ES2204264A1 - Ligantes de furano para fundicion no cocidos y su uso. - Google Patents

Ligantes de furano para fundicion no cocidos y su uso.

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ES2204264A1 ES200150090A ES200150090A ES2204264A1 ES 2204264 A1 ES2204264 A1 ES 2204264A1 ES 200150090 A ES200150090 A ES 200150090A ES 200150090 A ES200150090 A ES 200150090A ES 2204264 A1 ES2204264 A1 ES 2204264A1
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Abstract

Esta invención se relaciona con ligantes de fundición no cocidos de furano consistentes en (a) una resina de furano reactiva, (B) alcohol furfurílico y (c) un componente catalizador que contiene una cantidad catalíticamente efectiva de un catalizador de furano ácido de Lewis. La invención se relaciona también con mezclas de fundición preparadas con el ligante, con formas de fundición preparadas con la mezcla de fundición y con vaciados metálicos preparados con las formas de fundición.

Description

Ligantes de furano para fundición no cocidos y su uso.
Campo de la invención
Esta invención se relaciona con ligantes de furano para fundición no cocidos consistentes en (a) una resina de furano reactiva, (b) alcohol furfurílico y (c) un componente catalizador consistente en una cantidad catalíticamente efectiva de un catalizador de furano ácido de Lewis. La invención se relaciona también con mezclas de fundición preparadas con el ligante, con moldes de fundición preparados con la mezcla de fundición y con piezas metálicas preparadas con los moldes de fundición.
Antecedentes de la invención
Uno de los ligantes no cocidos de más éxito comercial es el ligante no cocido de uretano fenólico. Este ligante proporciona moldes y núcleos con excelentes resistencias, que son producidos de una forma altamente productiva. Aunque este ligante produce buenos núcleos y moldes a una elevada velocidad, existe un interés en ligantes que tengan menor contenido en compuestos orgánicos volátiles (COV), un nivel de fenoles libre y formaldehído libre y que produzcan menos olor y humo durante la fabricación del núcleo y las piezas. Los ligantes de furano tienen estas ventajas, pero su velocidad de curado es mucho más lenta que la velocidad de curado de los ligantes de uretano fenólico no cocidos. Los ligantes de furano han sido modificados para aumentar su reactividad, por ejemplo por incorporación de resinas de urea-formaldehído, resinas de fenol-formaldehído, resinas novolac, resinas resol fenólicas y de resorcinol en el ligante. No obstante, estos sistemas de ligantes de furano modificados no proporcionan la velocidad de curado necesaria en fundiciones que requieren una elevada productividad.
La Patente EE.UU. 5.856.375 describe el uso de alquitrán BPA en ligantes de furano no cocidos para aumentar la velocidad de curado del ligante de furano. Aunque la velocidad de curado del ligante aumenta por adición del alquitrán BPA, la resistencia a la tracción de este sistema no se equipara a la del sistema de uretano fenólico.
La velocidad de curado no es la única consideración al seleccionar un ligante. Los núcleos y moldes hechos con el ligante pueden tener propiedades inaceptables que den lugar a defectos de colada, tales como veteado, penetración y acabado de superficie, cuando se usan los núcleos y moldes para hacer piezas metálicas. El veteado es un defecto de expansión que se produce cuando los moldes o los núcleos se agrietan bajo una tensión térmica antes de que la pieza solidifique. Como resultado, el metal fundido entra en las grietas del molde o núcleo y se produce una colada con "venas" o "aletas". Estas venas o aletas deben ser eliminadas con maquinaría adecuada para que la colada sea útil. La penetración mecánica se produce cuando la presión del metal fundido es lo suficientemente alta como para forzarlo a penetrar en los intersticios de un molde o superficie de núcleo. El resultado es una mezcla integral de arena y metal, la cual es bastante difícil de eliminar en las operaciones de las salas de molienda.
Resumen de la invención
La invención se relaciona con ligantes de furano no cocidos consistentes en:
(a)
una resina de furano reactiva,
(b)
alcohol furfurílico,
(c)
un componente catalizador consistente en una cantidad catalíticamente efectiva de un catalizador que incluye un ácido de Lewis.
Preferiblemente, la resina de furano reactiva es una mezcla de un furano convencional y un furano derivado de la homopolimerización del ligante bishidroximetilfurano. Preferiblemente, el catalizador es una mezcla de un ácido de Lewis y un catalizador de furano convencional. Preferiblemente, el ligante también contiene un activador seleccionado entre el grupo consistente en resorcinol, betún de resorcinol y alquitrán de bisfenol A; un compuesto bisfenólico; un poliol, y un silano.
Los ligantes exhiben varias ventajas en comparación con un ligante de furano convencional no cocido. Los núcleos preparados con los ligantes curan mucho más rápidamente que los preparados con los ligantes de furano no cocidos convencionales. De hecho, la velocidad de curado de los núcleos preparados con los ligantes de esta invención es comparable a la del ligante de uretano fenólico no cocido, que se usa comercialmente para hacer núcleos en los que se necesita una producción a alta velocidad. La velocidad de curado de los núcleos preparados gracias a esta invención es mucho más rápida que la de los preparados con el ligante de furano no cocido convencional que no usan un ácido de Lewis como catalizador o cocatalizador.
Adicionalmente, los núcleos hechos con el ligante muestran una excelente resistencia a la tracción y excelentes resultados de colada. Los núcleos y moldes producidos por esta invención exhibían una mayor resistencia al veteado que los producidos con ligantes de furano que no estaban curados con el catalizador ácido de Lewis. También exhibían mejor resistencia al veteado que los núcleos y moldes preparados con ligantes de uretano fenólico no cocidos. Los núcleos y moldes son producidos de una forma altamente productiva y tienen una buena resistencia de manipulación del núcleo. Los ligantes son ventajosos desde un punto de vista ambiental, ya que contienen un bajo COV, un bajo olor, cero fenol, cero solventes y nada de isocianato y producen poco humo cuando se hacen las coladas.
Descripción detallada y mejor modo
Las resinas de furano usadas en los ligantes no cocidos son preferiblemente resinas de furano de bajo contenido en nitrógeno. Las resinas de furano son resinas de furano convencionales preparadas por homopolimerización de alcohol furfurílico (en adelante, una resina de furano convencional) o, preferiblemente, furanos preparados por homopolimerización de bishidroximetilfurano (en adelante, una resina de bishidroximetilfurano) y mezclas de estas resinas. Estas resinas son preparadas por homopolimerización del monómero en presencia de calor, según métodos bien conocidos en la técnica. La temperatura de reacción utilizada al hacer las resinas de furano típicamente varía entre 95ºC y 105ºC. La reacción continúa hasta que el porcentaje de formaldehído libre es menor del 5 por ciento en peso, típicamente del 3 al 5 por ciento en peso, y el índice de refracción es típicamente de 1,400 a aproximadamente 1,500. La viscosidad de la resina es preferiblemente de aproximadamente 200 cps a 450 cps. Las resinas de furano tienen un grado medio de polimerización de 2 a 3.
Aunque no son necesariamente preferidas, se pueden usar también resinas de furano modificadas en el ligante. Las resinas de furano modificadas son típicamente preparadas a partir de alcohol furfurílico, urea-formaldehído y formaldehído a elevadas temperaturas, bajo condiciones ligeramente alcalinas, a un pH de 7,0 a 8,0, preferiblemente de 7,0 a 7,2. El porcentaje en peso de alcohol furfurílico usado en la preparación de las resinas de furano modificadas de bajo contenido en nitrógeno varía entre un 60 y un 75 por ciento, el porcentaje en peso de la urea-formaldehído usada en la preparación de las resinas de furano modificadas de bajo contenido en nitrógeno varía entre un 10 y un 25 por ciento y el porcentaje en peso del formaldehído usado en la preparación de las resinas de furano modificadas de bajo contenido en nitrógeno varía entre un 1 y un 10 por ciento, donde todos los porcentajes en peso se basan en el peso total de los componentes usados para preparar la resina de furano modificada.
Aunque no son necesariamente preferidas, las resinas de urea-formaldehído, las resinas de fenol-formaldehído, las resinas novolac y las resinas resol fenólicas pueden ser también usadas además de la resina de furano.
La resina de furano es diluida con alcohol furfurílico para reducir la viscosidad de la resina de furano reactiva.
Preferiblemente, se usa un activador en el ligante. El activador promueve la polimerización de alcohol furfurílico y es seleccionado entre el grupo consistente en resorcinol, betún de resorcinol y alquitrán de bisfenol A. Es preferiblemente usado como activador el resorcinol. El betún de resorcinol se define como el producto altamente viscoso que queda en el fondo del recipiente de reacción después de producir el resorcinol y de destilarlo del recipiente de reacción. El betún de resorcinol es sólido a temperatura ambiente y tiene un punto de fusión de aproximadamente 70°C a 80°C. El betún de resorcinol es mayormente resorcinol dimérico, trimérico y polimérico. También puede contener materiales substituidos. El alquitrán de bisfenol A se define como el producto altamente viscoso que queda en el fondo del recipiente de reacción después de producir el bisfenol A y de destilarlo del recipiente de reacción. El alquitrán de bisfenol A es sólido a temperatura ambiente y tiene un punto de fusión de aproximadamente 70°C a 80°C. El alquitrán de bisfenol A es mayormente bisfenol A dimérico, trimérico y polimérico. Puede contener también materiales substituidos.
Preferiblemente, el ligante contiene un compuesto bisfenol. El compuesto bisfenólico usado es bisfenol A, B, F, G y H, pero, preferiblemente, es bisfenol A.
Preferiblemente, el ligante contiene un poliol. El poliol es seleccionado entre el grupo consisten- te en poliéster polioles, poliéter polioles y sus mezclas. Se pueden usar poliéster polioles alifáticos en el ligante. Los poliéster polioles alifáticos son conocidos y son preparados por reacción de un anhídrido o ácido dicarboxílico con un glicol. Generalmente, tienen una funcionalidad hidroxilo media de al menos 1,5. Preferiblemente, el peso molecular medio del poliéster poliol es de 300 a 800. Los ácidos dicarboxílicos típicos preferiblemente usados para preparar los poliéster polioles son ácido adípico, ácido oxálico y ácido isoftálico. Los glicoles típicamente usados para preparar los poliéster polioles son etilenglicol, dietilenglicol y propilenglicol.
Los poliéter polioles utilizados son poliéter polioles líquidos o mezclas de poliéter polioles líquidos que tienen un número de hidróxilos de aproximadamente 200 a aproximadamente 600, preferiblemente de aproximadamente 300 a aproximadamente 500 mg de KOH en base a un gramo de poliéter poliol. La viscosidad del poliéter poliol es de 100 a 1.000 centipoises, preferiblemente de 200 a 700 centipoises, más preferiblemente de 300 a 500 centipoises. Los poliéter polioles pueden tener grupos hidroxilo primarios y/o secundarios.
Estos poliéter polioles son de adquisición comercial y su método de preparación y la determinación de su valor de hidroxilo son bien conocidos. Los poliéter polioles son preparados por reacción de un óxido de alquileno con un alcohol polihídrico en presencia de un catalizador apropiado, tal como metóxido de sodio, según métodos bien conocidos en la técnica. Cualquier óxido de alquileno o mezclas de óxidos de alquileno adecuados pueden reaccionar con el alcohol polihídrico para preparar los poliéter polioles. Los óxidos de alquileno usados para preparar los poliéter polioles tienen típicamente de dos a seis átomos de carbono. Como ejemplos representativos se incluyen óxido de etileno, óxido de propileno, óxido de butileno, óxido de amileno, óxido de estireno y sus mezclas. Los alcoholes polihídricos típicamente usados para preparar los poliéter polioles tienen generalmente una funcionalidad mayor de 2,0, preferiblemente de 2,5 a 5,0, más preferiblemente de 2,5 a 4,5. Como ejemplos se incluyen etilenglicol, dietilenglicol, propilenglicol, trimetilolpropano y glicerina.
Aunque se pueden usar poliésteres polioles y poliéteres polioles alifáticos en el ligante, preferiblemente el poliol usado en el componente poliólico es un poliéster poliol aromático líquido o una mezcla de poliéster polioles aromáticos líquidos, generalmente con un número de hidroxilos de aproximadamente 500 a 2.000, preferiblemente de 700 a 1.200 y, más preferiblemente, de 250 a 600; una funcionalidad igual o superior a 2,0, preferiblemente de 2 a 4, y una viscosidad de 500 a 50.000 centipoises a 25°C, preferiblemente de 1.000 a 35.000 y, más preferiblemente, de 2.000 a 25.000 centipoises. Son típicamente preparados por transesterificación entre un éster aromático y un poliol en presencia de un catalizador ácido. Como ejemplos de ésteres aromáticos usados para preparar los poliésteres aromáticos se incluyen anhídrido ftálico y tereftalato de polietileno. Son ejemplos de polioles usados para preparar los poliésteres aromáticos etilenglicol, dietilenglicol, trietilenglicol, 1,3-propanodiol, 1,4-butanodiol, dipropilenglicol, tripropilenglicol, tetraetilenglicol, glicerina y sus mezclas. Son ejemplos de poliéster polioles aromáticos comerciales los polioles STEPANPOL fabricados por Stepan Company, los polioles TERATE y Phenrez 178 fabricados por Hoechst-Celanese, el poliol aromático THANOL fabricado por Eastman Chemical y los polioles TEROL fabricados por Oxide Inc.
Es altamente preferido incluir un silano en el ligante. Los silanos que pueden ser usados pueden estar representados por la siguiente fórmula estructural:
1
donde R' es un radical hidrocarbonado y, preferiblemente, un radical alquilo de 1 a 6 átomos de carbono y R es un radical alquilo, un radical alquilo alcoxi-substituido o un radical alquilo alquilamina-substituido, en donde los grupos alquilo tienen de 1 a 6 átomos de carbono. Son ejemplos de algunos silanos comercializados Dow Corning Z6040, Union Carbide A-1100 (gamma-aminopropiltrietoxisilano), Union Carbide A-1120 (N-beta(aminoetil)-gamma-aminopropiltrimetoxisilano) y Union Carbide A-1160 (ureidosilano).
Los componentes son utilizados en las siguientes cantidades: (a) de aproximadamente 1 a aproximadamente 50 partes en peso de una resina de furano reactiva, preferiblemente aproximadamente 2 a 30 partes, más preferiblemente 6 a 22 partes; (b) de aproximadamente 10 a aproximadamente 80 partes en peso de alcohol furfurílico, preferiblemente aproximadamente 20 a 75, más preferiblemente 22 a 70; (c) de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 20 partes en peso de resorcinol, preferiblemente aproximadamente 0,5 a 10, más preferiblemente 0,6 a 8; (d) de aproximadamente 1 a aproximadamente 30 partes en peso de un bisfenol, preferiblemente aproximadamente 2 a 15, más preferiblemente 3 a 12; (e) de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 30 partes en peso de un poliéster poliol, preferiblemente aproximadamente 2 a 20, más preferiblemente 3 a 15; (f) de aproximadamente 0,01 a aproximadamente 10 partes en peso de un silano, preferiblemente aproximadamente 0,05 a aproximadamente 5, más preferiblemente 0,07 a 3.
El componente catalizador del ligante de furano es crítico para la práctica efectiva de esta invención. El catalizador consiste en un ácido de Lewis. Como ejemplos de ácidos de Lewis se incluyen haluros de metales de transición, tales como cloruro de cobre, cloruro de zinc y cloruro férrico. Preferiblemente se usa como catalizador ácido de Lewis el cloruro de zinc. El catalizador ácido de Lewis es típicamente usado junto con otro catalizador del curado de furano. Otros catalizadores del curado de furano incluyen ácidos inorgánicos u orgánicos, preferiblemente ácidos orgánicos. Preferiblemente, el catalizador del curado es un ácido fuerte, tal como ácido toluenosulfónico, ácido xilenosulfónico, ácido benceno-sulfónico, HCl y H_{2}SO_{4}. También se pueden usar ácidos débiles, tales como ácido fosfórico. Preferiblemente, se usa una mezcla de ácido toluenosulfónico/ácido benceno-sulfónico. Cuando sea necesario, se usa agua para compatibilizar el ácido de Lewis con otros componentes ácidos. La cantidad de catalizador del curado usada es una cantidad efectiva para dar como resultado moldes de fundición que puedan ser manipulados sin romperlos. En general, esta cantidad es de un 1 a un 45 por ciento en peso de catalizador activo en base al peso del ligante total, típicamente de un 10 a un 40, preferiblemente de un 15 a un 35 por ciento en peso. La proporción de peso de ácido de Lewis en el catalizador del curado con respecto a otros catalizadores del curado del furano varía entre aproximadamente 1:20 y aproximadamente 20:1 en peso, en base al peso total del catalizador activo, preferiblemente entre aproximadamente 1:10 y aproximadamente 10:1, más preferiblemente entre 1:8 y aproximadamente 8:1.
Será evidente para los expertos en la técnica que se pueden usar otros aditivos, tales como agentes de liberación, solventes, prolongadores de la vida útil, compuestos de silicona, etc., y que se pueden añadir a la composición del ligante, al agregado o a la mezcla de fundición.
El agregado usado para preparar las mezclas de fundición es el típicamente utilizado en la industria de fundición para esos fines o cualquier agregado que funcione para esos fines. En general, el agregado es arena, que contiene al menos un 70 por ciento en peso de sílice. Otros materiales agregados útiles incluyen zircón, arena de alúmina-silicato, arena de cromita y similares. En general, el tamaño de partícula del agregado es tal que al menos un 80 por ciento en peso del agregado tenga un tamaño medio de partícula de entre 40 y 150 mesh (Malla de Tamiz según la Escala de Tyler).
La cantidad de ligante usada es una cantidad que resulte efectiva en la producción de un molde de fundición que pueda ser manipulada o que sea autoestable tras el curado. En las aplicaciones de fundición de tipo arena ordinaria, la cantidad de ligante no es mayor generalmente de aproximadamente un 10% en peso y, frecuentemente, está en el intervalo de aproximadamente un 0,5% a aproximadamente un 7% en peso, en base al peso del agregado. Más frecuentemente, el contenido en ligante para los moldes de fundición de arena ordinaria varía entre aproximadamente un 0,6% y aproximadamente un 5% en peso, en base al peso del agregado, en los moldes de fundición de tipo arena ordinaria.
Aunque es posible mezclar los componentes del ligante con el agregado en varias secuencias, se prefiere añadir el catalizador ácido curante al agregado y mezclarlo con el agregado antes de añadir el ligante.
En general, se lleva a cabo el curado llenando la mezcla de fundición en una plantilla (por ejemplo, un molde o caja de núcleos) para producir un molde de fundición viable. Un molde de fundición viable es uno que puede ser manipulado sin que se rompa.
Se pueden preparar piezas metálicas a partir de los moldes de fundición viables por métodos bien conocidos en la técnica. Se vierten los metales ferrosos o no ferrosos fundidos en el molde viable o alrededor del mismo. Se deja que el metal se enfríe y solidifique y se retira entonces la pieza del molde de fundición.
Abreviaturas
Las siguientes abreviaturas son utilizadas en los Ejemplos:
\hhang{Bis
A}
bisfenol A
\hhang{bel}
basado en ligante
\hhang{bea}
basado en arena
\hhang{AF}
alcohol furfurílico
\hhang{FURANO
A}
resina de furano que tiene un grado medio de polimerización de aproximadamente 2 a 3, preparada por homopolimerización de alcohol furfurílico en condiciones ligeramente básicas a una temperatura de reflujo de aproximadamente 100°C.
\hhang{FURANO
B}
resina de furano que tiene un grado medio de polimerización de aproximadamente 2 a 3, preparada por homopolimerización de bishidroximetilfurano en condiciones ácidas a una temperatura de reflujo de aproximadamente 100°C.
\hhang{pep}
partes en peso en base a las partes totales.
\hhang{PP}
un poliéster poliol preparado por reacción de tereftalato de dimetilo (DMT) con dietilenglicol, de tal forma que el peso molecular medio del poliéster poliol sea de aproximadamente 600.
\hhang{RES}
resorcinol.
\hhang{HR}
humedad relativa.
\hhang{SIL}
silano
\hhang{TD}
el tiempo de desmoldeo es el intervalo de tiempo entre el momento en que se conforma la mezcla en la plantilla y el momento en que la mezcla conformada ya no puede ser eficazmente separada de la plantilla y se determina mediante el medidor de dureza de Green.
\hhang{TSA/BSA}
mezcla 50:50 de ácido toluenosulfónico/ácido bencenosulfónico (50:50), un catalizador del curado de furano convencional en una solución que contiene un 32 por ciento en peso en agua.
\hhang{TT}
el tiempo de trabajo es el intervalo de tiempo entre el inicio del mezclado y el momento en que la mezcla ya no puede ser eficazmente conformada para llenar el molde o núcleo y se determina mediante el medidor de dureza de Green.
\hhang{ZC/SA}
mezcla 80:20 de cloruro de zinc/ácido sulfónico, un catalizador de furano ácido de Lewis dentro del alcance de esta invención, donde el cloruro de zinc es 100% sólido y el ácido sulfónico está en una solución que contiene un 32 por ciento en peso en agua.
Ejemplos
Los ejemplos ilustrarán realizaciones específicas de la invención. Estos ejemplos, junto con la descripción escrita, permitirán a un experto en la técnica poner en práctica la invención. Se entiende que podrán llevarse a cabo otras muchas realizaciones de la invención además de las específicamente descritas.
Los ligantes de fundición son usados para hacer núcleos de fundición mediante el procedimiento sin cocer usando un catalizador líquido del curado para curar el ligante de furano. Los ejemplos dentro del alcance de esta invención usan una mezcla 80:20 de ZC/SA. Los Ejemplos Comparativos usan una mezcla 50:50 de TSA/BSA como catalizador del curado. Todas las partes son en peso y todas las temperaturas están en °C, a menos que se especifique algo diferente.
Se prepararon mezclas de fundición mezclando arena Wedron 540 y catalizador durante 2 minutos. Se añadieron entonces los ligantes descritos en las tablas y se mezclaron durante 2 minutos. Las mezclas de fundición estudiadas tenían suficiente fluidez y producían moldes de fundición manejables en las condiciones de ensayo.
Las mezclas de fundición resultantes fueron utilizadas para llenar cajas de núcleos con objeto de hacer muestras de ensayo con forma de huesos de perro. Se prepararon las muestras de ensayo (conformadas como de hueso de perro) para evaluar el desarrollo de tracción de la arena y la efectividad de los conformados de ensayo en la preparación de piezas de hierro. El estudio de la resistencia a la tracción de los conformados de hueso de perro permite predecir cómo funcionará la mezcla de arena y ligante en las instalaciones reales de fundición. Los conformados de hueso de perro fueron guardados a 1 h, 3 h y 24 h en una cámara de temperatura constante a una humedad relativa del 50% y a una temperatura de 25°C antes de medir sus resistencias a la tracción. A menos que se especifique otra cosa, las resistencias a la tracción fueron también medidas para los conformados de hueso de perro después de guardarlos durante 24 h a una humedad relativa (HR) del 90%. Se hicieron piezas de ensayo de fundición gris y, en algunos casos, de acero, con los núcleos de ensayo para predecir cómo funcionarían los núcleos al usarlos en las operaciones de colada comerciales.
Ejemplo 1 y Ejemplo Comparativo A
(Comparación del ligante de furano curado con ZC/SA y TSA/BSA)
Este ejemplo compara piezas de ensayo hechas con los núcleos de ensayo preparados con Ligante A según se describe a continuación. En un caso, los núcleos fueron curados con ZC/SA (dentro del alcance de esta invención) y, en el otro caso, los núcleos fueron curados con TSA/BSA (catalizador comparativo). La formulación del Ligante A está indicada en la Tabla I.
TABLA I (Ejemplo 1 y Ejemplo Comparativo A)
2
En el Ejemplo 1, se mezcló un uno por ciento en peso de ligante (bea) con un 27 por ciento en peso de catalizador ZC/SA (bel). En el Ejemplo Comparativo A, se mezcló el ligante con un 26% de catalizador TSA/BSA (bel). Se utilizó el Ligante A tanto en el Ejemplo 1 como en el Ejemplo Comparativo A.
Se hicieron piezas cilíndricas (2'' x 2'' x 2'') vertiendo fundición gris fundida a través de núcleos de arena hechos usando el catalizador de curado del Ejemplo 1 y del Ejemplo Comparativo A. La temperatura de colada de la fundición gris era de 2.700°C. Las pruebas de penetración para el veteado y la penetración mecánica están descritas por Tordoff y Tenaglia en AFS Transactions, pp. 149-158 (84° Congreso Anual de la AFS, St. Louis, MO., 21-25 Abril 1980). Se determinaron los defectos superficiales por observación visual y se hizo la valoración de la pieza en base a la experiencia. Los resultados están resumidos en la Tabla II.
TABLA II Resultados de la pieza de fundición gris 
\nobreak\vskip.5\baselineskip\centering\begin{tabular}{|c|c|c|}\hline
 Catalizador  \+ Resistencia a la  \+ Resistencia al \\   \+
penetración  \+ veteado \\\hline  TSA/BSA  \+ 4,5  \+ 4,5 \\ 
(catalizador \+ \+ \\  comparativo) \+ \+ \\\hline  ZC/SA  \+ 1,5 
\+ 2,5 \\  (catalizador del \+ \+ \\  Ejemplo 1) \+ \+
\\\hline\end{tabular}\par\vskip.5\baselineskip
Grado de la pieza: 1 = Excelente, 2 = Bueno, 3 = Regular, 4 = Pobre, 5 = Muy pobre.
Los datos de la Tabla II indican que los núcleos de ensayo curados con el catalizador ZC/SA mostraban una mayor resistencia al veteado y a la penetración durante el proceso de colada cuando se colaba fundición gris. Un menor veteado reduce el tiempo de procesado, el tiempo de limpieza y los desechos y da lugar a una mayor productividad en la operación de fundición. La resistencia a la erosión y el aspecto superficial de la pieza preparada con el núcleo de ensayo curado con el catalizador comparativo eran similares a los de la pieza preparada con el núcleo de ensayo que había sido curada con el catalizador del Ejemplo 1.
Ejemplo 2 y Ejemplo Comparativo B
(Comparación de un ligante de furano más genérico curado con ZC/SA y TSA/BSA)
Este ejemplo ilustra la preparación de núcleos de ensayo a partir de un ligante de furano más genérico curado con el catalizador ZC/SA y el catalizador TSA/BSA y el uso de estos núcleos de ensayo para colar fundición gris. En el Ejemplo 2, se mezclaron un uno por ciento en peso de ligante (bea) y un 27 por ciento en peso del catalizador ZC/SA (bel) con arena Wedron 540. En el Ejemplo Comparativo B, se usó un 26 por ciento en peso de mezcla TSA/BSA (bel) en lugar del catalizador ZC/SA. El ligante usado en ambos casos, el Ligante B, está descrito en la Tabla III siguiente.
TABLA III (Formulación para el Ligante B) 
\nobreak\vskip.5\baselineskip\centering\begin{tabular}{|c|c|}\hline
 AF  \+ 73,57 \\\hline  PP  \+ 16,20 \\\hline  FURANO A  \+ 10,00
\\\hline  SIL  \+ 0,23 \\\hline  Total  \+ 100,00
\\\hline\end{tabular}\par\vskip.5\baselineskip
Se prepararon piezas de fundición gris según el procedimiento expuesto en el Ejemplo 1. Se evaluaron la penetración, el veteado y el acabado superficial según se expone en el Ejemplo 1. Estos resultados están expuestos en la Tabla IV.
TABLA IV Resultados de la pieza de fundición gris 
\nobreak\vskip.5\baselineskip\centering\begin{tabular}{|c|c|c|}\hline
 Catalizador  \+ Resistencia a la  \+ Resistencia al \\   \+
penetración  \+ veteado \\\hline  TSA/BSA  \+ 4,0  \+ 4,0 \\ 
(catalizador \+ \+ \\  comparativo) \+ \+ \\\hline  ZC/SA  \+ 2,0 
\+ 3,0 \\  (catalizador del \+ \+ \\  Ejemplo 1) \+ \+
\\\hline\end{tabular}\par\vskip.5\baselineskip
Los datos de la Tabla IV indican que los núcleos de ensayo curados con el catalizador ZC/SA mostraban una mayor resistencia al veteado y a la penetración durante el proceso de colada al utilizar fundición gris. Un menor veteado reduce el tiempo de procesado, el tiempo de limpieza y los desechos y da lugar a una mayor productividad en la operación de fundición. La resistencia a la erosión y el aspecto superficial de la pieza preparada con el núcleo de ensayo curada con el catalizador comparativo eran similares a los de la pieza preparada con el núcleo de ensayo que había sido curada con el catalizador del Ejemplo 2.
Ejemplos 3 y 4
(Ligantes de furano sin bisfenol A y resorcinol)
Se hicieron núcleos de ensayo usando un 1,2 por ciento en peso (bea) de un ligante según el procedimiento del Ejemplo 1. Las formulaciones de los ligantes usados están expuestas en la siguiente Tabla V. El ligante del Ejemplo 3 es similar al ligante del Ejemplo 1 (Ligante A), excepto por no contener bisfenol A o resorcinol. Las mezclas de fundición usadas para preparar los núcleos de ensayo contenían ambas un 30 por ciento en peso de ZC/SA bel como catalizador del curado. Se midieron las resistencias a la tracción de los núcleos de ensayo y se las expone en la Tabla V.
TABLA V (Ligantes de furano con y sin bisfenol A y resorcinol) Formulaciones de ligante
3
TABLA VI (Resistencias a la tracción de los núcleos de ensayo)
4
Los datos de la Tabla VI indican que, además de utilizar el catalizador del curado ZC/SA, es ventajoso usar resorcinol y bisfenol A en el ligante.
\newpage
Ejemplo 5 y Ejemplo Comparativo C
(Comparación de las resistencias a la tracción de los núcleos de ensayo preparados con un ligante de furano y con un ligante de uretano fenólico)
El Ejemplo 5 compara las resistencias a la tracción de núcleos hechos con el ligante de furano del Ejemplo 3, pero utilizando un 25 por ciento en peso de ZC/TSA 80:20 (bel) como catalizador del curado, con un ligante de uretano fenólico que utiliza una amina terciaria líquida como catalizador del curado. El ligante de uretano fenólico es un sistema ligante de uretano fenólico comercial y exitoso de alta velocidad vendido como sistema PEPSET® 2105/2210/3501 por Ashland Inc. Las condiciones de ensayo para el ligante de uretano fenólico están expuestas a continuación. Los resultados de ensayo están resumidos en la Tabla VII.
Condiciones de ensayo
Ligante: 1,0% en base al peso de la arena.
Ligante PEPSET®:
Parte I (componente de resina fenólica)/ II (componente de isocianato) = 62/38.
Catalizador: 3% de amina terciaria líquida en base a la Parte I.
TABLA VII (Resistencias a la tracción de los núcleos de ensayo)
5
Los datos de la Tabla VII muestran que el ligante del Ejemplo 3 que utiliza catalizador del curado ZC/SA tiene una velocidad de curado comparable a la del ligante de uretano fenólico. Más aún, los núcleos de ensayo hechos con el ligante tienen resistencias a la tracción comparables y su resistencia a la humedad es mucho mejor que la de los núcleos preparados con el ligante de uretano fenólico.
Ejemplo 6 (Comparación de piezas usando fundición gris)
Se hicieron piezas de ensayo de fundición gris según el procedimiento del Ejemplo 1, utilizando el ligante del Ejemplo 3 y el ligante PEPSET® previamente descrito. Las condiciones de ensayo eran como las descritas en el Ejemplo 5 y la temperatura de colada de la fundición gris era de 2.700°C. El rendimiento de la colada está descrito en la Tabla VIII como sigue.
\newpage
TABLA VIII Resultados de la pieza de fundición gris 
\nobreak\vskip.5\baselineskip\centering\begin{tabular}{|c|c|c|}\hline
 Ligante  \+ Resistencia a la  \+ Resistencia al \\   \+ penetración
 \+ veteado \\\hline  PEPSET  \+ 1,5  \+ 3,5 \\\hline  Ejemplo 6  \+
1,0  \+ 1,0
\\\hline\end{tabular}\par\vskip.5\baselineskip
Los datos de la Tabla VIII indican que los núcleos de ensayo hechos con el ligante de furano curado con el catalizador ZC/SA mostraban una mejor resistencia al veteado para las piezas de fundición gris en comparación con el sistema de uretano fenólico. Un menor veteado reduce el tiempo de procesado, el tiempo de limpieza y los desechos y da como resultado una mayor productividad en la operación de fundición.
Ejemplo 7 y Ejemplo Comparativo D
(Comparación de piezas usando acero)
Se hicieron piezas de ensayo de acero según el procedimiento del Ejemplo 1 usando el ligante del Ejemplo 3 y el ligante PEPSET® previamente descrito. Las condiciones del ensayo eran como las descritas en el Ejemplo 6 y la temperatura de colada del acero era de 2.950°C. El rendimiento de colada está descrito en la Tabla IX como sigue.
TABLA IX Resultados de las piezas de acero 
\nobreak\vskip.5\baselineskip\centering\begin{tabular}{|c|c|c|}\hline
 Ligante  \+ Resistencia a la  \+ Resistencia al \\   \+ penetración
 \+ veteado \\\hline  PEPSET  \+ 1,0  \+ 5,0 \\\hline  Ejemplo 6  \+
1,0  \+ 1,0
\\\hline\end{tabular}\par\vskip.5\baselineskip
Los datos de la Tabla IX indican que los núcleos de ensayo hechos con un ligante de furano curado con el catalizador ZC/SA mostraban una mayor resistencia al veteado para las piezas de acero al hacer la comparación con un sistema de uretano fenólico. Un menor veteado reduce el tiempo de procesado, el tiempo de limpieza y los desechos y da como resultado una mayor productividad en la operación de fundición.

Claims (23)

1. Un ligante de furano no cocido consistente en:
(a)
una resina de furano reactiva,
(b)
alcohol furfurílico y
(c)
un componente catalizador consistente en una cantidad catalíticamente efectiva de un catalizador de furano ácido de Lewis.
2. El ligante de la reivindicación 1, donde el componente catalizador incluye también un catalizador de furano convencional.
3. El ligante de la reivindicación 2, donde la proporción en peso de ácido de Lewis activo del componente catalizador con respecto al catalizador de furano convencional es de aproximadamente 1,0:10 a aproximadamente 10:1.
4. El ligante de la reivindicación 3, donde la resina de furano reactiva es una mezcla de una resina de furano convencional y resina de bishidroximetilfurano.
5. El ligante de la reivindicación 4, que además incluye un poliol.
6. El ligante de la reivindicación 5, que además incluye un activador seleccionado entre el grupo consistente en resorcinol, betún de resorcinol y alquitrán de bisfenol A.
7. El ligante de la reivindicación 6, que además incluye un compuesto bisfenol.
8. El ligante de la reivindicación 7, que también contiene un silano.
9. El ligante de la reivindicación 8, donde el ligante consiste en: (a) aproximadamente 1 a aproximadamente 50 partes en peso de una resina de furano reactiva, (b) aproximadamente 10 a aproximadamente 80 partes en peso de alcohol furfurílico, (c) aproximadamente 0,1 a aproximadamente 20 partes en peso de resorcinol, (d) aproximadamente 1 a aproximadamente 30 partes en peso de un bisfenol, (e) aproximadamente 0,1 a aproximadamente 30 partes en peso de un poliol y (f) aproximadamente 0,01 a aproximadamente 10 partes en peso de un silano, donde dichas partes de los componentes del ligante son en peso en base a 100 partes en peso del ligante.
10. El ligante de la reivindicación 9, donde la proporción en peso de la resina de furano convencional a la resina de bishidroximetilfurano es de aproximadamente 1:20 a aproximadamente 20:1.
11. El ligante de la reivindicación 10, donde el poliol es un poliéster poliol aromático que tiene un número de hidroxilos de aproximadamente 700 a 1.200.
12. El ligante de la reivindicación 11, donde el poliéster poliol es el producto de reacción de un poliéster aromático seleccionado entre el grupo consistente en anhídrido ftálico y tereftalato de polietileno y un glicol seleccionado entre el grupo consistente en etilenglicol y dietilenglicol.
13. El ligante de la reivindicación 12, donde el activador es resorcinol.
14. El ligante de la reivindicación 13, donde el compuesto bisfenol es bisfenol A.
15. El ligante de la reivindicación 14, donde el ligante consiste en: (a) aproximadamente 2 a aproximadamente 30 partes en peso de una resina de furano reactiva, (b) aproximadamente 20 a aproximadamente 75 partes en peso de alcohol furfurílico, (c) aproximadamente 0,5 a aproximadamente 10 partes en peso de resorcinol, (d) aproximadamente 2 a aproximadamente 15 partes en peso de un bisfenol, (e) aproximadamente 2 a aproximadamente 20 partes en peso de un poliéster poliol y (f) aproximadamente 0,05 a aproximadamente 5 partes en peso de un silano, donde dichas partes de los componentes del ligante son en peso en base a 100 partes en peso del ligante.
16. El ligante de la reivindicación 15, donde la proporción en peso de catalizador ácido de Lewis a catalizador de furano convencional es de aproximadamente 1:8 a aproximadamente 8:1.
17. El ligante de la reivindicación 16, donde el catalizador ácido de Lewis es cloruro de zinc.
18. El ligante de la reivindicación 17, donde el catalizador de furano convencional está seleccionado del grupo consistente en ácido sulfónico, ácido tolueno-sulfónico, ácido bencenosulfónico y sus mezclas.
19. Una mezcla de fundición consistente en:
A.
una cantidad mayoritaria de agregado de fundición y
B.
una cantidad ligante efectiva de un ligante de fundición de las reivindicaciones 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17 ó 18.
20. Un procedimiento para preparar un molde de fundición consistente en:
A.
conformar la mezcla de fundición de la reivindicación 19 para obtener un molde de fundición;
B.
dejar que el molde de fundición se endurezca para obtener un molde de fundición manejable.
21. Un molde de fundición preparado según la reivindicación 20.
22. Un método de preparación de una pieza metálica consistente en:
A.
fabricar un molde según la reivindicación 20;
B.
verter dicho metal mientras está en estado líquido en y alrededor de dicho molde;
C.
dejar que dicho metal se enfríe y solidifique, y
D.
separar después el artículo moldeado.
23. Una pieza metálica preparada según la reivindicación 22.
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