JP2024502635A - ポリウレタン形成バインダーシステム用減煙添加剤としてのハロイサイト粘土 - Google Patents
ポリウレタン形成バインダーシステム用減煙添加剤としてのハロイサイト粘土 Download PDFInfo
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Abstract
ポリウレタンベースのバインダーシステムを有する鋳物ミックス組成物中の添加剤として使用されるある量のハロイサイト粘土は、ハロイサイト粘土が使用されない場合と比較して、組成物から形成される鋳型および中子が溶融金属に曝露される際に放出される煙の量を低減する。
Description
関連出願の相互参照
本出願は、本明細書に完全に記載されているかのように参照により組み込まれる、２０２１年１月１２日出願の米国仮特許出願第６３／１３６，４３１号の非仮出願である。
本出願は、本明細書に完全に記載されているかのように参照により組み込まれる、２０２１年１月１２日出願の米国仮特許出願第６３／１３６，４３１号の非仮出願である。
本開示は、ポリウレタン形成バインダーシステムを使用して形成される鋳型および中子を使用して金属部品を鋳造するために使用されるバインダーシステム用添加剤に関する。より詳細には、本開示は、適切な鋳物骨材、特に砂、および２種のポリウレタンバインダー前駆体を含む鋳物ミックスに関する。バインダー前駆体の混合から形成されたポリウレタンを硬化させるために、液体触媒が使用される。鋳物骨材に添加剤として有効量のハロイサイト粘土を含むことにより、バインダー中の有機化合物の分解から発生する煙が予想外に抑制される。
金属部品の鋳造に使用される鋳型および中子は、鋳物バインダーによって保持された鋳物骨材および／または鋳物砂から作製することができる。これにはいくつかの方法が使用される。
「ノーベーク」方法では、適切な骨材をバインダーおよび硬化触媒と混合して鋳物ミックスを調製する。鋳物ミックスを型に圧縮した後、鋳物ミックスを硬化することにより、鋳型または中子として有用な鋳物形状が得られる。
「コールドボックス」方法では、適切な骨材とバインダーを混合することによって鋳物ミックスを調製する。鋳物ミックスを型に押し込んだ後、触媒蒸気を鋳物ミックスに通して硬化させると、鋳型または中子として有用な鋳物形状が得られる。
またさらなる方法では、骨材を熱反応性バインダーおよび触媒と混合することによって鋳物ミックスを調製する。鋳物ミックスを加熱された型に圧縮することによって成型し、型によって鋳物ミックスを硬化させると、鋳型または中子として有用な鋳物形状が得られる。
「ノーベーク」方法に焦点を当てると、鋳物業界で広く使用されているバインダーには、フェノールウレタンノーベークバインダー、エステル硬化フェノールノーベークバインダー、およびフルフリルアルコール酸硬化ノーベークバインダーがある。
本発明の譲受人は、４０年以上にわたって鋳物バインダーの提供に大きく関与してきた。代表的な米国特許および公開出願には、Ｒｏｂｉｎｓの第３，４８５，７９７号および第３，６７６，３９２号、Ｃｈａｎｇの第６，３９１，９４２号、第６，４７９，５６７号および第７，１２５，９１４号、Ｈｕｔｃｈｉｎｇｓの第６，５５９，２０３号、Ｃｈｅｎの第６，６０２，９３１号、ならびにＤａｎｄｏの米国公開出願ＵＳ２００５／０００９９５０がある。
バインダーパッケージを配合する際には、いくつかの可変要素が考慮されてきた。例えば、Ｋｉｕｃｈｉの米国特許第５，６１６，６３１号は、先行技術のノーベークバインダーは硬化速度が低く、初期強度が低い傾向があることを教示している。バインダーが十分に固化し、硬化した鋳型を型から取り外すことができるようになるには長い時間が必要であり、結果として型の利用率が悪くなる。本明細書の用語では、「ストリップ時間」は、バインダー成分が砂または骨材と混合されてから、形成された鋳物形状が、同一出願人が所有する米国特許第６，６０２，９３１号によって教示されているように、ミシガン州デトロイトのＨａｒｒｙ Ｗ．Ｄｉｅｔｅｒｔ Ｃｏによって販売されているゲージを使用して、生硬度「Ｂ」スケールで９０のレベルに達するまで経過する時間である。Ｋｉｕｃｈｉ’６３１は、ストリップ時間を短く保つために、初期引張強度を高めることが望ましい結果であると教示している。
先行技術および本明細書で使用される別の用語は、「作業時間」である。本明細書では、作業時間の厳密な定義は、バインダー成分と骨材と砂を混合してから、それから形成された鋳物形状が、再びＤｉｅｔｅｒｔのゲージを使用して生硬度「Ｂ」スケールで６０のレベルに達するまでの時間である。鋳造により適用可能な用語では、「作業時間」は、砂ミックスが鋳型および中子を形成する際に効果的に作業できるおおよその時間を定義する。したがって、ストリップ時間と作業時間の違いは、形成される鋳型に作業することはできないが、まだ型から取り外すことはできないデッドタイムの量である。作業時間とストリップ時間との比（「Ｗ／Ｓ」）は、この概念を無次元で表し、（少なくとも理論上は）０から１の範囲にある。
最終的に、鋳物バインダーシステムの目的は、注湯された溶融金属からの熱を利用して、鋳型内の金属上に鋳型中子の形状を再現する固体外皮が形成されたら、バインダー化合物を分解することである。この方式では、砂および／または他の骨材を容易に回収して再利用することができる。Ｐｅｄｅｒｓｏｎの米国特許第７，９８４，７５０号によって教示されているように、鋳鉄が注湯される温度であるおよそ１０００℃より低い温度で注湯される金属とともに鋳型が使用される場合、バインダーを分解するこうした必要性が問題となる。アルミニウムおよびマグネシウムは、１０００℃未満で注湯される金属の一例である。
バインダーを分解する能力とほぼ同様に重要なことは、環境的に許容されるバインダーを提供することである。鋳造前と後の両方で作業者が鋳物ミックスに曝露されるため、煙、毒性および臭気などの問題を考慮する必要があるが、関係する材料は、曝露を排除するのではなく低減することに議論を事実上限定している。
明らかに、適切な引張強度と作業時間を有する特定の鋳物ミックスを提供するバインダーシステムの能力は、卓越したものである。煙および臭気を抑制する働きをする添加剤は、環境衛生および安全性の順守を確保するために多少の妥協は必要とされ得るが、鋳造品質を犠牲にしてはならない。
したがって、改善されたバインダーシステム、特に「ノーベーク」有機バインダーシステムを提供することが目的であり、このバインダーシステムは、少なくとも煙の生成を抑制しながら業務上の適格性を満たす。
この目的および他の目的は、２つの部分で提供され、第１の部分がポリオール成分を含み、第２の部分がポリイソシアネート成分を含むポリウレタンバインダー前駆体、液体硬化触媒、適切な鋳物骨材、およびハロイサイト粘土を含む、鋳物ミックス組成物によって満たされる。
実施形態のいくつかにおいて、ハロイサイト粘土は、鋳物骨材の重量を基準として約１～約４ｗｔ％の範囲で存在する。
多くの実施形態において、液体硬化触媒は、好ましくは４－（３－フェニルプロピル）ピリジンと溶媒ナフサを含む液体アミン触媒であり、特に液体硬化触媒は、ポリウレタンバインダー成分の第１の部分を基準として約４ｗｔ％で存在する。
実施形態において、ポリオール成分は、フェノールレゾール樹脂と二塩基性エステルおよび溶媒ナフサを含む。
実施形態のいくつかにおいて、イソシアネート成分は、イソシアネートと菜種メチルエステルおよび溶媒ナフサを含む。
実施形態のいくつかにおいて、ポリウレタンバインダー前駆体の第１の部分とポリウレタンバインダー前駆体の第２の部分との重量比は、液体硬化触媒を除いて約６０／４０である。
いくつかの実施形態において、ポリウレタンバインダー前駆体は、鋳物骨材の重量を基準として約１．２重量％である。
他の目的は、鋳物ミックスを調製するための方法であって、
適切な鋳物骨材にハロイサイト粘土を添加して混合するステップであり、ハロイサイト粘土が、鋳物骨材の重量を基準として約１～約４ｗｔ％の範囲の量で存在する、ステップ、
混合されたハロイサイト粘土および鋳物骨材に、ポリウレタンバインダー前駆体の第１の部分および液体硬化触媒を添加して混合するステップであり、ポリウレタンバインダー前駆体の第１の部分がポリオール成分を含む、ステップ、および
イソシアネートを含むポリウレタンバインダー前駆体の第２の部分を添加するステップ
を含む方法によって満たされる。
適切な鋳物骨材にハロイサイト粘土を添加して混合するステップであり、ハロイサイト粘土が、鋳物骨材の重量を基準として約１～約４ｗｔ％の範囲の量で存在する、ステップ、
混合されたハロイサイト粘土および鋳物骨材に、ポリウレタンバインダー前駆体の第１の部分および液体硬化触媒を添加して混合するステップであり、ポリウレタンバインダー前駆体の第１の部分がポリオール成分を含む、ステップ、および
イソシアネートを含むポリウレタンバインダー前駆体の第２の部分を添加するステップ
を含む方法によって満たされる。
これらの方法のいくつかにおいて、ポリウレタンバインダー前駆体の第１の部分とポリウレタンバインダー前駆体の第２の部分との重量比は、液体硬化触媒を除いて約３対２である。
さらに、方法のいくつかにおいて、ポリウレタンバインダー前駆体は、鋳物骨材の重量を基準として約１．２重量％である。
さらなる目的は、鋳物ミックスから形成される鋳物鋳型または中子によって達成される。
他の目的は、鋳物形状を調製するためのノーベーク方法であって、
適切な量の鋳物ミックス組成物を準備するステップ、
ハロイサイト粘土を適切な鋳物骨材とよく混合するステップ、
ポリウレタンバインダー前駆体および液体硬化触媒を、混合されたハロイサイト粘土および鋳物骨材と別々に混合することにより鋳物成形コンパウンドを調製するステップ、
鋳物成形コンパウンドを型に挿入し、混合物を硬化させて鋳物形状にするステップ、および
鋳物形状を型から取り外すステップ
を含む方法によって達成される。
適切な量の鋳物ミックス組成物を準備するステップ、
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ポリウレタンバインダー前駆体および液体硬化触媒を、混合されたハロイサイト粘土および鋳物骨材と別々に混合することにより鋳物成形コンパウンドを調製するステップ、
鋳物成形コンパウンドを型に挿入し、混合物を硬化させて鋳物形状にするステップ、および
鋳物形状を型から取り外すステップ
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減煙
本発明の概念は、時間の関数としてプロットされた、金属鋳造における有機バインダーシステムの使用に由来する煙の強度を示す添付の図面を参照することにより明確に示される。この図面では、同じバインダーシステムが使用されているが、鋳物ミックス、特に鋳物ミックスへの添加剤が変化している。提示されたデータは、以下により詳細に記載される煙強度試験を使用した１５０秒間の煙強度を示す。煙の強度の測定値は、２００ミリ秒ごとに取得した。プロットされた例のほとんどが、最初の１５０秒後に実質的に収束したことが容易に観察される。例の１つは、瞬間的な煙強度と、プロット下の全体的な面積の両方が際立って特徴的である。この面積は、少なくとも定性的に、試験中に発生した煙の総量を表す。いずれの場合も、プロットは３回の実験試行から得られた平均である。
本発明の概念は、時間の関数としてプロットされた、金属鋳造における有機バインダーシステムの使用に由来する煙の強度を示す添付の図面を参照することにより明確に示される。この図面では、同じバインダーシステムが使用されているが、鋳物ミックス、特に鋳物ミックスへの添加剤が変化している。提示されたデータは、以下により詳細に記載される煙強度試験を使用した１５０秒間の煙強度を示す。煙の強度の測定値は、２００ミリ秒ごとに取得した。プロットされた例のほとんどが、最初の１５０秒後に実質的に収束したことが容易に観察される。例の１つは、瞬間的な煙強度と、プロット下の全体的な面積の両方が際立って特徴的である。この面積は、少なくとも定性的に、試験中に発生した煙の総量を表す。いずれの場合も、プロットは３回の実験試行から得られた平均である。
上から開始して下に進めると、Ａと標識された７つのプロットの最初のプロットは、添加剤を含まないバインダーシステムと鋳物骨材の基本的な例を表す。添加剤不含試料の強度に基づいて曲線下面積を合計すると、この曲線は全発煙量が１４．６である。
Ｂと標識された２番目のプロットは、鋳物骨材に４％ＶＵ ４５０を添加した同じバインダーシステムおよび鋳物骨材からのデータを表す。ＶＵ ４５０という名称は、ＡＳＫ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから市販されている砂添加剤のＶＥＩＮＯ ＵＬＴＲＡシリーズの１つ、特にＶＥＩＮＯ ＵＬＴＲＡ ４５０を表す。これは、酸化第一鉄ならびに赤鉄および黒鉄、酸化第一鉄のブレンドを含む。これは、金属鋳造で発生するベーニングの量を低減するために使用される砂添加剤である。曲線下面積の合計は、全発煙量が１３．０である。
Ｃと標識された３番目のプロットは、鋳物骨材に４％ＳｐｈｅｒｅＯＸ（登録商標）を添加した同じバインダーシステムおよび鋳物骨材から得られたデータを表す。ＳｐｈｅｒｅＯＸはＣｈｅｓａｐｅａｋｅ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｐｒｏｄｕｃｔｓから市販されており、同社はその文献で、固有の製造方法により、固有の物理的および化学的特性を有する、主に球状の極めて純粋な酸化鉄が得られると主張している。曲線下面積の合計は、全発煙量が１２．３である。
Ｄと標識された４番目のプロットは、ＶＵ ４５０／ＹＩＯと表記される、黄色酸化鉄（「ＹＩＯ」）を含む添加剤を４％含む同じバインダーシステムおよび鋳物骨材からのデータを表し、ここでＹＩＯ含有量は２０％であり、曲線下面積の合計は、全発煙量が９．３である。
Ｅと標識された５番目のプロットは、６０％の黄色酸化鉄、ならびに全体で４０％の赤色酸化鉄、黒色酸化鉄および粘土を含む添加剤を４％含む同じバインダーシステムおよび鋳物骨材からのデータを表す。添加剤をＶＵ ＮＢ ＬＯＳＭＫと表記する。曲線下面積の合計は、全発煙量が７．９である。
Ｆと標識された６番目のプロットは、２％のハロイサイト粘土を含む同じバインダーシステムおよび鋳物骨材からのデータを表す。ハロイサイトは、実験式Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４・ｎＨ２Ｏ、ＣＡＳ番号１３３２－５８－７を有するアルミノケイ酸塩粘土鉱物である。ハロイサイトは、ディッカイト、カオリナイト、モンモリロナイトおよび他の粘土鉱物と混在する。米国特許第１０，８２９，６９１号によると、ハロイサイトは、化学的には二層（１：１）のアルミノケイ酸塩からなるカオリン粘土に類似している。カオリン粘土とハロイサイトの唯一の違いは、結晶の形態である。ハロイサイトの構造は、カオリンにおいて観察される単に積み重なった板状構造ではなく、中空のナノチューブからなる。この試験で使用されたハロイサイト粘土は、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍｉｎｅｒａｌｓ，Ｉｎｃ．からＤＲＡＧＯＮＩＴＥ（商標）の商品名で市販されている。曲線下面積の合計は、全発煙量が６．８である。
Ｇと標識された７番目のプロットは、添加量が２％ではなく４％であることを除き、同じ粘土添加剤を含む同じバインダーシステムおよび鋳物骨材からのデータを表す。曲線下面積の合計は、全発煙量が１．３である。
プロットされたデータから、システムが類似した結果を示す３つの群に分類されることは極めて明らかである。４％ハロイサイト組成物のみからなる第３の群は、本明細書に記載される他の添加剤試料とは明らかに異なる。試料Ｇは、試料Ａ（添加剤不含）と比較した場合、煙の９０％の低減を示した。
バインダーシステムおよび鋳物骨材
ＰＥＰ ＳＥＴ ＭＡＧＮＡ １２１５／２２１５は、市販のポリウレタン形成バインダーシステムである。このバインダーシステムは、２つの別々に包装された成分で販売されている。１２１５と表記され、一般にパートＩと称される第１の部分は、性能添加剤とともにフェノールレゾール樹脂、二塩基性エステルおよび溶媒ナフサを含む。２２１５と表記され、一般にパートＩＩと称される第２の部分は、性能添加剤とともにイソシアネート成分、菜種メチルエステルおよび溶媒ナフサを提供する。パートＩとＩＩを混合し、液体アミン触媒を添加する。ＰＥＰ ＳＥＴ ３５０１ ＣＡＴＡＬＹＳＴは、４－（３－フェニルプロピル）ピリジン（ＣＡＳ番号２０５７－４９－０）および溶媒ナフサを含む。
ＰＥＰ ＳＥＴ ＭＡＧＮＡ １２１５／２２１５は、市販のポリウレタン形成バインダーシステムである。このバインダーシステムは、２つの別々に包装された成分で販売されている。１２１５と表記され、一般にパートＩと称される第１の部分は、性能添加剤とともにフェノールレゾール樹脂、二塩基性エステルおよび溶媒ナフサを含む。２２１５と表記され、一般にパートＩＩと称される第２の部分は、性能添加剤とともにイソシアネート成分、菜種メチルエステルおよび溶媒ナフサを提供する。パートＩとＩＩを混合し、液体アミン触媒を添加する。ＰＥＰ ＳＥＴ ３５０１ ＣＡＴＡＬＹＳＴは、４－（３－フェニルプロピル）ピリジン（ＣＡＳ番号２０５７－４９－０）および溶媒ナフサを含む。
実験プロトコルでは、試験中子を調製した。パートＩおよび触媒、この場合は市販のＰＥＰ ＳＥＴ ３５０１ ＣＡＴＡＬＹＳＴを、鋳物骨材として、ＷＥＤＲＯＮ ４１０砂として市販されている丸い珪砂と混合した。その後、パートＩＩを添加した。パートＩとパートＩＩとの重量比は、触媒を除いて６０／４０であり、バインダーレベルは砂を基準として（「ＢＯＳ」）１．２重量％であった。触媒は、パートＩを基準として４重量％添加した。図中Ａと表記される一つの場合では、ベースラインを確立するために、鋳物骨材に添加剤を添加しなかった。図中ＢからＧと表記される場合では、パートＩ成分と混合される前に、ある量の特定の添加剤が鋳物骨材に添加された。
減煙試験プロトコル
図に示された減煙データは、上述のＰＥＰ ＳＥＴ ＭＡＧＮＡ １２１５／２２１５バインダーシステムによって作製されたポリウレタンノーベーク中子から得られた。すべての添加剤は、特に指示がない限り、４．０％ＢＯＳで実施した。中子を２４時間放置してから測定を行った。その後、中子を同程度の質量の片に切断し、測定直前に７００℃で１分間加熱した。オーブンから取り出した後、中子を装置のステージに置き、チャンバー内に持ち上げた。装置では、放出された煙は、その第１の面にライト、および反対面に光電池が配列された垂直管を通過する。直接測定するのは不透明度であるが、管を通過する光の透過率の低減が「煙の放出」率とみなされる。装置によって２００ミリ秒ごとに煙の強度を測定し、データロガーを使用してデータを取得する。データは信号強度が検出されなくなるまで収集され、これは典型的に約１５０秒である。その後、ステージを空気で洗浄し、各試料を二連で試験した。
図に示された減煙データは、上述のＰＥＰ ＳＥＴ ＭＡＧＮＡ １２１５／２２１５バインダーシステムによって作製されたポリウレタンノーベーク中子から得られた。すべての添加剤は、特に指示がない限り、４．０％ＢＯＳで実施した。中子を２４時間放置してから測定を行った。その後、中子を同程度の質量の片に切断し、測定直前に７００℃で１分間加熱した。オーブンから取り出した後、中子を装置のステージに置き、チャンバー内に持ち上げた。装置では、放出された煙は、その第１の面にライト、および反対面に光電池が配列された垂直管を通過する。直接測定するのは不透明度であるが、管を通過する光の透過率の低減が「煙の放出」率とみなされる。装置によって２００ミリ秒ごとに煙の強度を測定し、データロガーを使用してデータを取得する。データは信号強度が検出されなくなるまで収集され、これは典型的に約１５０秒である。その後、ステージを空気で洗浄し、各試料を二連で試験した。
各実験において、質量は４６±０．１グラムで一定に保たれた。中子の質量に関連する変動は、平均質量を取ることによって説明された。各ミックスの煙の総強度を決定するために、実験を三連で実施した。各試験において、曲線下面積の合計を推定した。すべての試料は「添加剤不含」試料に基づいて正規化された。
引張強度プロトコル
煙データに最も関連する結果に基づいて、引張強度および作業時間／ストリップ時間試験のために４種の組成物試料またはミックスを選択した。これは、商業的な許容性が、高品質の鋳造を再現性よく提供する能力に依存するという理解に合致するものであった。混合後、得られた鋳物ミックスを、成型された中子型を使用してドッグボーン形状の引張試験片に圧縮した。得られた試験片（「ドッグボーン」）を、１時間、３時間および２４時間で引張強度について試験し、この最後の例は、１時間および３時間の試験と同じ湿度レベルで実施した。また、中子型から取り出した後、高相対湿度（９０％ＲＨ）で２４時間の試験も行った。いずれの場合も３つの試験片を試験し、それにより各ミックスの平均引張強度および標準偏差を得た。
煙データに最も関連する結果に基づいて、引張強度および作業時間／ストリップ時間試験のために４種の組成物試料またはミックスを選択した。これは、商業的な許容性が、高品質の鋳造を再現性よく提供する能力に依存するという理解に合致するものであった。混合後、得られた鋳物ミックスを、成型された中子型を使用してドッグボーン形状の引張試験片に圧縮した。得られた試験片（「ドッグボーン」）を、１時間、３時間および２４時間で引張強度について試験し、この最後の例は、１時間および３時間の試験と同じ湿度レベルで実施した。また、中子型から取り出した後、高相対湿度（９０％ＲＨ）で２４時間の試験も行った。いずれの場合も３つの試験片を試験し、それにより各ミックスの平均引張強度および標準偏差を得た。
引張強度試験を実施する前に、選択した組成物を試験して、商業的に許容される作業時間およびストリップ時間をもたらすために必要に応じて調整した。これらの用語は、Ｋｉｕｃｈｉの米国特許第５，６１６，６３１号を参照して上記で詳述されている。さらなる詳細は、同一出願人が所有するＣｈｅｎの米国特許第６，６０２，９３１号に見出される。「ノーベーク」バインダーは硬化速度が低く、初期強度が低い傾向があることが公知であるため、これらの特性に対する減煙添加剤の効果を理解することが望まれていた。
ストリップ時間と作業時間との差は、形成される鋳型に作業することはできないが、まだ型から取り外すことができないデッドタイムの量である。作業時間とストリップ時間との比（「Ｗ／Ｓ」）は、この概念を無次元で表し、（少なくとも理論的には）０から１の範囲である。作業時間が長く、Ｗ／Ｓの比が高いことが望ましい。
最初の観察で、作業時間およびストリップ時間の目標は５分であることが望ましく、これは、各組成物がこの目標を満たすように触媒の使用量を調整することで達成されると判断された。
図中で組成物Ａとして特定されるベースライン組成物は、６０／４０比のＰＥＰ ＳＥＴ ＭＡＧＮＡ １２１５および２２１５を１．２重量％（ＢＯＳ）含んでいた。骨材は、丸粒のＷＥＤＲＯＮ ４１０砂であった。５分の作業時間およびストリップ時間の要件をまとめるために、２つのレベルのＰＥＰ ＳＥＴ ３５０１ ＣＡＴＡＬＹＳＴを使用した。パートＩを基準として２重量％の場合、作業時間は６分、ストリップ時間は６：４５分であった。触媒をパートＩを基準として３重量％に調整することにより、作業時間は４：１５分に、ストリップ時間は５分に削減された。以下のデータでは、添加剤不含のこれらの組成物は、Ａ２およびＡ３と特定される。
組成物Ｂも引張試験用に選択した。ここでは、ＰＥＰ ＳＥＴ ＭＡＧＮＡ １２１５および２２１５を、６０／４０比で１．２％でＷＥＤＲＯＮ ４１０砂とともに使用した。添加剤は、４重量％ＢＯＳでＶＵ ４５０と表記した。パートＩを基準として４重量％のＰＥＰ ＳＥＴ ３５０１ ＣＡＴＡＬＹＳＴでは、４：１５分の作業時間および４：４５分のストリップ時間が得られた。
組成物Ｆは、２重量％ＢＯＳのハロイサイト添加剤が使用されていることから選択された。引張強度を試験する他の組成物と同様に、ＰＥＰ ＳＥＴ ＭＡＧＮＡ １２１５および２２１５を６０／４０比で１．２％でＷＥＤＲＯＮ ４１０砂とともに使用した。パートＩを基準として６重量％の場合、ＰＥＰ ＳＥＴ ３５０１ ＣＡＴＡＬＹＳＴは、作業時間４分およびストリップ時間４：４５分の鋳物ミックスをもたらした。
組成物Ｇは、ハロイサイト添加剤レベルが４重量％ＢＯＳであるために選択され、予想外に低い煙の放出をもたらした。上記のように、ＰＥＰ ＳＥＴ ＭＡＧＮＡ １２１５および２２１５を６０／４０比で１．２％でＷＥＤＲＯＮ ４１０砂とともに使用した。しかし、作業時間４：１５およびストリップ時間５：４５の鋳物ミックスを達成するために、パートＩを基準として５重量％のレベルのＰＥＰ ＳＥＴ ３５５１ ＣＡＴＡＬＹＳＴを使用した。ＰＥＰ ＳＥＴ ３５５１ ＣＡＴＡＬＹＳＴは、組成物Ｆで使用したＰＥＰ ＳＥＴ ３５０１ ＣＡＴＡＬＹＳＴよりも高いレベルで４－（３－フェニルプロピル）ピリジンを含む。
試験により、引張強度（ｐｓｉ単位）について以下のデータが得られた：
上記のデータは、ハロイサイト粘土が、商業的に許容されるレベルの引張強度、作業時間およびストリップ時間を保持しながら、２重量％ＢＯＳのレベルでポリウレタン形成バインダーシステムに効果的な減煙添加剤を提供できることを示す。４重量％ＢＯＳでは、ハロイサイト粘土は顕著な減煙をもたらすが、鋳物ミックスの加工特性がおそらく許容されないほど低いレベルまで著しく損なわれる。引張強度、作業時間およびストリップ時間の加工特性に関して減煙を最適化するために、２％と４％の間の間隔でのさらなる研究が合理的であることが示されている。
Ａ 添加剤を含まないバインダーシステムと鋳物骨材の基本的な例
Ｂ 鋳物骨材に４％ＶＵ ４５０を添加した同じバインダーシステムおよび鋳物骨材からのデータ
Ｃ 鋳物骨材に４％ＳｐｈｅｒｅＯＸ（登録商標）を添加した同じバインダーシステムおよび鋳物骨材から得られたデータ
Ｄ ＶＵ ４５０／ＹＩＯと表記される、黄色酸化鉄（「ＹＩＯ」）を含む添加剤を４％含む同じバインダーシステムおよび鋳物骨材からのデータ
Ｅ ６０％の黄色酸化鉄、ならびに全体で４０％の赤色酸化鉄、黒色酸化鉄および粘土を含む添加剤を４％含む同じバインダーシステムおよび鋳物骨材からのデータ
Ｆ ２％のハロイサイト粘土を含む同じバインダーシステムおよび鋳物骨材からのデータ
Ｇ 添加量が２％ではなく４％であることを除き、同じ粘土添加剤を含む同じバインダーシステムおよび鋳物骨材からのデータ
Ｂ 鋳物骨材に４％ＶＵ ４５０を添加した同じバインダーシステムおよび鋳物骨材からのデータ
Ｃ 鋳物骨材に４％ＳｐｈｅｒｅＯＸ（登録商標）を添加した同じバインダーシステムおよび鋳物骨材から得られたデータ
Ｄ ＶＵ ４５０／ＹＩＯと表記される、黄色酸化鉄（「ＹＩＯ」）を含む添加剤を４％含む同じバインダーシステムおよび鋳物骨材からのデータ
Ｅ ６０％の黄色酸化鉄、ならびに全体で４０％の赤色酸化鉄、黒色酸化鉄および粘土を含む添加剤を４％含む同じバインダーシステムおよび鋳物骨材からのデータ
Ｆ ２％のハロイサイト粘土を含む同じバインダーシステムおよび鋳物骨材からのデータ
Ｇ 添加量が２％ではなく４％であることを除き、同じ粘土添加剤を含む同じバインダーシステムおよび鋳物骨材からのデータ
Claims (13)
- ２つの部分で提供され、第１の部分がポリオール成分を含み、第２の部分がポリイソシアネート成分を含むポリウレタンバインダー前駆体、
液体硬化触媒、
適切な鋳物骨材、および
ハロイサイト粘土
を含む、鋳物ミックス組成物。 - 前記ハロイサイト粘土が、前記鋳物骨材の重量を基準として約１～約４ｗｔ％の範囲で存在する、請求項１に記載の鋳物ミックス組成物。
- 前記液体硬化触媒が、好ましくは４－（３－フェニルプロピル）ピリジンと溶媒ナフサを含む液体アミン触媒である、請求項１または２に記載の鋳物ミックス組成物。
- 前記液体硬化触媒が、前記ポリウレタンバインダー成分の前記第１の部分を基準として約４ｗｔ％で存在する、請求項３に記載の鋳物ミックス組成物。
- 前記ポリオール成分が、フェノールレゾール樹脂と二塩基性エステルおよび溶媒ナフサを含む、請求項１または２に記載の鋳物ミックス組成物。
- 前記イソシアネート成分が、イソシアネートと菜種メチルエステルおよび溶媒ナフサを含む、請求項１、２または５に記載の鋳物ミックス組成物。
- 前記ポリウレタンバインダー前駆体の前記第１の部分と前記ポリウレタンバインダー前駆体の前記第２の部分との重量比が、前記液体硬化触媒を除いて約６０／４０である、請求項１または６に記載の鋳物ミックス組成物。
- 前記ポリウレタンバインダー前駆体が、前記鋳物骨材の重量を基準として約１．２重量％である、請求項１に記載の鋳物ミックス組成物。
- 鋳物ミックスを調製するための方法であって、
適切な鋳物骨材にハロイサイト粘土を添加して混合するステップであり、前記ハロイサイト粘土が、前記鋳物骨材の重量を基準として約１～約４ｗｔ％の範囲の量で存在する、ステップ、
混合されたハロイサイト粘土および鋳物骨材に、ポリウレタンバインダー前駆体の第１の部分および液体硬化触媒を添加して混合するステップであり、前記ポリウレタンバインダー前駆体の前記第１の部分がポリオール成分を含む、ステップ、および
イソシアネートを含む前記ポリウレタンバインダー前駆体の第２の部分を添加するステップ
を含む方法。 - 前記ポリウレタンバインダー前駆体の前記第１の部分と前記ポリウレタンバインダー前駆体の前記第２の部分との重量比が、前記液体硬化触媒を除いて約３対２である、請求項９に記載の方法。
- 前記ポリウレタンバインダー前駆体が、前記鋳物骨材の重量を基準として約１．２重量％である、請求項８または９に記載の方法。
- 請求項９～１１のいずれか一項に記載の鋳物ミックスから形成される鋳物鋳型または中子。
- 鋳物形状を調製するためのノーベーク方法であって、
適切な量の請求項１に記載の鋳物ミックス組成物を準備するステップ、
前記ハロイサイト粘土を前記適切な鋳物骨材とよく混合するステップ、
前記ポリウレタンバインダー前駆体および前記液体硬化触媒を、混合されたハロイサイト粘土および鋳物骨材と別々に混合することにより鋳物成形コンパウンドを調製するステップ、
前記鋳物成形コンパウンドを型に挿入し、混合物を硬化させて鋳物形状にするステップ、および
前記鋳物形状を前記型から取り外すステップ
を含む方法。
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