TWI440513B - 作為供進料器材料之填料用之核-殼顆粒及可傾倒填料、用於製備其之方法、進料器材料、進料器及其用途 - Google Patents

作為供進料器材料之填料用之核-殼顆粒及可傾倒填料、用於製備其之方法、進料器材料、進料器及其用途 Download PDF

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Description

作為供進料器材料之填料用之核-殼顆粒及可傾倒填料、用於製備其之方法、進料器材料、進料器及其用途
本發明係關於作為供製造進料器之進料器材料之填料用之核－殼顆粒，關於包含複數個根據本發明之核－殼顆粒之相應可傾倒填料，關於製備根據本發明之核－殼顆粒或根據本發明之可傾倒填料的方法，關於相應進料器材料及相應進料器且關於相應用途。本發明之其他目標可在以下說明書及隨附申請專利範圍中發現。
在本文獻之上下文中，術語"進料器"囊括進料器外殼、進料器插件及進料器蓋、以及加熱墊。
在鑄造中製造金屬模型時，將液體金屬引入模具中，於其中固化。此固化過程伴隨金屬體積之減少，因此進料器(即，模具中或之上的開放或封閉空間)通常用於抵消鑄件固化時之體積不足且藉此防止在鑄件中形成縮管。進料器係連接至該鑄件或連接至具有危險之鑄件區域，且通常位於模穴上方及/或其一側上。
現在，輕質填料通常用於製造進料器之進料器材料中及由其製得之實際進料器中，據說該等填料具有良好隔熱效果以及高溫穩定性。
德國專利第10 2005 025 771 B3號揭示包含中空陶瓷球體及中空玻璃球體之隔熱進料器。
歐洲專利第0 888 199 B1號闡述包含中空矽酸鋁微球體作為耐火隔熱材料之進料器。
歐洲專利第0 913 215 B1號揭示包含中空矽酸鋁微球體之進料器組合物，其中氧化鋁含量小於38重量%。
WO 9423865 A1揭示進料器組合物，其包含含比例為至少40重量%之氧化鋁的中空微球體。
WO 2006/058347 A2揭示進料器組合物，其包含核－殼微球體連同聚苯乙烯核作為填料。然而，在鑄造中使用聚苯乙烯導致不期望排放。
現在，源自燃煤發電站之飛灰、或以合成方式製得之中空球體經常用於工業實踐中。然而，並未限制中空球體適用於進料器之可用性。因此本發明之目的係提供能夠代替目前合意的中空球體之輕質填料。欲提供之輕質填料應滿足以下主要要求：－甚至在高於1450℃之溫度下、較佳在高於1500℃之溫度下之熱穩定性；－甚至在(例如)1400℃之高溫下之足夠機械穩定性；－低粉塵黏附(若有)；及－低體積密度。
此目的可根據本發明藉由作為供製造進料器之進料器材料之填料用的核－殼顆粒來達成，該等核－殼顆粒包含(a)載體核其具有介於30微米至500微米之間之尺寸且 係由最佳在高達1400℃之溫度下穩定之材料製得且不含聚苯乙烯，及(b)殼，其包封該核且由以下成分組成或包含以下成分(b1)D 50粒徑值至多15微米、較佳至多10微米之顆粒，其在高達至少1500℃、較佳至少1600℃之溫度下穩定，及(b2)黏結劑，其使該等顆粒彼此黏結且黏結至該載體核，該核－殼顆粒在高達至少1450℃、較佳至少1500℃之溫度下穩定。
本發明係基於以下認識：溫度穩定性不足以作為供(例如)進料器材料之填料用的載體材料(用作載體核)可藉由塗佈轉化成在高達至少1450℃、但通常至少1500℃之溫度下穩定的核－殼顆粒。為達成此目的，需要將該載體核用D 50粒徑值至多15微米之顆粒塗佈，該等顆粒自身在高達至少1500℃、較佳1600℃之溫度下穩定。
在本發明之核－殼顆粒中，該載體核之粒徑(即，最大長度)介於30微米至500微米之間；其係由在高達1400℃之最高溫度下穩定之材料製得且不含聚苯乙烯，較佳完全不含有機成份，而較佳僅無機成份。該載體核較佳為球體。
在目前教科書中，若顆粒或材料在低於既定溫度下既不熔融亦不軟化或分解同時失去立體結構，則認為其穩定。
較佳地，本發明之核－殼顆粒的載體核(a)係由陶瓷或玻璃製得。
該載體核(a)較佳為中空球體或多孔顆粒，而該中空球體 或多孔顆粒較佳由陶瓷或玻璃製得。用作載體核(a)之較佳材料的實例係細孔膨脹玻璃(例如彼等可以(例如)名稱Poraver自Dennert Poraver GmbH獲得者或彼等可以(例如)名稱Omega－Bubbles自Omega Minerals Germany GmbH獲得者)及中空玻璃微球體(例如彼等可以(例如)名稱3M Scotchlite K20自3M Specialty Materials獲得者)。
在本發明之核－殼顆粒中，該殼(b)之該等顆粒(b1)較佳包含以下材料或由以下材料組成：一或多種選自由耐火材料(根據DIN 51060)組成之群、且較佳選自由氧化鋁、氮化硼、碳化矽、氮化矽、硼化鈦、氧化鈦、氧化釔及氧化鋯及混合氧化物(例如堇青石及富鋁紅柱石)組成之群之材料。
在本發明之核－殼顆粒中，該黏結劑(b2)較佳選自由以下組成之群－冷箱黏結劑，較佳可由苄基醚樹脂與多異氰酸酯製備之聚胺基甲酸酯，－熱箱黏結劑，－澱粉，－多糖，及－水玻璃。
本發明之核－殼顆粒可用於耐火材料中，例如供工業爐用之材料或用於改良建築中之防火保護。其亦可在例如建築工業或鑄造工業中用於或用作隔熱材料。
較佳地，本發明之核－殼顆粒係適宜作為供製造進料器 之進料器材料之填料用之可傾倒填料的一種成份。本發明之此一可傾倒填料通常包含複數個本發明之核－殼顆粒(以上陳述適用於該等核－殼顆粒之較佳實施例)且視情況其他填料。
在本發明之可傾倒填料中，該複數個核－殼顆粒中之載體核(a)自身較佳具有介於60微米至380微米之間之平均粒徑MS，該平均粒徑係根據VDG Code of Practice P27(1999年10月)測定。
用作載體核之顆粒自身之體積密度較佳介於85克/升至500克/升之間。該等載體核(a)之體積密度較佳在其用顆粒(b1)及黏結劑(b2)且視情況該核之其他成份塗佈之前測定。在本發明之可傾倒填料中，以該等顆粒(b1)之總重量計，該複數個核－殼顆粒中較佳至少90重量%的該等顆粒(b1)具有至多45微米之粒徑。因此，粉狀(即，精細，多分散)鬆散材料(其中粉末中所含顆粒的多於90重量%具有至多45微米之粒徑)尤其適用於塗佈該等載體核(a)。相應粉末中顆粒之粒徑係借助散射光光度計(例如，Coulter散射光光度計)來測定。經常指示之另一特性參數係D 50值，其對應於平均粒徑。尤其適宜用作塗佈該等載體核之殼材料(塗佈材料)之粉末的選擇整理於下表中： "max"表示所討論粉末中所含顆粒的90重量%具有低於所 指示值之粒徑。"decomp."表示分解。
本發明之可傾倒填料較佳具有小於0.6克/公分3 (即，600克/升)之體積密度。包含本發明核－殼顆粒之本發明可傾倒填料可藉由在黏結劑(b2)之存在下將載體核(a)與(耐火)顆粒(b1)之粉末混合來製備。在製備本發明之核－殼顆粒或製備本發明之可傾倒填料之本發明相應方法中實施以下步驟：－供應粒徑介於30微米至500微米之間之載體核，該等載體核係由在高達1400℃之最高溫度下穩定之材料製得，－供應平均粒徑至多15微米、較佳至多10微米之顆粒，該等顆粒在高達至少1500℃、較佳至少1600℃之溫度下穩定，及－在黏結劑之存在下使該等載體核與該等顆粒接觸以便使該等顆粒黏結至該載體核且彼此黏結且一些或所有載體核經塗佈以便產生核－殼顆粒。
以上關於本發明之核－殼顆粒及本發明之填料的陳述亦適用於較佳載體核、較佳顆粒及較佳黏結劑之實施例。
本發明進一步係關於製造進料器之進料器材料，其由以下組成或包含以下：本發明之核－殼顆粒(如以上所述，較佳在實施例中如上文作為較佳所指出者)或本發明之可傾倒填料(如以上所述，較佳在實施例中如上文作為較佳所指出者)及用以黏結該等核－殼顆粒或該等可傾倒填料之黏結劑。就黏結劑而言，適用以上針對用於核－殼顆粒之較 佳黏結劑之評論；較佳使用冷箱黏結劑(較佳基於苄基醚樹脂及多異氰酸酯)，且尤其用於將該等載體核(a)黏結至該等顆粒(b1)及用於黏結該等核－殼顆粒或該可傾倒材料二者之同一黏結劑。
本發明之進料器材料可採用放熱進料器材料之形式，在此情況下其除所提及之成份以外通常包含意欲以放熱方式彼此反應之易氧化金屬及適宜氧化劑。
本發明進一步係關於包含本發明進料器材料之進料器。本發明之進料器較佳具有小於0.7克/公分3 之密度。
本發明之其他特徵涉及本發明核－殼顆粒(如以上所述，較佳在實施例中如上文作為較佳所指出者)或本發明之可傾倒填料(如以上所述，較佳在實施例中如上文作為較佳所指出者)在進料器材料或進料器中作為隔熱填料之用途。
本發明進一步係關於本發明之進料器材料用於製造隔熱或放熱進料器之用途。
為製備本發明之進料器，將本發明之核－殼顆粒或本發明之可傾倒填料、根據本發明適宜之黏結劑(例如，冷箱黏結劑，參閱上文)且視情況其他成份混合，使所得混合物成形成進料器並使成形進料器硬化。較佳通常藉由漿液方法、濕砂級方法(green stage method)、冷箱方法或熱箱實施成形製程。
借助以下實例更詳細闡述本發明：A本發明核－殼粒子(鬆散材料)之製備
實例1
將700克Poraver載體材料(標準粒徑0.1-0.3；Dennert Poraver GmbH)放置於BOSCH Profi 67混合機中並用120克冷箱黏合劑(Hüttenes-Albertus：基於苄基醚樹脂之Aktivator 6324/Gasharz 6348)均勻潤濕。添加300碳化矽粉末(粒徑之D 50值：<5微米)並將整體均勻混合。最後，添加大約0.5毫升二甲基丙基胺以使黏結劑硬化。數秒鐘後，所獲得核-殼顆粒呈鬆散材料之形式，其用於進一步應用。
實例2
將800克Omega-Bubbles載體材料(Omega Minerals GmbH；粒徑<0.5毫米)放置於BOSCH Profi 67型適宜混合機鐘並用120克冷箱黏合劑(Hüttenes-Albertus：基於苄基醚樹脂之Aktivator 6324/Gasharz 6348)均勻潤濕。添加200克氧化鋁粉末(粒徑之D 50值：：大約12微米)並將整體均勻混合。最後，添加大約0.5毫升二甲基丙基胺以使黏結劑硬化。數秒鐘後，所獲得核-殼顆粒呈鬆散材料之形式，其用於進一步應用。
B 進料器材料及進料器蓋及其他成型體之製造： "隔熱"實例
將根據實例1或2製得之鬆散材料與冷箱黏合劑(Hüttenes-Albertus：基於苄基醚樹脂之Aktivator 6324/Gasharz 6348)均勻混合。進料器蓋及其他成型體係自所得混合物(a)壓印並(b)利用砂心吹射機(例如，Röper, Laempe)吹射。在每一情況下藉由添加二甲基－丙基胺實施硬化。
"放熱－隔熱"實例
將根據實例1或2製得之30 p/w(重量份數)鬆散材料及70 p/w常用鋁熱混合物之混合物與冷箱黏合劑(Httenes－Albertus：基於苄基醚樹脂之Aktivator 6324/Gasharz 6348)均勻混合。進料器蓋及其他成型體係自所得混合物(a)壓印並(b)利用砂心吹射機(例如，Rper,Laempe)吹射。在每一情況下藉由添加二甲基－丙基胺實施硬化。
C立方體測試： 藉助所謂的立方體測試來測試根據實例B中之進料器蓋之技術適用性，其中當使用適於該模塊之進料器蓋時立方體形鑄件應無縮管。
對於所有實施例("隔熱"，實例1及2；"放熱－隔熱"，實例1及2)皆可建立更可靠之密封進料。亦發現在相應殘餘進料器(立方體上方)中之縮管特性較比較進料器蓋為佳。

Claims (16)

  1. 一種作為供製造進料器之進料器材料之填料用之核－殼顆粒，其包含(a)載體核其具有介於30微米至500微米之間之尺寸且係由最佳在高達1400℃之溫度下穩定之材料製得且不含聚苯乙烯，及，(b)殼，其包封該核且由以下成分組成或包含以下成分(b1)D 50粒徑值至多為15微米之顆粒，其在高達至少1500℃之溫度下穩定，及(b2)黏結劑，其使該等顆粒彼此黏結且黏結至該載體核，該核－殼顆粒在高達至少1450℃之溫度下穩定。
  2. 如請求項1之核－殼顆粒，其中該載體核(a)係由陶瓷或玻璃製得。
  3. 如請求項1或2之核－殼顆粒，其中該載體核(a)係中空球體或多孔顆粒。
  4. 如請求項1或2之核－殼顆粒，其中該殼(b)之該等顆粒(b1)包含以下材料或由以下材料組成：一或多種選自由耐火材料組成之群，且較佳選自由氧化鋁、氮化硼、碳化矽、氮化矽、硼化鈦、氧化鈦、氧化釔及氧化鋯組成之群。
  5. 如請求項1或2之核－殼顆粒，其中該黏結劑(b2)係選自由以下組成之群：－冷箱黏結劑，較佳係可由苄基醚樹脂與多異氰酸酯製備之聚胺基甲酸酯，－熱箱黏結劑，－澱粉，－多糖，及－水玻璃。
  6. 一種作為供製造進料器之進料器材料之填料用之可傾倒填料，其包含複數個根據請求項1至5中任一項之核－殼顆粒。
  7. 如請求項6之可傾倒填料，其中該複數個核－殼顆粒中之該等載體核(a)具有介於60微米至380微米之間之平均粒徑MS。
  8. 如請求項6或7之可傾倒填料，其中以該等顆粒(b1)之總重量計，該複數個核－殼顆粒中至少90重量%的該等顆粒(b1)具有至多45微米之粒徑。
  9. 如請求項6或7之可傾倒填料，其中該填料具有小於0.6克/公分3 、較佳小於0.5克/公分3 之體積密度。
  10. 一種製造如請求項1至5中任一項之核－殼顆粒或製造如請求項6至9中任一項之可傾倒填料的方法，其包括以下步驟：－供應粒徑介於30微米至500微米之間之載體核，該等載體核係由在高達1400℃之最高溫度下穩定之材料製 得，－供應平均粒徑至多為15微米之顆粒，該等顆粒在高達至少1500℃、較佳至少1600℃之溫度下穩定，及，－在黏結劑之存在下使該等載體核與該等顆粒接觸以便使該等顆粒黏結至該載體核且彼此黏結且一些或所有載體核經塗佈。
  11. 一種用於製造進料器之進料器材料，其由以下成分組成或包含以下成分：－如請求項1至5中任一項之核－殼顆粒或如請求項6至9中任一項之可傾倒填料及－用以黏結該等核－殼顆粒或該可傾倒填料之黏結劑。
  12. 如請求項11之進料器材料，其亦包含意欲以放熱方式彼此反應之易氧化金屬及適宜氧化劑。
  13. 一種包含如請求項12之進料器材料的進料器。
  14. 如請求項13之進料器，其具有小於0.7克/公分3 之密度。
  15. 一種如請求項1至5中任一項之核－殼顆粒或如請求項6至9中任一項之可傾倒填料的用途，其在進料器材料或進料器中作為隔熱填料。
  16. 一種如請求項11或12之進料器材料的用途，其用於製造隔熱或放熱進料器。
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