生物基粘合剂系统技术方案

一种用于制备铸造模具的生物基粘合剂系统。在优选的实施方案中，该系统包括使用ａ）包括糖类的可聚合含羟基组分，ｂ）异氰酸酯组分，和ｃ）催化剂，并且优选胺催化剂，适于在铸造集料诸如砂的存在下催化ａ）和ｂ）的聚合的组分。该系统可以任意适当的方式使用，包括采用如本文所述的冷芯盒法或自硬法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及氨基甲酸酯形成的铸造粘合剂，以及用这些粘合剂制备的混合料。
技术介绍
常规铸造粘合剂包括酚醛树脂组分和有机聚异氰酸酯组分。通过将粘合剂与铸造 集料混合而制备铸造混合料。铸造型材(模具和型芯)典型地通过将混合料成形并用液体 或气体叔胺固化催化剂将该铸造型材固化而制备。在制造金属部件的铸造工业中使用的一种主要工艺是砂型铸造。在砂型铸造中， 一次性铸造型材(通常的特征为模具和型芯)通过使铸造混合料成形和固化而制成，其中 该铸造混合料是砂和有机或无机粘合剂的混合物。粘合剂用来强化模具和型芯。在制造模具和型芯的砂型铸造中使用的一种工艺是“冷芯盒(coldbox) ”法。在此 工艺中，气体固化剂通过压紧成形的混合料以产生固化的模具和/或型芯。一种备选的工 艺是“自硬(no bake)”法，该方法涉及使用液体催化剂诸如液体叔胺。在冷芯盒法中常用的酚醛树脂_氨基甲酸酯粘合剂系统用气体叔胺催化剂进行 固化。参见，例如，美国专利号 3, 409, 579,3, 429, 848,3, 432, 457 ^P 3，676，392。酚醛树 脂-氨基甲酸酯粘合剂系统通常由酚醛树脂组分和聚异氰酸酯组分组成，它们与砂混合， 然后压紧并固化以形成铸造混合料。在冷芯盒法中使用的此类酚醛树脂-氨基甲酸酯粘合 剂已经证明对于诸如铁或钢的金属的铸造是令人满意的，这些金属通常在超过约1400°C的 温度下铸造。它们还用于轻质金属诸如铝的铸造，这些轻质金属的熔点小于800°C。在冷芯盒法中使用酚醛树脂_氨基甲酸酯粘合剂有一些缺点。酚醛树脂组分和聚 异氰酸酯组分两者通常含有大量的有机溶剂，这些有机溶剂的气味会是很难闻的。另外， 这些粘合剂含有小量的游离甲醛和游离苯酚，它们会是不合乎需要的。因为这些原因，存 在有开发不使用有机溶剂且不含有游离甲醛或游离苯酚的粘合剂的兴趣。另外，当酚醛树 脂_氨基甲酸酯粘合剂系统的两种组分与砂混合以形成铸造混合料时，它们在与气体催化 剂固化之前会提早地发生反应。如果该反应发生，当铸造混合料用于制造模具和型芯时其 流动性会降低，并且得到的模具和型芯的强度会下降。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新型的用于制备铸造模具的生物基粘合剂系统。在一个优选的 实施方案中，该系统包括使用a)包括糖类的可聚合含羟基组分(“PHCC”，polymerizable hydroxyl-containing component),b)异氰酸酯组分，和c)催化剂，并且优选叔胺催化剂， 适于催化a)和b)的聚合的组分，从而a)和b)以及c)如果被包含作为液体使用，可以溶 剂稀释系统的形式提供，其可在铸造集料诸如砂的存在下与其混合并固化。本专利技术的系统 可以任意适当的方式使用，包括采用如本文所述的冷芯盒法或自硬法。本专利技术的粘合剂系统可用来整体地或部分地代替常规的基于酚醛树脂的粘合剂 系统。依次地，本专利技术的优选粘合剂系统基本上不含有甲醛或苯酚，并且优选地含有很少的或不含有芳香族溶剂。当使用反应性溶剂或不使用溶剂时，在粘合剂系统中不存在挥发性 有机化合物(VOC' S)。因此，本专利技术的组合物是环保的。在另一个方面，本专利技术提供了含糖类的PHCC组合物，其适合(例如，以化学和/或物理的方式)用于制备本专利技术的粘合剂系统，以及包括a)，b)和/或c)的两种或多种的试 剂盒和组合，它们被选择并用于制备本专利技术的粘合剂系统。依次地，此试剂盒或组合优选地 以适于各组分应用的实际的和相对的量和/或浓度提供各组分。具体实施例方式在一个实施方案中，本专利技术的粘合剂系统包括可聚合含羟基组分(PHCC)，其包括 糖类。合适的糖类选自单糖、二糖、寡糖和多糖，单独或与其他化合物在溶液中，包括其衍生 物和组合。如本专利技术中使用的PHCC，可包括单官能醇和多元醇。单官能醇包括，但不限于，月旨 肪醇诸如甲醇和乙醇。多元醇可包括，但不限于，糖。本专利技术中的“多元醇”被定义为具有 至少两个能够与异氰酸酯反应的羟基的化合物。如下面所例证的，一种优选的非糖类多元 醇是乙二醇，其为具有两个羟基的相对简单的分子。其他非糖类多元醇的代表性实例，其 并非限制本专利技术的范围，包括1，2_丙二醇；1，3_丙二醇；1，6_己二醇；2-甲基-1，3-丙二 醇；甘油；甘露醇；山梨醇；二甘醇；三甘醇；聚乙二醇；聚丙二醇；和丁二醇、二丁二醇和聚 丁二醇。如果存在，非糖类PHCC存在于粘合剂系统(即，可存在任意的PHCC、异氰酸酯、液 体催化剂和(多种)溶剂的组合)中的量为优选地该系统重量的约1 约60%，更优选地 该系统重量的约10 约50%，并且最优选地该系统重量的约15 约25%。非糖类PHCC 的量高于约60%重量往往需要太多的异氰酸酯组分，因此从经济上是不可行的，而低于约重量的量往往不能溶解糖类以有效地与异氰酸酯反应。糖类是碳水化合物家族的成员，是一类包括多羟基_醛类和多羟基酮类的分子。 糖类的范围从相对小的，简单单糖诸如葡萄糖或果糖，至稍大的寡糖，诸如糖单元的杂聚物 或均聚物，至相当大的，更复杂的多糖诸如纤维素、果聚糖和支链淀粉。所有糖类的一个共 同的方面是存在多个羟基基团和至少一个醛或酮官能团。本专利技术的优选糖类是玉米糖浆，一种通过水解玉米淀粉中的多糖产生的各种链长 的糖类的混合物。玉米糖浆含有己醛糖、己酮糖，以及许多含有不同数目的羟基、醛和酮基 的其他糖类。另一个优选的糖源是糖蜜，例如，来自甜菜或甘蔗糖蜜。糖蜜通常指来自最终 结晶阶段的糖浆，糖浆中间体被称为高青或低青。甜菜糖蜜为约50%重量的糖，主要是蔗 糖，但含有大量的葡萄糖和果糖。非糖内容物可包括许多离子诸如钙、钾、草酸盐和氯化物。糖类可以为基本上未修饰的形式(例如，以玉米糖浆的形式)使用，或其可通过去 除糖浆中大量的水而被物理性地改变，或其可通过衍生或焦糖化作用而被化学改变。焦糖 化作用是向含有糖类的溶液施加热量，以便去除水和熔化糖类的过程。焦糖化过程本身涉 及一系列复杂的化学反应，其可包括，例如，缩合、分解、异构化、碎裂和聚合反应。其他适合的糖类包括单个的单糖、二糖、寡糖和多糖，以及通过合成或由天然产物 诸如植物淀粉或细菌或酵母发酵产生的混合物。此外，尽管本试验采用了从零售商店或企 业供应商获得的糖类和糖类混合物，(从Archer DanielsMidland获得高果糖玉米糖浆，hk Montana Polysaccharides ■HmH，IiXRhK Hyashibara International ^H^ljl 淀粉)，但没有理由相信糖类或混合物的来源对于下面获得的结果是至关重要的。因此，本 领域普通技术人员要理解的是，本专利技术包涵使用单糖、二糖、寡糖和多糖及其混合物和衍生 物，不管其来源如何。一种或多种糖类优选地以粘合剂重量的约5 约65%，更优选以粘合剂重量的约 10 约40 %，并且最优选地以粘合剂重量的约15 约20 %的总量而存在于粘合剂系统中。 糖类的量低于约5%的重量往往不能证明与缺少该糖的相当组合物相比在机械性能方面有 可察觉的改善，而糖类的量大于粘合剂的约65%的重量则往往消耗太多的异氰酸酯，从而 在经济上是不可行的。本专利技术的粘合剂系统进一步包括异氰酸酯组分。在本专利技术中有用的异氰酸酯包括 在聚氨酯化学中作为适当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备铸造模具的粘合剂系统，包括ａ）包括糖类的可聚合含羟基组分，ｂ）异氰酸酯组分，和ｃ）适于在铸造集料的存在下催化ａ）和ｂ）的聚合的催化剂组分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-11-14 60/987,947一种用于制备铸造模具的粘合剂系统，包括a)包括糖类的可聚合含羟基组分，b)异氰酸酯组分，和c)适于在铸造集料的存在下催化a)和b)的聚合的催化剂组分。2.根据权利要求1所述的粘合剂系统，其中所述可聚合组分选自由玉米糖浆和糖蜜组 成的组。3.根据权利要求1所述的粘合剂系统，其中所述可聚合组分已经被焦糖化。4.根据权利要求1所述的粘合剂系统，其中所述可聚合组分包括以总量为所述系统重 量的约5 约65%存在的一种或多种糖类。5.根据权利要求1所述的粘合剂系统，其中所述系统进一步包括选自由单官能醇和多 元醇组成的组的非糖PHCC。6.根据权利要求5所述的粘合剂系统，其中所述单官能醇选自由脂肪醇组成的组，并 且所述多元醇选自由乙二醇、1，2_丙二醇；1，3...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰拉德R蒂尔，绍莎娜R库恩，米切尔帕特森，安德鲁西蒙森，伊安威廉斯，瑞安琼斯，
申请(专利权)人：北爱荷华大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：US[美国]