包含用于砂型铸造的氧化材料的组合物及其制备和使用方法技术

讨论了可用于湿型砂铸造的组合物以及制备和使用这样的组合物的方法。粘结剂组合物可包含含碳材料、无机粘结剂和高纵横比硅酸盐，其中所述粘结剂组合物中含碳材料或无机材料中的至少之一可以是氧化的。例如，无机粘结剂可被氧化为具有小于1.2或小于1的亚铁(Fe

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含用于砂型铸造的氧化材料的组合物及其制备和使用方法优先权要求本PCT国际申请要求2018年3月30日提交的美国临时申请号62/650,698的优先权权益，其主题通过引用以其整体并入本文。
本公开的实施方案总的涉及可用于减少铸造期间的排放的组合物及制备和使用这样的组合物的方法。
技术介绍
铸造是用于制备制品的铸造工艺，其中将经加热的液体材料例如将金属浇注到模具中并让其冷却。然后将铸造的金属制品脱模或是铸造制品的“敲出(knockedout)”。铸造产生各种排放物，包括有害的空气污染物如在铸造的浇注、冷却和敲出阶段释放的挥发性有机化合物(VOC)。铸造期间释放的VOC，包括苯、甲苯、乙苯和二甲苯(通常称为“BTEX”)，一氧化碳(CO)和甲烷(CH4)，伴随着安全和环境问题。这些排放物会产生某些安全和环境问题。来自铸造过程的排放物涉及到用于制造模具的化合物，例如，由粘结剂组合物形成的湿型砂组合物。因此，期望由可减少铸造期间产生的有害排放物的量、同时保持模具的性能和铸造制品的铸造质量的材料来制造湿型砂组合物。
技术实现思路
本公开包括可用于砂型铸造(包括湿型砂铸造)中的组合物、这样的组合物的制备及其使用方法。例如，本公开包括包含含碳材料和无机粘结剂的粘结剂组合物，其中所述无机粘结剂或含碳材料中的至少之一可以是氧化的。根据本公开的一些方面，粘结剂组合物可包含约0.1重量%至约20.0重量%的含碳材料。例如，粘结剂组合物可包含相对于粘结剂组合物的总重量约2重量%至约22重量%、约5重量%至约20重量%、约7.5重量%至约17.5重量%、或约10重量%至约15重量%的含碳材料。在一些实例中，含碳材料可包含煤、褐煤(lignite)、褐煤(lignitecoal)、风化褐煤、石墨、无烟煤、纤维素或其组合。在本公开的一些实例中，粘结剂组合物可包含约70重量%至约90重量%的无机粘结剂，如约75重量%至约88重量%、或约80重量%至约85重量%。示例性的无机粘结剂包括钠膨润土、钙膨润土或其混合物。在本公开的一些方面中，无机粘结剂可被氧化使得无机粘结剂的Fe2+/Fe3+的比率小于1.2，如例如小于1.0、小于1、小于0.9、或小于0.8。根据本公开的一些方面，粘结剂组合物可包含高纵横比硅酸盐。在本公开的一些方面中，粘结剂组合物可包含相对于粘结剂组合物的总重量约0.1重量%至约5.0重量%的高纵横比硅酸盐，如例如相对于组合物的总重量约0.3重量%至约4.5重量%的高纵横比硅酸盐，如例如约0.5重量%至约4.0重量%、约1重量%至约3.5重量%、或3.5重量%至约5.0重量%。在本公开的一些方面中，高纵横比硅酸盐可包含云母或滑石。除此之外或作为另外一种选择，高纵横比硅酸盐可包含白云母、钠云母、锂云母、金云母、黑云母或其组合。本公开还包括包含上文或本文中别处所述的粘结剂组合物和骨料的湿型砂组合物。骨料可包含硅砂、锆砂、铝硅酸盐或其混合物。本公开还包括用于制备铸造组合物的方法。例如，所述方法可包括通过氧化含碳材料和合并氧化的含碳材料与无机粘结剂来制备粘结剂组合物。所述方法可还包括在合并氧化的含碳材料与无机粘结剂之前、之后或与之同时合并氧化的含碳材料与高纵横比硅酸盐。根据本公开的一些方面，氧化含碳材料包括用氧化剂如例如苏打灰、过氧化氢、臭氧或其组合处理含碳材料。在本公开的一些方面中，无机粘结剂的Fe2+与Fe3+的比率可小于1，如例如小于0.9、小于0.8、小于0.7、小于0.6、或小于0.5。所述方法可还包括向粘结剂组合物添加骨料和水以形成湿型砂组合物。根据本公开的一些方面，湿型砂组合物可具有在约21.5N/m2至约30.5N/m2的范围内的湿压强度，如例如约22.5N/m2至约30.0N/m2、或约24.0N/m2至约27.5N/m2。除此之外或作为另外一种选择，湿型砂组合物可具有在约2.5N/m2至约3.7N/m2的范围内的湿剪强度，如例如约2.6N/m2至约3.6N/m2、约2.9N/m2至约3.5N/m2、或约3.1N/m2至约3.4N/m2。本公开还包括用于模制制品的方法。例如，所述方法可包括向模具中引入经加热的材料，其中所述模具包含上文或本文中别处所述的任何粘结剂组合物和/或湿型砂组合物，和让经加热的材料冷却。所述方法可还包括在向模具中引入经加热的材料后释放小于0.15mg/gBTEX的模具，如例如小于0.12mg/g、小于0.10mg/g、小于0.08mg/g、小于0.06mg/g、或小于0.05mg/g。附图说明附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分，示意了本公开的各种示例性方面，并与说明书一起用于解释本公开的原理。图1是如实施例2中所讨论从湿型砂组合物测量的BTEX排放的图。具体实施方式下面更详细地描述本公开的特定方面。如果与通过引用并入的术语和/或定义相冲突，则以本文提供的术语和定义为准。如本文所用，术语“包含”、“包括”或其任何其他变型旨在覆盖非排他性包括，使得包含一系列元素的过程、方法、组合物、制品或装置不是只包括这些元素，而是可包括未明确列出的或者这样的过程、方法、组合物、制品或装置所固有的其他元素。术语“示例性的”以“实例”而不是“理想”的意义使用。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代，上下文另有规定除外。术语“大约”和“约”是指与所提及的数或值接近相同。如本文所用，术语“大约”和“约”应理解为涵盖指定量或值的±5%。本公开的方面包括包含无机粘结剂如粘土矿物和含碳材料的粘结剂组合物，其中一种或多种无机粘结剂和/或一种或多种含碳材料是至少部分氧化的，本公开的方面还包括其制备和使用方法。例如，所述粘结剂组合物可用于湿型砂铸造中，例如，将所述粘结剂组合物与骨料（如砂）合并。根据本公开的组合物可包含一种或多种无机粘结剂。示例性的粘结剂包括但不限于天然和合成粘土，如例如膨润土。膨润土为层状硅酸盐粘土，主要包含蒙脱石矿物，例如蒙脱土。通常以主要的组成元素来命名不同类型的膨润土，如钾膨润土、钠膨润土、钙膨润土和铝膨润土。例如，组合物(例如，粘结剂组合物)可包含至少一种选自钠膨润土、钙膨润土、钾膨润土、锂膨润土、铝膨润土或其混合物的膨润土。膨润土可为粘结剂组合物提供可塑性。在一些实例中，无机粘结剂可包含膨润土和另一无机粘结剂的混合物。所述一种或多种无机粘结剂可从任何一个或多个地理区域获得。例如，根据本公开的无机粘结剂可从美国的西部、中西部和/或南部区域(包括但不限于怀俄明州、蒙大拿州、南达科他州、印第安纳州、密歇根州、威斯康星州、俄亥俄州、密西西比州和阿拉巴马州)、希腊、德国、土耳其、意大利、保加利亚、中国、印度、俄罗斯或巴西等世界各地的国家和地理区域获得。来自不同地理区域的粘土的化学组成可能有所不同。例如，与从美国获得的粘土相比，从印度获得的某些粘土可能具有更高的氧化水平。根据本公开的一些方面，无机粘结剂可包含至少约75重量%的膨润土，如例如约75重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粘结剂组合物，所述粘结剂组合物包含：/n含碳材料；/n无机粘结剂；和/n高纵横比硅酸盐；/n其中所述含碳材料或所述无机粘结剂中的至少之一是氧化的。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180330 US 62/6506981.一种粘结剂组合物，所述粘结剂组合物包含：
含碳材料；
无机粘结剂；和
高纵横比硅酸盐；
其中所述含碳材料或所述无机粘结剂中的至少之一是氧化的。


2.一种粘结剂组合物，所述粘结剂组合物包含：
含碳材料；和
氧化的无机粘结剂；
其中所述无机粘结剂具有小于1.2的Fe2+与Fe3+的比率。


3.一种粘结剂组合物，所述粘结剂组合物包含：
氧化的含碳材料；和
无机粘结剂；
其中所述氧化的含碳材料通过用氧化剂处理来制备。


4.根据权利要求3所述的粘结剂组合物，其中所述氧化剂包含苏打灰、过氧化氢、臭氧或其组合。


5.根据权利要求1-3中任一项所述的组合物，其中所述无机粘结剂的Fe2+/Fe3+的比率小于1。


6.根据权利要求1-3中任一项所述的组合物，其中所述无机粘结剂包含钠膨润土、钙膨润土或其混合物。


7.根据权利要求1-3中任一项所述的组合物，其中所述组合物包含约70重量%至约90重量%的所述无机粘结剂。


8.根据权利要求1-3中任一项所述的组合物，其中所述含碳材料包含氧化的煤(任选的氧化的褐煤、氧化的烟煤或氧化的海煤)、氧化的褐煤、氧化的风化褐煤、氧化的石墨、氧化的无烟煤、氧化的纤维素或其组合。


9.根据权利要求1-3中任一项所述的组合物，其中所述组合物包含约0.1重量%至约20.0重量%的所述含碳材料。


10.根据权利要求2或3所述的组合物，所述组合物还包含高纵横比硅酸盐。


11.根据权利要求1或10所述的组合物，其中所述高纵横比硅酸盐包含云母或滑石。


12.根据权利要求1或10所述的组合物，其中所述粘结剂组合物包含约0.1重量%至约5.0重量%的所述高纵横比硅酸盐。


13.根据权利要求1或10所述的组合物，其中所述高纵横比硅酸盐包含白云母、钠云母、锂云母、金云母、黑云母...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·S·拉费，J·蒂布斯，
申请(专利权)人：英默里斯美国公司，
类型：发明
国别省市：美国;US