SE459256B - Foerfarande foer sammanbindning av tvaa material under anvaendning av ett polymeriserbart bindemedel - Google Patents

Description

10 15 20 25 50 55 459 256 2 lives ofta syror som katalysatorer.

För ca 10 år sedan introducerades rumstemperaturprocesser, vilka utföres med hög hastighet, för framställning av gjutkärnor och -formar. Det bindemedel, som bildas vid dessa processer, är baserat på uretankemi. I stora drag gäller att bindemedelsmate- rialet består av två flytande hartskomponenter. Den ena kompo- nenten är ett fenol-formaldehydharts. Den andra komponenten är ett polymert isocyanat. Fenolhartset och isocyanathartset blan- das med sand och kan användas i antingen ett “cold box"- eller ett "no baka"-system. Vid det s.k. cold box-systemet blàses san- den, som har belagts med de båda komponenterna, in i en kärn- box. Sedan sandblandningen väl har blàts in i en kärnbox, bringas en gasformig tertiär amin att passera genom kärnboxen för att åstadkomma ögonblicklig härdning eller stelning till bildning av bindemedlet. US PS 3 ÄO9 579 illustrerar denna teknologi.

Vid kärnframställningsproceduren enligt no bake-typ blandas polyisocyanatkomponenten, fenolhartskomponenten och en katalysa- tor samtliga med sand samtidigt. Sandblandningen hälles därefter i en kärnbox eller i ett mönster. Sandblandningen förblir fly- tande under en viss tidsperiod. När denna tidsperiod har förflu- tit, initierar katalysatorn härdningen eller polymerisationen, och kärnan bildas snabbt, eftersom bindemedelskomponenterna snabbt reagerar till bildning av ett uretanbindemedel. No bake- -binaemeaei omtalas 1 Us Ps 3 676 392.

Ytterligare en bindemedelskomposition och procedur för formning av ett gjutbindemedel beskrivs i US PS 3 879 339. I denna patentskrift beskrivs en metod, vid vilken man använder en cold box, dvs. rumstemperatur, och gashärdning, för formning av ett gjutbindemedel innefattande ett organiskt harts, som är Syrahärdbart, och ett oxidationsmedel. Denna bindande komponent härdas med svaveldioxidgas. Kombinationen av svaveldioxid plus oxidationsmedel leder till bildning av svavelsyra, vilken syra bidrar till att härda det syrahärdbara organiska hartset. I allt ; väsentligt gäller att svavelsyra bildas in situ, och syran rea- gerar med hartset. Sålunda åstadkommes härdning av den bindande kompositionen.

Inget av de ovan beskrivna gjutbindemedlen är av sådan användbarhet och mängsidighet att de betraktas som universal- eller oersättligt gjutbindemedel. Vart och ett har fördelar .-,-.-v 10 15 20 30 35 40 - 459 256 och nackdelar i viss utsträckning.

Ett syfte med föreliggande uppfinning har därför varit att åstadkomma ett nytt bindemedel baserat på en kemi, som hittills inte har applicerats pâ gjutomràdet eller andra områden vad be- träffar bindemedelsanvändning. Ett speciellt syfte med uppfinningen har varit att åstadkomma ett gjutbindemedel av cold box-typ, vilket uppvisar snabb härdning. Ett annat syfte har varit att åstad- komma ett cold box-bindemedel, som är användbart vid gjutning av aluminium och andra lättmetaller. I samband därmed har emellertid ett förfarande utvecklats, vilket avser sammanbindning av minst två material, dvs. uppfinningen är ej begränsad till gjutområdet, även om den för enkelhets skull nedan kommer att belysas i sam- band därmed.

BAKGRUND TILL UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning hänför sig sålunda till ett för- farande för sammanbindning av minst två material, vilket för- farande utmärkes av att man a) fördelar på åtminstone ett av nämnda material en bindande mängd av ett bindemedelsmaterial, vilket väsentligen består av akrlymonomer, akrylpolymer eller blandningar därav, b) bringar de material, som skall sammanbindas, i kontakt med varandra, och c) polymeriserar bindemedelsmaterialet med hjälp av en friradikalinitiator, vilken innefattar en organisk peroxid och ett katalytiskt medel, som väsentligen består av gasformig svaveldioxid.

Generellt gäller att man vid föreliggande uppfinning ut- nyttjar vid rumstemperatur härdbara bíndemedclskompositíoner, vilka kan polymerisera genom friradikalinitiering och kedjeför- längning. Dessa bindemedelskompositioner är användbara för att bringa material att häfta fast vid varandra och då speciellt par- tikelformiga fasta material. Speciellt är uppfinningen tillämpbar pà kompositioner, vilka uppvisar förmåga att binda sand eller andra ballastmaterial till bildning av formar eller kärnor för gjutning av metaller, inkluderande speciellt aluminium och andra lättmetaller. Formar och kärnor framställda under användning av dessa bindemedel uppvisar överlägsen sönderdelbarhet, när de an- vändes vid gjutning av lättmetaller, dvs. metaller som gjutes vid låga gjuttemperaturer. Härdningen av bindemedelsmateríalet till bildning av bindemedelskompositíonen äger företrädesvis rum 459 256 “ 10 15 20 Z5 30 35 40 vid omgivande eller rumstemperatur och åstadkommas medelst en fríradíkalinitiator innefattande en medel. peroxid och ett katalytiskt Det katalytiska medlet är väsentligen gasformigt, och härdningen är i det närmaste ögonblicklig.

DETALJERAD BESKRIVNING OCH FOREDRAGNA UTFURINGSFORMER AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning belyses i samband bindemedel, med ett gjut- för vilket kemin är olik den som användes för fram- ställning av vilket som helst bindemedel, som hittills har varit känt för att vara användbart inom gjutindustrin. Bindemedlet är även användbart som bindemedel eller bindande medel inom andra om- råden än gjutindustrin. Den kemi, på vilken detta bindemedel är baserad, är analog med en typ av kemi, som hittills har an- vänts inom området beläggningar; se t.ex. GB PS 1 055 242; och bindemedel; se t.ex. olika patent i namnet Loctite Corporation.

Ett anaerobt härdat gjutbindemedel baserat på. liknande kemi be- skrivs i CA PS 1 053 440. Detta bindemedel härdar mycket lång- samt, och det krävs uppvärmning för åstadkommande av härdning.

Föreliggande uppfinning innefattar inte något anaerobt härd- ningsfórfarande utan avser i stället snabb, i det närmaste ögonblicklig, härdning vid rumstemperatur med vissa katalytiska medel.

Det är välkänt, att gjutformkroppar, dvs. kärnor och for- mar, formas genom att man på sand eller något annat ballast- material applicerar en bindande substans eller kemikalie, att man bibringar sanden önskad form och att man tillåter eller bringar den bindande substansen eller kemikalien att härda till bildning av ett bindemedel. Föreliggande uppfinning kan betrak- tas som ett bindemedel, vilket erhàlles genom att man sanzmanför två delar. Del I är en bindande substans eller komposition, som undergár polymerisation och förnätning fbr att vidhäfta, fast- hålla ellenbinda sanden eller annat ballastmaterial i önskad form. Den andra delen (Del II) är ett medel, som gör att poly- merisation och förnätning av Del I äger rum. Detta medel benäm- nes häri “friradikalinitiator". Såsom uttrycket "förnäta" använ- des i föreliggande beskrivning, avser det en kedjeuppbyggnad som blir resultatet när en polymer är involverad antingen genom 10 15 20 25 30 35 40 5 459 256 sammanlänkníng med en annan polymer eller med en monomer. Ut- trycket "polymerísation" inkluderar "förnätning" men avser även den kedjeförlängning som sker för enbart monomerer.

Del I av bindemedelssystemet kan beskrivas som en omättad komposition, vilken är förnätningsbar eller polymeriserbar medelst fríradikalmekanism. Omättnaden är företrädesvis närvarande i ändställning eller 1 utskjutande grupper. Även inre omätt- nad är acceptabel, och polymerisation sker vid kombination med Del II. Det är även tänkbart, beroende på syntessättet för komponenten Del I, att ha en Del I-komponent med både änd- ställd och/eller utskjutande omättnad samt även inre omättnad i samma komponent. Det antas, att polymerisationsmekanismen praktiskt taget helt och hållet är av friradikaltyp när brygg- bildande kompositioner (dvs. omättad(e) polymer(er)) är invol- verade. När vissa monomerer användes som bindande komposition, är det möjligt att en del av polymerisationen kan äga rum med- elst nàgon annan mekanism än en fri radikal. Det torde därför observeras, att föreliggande beskrivning inte är begränsad till någon speciell polymerisationsmekanism utan att uttrycket "fri- radikalmekanism" användes för enkelhets skull och beskriver en sådan mekanism korrekt i praktiskt taget:samtliga fall. Det är dock underförstått att förutom friradikalmekanismen andra meka- nismer ocksà kan förekomma vid polymerisationen under vissa om- ständigheter. Härdning åstadkommas under användning av Del II, en friradikalinitiator, som innefattar en peroxid och ett kata- lytiskt medel. Det har upptäckts, att omättade reaktiva mono- merer, polymerer och blandningar därav (dvs. den bindande kom- positionen) kan användas som ett bindande material, vilket här- dar ögonblickligen vid val av vissa katalytiska medel för fri- radikalinitiatorn. Den i monomererna och polymererna återfunna omättnaden är företrädesvis av etenisk typ. Exempelvis användes reaktiva polymerer, vilka också kan beskrivas som oligomerer eller som addukter, varvid de väsentligen innehåller vinyl- eller akrylomättnad, som bindande kompositioner, vilka vid poly- merisation ger ett bindemedel för gjutkärnor eller -formar av sand. Friradikalinitiatorn (Del II) blandas med den reaktiva polymeren eller monomeren (Del I) och bildar fria radikaler, vilka polymeriserar den bindande kompositionen till bildning av 10 15 20 ZS 35 40 459 256 6 bindemedlet. Denna kombination av en peroxíd och ett katalytiskt medel, vilket medel förutom att vara kemiskt till sin natur också, men 1 underordnad omfattning, kan vara en form av energi, benämnes härí “friradíkalínítiator".

Den härí beskrivna fríradíkalinitíatorn kan användas för àstadkommande av polymerisatíon av Del I-material på ett antal sätt. Exempelvis kan peroxiden blandas med Del I-materialet, och denna blandning fördelas homogent på sand. När sanden har formats på önskat sätt, kan den formade sanden exponeras för det katalytiska medlet. Alternativt kan det katalytiska medlet sättas till Del I-materialet och denna blandning användas för att belägga sanden och den belagda sanden därefter formas på önskat sätt. Peroxidkomponenten 1 friradikalinitiatorn kan där- efter sättas till den formade detaljen, och härdning genom poly- merisation sker. Det är även möjligt att dela upp Del I-materi- alet i tvâ portioner. Det katalytiska medlet kan sättas till den ena portionen och peroxiden till den andra portionen; När de båda portionerna kombineras, efter applieering av det material som skall bindas på åtmnstone den ena portionen, sker polymeri- sation. Beroende på typen av katalytiskt medel eller utrustning samt använd applicering kan denna sista metod eventuellt inte vara praktiskt genomförbar. Om det bindande materialet emeller- tid användes för att bringa icke partikelformiga material att häfta samman, kan denna sista metod vara speciellt användbar.

Val av olika katalytiska medel har stor inverkan på de sätt som kan användas för att polymerisera det bindande materialet samt på den hastighet, med vilken det bindande materialet härdas.

Val av lämpligt katalytiskt medel gör det exempelvis möjligt för användaren av det bindande materialet att ögonblickligt polymeri- sera materialet vid rumstemperatur eller att fördröja polymerisa- tionen en viss tid samt slutligen uppnå polymerisation vid för- höjd temperatur. Möjligheten till alternativ vad beträffar val av betingelser, vid vilka den bindande kompositionen polymeri- seras, får anses vara signifikant.

Såsom har beskrivits ovan är det bindande materialet en polymeriserbar, omättad akrylmonomer, akrylpolymer eller blandning av sådan(a) monomer(er) material, vilka är lämpliga monomera föreningar för komponenten 10 15 20 30 l/-l (11 40 7 459 256 Del I, kan nämnas en mångfald monofunktionella, difunktionella, trifunktionella och tetrafunktionella akrylater. E: representa- tiv uppräkning av sådana. monomerer inkluderar alkylal-uvlater, m/droxialkylakrylater, alkoxialkylakrylater, cyanoalkylakrylater, alkylmetakrylater, hydroxialkylmetakrylater, alkoxialkylmeta- krylater, cyanoalkylmetakrylater, N-alkoximetylakrylamider och N-aIkoximetyImetakI-ylamider. Difunktionella monomera akrylater inkluderar hexandioldiakrylat och tetraetylenglykoldiakzwlat.

Andra användbara akrylater är t.ex. trimetylolpropantriakrylat, metakrylsyra och â-etylhexylmetaicrylat. Det är lämpligt att an- vända polyfunktionella akrylater, när monomeren är den enda bindande enheten 1 bindemedelssystemet. Såsom tidigare har om- talats gäller att, när enbart monomerer användes som bindande material, förnätning eventuellt inte kan inträffa. Vidare kan någon annan mekanism förutom friradikalmekanism förorsaka poly- merisation.

Exempel på omättade reaktiva polymerer, som har befunnits vara speciellt användbara vid framställning av detta gjutbinde- medel, är epoxiakrylatreaktionsprodukter, polyester/uretan/akry- latreaktionsprodukter, polyeteralirylater och polyesterakrylater.

Omättade polymerer, som är användbara som Del I-kompositiom inkluderar kommersiellt tillgängliga material, såsom UVHHANE 782 och 783, akrylerade uretanoligomerer från 'lhiokol och CMD 1700, en akrylerad ester av en akrylpolymer och CELBAD 3701, ett akrylerat epoxiharts, båda saluförda av Celanese. Reaktiva polymerer kan framställas pà ett antal sätt. Ett föredraget förfarande för framställning av de reaktiva polymererna är att bilda en isocyaxiatändavslutad prepolymer genom att omsätta en polyhydroxiförening eller polyol med ett diisocyanat. Prepoly- meren omsättes vidare med ett hydroxialkylakzylat 'till bildning av en oligomer. En andra metod, som har befunnits vara fördelak- tig, innebär att man omsätter en polyisocyanatförening, företrä- desvis ensdiisocyanatförening, med ett hydroxialkylalcrylat. Reak- tionsprodukten är en "addukt" av dessa båda material. Additiona- oligomerer och addukter kan framställas samtidigt under lämpliga betingelser.

Förutom den reaktiva omättade polymeren kan ett lösnings- medel, företrädesvis av reaktiv natur, inkluderas och inkluderas nu' 459 256 s 10 15 20 30 3 5 40 företrädesvis som en komponent av det bindande materialet. Bero- ende på naturen av det omättade bindande materialet kan inerta lösningsmedel också användas. Det föredragna lösningsmedlet är en omättad monomer förening, såsom den som har beskrivits ovan vid uppräkningen av monomera Del I-material. Följaktligen kan Del I-materialet innefatta en blandning av dessa omättade mono- merer och omättad polymer, vilka tidigare har omtalats för an- vändning som Del I-material i sig. De bästa resultaten erhålles när en lösning av en omättad reaktiv polymer och ett monomert omättat lösningsmedel användes. Denna kombination tycks lättare kxmna undergå sampolymerisation och förnätning till bildning av en bindande matris, som erfordras antingen för att bringa sand eller andra ballastmaterial att häfta samman, så att det bildas en gjutkäzrna eller -foz-m, eller för att binda andra material.

Såsom har angivits, är det lämpligt att i Del I av binde- medelssystemet använda en omättad monomer förening som lösnings- medel förutom den omättade polymeren. Såsom har beskrivits ovan, innehåller dessa monomerer omättnad och är förnätningsbara med POIymeren förutom att fungera som lösningsmedel för den omättade polymeren. Vilken som helst av de omättade monomererna (eller kombination därav) som har beskrivits såsom varande användbara Del I-material i sig är också användbara som lösningsmedel.

Etenisk omättnad, företrädesvis av vinyl- eller akryltyp, re- kommenderas. Bcempel på fördelaktiga monomerer, vilka är använd- bara som lösningsmedel för de omättade polymererna, är penta- erytritoltriaknflat, trimetylolpropantriakrylat, Lö-hexandiol- diakrylat och tetraetylenglykoldialcrylat, som användes som lös- ningsmedel för den omättade polymeren. Mängden monomer i Del I kan vara från 0 och upp till 100% räknat på totalvikten av den bindande kompositionen Del I.

Det är möjligt att använda den reaktiva polymeren som Del I-mateLria-l och friradikalinitiatorn utan något lösningsmedel inkluderande omättad monomer, är närvarande fdr den omättade polymeren. Det är även tänkbart att använda den omättade monome- ren som Del I-material med en friradikalinitiator men utan den reaktiva polymeren i syfte att erhålla ett polymeriserat binde- medel. Ingen av de båda ovan beskrivna kombinationerna föredras.

J 10 15 20 30 35 40 9 459 256 Såsom tidigare har angivits är det föredragna bindemedelssyste- met Del I innefattande en reaktiv omättad polymer upplöst i ett reaktivt utspädningsmedel, företrädesvis ett monomert omättat lösningsmedel, och Del II innefattande en friradíkalinitiator.

Friradikalinitiatorn utgöres av två komponenter. Den första komponenten är väsentligen en organisk peroxid. Det är dock underförstått att denna kan användas tillsammans med en annan substans, vilken bildar fria radikaler vid exponering för ett katalytiskt medel, varvid den skall kunna användas tillsammans med det friradikalpolymeriserbara bindande innefattande omättade polymerer, monomerer och blandningar därav beskrivna ovan. Peroxidnivàn kan variera inom vida gränser, vilka i viss mån är beroende av det använda katalytiska medlet.

Generellt kan det dock sägas att från 0,5% till 2% peroxid, baserat på vikten av det bindande materialet (Del I), ger tillfredsställande bindning under de flesta betingelser. Exempel på föredragna peroxider är t-butylhydroperoxid, kumenhydroperoxid och metyletylketonperoxid. Det är värt att notera att hydro- peroxíder är mycket föredragna över peroxider. Otillfredsställan- de härdning har observerats vid användning av peroxid. Bland- materialet Del I ningar av peroxider och hydroperoxider samt blandningar av hydroperoxider är användbara.

Katalysatorkomponenten i friradikalinítíatorn är väsentligen kemisk till sin natur, nämligen svaveldioxid i gasform. Andra ke- miska katalytiska medel, som kan tänkas ha en viss praktisk an- vändbarhet därutöver, inkluderar aminer och N02. Återigen torde observeras, att en förändring av det katalytiska medlet kan ha kraftig inverkan på polymerisationshastigheten. Andra icke kemiska medel, som samverkar med svaveldioxiden, kan dock också vara användbara. Exempelvis kan värme, vid en approximativ mini- mitemperatur av 60°C, tillsammans med peroxid bilda fria radikaler, vilka bidrar till att polymerisera Del I-materialen. En ökning av temperaturen tenderar att öka polymerisationen och förorsaka snab- bare härdning. Polymerisationen äger rum utan närvaro av ett kemiskt katalytiskt medel.

Vid föredragen gjutpraxis blandas den omättade reaktíva polymeren, monomeren eller blandningar därav samt peroxidkompo- nenten i friradíkalinitiatorn med sand på konventionellt sätt.

Sandblandningen formas därefter till önskad gjutkonfiguration 10 15 20 ZS 30 35 40 ' "kollaps", 459 256 10 genom ramning, blásning eller andra kända metoder för framställning av gjutkärnor och -forman Den formade detaljen exponeras däref- ter för katalysatorkomponenten i friradikalinitiatorn. Vid det före- dragna förfarandet enlígt föreliggande uppfinning användes endast gasformíg SO, som katalysator i friradikalinitiatorn. Denna gas är närvarande enbart i katalytiska mängder, såsom tidigare har angivits.

Exponeringstiden för kontakten mellan sandbland- och gasen kan vara så kort som en halv mindre, och bíndemedelskomponenten härdar vid kontakt med det katalytiska medlet. När S02 användes som katalytiskt medel vid en cold box-gjutprocess, suspenderas den i en ström av bärar- gas på känt sätt. Bärargasen är vanligen H2. Så litet som 0,55 S02, räknat på vikten av bärargasen, är tillräckligt för att förorsaka polymerisation. Det är också tänkbart att exponera bindemedelskomponenten för S02 utan närvaro av någon bärargas.

Del I kan också innehålla eventuella beståndsdelar. Exem- pelvis kan tillsatsmedel för ástadkommande av vätning och för att förhindra skumning vara användbara. Silaner har befunnits vara speciellt användbara tillsatsmedel. Speciellt föredragna är omättade silaner, t.ex. vinylsilaner.

Fördelarna med den bindande kompositionen som gjutbinde- medel är följande. Sönderdelbarheten, eller förmågan till för bindemedlet vid användning för gjutning av alu- minium är utmärkt. Det har befunnits, att föreliggande binde- rlíflg sekund eller medel lätt sönderdelas, dvs. utskalmingen av en aluminiungjut- detalj kan ske under applicering av ett minimum av yttre energi.

Bindemedlet ger också goda hàllfasthetsegenskaper. Bänk- eller brukstiden för sand blandad med Del I är lång. Erhållen yt- finish hos gjutdetaljer framställda under användning av förelig- gande bindemedel och förfarande har befunnits vara mycket god.

Produktionshastigheten för kärnor och formar framställda under användning av föreliggande bindemedelssystem är hög, speciellt när ennart.SO,-gas användes som katalysator.

I em gßuueri, vid vilket man utnyttjar den nar-i beskrivna bindemedelskompositionen, blandas Del I och en komponent av fri- radikalinitiatorn, företrädesvis peroxiden, med sand eller något annat lämpligt gjutballastmaterial på känt sätt. Sandblandningen formas sedan till önskad gjutkonfigxmation, kärnor eller formar, 10 15 20 25 30 35 459 256 ll på känt sätt. Sandblandingen exponeras sedan för den andra kom- ponenten i friradikalinitiatorn, företrädesvis det katalytiska medlet, vilket företrädesvis är svaveldioxidgas, och polymerisa- tion av bindemedelsmaterialet Del I sker omedelbart till bild- ning av bindemedlet enligt föreliggande uppfinning.

Föreliggande uppfinning illustreras ytterligare.genom föl- jande exempel, vari, såvida inget annat anges, samtliga delar avser viktdelar och samtliga procenthalter avser viktprocent.

Exeggel 1 Gelförsök utfördes på olika omättade monomerer och poly- merer för att bestämma deras tendens att polymerisera och polymerisationshastigheten_ Vid genomförandet av försöken blandades från ca 1,5 till 2 g omättad monomer eller polymer (dvs. Del I) med 0,03 g t-butylhydroperoxid (peroxidkomponen- ten i friradikalinitiatorn). Denna blandning exponderades där- efter för S02-gas (det katalytiska medlet i friradikaliniti- atorn), antingen genom att gasen dispergerades i vätskan (bubb- ling) eller genom att en S02-atmosfär alstrades ovanför vätskan (kontakt). Resultaten, vilka anges nedan, indikerar att alla omättade monomerer och polymerer polymeriserar. Sålunda är samt- liga uppräknade föreningar potentiella bindemedel. De uppräknade föreningar, som uppvisade snabb polymerisation eller galning, är av största potentiella värde som gjutbindemedel för att göra gjutform- och -kärnframställningen snabb vid höghastighetstill- verkning under användning av en s.k. cold box. ;§;_; Polymerisationsförlogg Akrylsyra Snabb, vid kontakt med S02 Etylakrylat Långsam, vid kontakt med S02 n-butylakrylat Långsam, vid kontakt med S02 Isobutylakrylat Långsam, vid kontakt med S02 2-etylhexylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 Isodekylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 2-etokietylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 Etoxietoxietylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 Butoxietylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 Hydroxietylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 Hydroxipropylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 Glyeidylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 Dimetylaminoetylakrylat Snabb, vid kontakt med S02 10 15 ZO 30 35 40 459 256 Del I Cyanoetylakrylat Diacetonakrylamid 1 metanol, 50% Akrylamid i metanol, 50% (N-metylkarbamoy1oxi)- etylakrylat Metylcellosolve-akrylat Fenoxietylakrylat Bensylakrylat Etylenglykolakrylat- -ftalat Melaminakrylat Dietylenglykoldiakrylat Hexandioldiakrylat Butandioldiakrylat Trietylenglykoldiakrylat ïeëraetylenglykoldiakry- a Neopentylglykoldiakrylat l,}-butyleng1yko1diakry- lat Trimetylolpropantri- akrylat Pentaerytritoltriakrylat Metakrylsyra Metylmetakrylat 2-etylhexylmetakrylat Hydroxipropylmetakrylat Glycidylmetakrylat Dimety1aminoetylmeta~ krylat Etylenglykoldimetakrylat Trimetylolpropantri- metakrylat Akrylerad uretan här- ledd från glycerol 65% i MIAK/HiSol-10 N-metylolakrylamid i vatten 60% Polvgerisationsförlogg Snabb, vid kontakt med SO Snabb, vid kontakt med S0 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S0 Snabb, vid kontakt med S0 Snabb, vid kontakt med SO Snabb, vid kontakt med S0 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S0 Snabb, vid kontakt med S0 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S0 Snabb, vid kontakt med SO Snabb, vid kontakt med S0 Snabb, vid kontakt med S0 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S0 Snabb, vid kontakt med S0 Långsam, vid bubbling med S02 Långsam, vid bubbling med S0 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 2 10 15 20 40 13 459 256 Del I Polygerisationsförlopp N-[isobutoximetyl]- akrylamid i metanol 50% Epokryl R-12-harts áShell) akrylerad epoxi 0% i aceton UVITHANE 783 (Thiokvl/ Chem.Div.) akrylerad uretanoligomer ABOPOL 7200 (ASHAND) omättat polyesterharts i aceton moon 157 (Colorado Specialty Chemical) ett omättat kolväteharts 1 aceton 50% Hydroxi PBG-2000 (Hysti co.) ett smärta: kolväteharts i aceton 50% Exerggel 2 _ En omättad polymer framställdes genom reaktion mellan ekvivalenten av 1 mol pentandiol och ekvivalenten av 4 mol hydroxietylakrylat med ekvivalenten av 3,0 mol toluendiisocya- nat. Dibutyltenndilaurat användes för att katalysera reaktionen.

Baserat på fastämneshalten användes O,lÄ% katalysator. Hydro- kinonmonoetyleter användes som inhibitor. Reaktionen utfördes i ett reaktionsmedium (lösningsmedel), som bestod av etylhexyl- akrylat och hydroxietylakrylat. Vid genomförande av reaktionen satsades en blandning av TDI och lösningsmedel i ett reaktions- kärl. Pentandiol sättes till denna blandning följt av tillsats av hydroxietylakrylat. När tillsatsen av hydroxietylakrylat är fullbordad, tillsättes katalysator. Reaktionen utföres under luftinblåsning. Reaktionen får förlöpa vid 40 till 45°C i 2,1 timmar, och därefter höjas temperaturen till 80-8500, och reaktionen fortsättes i 4,3 timmar, varpå 0,05% inhibitor till- sättes och reaktionen fortsättes i en 1/2 timme. Produkten till- làtes svalna. Produkten testades med avseende på icke flyktigt material, varvid värdet 59,2$ erhölls. Detta motsvarar en teore- tisk mängd av 60% icke flyktigt material. Produktens viskositet var 6,0 St. 20 g av den omättade polymeren blandades därefter Snabb, vid kontakt med S02 Långsam, vid kontakt med S02 Snabb, vid kontakt med S02 Långsam, vid kontakt med S02 Långsam, vid kontakt med S62 Långsam, vid kontakt med S02 10 15 30 459 256 14 med 1,6 g akrylsyra, 10,7 g dietylenglykoldialnwlat, 9,9 g tri- metylolpropantrimetakrylat och 2,0 g vinylsilan. Akrylsyra, di- etylenglykoldiakrylat och trimetylolpropantriakrylat är omättade monomerer. Denna lösning av omättad polymer och omättade monome- rer benämnas Del I. l g t-butylhydroperoxid, peroxidkomponenten i Iriradikalinitiatorn, sattes till lösningen av omättad polymer och omättade monomerer.

Wedron âOlO-sand (tvättad och torkad finkornig kiseldioxid- sand, AFSGFN 66) placerades i en lämplig blandningsapparat.

Del I och peroxidkomponenten i friradikalinitiatorn blandades med sanden till dess att homogen fördelning erhölls. Nivån av Del I plus peroxid är 2% räknat på sandens vikt.

Sandblandningen blåstes in i en konventionell kärnkavitet eller -box för framställning av standardiserade draghàllfest- hetsbriketter i form av testkärnor, vilka gär under benäm- ningen "hundben". Hundben-testkäzmorna härdades genom att de exponerades för den katalytiska komponenten i friradikalinitia- torn. Den katalytiska komponenten utgöres av gasformig svavel- dioxid. Kärnorna exponerades för SOQ-katalysatorn i approxima- tivt en l/2 sekund (gastid), och katalysatorn avlägsnades genom blàsning med kvävgas i 15 sekunder, och kärnan avlägsnades från boxen. Draghállfasthetsvärdena för kärnan uttryckta i MPa var 1,54 utanför boxen samt 1,141 efter 3 timmar och 1,57 efter 24 timmar.

"Hundbefl-kärnor liknande de som har beskrivits ovan an- vändes vid utskakningsstudier med aluminiumgjutdetaljer. Sju draghàllfasthetsbriketter (hundben) anordnades i en form. For- men innehöll ett grindsystem. Formen är sådan att den ger ihå- liga gjutkroppar med en metalltjocklek av ca 6,14 mm på alla si- dor. En öppning i en ände av gjutdetaljen anordnas för avlägs- nande av kärnan från gjutdetaljen. Smält aluminium med en tem- peratur av ca 700°C framställt av aluminiumråäxmae hälldes i for- men. Efter kylning i ungefär l timme togs aluminiumgjutdetaljerna ut genom: grindsystemet och avlägsnades från formen för utskak- ningsförsök.

Utskalmingsförsöken utföres på ett sådant sätt att man placerar en gjutdetalj i en 3,8 l-behàllare. Behållaren placeras på en skakmekanism och omskakas i 5 minuter. Vikten av den sand- kärna som avlägsnas från gjutdetaljen på detta sätt jämföras med 10 15 20 30 35 459 256 den ursprungliga vikten av sandkärnan, och den procentuella ut- skakningen beräknas. Kvarvarande sand i gjutdetaljen efter den ovan beskrivna omskakningen avlägsnas genom skrapning och vägas likaså. Sandkärnan, bunden med det ovan beskrivna bindemedlet, konstaterades ha ett utskakningsvärde av 100. Det torde observe- ras, att det ovan beskrivna utskakningstestet inte är något standardtest. Vi känner inte till något standardtest för mätning av denna egenskap. Det använda testet är väl användbart för att man skall få en uppfattning om sönderdelbarheten hos ett binde- medel och för att man skall kunna Jämföra relativa sönderdelbar- heter mellan bindemedel. Be angivna procenthalterna uppvisar en viss grad av variation men är tillförlitliga indikatorer.

Exempel 3 sand wearon 5010 vid 23 till 26°c DEL I a) omättad monomer b) omättad polymer omättad polymer syntes 1) ii) 111) iv) V) vii) v111) ix) I) polyisocyanat, i molekvivalent polyol, i molekvivalent akrylat, i molekvivalent katalysator inhibitør lösningsmedel i % temp/tia °c/tim. viskositet, St % icke flyktigt mtrl faktiskt teoretiskt c) tillsatsmedel i g Akrylsyra 1,6 g, dietylengly- koldiakrylat 10,7 g, trimety- lolpropantrimetakrylat 9,9 g.

Syntetiserad såsom beskrivs nedan 20 g.

TDI 4 Glycerol - 1 Hydroxietylakrylat, 5 Dibutyltenndilaurat, 0,14% Hydrokinon-monometyleter Etylhexylakrylat och hydroxi- etylakrylat, 4 no: till 45: 1 2,13 tim. därefter 80 till 85 1 4,8 tim. 16,0 65,9 60, Vinylsilan - 2,0 10 15 20 25 30 35 459 256 16 Friradikalini tiator (Del II) a) peroxidkomponent 2, 2% t-butylhydroperoxid b) katalytisk komponent S02-gas Gastid, sek. 0,5 Inblàsningstid, sek. 15 med N2 Draghàllf., MPa utanför box 1,23 3 tim. 1,50 24 tim. 1,61 Bindemedelsnivà (Del I + peroxidkomponent) 2% Metallgjutdetalj Aluminium Utskakn. % 100 Exempel 4 5 Sand DEL I a) omättad monomer Akrylsyra 1,6 g, di- Hydroxietylakrylat etylenglykoldiakrylat 2,2 g, dicyklo- 10,7 g, trimetylol- pentenylakrylat propantriakrylat 9,9 g 20,8 g (N-metyl- karbamoylox1)ety1- b) omättad polymer omättad polymer syntes 1) polyisocyanat, 1 molekvivalent polyol, 1 mol- 11) ekvivalent akrylat, 1 molekvivalent katalysator iii) iv) v) inhibitor vii) lösningsmedel 1 % viii) temp/tia °c/tim.

Syntetiserad såsom be- skrivs nedan, 20 g TDI, ß o11n 20-265a), 1 a)polyoxipropy1englyko1 Hydroxietylakrylat, 4 Dibutyltenndílaurat, 0,14% Hydrokinon-monomety1- eter Etylhexylakrylat och hydroxietylakrylat, 40% ho: :111 #52 1 2,1 och 80 :111 85 1 4,75 akrylat 17,3 g 10 15 20 25 30 459 256 17 ÉEEEBQI ¶4 5 1:) viskositet 4,2 x) ¶ icke flyktigt mtrl faktiskt 59,2 teoretiskt 60, o c) tillsatsmedel 1 g Vinylsilan 2,0 g Friradikalinitiator (Del II) a) peroxidkomponent 1l,3% kumenhydroperoxid 2,Ä% t-butylhydro- peroxid b) katalytisk kompo- S02-gas S02-gas nent Gastid, sek. 0,5 1 Inblåsningstid, sek. 15 med N2 15 med N2 Draghàllf., MPa utanför box 1,10 3 tim. 0,17 24 tim. 48 tim. 1,60 Bindemedelsnivå (Del I + eroxid- komponent 2% 2% Metallgjutdetalj Aluminium Utskazm. 5 1oo Exempel 6 7 Sand Wedron 5010 Wedron 5010 DEL I Pentaerytritoltri- a) omättad monomer akrylat 40 g b) omättad polymer syntes 1) polyisocyanat, 1 molekvivalent ii) polyol, 1 mol- ekvivalent 111) akrylat, 1 molekvivalent iv) katalysator v) inhibitor Akrylsyra 7,2 g, dietylenglykoldi- akrylat 21,4 g, trimetylolpropan- triakrylat 13 g 10 15 Z0 30 35 40 459 256 18 Exempel vii) lösningsmedel 1% viii) âemp/tid C/tim. ix) viskositet x) % icke flyk- tigt mtrl faktiskt teoretiskt c) tillsatsmedel i g Friradikalinitiator (Del II) a) peroxidkomponent b) katalytisk kom- ponent Gastid, sek.

Inblåsningstid, sek.

Draghàllf. , MPa utanför box 3 tim. 24 tim.

Bindemedelsnivà (Del I + peroxid- komponent) Metallgjutdetalj Utskakn. % 2,4$ t-butylhydro- peroxid S02-gas 0,5 15 0,33 2,45 t-butylhydro- peroxid S02-gas 1 10 0,90 2% Exempel Sand DEL (I) a) omättad monomer b) omättad polymer i) polyisocyanat i molekvivalent 11).po1yo1, 1 mol- ekvivalent 8 Wedron 5010 Syntetíserad såsom be- skrivs nedan, 40 g TDI, 5 Olin 20-265, 1 9 Port Crescent Akrylsyra 3,2 g, dietylenglykoldi- akrylat 21,4 g, trimetylolpropan- trimetakrylat 19,8 s Samma som Ex. 4 40 g. 10 15 20 30 35 W 459 256 Exempel 8 9 iii) akrylat, 1 mol- Hydroxietylakrylat, ü ekvivalent iv) katalysator v) inhibitor vii) lösningsmedel 1 % viii) emp/tid 80/tim. ix) viskositet x) % icke flyk- tigt mtrl faktiskt teoretiskt c) tillsatsmedel 1 g Friradikalinitiator (Del II) a) peroxidkomponent b) katalytisk kom- ponent Gastid, sek.

Inblásningstid, sek.

Draghàllf., MPa utanför box 3 tim. 2Å tim. kallhállfasthet I Bindemedelsnivå (Del I + peroxid- komponent) Metallgjgtdetalj Utskakn."% Dibutyltenndilaurat, 0,14% Hydrokinon-monometyl- eter 0,07% Pentoxon (93,7) hydroxietylakrylat 35% 4o° till 45° 1 2 tim. d" efter 2:5 :111 85° 1 4 Tixotropisk efter 3 dagar 63,1 65 Vinylsïlan A-172 2,0 g akrylsyra 1,6 g Vinylsilan (90%) t-butylhydro- t-butylperacetat peroxid 2,2% (6 g) S02-gas Värme 450° 1 90 sek. 0,5 15 med N2 0,37 0,52 0,64 1,07 1,10 2% 2% 10 15 20 25 30 35 40 459 256 20 Exempel 10 11 Sand Wedron 5010 Wedron 5010 DEL I Samma som Ex. 10 a) omättad monomer Akrylsyra 1,6 g, trimetylolpropantri- akrylat 9,9 g b) omättad polymer Syntetiserad som be- skrivs nedan, 2O g omättad polymer syntes 1) polyisocyanat TDI, 5,5 molekvivalent 11) polyol, 1 mol- G1ycerol-d1etylen- ekvivalent lykol blandning %l:l), 1 111) akrylat, 1 mol- Hydroxietylakrylat 4,5 ekvivalent iv) katalysator Dibutyltenndilaurat 0,14% v) inhibitor Hydrokinon-monometyl- eter 0,07% vii) lösningsmedel Etylhexylakrylat + 1 $ hydroxietylakrylat :6) ÄO% vin) gemp/tia no :in 45° 1 2 sm.

C/tim. däšefter O 80 till 85 1 4,8 tim. ix) viskositet 10 St x) $ icke flyk- tigt mtrl fakfiiskt 59,9 teoretiskt 60,0 c) tillsatsmedel 1 g Vinylsilan A-172, 2 HiSOl 10 10,7 Friradikalinitiator (Del II) a) peroxidkomponent 70š%t-butylhydroperoxid 2, b) katalytisk kom- S02-gas 1/2% S0 -gas 1 N2 ponenë ' bärargaš - Gastid, sek. 0,5 1/2 Inblàsningstid, sek. 15 med N2-gas Ingen Dragnàllf., MPa utanför box 'ï,57 0,48 3 tim. 1,57 0,814 21; tim. 1,77 1,514 10 15 20 ZS 30 35 40 459 256 21 Exempel 10 II Bindemedel snivà (Del I + peroxid- 2% 1,5 kompanent) Metallgjutdetalj Aluminium Ucsxaxn. z 1oo Exempel I? Sand Wedron 5010 DEL I a) cmättad monomer Akrylsyra 1,6 g, dietylenglykol 5,49, trímetylolpropantriakrylat 9,9 b) omättad polymer Syntetiserad såsom beskrivs nedan, 20 g omättad polymer syntes 1) polyisocyanat 4 molekvivalent ii) polyol 1 mol- Glycerin 1 ekvivalent iii) akrylat, i mol- Hydroxietylakrylat ekvivalent iv) katalysator Dibutyltenndilaurat 0,14 Hydrokinon-monømetyleter 0,03 Metylisoamylketon, HiSol 10 (65:35) V) inhibitør vii) lösningsmedel 1 % 35% un) temp/cm °c/1=1m. no :in 45: 1 1,75 sim. därefter 80 till 85 1 4,5 tim. ix) viskositet, St 10 x) % icke flyktigt mtrl faktiskt 6Ä,1 teoretiskt 65 e) rillsatsmedel 1 g vïnylsilan 2,0, Hisøl 10 5,3 Friradikalinitiator (Del II) a) peroxidkomponent 2,2% t-butylhydroperoxid ~ 70 b) katalytisk komponent 1% S02-gas i N2-bärargas oas ma, Sen; 20 Inblåsningstid, sek. Ingen Draghâllf., MPa utanför box 1,50 3 tim. 1,08 24 tim. 1,61 10 15 20 Ix) U! 30 459 256 22 Exempel 12 Bindemedelsnivå (Del I + peroxidkomponent) 1,5 Metallgjutdetalj Aluminium Utsxakn. $ ioo Exempel 13 Sand Wedron 5010 DEL I a) omättad monomer b) omättad polymer omättad polymer syntes i) polyisocyanat molekvivalent polyol, i mol- ekvivalent akrylat, i mol- ekvivalent ii) 111) iv) katalysator v) inhibitor vii) lösningsmedel i $ V111) temp/tia °c/rim. ix) viskositet, St x) % icke flyktigt mtrl faktiskt teoretiskt c) tillsatsmedel 1 E Friradikalinitiator (Del II) a) peromidkomponent b) katàlytisk komponent Gastid, sek.

Inblàsningstid, sek.

Akrylsyra 1,6 g, dietylenglykol 5,49, trimetylolpropantriakry- lat 9,9 Syntetiserad såsom beskrivs nedan, 20 g 4 Glycerol - l Hydroxietylakrylat Dibutyltenndilaurat 0,14 Hydrokinon-monometyleter 0,0) Metylisoamylketon, HiSol 10 (65:35) 35% no u111 45: 1 1,75 tim. därefter 80 c111 85 1 4,5 c1m. 10 64,1 65 Vinylsilan 2,0 Hi Sol 10 5,3 2,2% t-buty1hydroperox1a - 70 S02-gas 0,5 15 med lur: 10 15 B 459 256 gfemflel 1 3 Draghâllf., MPa utanför box 1,22 3 tim. 0,65 23 tim. 1,05 Bindemedelsnivå (Del I'+ peroxidkomponent) 1,5 Me cangguzaetaij Aluminium Ucsxazm. i 100 Speciellt föredragna utföringsformer av förfarandet enligt uppfinningen kan sammanfattas enligt följande: Vid förfarandet enligt uppfinningen gäller att bindemedels- materialet kan innefatta en blandning där akrylmonomeren är blandad med åtminstone en annan etenískt omättad monomer. Vidare kan bíndemedelsmaterialet innefatta åtminstone en etenískt omät- tad polymer förutom akrylmonomeren. Omvänt gäller att akrylpoly- meren í bindesmedelskomposítíonen kan vara blandad med minst en etensíkt omättad monomer eller minst en annan etenískt omät- tad polymer. Akrylpolymeren kan t.ex. vara en olígomer eller en addukt. I Det katalytiska medlet suspenderas lämpligen i en bärar- gas och exponeras för bindemedelsmaterialet i minst 0,5 sekunder.

Claims (10)

10 15 30 459 256 24 PATENTKRAV

1. Förfarande för sammanbindning av minst tvâ material, k ä n n e t e c k n a t 3) av att man: fördelar på åtminstone ett av nämnda material en bindande mängd av ett bindemedelsmaterial, vilket väsentligen bestàr av akrylmonomer, akrylpolymer eller blandningar därav, b) bringar de material, som skall sammanbindas, í kontakt med varandra, och c) polymeríserar bindemedelsmaterialet med hjälp av en fri- radikalinitiator, vilken innefattar en organisk peroxid och ett katalytiskt medel, som väsentligen består av gasformig svavel- dioxíd.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e C k n a t av att det katalytiska medlet är gasformig svaveldioxid.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a t, av att bindemedelsmaterialet innefattar en blandning av nämnda akrylmonomer och minst en annan eteniskt omättad monomer eller minst en eteniskt omättad polymer.

4. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - av att nämnda akrylpolymer är blandad med minst en annan eteniskt omättad polymer eller minst en eteniskt omättad monomer.

5. Förfarande enligt något av kraven 1-Z och 4, H 8 I k ä n - n e t e c k n a t av att akrylpolymeren är en oligomer.

6. Förfarande enligt något av kraven 1-2 och 4-S, k ä n n e t e c k n a t av att akrylpolymeren är en addukt. '-l u

Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att det katalytiska medlet suspen- deras i en bärargas och exponeras för bindemedelsmaterialet i minst 0,5 sekunder.

8. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att akrylmonomeren innefattar ett poly- funktionellt akrylat.

9. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n elt e c k n a t av att akrylmonomeren väljes ur gruppen alkylakrylater, hydroxialkylakrylater, alkoxíalkylakrylater, cya- noalkylakrylater, alkylmetakrylater, cyanoalkylmetakrylater, N-alkoxímetylakrylamider, N-alkoximetylmetakryïamider, hexandíol- diakrylat, tetraetylenglykoldiakrylat, trimetylolpropantriakrylat, metakrylsyra, Z-etyl-hexylmetakrylat eller blandningar därav. 25 459 256

10. Förfarande enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t av att akrylmonomeren väljes ur gruppen penuaerytritoltríakrylat, trímetylolpropantríakrylat, Ló-hexandíoldíakrylat, tetra- etylenglykoldíakrylat eller blandningar därav.