三组分聚氨酯粘合剂体系制造技术

一种有机粘合剂体系，混合有用于金属工业中的砂铸的模制材料。该有机粘合剂体系具有三个部分，其中的前两种是常规的并且用于冷芯盒或无烘烤过程中。在使用时与前两部分组合的第三部分至少包括硅酸烷基酯，和可选的双足氨基硅烷。在一些实施方式中，前两部分中的一种或两者中包括一定量的氢氟酸。使用有机粘合剂体系提供模具改善的拉伸强度，尤其是在高相对湿度下。

Three component polyurethane adhesive system

A system of organic adhesives that is mixed with molding materials used in sand casting in the metal industry. The organic binder system has three parts, the first two of which are conventional and are used in cold box or no baking process. The third parts that are combined with the first two parts at the time of use include at least the alkyl ester of the silicate and the optional bipedal amino silane. In some of the implementations, one of the first two parts or both includes a certain amount of hydrofluoric acid. The use of an organic binder system provides the tensile strength of the improved mold, especially at high relative humidity.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三组分聚氨酯粘合剂体系相关申请的相互引证本申请是于2015年5月14日提交的美国临时申请62/161598的非临时申请并要求该临时申请的优先权，通过引用将其全部内容结合于本文中。
本专利技术涉及用于冷芯盒(低温试验箱，coldbox)或无烘烤过程(工艺，方法，process)的三部分有机粘合剂体系，其中在使用时组合的两种常规的粘合剂前体部分伴有第三部分，该第三部分包括硅酸烷基酯和可选的包括双足氨基硅烷(biposalaminosilane)。本专利技术的一些方面还涉及在粘合剂前体部分中的一种或两者中包括一定量的氢氟酸。
技术介绍
当生产模具和芯时，大量使用聚氨酯类粘合剂体系，特别是对于用于冷芯盒或聚氨酯无烘烤过程的模具和芯的生产。这些体系需要溶剂，并且在使用时一直需要减少这些体系的排放。如在Torbus的美国专利6,465,542中所描述的，用于冷芯盒和用于聚氨酯无烘烤过程的聚氨酯类粘合剂体系是已知的。这种粘合剂体系通常包括两种必要的粘合剂组分。第一种是多元醇组分，其包括每分子具有至少两个-OH基团的化合物。第二种是聚异氰酸酯组分，其包括每分子具有至少两个异氰酸酯基团的化合物粘合剂。若在各个组分中包括溶剂，则常见地封装它们并在单独的容器中出售，仅在使用时结合。本领域很好地提供了多元醇和聚异氰酸酯组分的细节，所以在此不进一步对其进行描述。然而，存在与至少一种组分一起使用的溶剂，且通常将溶剂与两种组分一起使用。将以液体形式使用多元醇和聚异氰酸酯组分两者。尽管可以以未稀释形式使用液体聚异氰酸酯，但是可以以在有机溶剂中的溶液的形式使用固体或粘稠聚异氰酸酯。在某些情况下，按聚异氰酸酯溶液的重量计，溶剂可以占到高达80％。当用于第一组分的多元醇是固体或高度粘稠的液体时，可以将合适的溶剂用于调节粘度以允许适当的适用性。如Torbus专利所教导的，选择用于与组分一起使用的溶剂不以有关方式参与聚异氰酸酯和多元醇化合物之间的催化反应，但是溶剂可以很好地影响反应。例如，两种粘合剂组分具有基本上不同的极性。这限制可以使用的溶剂的数量。如果溶剂与两种粘合剂组分不相容，那么粘合剂体系的完全反应和固化是几乎不可能的。尽管质子和非质子类型的极性溶剂是用于多元醇化合物的常见的良溶剂，但是它们并不是非常适用于聚异氰酸酯化合物。反之，芳香族溶剂与聚异氰酸酯相容，但是不完全适用于多元醇树脂。Torbus及其他人尝试了调节溶剂组成来限制倾倒熔融的金属以产生模具中的铸件期间苯和其他芳香族物质的排放，其中粘合剂体系将模具的铸造沙子保持在一起。这些排放不仅发生在倾倒熔融的金属期间，而且由于倾倒之前的蒸发和脱挥发而发生。排放构成工作场所的明显污染，其不能被保护措施诸如抽风机等有效地捕获。然而，看起来由粘合剂体系诸如在Torbus专利中教导的那些生产的模具留有性能改善的余地，尤其当遇到高相对湿度时。
技术实现思路
用于模制材料混合物的粘合剂体系至少部分地克服了现有技术的这些缺点。以仅在使用时才组合的三种组分提供粘合剂体系。这些中，第一和第二组分是第一有机粘合剂组分和第二有机粘合剂组分，在催化剂存在的情况下第二组分补充(complementary)第一有机粘合剂组分以形成聚合物。这些组分可以是常规的。第三组分包括硅酸烷基酯组分。在一个实施方式中，第一组分是多元醇组分，包括每分子具有至少2个羟基基团的酚醛基础树脂，该多元醇组分不含聚异氰酸酯。第二组分是聚异氰酸酯组分，包括每分子具有至少2个异氰酸酯基团的聚异氰酸酯化合物，该异氰酸酯组分不含多元醇，使得组合和固化组合物时产生酚醛脲聚合物(phenolicurethanepolymer)。在一些实施方式中，硅酸烷基酯组分包括原硅酸四乙酯(TEOS)。其还可以包括硅酸烷基酯的低聚物。第三组分还可以包括双足氨基硅烷，尤其是双(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺。当存在时，双足氨基硅烷可以表示存在于第三组分中的硅酸烷基酯的重量的约三分之一。在一些实施方式中，前两种粘合剂组分中的至少一种可以进一步包括一定量的氢氟酸。将通过模制材料混合物提供专利技术构思的一些实施方式，该模制材料混合物包括耐火模具基础材料和适当量的有机粘合剂体系，该有机粘合剂体系用于生产适用于砂铸熔融金属的模具。具体实施方式在粘合剂组合物中清楚地发现了这些模具性能问题的一个解决方案，该粘合剂组合物使用三组分方式来提供聚氨酯冷芯盒(PUCB)粘合剂体系。在这种体系中，部分I组分包括多元醇基础树脂和一组合适的补充物，部分II组分包括聚异氰酸酯，伴有一组合适的补充物，以及部分III组分包括硅酸烷基酯化合物诸如原硅酸四乙酯(TEOS)、硅酸烷基酯低聚物，以及可选的双足氨基硅烷。TEOS，还称为四乙氧基硅烷，也由CAS注册号78-10-4确定。结构上，其具有附接至原硅酸酯核中的氧原子的四个乙基基团。99.999％纯度的TEOS是从Sigma-Aldrich和其他来源商业可获得的。双足氨基硅烷的特征在于以下通用结构：(R1O)3-Si-R2-NH-R2-Si-(OR1)3其中R1是烷基基团，包括甲基、乙基或丙基以及它们的混合物。R2是亚烷基连接键，包括亚丙基、亚丁基、亚戊基以及它们的混合物。适当的双足氨基硅烷的实例是双(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺，其在名称DYNASYLAN1124下由EvonikIndustries商业可获得。在作为三种单独的组分提供并在混合时催化固化的粘合剂体系的实例中，第一组分包括：多元醇，诸如每分子具有最少两个-OH基团的酚醛树脂；至少一种溶剂和氟酸(氟化酸，含氟酸，fluorinatedacid)。第二组分包括：每分子具有至少两个异氰酸酯基团的聚异氰酸酯；溶剂和可选的氟酸。第三组分包括选自由以下各项组成的组的硅酸烷基酯组分：硅酸烷基酯、硅酸烷基酯低聚物和它们的混合物，以及可选的双足氨基硅烷。酚醛树脂和聚异氰酸酯可以选自由常规已知用于冷芯盒过程或无烘烤过程的化合物组成的组，因为不认为专利技术构思是该组合物的这些部分所固有的。更具体地谈及酚醛树脂，其通常选自酚与醛的缩合产物，尤其是式RCHO的醛，其中R是氢或具有1至8个碳原子的烷基部分。通常在低于130摄氏度的温度下在液相中进行缩合反应。许多的这种酚醛树脂是商业可获得的并将是容易地被熟知的。优选的酚醛树脂组分包括二苄醚类型的酚树脂。在个别情况下在混合物中使用烷基酚诸如邻甲酚、对壬基苯酚或对叔丁基苯酚，特别是与苯酚一起来制备酚树脂可以是方便的。可选地，这些树脂可以以烷氧基化的端基为特征，通过用烷基基团如甲基、乙基、丙基和丁基基团封端羟基亚甲基基团得到烷氧基化的端基。对于聚合物异氰酸酯，可以优选的是使用包括二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)的聚异氰酸酯组分，虽然许多商业可获得的聚合异氰酸酯直接用于这种具体的市场。用于冷芯盒或聚氨酯无烘烤过程的双组分粘合剂体系的异氰酸酯组分(第二组分)常见地包括优选地具有两个至五个异氰酸酯基团的脂肪族、脂环族或芳香族聚异氰酸酯；也可以使用这种聚异氰酸酯的混合物。脂肪族聚异氰酸酯中特别合适的聚异氰酸酯是例如六亚甲基二异氰酸酯，脂环族聚异氰酸酯中特别合适的一种是例如4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯，以及芳香族聚异氰酸酯中特别合适的一种是例如2,4'-和2,6'-甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于模制材料混合物的粘合剂体系，包括：(A)第一有机粘合剂组分；(B)补充所述第一有机粘合剂组分的第二有机粘合剂组分；和(C)硅酸烷基酯组分；其中，作为单独容器中的三组分体系提供(A)、(B)和(C)，用于在使用时组合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.14 US 62/161,5981.一种用于模制材料混合物的粘合剂体系，包括：(A)第一有机粘合剂组分；(B)补充所述第一有机粘合剂组分的第二有机粘合剂组分；和(C)硅酸烷基酯组分；其中，作为单独容器中的三组分体系提供(A)、(B)和(C)，用于在使用时组合。2.根据权利要求1所述的粘合剂体系，其中：(A)是多元醇组分，包括每分子具有至少2个羟基基团的酚醛基础树脂，所述多元醇组分不含聚异氰酸酯；以及(B)是聚异氰酸酯组分，包括每分子具有至少2个异氰酸酯基团的聚异氰酸酯化合物，所述异氰酸酯组分不含多元醇；使得(A)和(B)包括酚醛脲化学物质，当组合并且用胺催化剂固化时，所述酚醛脲化学物质产生酚醛脲聚合物。3.根据权利要求1或2中任一项所述的粘合剂体系，其中，所述硅酸烷基酯组分...

【专利技术属性】
技术研发人员：王显平，马克·斯坦克利夫，克里斯蒂安·普里贝，约尔格·克罗克尔，
申请(专利权)人：亚世科化学有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：美国,US