[发明专利]壳砂包胶中的臭味消除

说明书

技术领域

本发明一般性涉及用酚醛树脂和其它类似涂料来涂覆砂、陶瓷和其它基底(一般为工业聚集体)的改进方法。更具体地本发明涉及用于生产树脂涂覆砂的化合物及施涂方法，该砂以最小的气味固化。

背景技术

现有技术描述了在金属浇铸和铸造工业所采用的壳法(Shell Process)中使用的树脂涂覆砂。在二战期间壳法在德国研发，并且该方法用来生产用于砂浆、炮壳和其它射弹的模子。战后德国人试图将该方法保密；然而，该方法被盟军调查员发现，调查员将该方法作为战利品置于公众领域中，这随后为铸造工业提供了革命性的方法。

壳法(又称为克娄宁壳型铸造法(Croning)或C方法)被用来生产中空轻质模子和砂芯，所述模子和砂芯用于管榖、芯、曲轴、用于引擎的进气歧管等。实际上，与任何其它方法相比，更多的铸造厂都使用壳法来制备树脂砂芯和模子。该方法在全世界广泛地应用。

最初的克娄宁壳型铸造法是将原料砂与粉末状酚醛树脂和粉末状六亚甲基四胺“hexa”(固化剂或硬化剂)共混，其依靠重力给料到预加热的模型中。热量使树脂和硬化剂熔化从而使模型(或模子)内部的砂熔化。在获得适宜厚度的砂后，将非活性的砂从模型中倒出，留下中空的芯砂模子。随着时间，该方法通过在砂厂中用所需的配料(树脂-硬化剂-蜡-填料等)对砂进行预涂覆而得到了改进。“铸造砂”随后作为自由流动产品而被出售给铸造厂(或铸造厂生产他们自己的自由流动产品)。

现有技术使用分批混合器以使用树脂和其它配料涂覆基底(无机物、陶瓷等，有时主要指的是工业聚集体)。即，砂(聚集体)被预先称重，加热至所需的温度并转移至分批混合器中。然后依次加入树脂和添加剂并放置在混合器中，直至材料到达期望的固化阶段或开始分解成更小的砂(聚集体)和树脂的凝聚块。然后倒出混合物并重复循环。更新型的混合器现在使用连续法；然而，制造步骤和使用的化合物实质上是相似的。

更具体地说，在用于生产涂覆铸造砂的现有技术中，预称重砂被加热至280°F至380°F之间。然后将砂送入Muller型粉碎机(或者连续混合器)中并且将树脂倒入砂中。来自于砂的热量熔化树脂，以及树脂流经砂粒周围以包胶砂粒。经过充分的粉碎时间之后，将液体状hexa添加到砂和树脂中，通常低于280°F。在添加水骤冷从而将砂温度降到低于200°F之前，hexa/树脂混合物轻微反应以开始交联涂层。该骤冷阻止hexa/树脂的反应并且据说树脂涂覆砂位于“B”阶段。混合物继续完全地粉碎和干燥并且分裂为实质上为单个砂粒的包胶体的树脂涂覆砂。当涂覆砂放置在450-600°F的加热工具(铸造厂的模子)中时，涂覆砂前进到达“C”阶段。该热量使甲醛和氨从原始hexa溶液(液态形式的hexa是氨(40％)和甲醛(60％)的组合)中释放出来。释放的甲醛进一步与树脂反应以交联树脂并且产生固态或型芯或模子，并且游离的氨作为挥发性有机气体被排放，该气体具有使操作者和周围环境不愉快的气味。

现有技术中出现了多个选择固化剂以减少氨排放的实例。Gardziella等在美国专利4,942,217中公开了“新型热固化性粘合剂苯酚-甲醛+HMT+酸(NovelHeat-hardenable Binders Phenol-formaldehyde+HMT+Acid)”。Gardziella仍使用hexa作为他们的固化剂，但指出树脂复合物和粘合剂有助于减少排放。给出了一个用于“热焙(hot bake)”(壳法或克娄宁法)铸砂的组合物的例子。

Geoffrey等在美国专利5,189,079中公开了“低游离甲醛苯酚多元醇配方(Low Free Formaldehyde Phenolic Polyol Formulation)”，其中发明者认识到需要减少聚氨酯粘合剂中甲醛的气味，该聚氨酯粘合剂用在“冷盒(cold-box)”和“无焙(no-bake)”型芯铸砂方法中。

Johnson等在美国专利5,910,521中公开了“苯并噁嗪聚合物组合物(Benzoxazine Polymer Composition)”，认识到需要固化酚醛树脂但不排出氨。Johnson等公开了他们的化合物在铸砂中的用途；然而，他们的实例教导了将粉末状树脂和他们的粉末状固化剂以及铸砂相混合。Johnson等说明他们的固化聚合体在室温下可以是固态并且呈粉末形式。然而，他们补充说如果在制造过程期间对脱水进行控制，则固化聚合体可以以液体形式制造出来。