JP2021505719A - バインダー系 - Google Patents

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Abstract

本開示は、鋳型を作製するためのバインダー系を含む。バインダー系は、褐炭を含むフミン質含有成分と、イソシアネート成分と、触媒成分とを含み得る。主型及び中子等の鋳型を作製するために、バインダー系を骨材（例えば、砂）と混合することができる。また、バインダー系を用いた鋳型の作製方法も本明細書にて開示する。【選択図】なし

Description

［優先権主張］
本ＰＣＴ国際出願は、２０１７年１２月８日付けで出願された米国仮特許出願第６２／５９６，３４５号の優先権の利益を主張し、その主題は、引用することによりその全体が本出願の一部をなす。
本開示の実施の形態は、概して、例えば、鋳型を作製するためのバインダー系、及び鋳型の作製方法に関する。
鋳造は、加熱液体材料、多くの場合金属又は金属合金を、鋳型（例えば、主型の空洞部又は中子の周囲）に流し込み、鋳型の形状で冷却して鋳物を製造する鋳造方法である。次いで、鋳造した金属鋳物を取り出す。鋳型は、典型的には、鋳造用混合物、例えば、骨材とバインダーとの混合物から形成され、次いで、硬化される。
バインダー系は、健康を害し得る有機溶媒を含有することが多い。このような有機溶媒としては、ホルムアルデヒド及び／又はフェノールを含み得るが、これらは幾つかの用途においては望ましくないことがある。また、砂等の骨材と混合して鋳造用混合物を形成する場合、バインダー系の成分は、硬化より前に早期に反応する可能性がある。この反応によって、主型及び中子の形状に鋳造用混合物を成形する能力を損なうことがある。さらに、バインダー系のこれらの不利点によって、鋳型の強度が不十分となり、鋳造品の品質が悪くなる可能性がある。
本開示は、鋳型を作製するためのバインダー系を含む。幾つかの例によれば、バインダー系は、褐炭と、少なくとも１種のケイ酸塩鉱物と、少なくとも１種のポリオールとを含む第１の成分であって、前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物が、前記第１の成分の全重量に対して、シリカを少なくとも５重量％含み得る、第１の成分と、少なくとも１種のイソシアネートを含む第２の成分と、少なくとも１種の触媒を含む第３の成分とを含み得る。幾つかの場合、バインダー系は、該系の全重量に対して、前記第１の成分を約５重量％〜約６５重量％含み得る。少なくとも１つの例において、前記褐炭及び前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物は、天然鉱床から得られ得る。少なくとも１つの例において、前記第１の成分の強熱減量（ＬＯＩ）値は、約５０％〜約７０％の範囲であり得る。幾つかの例において、前記第１の成分と、前記第２の成分と、前記第３の成分とが重合可能であり得る。少なくとも１つの例において、バインダー系は、フェノール、ホルムアルデヒド、又はフェノール及びホルムアルデヒドの両方を実質的に含まないことがある。
幾つかの例において、前記第１の成分は、該第１の成分の全重量に対して、前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物を少なくとも１０重量％含み得る。例えば、前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物は、前記第１の成分の全重量に対して、アルミナを少なくとも２重量％含み得る。幾つかの例において、前記第１の成分は、該第１の成分の全重量に対して、フミン酸を６０重量％未満含み得る。幾つかの例において、前記第１の成分は、該第１の成分の全重量に対して、フミン酸を約１０重量％〜約３０重量％含み得る。幾つかの場合、前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物は、カオリナイト、マイカ、又はこれらの組み合わせを更に含み得る。幾つかの例において、前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物は、ボールクレー、カオリンクレー、又はこれらの組み合わせを含み得る。幾つかの例において、バインダー系は、該系の全重量に対して、前記褐炭を約５重量％〜約６５重量％含み得る。
本開示の幾つかの態様によれば、バインダー系は、該系の全重量に対して、前記少なくとも１種のポリオールを約１重量％〜約６０重量％含み得る。例えば、前記少なくとも１種のポリオールは、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、ヘキサン−１，６−ジオール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、グリセロール、マンニトール、ソルビトール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ブチレングリコール、ジブチレングリコール、ポリブチレングリコール、又はこれらの組み合わせを含み得る。
幾つかの例において、前記バインダー系における第２の成分は、該系の全重量に対して、前記少なくとも１種のイソシアネートを約１０重量％〜約８０重量％含み得る。幾つかの場合、前記第２の成分における少なくとも１種のイソシアネートは、２，４−ジイソシアナトトルエン、２，６−ジイソシアナトトルエン、４，４’−メチレンジフェニルジイソシアネート、２，４−メチレンジフェニルジイソシアネート、２，２’−メチレンジフェニルジイソシアネート、ポリマーメチレンジフェニルジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、４，４’，４’’−トリイソシアナトトリフェニルメタン、ビス（３，５−ジイソシアナト−２−メチルフェニル）メタン、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、３−イソシアナトメチル−３，５，５−トリメチルシクロヘキシル（イソホロン）イソシアネート、これらの誘導体、又はこれらの組み合わせを含み得る。
本開示の幾つかの態様によれば、前記少なくとも１種の触媒は、３級アミンを含み得る。代替的又は追加的には、前記少なくとも１種の触媒は、フェニルピリジン、ピリジン、アクリジン、２−メトキシピリジン、ピリダジン、３−クロロピリジン、キノリン、Ｎ−メチルイミダゾール、Ｎ−エチルイミダゾール、４，４’−ジピリジン、４−フェニルプロピルピリジン、１−メチルベンズイミダゾール、１，４−チアジン、又はこれらの組み合わせを含み得る。幾つかの場合、前記少なくとも１種の触媒は気体を含み得る。代替的又は追加的には、前記少なくとも１種の触媒は液体を含み得る。
本明細書では、鋳型の作製方法を更に開示する。例えば、この方法は、（１）褐炭と、少なくとも１種のケイ酸塩鉱物と、少なくとも１種のポリオールとを含む第１の成分であって、前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物が、前記第１の成分の全重量に対して、シリカを少なくとも５重量％含み得る、第１の成分と、（２）少なくとも１種のイソシアネートを含む第２の成分と、（３）骨材とを混ぜ合わせることにより、混合物を準備することと、前記混合物を、少なくとも１種の触媒を含む第３の成分と接触させることと、前記少なくとも１種の触媒によって、前記混合物を硬化させることとを含み得る。少なくとも１つの例において、前記骨材は砂を含み得る。幾つかの場合、前記褐炭及び前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物は、天然鉱床から得られ得る。例えば、前記天然鉱床は、ボールクレー鉱床又はカオリンクレー鉱床であり得る。幾つかの例において、褐炭の天然源に前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物を添加することにより前記第１の成分を準備してもよい。
本開示の幾つかの態様によれば、この方法は、前記混合物を前記第３の成分と接触させる前に、前記混合物を中子形状に成形することを更に含み得る。幾つかの例において、前記少なくとも１種の触媒は気体であり得て、前記混合物を前記第３の成分と接触させることは、前記気体を前記中子形状に通過させることを含み得る。代替的又は追加的には、前記少なくとも１種の触媒は液体であり得る。これらの場合、この方法は、前記混合物を前記第３の成分と接触させた後、かつ前記混合物を硬化させる前に、前記混合物を主型形状に成形することを更に含み得る。
本開示の特定の態様を、以下でより詳細に記載する。引用することにより本出願の一部をなす用語及び／又は定義と矛盾する場合には、本明細書に示される用語及び定義を優先する。
本明細書で使用される場合に、用語「含む（"comprises," "comprising,"）」、又はこれらの他のいかなる変形語も、非排他的な包括を範囲に含むものと解釈されるため、要素の列挙を含むプロセス、方法、組成物、物品、又は装置は、これらの要素だけを含むものではなく、そのようなプロセス、方法、組成物、物品、又は装置に表現上列挙されていない他の要素又はそれらに固有の要素も含み得る。用語「例示的」は、「理想的」ではなく「例」の意味で使用される。
本明細書で使用される場合に、単数形「a」、「an」、及び「the」は、文脈に特段の記載がない限り、複数形の指示対象を含む。用語「ほぼ」及び「約」は、参照された数又は値とほとんど同じであることを指す。本明細書で使用される場合に、用語「ほぼ」及び「約」は、具体的な量又は値の±５％を含むと理解されるべきである。
本開示は、例えば、鋳型を作製するためのバインダー系を含む。バインダー系は、２つ以上の成分の組み合わせを含み得る。本明細書では、バインダー系は、例えば、褐炭及び１種以上の鉱物及び／又はポリオールを含む第１の成分、１種以上のイソシアネートを含む第２の成分、及び／又は１種以上の触媒を含む第３の成分を含み得る。このようなバインダー系は、主型及び中子等の鋳型を製造するのに使用することができる。
本明細書では、バインダー系は１つ以上の成分を含むことができる。本開示の幾つかの態様によると、バインダー系における上記１つ以上の成分は、例えば、他の成分と混ぜ合わせた時に重合可能であってもよい。幾つかの例においては、バインダー系は、ホルムアルデヒド、フェノール、及び／又は芳香族溶媒を含む他の有機溶媒等の有機溶媒を実質的に含まないこととすることができる。例えば、バインダー系は、ホルムアルデヒドを０．０１重量％未満及び／又はフェノールを０．０１重量％未満含む。幾つかの例においては、バインダー系は、ホルムアルデヒド及びフェノールを含まない。幾つかの例においては、環境負荷が低くなるように、バインダー系は揮発性有機化合物を含まない。
本開示の幾つかの態様によると、バインダー系は、ヒドロキシル官能基等の重合性官能基を有する少なくとも１つの材料を含む第１の成分を含む。この重合性材料（複数の場合もある）としては、例えば、フミン質、一価アルコール（例えば、メタノール及びエタノール等の脂肪族アルコール）及び／又はポリオールを含み得る。
本明細書では、フミン質としては、フミン酸、フルボ酸、ヒューミン、又はこれらの任意の組み合わせを含み得る。フミン酸は、重合に十分なヒドロキシル含量を有し得る。幾つかの例においては、フミン酸は、強塩基（例えば、ＮａＯＨ又はＫＯＨ）を用いて、土壌及び他の固相源から抽出することができる。フミン酸は、低ｐＨ（例えば、ｐＨ値約１）では不溶性であり、強酸を添加することによって沈澱させることができる。少なくとも１つの例においては、塩化水素（ＨＣｌ）でｐＨを約１に調節することによって、フミン酸を沈澱させることができる。
フミン質は、様々な有機準鉱物源及び／又は有機鉱物源に由来し得る。少なくとも１つの例においては、フミン質は、褐炭及び／又はレオナルダイトを含む。褐炭は、通常、自然に圧縮された泥炭から形成される燃焼性の褐色の準鉱物である。褐炭は、例えば、超高圧下で腐朽させた木材に由来し得る。本明細書では、バインダー系に適した褐炭としては、以下に挙げる化合物の不均質混合物を含み得る。この化合物としては、酸化褐炭（例えば、レオナルダイト）、鉱山リグニン（mine lignin）、亜炭、スラック褐炭（例えば、部分酸化褐炭）、又はこれらの任意の組み合わせを含むが、これらに限定されるものではない。幾つかの例においては、褐炭は、黒褐色で、例えば約６６％にもなる高い固有水分含量を有し、瀝青炭に比べて高い灰分率を有する亜炭を含み得る。幾つかの例においては、フミン質は、褐炭の酸化形態であり、例えば、石膏及び石英等の様々な鉱物と混合したフミン酸を含むレオナルダイトを含み得る。幾つかの例においては、第１の成分は、褐炭又はレオナルダイト以外のフミン質を含み得る。
本明細書では、バインダー系は、硬化に適したレベルでフミン酸を含み得る。幾つかの例においては、バインダー系の第１の成分は、第１の成分の全重量に対して、８０重量％未満、７０重量％未満、６０重量％未満、５５重量％未満、５０重量％未満、４５重量％未満、４０重量％未満、３５重量％未満、３０重量％未満、２５重量％未満、２０重量％未満、１５重量％未満、又は１０重量％未満のフミン酸を含む。幾つかの例においては、第１の成分は、第１の成分の全重量に対して、約１重量％〜約８０重量％のフミン酸、例えば、約１重量％〜約６０重量％、約１重量％〜約５０重量％、約１０重量％〜約４０重量％、約１０重量％〜約３０重量％、約１５重量％〜約２５重量％、約１５重量％〜約２０重量％、又は約１０重量％〜約２０重量％のフミン酸を含む。
少なくとも１つの例においては、第１の成分は、褐炭の全重量に対して、約５重量％〜約５０重量％のフミン酸、例えば、約１０重量％〜約４５重量％又は約１０重量％〜約３０重量％のフミン酸を含有する褐炭を含む。少なくとも１つの例においては、第１の成分は、褐炭の全重量に対して、約１５重量％〜約２５重量％のフミン酸を含む褐炭を含み得る。
フミン質（例えば、褐炭）におけるフミン酸の量は、カリフォルニア食品農業省（ＣＤＦＡ）法又はＬａｍａｒらによる方法（J. AOAC Int., vol. 97, pp. 721-730, 2014）に従って測定することができる。
幾つかの例においては、バインダー系は、バインダー系の全重量に対して、約１重量％〜約８０重量％の褐炭を含み得る。例えば、バインダー系は、バインダー系の全重量に対して、約５重量％〜約７０重量％、約５重量％〜約６５重量％、約１０重量％〜約６０重量％、約２０重量％〜約５０重量％、約１重量％〜約２０重量％、約１０重量％〜約３０重量％、約２０重量％〜約４０重量％、約３０重量％〜約５０重量％、約４０重量％〜約６０重量％、約５０重量％〜約７０重量％、又は約６０重量％〜約８０重量％の褐炭を含み得る。
本明細書では、第１の成分は、１種以上の鉱物、例えば、カオリン質クレー（例えば、ボールクレー、カオリンクレー等）等の天然クレーに存在する１種以上の鉱物を更に含み得る。本明細書中のバインダー系に適した鉱物の例としては、シリカ（例えば、石英）、アルミナ、カオリナイト、マイカ、酸化鉄（ＩＩＩ）、酸化鉄（ＩＩ）、二酸化チタン、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
幾つかの例においては、第１の成分は、第１の成分の全重量に対して、少なくとも５重量％、少なくとも１０重量％、少なくとも１５重量％、少なくとも２０重量％、少なくとも３０重量％、少なくとも４０重量％、又は少なくとも５０重量％の鉱物（複数の場合もある）を含み得る。例えば、第１の成分は、第１の成分の全重量に対して、約１重量％〜約５０重量％、例えば、約１重量％〜約１０重量％、約５重量％〜約１５重量％、約１０重量％〜約２０重量％、約１５重量％〜約２５重量％、約２０重量％〜約３０重量％、約２５重量％〜約３５重量％、又は約３０重量％〜約４０重量％の鉱物（複数の場合もある）を含み得る。
本開示の幾つかの態様によると、鉱物（複数の場合もある）は、シリカ及び／又はアルミナを含む。例えば、第１の成分は、第１の成分の全重量に対して、少なくとも１重量％のシリカ、例えば、少なくとも３重量％、少なくとも５重量％、少なくとも６重量％、少なくとも７重量％、少なくとも８重量％、少なくとも９重量％、少なくとも１０重量％、少なくとも１５重量％、少なくとも２０重量％、少なくとも３０重量％、少なくとも４０重量％、又は少なくとも５０重量％のシリカを含み得る。例えば、第１の成分は、第１の成分の全重量に対して、約１重量％〜約６０重量％のシリカ、例えば、約１重量％〜約１０重量％、約５重量％〜約１５重量％、約７重量％〜約１８重量％、約１０重量％〜約２０重量％、約１５重量％〜約２５重量％、約２０重量％〜約３０重量％、約２５重量％〜約３５重量％、又は約３０重量％〜約４０重量％のシリカを含み得る。
代替的又は追加的には、第１の成分は、第１の成分の全重量に対して、少なくとも１重量％のアルミナ、例えば、少なくとも２重量％、少なくとも３重量％、少なくとも４重量％、少なくとも５重量％、少なくとも６重量％、少なくとも７重量％、少なくとも８重量％、少なくとも９重量％、少なくとも１０重量％、少なくとも１５重量％、少なくとも２０重量％、又は少なくとも３０重量％のアルミナを含み得る。例えば、第１の成分は、第１の成分の全重量に対して、約１重量％〜約５０重量％のアルミナ、例えば、約２重量％〜約１０重量％、約３重量％〜約５重量％、約３重量％〜約２０重量％、約１５重量％〜約２５重量％、又は約２０重量％〜約３０重量％のアルミナを含み得る。
幾つかの例においては、第１の成分のフミン質（複数の場合もある）及び鉱物（複数の場合もある）は、同じ天然源、例えば、同じ天然褐炭鉱床又は天然鉱床から得られ得る。例えば、第１の成分は、褐炭及び粘土鉱物の両方を含有する天然鉱床から得られた褐炭及び鉱物を含み得る。例えば、褐炭鉱床は、ボールクレー鉱床又はカオリンクレー鉱床等の天然鉱床に隣接するか、上にあるか、又は下にあることがある。天然鉱床の強熱減量（ＬＯＩ）値は、その鉱床に存在する有機材料の量の指標を提供し得る。ＬＯＩ値とは、高温で加熱する（材料を燃やす）前後での材料の重量差を指す。幾つかの例においては、天然鉱床は、約３０％〜約９０％の範囲、例えば、約４０％〜約８０％、約５０％〜約７０％、約４０％〜約６０％、又は約６０％〜約８０％の範囲のＬＯＩ値を有し得る。少なくとも１つの例においては、第１の成分は、褐炭を含有し、約５０％〜約７０％の範囲のＬＯＩ値を有する天然鉱床を含む。
代替的又は追加的には、第１の成分のフミン質（複数の場合もある）及び鉱物（複数の場合もある）は、異なる源、例えば、異なる天然鉱床から得られ得る。例えば、カオリン鉱床から得られた鉱物（複数の場合もある）を、別に得られた褐炭と混合してもよい。
幾つかの態様によると、鉱物成分が存在することで、分散剤を添加しなくても、フミン質（複数の場合もある）及び／又は褐炭の水性懸濁液を安定化することができる。このような懸濁液は、低い鉱物含量を有する他のフミン質（複数の場合もある）及び／又は褐炭に由来する懸濁液、例えば、石炭鉱床と関係する褐炭鉱床に由来する懸濁液よりも高い安定性を有することができる。
本開示の幾つかの態様によると、第１の成分は、１種以上のポリオールを更に含む。用語「ポリオール」は、少なくとも２つのヒドロキシル基を有する有機化合物を指す。この１種以上のポリオールは、フミン質（複数の場合もある）中に存在してもよく（例えば、褐炭に含まれるフミン酸のポリオール成分）、及び／又は、別の化合物であってもよい。
本明細書中のバインダー系に適したポリオールの例としては、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、ヘキサン−１，６−ジオール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、グリセロール、マンニトール、ソルビトール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ブチレングリコール、ジブチレングリコール、ポリブチレングリコール、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本明細書では、バインダー系は、１種以上の溶媒を更に含み得る。幾つかの例においては、第１の成分は、バインダー系における他の成分と反応し得る少なくとも１種の溶媒を含み得る。例示的な溶媒としては、数ある考えられる溶媒のうち、アルコール（非褐炭ポリオールを含む）、プロピレンカーボネート、及びブチレンカーボネートが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本開示の幾つかの態様によると、バインダー系は、少なくとも１種のフミン質（例えば、褐炭）と、少なくとも１種の鉱物と、少なくとも１種のポリオールとを含む第１の成分を、バインダー系の全重量に対して、約１重量％〜約８０重量％、例えば、約１重量％〜約７０重量％、約５重量％〜約６５重量％、約５重量％〜約２５重量％、約２０重量％〜約４０重量％、約３５重量％〜約５５重量％、又は約５０重量％〜約７０重量％含み得る。
少なくとも１つの実施例においては、バインダー系は、バインダー系の全重量に対して、約５重量％〜約７５重量％の褐炭、例えば、約５重量％〜約６５重量％、約１０重量％〜約６０重量％、又は約１５重量％〜約５５重量％の褐炭を含む。少なくとも１つの例においては、バインダー系は、バインダー系の全重量に対して、約５重量％〜約６５重量％の褐炭を含む。追加的又は代替的には、バインダー系は、バインダー系の全重量に対して約１重量％〜約７０重量％のポリオール（複数の場合もある）、例えば、バインダー系の全重量に対して、約１重量％〜約６０重量％、約１重量％〜約５０重量％、約１重量％〜約２０重量％、約１０重量％〜約３０重量％、約２０重量％〜約４０重量％、約３０重量％〜約５０重量％、約４０重量％〜約６０重量％、約５０重量％〜約７０重量％、又は約６０重量％〜約８０重量％のポリオール（複数の場合もある）を含み得る。少なくとも１つの例においては、バインダー系は、バインダー系の全重量に対して、約１重量％〜約６０重量％のポリオール（複数の場合もある）を含む。
本明細書では、バインダー系は、例えば、バインダー系における他の成分において、少なくとも１種のイソシアネートを更に含み得る。イソシアネート（複数の場合もある）は、ポリウレタン化学構造において、好適な構成要素として働き得る。好適なイソシアネートとしては、１分子当たり少なくとも２つの活性イソシアネート基を有する芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、及び脂環式ポリイソシアネートが含まれる。本開示の幾つかの態様によると、バインダー系は、バインダー系の全重量に対して、約１重量％〜約９０重量％の少なくとも１種のイソシアネート、例えば、約１０重量％〜約８０重量％、約２０重量％〜約６０重量％、約３０重量％〜約５０重量％、約１重量％〜約３０重量％、約２０重量％〜約５０重量％、約４０重量％〜約７０重量％、又は約６０重量％〜約９０重量％のイソシアネート（複数の場合もある）を含み得る。
本明細書中のバインダー系に適したイソシアネートの例としては、市販のジフェニルメタンジイソシアネートベースのポリイソシアネートである「Ｍｏｎｄｕｒ ５４１」（Covestro AG製）、ジフェニルメタンジイソシアネートベースの水相溶性のポリイソシアネートであるＲｕｂｉｎａｔｅ（商標） １７８０（Huntsman International製）、２，４−ジイソシアナトトルエン、２，６−ジイソシアナトトルエン、メチレンジフェニルジイソシアネート（例えば、４，４’−メチレンジフェニルジイソシアネート、２，４−メチレンジフェニルジイソシアネート、及び２，２’−メチレンジフェニルジイソシアネート）、ポリマーメチレンジフェニルジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、４，４’，４’’−トリイソシアナトトリフェニルメタン、ビス（３，５−ジイソシアナト−２−メチルフェニル）メタン、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、３−イソシアナトメチル−３，５，５−トリメチルシクロヘキシル（イソホロン）イソシアネート、これらの任意の誘導体、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。イソシアネート（複数の場合もある）としては、ベースポリイソシアネートを、二量化又は三量化により改質することにより製造した誘導体を含み得る。例えば、このような誘導体としては、カルボジイミド、ウレトジオン、ビウレット、アロファン酸塩、及びこれらの任意の組み合わせを含むが、これらに限定されるものではない。
本明細書では、バインダー系は、例えば、バインダー系の他の成分において、少なくとも１種の触媒を更に含み得る。幾つかの例においては、触媒（複数の場合もある）は気体を含み得る。代替的又は追加的には、触媒（複数の場合もある）は液体を含み得る。触媒は、例えば、鋳造用途における使用において、バインダー系の硬化を容易にすることができる。
本開示の幾つかの態様によると、触媒（複数の場合もある）はアミンを含み得る。少なくとも１つの例においては、触媒（複数の場合もある）は３級アミンを含み得る。幾つかの例においては、触媒（複数の場合もある）は液状アミンを含み得る。本明細書で使用するのに適した液状アミン触媒は、約７〜約１１の範囲のｐＫｂ値を有する塩基とすることができる。本明細書中で使用する用語「液状アミン」は、周辺温度で液状のアミン、又は適切な溶媒に溶解した固体状又は気体状のアミンを含むことを意味する。ｐＫｂ値は、塩基の解離定数の負の対数とすることができ、塩基性材料の塩基性度の指標である。この数値が高くなる程、塩基は弱くなる。この範囲のｐＫｂ値を有する塩基は、通常、１つ以上の窒素原子を含有する有機化合物である。触媒の例としては、アルキル基が１個〜４個の炭素原子を有する４−アルキルピリジン、イソキノリン、フェニルピリジン等のアリールピリジン、ピリジン、アクリジン、２−メトキシピリジン、ピリダジン、３−クロロピリジン、キノリン、Ｎ−メチルイミダゾール、Ｎ−エチルイミダゾール、４，４’−ジピリジン、４−フェニルプロピルピリジン、１−メチルベンズイミダゾール、及び１，４−チアジンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。幾つかの例では、液状の３級アミン触媒は、例えば、トリス（３−ジメチルアミノ）プロピルアミン等の脂肪族３級アミンであり得る。
様々な触媒活性及び様々な所望の触媒効果を考慮して、バインダー系における触媒濃度を変化させることができる。通常、触媒のｐＫｂ値が低くなる程、組成物の作業時間は短くなり、より早く、より完全に硬化する。本明細書で使用する「作業時間」とは、ポリイソシアネートと、褐炭と、触媒（複数の場合もある）とを混合してから、鋳造形状が、ミシガン州、デトロイトのHarry W. Dieter社から販売されているグリーン硬度「Ｂ」スケールゲージで４５のレベルに達する時間までの時間間隔を指す。
本明細書の幾つかの例によると、バインダー系は、バインダー系の全重量に対して約０．１重量％〜約９９重量％の少なくとも１種の触媒、例えば、バインダー系の全重量に対して、約０．１重量％〜約９５重量％、約０．１重量％〜約９０重量％、約０．２重量％〜約８０重量％、約０．１重量％〜約２０重量％、約１重量％〜約３０重量％、約１０重量％〜約４０重量％、約２０重量％〜約５０重量％、約３０重量％〜約６０重量％、約４０重量％〜約７０重量％、約５０重量％〜約８０重量％、約６０重量％〜約９０重量％、又は約７０重量％〜約９９重量％の少なくとも１種の触媒を含み得る。
幾つかの例においては、触媒（複数の場合もある）の量を調節して、鋳造用混合物の作業時間を約１分〜約３０分、例えば、約２分〜２０分、約１分〜約１０分、約４分〜約１０分、約５分〜約１５分、約１０分〜約２０分、約１５分〜約２５分、又は約２０分〜約３０分の範囲とすることができる。
代替的又は追加的には、触媒（複数の場合もある）の量を調節して、ストリップ時間を約１分〜約３０分、例えば、約２分〜２０分、約１分〜約１０分、約４分〜約１０分、約５分〜約１５分、約１０分〜約２０分、約１５分〜約２５分、又は約２０分〜約３０分の範囲とすることができる。本明細書で使用する「ストリップ時間」とは、イソシアネート（複数の場合もある）と、ポリオール（複数の場合もある）と、触媒（複数の場合もある）とを混合してから、鋳型が、グリーン硬度「Ｂ」スケールゲージで９０のレベルに達する時間までの時間間隔を指す。
上述の通り、バインダー系は、１種以上の溶媒を更に含み得る。例えば、バインダー系は、アルコール及び非褐炭ポリオール等の、イソシアネートと反応可能な１種以上の溶媒を含み得る。代替的又は追加的には、バインダー系は、イソシアネートと反応性のない１種以上の溶媒を含み得る。そのような溶媒の例としては、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
代替的又は追加的には、バインダー系は、１種以上の非フミン質を含み得る。非フミン質としては、本明細書に記載の非フミン質ポリオールを含み得る。非フミン質は、ポリオールではない他の分子も含み得る。幾つかの例においては、バインダー系は、バインダー系の全重量に対して、約１重量％〜約８０重量％、例えば、約１重量％〜約６０重量％、約１０重量％〜約５０重量％、又は約１５重量％〜約２５重量％の非フミン質を含み得る。
本明細書では、例えば、上述の１つ以上の成分と、骨材等のフィラー、例えば、砂とを含む鋳造用混合物から鋳型を作製する方法を更に開示する。通常、バインダー系の成分とフィラー（複数の場合もある）とは、ミキサー、例えば、高速連続ミキサーで混合することができる。次いで、得られた混合物を、型に入れ、周辺温度で硬化させることができる。硬化後、自己支持性の鋳型を型から取り出すことができる。鋳型、例えば、主型半体及び／又は中子を組み立てて、溶融金属を注入し得る完全な鋳型を得ることができる。冷却すると、鋳型の形状を有する金属鋳造品を製造することができる。
幾つかの例においては、鋳型の作製方法は、例えば、バインダー系を作製するために、１つ以上の成分を混合することによって混合物を作製することを含み得る。この方法は、混合物を、鋳型を作製するための主型の形状に成形することを更に含み得る。混合物は、本明細書に記載の第１の成分とイソシアネート（複数の場合もある）とを混ぜ合わせることにより形成することができる。幾つかの例においては、第１の成分は、褐炭に１種以上の鉱物を添加するか、又は褐炭及び１種以上の鉱物の両方を含むサンプルを（例えば、天然鉱床から）得て、任意で、褐炭中に存在するポリオール以外の１種以上のポリオールを添加することによって作製することができる。
バインダー系の１つ以上の成分（例えば、第１の成分及びイソシアネート（複数の場合もある）を含む第２の成分）は、１種以上のフィラーと更に混ぜ合わせることができる。フィラー（複数の場合もある）は、鋳型を作製するのに適した性質であればいかなる性質、例えば、サイズ、形状、及び／又は物理化学的性質も有することができる。フィラーの例としては、例えば、有機材料（例えば、木材、セルロース）又は無機材料（例えば、セラミック、シリカ、ガラス、鉱物）から形成される粉末状材料、顆粒状材料、粒子状材料、繊維状材料、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
幾つかの例においては、フィラー（複数の場合もある）は、１種以上の骨材を含み得る。骨材（複数の場合もある）は、所望の作業時間及び／又はストリップ時間、例えば、約３分〜約１０分の範囲の作業時間及び４分〜約１２分の範囲のストリップ時間の後に、有効な鋳造形状が得られるように、十分に乾燥してもよい。少なくとも１つの例においては、骨材（複数の場合もある）は砂を含み、この砂は天然であっても、合成であってもよい。砂の例示的な種類としては、シリカ砂、湖砂、クロマイト砂、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。幾つかの例においては、砂は、少なくとも６０重量％、少なくとも７０重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも８５重量％、又は少なくとも９０重量％のシリカを含み得る。他の好適な骨材としては、ジルコン、カンラン石、アルミノシリケート、ムライト、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本開示の幾つかの態様によると、バインダー系の量は、骨材（複数の場合もある）の約１０重量％以下、例えば、骨材（複数の場合もある）の重量に対して、約０．１重量％〜約１０重量％、約０．２重量％〜約１０重量％、約０．２重量％〜約５重量％、約０．５重量％〜約２重量％、約０．１重量％〜約１重量％、約０．５重量％〜約１．５重量％、約１重量％〜約２重量％、約１．５重量％〜約２．５重量％、約２重量％〜約３重量％、約２．５重量％〜約３．５重量％、約３重量％〜約４重量％、約３．５重量％〜約４．５重量％、約４重量％〜約５重量％、約５重量％〜約７重量％、又は約６重量％〜約８重量％とすることができる。
鋳型の作製方法は、バインダー系の粘度を調節すること（例えば、本明細書に記載の１種以上の溶媒を使用すること）を更に含み得る。例えば、バインダー系の粘度は、骨材（複数の場合もある）に合うように調節することができる。幾つかの例においては、この方法は、約５０センチポアズ（ｃＰ）〜約４００ｃＰ、約１００ｃＰ〜約３００ｃＰ、約５０ｃＰ〜約１５０ｃＰ、約２００ｃＰ〜約３００ｃＰ、約２５０ｃＰ〜約３５０ｃＰ、又は約３００ｃＰ〜約４００ｃＰの範囲にバインダー系の粘度を調節することを含み得る。
本明細書の方法は、混合物（少なくとも褐炭又は他のフミン質と、１種以上の鉱物（複数の場合もある）とを含む）を、１種以上の触媒を含む成分と接触させ、触媒（複数の場合もある）によって混合物を硬化することを更に含み得る。本開示の幾つかの態様によると、バインダー系は、第１の成分（例えば、第１のパッケージにおいて提供され得る）、イソシアネート（複数の場合もある）を含む第２の成分（例えば、第２のパッケージにおいて提供され得る）、及び触媒（複数の場合もある）を含む第３の成分（例えば、第３のパッケージにおいて提供され得る）の３部構成系として利用され得る。鋳型を作製する場合には、まず、バインダー系の成分を混ぜ合わせ、次いで、骨材（複数の場合もある）と混合することができる。代替的には、バインダー系の１つ以上の成分を、骨材（複数の場合もある）と順次混合してもよい。幾つかの例においては、まず、第１の成分及びイソシアネート（複数の場合もある）を、骨材（複数の場合もある）と混合し、次いで、触媒成分を添加することができる。混合物は、他の成分、例えば、酸化鉄、粉砕亜麻繊維、木材、穀物、ピッチ、耐火物粉末、又はこれらの任意の組み合わせを含有し得る。
本明細書のバインダー系及び方法を使用して、「コールドボックス」法又は「ノーベーク」法を含む鋳造用骨材に適した方法であればいかなる方法によっても、鋳型（例えば、主型及び／又は中子）を作製することができる。コールドボックス法では、圧縮成形した混合物に気体状の硬化剤を通過させて、硬化主型及び／又は硬化中子を製造する。ノーベーク法では、液状３級アミン等の液体触媒を使用することができる。
幾つかの例においては、鋳型の作製方法はコールドボックス法で行うことができる。コールドボックス法は、（１）本明細書に記載のバインダー系を形成するのに必要な成分を準備すること、（２）上記成分を骨材と混合し、次いで、混合物を型における所望の中子及び／又は主型に成形すること、（３）成形した混合物を、触媒（例えば、気体状の３級アミン触媒）と接触させることにより硬化させること、及び（４）工程（３）の硬化物を型から取り出すことの１つ以上を含み得る。
幾つかの例においては、コールドボックス法においては、硬化プロセスは、その全体を引用することにより本明細書の一部をなす米国特許第３，４０９，５７９号に記載されるように、成形した混合物に１種以上の触媒（例えば、３級アミンガス）を通過させることにより行うことができる。ガス処理時間は中子の重量及び形状に左右され得るが、約０．５秒〜約３０秒の範囲とすることができる。パージ時間は中子の重量及び形状に左右され得るが、約１秒〜約６０秒の範囲とすることができる。
金属鋳造は、バインダー系と骨材（複数の場合もある）とから形成された主型及び／又は中子の組立体内及びその周辺に溶融金属を流し込むことにより行うことができる。また、本開示は、コールドボックス法を用いた金属の鋳造方法も含む。この方法は、（１）本明細書に記載の鋳造用中子及び／又は主型を準備することと、（２）液体状態の金属を準備し、中子又は主型の内部及びその周辺に流し込むことと、（３）金属を冷却し、固化することと、（４）成形した鋳物を中子又は主型から分離することとを含み得る。
代替的又は追加的には、鋳型の作製方法は、ノーベーク法を含み得る。ノーベーク法を用いた鋳型の作製方法は、（１）少なくとも、第１の成分と、イソシアネート（複数の場合もある）と、任意の溶媒とを共に組成物において混合することと、（２）任意の好適な方法及び時間で液体触媒を添加すること（例えば、バインダー系を骨材と接触させる前、接触する際、及び／又は接触させた後に、バインダー系の１つ以上の成分に触媒を添加するか、又は成分の組み合わせに触媒を添加すること）と、（３）バインダー系の成分を骨材と混合し、次いで、混合物を、型における所望の中子及び／又は主型に成形し、硬化させることと、（４）工程（３）の成形混合物を型から取り出すこととを含み得る。
本開示の幾つかの態様によると、鋳型の作製方法は、１種以上の添加剤をバインダー系に添加することを更に含み得る。このような添加剤は、鋳物品質を向上させ得る。添加剤の例としては、黒色酸化鉄、赤色酸化鉄、クレー、木粉、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。添加剤としては、鋳型の引張強度を高め、耐湿性を向上させる接着促進剤を含むこともできる。例示的な接着促進剤としては、γ−ウレイドプロピルトリエトキシシラン及びγ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤が挙げられるが、これらに限定されるものではない。添加剤としては、鋳型を型から取り出すのを容易にする離型剤も含むことができる。例示的な離型剤としては、グリセロールトリオレエート、オレイン酸、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるものではない。幾つかの例においては、例えば、腐食を低減し、鋳物仕上げを向上させるために、中子及び／又は主型にコーティングを適用してもよい。
本明細書の方法は、鋳型の可使時間を延長することを更に含み得る。可使時間とは、鋳型を形成してから、その鋳型が主型及び中子としてもはや使い物にならなくなるか、又は許容できなくなる時間までの時間間隔を指す。引張強度は、鋳型の有用性並びに主型及び中子の許容性の指標を提供する。鋳型を、可使時間が終了した後に使用すると、得られる鋳物の品質が低下し得る。幾つかの例においては、鋳型の可使時間を延長する方法は、バインダー系に１種以上の化合物を添加することを含み得る。このような化合物の例としては、有機リン含有化合物及び／又は無機リン含有化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本開示の幾つかの態様によると、バインダー系は、様々な方法で使用することができる。例えば、フェノール樹脂（例えば、ウレタン）系の代替物としてバインダー系を使用することができる。幾つかの例においては、バインダー系は、成形化合物、保護被膜、結合樹脂又は接着樹脂（例えば、積層において使用するための）、被覆研磨材又は結合研磨材、摩擦材料、絶縁材料、合板製造、及び繊維状木材又は粒状木材として使用することができる。
本開示の態様を、以下の番号付けされた例示的な項（paragraphs）を参照することにより更に説明する。
１．褐炭と、少なくとも１種のケイ酸塩鉱物と、少なくとも１種のポリオールとを含む第１の成分であって、前記少なくとも１種の鉱物が、前記第１の成分の全重量に対して、シリカを少なくとも５重量％含む、第１の成分と、
少なくとも１種のイソシアネートを含む第２の成分と、
少なくとも１種の触媒を含む第３の成分と、
を含むバインダー系。
２．前記系の全重量に対して、前記第１の成分を約５重量％〜約６５重量％含む、項１に記載のバインダー系。
３．前記第１の成分が、該第１の成分の全重量に対して、前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物を少なくとも１０重量％含む、項１又は項２に記載のバインダー系。
４．前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物が、前記第１の成分の全重量に対して、アルミナを少なくとも２重量％含む、項１〜項３のいずれか１つに記載のバインダー系。
５．前記第１の成分が、該第１の成分の全重量に対して、フミン酸を６０重量％未満含む、項１〜項４のいずれか１つに記載のバインダー系。
６．前記第１の成分は、該第１の成分の全重量に対して、フミン酸を約１０重量％〜約３０重量％含む、項５に記載のバインダー系。
７．前記褐炭及び前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物が、天然鉱床から得られる、項１〜項６のいずれか１つに記載のバインダー系。
８．前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物が、カオリナイト、マイカ、又はこれらの組み合わせを更に含む、項１〜項７のいずれか１つに記載のバインダー系。
９．前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物が、ボールクレー、カオリンクレー、又はこれらの組み合わせを含む、項１〜項８のいずれか１つに記載のバインダー系。
１０．前記第１の成分の強熱減量（ＬＯＩ）値が、約５０％〜約７０％の範囲である、項１〜項９のいずれか１つに記載のバインダー系。
１１．前記系の全重量に対して、前記褐炭を約５重量％〜約６５重量％含む、項１〜項１０のいずれか１つに記載のバインダー系。
１２．前記系の全重量に対して、前記少なくとも１種のポリオールを約１重量％〜約６０重量％含む、項１〜項１１のいずれか１つに記載のバインダー系。
１３．前記少なくとも１種のポリオールが、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、ヘキサン−１，６−ジオール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、グリセロール、マンニトール、ソルビトール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ブチレングリコール、ジブチレングリコール、ポリブチレングリコール、又はこれらの組み合わせを含む、項１〜項１２のいずれか１つに記載のバインダー系。
１４．前記第２の成分が、前記系の全重量に対して、前記少なくとも１種のイソシアネートを約１０重量％〜約８０重量％含む、項１〜項１３のいずれか１つに記載のバインダー系。
１５．前記少なくとも１種のイソシアネートが、２，４−ジイソシアナトトルエン、２，６−ジイソシアナトトルエン、４，４’−メチレンジフェニルジイソシアネート、２，４−メチレンジフェニルジイソシアネート、２，２’−メチレンジフェニルジイソシアネート、ポリマーメチレンジフェニルジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、４，４’，４’’−トリイソシアナトトリフェニルメタン、ビス（３，５−ジイソシアナト−２−メチルフェニル）メタン、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、３−イソシアナトメチル−３，５，５−トリメチルシクロヘキシル（イソホロン）イソシアネート、これらの誘導体、又はこれらの組み合わせを含む、項１〜項１４のいずれか１つに記載のバインダー系。
１６．前記少なくとも１種の触媒が、３級アミンを含む、項１〜項１５のいずれか１つに記載のバインダー系。
１７．前記少なくとも１種の触媒が、フェニルピリジン、ピリジン、アクリジン、２−メトキシピリジン、ピリダジン、３−クロロピリジン、キノリン、Ｎ−メチルイミダゾール、Ｎ−エチルイミダゾール、４，４’−ジピリジン、４−フェニルプロピルピリジン、１−メチルベンズイミダゾール、１，４−チアジン、又はこれらの組み合わせを含む、項１〜項１６のいずれか１つに記載のバインダー系。
１８．前記少なくとも１種の触媒が気体を含む、項１〜項１７のいずれか１つに記載のバインダー系。
１９．前記少なくとも１種の触媒が液体を含む、項１〜項１７のいずれか１つに記載のバインダー系。
２０．前記第１の成分と、前記第２の成分と、前記第３の成分とが重合可能である、項１〜項１９のいずれか１つに記載のバインダー系。
２１．フェノール、ホルムアルデヒド、又はフェノール及びホルムアルデヒドの両方を実質的に含まない、項１〜項２０のいずれか１つに記載のバインダー系。
２２．項１〜項２１のいずれか１つに記載のバインダー系を含む鋳型。
２３．項１〜項２１のいずれか１つに記載のバインダー系を使用する鋳型の作製方法。
２４．（１）褐炭と、少なくとも１種のケイ酸塩鉱物と、少なくとも１種のポリオールとを含む第１の成分であって、前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物が、前記第１の成分の全重量に対して、シリカを少なくとも５重量％含む、第１の成分と、
（２）少なくとも１種のイソシアネートを含む第２の成分と、
（３）骨材と、
を混ぜ合わせることにより、混合物を準備することと、
前記混合物を、少なくとも１種の触媒を含む第３の成分と接触させることと、
前記少なくとも１種の触媒によって、前記混合物を硬化させることと、
を含む、鋳型を作製する方法。
２５．前記褐炭及び前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物が、天然鉱床から得られる、項２４に記載の方法。
２６．前記天然鉱床が、ボールクレー鉱床又はカオリンクレー鉱床である、項２４又は項２５に記載の方法。
２７．褐炭の天然源に前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物を添加することにより前記第１の成分を準備する、項２４〜項２６のいずれか１つに記載の方法。
２８．前記骨材が砂を含む、項２４〜項２７のいずれか１つに記載の方法。
２９．前記混合物を前記第３の成分と接触させる前に、前記混合物を中子形状に成形することを更に含む、項２４〜項２８のいずれか１つに記載の方法。
３０．前記少なくとも１種の触媒が気体であり、前記混合物を前記第３の成分と接触させることが、前記気体を前記中子形状に通過させることを含む、項２４〜項２９のいずれか１つに記載の方法。
３１．前記少なくとも１種の触媒が液体である、項２４〜項２９のいずれか１つに記載の方法。
３２．前記混合物を前記第３の成分と接触させた後、かつ前記混合物を硬化させる前に、前記混合物を主型形状に成形することを更に含む、項２４〜項３１のいずれか１つに記載の方法。
３３．項２４〜項３２のいずれか１つに記載の方法により作製した鋳型。
３４．鋳型を作製するための項１〜項２１のいずれか１つに記載のバインダー系の使用。
以下の実施例は、本開示を説明することを目的とするものであって、それを限定する性質のものではない。本開示は、上記説明及び下記の実施例に見合った追加の実施形態を含むものと解される。
実施例１
本開示に係るバインダー系において使用するために、ボールクレー鉱床に関係した天然褐炭鉱床から褐炭のサンプルを得た。結果を、以下の表１に記録する。
Figure 2021505719
主要要素の化学分析を、Ｕｎｉｑｕａｎｔ ｓｔａｎｄａｒｄｌｅｓｓ ｓｏｆｔｗａｒｅを備えたThermo ScientificのＡＲＬ Ａｄｖａｎｔ’Ｘ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ＸＲＦと、強熱減量（ＬＯＩ）正規化（水分含量は正規化に含んだ）により行った。「受け取ったままの」サンプルからプレスペレットを準備し、硫黄含量が鉱物学に関連しないことを確認するために溶融も行うことにより、サンプルを準備した。
実施例２
本開示に係るバインダー系において使用するために、天然褐炭鉱床から褐炭のサンプルを得た。実施例１の天然褐炭サンプルのフミン酸含有量を、ＣＤＦＡ法及びLamarらの方法に従って、試験した。結果を、以下の表２に示す。
Figure 2021505719
ＣＤＦＡ法では、フルボ材料を無視し、Lamarらによる（ＡＯＡＣ）方法に比べて、わずかに少量の苛性溶液を使用するため、異なる結果が得られる。
実施例３
実施例１の褐炭／鉱物サンプル２０重量％、水２０重量％、プロピレンカーボネート２０重量％、及びエチレングリコール４０重量％を含む成分からバインダー系を調製した。次いで、（アメリカ鋳造協会の基準法、ＡＦＳ １１０６−００−ｓに定義される）粒子の粉末度数が５５のシリカ砂３キロを、均一に上記成分で被覆し、メチレンジフェニルジイソシアネート／溶媒混合物及び３級アミン触媒と混合した。この混合物はパドル型ミキサーを使用して作製する。混合物は、上述の成分を０．３％（ｗｔ％）、イソシアネート／溶媒混合物を１．２％（ｗｔ％）、及び３級アミン触媒を０．２２５％（ｗｔ％）含有する。
砂が十分被覆された後、ＡＦＳ ３３４２−００−Ｓに従って、混合物をテストクーポン型に充填する。砂が硬化した１０分後、１時間後、３時間後、及び２４時間後に、ＡＦＳ ３３０１−００−Ｓに従って、結合したテストクーポンの引張強度を測定する。ＡＦＳ ５２２３−００−Ｓ及びＡＦＳ ３３１８−００−Ｓを用いて、標準浸透性試験と耐擦傷性試験も行う。
本開示の他の態様及び実施形態は、本明細書の検討及び本明細書に開示の実施形態の実施により当業者に明らかとなるであろう。
明細書及び実施例は例示的なものに過ぎないと解釈されることが意図され、本開示の真の範囲及び趣旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。

Claims (30)

  1. 褐炭と、少なくとも１種のケイ酸塩鉱物と、少なくとも１種のポリオールとを含む第１の成分であって、前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物が、前記第１の成分の全重量に対して、シリカを少なくとも５重量％含む、第１の成分と、
    少なくとも１種のイソシアネートを含む第２の成分と、
    少なくとも１種の触媒を含む第３の成分と、
    を含むバインダー系。
  2. 前記系の全重量に対して、前記第１の成分を約５重量％〜約６５重量％含む、請求項１に記載の系。
  3. 前記第１の成分が、該第１の成分の全重量に対して、前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物を少なくとも１０重量％含む、請求項１に記載の系。
  4. 前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物が、前記第１の成分の全重量に対して、アルミナを少なくとも２重量％含む、請求項１に記載の系。
  5. 前記第１の成分が、該第１の成分の全重量に対して、フミン酸を６０重量％未満含む、請求項１に記載の系。
  6. 前記第１の成分が、該第１の成分の全重量に対して、フミン酸を約１０重量％〜約３０重量％含む、請求項５に記載の系。
  7. 前記褐炭及び前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物が、天然鉱床から得られる、請求項１に記載の系。
  8. 前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物が、カオリナイト、マイカ、又はこれらの組み合わせを更に含む、請求項１に記載の系。
  9. 前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物が、ボールクレー、カオリンクレー、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の系。
  10. 前記第１の成分の強熱減量（ＬＯＩ）値が、約５０％〜約７０％の範囲である、請求項１に記載の系。
  11. 前記系の全重量に対して、前記褐炭を約５重量％〜約６５重量％含む、請求項１に記載の系。
  12. 前記系の全重量に対して、前記少なくとも１種のポリオールを約１重量％〜約６０重量％含む、請求項１に記載の系。
  13. 前記少なくとも１種のポリオールが、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、ヘキサン−１，６−ジオール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、グリセロール、マンニトール、ソルビトール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ブチレングリコール、ジブチレングリコール、ポリブチレングリコール、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の系。
  14. 前記第２の成分が、前記系の全重量に対して、前記少なくとも１種のイソシアネートを約１０重量％〜約８０重量％含む、請求項１に記載の系。
  15. 前記少なくとも１種のイソシアネートが、２，４−ジイソシアナトトルエン、２，６−ジイソシアナトトルエン、４，４’−メチレンジフェニルジイソシアネート、２，４−メチレンジフェニルジイソシアネート、２，２’−メチレンジフェニルジイソシアネート、ポリマーメチレンジフェニルジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、４，４’，４’’−トリイソシアナトトリフェニルメタン、ビス（３，５−ジイソシアナト−２−メチルフェニル）メタン、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、３−イソシアナトメチル−３，５，５−トリメチルシクロヘキシル（イソホロン）イソシアネート、これらの誘導体、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の系。
  16. 前記少なくとも１種の触媒が、３級アミンを含む、請求項１に記載の系。
  17. 前記少なくとも１種の触媒が、フェニルピリジン、ピリジン、アクリジン、２−メトキシピリジン、ピリダジン、３−クロロピリジン、キノリン、Ｎ−メチルイミダゾール、Ｎ−エチルイミダゾール、４，４’−ジピリジン、４−フェニルプロピルピリジン、１−メチルベンズイミダゾール、１，４−チアジン、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の系。
  18. 前記少なくとも１種の触媒が気体を含む、請求項１に記載の系。
  19. 前記少なくとも１種の触媒が液体を含む、請求項１に記載の系。
  20. 前記第１の成分と、前記第２の成分と、前記第３の成分とが重合可能である、請求項１に記載の系。
  21. フェノール、ホルムアルデヒド、又はフェノール及びホルムアルデヒドの両方を実質的に含まない、請求項１に記載の系。
  22. 褐炭と、少なくとも１種のケイ酸塩鉱物と、少なくとも１種のポリオールとを含む第１の成分であって、前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物が、前記第１の成分の全重量に対して、シリカを少なくとも５重量％含む、第１の成分と、
    少なくとも１種のイソシアネートを含む第２の成分と、
    骨材と、
    を混ぜ合わせることにより、混合物を準備することと、
    前記混合物を、少なくとも１種の触媒を含む第３の成分と接触させることと、
    前記少なくとも１種の触媒によって、前記混合物を硬化させることと、
    を含む、鋳型を作製する方法。
  23. 前記褐炭及び前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物が、天然鉱床から得られる、請求項２２に記載の方法。
  24. 前記天然鉱床が、ボールクレー鉱床又はカオリンクレー鉱床である、請求項２３に記載の方法。
  25. 褐炭の天然源に前記少なくとも１種のケイ酸塩鉱物を添加することにより前記第１の成分を準備する、請求項２２に記載の方法。
  26. 前記骨材が砂を含む、請求項２２に記載の方法。
  27. 前記混合物を前記第３の成分と接触させる前に、前記混合物を中子形状に成形することを更に含む、請求項２２に記載の方法。
  28. 前記少なくとも１種の触媒が気体であり、前記混合物を前記第３の成分と接触させることが、前記気体を前記中子形状に通過させることを含む、請求項２７に記載の方法。
  29. 前記少なくとも１種の触媒が液体である、請求項２２に記載の方法。
  30. 前記混合物を前記第３の成分と接触させた後、かつ前記混合物を硬化させる前に、前記混合物を主型形状に成形することを更に含む、請求項２９に記載の方法。
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