KR101971058B1

KR101971058B1 - 기상 촉매로 콜드-박스 주조 성형물을 경화하는 방법

Info

Publication number: KR101971058B1
Application number: KR1020147003952A
Authority: KR
Inventors: 셴핑 왕; 더글라스 제이. 데스밋; 조르그 크로커
Original assignee: 에이에스케이 케미칼스 엘엘씨
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2019-04-22
Also published as: EA027385B1; BR112014001275A2; ZA201309583B; HUE031841T2; CN103702783A; BR112014001275B1; JP2014520677A; EP2734320A2; MX2014000784A; PL2734320T3; MX343917B; EA201490193A1; CA2841873A1; WO2013013015A3; WO2013013015A4; US20140190648A1; JP6084610B2; US9327346B2; ES2613594T3; CN103702783B

Abstract

주조 혼합물 중 점결제를 경화시킴으로써 주조 성형물을 형성하기 위한 "콜드 박스" 방법은, 순차적으로 성형된 주조 혼합물을 함유하는 패턴으로 제1 증기상 경화 촉매를 도입하고, 그 후 적어도 제2 증기상 경화 촉매를 도입함으로써, 작용한다. 각각의 증기상 경화 촉매의 양과 접촉 시간을 조절함으로써, 또한 활성이 더 적은 제1 증기상 경화 촉매를 사용함으로써, 경화를 유효하게 하는데 사용되는 경화 촉매의 총 양은 감소된다. 캐리어 가스는 각각의 증기상 경화 촉매와 함께 사용될 수 있다. 통상적으로, 증기상 경화 촉매는 탄소수 3 내지 6의 삼차아민이다.

Description

기상 촉매로 콜드-박스 주조 성형물을 경화하는 방법{METHOD FOR CURING COLD-BOX FOUNDRY SHAPE WITH GASEOUS CATALYST}

본 출원은 2011년 7월 19일에 출원된 비-가특허출원 US 61/509,427이며, 여기서 우선권 주장에 의해 전체로서 참조로 삽입된다.

본 발명에 개시되는 구현예들은 코어 및 몰드를 제조하기 위한 소위 "콜드-박스" 방법에서 주조 성형물(foundry shape)을 형성하기 위해, 주조 혼합물에서 점결제(binder)를 경화시키는 장치 및 방법에 있어서 개선사항들에 관한 것이다. 개선된 방법에 있어서, 둘 이상의 기상(gaseous) 촉매가 순차적 방식으로 사용된다. 개선된 장치는 촉매들의 순차적 사용(sequential use)을 가능하게 한다. 본 발명을 실시하는 바람직한 측면에서, 사용되는 제1촉매는 점결제를 경화시키는 것과 관련하여 제2촉매보다 활성이 더 적다. 다수의 이들 구현예에서, 제1촉매의 사용되는 몰량은 제2촉매의 사용되는 몰량을 초과한다.

페놀 포름알데히드 및 폴리이소시아네이트 수지를 경화하는 콜드 박스 방법에서 경화제로서 기상 촉매, 특히 삼차아민을 사용하는 것은 당업계에 알려져 있다.

공개된 미국 출원 2010/0126690(van Hemelryck)에는, 바람직한 삼차아민들 중 일부는 트리메틸 아민("TMA", CAS RN 75-50-3), 디메틸 에틸 아민("DMEA", CAS 75-64-9), 디메틸이소프로필아민("DMIPA", CAS 996-35-0), 디메틸 프로필아민("DMPA", CAS RN 926-63-6) 및 트리에틸 아민("TEA", CAS RN 121-44-8)이라는 점이 시사되어 있다. 상기 공개된 미국 출원 2010/0126690에는, 상기 삼차아민이 과거에 개별적으로 사용되는 것으로서 알려진 것에 반해, 삼차아민을 블렌드(blend)로 사용할 수 있다는 점이 시사되어 있다. 이와 같은 블렌드는 두 부분으로 이루어지는 것이 전형적이지만, 2개의 삼차아민보다 많은 수를 포함할 수 있다.

또한, 상기 공개된 미국 출원 2010/0126690에는, 증발을 허용하기 위해 그리고 주입된 기체 혼합물에서 아민의 충분한 농도를 달성하기 위해 아민의 바람직한 비등점은 (적어도 아민이 개별적으로 사용될 때) 100℃ 미만이라는 점이 시사되어 있다. 이와 같은 가이드라인은 몰드 내에서 아민의 응축을 피하도록 도와준다.

상기 상한 외에, 바람직한 비등점의 하한이 또한 존재한다. 예를 들어, TMA는 주위온도에서 가스이고(약 3℃의 bp), 이는 비등점이 더 높은 아민에 비해 핸들링하기가 더 어렵게 만든다. 일반적으로 분자량이 더 낮은 아민(구체적인 예로서, DMEA(44-46℃의 bp))은 강한 암모니아 냄새를 갖고 있는 경향이 있으며, 이는 작업하는 것을 불쾌하게 만든다. 비등점 스펙트럼의 다른 측면에서, TEA(89℃의 bp)는 (특히, 겨울에) 기체 혼합물에서 응축되는 경향이 있으며, 이는 비등점에 대한 실질적인 상한이 100℃보다 훨씬 아래라는 점을 나타낸다.

비등점과 관련되는 파라미터는 분자량이며, 이는 주조 혼합물을 통해 기상 아민의 용이한 확산을 허용할 수 있도록 충분히 낮아야 한다. 상기 공개된 미국 출원 2010/0126690에는, TEA(Mw 101)가 콜드 박스 방법에 대해 허용가능한 범위의 하이엔드(high end)에 있다는 점이 시사되어 있다. 상기 공개된 미국 출원 2010/0126690에는, 허용가능한 경화 촉매의 양호한 세트가 DMIPA(64-67℃의 bp), DMPA 및 N,N-디에틸메틸아민("DEMA", CAS RN 616-39-7)로 구성된 탄소수 5의 삼차아민의 세트를 포함한다는 점이 시사되어 있다.

이들 삼차아민과 경화 촉매로서의 기능에 대해 이해도가 증가되고 있음에도 불구하고, 아민을 가장 잘 사용하는 법(특히, 엄격하게는 혼합물이 아닌 조합으로)에 대해서는 여전히 알려져 있지 않다.

여러가지 충족되지 못한 이점들은 주조 성형물을 형성하기 위한 "콜드 박스" 방법에 의해 제공된다. 이 방법에서, 주조 혼합물은 패턴 내로 도입되어 주조 성형물을 형성한다. 사용된 주조 혼합물(foundry mix)은 주된 양(major amount)의 주조용 골재(foundry aggregate) 및 미경화(uncured) 점결제를 포함한다.

이 방법에서, 형성된 주조 성형물은 순차적인 방식으로 제1 증기상(vaporous) 경화 촉매와 접촉하고, 이어서 적어도 제2 증기상 경화 촉매와 접촉한다. 이 방법의 일부 구현예에서, 상기 접촉 단계의 두번째 부분은 제1 및 제2 증기상 경화 촉매의 혼합물을 사용한다. 이 방법에서, 각각의 증기상 경화 촉매는 형성된 주조 성형물을 경화시킬 수 있다. 상기 접촉 단계는 형성된 주조 성형물이 핸들링하기에 충분하게 경화될 때까지 수행되고, 그 이후에 패턴(pattern)으로부터 제거된다. 대부분의 구현예들에서, 캐리어 가스(carrier gas), 바람직하게는 촉매적으로 비활성인 캐리어 가스가 주조 성형물이 포함되어 있는 코어 박스를 통해 경화 촉매를 이동시킨다.

이들 방법을 수행하는 바람직한 방식에 있어서, 제1 및 제2 증기상 경화 촉매는, 사용되는 특정 점결제에 대해 제1 증기상 경화 촉매의 활성이 제2 증기상 경화 촉매의 활성보다 더 작도록 선택된다.

바람직한 제1 및 제2 증기상 경화 촉매는 삼차아민이고, 특히 탄소수 3 내지 6의 삼차아민이다. 이중에서, 바람직한 제1 증기상 촉매는 트리에틸 아민이고, 바람직한 제2 경화 촉매는 디메틸이소프로필아민, 디메틸 에틸 아민 및 디메틸 프로필 아민을 포함한다.

이들 방법에서, 주조 혼합물은 주조용 골재를 주된 양으로 포함한다.

본 발명의 또다른 측면은 주조 성형물에 대해 "콜드 박스" 방법을 수행하거나 그러한 장치에 의해 달성된다. 상기 장치는 제1 및 제2 경화 촉매를 증기상으로 제공하는 장치, 및 형성되는 주조 성형물을 포함하기 위한 코어 박스를 가지며, 상기 코어 박스는 유입구 및 유출구를 가지며, 상기 유입구는 촉매-제공 장치에 연결되고 증기상 경화 촉매와 점결제 사이의 접촉을 촉진시키도록 유출구에 대해 배열된다.

또한, 상기 방법을 수행하기 위한 장치들 다수는, 코어 박스의 유출구에 연결된, 증기상 경화 촉매를 회수하기 위한 장치를 포함할 것이다.

이들 방법에 있어서, 촉매-제공 장치는 코어 박스를 통해 증기상 경화 촉매를 이동시키는 촉매-비활성 캐리어 가스의 원(source)을 포함한다. 일부 예에서, 증기상-촉매-제공 장치는 제1촉매를 기화시키는 제1챔버 및 제2촉매를 기화시키는 제2챔버를 가지며, 상기 제1챔버 및 제2챔버는 각각 캐리어 가스 원(source) 및 코어 박스의 유입구에 직접 연결된다. 또다른 예에서, 상기 제2챔버는 제1챔버를 통해 코어 박스 유입구에 연결된다.

촉매-회수 장치가 사용될 때, 제1 경화 촉매 및 제2 경화 촉매를 각각 서로에 대해 (통상적으로는, 비등점 또는 용해도의 차이점을 이용함으로써) 분리시키는 능력을 갖는 것이 바람직하다.

개시되어 있는 구현예들은 하기의 상세한 설명과 첨부된 도면을 파악함으로써 더 잘 이해될 것이며, 여기서 같은 참조 문자는 동일한 부분을 나타낸다.
도 1은 기상 아민 촉매를 사용하여 콜드 박스 방법을 수행하는데 사용되는 장치의 도식적 블록 구성도이다.
도 2 내지 4는 촉매 준비 및 충전 장치의 더 자세한 내용을 보여주는 도식적 블록 구성도이다.

바람직한 구현예의 상세한 설명

도 1은 본 발명의 구현예를 수행하기 위한 장치(10)의 도식적 도면을 보여준다. 상기 장치(10)는 촉매 준비 및 충전 장치(20), 코어 박스(30) 및 촉매 회수 장치(40)를 포함한다. 코어 또는 몰드와 같은 주조 성형물을 제조하기 위한 콜드 박스 방법은 일반적으로 주조 혼합물이 코어 박스(30) 내부에서 원하는 형상으로 형성되고, 그 후에 기상 촉매가 촉매 준비 장치(20)로부터 도관(50)을 통해 코어 박스 내로 통과되는 것을 필요로 한다. 상기 촉매는 코어 박스(30)에서 주조 혼합물과 상호작용하며, 주조 혼합물의 폴리머성 점결제 부분을 경화시키며, 코어 또는 몰드와 같은 종류의 경화된 주조 성형물을 형성한다. 상기 촉매는 일반적으로 질소 또는 공기와 같은 캐리어 가스에 의해 수반되며, 도관(60)을 통해 코어 박스(30)를 빠져나가며, 상기 캐리어 가스가 주로 점결제와 촉매의 접촉 시간을 결정한다. 기상 촉매와 연관되는 규제 요구사항, 상기 촉매의 비용, 또는 이들 둘 모두 때문에, 도관(60)을 통해 빠져나가는 가스 스트림을 촉매 회수 장치(40) 내로 통과시키는 것이 통상적이며, 여기서 다양한 다수의 방법들이 캐리어 가스로부터 촉매를 분리하고 회수하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 여기에 개시되는 구현예들의 다수와 관련하여, 상기 촉매 회수는 촉매로서 사용된 기상 아민을 중화시키는 산성 스크러버를 사용하는 단계, 그 후 다시 사용되어지는 아민을 회수하는 적합한 단계를 포함할 수 있다.

통상적인 장치(10)에서, 촉매 장치(20)는 증기상 조건에서 단일 경화 촉매를 제공하는 것만 필요하므로, 도 2에서 보여지는 바와 같이, 기화 챔버(22) 및 캐리어 가스 원(G)이면 충분하다. 그러나, 본원에 개시되는 방법들에서, 코어 박스 내 주조 혼합물은 순차적인 방식으로 제1 증기상 경화 촉매에 의해 접촉되어지고, 이어서 적어도 제2 증기상 경화 촉매에 의해 접촉되어지며, 이에 따라 촉매 장치의 부가적인 배열이 도시된다.

예를 들어, 도 3에서, 촉매 장치(120)는 별도의 기화 챔버(22,24)를 갖는다. 각각의 기화 챔버(22,24)는 캐리어 가스 원(G)에 연결되고, 각각의 유출구는 도관(50)으로 가스 플로우를 위해 연결된다. 기상 촉매들 중 하나가 챔버(22)에서 기화되고 다른 것이 챔버(24)에서 기화될 때, 적절한 밸브 장치(명시되지 않음)가 도관(50)을 통해 코어 박스로 촉매의 선택된 순차적 흐름을 유발할 수 있다(도 3에는 도시되지 않음). 2개의 캐리어 가스 원(G)은 챔버(22,24) 각각에 적절하게 연결되고 또한 캐리어 가스의 흐름을 조절하도록 적절하게 밸브 장치된 단일 원일 수 있다는 점이 이해될 수 있을 것이다.

도 4에서, 다른 촉매 준비 및 전달 장치(220)가 도시된다. 상기 장치(120)에서와 같이, 개별적인 기화 챔버(22,24)가 제공되며, 각각의 챔버는 캐리어 가스 원(G)에 연결됨으로써 기화된 촉매는 캐리어 가스에 의해 도관(50)으로 이동될 수 있다. 그러나, 상기 장치(220)에서, 제1 기상 촉매는 챔버(22)에서 기화되고, 제2 기상 촉매는 챔버(24)에서 기화되며, 상기 챔버들은 최초 흐름이 챔버(22) 및 캐리어 가스 원(G)으로부터만 있도록 배열되고, 이 때 챔버(22)와 챔버(24) 사이의 도관(26)은 폐쇄되어 있다. 그 후, 도관(26)에서 밸브 장치를 오픈함으로써, 챔버(24)로부터의 흐름이 챔버(22)를 통해 도관(50)으로 향하는 길로 흘러간다. 이러한 방식으로, 제1 증기상 경화 촉매는 경화 과정의 두번째 부분 동안 제2 증기상 촉매와 혼합될 수 있다.

기상 촉매를 사용하는 주조 성형물의 개선된 경화를 제공하기 위해 본원에 개시되는 구현예들에 수반되는 메카니즘들은 완전히 이해되지는 않으며, 본 발명자들은 그에 대한 이론(특히, 코어 박스(30)에서 발생하는 메카니즘과 관련된 이론)을 제안하지 않는다. 그러나, 코어 박스의 도관(50,60)에서의 과정들은 관련 기술을 개선하는데 수반되는 단계들을 규정하는 것으로 충분히 알려져 있다.

콜드 박스 방법에서 사용되는 점결제의 유형의 예는 미국 특허 5,688,857(Chen)에 개시되어 있다. 경화 촉매로서, 아민, 특히 삼차아민 기체의 유용성은 또한 미국 특허 3,409,579(Robins)에서 알려져 있고 개시되어 있다.

실험결과

실시예 1

촉매 준비 장치(20)의 일구현예에서, 상기 장치는 삼차아민을 액체로서 수용하여 따뜻하게 데우고, 캐리어 가스를 사용하여 아민 증기를 도관(50)을 통해 코어 박스(30)로 이동시키는, 기화장치이다. 이 구현예는 테스트 코어를 제조하기 위해 작은 코어 박스를 사용하여 실험실에서 시뮬레이션되었다. 단일 아민을 사용하기보다는, 2개의 아민의 혼합물을 사용하였다. 실험실 테스트를 수행하는데 유용한 프로토콜과 장치는 Showman 등의 문헌 ["The Need for Speed or Measurement and Optimization of Cure Speed in PUCB Binders", AFS Transactions, paper 04-02 (2004), American Foundry Society, Des Plaines, IL]에 개시되어 있다. 이러한 상황에서, 제1아민은 주로 비용에 기인하여 선택되고, 제2아민은 주로 더 높은 활성에 기인하여 선택된다. 본 실험을 위해, 제1아민은 TEA였으며, 제2아민은 DMIPA였다. 1부피의 DMIPA에 대해 3부피의 TEA를 갖는 아민 증기가 제조되었으며, 촉매 준비 장치 밖으로 그리고 코어 박스 안으로 캐리어 가스에 의해 이동되었다. 코어 박스 내 테스트 코어는 샌드(sand)를 포함하는 주조 혼합물 및 적합한 양의 ISOCURE FOCUS (TM) 106/206(즉, ASK Chemicals사에서 시판되는 주조 점결제)로부터 형성되었다. 가스처리(gassing)는 12초 동안 지속되었으며, 그 동안 1200μL의 아민 혼합물이 코어 박스를 통과하여 지나갔다. 12초 동안의 가스처리 후에, 테스트 코어는 완전히 경화되었다. 상기 테스트는 약 1200μL가 완전한 경화를 달성하는데 필요했다는 점을 확인하기 위해 아민의 수준을 감소시켜 반복되었다.

실시예 2

동일한 코어 박스(30)를 사용하고, 촉매 준비 장치(120) 또는 (220)를 순차적으로 가스처리가 될 수 있도록 변형하고, 제1 아민 단독을 사용하고 이어서 제2 아민을 사용하여, 실시예 1에서와 동일한 주조 혼합물이 코어 박스 내에 놓여졌다. 처음 6초 동안 490μL의 TEA가 사용되어 코어 박스를 가스처리하였으며, 그 후 6초 동안 160μL의 DMIPA로 가스처리되었으며, 총 아민은 전체 650μL였다. 12초 동안의 가스처리 후에, 테스트 코어는 550μL가 더 적은 총 아민을 사용하여 완전히 경화되었다.

실시예 3

실시예 1의 실험이 반복되었으며, 유일한 변화는 사용되는 주조 혼합물이 적합한 양의 ISOCURE FOCUS (TM) 112/212(이는 또한 ASK Chemicals사에서 시판되는 주조 점결제임)와 혼합된 샌드였다는 점이다. 가스처리는 또다시 12초 동안 지속되고, TEA 및 DMIPA의 3:1(중량비) 혼합물이 사용되었으며, 이에 따라 테스트 코어의 완전한 경화가 야기되었다. 이 경우, 코어 박스를 통한 총 아민 증기 흐름은 900μL였다.

실시예 4

이 실험에서, 실시예 3의 실험이 반복되었으며, 다만 실시예 2의 순차적 가스처리 배열이 사용되었다. ISOCURE 112/212 주조 점결제를 이용한 주조 혼합물이 실시예 3에서처럼 사용되었다. 6초 동안 450μL의 TEA가 사용되어 가스처리되었으며, 그 후 6초 동안 150μL의 DMIPA로 가스처리되었으며, 총 아민은 전체 600μL였다. 12초 동안의 가스처리 후에, 테스트 코어는 300μL가 더 적은 총 아민을 사용하여 완전히 경화되었다.

실시예 5

실시예 1의 실험이 반복되었으며, 유일한 변화는 주조 혼합물이 적합한 양의 ISOCURE (TM) 397CL/697C(이는 또한 ASK Chemicals사에서 시판되는 주조 점결제임)와 혼합된 샌드였다는 점이다. TEA 및 DMIPA의 3:1(중량비) 혼합물에 의해 테스트 코어를 가스처리함으로써, 2200μL의 아민 혼합물이 사용된 후에 완전한 경화가 야기되었다.

실시예 6

실시예 5의 실험이 반복되었으며, 다만 실시예 2의 순차적 가스처리 배열이 사용되었다. 실시예 5의 주조 혼합물이 사용되었다. 1200μL의 TEA 및 이어서 400μL의 DMIPA를 사용함으로써 수행된 순차적 가스처리는 총 아민 1600μL에 대해 완전한 경화를 야기하였다.

상기 결과에 대한 해석 중 하나는 실시예 5와의 비교에 근거할 때 순차적 가스처리는 혼합된 가스처리에 비해 600μL가 더 적은 총 아민을 사용하였다는 것이다. 600μL 중에서, 450μL는 TEA이고 150μL는 DMIPA가 될 것이다.

실시예 7

실시예 5의 실험이 반복되었으며, 실시예 1의 가스처리 배열 및 ISOCURE (TM) 397CL/697C 주조 점결제가 사용되었다. 그러나, 다른 아민들을 이용한 아민 혼합물 또는 순차적 가스처리를 사용하기보다는, 단지 TEA만 사용되었다. 3400μL의 TEA로 테스트 코어를 가스처리한 후에, 완전한 경화가 야기되었다.

상기 결과를 실시예 5와 비교할 때, TEA와의 혼합물 중에서 550μL의 DMIPA는 TEA가 단독으로 사용된 경우의 1750μL TEA를 유효하게 대체하였기 때문에, DMIPA와 혼합된 TEA가 TEA 단독에 비해 경화에 있어서 더 효과적이라는 점이 관찰된다.

상기 결과를 실시예 6과 비교할 때, TEA 이후에 순차적으로 투여되는 400μL의 DMIPA는 TEA가 단독으로 사용된 경우의 2200μL TEA를 유효하게 대체하였기 때문에, 순차적으로 사용되는 TEA 및 DMIPA가 TEA 단독에 비해 경화에 있어서 더 효과적이라는 점이 관찰된다.

실시예 8

실시예 5의 실험이 반복되었으며, 실시예 1의 가스처리 배열 및 ISOCURE (TM) 397CL/697C 주조 점결제가 사용되었다. 이 경우에, 다른 아민들을 이용한 아민 혼합물 또는 순차적 가스처리를 사용하기보다는, 단지 DMIPA만 사용되었다. 1400μL의 DMIPA로 테스트 코어를 가스처리한 후에, 완전한 경화가 야기되었다.

상기 결과를 실시예 5와 비교할 때, 혼합된 TEA/DMIPA 경화는 800μL가 더 많은 총 아민을 필요로 하였으며, 다만 추가 아민인 1650μL의 TEA가 850μL의 DMIPA를 대체하였다는 점이 관찰된다.

상기 결과를 실시예 6과 비교할 때, TEA 이후에 DMIPA의 순차적 투여는 200μL가 더 많은 총 아민을 필요로 하였다는 점이 관찰된다. 그러나, 관찰된 실제 효과는 1200μL의 TEA가 1000μL의 DMIPA를 대체할 수 있었다는 점이었다. 실시예 7의 결과를 실시예 8에 비교할 경우, 단독으로 사용될 때 DMIPA는 부피 대 부피를 기준으로 TEA보다 거의 2.5배 더 활성이거나 효과적이라는 점을 나타내며, 이는 예상치 못한 것이다.

실시예 9

실시예 5의 실험이 반복되었으며, 실시예 1의 가스처리 배열 및 ISOCURE (TM) 397CL/697C 주조 점결제가 사용되었다. 다른 아민, 즉 탄소수 4의 디메틸에틸아민("DMEA", CAS RN 75-64-9)이, DMIPA 대신에 그리고 임의의 혼합물 또는 순차적 가스처리 대신에, 그것만으로 사용되었다. 950μL의 DMEA로 테스트 코어를 가스처리한 후에, 완전한 경화가 야기되었다.

상기 결과에 따르면, 상기 주조 점결제를 사용할 때, 실시예 5의 3:1 비율과 유사한 비율로 TEA의 DMEA와의 혼합물은 실시예 5에서 사용되는 2200μL의 총 아민보다 더 적은 양을 사용하여 전체 경화를 야기한다는 것을 나타낸다. 이는 또한 실시예 9에서 요구되는 950μL DMEA의 대략 절반이 약 1500μL의 TEA에 의해 대체된다는 것을 나타낸다.

또한, 상기 결과에 따르면, 상기 주조 점결제를 사용할 때, 실시예 6에서 TEA 이후에 DMEA를 사용하는 순차적 가스처리 기법은 실시예 6에서 사용되는 1600μL의 총 아민보다 더 적은 양을 사용하여 전체 경화를 야기한다는 것을 나타낸다. 이는 또한 실시예 9에서 요구되는 950μL DMEA의 절반 이상이 약 1100μL의 TEA에 의해 대체된다는 것을 나타낸다.

상기 실험들은 콜드 박스 방법에서 경화 촉매로서 효과적인 것으로 알려져 있는 아민 또는 다른 관련 화합물들 전부를 사용하지 않았지만, 상기 결과들에 따르면 증기상의 제1화합물에 이어서 또한 증기상의 제2화합물을 투여하는 것(이 때, 제2화합물은 제1화합물보다 경화 촉매로서 더 활성인 것이 선택됨)은 예측하지 못할 정도로 높은 부피 대 부피 비율로 제1화합물에 의한 제2화합물의 유효한 대체를 가능하게 한다는 것을 나타낸다.

추가적으로 유용한 화합물들

상기 실시예들은 예시적인 화합물로서 4개의 탄소원자(DMEA), 5개의 탄소원자(DMIPA) 및 6개의 탄소원자(DEA)를 갖는 삼차아민들을 인용하였다. 본 출원에 개시되어 있는 예시적인 방법들에 사용하기 위한 후보인 것으로 여겨지는, 3개 내지 6개의 탄소원자를 함유하는 다른 아민들이 존재한다.

3개의 탄소원자를 갖는 아민에는, 이미 언급된 TMA 및 1-메틸 아지리딘(CAS 1072-44-2)이 포함된다.

4개의 탄소원자를 갖는 아민에는, N-메틸아제티딘(CAS RN 4923-79-9) 및 1-에틸 아지리딘(CAS RN 1072-45-3)이 포함된다.

5개의 탄소원자를 갖는 아민에는, 이미 언급된 DMPA, 디에틸메틸아민(DEMA)(CAS RN 616-39-7), N-프로필아지리딘, N-이소-프로필아지리딘, N-에틸아제티딘, N-메틸피롤리딘(CAS RN 120-94-5) 및 N,N,N',N'-테트라메틸 디아미노 메탄이 포함된다.

6개의 탄소원자를 갖는 아민에는, 이미 언급된 TEA, N-에틸-N-메틸 1-프로판아민(CAS RN 4458-32-6), N-에틸-N-메틸 2-프로판아민(CAS RN 39198-07-7), N,N-디메틸 1-부탄아민(CAS RN 927-62-8), N,N-디메틸 2-부탄아민(CAS RN 921-04-0), N,N,2-트리메틸 1-프로판아민(CAS RN 7239-24-9), N,N,2-트리메틸 2-프로판아민(CAS RN 918-02-5), N-에틸피롤리딘(CAS RN 733-06-0), N-메틸피페리딘, 헥사메틸렌 테트라민, 디메틸 피페라진, 및 N,N,N',N'-테트라메틸 디아미노 에탄이 포함된다.

Claims

하기 단계를 포함하는, 주조 성형물을 형성하기 위한 콜드 박스 방법:
- 주조 혼합물을 패턴 내로 도입하여 주조 성형물을 형성하는 단계, 여기서 상기 주조 혼합물은 주조용 골재 및 미경화된 점결제를 포함함;
- 상기 형성된 주조 성형물이 핸들링할 수 있도록 충분히 경화될 때까지, 상기 형성된 주조 성형물을 순차적인 방식으로 제1 증기상 경화 촉매 및 적어도 제2 증기상 경화 촉매와 접촉시키는 단계, 여기서 상기 경화 촉매 각각은 상기 형성된 주조 성형물을 경화시킬 수 있고, 상기 순차적인 방식으로 접촉시키는 단계는 하기의 하위단계를 포함하며:
- 촉매-비활성 캐리어 가스의 존재 또는 부재 하에, 그리고 제2 증기상 경화 촉매가 실질적으로 없는 상태에서, 상기 주조 성형물을 제1 증기상 경화 촉매를 포함하는 가스와 접촉시켜, 부분-경화된 주조 성형물을 생성하는 단계; 및
- 촉매-비활성 캐리어 가스의 존재 또는 부재 하에, 상기 부분-경화된 주조 성형물을 제2 증기상 경화 촉매를 포함하는 가스와 접촉시키는 단계; 및
- 상기 형성되고 경화된 주조 성형물을 패턴으로부터 제거하는 단계,
상기 제1 증기상 경화 촉매 및 제2 증기상 경화 촉매 각각은 삼차 아민이고, 상기 제1 증기상 경화 촉매 및 제2 증기상 경화 촉매는 점결제에 대한 제1 증기상 경화 촉매의 활성이 제2 증기상 경화 촉매의 활성보다 더 적도록 선택됨.
제1항에 있어서,
상기 부분-경화된 주조 성형물을 제2 증기상 경화 촉매를 포함하는 가스와 접촉시키는 단계 동안, 부분-경화된 주조 성형물이 제1 증기상 경화 촉매 및 제2 증기상 경화 촉매의 혼합물과 접촉되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 증기상 경화 촉매 및 제2 증기상 경화 촉매 각각은 3개 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서,
상기 제1 증기상 경화 촉매는 트리에틸아민인 것을 특징으로 하는 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 제2 증기상 경화 촉매는 디메틸이소프로필아민인 것을 특징으로 하는 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 제2 증기상 경화 촉매는 디메틸에틸아민인 것을 특징으로 하는 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 제2 증기상 경화 촉매는 디메틸프로필아민인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 주조 혼합물은 주조용 골재를 주된 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
콜드 박스 방법을 통해 주조용 골재 및 점결제를 포함하는 주조 혼합물로부터 경화된 주조 성형물을 형성하기 위한 성형 장치로서, 하기를 포함하는 성형 장치:
- 제1 경화 촉매 및 제2 경화 촉매를 증기상으로 제공하는 촉매-제공 장치로, 상기에서, 제1 증기상 경화 촉매 및 제2 증기상 경화 촉매 각각이 삼차 아민이고, 상기 제1 증기상 경화 촉매 및 제2 증기상 경화 촉매는 점결제에 대한 제1 증기상 경화 촉매의 활성이 제2 증기상 경화 촉매의 활성보다 더 적도록 선택되는, 촉매-제공 장치; 및
- 형성되는 주조 성형물을 포함하기 위한 코어 박스로, 여기서 상기 코어 박스는 유입구 및 유출구를 가지며, 상기 유입구는 촉매-제공 장치에 연결되고 증기상 경화 촉매와 점결제 사이의 접촉을 촉진시키도록 유출구에 대해 배열되는, 코어 박스,
상기에서, 촉매-제공 장치는, 제1촉매를 기화시키는 제1챔버, 및 제2촉매를 기화시키는 제2챔버를 포함하며, 상기 제1챔버 및 제2챔버 각각은 코어 박스를 통해 증기상 경화 촉매를 이동시키는 촉매-비활성 캐리어 가스의 원(source)에 연결되고, 상기 제2챔버는 제1챔버를 통해 코어 박스에 연결됨.
제9항에 있어서,
코어 박스의 유출구에 연결된 증기상 경화 촉매의 회수 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 장치.
제9항에 있어서,
상기 제2 촉매를 기화시키기 위한 제2챔버는 제1 증기상 경화 촉매 및 제2 증기상 경화 촉매의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 성형 장치.
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