JPH0442103B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0442103B2
JPH0442103B2 JP59133412A JP13341284A JPH0442103B2 JP H0442103 B2 JPH0442103 B2 JP H0442103B2 JP 59133412 A JP59133412 A JP 59133412A JP 13341284 A JP13341284 A JP 13341284A JP H0442103 B2 JPH0442103 B2 JP H0442103B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
binder
component
polyhydroxy
additive
isocyanate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP59133412A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6037242A (en
Inventor
Ei Raitaa Robaato
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AKUME REJIN CORP
Original Assignee
AKUME REJIN CORP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AKUME REJIN CORP filed Critical AKUME REJIN CORP
Priority to JP59133412A priority Critical patent/JPS6037242A/en
Publication of JPS6037242A publication Critical patent/JPS6037242A/en
Publication of JPH0442103B2 publication Critical patent/JPH0442103B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

鋳造用中子および主型の為の結合剤および結合
剤系はよく知られている。鋳造技術において、金
属鋳造物を製造する為の中子または主型は一般
に、砂の如き骨材物質と結合用の量の結合剤また
は結合剤系との混合物から製造れる。典型的に
は、骨材物質と結合剤とを混合した後に、得られ
る混合物を突き固め、所望の形状物または模型に
吹付けるかまたはその他の方法で成形し、次に触
媒および/または熱を用いて硬化させて堅い硬化
状態としている。 主型または中子を形成する為の色々な沢山の方
法が鋳造工業において開発されているが、“コー
ルド・ボツクス(cold box)”法と呼ばれる最近
開発されたものが非常に興味をもたられている。
“コールド・ボツクス”法は、架橋を達成する為
に、成形された樹脂被覆された砂に室温のもとで
気体状触媒を通すことによつて行なわれる。かゝ
る系においては、樹脂材料は、骨材物質に被覆す
る以前に一般に溶剤に溶解されている。“コール
ドボツクス”結合剤および−法は米国特許第
3905934号、同第3409579号および同第4246157号
に開示されている。 “コールドボツクス”−系で一般に用いられる
結合剤の種類は上記の各米国特許に開示されてい
る。これらは一般に、ポリヒドロキシ化合物とポ
リイソシアネートとから造られるポリウレタン類
である。ポリヒドロキシ化合物は一般にフエノー
ル類とホルムアルデヒドとから製造される。かゝ
る系は市場で受入られているが、改善されたベン
チ・ライフを示す“コールドボツクス”系がなお
必要とされている。ベンチ・ライフ、即ち砂混合
物が製造された後の満足に使用できる時間、は他
の鋳造法で用いられる混合物よりも“コールドボ
ツクス”系での方が非常に短かい。“コールドボ
ツクス”砂混合物は混合後2〜3時間で性質を本
質的に失い始めそしてしばしば有効可使時間は特
に熱く湿気の多い環境においてはこれより更に短
い。 代表的な“コールドボツクス”を適用する場合
では、砂を粉砕機の如き混合機中でポリヒドロキ
シ化合物およびポリイソシアネートと混合する。
砂は、貯蔵される中子吹込機、一般にはホツパー
に運搬されそして必要とされる時にブロー・ヘツ
ドに供給される。砂混合物を、空気圧を用いて中
子ボツクスに吹き込みそして気体状第三−アミン
触媒を該混合物に通すことにより硬化させ、砂を
接合させて所望の形状にする硬化したポリウレタ
ン重合体を形成する。しかしポリヒドロキシ化合
物とポリイソシアネートとは触媒の不存在下であ
つても反応し得る。砂がホツパーおよびブローヘ
ツドにある間の無触媒下での遅い反応が、流動性
を低下させそして中子が中子ボツクスで硬化され
る時に、抗張強度を低下させる。このことが、取
扱中または貯蔵中に破損する傾向のある弱く不充
分な緊密度の中子をもたらす。不充分な緊密度の
中子は、許容出来ない完成度または、透過性また
は浸食性の如き欠点を有している鋳造物を生産し
得る。砂の浪費および機械の停止時間の原因に成
るので、中子用機械中のもはや使用できない砂は
ホツパーおよびブローヘツドから掃き出さなけれ
ばならない。更に、作業日の最後の大掃除は、も
し砂がブローヘツドに残つておりそしてホツパー
残留物が軟らかくそして装置に付着しないなら
ば、非常に容易である。 本発明者は本発明に従つて、ある種のリン化合
物を結合剤に添加することがポリヒドロキシ化合
物とポリイソシアネートとの間の無触媒反応を阻
止し、長いベンチ・ライフを有する改善された
“コールド・ボツクス”結合剤系をもたらすこと
を見出した。 本発明に従つて、ポリヒドロキシ成分、2以上
の官能基を有するイソシアネート基および、ポリ
ヒドロキシ成分とイソシアネート成分との間の反
応で実質的に完全に触媒作用するに充分な触媒よ
り成るコールド・ボツクス鋳造用の結合剤組成物
において、該組成物が、ジクロロアリール−ホス
フイン、クロロジアリールホスホリン、アリール
ホスフオン−ジクロライド、ジアリールホスフイ
ニル−クロライドおよびこれらの混合物より成る
群から選らばれた添加物を含有し、該添加物がイ
ソシアネート成分の0.02〜3重量%に等しい量で
存在することを特徴とする。上記結合剤組成物を
提供する。 また本発明に従つて、ポリウレタン結合剤組成
物において有用なポリイソシアネート成分を提供
する。このポリイソシアネート成分は、ジクロロ
アリールホスフイン、クロロジアリールホスフイ
ン、アリールホスホン−ジクロライド、ジアリー
ルルホスフイニル−クロライドおよびこれらの混
合物よりなる群から選らばれた添加物を含み、該
添加物がイソシアネート成分の0.02〜3重量%に
等しい量で存在している。 本発明のポリウレタン系結合剤組成物は、鋳物
砂またはこれらの類似物の如き骨材物質と混合し
て、鋳造用中子または主型を製造するのに適して
いる。中子または主型のの製造の際には、これら
成分相互間での反応がほぼ実質的に完結するのに
十分な触媒を使用して処理し、硬化させて中子ま
たは主型を得る。 本発明の実地において用いられるポリヒドロキ
シ成分は広い範囲で変えることができる。これは
2以上の官能基を有しそして用いる溶媒に溶解す
るいかなる有機系ヒドロキシ化合物でもよい。
かゝるポリヒドロキシ化合物には、簡単な脂肪族
系のポリオール、ポリエーテルポリオール、フエ
ノール樹脂およびこれらの混合物が含まれ得る。 適するポリヒドロキシ成分は、水を実質的に含
有しておらず−即ち、樹脂の重量を基準として約
5%より少ない、特に約1%より少ない量の水し
か含有していない−そして用いる溶媒に溶解する
フエノール樹脂、例えばフエノール化合物とアル
デヒドとの反応によつて形成されるフエノール・
レゾール樹脂またはフエノールル・ノボラツク樹
脂である。レゾール(即ち、A−段階樹脂)並び
にレジトール(即ち、B−段階樹脂)は、アルカ
リ触媒または金属イオン触媒の存在下に過剰モル
数のアルデヒド、例えばホルムアルデヒドとフエ
ノール系化合物とを反応させることによつて製造
することができる。ノボラツク樹脂は酸性触媒の
存在下に過剰モル数のフエノール系成分とアルデ
ヒドとを反応させることによつて製造できる。 かゝるフエノール系樹脂を製造する際に用いら
れるフエノール類は一般に、フエノール樹脂を製
造する際に利用でき得るあらゆるフエノール類で
ある。制限は、フエノール化合物から造られた樹
脂が室温のもとで溶媒にて均一な溶液を形成する
ものであることだけである。使用できる特に適す
るフエノール類に以下のものが含まれる:フエノ
ール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−ク
レゾール、2,5−キシレノール、3,4−キシ
レノール、3,5−キシレノール、3,4,5−
トリメチルフエノール、2−エチルフエノール、
3−エチルフエノール、3,5−ジエチルフエノ
ール、o−第2−ブチルフエノール、p−ブチル
フエノール、3,5−ジブチルフエノール、p−
アミルフエノール、p−シクロヘキシルフエノー
ル、o−オクチルフエノール、o−第2−デシル
フエノール、ノニルフエノール、3,5−ジシク
ロヘキシルフエノール、p−フエニルフエノー
ル、p−クロチルフエノール、2−メトキシフエ
ノール、3,5−ジメトキシフエノール、3,
4,5−トリメトキシフエノール、p−エトキシ
フエノール、3−メチル−4−メトキシフエノー
ルおよびp−フエノキシフエノール。1つの適す
るフエノール成分には約80%のo−クレゾールと
約18%のフエノールとを含有する市販の混合物が
ある。しかしながら他の適するフエノール樹脂成
分も本発明の実施において用いることができるこ
とは理解されるべきである。 本発明において用いられるフエノール樹脂成分
を製造する際に用いるアルデヒドも広い範囲で変
えることができる。一般に、適するアルデヒドに
は、フエノール樹脂の製造の際に上記の如く用い
られるあらゆるアルデヒド、例えばホルムアルデ
ヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒ
ド、フルフラルアルデヒドおよびベンズアルデヒ
ドが含まれる。一般に、用いられるアルデヒドは
式R′CHO(式中、R′は水素原子または1〜8個の
炭素原子を有する炭化水素基である。)で表わせ
る。最も有利なアルデヒドはホルムアルデヒドで
ある。 本発明に従う結合剤で用いることのできるイソ
シアネート成分も同様に広い範囲で変えることが
できそして2個以上の官能基を有している。有用
なイソシアネートの例には有機系ポリイソシアネ
ート、例えばトルイレン−2,4−ジイソシアネ
ート、トルイレン−2,6−ジイソシアネートお
よびこれらの混合物、特に市場で入手し得るそれ
らの粗混合物がある。他の代表的なポリイソシア
ネートには、メチレン−ビス−(4−フエニルイ
ソシアネート)、n−ヘキシル−ジイソシアネー
ト、ナフタレン−1,5−ジイソシアネート、シ
クロペンチレン−1,3−ジイソシアネート、p
−フエニレン−ジイソシアネート、トルイレン−
2,4,6−トリイソシアネートおよびトリフエ
ニルメタン−4,4′,4″−トリイソシアネートが
ある。更に高級のイソシアネートには(1)ジイソシ
アネートと(2)ポリオールまたはポリアミドとの液
状反応生成物等がある。更にイソチオシアネート
類およびイソシアネート類の混合物も使用でき
る。また市場で入手し得る多くの不純のまたは粗
ポリイソシアネートが期待される。本発明で用い
るのに特に好ましいのは、次の一般式で表わされ
るポリアリール−ポリイソシアネート類である: 上記式中、Rは水素原子、塩素原子、臭素原
子、炭素原子数1〜5のアルキル基および炭素原
子数1〜5のアルコキシ基より成る群から選らば
れ、Xは水素原子、炭素原子1〜10のアルキル基
およびフエニル基より成る群から選らばれそして
nは少なくとも約1の平均値、一般に約1〜3の
平均値である。市販の代表的イソシアネートは、
アツプジヨン社(Upjohn Co.)のPAPI−135−
の如きポリメチレン−ポリフエニルイソシアネー
トであり、これは25℃で約200cpのブルツクフイ
ールド粘度および134のイソシアネート当量を有
している。 一般に、本発明の結合剤組成物において、用い
られるポリヒドロキシ成分およびイソシアネート
成分の量には臨界がなく、広い範囲内で変えるこ
とができる。しかしながらポリヒドロキシ成分と
実質的に完全に反応するのに少なくとも充分のイ
ソシアネート成分が存在するべきである。反応が
終了した時に過剰のどちらかの未反応成分が存在
することは重要でない。 イソシアネート成分は、ポリヒドロキシ成分を
基準として15〜400重量%の範囲内で一般に用い
られ、そして20〜200重量%の範囲内で用いるの
が有利である。しかしながら液状のイソシアネー
トは無希釈の状態で使用できるが、ポリヒドロキ
シ成分と一諸に充分な溶媒を用いる限り、固体ま
たは粘性のイソシアネートも用いることができ、
一般に有機系溶媒と一諸に用いられる。この点で
イソシアネート成分は80重量%までの溶媒を含有
していてもよい。 更に、本発明に従い、ポリヒドロキシ成分とイ
ソシアネート成分との両方の成分は、所望の粘度
の成分/溶媒−混合物を提供する為に実際問題と
して有利には溶媒に溶解されており、それ故に例
えば骨材物質を各成分で被覆する時にこれを用い
るとが容易にされる。この点で、約1000cp以下、
特に250cpより小さいブルツクフイールド粘度の
各成分の溶液を提供するのに充分な溶媒が用いら
れる。更に溶媒の全体量は広い範囲で変えること
ができるが、一般に本発明の組成物中に、溶媒は
ポリヒドロキシ成分の全重量を基準として5〜70
重量%の範囲内で存在し、特に20〜60重量%の範
囲内で存在するのが好ましい。 本発明の実施において用いる溶媒は一般に、殊
に有機エステル類の如き極性有機溶媒を含む炭化
水素溶媒である。 適する炭化水素溶媒の例には、ベンゼン、トル
エン、キシレン、エチルベンゼン、高沸点の芳香
族系炭化水素混合物、芳香族系ヘビーナフサ等が
ある。100〓以上の引火点を有する炭化水素溶媒
を用いるのが有利である。 前述の様に、本発明の組成物は“コールドボツ
クス”法で硬化させるのに特に適している。“コ
ールドボツクス”法を用いる場合には、使用する
触媒は一般に揮発性触媒である。有利な触媒の例
には揮発性の第三アミンのガスがある。このもの
を、一般に空気またはCO2の如き不活性のキヤリ
アーと一諸に中子または主型に通す。 この点では、ガス処理条件は広い範囲で変える
ことができるが、ポリヒドロキシ成分とイソシア
ネート成分との間に実質的な完全な反応を保証す
る為にアミン触媒が多くの結合剤に接触する様に
するべきである。本発明の実施において用いるこ
とができ、雰囲気温度で急速に硬化せしめる揮発
性第三アミン触媒の例には、トリメチルアミン、
トリエチルアミンおよびジメチルエチルアミンお
よびこれらの類似物が含まれる。 本発明の結合剤組成物は広範囲の色々な骨材物
質、例えば珪砂、湖底砂(lake sand)、ジルコ
ン、クロマイトおよびこれらの類似物を用いても
よい。これらは、鋳物砂の為の結合用組成物とし
て鋳造技術において特に有用である。この様に用
いる場合には、結合剤組成物の量は広い範囲で変
えることができ、臨界がない。しかしながら少な
くとも結合用の量の結合剤組成物は全ての砂粒子
を実質的に完全に被覆する為に存在するべきであ
る。結合剤は混合物中に、組成物の全重量を基準
として0.7〜4.0重量%の範囲内で存在するのが有
利である。 本発明の結合剤組成物を“コールドボツクス”
鋳造法において用いる場合には、ポリヒドロキシ
成分とイソシアネートとを最初に骨材物質と混合
する。触媒は組成物の最後の成分として混合物に
添加するので、各成分間の早過ぎる反応が生じな
い。ポリヒドロキシ成分とイソシアネート成分と
は、いかなる早過ぎる反応をも避ける為に、用い
る準備がされるまで互に接触させるべきでない。
これらの成分は骨材物質と、同時にあるいは1方
を他方の後に適当な混合装置中で混合してもよ
い。 ある有機リン化合物の添加が結合剤成分の早過
ぎの反応を遅らせることを発見した。このこと
は、骨材物質と結合剤成分との混合物を、コアー
ボツクス中に置く数時間前に保持するべき場合に
特に有益である。有用な有機リン化合物は以下の
群から選らばれる:ジクロロアリールホスフイ
ン、クロロジアリールホスフイン、アリールホス
ホン−ジクロライドおよびジアリールホスフイニ
ル−クロライド。これらは次の一般的構造式を有
している:ArPCl2、Ar2PCl、ArPOCl2および
Ar2POCl。各式中、Arはフエニル、ナフチル、
置換されたフエニル、置換されたナフチルおよび
これらの類似物の如き芳香族基である。置換基の
種類は広い範囲で変えることができる。特に適す
るアリール基の例には以下のものが含まれる:o
−トルイル、m−トルイル、p−トルイル、o−
メトキシフエニル、m−メトキシフエニルおよび
p−メトキシフエニル。 有機リン化合物は、これを結合剤系で用いる以
前のいかなる時点でもイソシアネート成分含有溶
液と通例の様に混合する。リン化合物はそのまゝ
でまたは溶液状態で骨材物質と混合することがで
きる。この添加は、他の結合剤成分を骨材物質に
添加する以前、同時または直後のいずれかに行な
う。 非常に低い濃度の有機リン化合物が、結合剤成
分の早過ぎの反応を遅らせる作用をする。結合剤
中におけるリン化合物の有効濃度は結合剤および
骨材成分の種類および純度にて多少変化するだろ
う。本発明で用いる有機リン化合物の特に有利な
濃度はイソシアネート化合物の0.02〜3重量%で
ある。 他の通例に用いられる添加物は、本発明の結合
剤組成物中で随意に用いることができる。かゝる
添加物には例えばカツプリング剤(coupling
agents)として知られている有機シラン類が含ま
れる。かゝる物質を用いることが、骨材物質への
結合剤の接着性を高め得る。この種の有用なカツ
プリング剤の例には、アミノ−シラン類、エポキ
シ−シラン類、メルカプト−シラン類、ヒドロキ
シ−シラン類、およびウレイド−シラン類、例え
ばγ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−
ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、3−ウ
レイドプロピル−トリエトキシシラン、γ−メル
カプトプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシ
ドオキシプロピルトリメトキシシラン、β−(3,
4−エポキシシクロヘキシル)トリメトキシシラ
ン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピ
ルトリメトキシシランおよびこれらの類似物があ
る。 本発明の実地において、鋳造製造法で通例に利
用される添加物も、砂を被覆する操作中に組成物
に加えてもよい。かゝる添加物には酸化鉄、粘
土、弗化硼酸カリウム、木粉およびこれらの類似
物が含まれる。 本発明の結合剤を用いることが、従来に用いら
れたポリウレタンン結合剤に比較した時に、改善
されたベンチ・ライフを有する“コールドボツク
ス”系を提供する。本発明のポリウレタン系結合
剤を“コールドボツクス”鋳造系の関連で論じた
が、触媒を混合物に加える前の多少の時間の間に
各ウレタン成分を混合する必要のある別の用途に
於ても用いることができる。 以下の実施例によつて本発明を更に詳細に説明
する。実施例中において、全ての部および%が重
量に関する。 実施例 1 この実施例では、ウレタン結合剤系において
色々な有機リン化合物を用いることを説明する。
この試験で用いられる結合剤のポリヒドロキシ成
分はアクメ・フローウ(Acme Flow)2030パー
ト1樹脂、即ちアクメ・レジン・コーポレーシヨ
ン(Acme Resin Corporation)、ホレスト・パ
ーク(Forest Park)、イリノイから入手できる
フエノール・レゾール樹脂溶液である。イソシア
ネート溶液は、100〓以上の引火点を有する25%
の芳香族系炭化水素溶媒に75%のポリメチレン−
ポリフエニルイソシアネートを溶解することによ
つて製造される。100部のイソシアネート溶液に、
第表に示した各添加物0.25部を添加する。レゾ
ール樹脂とイソシアネート成分とを、ホーバート
(Hobart)A−120−ミキサーを用いて20KK湖
底砂(lake sand)と混合する。鋳造用混合物
を、1インチの犬骨状の抗張力測定用試料を造る
ので使用する前に、色々な時間的間隔を置く。こ
れらは、レツドホード(Redford)CBT−1−
中子吹込機中に混合物を吹き込むことによつて製
造する。中子を50psiの空気圧で吹き付けそして
CO2中に入れた12%のジメチルエチルアミンを用
いて3秒間30psiでガス処理し、次に浄化用空気
を用いて5秒間30psiでガス処理する。抗張力は
硬化1分後に、デトロイト・テステイング・マシ
ーン・カンパニー(Detroit Testing Machine
Company)CST型抗張力試験機を用いて測定す
る。試験の結果を第表に示す。ガス処理前に4
〜6時間保持した後に、高い抗張力を示す中子を
もたらすこれらの混合物は良好なベンチ・ライフ
を有している。抑制剤、即ちフエニルホスホン−
ジクロライド、ジクロロフエニルホスフインおよ
びクロロジフエニルホスフインを含有する砂混合
物は、いかない添加物も含まない対照試験用中子
のそれより優れたベンチ・ライフを示す。またこ
のものは、カルボン酸クロライド、ベンゾイル−
クロライドを含有する比較試験用中子よりも優れ
ている。 砂/結合剤−混合物を更に評価するに当つて、
直径2インチで高さ2インチの圧縮試験用試料
を、170gの砂混合物をデイテルト(Dietert)No.
315サンド突き棒を用いて突き固めることによつ
て製造する。生圧縮強度は、デイテルトNo.454C
圧縮試験機(3psiまで)またはNo.400砂試験験機
(18psiまで)のいずれかを用いて、24時間後に測
定する。三種の有機リン化合物を用いた本発明の
結合剤を用いて製造した生圧縮強度測定用試験体
は、7.9〜10.3psiの24時間生圧縮強度値を示す。
反対に、対照物のおよびベンゾイルクロライド使
用の結合剤の24時間後の生圧縮強度は18psiより
大きい。これらの結果は、本発明の添加物が、触
媒を加える前に、ポリヒドロキシ化合物とポリイ
ソシアネートとを含有する鋳造用混合物の硬化す
る傾向を非常に減少させることを示している。
Binders and binder systems for foundry cores and master molds are well known. In the foundry art, cores or master molds for producing metal castings are generally manufactured from a mixture of an aggregate material, such as sand, and a binding amount of a binder or binder system. Typically, after mixing the aggregate material and binder, the resulting mixture is tamped, sprayed or otherwise formed into the desired shape or model, and then subjected to a catalyst and/or heat. It is used to harden it into a hard hardened state. Although many different methods for forming main molds or cores have been developed in the foundry industry, a recent development called the "cold box" method has generated much interest. ing.
The "cold box" process is carried out by passing a gaseous catalyst through shaped resin-coated sand at room temperature to achieve crosslinking. In such systems, the resin material is generally dissolved in a solvent prior to coating the aggregate material. The “cold box” binder and method is described in U.S. Patent No.
No. 3905934, No. 3409579 and No. 4246157. The types of binders commonly used in "cold box" systems are disclosed in the above-mentioned US patents. These are generally polyurethanes made from polyhydroxy compounds and polyisocyanates. Polyhydroxy compounds are generally prepared from phenols and formaldehyde. Although such systems have gained market acceptance, there is still a need for "cold box" systems that exhibit improved bench life. Bench life, ie, the amount of time a sand mixture can be used satisfactorily after it has been produced, is much shorter in "cold box" systems than in mixtures used in other casting processes. "Cold box" sand mixtures begin to essentially lose their properties a few hours after mixing and often the effective pot life is even shorter than this, especially in hot, humid environments. In a typical "cold box" application, the sand is mixed with the polyhydroxy compound and polyisocyanate in a mixer such as a mill.
The sand is conveyed to a core blower, typically a hopper, where it is stored and fed to the blow head when needed. The sand mixture is cured by blowing into the core box using air pressure and passing a gaseous tertiary-amine catalyst through the mixture to form a cured polyurethane polymer that binds the sand into the desired shape. However, polyhydroxy compounds and polyisocyanates can react even in the absence of a catalyst. Slow reaction in the absence of catalyst while the sand is in the hopper and blowhead reduces flowability and reduces tensile strength when the core is cured in the core box. This results in weak and insufficiently tight cores that are prone to breakage during handling or storage. A core of insufficient tightness can produce a casting with unacceptable finish or defects such as permeability or erodibility. Sand that is no longer usable in the core machine must be swept out of the hopper and blowhead, as this causes waste of sand and downtime of the machine. Additionally, cleaning at the end of the workday is much easier if the sand remains in the blowhead and the hopper residue is soft and does not stick to the equipment. In accordance with the present invention, the inventors have discovered that the addition of certain phosphorus compounds to the binder prevents the non-catalytic reaction between the polyhydroxy compound and the polyisocyanate, resulting in an improved product with a long bench life. It has been found that a "cold box" binder system can be obtained. In accordance with the present invention, a cold box comprising a polyhydroxy component, an isocyanate group having two or more functional groups, and a catalyst sufficient to substantially completely catalyze the reaction between the polyhydroxy component and the isocyanate component. A foundry binder composition, wherein the composition comprises an additive selected from the group consisting of dichloroaryl-phosphine, chlorodiarylphosphorine, arylphosphone-dichloride, diarylphosphinyl-chloride, and mixtures thereof. characterized in that the additive is present in an amount equal to 0.02 to 3% by weight of the isocyanate component. The above binder composition is provided. Also provided in accordance with the present invention are polyisocyanate components useful in polyurethane binder compositions. The polyisocyanate component includes an additive selected from the group consisting of dichloroarylphosphine, chlorodiarylphosphine, arylphosphone-dichloride, diarylphosphinyl-chloride, and mixtures thereof; present in an amount equal to 0.02-3% by weight of The polyurethane binder compositions of the present invention are suitable for mixing with aggregate materials such as foundry sand or the like to produce foundry cores or master molds. During the manufacture of the core or master mold, sufficient catalyst is used to substantially complete the reaction between the components and the core or master mold is cured. The polyhydroxy component used in the practice of this invention can vary within a wide range. This can be any organic hydroxy compound that has two or more functional groups and is soluble in the solvent used.
Such polyhydroxy compounds may include simple aliphatic polyols, polyether polyols, phenolic resins, and mixtures thereof. Suitable polyhydroxy components are substantially free of water - i.e., contain less than about 5% water, especially less than about 1% water, based on the weight of the resin - and are compatible with the solvent used. Dissolved phenolic resins, such as phenolic resins formed by the reaction of phenolic compounds with aldehydes.
It is a resol resin or a phenolic novolac resin. Resoles (i.e., A-stage resins) as well as resitors (i.e., B-stage resins) are prepared by reacting a molar excess of an aldehyde, such as formaldehyde, with a phenolic compound in the presence of an alkali or metal ion catalyst. It can be manufactured by Novolac resins can be produced by reacting an excess number of moles of a phenolic component with an aldehyde in the presence of an acidic catalyst. The phenols used in producing such phenolic resins are generally any phenols that can be utilized in producing phenolic resins. The only limitation is that the resin made from the phenolic compound must form a homogeneous solution in the solvent at room temperature. Particularly suitable phenols that can be used include: phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, 2,5-xylenol, 3,4-xylenol, 3,5-xylenol, 3,4, 5-
trimethylphenol, 2-ethylphenol,
3-ethylphenol, 3,5-diethylphenol, o-2-butylphenol, p-butylphenol, 3,5-dibutylphenol, p-
amylphenol, p-cyclohexylphenol, o-octylphenol, o-2-decylphenol, nonylphenol, 3,5-dicyclohexylphenol, p-phenylphenol, p-crotylphenol, 2-methoxyphenol, 3, 5-dimethoxyphenol, 3,
4,5-trimethoxyphenol, p-ethoxyphenol, 3-methyl-4-methoxyphenol and p-phenoxyphenol. One suitable phenolic component is a commercially available mixture containing about 80% o-cresol and about 18% phenol. However, it should be understood that other suitable phenolic resin components may also be used in the practice of the present invention. The aldehyde used in preparing the phenolic resin component used in the present invention can also vary within a wide range. In general, suitable aldehydes include all aldehydes used as described above in the production of phenolic resins, such as formaldehyde, acetaldehyde, propionaldehyde, furfuraldehyde and benzaldehyde. Generally, the aldehydes used have the formula R'CHO, where R' is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having from 1 to 8 carbon atoms. The most preferred aldehyde is formaldehyde. The isocyanate components that can be used in the binders according to the invention can likewise vary within a wide range and have more than one functional group. Examples of useful isocyanates are organic polyisocyanates such as toluylene-2,4-diisocyanate, toluylene-2,6-diisocyanate and mixtures thereof, especially the crude mixtures thereof available on the market. Other representative polyisocyanates include methylene-bis-(4-phenyl isocyanate), n-hexyl-diisocyanate, naphthalene-1,5-diisocyanate, cyclopentylene-1,3-diisocyanate, p
-Phenylene diisocyanate, toluylene-
There are 2,4,6-triisocyanate and triphenylmethane-4,4',4''-triisocyanate. Higher isocyanates include liquid reaction products of (1) diisocyanate and (2) polyol or polyamide. Additionally, isothiocyanates and mixtures of isocyanates can be used.Also, many commercially available impure or crude polyisocyanates are contemplated.Particularly preferred for use in the present invention are those having the general formula These are polyaryl-polyisocyanates represented by: In the above formula, R is selected from the group consisting of a hydrogen atom, a chlorine atom, a bromine atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms; selected from the group consisting of 10 alkyl groups and phenyl groups, and n has an average value of at least about 1, generally an average value of about 1 to 3. Typical commercially available isocyanates are:
Upjohn Co.'s PAPI−135−
is a polymethylene-polyphenyl isocyanate, having a Bruckfield viscosity at 25°C of about 200 cp and an isocyanate equivalent weight of 134. In general, the amounts of polyhydroxy and isocyanate components used in the binder compositions of the present invention are not critical and can be varied within wide limits. However, there should be at least enough isocyanate component present to substantially completely react with the polyhydroxy component. It is not critical that there is an excess of either unreacted component when the reaction is complete. The isocyanate component is generally used in the range from 15 to 400% by weight, based on the polyhydroxy component, and is advantageously used in the range from 20 to 200% by weight. However, while liquid isocyanates can be used undiluted, solid or viscous isocyanates can also be used, as long as sufficient solvent is used together with the polyhydroxy component.
Generally used together with organic solvents. In this regard, the isocyanate component may contain up to 80% by weight of solvent. Furthermore, according to the invention, both the polyhydroxy component and the isocyanate component are in practice advantageously dissolved in a solvent in order to provide a component/solvent mixture of the desired viscosity, thus e.g. This facilitates its use in coating materials with the respective components. In this regard, about 1000 cp or less,
In particular, sufficient solvent is used to provide a solution of each component with a Bruckfield viscosity of less than 250 cp. Furthermore, although the total amount of solvent can vary within a wide range, generally in the compositions of the present invention, the amount of solvent is between 5 and 70% based on the total weight of the polyhydroxy component.
Preferably, it is present in a range of 20 to 60% by weight. Solvents used in the practice of this invention are generally hydrocarbon solvents, including particularly polar organic solvents such as organic esters. Examples of suitable hydrocarbon solvents include benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, high boiling aromatic hydrocarbon mixtures, heavy aromatic naphtha, and the like. It is advantageous to use hydrocarbon solvents with a flash point of 100ⓓ or more. As previously mentioned, the compositions of the present invention are particularly suitable for curing by the "cold box" process. When using the "cold box" process, the catalyst used is generally a volatile catalyst. Examples of advantageous catalysts include volatile tertiary amine gases. This is passed through a core or master mold, generally with an inert carrier such as air or CO2 . In this regard, gas treatment conditions can vary over a wide range, but the amine catalyst should be in contact with as much binder as possible to ensure substantially complete reaction between the polyhydroxy and isocyanate components. should. Examples of volatile tertiary amine catalysts that can be used in the practice of this invention and provide rapid curing at ambient temperatures include trimethylamine,
Includes triethylamine and dimethylethylamine and their analogs. The binder compositions of the present invention may employ a wide variety of aggregate materials, such as silica sand, lake sand, zircon, chromite, and the like. They are particularly useful in foundry technology as bonding compositions for foundry sands. When used in this manner, the amount of binder composition can vary within wide limits and is not critical. However, at least a binding amount of the binder composition should be present to substantially completely cover all sand particles. Advantageously, the binder is present in the mixture in the range from 0.7 to 4.0% by weight, based on the total weight of the composition. The binder composition of the present invention is “cold boxed”.
When used in casting processes, the polyhydroxy component and isocyanate are first mixed with the aggregate material. Since the catalyst is added to the mixture as the last component of the composition, premature reactions between the components do not occur. The polyhydroxy component and the isocyanate component should not be brought into contact with each other until ready for use to avoid any premature reaction.
These components may be mixed with the aggregate material simultaneously or one after the other in suitable mixing equipment. It has been discovered that the addition of certain organophosphorus compounds slows the premature reaction of the binder components. This is particularly beneficial if the mixture of aggregate material and binder components is to be held for several hours before being placed in the core box. Useful organophosphorus compounds are selected from the following groups: dichloroarylphosphines, chlorodiarylphosphines, arylphosphone-dichlorides and diarylphosphinyl-chlorides. These have the following general structural formulas: ArPCl 2 , Ar 2 PCl, ArPOCl 2 and
Ar2POCl . In each formula, Ar is phenyl, naphthyl,
Aromatic groups such as substituted phenyl, substituted naphthyl and the like. The type of substituents can vary within wide limits. Examples of particularly suitable aryl groups include: o
-Toluyl, m-toluyl, p-toluyl, o-
Methoxyphenyl, m-methoxyphenyl and p-methoxyphenyl. The organophosphorus compound is conventionally mixed with the isocyanate component-containing solution at any time prior to its use in the binder system. The phosphorus compound can be mixed with the aggregate material neat or in solution. This addition may be made either before, simultaneously with, or immediately after the addition of other binder components to the aggregate material. Very low concentrations of organophosphorus compounds act to retard premature reaction of the binder components. The effective concentration of phosphorus compounds in the binder will vary somewhat with the type and purity of the binder and aggregate components. A particularly advantageous concentration of organophosphorus compounds used according to the invention is from 0.02 to 3% by weight of the isocyanate compounds. Other commonly used additives can optionally be used in the binder compositions of the present invention. Such additives include, for example, coupling agents.
This includes organic silanes known as agents. Use of such materials can enhance the adhesion of the binder to the aggregate material. Examples of useful coupling agents of this type include amino-silanes, epoxy-silanes, mercapto-silanes, hydroxy-silanes, and ureido-silanes, such as γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-
Hydroxypropyltrimethoxysilane, 3-ureidopropyl-triethoxysilane, γ-mercaptopropyltrimethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, β-(3,
4-epoxycyclohexyl)trimethoxysilane, N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilane and their analogs. In the practice of the invention, additives commonly utilized in casting manufacturing processes may also be added to the composition during the sand coating operation. Such additives include iron oxide, clay, potassium fluoroborate, wood flour, and the like. Using the binders of the present invention provides "cold box" systems with improved bench life when compared to previously used polyurethane binders. Although the polyurethane binders of the present invention are discussed in the context of a "cold box" casting system, they may also be used in other applications where it is necessary to mix each urethane component for some period of time before adding catalyst to the mixture. Can be used. The present invention will be explained in further detail by the following examples. In the examples all parts and percentages are by weight. Example 1 This example illustrates the use of various organophosphorus compounds in a urethane binder system.
The polyhydroxy component of the binder used in this test was Acme Flow 2030 Part 1 resin, a phenolic compound available from Acme Resin Corporation, Forest Park, Illinois.・It is a resol resin solution. Isocyanate solution has a flash point above 100〓25%
75% polymethylene in an aromatic hydrocarbon solvent
Manufactured by dissolving polyphenyl isocyanate. 100 parts of isocyanate solution,
Add 0.25 part of each additive listed in the table. The resole resin and isocyanate components are mixed with 20KK lake sand using a Hobart A-120-mixer. The casting mixture was allowed various time intervals before being used to create 1 inch dog bone tensile test samples. These are Redford CBT-1-
Produced by blowing the mixture into a core blower. The core was blown with air pressure of 50psi and
Gass at 30 psi for 3 seconds with 12% dimethylethylamine in CO 2 and then 30 psi for 5 seconds with purified air. The tensile strength was determined after 1 minute of curing using the Detroit Testing Machine Company.
Company) Measure using a CST type tensile strength testing machine. The test results are shown in Table 1. 4 before gas treatment
These mixtures have good bench life resulting in cores exhibiting high tensile strength after holding for ~6 hours. Inhibitor, i.e. phenylphosphone
The sand mixture containing dichloride, dichlorophenylphosphine and chlorodiphenylphosphine exhibits a bench life that is superior to that of the control core without any additives. Also, this product is carboxylic acid chloride, benzoyl-
Superior to comparative test cores containing chloride. In further evaluating the sand/binder-mixture:
A compression test specimen 2 inches in diameter and 2 inches in height was packed with 170 g of sand mixture in a Dietert No.
Manufactured by tamping using a 315 sand tamper. Raw compressive strength is Deitelt No.454C
Measurements are taken after 24 hours using either a compression tester (up to 3 psi) or a No. 400 sand tester (up to 18 psi). Test specimens for measuring green compressive strength made using the binder of the present invention using three types of organophosphorus compounds exhibit 24-hour green compressive strength values of 7.9 to 10.3 psi.
In contrast, the green compressive strength after 24 hours of the control and the binder using benzoyl chloride is greater than 18 psi. These results show that the additives of the invention greatly reduce the tendency of casting mixtures containing polyhydroxy compounds and polyisocyanates to harden before adding the catalyst.

【表】【table】

【表】 実施例 2 いずれの場合も添加物がイソシアネート成分溶
液の1重量%であることを除いて、実施例1の手
順に従つて行なう。結果を第表に再び示す。第
表には、本発明の有機リン化合物が、成形用組
成物において用いられるポリヒドロキシ成分とイ
ソシアネート成分との早過ぎの反応を効果的に抑
制することが示されている。 24時間のの生圧縮強度試験をこの実施例の砂混
合物について行なつた場合には、有機リン化合物
含有混合物は2.3〜3.3psiの生圧縮強度値を示す。
これに対して抑制剤を用いずにまたは添加物とし
てベンゾイル−クロライドを用いて製造した試験
体は18psiより大きい生圧縮強度値を示す。この
ことは、有機リン化合物が混合物の早過ぎの硬化
を防止する能力を証明している。
EXAMPLE 2 The procedure of Example 1 is followed, except that in each case the additive is 1% by weight of the isocyanate component solution. The results are shown again in Table 1. The table shows that the organophosphorus compounds of the present invention effectively inhibit premature reaction of the polyhydroxy and isocyanate components used in molding compositions. When a 24 hour green compressive strength test is conducted on the sand mixture of this example, the organic phosphorus compound containing mixture exhibits a green compressive strength value of 2.3 to 3.3 psi.
In contrast, specimens prepared without inhibitor or with benzoyl chloride as an additive exhibit green compressive strength values greater than 18 psi. This demonstrates the ability of the organophosphorus compound to prevent premature curing of the mixture.

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ポリヒドロキシ成分、二以上の官能基を有す
るイソシアネート成分および、ポリヒドロキシ成
分とイソシアネート成分との間の反応に触媒作用
をするに十分な触媒より成るコールドボツクス鋳
造用の結合剤組成物において、該組成物がジクロ
ロアリール−ホスフイン、クロロジアリールホス
フイン、アリールホスホン−ジクロライド、ジア
リールホスフイニル−クロライドおよびこれらの
混合物より成る群から選ばれた添加物を含有し、
該添加物がイソシアネート成分の0.02〜3重量%
に等しい量で存在することを特徴とする、結合剤
組成物。 2 添加物がジクロロフエニルホスフイン、クロ
ロジフエニルホスフイン、フエニルホスホンジク
ロライド、ジフエニルホスフイニルクロライドお
よびこれらの混合物より成る群から選ばれている
特許請求の範囲第1項記載の結合剤組成物。 3 添加物のアリール基がo−トルイル、m−ト
ルイル、p−トルイル、o−メトキシフエニル、
m−メトキシフエニルおよびp−メトキシフエニ
ルから選ばれている特許請求の範囲第1項記載の
結合剤組成物。 4 ポリヒドロキシ成分がフエノール樹脂である
特許請求の範囲第1項から第3項までのうちのい
ずれか一つに記載の結合剤組成物。 5 添加物がイソシアネート成分に溶解している
特許請求の範囲第1〜4項のいずれか一つに記載
の結合剤組成物。
[Claims] 1. A combination for cold box casting comprising a polyhydroxy component, an isocyanate component having two or more functional groups, and a catalyst sufficient to catalyze the reaction between the polyhydroxy component and the isocyanate component. an additive selected from the group consisting of dichloroaryl-phosphine, chlorodiarylphosphine, arylphosphophone-dichloride, diarylphosphinyl-chloride, and mixtures thereof;
The additive is 0.02 to 3% by weight of the isocyanate component.
A binder composition characterized in that it is present in an amount equal to. 2. The binder of claim 1, wherein the additive is selected from the group consisting of dichlorophenylphosphine, chlorodiphenylphosphine, phenylphosphone dichloride, diphenylphosphineyl chloride, and mixtures thereof. Composition. 3 The aryl group of the additive is o-tolyl, m-tolyl, p-tolyl, o-methoxyphenyl,
A binder composition according to claim 1, wherein the binder composition is selected from m-methoxyphenyl and p-methoxyphenyl. 4. The binder composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the polyhydroxy component is a phenolic resin. 5. The binder composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the additive is dissolved in the isocyanate component.
JP59133412A 1983-06-29 1984-06-29 Modified polyurethane binder composition Granted JPS6037242A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59133412A JPS6037242A (en) 1983-06-29 1984-06-29 Modified polyurethane binder composition

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US508781 1983-06-29
JP59133412A JPS6037242A (en) 1983-06-29 1984-06-29 Modified polyurethane binder composition

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6037242A JPS6037242A (en) 1985-02-26
JPH0442103B2 true JPH0442103B2 (en) 1992-07-10

Family

ID=15104160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59133412A Granted JPS6037242A (en) 1983-06-29 1984-06-29 Modified polyurethane binder composition

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6037242A (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR940005481B1 (en) * 1986-08-05 1994-06-20 도요타고키 가부시키가이샤 Transfer apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6037242A (en) 1985-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4436881A (en) Polyurethane binder compositions
CA1251597A (en) Polyurethane binder compositions
US4946876A (en) Polyurethane-forming foundry binders containing a polyester polyol
US5101001A (en) Polyurethane-forming foundry binders and their use
US4246157A (en) Binder compositions containing phenolic resins and organic phosphate and/or carbonate solvents
JPS6395217A (en) Binder composition and its production
MXPA01007981A (en) Method to improve humidity resistance of phenolic urethane foundry binders.
US4852629A (en) Cold-box process for forming foundry shapes which utilizes certain carboxylic acids as bench life extenders
US4760101A (en) Polyurethane-forming binder compositions containing certain carboxylic acids as bench life extenders
US5132339A (en) Polyurethane-forming foundry binders containing a polyether polyol
US4514316A (en) Polyisocyanate compositions useful for polyurethane binders
US5874487A (en) Foundary binder systems which contain alcohol modified polyisocyanates
JPH0442103B2 (en)
USRE34092E (en) Phenolic resin compositions and their use in foundry binders
US20060270753A1 (en) Stabilized phenolic resole resin compositions and their use
US6124375A (en) Foundry binder systems which contain alcohol modified polyisocyanates
WO1998019808A1 (en) Amine modified polyisocyanates and their use in foundry binder systems
US4814363A (en) Phenolic resin compositions and their use in foundry binders
US6664310B2 (en) Hydrogenfluorides of aminosilanols and their use
US6883587B2 (en) Polyisocyanate compositions and their use
US4852636A (en) Process for preparing foundry shapes and castings utilizing certain polyurethane binders
US5338774A (en) Polyurethane-forming binder systems containing a polyphosphoryl chloride
WO2002060985A1 (en) Phenolic urethane foundry binders containing methyl benzoate
WO1988003541A1 (en) Polyurethane-forming binder compositions containing certain phosphonic dihalides as bench life extenders
MXPA99004310A (en) Foundry binder systems which contain alcohol modified polyisocyanates

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term