade total de óxido de litio, óxido de sódio e óxido de potássio, de 0,1% a 3% em peso de dióxido de silicio amorfo particulado, preferivelmente dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado, e para facilitar a decomposição e/ou aumentar a regenerabilidade do molde ou núcleo de fundição, um ou mais silicatos laminares particulados numa quantidade total de 0,05% a 1,5% em peso, preferivelmente de 0,1% a 0,4% em peso, mais preferivelmente de 0,1% a 0,3% m peso, onde o dgo da quantidade total dos silicatos laminares é menor que 45 pm, onde cada porcentagem baseia-se na massa total da mistura de materiais de moldagem; moldar a mistura de materiais de moldagem; curar a mistura de materiais de moldagem por reação quimica de constituintes da mistura de materiais de moldagem entre si, de modo a resultar no molde ou núcleo de fundição.
[0067] Dá-se preferência a um processo da invenção (preferivelmente tal como definido acima como preferido), onde a mistura de materiais de moldagem compreende um ou mais dos seguintes constituintes: de 0,3% a 3% em peso, preferivelmente de 0,57% a 0,77% em peso de dióxido de silicio amorfo particulado, preferivelmente dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado, um ou mais silicatos laminares particulados numa quantidade total de 0,1% a 0,4% em peso, preferivelmente de 0,1% a 0,3% em peso, onde o dgo da quantidade total dos silicatos laminares é menor que 45 pm, grafite e/ou sulfeto de molibdênio(IV) numa quantidade total de até 1% em peso, preferivelmente de até o,2% em peso, preferivelmente numa quantidade total na faixa de 0,01% a 0,2% em peso, preferivelmente na faixa de 0,03% a
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0,08% em peso, onde preferivelmente se usa apenas grafite, ésteres numa quantidade total de até 0,4% em peso, preferivelmente numa quantidade total na faixa de 0,01% em peso a 0,4% em peso, onde preferivelmente pelo menos um dos ésteres é selecionado do grupo consistindo de produtos de reação intramolecular ou inter molecular de um álcool e ácido, onde o álcool é selecionado do grupo consistindo de monoálcoois de Ci-Cs, diálcoois de Ci-Cs, preferivelmente diálcoois de C2-C8 e triálcoois de Ci-Cs, preferivelmente triálcoois de C3-C8, preferivelmente selecionado do grupo consistindo de etileno glicol, propano-1,2-diol e glicerol, e o ácido é selecionado do grupo consistindo de ácidos monocarboxílicos orgânicos de C2-C8, ácidos dicarboxilicos orgânicos de C2-C8, ácidos tricarboxílicos orgânicos de C2-C8, preferivelmente ácidos tricarboxílicos orgânicos de C4-C8, e ácidos inorgânicos, preferivelmente selecionados do grupo consistindo de ácido fórmico, ácido acético, ácido propiônico, ácido lático, ácido oxálico, ácido succínico, ácido malônico, ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido bórico e ácido carbônico, onde pelo menos um dos ésteres é preferivelmente carbonato de propileno ou y-butirolactona, até 4% em peso de óxidos metálicos mistos particulados, compreendendo, preferivelmente, pelo menos um óxido de alumínio e pelo menos um óxido de zircônio, uma ou mais substâncias ativas na superfície selecionadas do grupo consistindo de tensoativos aniônicos, tensoativos não iônicos, tensoativos catiônicos e tensoativos anfóteros numa quantidade total de 0,001% a 1% em peso, um ou mais compostos de boro oxidados numa quantidade total de 0,002% a 1% em peso, onde o um ou pelo menos um dos compostos de boro
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27/69 oxidados é preferivelmente selecionado do grupo consistindo de boratos, ácidos bórico, anidridos bórico, silicatos de boro, fosfatos de boro e fosfossilicato de boro, mais preferivelmente selecionado do grupo consistindo de borato de metal alcalino e de metal alcalino-terroso, onde o composto de boro oxidado preferivelmente não contém quaisquer grupos orgânicos, um ou mais compostos de fósforo numa quantidade total de 0,05% a 1% em peso, onde o um ou pelo menos um dos compostos de fósforo é preferivelmente selecionado do grupo consistindo de fosfatos orgânicos e fosfatos inorgânicos, preferivelmente selecionados do grupo consistindo de fosfatos de metais alcalinos inorgânicos, um ou mais carboidratos numa quantidade total de 0,01% a 10% em peso, onde o um ou pelo menos um dos carboidratos é preferivelmente selecionado do grupo consistindo de oligossacarideos e polissacarídeos, preferivelmente selecionados do grupo consistindo de celulose, amido e dextrina, de 0,02% a 5% em peso de sulfato de bário, um ou mais silanos numa quantidade total de 0,1% a 2% em peso, onde o um ou pelo menos um dos silanos é preferivelmente selecionado do grupo consistindo de aminossilanos, epoxissilanos, mercaptossilanos, hidroxissilanos e ureidossilanos, um ou mais compostos de litio numa quantidade total de 0,01% a 0,2% em peso, onde o um ou pelo menos um dos compostos de litio é selecionado do grupo consistindo de silicatos de lítio amorfos, óxidos de lítio e hidróxido de lítio, alumina particulada, preferivelmente na fase alfa e/ou óxido misto de alumínio/silício particulado sem estrutura de silicato laminar numa quantidade de 0,05% a 4% em peso, onde cada uma das porcentagens baseia-se na massa total da mistura de
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28/69 materiais de moldagem.
[0068] Verificou-se que os processos correspondentemente preferidos da invenção são particularmente vantajosos em experimentos internos porque foram usados para produzir moldes e núcleos de fundição que possuem propriedades de decomposição particularmente boas e que podem ser regenerados de maneira particularmente fácil de modo que o material-base de molde regenerado recuperado pode ser usado novamente de maneira particularmente fácil como material-base de molde, especialmente novamente em um processo da invenção.
[0069] Grafite e/ou sulfeto de molibdênio (IV) agem como lubrificantes e, consequentemente, melhoram a processabilidade da mistura de materiais de moldagem; mais particularmente, em processos da invenção, eles facilitam a etapa de moldagem da mistura de materiais de moldagem. Surpreendentemente, a presença dessas substâncias na mistura de materiais de moldagem não tem um efeito adverso sobre as propriedades de decomposição dos moldes e núcleos produzidos. Descobriu-se que grafite é preferível em relação ao sulfeto de molibdênio (IV) porque a regenerabilidade dos moldes e núcleos de fundição é maior neste caso.
[0070] Um constituinte adicional presente com preferência na mistura de materiais de moldagem é um éster. Os ésteres são produtos de reação de um álcool e um ácido numa reação de esterificação, sendo que a reação de esterificação pode ser efetuada não apenas de modo intermolecular, mas também de modo intramolecular, isto é, causa um fechamento de anel dentro de uma única molécula que tenha tanto a função ácido como um grupo OH. Um exemplo de um éster que é um produto de reação intramolecular de um álcool e ácido é γ-butirolactona.
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Os ésteres são preferidos como um constituinte da mistura de materiais de moldagem porque eles podem promover ou auxiliar a cura da mistura de materiais de moldagem; processos de cura correspondentes também são conhecidos pelos especialistas na técnica como processos de éster.
[0071] Vantajosamente, descobriu-se em experimentos internos que a mistura de materiais de moldagem a ser provida ou produzida no processo da invenção pode conter também um ou mais constituintes selecionados do grupo consistindo de óxidos metálicos mistos particulados, substâncias ativas na superfície, compostos de boro oxidados, compostos de fósforo, carboidratos, sulfato de bário, silanos, compostos de lítio e alumina particulada (preferivelmente especificados acima como preferidos) nas quantidades especificadas sem prejudicar as vantagens do processo da invenção, especialmente as propriedades de decomposição melhoradas e a elevada regenerabilidade dos moldes e núcleos de fundição produzíveis pelo processo da invenção. Isto é vantajoso especialmente porque é possível usar os constituintes detalhados acima para ajustar as propriedades de processamento da mistura de materiais de moldagem e/ou das propriedades dos moldes e núcleos de fundição produzidos (por exemplo, resistência dos moldes e núcleos de fundição ou a qualidade de superfície dos produtos de fundição produzíveis) às respectivas exigências sem perder as vantagens do processo da invenção.
[0072] O sulfato de bário pode ser adicionado à mistura de materiais de moldagem a fim de melhorar ainda a qualidade de superfície da peça fundida, especialmente peça fundida de alumínio. Preferivelmente, adiciona-se o sulfato de bário numa quantidade de 0,1% a 2,0% em peso, com base na massa
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30/69 total da mistura de materiais de moldagem.
[0073] Preferivelmente, os silanos são adicionados às misturas de materiais de moldagem a fim de melhorar a molhabilidade do material-base de molde ou a fluidez da mistura de materiais de moldagem.
[0074] Alumina particulada, preferivelmente na fase alfa e/ou óxido misto de aluminio/silicio particulado sem estrutura de silicato laminar e/ou óxidos metálicos mistos particulados podem ser adicionados à mistura de materiais de moldagem a fim de melhorar a qualidade de superfície da peça fundida, especialmente em fundição de aço e ferro, tal que, após a remoção do molde fundido da peça fundida, somente reprocessamento menor, se houver, da superfície da peça fundida for exigido. Dá-se preferência a concentrações entre 0,1% em peso e 2,0% em peso, mais preferivelmente entre 0,1% em peso de 1,5% em peso, especialmente preferivelmente entre 0,2% em peso e 1,2% em peso, com base na massa total da mistura de materiais de moldagem.
[0075] Compostos de fósforo podem ser adicionados à mistura de materiais de moldagem a fim de permitir a produção de moldes e núcleos de fundição particularmente de paredes finas que, no entanto, têm alta resistência e têm elevada estabilidade quando usados em fundição de metais. Fosfatos de alumínio podem adicionalmente ser usados também como endurecedor para o ligante de vidro solúvel (waterglass).
[0076] Substâncias ativas na superfície, especialmente tensoativos, podem ser adicionadas à mistura de materiais de moldagem a fim de melhorar a fluidez da mistura de materiais de moldagem. Descrevem-se representantes apropriados desses compostos, por exemplo, em WO 2009/056320 (= US 2010/0326620
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Al) .
[0077] Compostos de boro oxidados podem ser adicionados na mistura de materiais de moldagem a fim de permitir a produção de moldes e núcleos de fundição particularmente resistentes à umidade.
[0078] Carboidratos podem ser adicionados na mistura de materiais de moldagem a fim de permitir a produção de moldes e núcleos de fundição particularmente firmes tendo elevada estabilidade de armazenamento.
[0079] Compostos de litios podem ser adicionados na mistura de materiais de moldagem a fim de permitir a produção de moldes e núcleos de fundição particularmente estáveis quanto ao armazenamento tendo elevada estabilidade à umidade.
[0080] Os conteúdos preferidos definidos acima de dióxido de silicio amorfo particulado, preferivelmente de dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado, e a quantidade total de silicato laminar particulado foram encontrados em experimentos internos como sendo as regiões nas quais os efeitos surpreendentes das propriedades de decomposição melhoradas e a elevada regenerabilidade dos moldes e núcleos de fundição produzidos pelo processo da invenção se manifestam de maneira particularmente clara.
[0081] Isso significa que um processo muito preferido da invenção (preferivelmente tal como definido acima como preferido) é um onde a mistura de materiais de moldagem compreende: de 0,3% a 3% em peso, preferivelmente de 0,57% a 0,77% em peso de dióxido de silicio amorfo particulado, preferivelmente dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado, e um ou mais silicatos laminares particulados numa quantidade total de 0,1% a 0,4% em peso,
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32/69 preferivelmente de 0,1% a 0,3% em peso, onde o dgo da quantidade total dos silicatos laminares é menor que 45 pm.
[0082] Tendo em conta as vantagens supramencionadas, dá-se preferência particular para um processo da invenção (preferivelmente tal como definido acima como preferido) compreendendo prover ou produzir uma mistura de materiais de moldagem compreendendo um material-base de molde, uma solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel (waterglass), um ou mais silicatos laminares particulados numa quantidade total de 0,1% a 0,4% em peso, preferivelmente de 0,1% a 0,3% em peso, onde dgo da quantidade total de silicatos laminares é menor que 45 pm, de 0,3% a 3% em peso, preferivelmente de 0,57% a 0,77% de dióxido de silicio amorfo particulado, preferivelmente dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado, e de 0,01% a 1% em peso de grafite, onde cada porcentagem baseia-se na massa total da mistura de materiais de moldagem.
[0083] Dá-se também preferência particular para um processo da invenção (preferivelmente tal como definido acima como preferido) compreendendo prover ou produzir uma mistura de materiais de moldagem compreendendo um material-base de molde, uma solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel (waterglass), um ou mais silicatos laminares particulados numa quantidade total de 0,1% a 0,4% em peso, preferivelmente de 0,1% a 0,3% em peso, onde dgo da quantidade total de silicatos laminares é menor que 45 pm, de 0,3% a 3% em peso, preferivelmente de 0,57% a 0,77% de dióxido de silicio amorfo particulado, preferivelmente dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado, de 0,01% a 1% em peso de grafite, e um ou mais constituintes selecionados do grupo
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33/69 consistindo de óxidos metálicos mistos particulados, substâncias ativas na superfície, compostos de boro oxidados, compostos de fósforo, carboidratos, sulfato de bário, silanos, compostos de lítio e alumina particulada (preferivelmente tais como definidos acima como preferidos), onde cada porcentagem baseia-se na massa total da mistura de materiais de moldagem.
[0084] Adicionalmente, dá-se preferência para um processo (preferivelmente tal como definido acima como preferido) no qual o vidro solúvel (waterglass) na mistura de materiais de moldagem tem um módulo de SÍO2/M2O molar na faixa de 1,6 a 4,0, preferivelmente na faixa de 1,8 a 2,5, onde M2O indica a quantidade total de óxido de lítio, óxido de sódio e óxido de potássio.
[0085] Um processo correspondentemente preferido da invenção é vantajoso porque esse processo pode ser usado para produzir moldes e núcleos de fundição particularmente firmes tendo excelente propriedades de decomposição que podem ser facilmente regeneradas.
[0086] No caso de um molde molar maior do vidro solúvel (waterglass) que se especificou acima, a resistência inicial dos moldes ou núcleos de fundição produzidos a partir da mistura de materiais de moldagem é, em alguns casos, insuficiente para usa-los em fundição de metais, especialmente em fundição de aço, ferro ou latão.
[0087] NO caso de um módulo molar menor, o aquecimento do molde ou núcleo de fundição produzido a partir da mistura de materiais de moldagem na operação de fundição leva, em alguns casos, meramente a uma resistência residual ainda comparativamente elevada, tal que as propriedades de
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34/69 decomposição são um pouco menos vantajosas que no caso de molde e núcleos de fundição que são produzidos por um processo preferido da invenção. No caso de uma concentração maior de M20, isto é, no caso de um módulo molar menor, além do mais, encontra-se uma regenerabilidade um pouco menos vantajosa dos moldes e núcleos de fundição produzidos a partir da mistura de materiais de moldagem, especialmente uma regenerabilidade repetida menos vantajosa. Esta última significa a regenerabilidade de um molde ou núcleo de fundição que foi produzido a partir de uma mistura de materiais de moldagem compreendendo material-base de molde já regenerado é reduzida neste caso. Esta propriedade menos favorável comparada à do processo preferido da invenção está provavelmente ligada ao enriquecimento de óxidos de metais alcalinos no material-base de molde regenerado.
[0088] Dá-se preferência a um processo da invenção (preferivelmente tal como definido acima como preferido) no qual o material-base de molde compreende areia de quartzo, preferivelmente pelo menos 50% em peso, mais preferivelmente pelo menos 80% em peso de areia de quartzo, com base na massa total do material-base de molde.
[0089] Verificou-se que os processos correspondentemente preferidos da invenção são particularmente vantajosos na prática porque, quando se usa areia de quartzo como materialbase de molde, verifica-se decomposição particularmente boa e, portanto, boa regenerabilidade dos moldes e núcleos de fundição produziveis a partir da mistura de materiais de moldagem, e, portanto, este material-base de molde é tecnicamente preferido. A razão para isso pode ser que a areia de quartzo, consistindo de dióxido de silício, exibe da
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35/69 mesma forma compatibilidade quimica particularmente elevada com o vidro solúvel (waterglass) à base de silicio usado como ligante e o dióxido de silicio amorfo particulado, preferivelmente o dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado. Em virtude da combinação desses constituintes compreendendo principalmente silicio e oxigênio, quase nenhum componente estranho de acumula no material-base de molde regenerado, isto é, por exemplo, quaisquer óxidos de outros elementos.
[0090] Um material-base de molde regenerado que, assim como a areia de quartzo usada, também compreende pequenas quantidades de vidro solúvel curado e residues do dióxido de silicio amorfo particulado, preferivelmente o dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado, é quimicamente apenas insignificantemente contaminado, se é que existe, por esses constituintes, uma vez que os constituintes têm a mesma ou pelo menos uma composição quimica muito semelhante. Por outro lado, um material-base de molde diferente de areia de quartzo é contaminado especialmente com pequenas quantidades de dióxido de silicio com cada operação de regeneração, tal que há uma mudança nas propriedades e a composição quimica do material-base de molde quando se compara com um material-base de molde não regenerado.
[0091] Dá-se preferência a um processo da invenção (preferivelmente tal como definido acima como preferido) no qual a cura da mistura de materiais de moldagem é auxiliada ou provocada por aquecimento da mistura de materiais de moldagem moldada, preferivelmente por aquecimento num molde de moldagem aquecido, preferivelmente num molde de moldagem aquecido com uma temperatura na faixa de 100°C a 300°C, e/ou
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36/69 por gaseificação com ar quente, onde o aquecimento e/ou a gaseificação preferivelmente estabelece a temperatura na faixa de 120°C a 180°C pelo menos em regiões da mistura de materiais de moldagem moldada; é auxiliada ou provocada pela hidrólise de um éster, onde pelo menos um dos ésteres é preferivelmente selecionado do grupo consistindo de produtos de reação intramolecular ou inter molecular de um álcool e um ácido, onde o álcool é selecionado do grupo consistindo de monoálcoois de Ci-Cs, diálcoois de Ci-Cs, preferivelmente diálcoois de C2-C8 e triálcoois de Ci-Cs, preferivelmente triálcoois de C3-C8, preferivelmente selecionado do grupo consistindo de etileno glicol, propano-1,2-diol e glicerol, e o ácido é selecionado do grupo consistindo de ácidos monocarboxilicos orgânicos de C2-C8, ácidos dicarboxilicos orgânicos de C2-C8, ácidos tricarboxilicos orgânicos de C2-C8, preferivelmente ácidos tricarboxilicos orgânicos de C4-C8, e ácidos inorgânicos, preferivelmente selecionados do grupo consistindo de ácido fórmico, ácido acético, ácido propiônico, ácido lático, ácido oxálico, ácido succinico, ácido malônico, ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido bórico e ácido carbônico, onde pelo menos um dos ésteres é preferivelmente carbonato de propileno ou y-butirolactona; ou ser assistida ou provocada gaseificando a mistura de materiais de moldagem moldada com um gás ou mistura de gases contendo menos que 1% molar de CO2.
[0092] Processos correspondentemente preferidos da invenção, são executáveis de maneira particularmente fácil, confiável e utilizando métodos estabelecidos, além de permitir a produção de moldes e núcleos de fundição com propriedades de decomposição muito particularmente favoráveis
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37/69 e regenerabilidade muito particularmente vantajosa.
[0093] A cura da mistura de materiais de moldagem pode ser auxiliada ou provocada por aquecimento da mistura de materiais de moldagem uma vez que a temperatura elevada e, opcionalmente, uma corrente de ar quente remove água da mistura de materiais de moldagem. Uma vez que a água é um dos produtos da reação de ligação de vidro solúvel (waterglass), o equilíbrio quimico da reação de ligação, pelo principio de Le Chatelier, é deslocado para o lado do vidro solúvel condensado, isto é, o vidro solúvel curado, tal que a cura da mistura de materiais de moldagem seja auxiliada ou provocada.
[0094] A cura da mistura de materiais de moldagem também pode ser auxiliada ou provocada pela hidrólise de um éster. Da mesma forma a reação de hidrólise remove subprodutos da reação de condensação de vidro solúvel do equilíbrio quimico, que é, portanto, deslocado, pelo principio de Le Chatelier, no sentido do vidro solúvel condensado, isto é, o vidro solúvel curado.
[0095] Além disso, a água presente na mistura de materiais de moldagem ou a água formada na condensação do vidro solúvel também pode ser expulsa por gaseificação da mistura de materiais de moldagem moldada com um gás ou mistura gasosa, que auxilia ou provoca a cura tal como descrito acima. No entanto, deve-se garantir neste caso que o gás ou mistura gasosa usada contenha menos que 1% molar de CO2, significando que a cura não é efetuada pelo processo de CO2, mas da maneira inventiva.
[0096] O que é vantajoso nos processos preferidos da invenção é que eles podem auxiliar ou provocar a cura da mistura de materiais de moldagem de uma maneira
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38/69 particularmente eficaz sem reduzir as propriedades de decomposição e especialmente a regenerabilidade dos moldes e núcleos de fundição produzidos pelo processo. As vantagens do processo da invenção são manifestadas de modo particularmente claro quando se compara com processos nos quais se usa o processo de CO2 para curar a mistura de materiais de moldagem. Aqueles moldes e núcleos de fundição que foram produzidos curando uma mistura de materiais de moldagem pelo processo de CO2 mostram regenerabilidade consideravelmente mais insatisfatória, que é provavelmente causada pela formação de carbonatos de metais alcalinos durante a cura, que subsequentemente a torna impossível ou consideravelmente mais dificil obter um material-base de molde regenerado vantajoso, isto é, um material-base de molde regenerado que pode ser novamente usado na produção de moldes e núcleos de fundição.
[0097] Em outras palavras, dá-se preferência também a um processo da invenção (preferivelmente tal como definido acima como preferido) , no qual a cura da mistura de materiais de moldagem não é auxiliada ou provocada gaseificando a mistura de materiais de moldagem moldada usando aparelhos de gaseificação com um gás ou mistura gasosa contendo mais que 1% molar de CO2 e/ou não auxiliada ou provocada pelo processo de CO2.
[0098] Dá-se preferência a um processo da invenção (preferivelmente tal como definido acima como preferido) , no qual o molde de fundição produzido ou o núcleo produzido é aquecido temporariamente em regiões a uma temperatura maior que 900 °C tal que a decomposição seja subsequentemente facilitada, preferivelmente com aquecimento a uma temperatura
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39/69 menor que 1600°C, mais preferivelmente a uma temperatura na faixa entre 900°C e 1600°C.
[0099] Dá-se preferência a processos correspondentes da invenção porque as propriedades de decomposição melhoradas dos moldes e núcleos produziveis pelo processo da invenção são manifestadas de maneira particularmente clara quando esses são aquecidos temporariamente pelo menos em regiões na operação de fundição a uma temperatura maior que 900 °C, a temperatura sendo preferivelmente menor que 1600°C. Isso significa que o molde ou o núcleo de fundição produzido é preferivelmente aquecido temporariamente pelo menos em regiões a uma temperatura na faixa entre 900°C e 1600°C.
[0100] Embora os efeitos técnicos da presente invenção também se manifestem fora dos limites das faixas de temperaturas especificadas, a faixa de temperatura especificada é preferida uma vez que as propriedades de decomposição de moldes e núcleos de fundição, quando eles não foram aquecidos temporariamente pelo menos em regiões a uma temperatura maior que 900°C durante a operação de fundição, na prática, às vezes são consideradas menos problemáticas em qualquer caso, uma vez que existe um menor grau de sinterização e formação de fases fundidas nos moldes ou núcleos de fundição em temperatura menores que são normalmente consideradas como causa propriedades de decomposição adversas. Em temperaturas acima de 1600°C, que são de pouca importância na prática de fundição, às vezes também se observa que a decomposição de moldes e núcleos de fundição é menos problemática e, portanto, a melhoria absoluta é as propriedades de decomposição serem menores. Por conseguinte, as vantagens do processo da invenção são
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40/69 particularmente visíveis dentro dos limites da faixa de temperatura especificada.
[0101] A razão pela qual as vantagens do processo da invenção são particularmente marcadas no que diz respeito à melhoria na decomposição em temperaturas maiores que 900°C é provavelmente explicável pelos processos induzidos termicamente na mistura de materiais de moldagem que prosseguem nas temperaturas correspondentes.
[0102] Os moldes e núcleos de fundição produzidos pelo processo da invenção são geralmente aquecidos temporariamente nas temperaturas especificadas acima (maiores que 900°C; menores que 1600°C) pelo contato com um fundido metálico na operação de fundição. Consequentemente, dá-se preferência a um processo da invenção (preferivelmente tal como definido acima como preferido) no qual o molde ou o núcleo de fundição produzido é aquecido temporariamente em regiões a uma temperatura maior que 900 °C contatando com um fundido metálico na operação de fundição tal que a decomposição é subsequentemente facilitada, preferivelmente com aquecimento a uma temperatura menor que 1600 °C, mais preferivelmente a uma temperatura na faixa entre 900°C e 1600°C.
[0103] O aquecimento do molde ou núcleo de fundição com um fundido metálico requer que a temperatura do fundido metálico seja suficientemente elevada. Fundidos metálicos típicos que são processados em temperaturas correspondentemente elevadas são fundidos metálicos consistindo de ferro, ligas de ferro, aço, ligas de aço, latão ou ligas de latão.
[0104] Dá-se correspondentemente preferência a um processo da invenção (preferivelmente tal como definido acima como preferido), no qual se usa um fundido metálico consistindo de
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41/69 ferro, ligas de ferro, aço, ligas de aço, latão ou ligas de latão.
[0105] Processos correspondentemente preferidos da invenção são especialmente vantajosos porque o uso dos fundidos metálicos especificados na prática até o momento, levou a propriedades de decomposição particularmente insatisfatórias dos moldes e núcleos de fundição usados, especialmente no caso de misturas de materiais de moldagem que compreendem vidro solúvel, de modo que o processo da invenção nesses casos conduza a melhorias absolutas particularmente grandes nas propriedades de decomposição e, em alguns casos, torna-se viável, em primeiro lugar, o uso de moldes e núcleos de fundição ligados com vidro solúvel nessas operações de fundição.
[0106] Dá-se preferência a um processo da invenção (preferivelmente tal como definido acima como preferido) , no qual a mistura de materiais de moldagem moldada curada é provida total ou parcialmente com um revestimento de uma composição de revestimento refratário, onde o dgo da quantidade total das partículas sólidas presentes na composição de revestimento refratário é preferivelmente menor que 200 μπι, onde a composição de revestimento refratário é preferivelmente um revestimento refratário à base de água ou um revestimento refratário à base de álcool, mais preferivelmente um revestimento refratário à base de água.
[0107] Dá-se preferência a processos correspondentes da invenção porque o uso de moldes e núcleos de fundição quando ferro fundido normalmente exige que os moldes e núcleos de fundição sejam providos inteiramente ou pelo menos parcialmente com um revestimento de uma composição de
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42/69 revestimento refratário. Vantajosamente, moldes e núcleos de fundição revestidos correspondentes podem ser produzidos pelo processo da invenção sem qualquer efeito adverso significativo sobre os efeitos e vantagens associados desse modo com a invenção.
[0108] Revestimentos refratários são suspensões de materiais refratários de partículas finas a materiais inorgânicos altamente refratários em um liquido transportador, por exemplo, água ou álcool. O primeiro caso é referido pelo especialista na técnica como um revestimento refratário à base de água, enquanto que o segundo caso é referido como um revestimento refratário à base de álcool. O revestimento refratário é aplicado no molde ou núcleo de fundição por um método de aplicação apropriado, por exemplo, aspersão, imersão, revestimento de fluxo ou pintura, e secado sobre o mesmo, de modo a formar um revestimento com uma composição de revestimento refratário.
[0109] É vantajoso que moldes e núcleos de fundição ainda não revestidos produzidos pelo processo da invenção sejam particularmente resistentes à água e à umidade do ar, tal que o revestimento desses moldes e núcleos de fundição possam ser executados também, usando revestimentos refratários à base de água sem perda da resistência básica vantajosa e as boas propriedades de decomposição dos moldes e núcleos de fundição. O uso de revestimentos refratários à base de água é particularmente vantajoso porque esses são ambientalmente
mais compatíveis que revestimentos refratários à base de
álcool e levam a menor poluição no local de trabalho com
emissões.
[0110] A necessidade de revestir moldes e núcleos de
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43/69 fundição para usos finais específicos é frequentemente vista como desvantajosa em relação à regenerabilidade dos moldes e núcleos, porque o revestimento refratário difere em sua composição física da mistura de materiais de moldagem curada, mas pode ser separado a partir daí, novamente apenas com dificuldade após a decomposição do molde ou núcleo de fundição e, assim, o material-base de molde regenerado pode ser contaminado por constituintes da composição de revestimento refratária. Quanto mais frequentemente o material-base de molde é regenerado, mais pronunciado é esse efeito.
[0111] Verificou-se que a regenerabilidade de moldes e núcleos de fundição revestidos produzidos num processo da invenção é melhorada quando o dgo da quantidade total das partículas sólidas presentes na composição de revestimento refratária é menor que 200 μπι. Verificou-se que um materialbase de molde tendo especialmente um tamanho de partícula maior que 200 μπι quando regularmente presente em moldes e núcleos revestidos produzidos pelo processo da invenção pode ser de maneira particularmente fácil dos constituintes da composição de revestimento refratária durante a regeneração, e é vantajosamente possível usar o mesmo processo de remoção que também é empregado para a remoção dos outros constituintes da mistura de materiais de moldagem usados para produção, especialmente o silicato laminar particulado suado, a partir do material-base de molde a ser regenerado. Os constituintes da composição de revestimento refratária são preferivelmente removidos por uma remoção física, mais preferivelmente por remoção física de poeira.
[0112] Dá-se preferência a um processo da invenção
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44/69 (preferivelmente tal como definido acima como preferido) para produzir um material-base de molde regenerado a partir do molde ou núcleo de fundição produzido após aquecimento, compreendendo as seguintes etapas adicionais: agir mecanicamente sobre o molde de fundição produzido ou sobre o núcleo de fundição produzido, tal que o molde de fundição ou o núcleo se decomponha; produzir o material-base de molde regenerado a partir do molde de fundição decomposto ou do núcleo de fundição decomposto, compreendendo, preferivelmente, separação e remoção do pó, sendo que a separação compreende, preferivelmente, uma separação fisica.
[0113] Um processo preferido correspondente da invenção é vantajoso porque esse processo usa um molde ou um núcleo de fundição produzido, de maneira particularmente simples e num processo prontamente automatizável, para produzir um material-base de molde regenerado.
[0114] Um material-base de molde regenerado com uma qualidade particularmente vantajosa, isto é, com aplicabilidade particularmente boa para reuso num processo para produzir moldes e núcleos de fundição, é obtido quando a produção do material-base de molde regenerado compreender a separação e remoção de poeira. O termo poeira refere-se a todas as partículas tendo um diâmetro menor que 200 μπι. Isso significa que, mais particularmente, se remove as frações do silicato laminas particulado usado de acordo com a invenção na mistura de materiais de moldagem, mas também a quaisquer outros constituintes presentes na poeira tendo um diâmetro de partícula menor que 200 μπι, por exemplo, as partículas sólidas de uma composição de revestimento refratária.
[0115] A separação e remoção da poeira compreende
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45/69 preferivelmente uma separação física da poeira. Isso pode ser efetuado, por exemplo, lavando a poeira. No entanto, dá-se preferência particular para separação física por separador pneumático, significando que a poeira é separada dos outros constituintes numa corrente gasosa. Prefere-se um processo correspondente porque o separador pneumático pode ser integrado de maneira particularmente fácil num sistema de reciclagem de material-base de molde e leva a uma separação completa da poeira. Também é vantajoso que o material-base de molde regenerado obtido não é contaminado por esse processo e, por exemplo, sem necessidade de etapas de secagem.
[0116] Dá-se preferência a um processo da invenção (preferivelmente tal como definido acima como preferido), no qual a mistura de materiais de moldagem produzida ou provida contém uma proporção de material-base de molde regenerado que foi produzido pelo processo especificado acima como preferido.
[0117] Um processo correspondentemente preferido da invenção é particularmente vantajoso porque as boas resistências e as excelentes propriedades de decomposição também são surpreendentemente manifestadas para aqueles moldes e núcleos de fundição produzidos nos quais a mistura de materiais de moldagem provida ou produzida pelo processo da invenção já contém uma proporção de material-base de molde regenerado na maneira inventiva. Em outros processos conhecidos da técnica anterior, o uso de material-base de molde regenerado é percebido como desvantajoso em alguns casos, e as perdas devem ser aceitas na resistência e propriedades de decomposição dos moldes e núcleos de fundição se as vantagens ambientais e econômicas do uso de materialPetição 870190100105, de 07/10/2019, pág. 55/87
46/69 base de molde regenerado forem utilizadas.
[0118] Mais particularmente, o processo preferido da invenção tem a vantagem que a regenerabilidade dos moldes e núcleos de fundição produzidos também é levemente prejudicada, se é que existe, pelo uso de um material-base de molde quando comparado com processos conhecidos da técnica anterior, tal que o processo da invenção pode ser configurado de maneira particularmente fácil de tal modo que ele compreende um ciclo de material-base de molde, isto é, um sistema de reciclagem de material-base de molde. Isso significa que a deterioração qualitativa no material-base de molde que progride com cada reutilização é de maneira particularmente vantajosa pequena. Mais particularmente, é vantajosamente possível pelo processo da invenção obter um material-base de molde regenerado, cuja composição química é particularmente semelhante à do material-base de molde não consumido correspondente.
[0119] Dá-se preferência a um processo da invenção (preferivelmente tal como definido acima como preferido), no qual a moldagem da mistura de materiais de moldagem e/ou a cura da mistura de materiais de moldagem é efetuada por meio de uma impressora 3D e/ou na qual a moldagem da mistura de materiais de moldagem é efetuada num método de impressão 3D e a cura da mistura de materiais de moldagem é efetuada durante a operação de impressão 3D e/ou após a operação de impressão 3D.
[0120] Processos correspondentemente preferidos da invenção são vantajosos porque a produção de moldes e núcleos de fundição por meio de uma impressora 3D e/ou num método de impressão 3D permite a produção de moldes e núcleos de
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47/69 fundição que têm uma geometria complexa e ao mesmo tempo têm uma construção estrutural particularmente uniforme e uma distribuição particularmente homogênea dos constituintes na mistura de materiais de moldagem moldada.
[0121] Os moldes e núcleos de fundição produzidos por um processo preferido correspondente da invenção mostram vantajosamente apenas ligeiras heterogeneidades ou gradientes de concentração, se houver, na mistura de materiais de moldagem moldada e/ou curada que pode levar a aglomeração não desejada ou a propriedades de decomposição localmente reduzidas.
[0122] As propriedades de decomposição de moldes e núcleos de fundição correspondentes são, portanto, independentemente da complexidade de sua geometria, particularmente uniforme, constante e reproduzivel, o que significa que a alta confiabilidade do processo é vantajosamente alcançada na produção de moldes e núcleos de fundição.
[0123] Além disso, a regenerabilidade de moldes e núcleos de fundição correspondentes é particularmente elevada uma vez que esses, como resultado de sua composição homogênea, mesmo sob leve tensão mecânica, resultam num produto de decomposição particulado particularmente fino que tem uma proporção muito pequena de partículas de material-base de molde aglomeradas que podem formar diferentemente, por exemplo, como resultado de uma elevada concentração particularmente local de ligante ou um baixo módulo molar particularmente loca do vidro solúvel (waterglass).
[0124] Adicionalmente a invenção refere-se a uma mistura para combinação com uma solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel (waterglass) para a produção de moldes e/ou
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48/69 núcleos de fundição, compreendendo de 10% a 98% em peso de dióxido de silício amorfo particulado, preferivelmente dióxido de silício amorfo particulado coloidal pirogenado, de 0% a 15% em peso de grafite, um ou mais óxidos metálicos misturados particulados, cada um compreendendo pelo menos um óxido de alumínio e/ou pelo menos um óxido de zircônio, numa quantidade total de 0% a 80% em peso, e para facilitar a decomposição química e/ou aumentar a regenerabilidade do molde ou do núcleo de fundição, um ou mais silicatos laminares particulados numa quantidade total de 2% a 80% em peso, onde dgo da quantidade total de silicatos particulados é menor que 45 pm, onde as porcentagens baseiam-se na massa total da mistura.
[0125] Uma mistura correspondente é vantajosa porque a mistura de materiais de moldagem a ser produzida ou provida pelo processo da invenção pode ser produzida de maneira particularmente simples em virtude da combinação da mistura da invenção com uma solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel (waterglass) e um material-base de molde. Surpreendentemente, misturas correspondentes da invenção também são particularmente estáveis durante o armazenamento.
[0126] Dá-se preferência a uma mistura da invenção compreendendo de 25% a 95% em peso, preferivelmente de 40% a 95% em peso de dióxido de silício amorfo particulado, preferivelmente dióxido de silício amorfo particulado coloidal pirogenado, de 1,5% a 12,5% em peso, preferivelmente de 1,5% a 6% em peso de grafite, um ou mais óxidos metálicos misturados particulados, cada um compreendendo pelo menos um óxido de alumínio e/ou pelo menos um óxido de zircônio, numa quantidade total de 0% a 65,5% em peso, preferivelmente de 0%
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49/69 a 45% em peso, um ou mais silicatos laminares particulados numa quantidade total de 5% a 50% em peso, preferivelmente de 15% a 50% em peso, onde dgo da quantidade total de silicatos laminares é menor que 45 μπι, onde as porcentagens baseiam-se na massa total da mistura.
[0127] Tais misturas preferidas da invenção são vantajosas porque a fluidez da mistura e a processabilidade da mesma são particularmente elevadas. Misturas correspondentes da invenção podem ser transportadas de maneira particularmente fácil através de tubulações adutoras, especialmente em plantas operadas continuamente.
[0128] Dá-se preferência a uma mistura da invenção (preferivelmente tal como definida acima como preferida) compreendendo adicionalmente um ou mais compostos selecionados do grupo consistindo de substâncias ativas na superfície, compostos de boro oxidados, compostos de fósforo, carboidratos, silanos, compostos de lítio, alumina particulada, óxidos mistos de alumínio/silício particulados sem a estrutura de silicato laminar e sulfato de bário, onde as substâncias ativas na superfície são preferivelmente selecionadas do grupo consistindo de tensoativos aniônicos, tensoativos não iônicos, tensoativos catiônicos, tensoativos anfóteros e misturas dos mesmos, onde os compostos de boro oxidados são preferivelmente selecionados do grupo consistindo de boratos, ácido bórico, anidrido bórico, silicatos de boro, fosfatos de boro, fosfossilicato de boro e misturas dos mesmos, onde os compostos de fósforo são preferivelmente selecionados do grupo consistindo de fosfatos orgânicos, fosfatos inorgânicos e misturas dos mesmos, onde os carboidratos são preferivelmente selecionados do grupo
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50/69 consistindo de oligossacarídeos, polissacarideos e misturas dos mesmos, preferivelmente selecionados do grupo consistindo de celulose, amido, dextrina e misturas dos mesmos, onde os silanos são preferivelmente selecionados do grupo consistindo de aminossilanos, epoxissilanos, mercaptossilanos, hidroxissilanos, ureidossilanos e misturas dos mesmos, onde os compostos de lítio são preferivelmente selecionados do grupo consistindo de silicatos de lítio amorfos, óxidos de lítio, hidróxido de lítios e misturas dos mesmos.
[0129] Misturas preferidas correspondentes da invenção são vantajosas porque essas podem ser usadas de maneira particularmente fácil para produzir misturas de materiais de moldagem preferidas da invenção para o processo da invenção, e a presença dos compostos citados não tem qualquer efeito adverso com relação ao tempo de armazenagem e à processabilidade da mistura. A esse respeito, as observações acima relativas aos constituintes preferidos da mistura de materiais de moldagem para utilização de acordo com a invenção e relativas às respectivas vantagens são aplicáveis, mutatis mutandis.
[0130] A esse respeito, é especialmente vantajoso que, quando se usam misturas correspondentes, não é necessário armazenar e processar individualmente os constituintes individuais; em vez disso, estes podem ser adicionados à mistura de materiais de moldagem a ser produzida de acordo com a invenção na forma de um único componente, chamada de mistura preferida da invenção.
[0131] Dá-se preferência a uma mistura da invenção (preferivelmente tal como definida acima como preferida) na qual a mistura é uma mistura dispersão no estado sólido
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51/69 composta de duas ou mais fases.
[0132] Dá-se aqui preferência particular para uma mistura da invenção (preferivelmente tal como definida acima como preferida) na qual a mistura é uma dispersão composta de duas ou mais fases.
[0133] Em misturas correspondentes da invenção, pelo menos uma fase é uma fase liquida. Desta forma, é possivel influenciar vantajosamente as propriedades de processamento das misturas correspondentemente preferidas da invenção uma vez que esta mistura pode ser guiada de maneira particularmente fácil através de tubulações com o auxilio de sistemas de bombeamento e, por isso, são particularmente vantajosas para grandes plantas operando possivelmente de modo continuo. Além disso, misturas correspondentes são particularmente vantajosas com respeito à segurança ocupacional e à saúde ocupacional, uma vez que as misturas correspondentes não polvilham e, portanto, não levam a um incômodo por poeira fina e ultrafina no local de trabalho durante o processamento e, portanto, minimiza vantajosamente o risco de distúrbios das vias respiratórias.
[0134] Além disso, misturas preferidas correspondentes da invenção podem ser misturadas de modo particularmente fácil, rápido e completo com os constituintes adicionais de uma mistura de materiais de moldagem para uso no processo da invenção, tal que se obtenha uma mistura de materiais de moldagem particularmente homogênea livre de gradientes de concentração. É particularmente vantajoso que constituintes
solúveis em água da mistura de materiais de moldagem possam
ser adicionados em forma já dissolvida quando se usam
misturas correspondentes, o que evita gradientes de
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52/69 concentração local na mistura de materiais de moldagem que podem ser causados por dissolução lenta e/ou incompleta.
[0135] A invenção refere-se ainda a um sistema ligante de múltiplos componentes compreendendo, como componentes misturados mutualmente ou separados espacialmente, (A) mistura conforme definida acima, preferivelmente tal como definida acima como preferida, (B) uma solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel, preferivelmente um vidro solúvel tendo um módulo de SÍO2/M2O molar na faixa de 1,6 a 4,0, preferivelmente na faixa de 1,8 a 2,5, onde M2O refere-se à quantidade total de óxido de litio, óxido de sódio e óxido de potássio.
[0136] Sistemas ligantes de múltiplos componentes correspondentes da invenção são vantajosos porque eles podem ser suados de forma particularmente fácil para produzir as misturas de materiais de moldagem a serem produzidas no processo da invenção, especialmente também mistura de materiais de moldagem preferidas. A este respeito, as observações acima relativas aos constituintes preferidos da mistura de materiais de moldagem para utilização de acordo com a invenção e as respectivas vantagens são aplicáveis, mutatis mutandis. Sistemas ligantes de múltiplos componentes correspondentes são particularmente vantajosos quando usados pelo usuário final, isto é, em operações de fundição que empregam o processo da invenção, uma vez que o manuseio e processamento para dar uma mistura de materiais de moldagem para uso no processo da invenção podem ser efetuados de maneira particularmente fácil e segura, e ao mesmo tempo não são particularmente suscetíveis a erros, por exemplo, em dosagem. Preferivelmente, o sistema ligante de múltiplos
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53/69 componentes da invenção, por essa razão, compreende os componentes como mutualmente misturados, que ainda minimiza suscetibilidade a erro do usuário com o usuário final.
[0137] Dá-se preferência a um sistema ligante de múltiplos componentes da invenção (preferivelmente tal como definido acima como preferido) compreendendo num componente (B) e/ou num componente adicional (C) , um ou mais compostos selecionados do grupo consistindo de substâncias ativas na superfície, compostos de boro oxidados, compostos de fósforo, carboidratos, silanos e compostos de litio, onde as substâncias ativas na superfície são preferivelmente selecionadas do grupo consistindo de tensoativos aniônicos, tensoativos não iônicos, tensoativos catiônicos, tensoativos anfóteros e misturas dos mesmos, onde os compostos de boro oxidados são preferivelmente selecionados do grupo consistindo de boratos, ácido bórico, anidrido bórico, silicatos de boro, fosfatos de boro, fosfossilicato de boro e misturas dos mesmos, mais preferivelmente selecionados do grupo consistindo de boratos de metais alcalinos e de metais alcalino-terrosos, onde o composto de boro oxidado preferivelmente não contém quaisquer grupos orgânicos, onde os compostos de fósforo são preferivelmente selecionados do grupo consistindo de fosfatos orgânicos, fosfatos inorgânicos e misturas dos mesmos, preferivelmente selecionados do grupo consistindo de fosfatos de metais alcalinos inorgânicos, onde os carboidratos são preferivelmente selecionados do grupo consistindo de oligossacarideos, polissacarideos e misturas dos mesmos, preferivelmente selecionados do grupo consistindo de celulose, amido e dextrina, onde os silanos são preferivelmente selecionados do grupo consistindo de
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54/69 aminossilanos, epoxissilanos, mercaptossilanos, hidroxissilanos, ureidossilanos e misturas dos mesmos, onde os compostos de litro são preferivelmente selecionados do grupo consistindo de silicatos de litio amorfos, óxidos de litio, hidróxido de litios e misturas dos mesmos.
[0138] Sistemas ligantes de múltiplos componentes correspondentemente preferidos da invenção são vantajosos porque eles podem ser usados de maneira particularmente descomplicada e confiável para obter misturas de materiais de moldagem preferidas ou misturas de materiais de moldagem para processos preferidos da invenção. A este respeito, as observações acima relativas aos constituintes preferidos da mistura de materiais de moldagem para utilização de acordo com a invenção e as respectivas vantagens são correspondentemente aplicáveis, mutatis mutandis.
[0139] A invenção refere-se também a uma mistura de materiais de moldagem compreendendo pelo menos os componentes (A) e (B) definidos acima e como componente (D) um materialbase de molde refratário.
[0140] Dá-se preferência a misturas de materiais de moldagem correspondentes da invenção porque elas podem ser usadas diretamente e sem etapas de processamento adicionais num processo da invenção e podem ser processadas para dar moldes e núcleos de fundição com excelentes propriedades de decomposição e muito boa regenerabilidade.
[0141] Dá-se preferência para uma mistura de materiais de moldagem da invenção (preferivelmente tal como definida acima como preferida), compreendendo um material-base de molde regenerado como material-base de molde refratário como um constituinte do material-base de molde refratário, onde este
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55/69 material-base de molde regenerado é preferivelmente produzível por um processo da invenção.
[0142] Uma mistura de materiais de moldagem preferida correspondente da invenção é vantajosa por razões de sustentabilidade, de conservação de recursos e de prevenção de desperdícios, e de um ponto de vista econômico.
[0143] A configuração particularmente preferida na qual o material-base de molde regenerado é produzível por um processo da invenção é particularmente vantajosa porque um material-base de molde regenerado correspondente pode atingir as vantagens do processo da invenção mesmo no caso de regeneração repetida do material-base de molde dos moldes e núcleos de fundição produzidos, isto é, mesmo no caso de uso de um sistema de reciclagem de material-base de molde.
[0144] Dá-se preferência para uma mistura de materiais de moldagem da invenção (preferivelmente tal como definida acima como preferida) , na qual o vidro solúvel tem um módulo de SÍO2/M2O molar na faixa de 1,6 a 4,0, preferivelmente na faixa de 1,8 a 2,5, onde M2O indica a quantidade total de óxido de lítio, óxido de sódio e óxido de potássio, e/ou o material-base de molde compreende areia de quartzo, preferivelmente pelo menos 50% em peso, mais preferivelmente pelo menos 80% em peso de areia de quartzo, baseado na massa total do material-base de molde.
[0145] Dá-se preferência a misturas de materiais de moldagem correspondentes porque elas podem ser usadas diretamente e sem etapas de processamento adicionais em processos preferidos da invenção. A este respeito, as observações acima relativas aos constituintes preferidos da mistura de materiais de moldagem para utilização de acordo
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56/69 com a invenção e as respectivas vantagens são correspondentemente aplicáveis, mutatis mutandis.
[0146] Além disso, a invenção refere-se a uma mistura de materiais-base de molde compreendendo (X) de 0% a 99% em peso, preferivelmente de 0% a 90% em peso de um material-base de molde novo e (Y) de 1 a 100% em peso, preferivelmente de 10% a 100% em peso de material-base de molde regenerado, onde cada uma das porcentagens baseia-se na massa total da mistura de materiais-base de molde, e sendo que o material-base de molde regenerado (Y) é produzivel por um processo da invenção.
[0147] Uma mistura de materiais-base de molde correspondente da invenção é vantajosa porque ela pode ser usada como material-base de molde em misturas de materiais de moldagem da invenção e em processos da invenção e ao mesmo tempo compreende pelo menos 1% em peso, preferivelmente pelo menos 50% em peso, mais preferivelmente pelo menos 70% em peso de material-base de molde regenerado, o que é vantajoso a partir dos aspectos ambientais e econômicos descritos acima.
[0148] Um material-base de molde correspondente da invenção pode ser usado num processo da invenção para produzir moldes e núcleos de fundição tendo propriedades de decomposição muito boas e, por sua vez, alta regenerabilidade. Neste contexto, o fato que os moldes e núcleos de fundição são produzidos a partir de um material-base de molde que, de acordo com a invenção, já consiste pelo menos parcialmente de material-base de molde regenerado tem vantajosamente apenas um ligeiro efeito, se houver, sobre a resistência, propriedades de decomposição e regenerabilidade dos moldes e
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57/69 núcleos de fundição produzidos.
[0149] A invenção refere-se ainda a um molde ou núcleo de fundição, produzivel por um processo da invenção tal como definido acima e/ou compreendendo uma mistura da invenção tal como definida acima e/ou compreendendo um sistema ligante de múltiplos componentes curado da invenção tal como definido acima e/ou compreendendo uma mistura de materiais de moldagem tal como definida acima e/ou compreendendo uma mistura de materiais-base de molde da invenção tal como definida acima.
[0150] Moldes e núcleos de fundição correspondentes da invenção, tais como elucidados acima para o processo da invenção, têm boa resistência e propriedades de decomposição particularmente vantajosas e elevada regenerabilidade. A este respeito, as observações acima relativas aos constituintes preferidos da mistura de materiais de moldagem da invenção para utilização de acordo com a invenção e as respectivas vantagens são correspondentemente aplicáveis, mutatis mutandis.
[0151] Além disso, a invenção refere-se ao uso de uma quantidade de silicatos laminares particulados tendo um dgo menor que 45 μπι ou a uma mistura da invenção definida acima como aditivo para a produção de ou como aditivo para uma mistura de materiais de moldagem compreendendo vidro solúvel (waterglass) e dióxido de silicio amorfo particulado, preferivelmente dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado, que é curada por reação quimica de constituintes da mistura de materiais de moldagem entre si, na produção de um molde ou núcleo de fundição, para facilitar a decomposição e/ou para aumentar a regenerabilidade do molde ou núcleo de fundição. A este respeito, as observações acima
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58/69 relativas às misturas da invenção e às respectivas vantagens são correspondentemente aplicáveis, mutatis mutandis. Em virtude do uso da invenção, para obter moldes e núcleos de fundição tendo boa resistência e propriedades de decomposição particularmente vantajosas e elevada regenerabilidade.
[0152] Dá-se preferência para um uso da invenção (preferivelmente tal como definido acima como preferido), no qual o vidro solúvel tem um módulo de SÍO2/M2O molar na faixa de 1,6 a 4,0, preferivelmente na faixa de 1,8 a 2,5, onde M2O indica a quantidade total de óxido de litio, óxido de sódio e óxido de potássio, e/ou o material-base de molde compreende areia de quartzo, preferivelmente pelo menos 50% em peso, mais preferivelmente pelo menos 80% em peso de areia de quartzo, baseado na massa total do material-base de molde, e/ou na produção do molde ou núcleo de fundição a cura da mistura de materiais de moldagem é auxiliada ou provocada aquecendo a mistura de materiais de moldagem, preferivelmente aquecendo num molde aquecido e/ou gaseificando com ar quente, preferivelmente, estabelecendo uma temperatura na faixa de 120°C a 180°C aquecendo pelo menos em regiões da mistura de materiais de moldagem moldada, é assistida ou provocada pela hidrólise de um éster, onde o éster é preferivelmente selecionado do grupo consistindo de diacetato de etileno glicol, diacetina, triacetina, carbonato de propileno e ybutirolactona, ou é auxiliada ou provocada gaseificando a mistura de materiais de moldagem moldada com um gás contendo menos que 1% molar de CO2.
[0153] Um uso preferido correspondente da invenção é vantajoso porque o melhoramento surpreendente nas propriedades de decomposição e o melhoramento na
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59/69 regenerabilidade dos moldes e núcleos de fundição produzidos manifesta-se de maneira particularmente clara no caso do uso correspondente elucidado acima para o processo da invenção. Com respeito às vantagens das configurações do uso da invenção que são designadas aqui como preferidas, as observações acima relativas a processos preferidos e suas respectivas vantagens são correspondentemente aplicáveis, mutatis mutandis.
Exemplos [0154] Segue uma descrição detalhada da invenção por exemplos.
Exemplos C1-C5 e 11-15:
1. Composições e produção de amostras:
[0155] Primeiramente, examinou-se um total de 5 núcleos que foram produzidos por um processo da invenção a partir de uma mistura de materiais de moldagem da invenção (II a 15), e foram examinados exemplos comparativos não inventivos (Cl a C5) . As composições das respectivas misturas de materiais de moldagem a partir das quais os núcleos correspondentes foram produzidos estão resumidas na Tabela 1
Tabela 1: Composição das misturas de materiais de moldagem usadas. Todos os valores são relatados e partes em peso.
Exemplo Material-base de moldea) Liganteb) Adit ivoc) Silicatod’
Cl 100 2,2 — —
C2 100 2,2 1,0 —
C3 100 2,2 — 0,3 (silicato-1)
C4 100 2,2 1,0 0,3 (silicato-X)
C5 100 2,2 1,0 0,3 (silicato-Y)
11 100 2,2 1,0 0,3 (silicato-2)
12 100 2,2 1,0 0,3 (silicato-3)
13 100 2,2 1,0 0,3 (silicato-4)
14 100 2,2 1,0 0,3 (silicato-5)
15 100 2,2 1,0 0,3 (silicato-1)
a) O material-base de molde usado em cada caso foi areia de
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60/69 quartzo (areia de silica grossa para fundição 1K 0,20/0,315/0,40) de Grudzen Las.
b) O ligante usado em cada caso foi um vidro solúvel (waterglass) alcalino tendo um módulo de SÍO2/M2O molar (M2O= quantidade total de Na2© e Li2O) de 1,85 e um teor de sólidos de 35% em peso.
c) O aditivo usado em cada caso foi uma mistura consistindo de 96,625 partes em peso de dióxido de silício amorfo particulado coloidal pirogenado (CAS RN 69012-64-2) e 4,375 partes em peso de grafite.
d) Os silicatos usados nos exemplos de acordo com a Tabela 1 foram:
Silicato-1: um silicato laminar particulado calcinado tendo um dgo menor que 4 5 μπι (fornecido por Werba-Chem GmbH com a denominação comercial Werbalink® MK-I);
Silicato-2: um silicato laminar particulado natural (haloisita) tendo um dgo menor que 45 μπι (fornecido por Osthoff Omega Group com a denominação comercial de pigmentos de mineral haloisita JM1);
Silicato-3: um silicato laminar particulado sintético tendo um dgo menor que 45 μπι (fornecido por BYK Additives & Instruments GmbH com a denominação comercial Laponite® RDS);
Silicato-4: um silicato laminar particulado ativado termicamente (metacaulim) tendo um dgo menor que 45 μπι (fornecido por BASF SE com a denominação comercial MetaMax®;
Silicato-5: um silicato laminar particulado natural (montmorilonita) tendo um dgo menor que 45 μπι (fornecido por
Alfa Aesar/Thermo Fischer (Kandel) GmbH com a denominação comercial Montmorillonite K10);
Silicato-X: um silicato insular natural (andalusita) tendo um
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61/69 dgo menor que 45 μπι (fornecido por Eggerding B.V. Industrial Minerals com a denominação Andalusite 200 mesh). (Observação: não é um silicato laminar particulado);
Silicato-Y: Um silicato laminar natural (montmorilonita) tendo um dgo maior que 4 5 μπι (fornecido por Damolin GmbH com a denominação comercial SorbixUS Premium (0,3-0,7 mm) . (Observação: dgo não é menor que 45 μπι.
[0156] As misturas de materiais de moldagem especificadas na Tabela 1 foram usadas com o auxilio de um molde aquecivel para a produção de amostras de flexão divulgadas em VDGMerkblatt Mil de março de 1974, para produzir amostras de teste por injeção. Primeiramente foram produzidas amostras de flexão de dimensões 22,4 mm x 22,4 mm x 165 mm, que formaram a base para estudos subsequentes de resistência à flexão, e em segundo lugar foram usadas amostras de teste cilíndricas tendo uma altura de 50 mm e um diâmetro de 50 mm na determinação das propriedades de decomposição.
[0157] Para este propósito, os componentes listados na Tabela 1 foram misturados num misturador de palhetas (de Multiserw). Para este propósito, a areia de quartzo foi inicialmente carregada e o aditivo pulverulento e qualquer silicato foram misturados. Depois, o ligante foi adicionado. A mistura foi subsequentemente agitada por um total de dois minutos. Cada uma das misturas de materiais de moldagem foi introduzida por meio de ar comprimido (4 bar) no molde, a temperatura da caixa de núcleos foi de 180 °C. O tempo de injeção foi de 3 segundos, que foi seguido por um tempo de endurecimento de 30 segundos (3 segundos de atraso) . A cura das misturas foi acelerada passando ar quente (pressão de gaseificação de 2 bar, temperatura de gaseificação e de
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62/69 mangueira de gaseificação de 150°C) através do molde para um tempo de cura de 30 segundos.
2. Determinação da resistência à flexão:
[0158] As resistências à flexão foram determinadas colocando as barras de teste produzidas num analisador de resistência Georg Fischer, equipado com um aparelho de flexão de 3 pontos (de Multiserw), e mediu-se a força que levou à fratura das barras de teste. As resistências à flexão foram medidas 1 hora após a remoção do molde (chamada resistência em frio). As medidas obtidas estão relatadas na Tabela 2 sob a entrada resistência à flexão como a média de 3 medidas.
3. Exame de propriedades de decomposição:
[0159] Para examinar as propriedades de decomposição, as amostras de teste cilíndricas produzidas com uma altura de 50 mm e um diâmetro de 50 mm foram submetidas a tensão térmica num forno de mufla (de Nabertherm) numa temperatura de 900°C por 10 minutos. Após as amostras terem sido removidas do forno de mufla e resfriadas até temperatura ambiente, as amostras de teste foram colocadas sobre uma peneira agitada (peneira colocada sobre um vibrador, LPzE-3e, de Multiserw) tendo um tamanho de malha de 1,40 mm e depois agitada na máxima amplitude possível (100% da configuração máxima possivel do aparelho) por 60 segundos. Em cada caso, tanto as massas do resíduo na peneira e da quantidade triturada na bandeja de coleta (fração quebrada) foram determinadas com uma balança. A razão da massa da fração quebrada para a massa total das duas frações é referida como passagem da peneira e é relatada na Tabela 2 sob a entrada passagem da peneira como uma média de 4 medidas em cada caso. As propriedades de decomposição melhoradas são especialmente manifestadas em
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63/69 valores elevados para passagem da peneira.
4. Determinação da qualidade do material-base de molde regenerado:
[0160] A qualidade de um material-base de molde regenerado e sua aptidão para uso na produção de moldes e núcleos de fundição ligados com vidro solúvel tendo boas propriedades de decomposição podem ser descritas como boas especialmente quando a concentração de óxidos e sais solúveis em água, especialmente de óxidos de metais alcalinos e sais de metais alcalinos solúveis em água, no material-base de molde regenerado é particularmente baixa. Esta propriedade pode ser examinada com o auxilio de medidas de condutividade.
[0161] 4.1. Para cada medida, em primeiro lugar, produziuse uma solução de partida introduzindo 100 mL de água ultrapura num béquer e adicionando 0,05 mL de solução 1M de KC1. Determinou-se a condutividade da solução de partida resultante com um medidor de pH/condutividade SevenMulti de Mettler Toledo; ele corresponde a um valor em branco.
[0162] 4.2. Produziu-se, em cada caso, o material-base de molde regenerado submetendo amostras de flexão correspondentes de dimensões 22,4 mm x 22,4 mm x 165 mm a uma tensão térmica num forno de mufla (de Nabetherm) numa temperatura de 900°C durante 5 minutos. Após as amostras de teste terem sido removidas do forno de mufla a resfriadas até temperatura ambiente, as amostras de teste foram convertidas para um estado de fluxo livre por ação mecânica manual. Introduziu-se 50 g de material-base de molde regenerado produzido em cada caso, sem processamento adicional, no béquer contendo a solução de partida (vide 4.1 acima), que depois foi coberto com um vidro de relógio. A suspensão
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64/69 resultante foi aquecida a 100°C numa placa aquecida, deixada nessa temperatura por 5 minutos e depois resfriada até temperatura ambiente. A fração de sólidos da suspensão foi separada por filtração e se determinou a condutividade do filtrado resultante tal como descrito acima em 4.1. Na Tabela 2, na entrada condutividade, o valor encontrado como a média de 4 medidas em cada caso para a diferença entre a condutividade determinada e o valor em branco determinado antecipadamente em cada caso é relatada.
[0163] 4.3. A qualidade de um material-base de molde regenerado também pode ser avaliada pela determinação da demanda de ácido (a este respeito vide VDG-Merkblatt P2 6 de outubro de 1999). De acordo com VDG-Merkblatt P2 6 de outubro de 1999, a demanda de ácido foi determinada para amostras selecionadas, com produção do material-base de molde regenerado usado tal como elucidado em 4.2. Na Tabela 2, na entrada demanda de ácido, relata-se o valor encontrado como a média de 4 medidas em cada caso.
[0164] 4.4. Medidas e conclusões:
Tabela 2. Medidas
Exemplo Resistência à flexão (N/cm2) Passagem de peneira (%) Condutividade (μβ/cm) Demanda de ácido (mg de HC1/100 g)
Cl 300 8 2730 —
C2 470 52 3340 213
C3 340 25 1870 —
C4 460 76 2830 176
C5 440 73 2100 —
11 520 95 1130 75
12 450 100 1370 —
13 390 100 790 —
14 400 99 1070 —
15 450 99 1420 —
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65/69 [0165] 4.4.1. Da Tabela 2 é evidente que o processo da invenção pode dar moldes e núcleos de fundição tendo boas resistências à flexão.
[0166] 4.4.2. A Tabela 2 mostra claramente que, para todos os exemplos produzidos pelo processo da invenção, passagens de peneira pendentes (como uma medida das propriedades de decomposição) de 95% a 100% foram medidas, todas as quais estão significativamente acima das passagens de peneira de 8% a 76% que foram verificadas para os exemplos comparativos.
[0167] Verifica-se aqui, mais particularmente, que nem o uso exclusivo de um silicato laminar particulado (exemplo C3, ausência de dióxido de silício amorfo particulado (coloidal pirogenado) ) nem o uso de dióxido de silício amorfo particulado (coloidal pirogenado (exemplo C2, ausência de silicato laminar particulado) leva a um aumento tão acentuado na passagem da peneira como as combinações da invenção (exemplos II a 15) . Existe um efeito sinérgico nos exemplos inventivos, que se torna particularmente claro, pois mesmo a passagem da peneira combinada dos exemplos C2 e C3 é de apenas 77% e, portanto, bem abaixo do valor mínimo que foi determinado para os exemplos II a 15.
[0168] Além disso, a comparação dos exemplos II a 15 com o exemplo C4 mostra claramente que um efeito técnico vantajoso resulta somente para silicatos laminares particulados, e que, por exemplo, o uso de silicato insular tal como andalusita (silicato X) leva a passagem de peneira mais insatisfatória.
[0169] Além disso, a comparação específica do exemplo 14 com o exemplo C5 mostra que o efeito técnico resulta apenas para silicatos laminares particulados tendo um dgo da invenção, enquanto que versões de grãos mais grossos do
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6/69 silicato laminar quimicamente idêntico (silicato Y no exemplo C5) resultam em passagem de peneira muito mais insatisfatória .
[0170] Além disso, é claramente evidente que o efeito técnico da passagem de peneira melhorada é manifestado para todos os silicatos laminares particulados examinados (exemplos II a 15), independentemente das diferenças quimicas existentes entre os silicatos laminares particulados usados.
[0171] 4.4.3. A qualidade dos materiais-base de moldes regenerados obtidos pode ser adicionalmente avaliada com o auxilio dos valores de condutividade, condutividades baixas sendo vantajosas.
[0172] A Tabela 2 mostra claramente que baixas condutividades de 7 90 a 1420 μβ/στι foram medidas para todos os exemplos produzidos pelo processo da invenção, todas as quais estão significativamente abaixo das elevadas condutividades de 1870 a 3340 μβ/οπι que foram verificadas para os exemplos comparativos.
[0173] Verifica-se aqui que nem o uso exclusivo de um silicato laminar particulado (exemplo C3, ausência de dióxido de silicio amorfo particulado (coloidal pirogenado)) nem o uso de dióxido de silicio amorfo particulado (exemplo C2, ausência de silicato laminar particulado) leva a uma diminuição tão acentuada na condutividade como a combinação da invenção (exemplos II a 15) . Mais particularmente, o uso exclusivo de dióxido de silicio amorfo particulado (coloidal pirogenado) (exemplo C2) quando comparado com o exemplo Cl (nenhum dióxido de silicio amorfo; nenhum silicato) resulta, na verdade, em um aumento na condutividade, o que torna o efeito sinérgico da combinação da invenção (exemplos II a 15)
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67/69 particularmente claro.
[0174] Além disso, a comparação dos exemplos II a 15 com os exemplos C4 e C5 mostra claramente que esse efeito técnico vantajoso resulta também apenas para silicatos laminares particulados, especialmente silicatos laminares particulados tendo um dgo da invenção, enquanto que o uso de um silicato insular (C4, silicato-X) , assim como o uso de uma versão de grãos mais grossos de um silicato laminar (C5, silicato-Y), leva a um valor de condutividade desfavoravelmente elevado.
[0175] Além disso, fica claramente evidente que o efeito técnico da passagem de peneira melhorada é manifestado para todos os silicatos laminares particulados examinados (II a 15), independentemente das diferenças quimicas que existem entre os compostos usados.
[0176] Consideração das medidas de demanda de ácido que estão compiladas na Tabela 2 torna claro que a demanda de ácido pode correlacionar-se diretamente com as condutividades discutidas acima em 4.4.3, e que a condutividade também diminui com a demanda de ácido.
[0177] 4.4.5. Além das medidas compiladas na Tabela 2, verificou-se em estudos internos que uma remoção fisica (peneiração) da fração de poeira menor que 125 μπι dos materiais-base de moldes regenerados, no caso de misturas de materiais de moldagem da invenção (exemplos 12 e 13), leva a uma diminuição adicional em condutividade de 10% a mais que 20%. No caso de uma mistura não inventiva (exemplo C2), ao contrário, encontrou-se apenas uma diminuição em condutividade de cerca de 5% após a remoção.
5. Estudos adicionais:
[0178] Executaram-se adicionalmente estudos em núcleos que
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68/69 foram produzidos usando misturas de materiais de moldagem da invenção ou misturas de materiais de moldagem comparativas. Os constituintes das misturas de materiais de moldagem são abreviações atribuídas na Tabela 3. De acordo com a Tabela 4, os núcleos examinados são classificados em grupos de acordo com seus constituintes e avaliados qualitativamente em relação à sua resistência, propriedades de decomposição e regenerabilidade.
Tabela 3. Constituintes das misturas de materiais de moldagem usadas no processo.
Abreviação Constituinte
A Material-base de molde
B Solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel (waterglass)
C De 0,1% a 3% em peso de dióxido de silício amorfo particulado (coloidal pirogenado)
D De 0,05% a 1,5% em peso de silicato insular
E De 0,05% a 1,5% em peso de silicatos laminares, dgo>45 μπι
F De 0,05% a 1,5% em peso de silicatos laminares particulados, dgo<45 μπι
Tabela 4. Avaliação qualitativa dos núcleos produzidos a partir das misturas de materiais de moldagem usadas com respeito a resistência, propriedades de decomposição e regenerabilidade. Aqui, os símbolos têm os seguintes significados: (- -) = muito insatisfatório, (-) = comparativamente insatisfatório, ( + ) = bom e (+ +) = muito bom
N° Constituintes da mistura de materiais de moldagem Resistência Decomposição Regenerabilidade
1 A + B — — — — — —
2 A + B + C + + — — —
3 A + B + F — — — +
4 A + B + C + D + + + — —
5 A + B + C + E + + —
6 A + B + C + F + + + + +
[0179] A avaliação qualitativa na Tabela 4 demonstra que
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9/69 propriedades de decomposição muito boas e regenerabilidade muito boa são observadas apenas para misturas de materiais de moldagem ou núcleos da invenção (N° F) e que boa resistência é simultaneamente observada para estes.

Claims (14)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Processo para produzir moldes de fundição, núcleos de fundição e materiais-base de moldes regenerados dos mesmos, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas para produzir um molde ou núcleo de fundição prover ou produzir uma mistura de materiais de moldagem compreendendo um material-base de molde, uma solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel, de 0,1% a 3% em peso de dióxido de silicio amorfo particulado e, para facilitar a decomposição e/ou aumentar a regenerabilidade do molde de fundição ou do núcleo, um ou mais silicatos laminares particulados numa quantidade total de 0,05% a 1,5% em peso, onde o dgo da quantidade total dos silicatos laminares é menor que 45 pm, onde cada uma das porcentagens baseia-se na massa total da mistura de materiais de moldagem; moldar a mistura de materiais de moldagem; curar a mistura de materiais de moldagem por reação quimica dos constituintes da mistura de materiais de moldagem entre si, de modo a resultar no molde ou núcleo de fundição.
  2. 2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o vidro solúvel na mistura de materiais de moldagem ter um módulo de SÍO2/M2O molar na faixa de 1,6 a 4,0, preferivelmente na faixa de 1,8 a 2,5, onde M2O indica a quantidade total de óxido de litio, óxido de sódio e óxido de potássio.
  3. 3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o diâmetro médio das particulas de material-base de molde estar na faixa de 100 pm a 600 pm.
  4. 4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de
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    2/7
    1 a 3, caracterizado pelo fato de a mistura de materiais de moldagem compreender dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado e/ou o dióxido de silicio amorfo particulado ser um dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado.
  5. 5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o um ou mais silicatos laminares particulados estarem presentes na mistura de materiais de moldagem numa quantidade total de 0,1% a 0,4% em peso, preferivelmente de 0,1% a 0,3% em peso, onde o dgo da quantidade total dos silicatos laminados é menor que 45 pm.
  6. 6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de compreender prover ou produzir uma mistura de materiais de moldagem compreendendo um material-base de molde, uma solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel, um ou mais silicatos laminares particulados numa quantidade total de 0,1% a 0,4% em peso, preferivelmente de 0,1% a 0,3% em peso, onde o dgo da quantidade total de silicatos laminares é menor que 45 pm, de 0,3% a 3% em peso, preferivelmente de 0,57% a 0,77% de dióxido de silicio amorfo particulado, preferivelmente dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado, e de 0,01% a 1% em peso de grafite, onde cada porcentagem baseia-se na massa total da mistura de materiais de moldagem.
  7. 7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de o material-base de molde compreender areia de quartzo, preferivelmente pelo menos 50% em peso, mais preferivelmente pelo menos 80% em peso de areia de quartzo, baseado na massa total do material-base de molde, e/ou a cura da mistura de materiais de moldagem ser assistida
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    3/7 ou provocada aquecendo a mistura de materiais de moldagem moldada, preferivelmente aquecendo num molde de moldagem aquecido, preferivelmente num molde de moldagem aquecido com uma temperatura na faixa de 100 a 300°C, e/ou gaseificando com ar quente, onde o aquecimento e/ou a gaseificação estabelece, preferivelmente, uma temperatura na faixa de 120 a 180°C pelo menos em regiões da mistura de materiais de moldagem moldada, ser assistida ou provocada pela hidrólise de um éster, onde pelo menos um dos ésteres é, preferivelmente, selecionado do grupo consistindo dos produtos de reação intramolecular ou intermolecular de um álcool e um ácido, onde o álcool é selecionado do grupo consistindo de monoálcoois de Ci-Cs, diálcoois de Ci-Cs, preferivelmente diálcoois de C2-C8 e triálcoois de Ci-Cs, preferivelmente triálcoois de C3-C8, preferivelmente selecionado do grupo consistindo de etileno glicol, propano1,2-diol e glicerol, e o ácido é selecionado do grupo consistindo de ácidos monocarboxilicos orgânicos de C2-C8, ácidos dicarboxilicos orgânicos de C2-C8, ácidos tricarboxilicos orgânicos de C2-C8, preferivelmente ácidos tricarboxilicos orgânicos de C4-C8, e ácidos inorgânicos, preferivelmente selecionados do grupo consistindo de ácido fórmico, ácido acético, ácido propiônico, ácido lático, ácido oxálico, ácido succinico, ácido malônico, ácido fosfórico, ácido sulfúrico, ácido bórico e ácido carbônico, onde pelo menos um dos ésteres é preferivelmente carbonato de propileno ou y-butirolactona, ou ser assistida ou provocada gaseificando a mistura de materiais de moldagem moldada com um gás ou mistura gasosa contendo menos que 1% molar de CO2.
  8. 8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de
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    4/7
    1 a 7, caracterizado pelo fato de o molde ou o núcleo de fundição produzido ser aquecido temporariamente pelo menos em regiões numa temperatura maior que 900 °C tal que a decomposição seja subsequentemente facilitada, preferivelmente com aquecimento a uma temperatura menor que 1600°C, mais preferivelmente numa temperatura na faixa entre 900°C e 1600°C, e/ou o molde ou o núcleo de fundição produzido ser aquecido temporariamente pelo menos em regiões, contatando com um fundido metálico na operação de fundição, a uma temperatura maior que 900°C tal que a decomposição seja subsequentemente facilitada, preferivelmente com aquecimento numa temperatura menor que 1600°C, mais preferivelmente numa temperatura na faixa entre 900°C e 1600°C, preferivelmente usando um fundido metálico consistindo de ferro, ligas de ferro, aço, ligas de aço, latão e ligas de latão.
  9. 9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, para a produção de um material-base de molde regenerado do molde ou do núcleo de fundição produzido após o aquecimento, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas adicionais: agir mecanicamente sobre o molde ou o núcleo de fundição produzido, tal que o molde ou o núcleo de fundição decomponha-se, produzir o material-base de molde regenerado a partir do molde ou do núcleo de fundição decomposto, compreendendo, preferivelmente, separação e remoção da poeira, sendo que a separação compreende, preferivelmente, uma separação física.
  10. 10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de a mistura de materiais de moldagem provida ou produzida conter uma proporção de material-base de molde regenerado produzido, conforme
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    5/7 definido pela reivindicação 9 e/ou a moldagem da mistura de materiais de moldagem e/ou a cura da mistura de materiais de moldagem ser efetuada por meio de uma impressora 3D e/ou a moldagem da mistura de materiais de moldagem ser efetuada num método de impressão 3D e a cura da mistura de materiais de moldagem ser efetuada durante a operação de impressão 3D e/ou após a operação de impressão 3D.
  11. 11. Mistura para combinação com uma solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel para produção de moldes ou
    núcleos de fundição, caracterizada pelo f at o de compreender de 10% a 98% em peso de dióxido de silicio amorfo particulado, preferivelmente dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado, de 0% a 15% em peso de grafite, um ou mais óxidos metálicos mistos parti culados,
    cada um compreendendo pelo menos um óxido de aluminio e/ou pelo menos um óxido de zircônio, numa quantidade total de 0% a 80% em peso, e para facilitar a decomposição e/ou aumentar a regenerabilidade do molde ou do núcleo de fundição, um ou mais silicatos laminares particulados numa quantidade total de 2% a 80% em peso, onde o dgo da quantidade total de silicatos laminares é menor que 45 pm, onde as porcentagens baseiam-se na massa total da mistura, preferivelmente compreendendo de 25% a 95% em peso, preferivelmente de 40% a 95% em peso de dióxido de silicio amorfo particulado, preferivelmente dióxido de silicio amorfo particulado coloidal pirogenado, de 1,5% a 12,5% em peso, preferivelmente de 1,5% a 6% em peso de grafite, um ou mais óxidos metálicos mistos particulados, cada um compreendendo pelo menos um óxido de aluminio e/ou pelo menos um óxido de zircônio, numa quantidade total de 0% a 65,5% em peso, preferivelmente de 0%
    Petição 870190100105, de 07/10/2019, pág. 84/87
    6/Ί a 45% em peso, um ou mais silicatos laminares particulados numa quantidade total de 5% a 50% em peso, preferivelmente de 15% a 50% em peso, onde o dgo da quantidade total de silicatos laminares é menor que 45 μπι, onde as porcentagens baseiam-se na massa total da mistura, onde a mistura é mais preferivelmente uma mistura em estado sólido ou uma dispersão composta de duas ou mais fases.
  12. 12. Sistema ligante de múltiplos componentes, caracterizado pelo fato de compreender como componentes espacialmente separados ou mutualmente misturados, (A) mistura, conforme definida pela reivindicação 11, (B) uma solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel, preferivelmente um vidro solúvel tendo um módulo de SÍO2/M2O molar na faixa de 1,6 a 4,0, preferivelmente na faixa de 1,8 a 2,5, onde M2O indica a quantidade total de óxido de litio, óxido de sódio e óxido de potássio.
  13. 13. Mistura de materiais de moldagem, caracterizada pelo fato de compreender pelo menos os componentes (A) e (B) , conforme definidos na reivindicação 12 e, como componente (D) um material-base de molde refratário, compreendendo, preferivelmente, como material-base de molde refratário, um material-base de molde regenerado, o dito material-base de molde regenerado sendo, mais preferivelmente, produzivel por um processo, conforme definido na reivindicação 9.
  14. 14. Uso de uma quantidade de silicatos laminares particulados, tendo dgo menor que 45 μπι ou de uma mistura conforme definida na reivindicação 11, caracterizado pelo fato de ser como aditivo para a produção de uma mistura de materiais de moldagem compreendendo vidro solúvel e dióxido de silicio amorfo particulado, preferivelmente dióxido de
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    7/7 silício amorfo particulado coloidal pirogenado, que é curada por reação química dos constituintes da mistura de materiais de moldagem entre si, na produção de um molde ou núcleo de fundição, para facilitar a decomposição ou para aumentar a regenerabilidade do molde ou do núcleo de fundição.
BR112019021024-5A 2017-04-07 2018-04-05 Processo para produzir moldes de fundição, machos de fundição e materiais-base de moldes regenerados dos mesmos, mistura para combinação com uma solução ou dispersão compreendendo vidro solúvel para produção de moldes ou machos de fundição, sistema ligante de múltiplos componentes, mistura de materiais de moldagem e uso de uma quantidade de silicatos laminares particulados BR112019021024B1 (pt)

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