IT8109356A1 - Procedimento per la produzione di anime e forme in fonderie - Google Patents

Description

"PROCEDIMENTO PER LA PRODUZIONE DI ANIME E FORME IN FONDERIA

RIASSUNTO

Procedimento per la produzione di anime e forme in fonderia a partire da miscele di formatura a base di una sabbia da fonderia ed un composto poliisocianato o un prepolimero contenente gruppi isocianici liberi, la quale miscela viene poi indurita portandola a contatto con acqua, sia liquida che allo stato di vapore.Il processo consente la produzione di anime e forme con buone caratteristiche tecnologiche e non comporta alcun problema di inquinamento dell'ambiente di lavoro.

DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un nuovo procedimento per la produzione delle anime e delle forme in fonderia.

L'invenzione si riferisce inoltre alle anime e alle forme prodotte secondo il procedimento in questione.

Come ? noto, tra i vari processi conosciuti in fonderia per la fabbricazione delle anime e delle forme, rivestono particolare importanza quelli che prevedono 1'insufflaggio di opportuni prodotti gassosi in raiscele di formatura costituite da una sabbia da fonderia, quale sabbia silicea, di olivina, di zircone, di sillimanite, di mullite e simili, e da un appropriato legante organico o inorganico, detto prodotto gassoso reagendo con il legante, o comunque attivando un processo di reticolazione di quest'ultimo che in definitiva porta all'indurimento della miscela di formatura.

A seconda del gas utilizzato per ottenere l'induri-, mento delle suddette miscele, si possono distinguere i seguenti processi:

1 - processo ad anidride carbonica, in cui il legante ? di natura inorganica ed ? costituito essenzialmente da silicato di sodio, eventuaImenite additivato con carboidrati ;

2 - processo ad ammine volatili (ad esempio trimetrilammina) , in cui una resina fenolica viene reticolata con un poliisocianato;

3- processo ad anidride solforosa, in cui una resina furanica, fenolica o fenolfuranica viene reticolata in presenza di perossido organico come attivatore;

4 - processo al borotrifluoruro, in cui una resina furanica, fenolica o fenolfuranica, viene reticolata con un meccanismo cationico innescato dal fluoruro di boro;

5 - processo che usa una resina o una miscela di resine idrossilate e carbossilate che viene indurita con insufflazione di anidride carbonica.

Con particolare riferimento al processo alle animine volatili, la miscela di formatura impiegata per la fabbricazione dell'anima o della forma, viene preparata miscelando secondo rapporti di composizione noti una sabbia da fonderia del tipo suddetto con un idoneo legante costituito da una miscela di un di- o triisocianato e di un composto poliidrossilato. I due costituenti del legante tendono a reagire tra loro, ma la velocit? di reazione, a temperatura ambiente e in assenza di catalizzatori, ? molto lenta, per cui la vita di banco della miscela ? sufficiente per consentire le normali operazioni di fonderia (omogeneizzazione, ecc.). Solo al momento in cui la miscela di formatura viene iniettata ("sparata") in una cassa d'anima ed insufflata con un catalizzatore a base di animine gasificate, si ottiene l'indurimento in breve tempo secondo la reazione O^ C=-N? R? N=C? 0 HO? R? HO _ RNH?.

RNH2 . 0? C-=N? R? NH? ?? 0 ? R? OH .

Come animinevolatili,possono essere adoperate in particolare dimetilammina, trimetilammina, isobutilammina e simili .

E 'anche noto d'altra parte che tale processo presenta il serio inconveniente di un elevato carico inquinante soprattutto nei riguardi dell'ambiente di lavoro.

In esso infatti risultano continuamente presenti vapori di ammine volatili, che sono notoriamente nocivi o tossici,e per di pi? di odore estremamente sgradevole, il quale permane nel manufatto anche durante l'immagazzinamento. Per limitare questo inconveniente, attualmente devono essere prese particolari, complesse precauzioni che per? incidono notevolmente sul costo di produzione delle anime e delle forme medesime.

E' stato ora messo a punto,e forma l'oggetto della presente invenzione, un nuovo processo per la preparazione di anime e forme in fonderia a partire da miscele di formatura utilizzanti un legante a base di composti contenenti pi? gruppi isocianici (?N*C=0) liberi,che consente di ovviare all'inconveniente sopra lamentato. ;La caratteristica fondamentale del nuovo processo consiste nel fatto che la fase di indurimento della miscela di formatura viene condotta portando quest'ultima a contatto con acqua sia sotto forma liquida che di vapore. La miscela di formatura ? inoltre costituita da una sabbia del tipo comunemente in uso per la fabbricazione di anime e forme in fonderia, opportunamente omogeneizzata con un legante costituito da un di-o triisocianato o alternativamente da un prepolimero contenente gruppi isocianici liberi ottenuto facendo reagire detti isocianati con un eccesso, rispetto allo stechiometrico di polioli, poliesteri e materiali poliossidrilati in genere. ;La reazione di reticolazione del legante,che porta all'indurimento della miscela di formatura,pu? essere suddivisa in due stadi, nel primo dei quali ;l'acqua reagendo con un gruppo isocianico, presente nel composto isocianato o nel prepolimero, forma un gruppo arminico e libera anidride carbonica, nel secondo il gruppo amminico reagisce con un ulteriore gruppo isocianico dando origine ad un intermedio che pu? ulteriormente reagire oon l'acqua o con un altro gruppo amminico, procedendo rapidamente verso la formazione di un polimero reticolato capace di provocare 1'indurimento della miscela. Lo schema generale di reazione sar? pertanto il seguente: ;R ? N? C ? 0 H20 - ? R? NH2 C02 ;R ? NH? R? N=C=0 - ? R? NH ? ? ? NH? R ;;dove con R ? indicato un radicale contenente ulteriori gruppi isocianici liberi. ;Il procedimento per la produzione di anime e forme in fonderia secondo la presente invenzione ? pertanto caratterizzato dal fatto di prevedere le operazioni di: miscelare una sabbia da fonderia con un composto contenente pi? gruppi isocianici liberi, in modo da ottenere una miscela di formatura; omogeneizzare la miscela di formatura cos? ottenuta e; portare detta miscela di formatura a contatto con acqua al momento dell'iniezione in una ??rma o cassa d'anima. ;In particolare,impiegando acqua allo stato liquido, essa potr? essere aggiunta alla miscela di formatura immediatamente prima dell'iniezione nella forma, provvedendo poi a costipare accuratamente la miscela bagnata dentro di essa; alternativamente l'acqua potr? essere portata a contatto della miscela di formatura sotto forma nebulizzata o comunque trascinata in una corrente gassosa inerte precedentemente umidificata. Impiegando invece acqua allo stato di vapore, si pu? adoperare con particolare vantaggio vapor d'acqua surriscaldato a bassa pressione, dell'ordine cio? di 1-5 atm. ;Nella pratica dell'invenzione, al fine di accelerare la reazione fra poliisocianato ed acqua ?? alternativamente vapor d'acqua, i composti poliisocianati suddetti vengono addizionati con catalizzatori a base di ammine non volatili, quali ad esempio la trietilendiammina, oppure con "saponi metallici", cio? sali organici a base de metalli pesanti quali cobalto, manganese, zinco, stagno del tipo dei naftenati, ottoati, laurati variamente sostituiti quali ad esempio il dibutildilaurato di stagno. ;Itel caso in cui l'acqua venga fornita sotto forma di vapore.. ? preferibile effettuare un'ulteriore operazione di lavaggio con gas secchi, quali azoto, anidride carbonica, aria secca, allo scopo di eliminare tracce d'acqua di condensazione dalla forma o dall'anima. ;Le anime e le forme prodotte secondo il procedimento sopra descritto completano il loro indurimento in tempi tecnologicamente soddisfacenti e presentano caratteristiche meccaniche molto buone e comunque paragonabili a quelle ottenibili con il processo ad ammine volatili. ;Nella pratica della presente invenzione, la quantit? di composto poliisocianato nella miscela di formatura dovr? essere compresa fra 1'1 ed il 10% in peso, in particolare pi? preferibilmente tra 1? .5 ed il 4%. ;Per quanto riguarda i catalizzatori suddetti impiegati per accelerare la reazione fra poliisocianato ed acqua, il quantitativo percentuale di essi impiegato nelle miscele di formatura ? compreso tra lo 0.1 ed il 10% e preferibilmente tra 1'1 ed il 5% in peso rispetto alla quantit? di composto poliisocianato adoperato. La quantit? d'acqua allo stato impiegata ? generalmente compresa tra lo 0.5 ed il 5% del peso di composto poliisocianato, mentre ? in eccesso rispetto al fabbisogno stechiometrico se fornita sotto forma di vapore. Il tempo di indurimento varia da 5 a 30 minuti a seconda della quantit? d'acqua impiegata. ;Verranno dati qui di seguito alcuni esempi pratici di applicazione del procedimento secondo l'invenzione. ;ESEMPIO 1 ;100 Kg. di sabbia silicea, avente indice di finezza AFS 55/60 e con contenuto in silice maggiore dell'80%, sono stati miscelati con 2 Kg. di 1-4 difenilmetandiisocianato in forma liquida a cui ? stato aggiunto, quale catalizzatore, 20 g. di trietilendiammina in solvente non volatile. Tale miscela ha una vitalit? di 20/30 minuti, in quanto esiste una umidit? ambiente e una umidit? propria delle sabbie che iniziano la reazione di indurimento. ;Con tale miscela sono stati preparati dei provini ai quali ? stato insufflato vapore alla pressione di 1,5 atm. L'indurimento ? avvenuto in 30 secondi. Sono state rilevate le seguenti caratteristiche meccaniche: ;;2 ;resistenza alla trazione, Kg/cm : 20.5 ;;2 ;resistenza alla flessione, Kg/cm : 45.0 ;ESEMPIO 2 ;100 Kg. di sabbia silicea avente caratteristiche come dall'esempio 1, sono miscelati con 2 Kg. di 1-4 difenilmetandiisocianato in forma liquida a cui ? stato aggiunto quale catalizzatore 2Q g. di dibutildilaurato di stagno. Anche questa miscela ha una vita da banco di 20/30 minuti. Essa ? stata usata per fare dei provini che sono stati insufflati con vapore d'acqua a bassa pressione; si sono rilevate le seguenti caratteristiche meccaniche: ;resistenza a trazione, Kg/cm2: 18.5 ;;2 ;resistenza a flessione, Kg/cm : 45.0 ;ESEMPIO 3 ;100 Kg. di sabbia silicea avente caratteristiche come da esempio 1 sono stati miscelati con 2 Kg. di un ? ;prepolimero preparato facendo reagire 5 moli di 1-4 difenilmetandiisocianato con una mole di poliestere lineare di peso molecolare all'incirca pari a 2.000 in presenza di 20 g. di dibutildilaurato di stagno. ;La miscela ? servita per fare provini che sono induriti in 15/20 secondi per insufflazione di vapor d?acqua alla pressione di 1.2 atm. ;Le caratteristiche meccaniche rilevate sui provini prodotti sono state le seguenti: ;;2 ;resistenza a trazione, Kg/cm : 22 ;;2 ;resistenza a flessione, Kg/cm : 39 ;ESEMPIO 4 ;E1 stata preparata una miscela di formatura aggiungendo a 100 Kg. di sabbia silicea, avente caratteristiche come da esempio 1, 2 Kg. di 1-4 difenilmetandiisocianato in forma liquida e 20 g. di dibutildilaurato di stagno. A tale miscela vengono aggiunti 40 g. di acqua. La miscela cos? ottenuta viene immessa in una cassa d'anima ed ivi ben costipata. Dopo circa 15 minuti l'anima viene estratta gi? indurita. ;Jalle prove di resistenza meccanica eseguite su provini preparati nel modo suddetto si sono ottenuti i seguenti risultati: ;2 ;resistenza a trazione, Kg/cm : 20 ;2 ;resistenza a flessione, Kg/cm : 41 ;E' da rilevare infine che l'acqua necessaria per attivare il processo di indurimento potr? essere fornita anche indirettamente alla miscela di formatura impiegando sostanze capaci di liberare acqua " in situ" quali ad esempio acqua ossigenata o sali contenenti molecole d'acqua di cristallizzazione. ;;

Claims (1)

RIVENDICAZIONI ;

1. Procedimento per la produzione di anime e forme .in fonderia caratterizzato dal fatto di prevedere le operazioni di: miscelare una sabbia da fonderia con un composto contenente pi? gruppi isocianici liberi, in modo da ottenere una miscela di formatura; omogeneizzare la miscela di formatura cos? ottenuta e;portare detta miscela di formatura a contatto con acqua al momento dell'iniezione in una forma o cassa d'anima. ? ;2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detta miscela di formatura ? miscelata con acqua allo stato liquido e poi costipata nell'apposita forma o cassa d'anima. ;3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detta miscela di formatura ? insufflata con vapor d'acqua dopo l'iniezione nella forma o cassa d'anima. ;4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, in cui detto vapor d'acqua ? surriscaldato a bassa pressione. ;5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, in cui dopo l'operazione d'insufflaggio con vapor d'acqua, ? pre/isto un lavaggio dell'anima o della forma con gas secchi. ;6. Procedimento secondo la rivendicazione 1,in cui la suddetta miscela di formatura viene ulteriormente addizionata con una ammina non volatile. ;7. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detta miscela di formatura ? ulteriormente addizionata con un sapone metallico. ;8. Procedimento secondo la rivendicazione 3, in cui detto sapone metallico ? preferibilmente scelto tranaftenati, ottoati, dilaurati di metalli pesanti quali cobalto, manganese, zinco, stagno. ;9. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detto composto contenente gruppi isocianici liberi ? preferibilmente scelto tra i di- e i triisocianati. ;10. procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detto composto contenente gruppi isocianici liberi ? un prepolimero ottenuto facendo reagire un poliisocianato con un eccesso sullo stechiometrico di polioli, poliesteri, composti poliossidrilati. ;11. Miscela di formatura per la produzione di anime e forme in fonderia, caratterizzata dal fatto di essere costituita da una sabbia da fonderia e da un composto contenente pi? gruppi isocianici liberi secondo la seguente composizione percentuale in peso: ;sabbia 90 - 99% Composto con gruppi ;isocianici liberi 1 - 10% ;12. Miscela di formatura secondo la rivendicazione 9, in cui la quantit? di composto contenente gruppi isocianici liberi ? in particolare compresa tra ? 1.5 ed il 4% in peso. ;13 . Miscela di formatura secondo la rivendicazione 9, contenente inoltre una ammina non volatile nella percentuale in peso compresa tra lo 0.1 ed il 10% rispetto al peso del composto con gruppi isocianici liberi. ;14. Miscela di formatura secondo la rivendicazione 1, in cui la percentuale in peso di detta ammina non volatile ? in particolare compresa tra 1<1>1 ed il 5% rispetto al peso del composto con gruppi isocianici liberi. ;15. Miscela di formatura secondo la rivendicazione 9, comprendente inoltre un sapone metallico nella percentuale in peso compresa tra lo 0.1 ed il 10% rispetto al peso del composto con gruppi isocianici liberi. ;16. Miscela di formatura secondo la rivendicazione 13, in cui la percentuale in peso di detto sapone metallico ? in particolare compresa tra 1? ed il 5% rispetto al peso del composto con gruppi isocianici liberi. ;17. Miscela di formatura secondo la rivendicazione 14, in cui detto sapone metallico ? scelto tra naftenati, ottoati, dilaurati di metalli pesanti quali zinco, cobalto, manganese, stagno. ;18 . Anime e forme per fonderia ottenute secondo il procedimento quale rivendicato in una qualunque delle rivendicazioni da 1 a le. ;19? Anime e forme per fonderia ottenute a partire da miscele di formatura secondo quanto rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni da 11 a 17. *