USO DE RESINAS FENOLICAS MODIFICADAS EN PROCEDIMIENTOS DE
MOLDEO EN CASCARA
Campo de la técnica La presente invención se refiere al campo de la fabricación de moldes y machos para fundición y, en particular, al campo de las resinas fenólicas modificadas empleadas en la fabricación de los mismos mediante procedimientos de moldeo en cascara.
Estado de la técnica anterior
En el arte de la fundición se utilizan diversos procedimientos para fabricar los moldes y los machos en los que, una vez ensamblados, se introducen metales en estado líquido para producir piezas que serán utilizadas en campos tan diversos de la industria como la automoción, el ferrocarril, la aeronáutica, la química, etc.
Entre los numerosos procedimientos de elaboración de moldes y machos conocidos en el estado de la técnica, se encuentra el procedimiento de moldeo en cascara en el que se emplean granos de arena, generalmente, de sílice revestidos de una película de resina termoendurecible. Dichas partículas se ponen en contacto con un modelo metálico caliente con lo que la resina se reblandece y fluye alrededor de los granos de arena para formar una cascara ligeramente adherente sobre el modelo. Una vez obtenido el espesor de cascara deseado (en función del tiempo de contacto y de la temperatura del modelo) , se elimina el exceso de arena no adherido. El modelo con la cascara adherida se cuece luego a fin de terminar la curación de la resina, formándose así un molde en cascara termoendurecido, autosoportante y rígido que se adapta a
la forma del modelo metálico. Después del curado, el molde en cascara endurecido se desmodela, esto, se separa el molde del modelo mediante, por ejemplo, los clásicos expulsores. Se produce así un molde o macho de precisión tridimensional suficiente.
Sin embargo, la arena aglutinada del molde o macho experimenta considerables cambios dimensionales durante la colada del metal fundido por acción del calor: a temperaturas de colada el molde o macho puede expandirse, fisurarse, doblarse y alabearse, o erosionarse y reblandecerse para dar piezas coladas de mala calidad. Por ello, a fin de mejorar las propiedades de deformación en caliente en moldes y machos de fundición, se utilizan resinas termoendurecibles de tipo fenólico tales como las resinas Novolaca, por ejemplo, para recubrir los granos de arena de sílice. Se obtienen así moldes o machos que tienen una buena estabilidad térmica y que soportan la temperatura de colada. Sin embargo, también pueden presentar excesiva rigidez ante el choque térmico del metal líquido durante la colada.
Para evitar dicho inconveniente, se emplean resinas fenólicas modificadas de modo que se consiga una mayor flexibilidad ante el choque térmico del metal fundido, evitando así el efecto "cracking" por dilatación de la sílice y consiguiendo que las piezas coladas presenten un perfecto acabado. Hasta ahora las resinas fenólicas para procesos de moldeo en cascara se han modificado mediante la adición de una serie de aditivos. Entre ellos cabe destacar una resina natural denominada comercialmente "Vinsol" cuya disponibilidad es limitada dado su origen y, por tanto, de elevado precio, y que presenta, además, otros inconvenientes como la producción de humos y olores. Se ha ensayado también la modificación de las
resinas fenólicas mediante la adición de otros productos como son las colofonias, resinas de alto peso molecular, resinas derivadas del petróleo, etc. Sin embargo, estos aditivos nunca han llegado a ser una alternativa real por deficiencias en cuanto a su comportamiento térmico.
Así pues, continúa existiendo en el estado de la técnica la necesidad de nuevas resinas fenólicas modificadas para emplearlas en la preparación de arenas prerrevestidas a fin de obtener moldes y machos de fundición mediante un procedimiento de moldeo en cascara.
Sorprendentemente, los presentes inventores han descubierto que modificando dichas resinas fenólicas mediante la adición de aceite de la cascara de la nuez de anacardo, en lengua inglesa denominado cashew nut shell liquid (CNSL) , o bien, una fracción del mismo, tal como el cardanol, se obtienen tan buenos o mejores resultados que con la resina fenólica modificada con Vinsol en cuanto a las propiedades de plasticidad y deformación en caliente de los moldes y machos de fundición obtenidos. Dichas resinas fenólicas modificadas con CNSL o fracción del mismo presentan, además, una serie de ventajas adicionales en cuanto a la disponibilidad y el coste de este producto natural tan común.
El uso de las resinas fenólicas modificadas con CNSL es conocido en la industria para diversas aplicaciones como son, por ejemplo, la preparación de forros de frenos y de embragues, en la fabricación de resinas fotosensibles para microlitografía (véase la solicitud de patente internacional WO 02/102867) , en la preparación de masas refractarias (véase la patente española ES 2151262), etc. Sin embargo, no es conocido el uso de dichas resinas fenólicas modificadas con CNSL para el
revestimiento de arenas empleadas en la obtención de moldes y machos de fundición mediante procedimientos de moldeo en cascara.
Así, pues la invención proporciona un nuevo uso de dichas resinas fenólicas modificadas con CNSL, o algunos de sus componentes, concretamente el uso de las mismas en procedimientos de moldeo en cascara.
Objeto de la invención
La presente invención proporciona el uso de una resina fenólica modificada con aceite de cascara de la nuez del anacardo o facción del mismo en un procedimiento de moldeo en cascara.
Otro objeto de la presente invención es un procedimiento de moldeo en cascara en el que se emplea dicha resina fenólica modificada con aceite de cascara de la nuez del anacardo o fracción del mismo en la etapa de revestimiento de los granos de arena de sílice.
Por último, otro objeto de la presente invención es un molde o macho para fundición de metales a base de granos de arena, generalmente, de sílice revestidos con una resina fenólica modificada con aceite de cascara de la nuez del anacardo o fracción del mismo.
Descripción de la invención
La presente invención proporciona el uso de una resina fenólica modificada con aceite de cascara de la nuez del anacardo o fracción del mismo en un procedimiento de moldeo en cascara.
En el contexto de la invención, el término "aceite de cascara de la nuez del anacardo", en adelante CNSL, se
refiere al aceite extraído de la cascara de la nuez del anacardo o fracción del mismo.
En una realización particular de la invención, la resina fenólica modificada es una resina novolaca.
En otra realización particular de la invención, el porcentaje de CNSL en la resina fenólica modificada es del 1-50% en peso, preferiblemente del 5-20% en peso, en peso.
En otro aspecto de la presente solicitud, la invención proporciona un procedimiento que comprende una etapa de revestimiento de los granos de arena de sílice con una resina fenólica modificada, caracterizado porque dicha resina fenólica modificada es una resina fenólica modificada con aceite de cascara de la nuez del anacardo o fracción del mismo.
Dicho procedimiento comprende básicamente tres etapas :
a) Preparación de la resina de novolaca modificada con CNSL Mediante la reacción de fenol con formaldehído en cualquiera de sus concentraciones comerciales y CNSL en presencia de un catalizador ácido.
Como productos de partida se emplean, por ejemplo, una solución de fenol al 100%, una solución de formaldehído al 37% y CNSL, que son productos comerciales. Por ejemplo, para obtener 100 kg de resina novolaca modificada con CNSL se puede partir de:
Se carga el fenol y el CNSL o derivados a una temperatura del orden de 40-50 °C. Seguidamente se carga un catalizador ácido (orgánico como, por ejemplo, ácido oxálico, o inorgánico como, por ejemplo, ácido sulfúrico) y se eleva la temperatura a 100-110 °C. Seguidamente se carga el formaldehido de forma gradual durante 1 hora en una proporción de fenol/formaldehido del 1 al 80% en peso, preferiblemente del 5 al 15% en peso. Se deja que la reacción transcurra durante una hora más a esa temperatura y, posteriormente, se procede a la evaporación a una temperatura del orden de 130-140 0C y a una presión a vacio de 700-760 mm a fin de eliminar los volátiles.
El grado de polimerización puede controlarse controlando el Índice de refracción, el punto de reblandecimiento o la cantidad de fenol libre o de formaldehido libre.
En cuanto a las condiciones de reacción, se puede trabajar a distintas temperaturas en función de las condiciones de presión empleadas. Así, por ejemplo, a presión atmosférica se trabaja a 80-110 °C, a depresión a 80-100 °C y a sobrepresión a 110-140 °C.
La resina así preparada puede ser una resina sólida (troceada, en escamas, en perlas o granulada) , o una resina en solución líquida con disolventes orgánicos de tipo alcohol, acetona, etc., con un punto de reblandecimiento de 70-100 °C (valores típicos de 88-92
0C) y con una cantidad de fenol libre del 0-6% en peso (valores típicos del 2-4% en peso) .
b) Revestimiento de los granos de arena Los granos de arena, generalmente de sílice, sola o con aditivos, se recubren mediante una operación en caliente, en templado o en frío:
b.l) Revestimiento en caliente: La arena es calentada a suficiente temperatura para poder fundir la resina sólida.
b.2) Revestimiento en templado: Se añade la resina sólida disuelta sobre los granos de arena a temperatura ambiente.
b.3) Revestimiento en frío: Se añade la resina sólida molida finamente sobre los granos de arena a temperatura ambiente.
En esta etapa (b) se añade un reticulador tal como la hexamina (hexametilentetramina) que cataliza y fija al grano la novolaca. Efectivamente, las resinas novolacas se comportan por sí solas como termoplásticos, es decir, no reaccionan en presencia de calor y requieren la aportación extra de formaldehído para polimerizar, siendo la forma más generalizada la adición de hexamina que, a temperaturas del orden de 100 0C, se descompone en amoníaco y formaldehído facilitando, así, la formación de puentes de dietilenamina y metileno.
El proceso en caliente es el más común de los tres reseñados anteriormente. En dicho proceso de revestimiento en caliente se calienta la arena, generalmente de sílice, sola o con aditivos, hasta una
temperatura de 125-175 °C y se introduce después en un mezclador. Seguidamente, se adiciona la resina de tipo novolaca hasta total fusión de la misma. Después, mediante la adición de agua, se enfría la mezcla por debajo de 100 0C. A continuación, se introduce una cantidad de hexamina en solución y se somete todo el conjunto a depresión con arrastre del agua del medio. Seguidamente, se seca la mezcla y se introduce un agente desmoldante, tal como un estearato metálico, preferiblemente de calcio, o una cera polietilénica. Por último, la mezcla es desgrumada, enfriada y tamizada para ser envasada o para su uso inmediato.
c) Fabricación del molde o del macho Se emplean procedimientos comunes conocidos en el estado de la técnica para el moldeo en cascara o shell moulding, también conocido como procedimiento Croning.
Se obtienen así moldes o machos para fundición de metales destinados a la producción de piezas para la industria de automoción, ferrocarril, aeronáutica, química, etc.
Así, en otro aspecto de la presente solicitud, la invención proporciona un procedimiento de moldeo en cascara caracterizado porque la resina fenólica modificada empleada es una resina novolaca.
En una realización particular de la invención, el porcentaje de CNSL en la resina fenólica modificada es del 1-50% en peso. Más concretamente es del 5-20% en peso.
Asimismo, en otro aspecto de la presente solicitud, la invención proporciona un molde o macho para fundición
de metales a base de granos de arena revestidos con una resina fenólica modificada con aceite de cascara de la nuez del anacardo.
5 En una realización particular, dicho molde o macho se caracteriza porque la resina fenólica modificada empleada en el revestimiento de los granos de arena del mismo es una resina novolaca.
0 En otra realización particular, dicho molde o macho se caracteriza porque el porcentaje de aceite de cascara de la nuez del anacardo en la resina fenólica modificada es del 1-50% en peso. Más en particular es del 5-20% en peso. 5
Por último, en otro aspecto de la invención, se proporciona un molde o macho obtenible por el procedimiento de moldeo en cascara de la invención.
0 Los ejemplos que siguen a continuación en ningún caso deben ser considerados limitativos del alcance de la misma.
Ejemplos de formulación 5
1. Fórmula para producir piezas en hierro gris y nodular
Componente Cantidad en Kg
Arena de sílice 100,00 Q Novolaca 3,50
Solución de hexamina al 33% 1,26
Desmoldante 0,12
Con esta formulación se obtiene un molde que en contacto con el metal fundido originará un desprendimiento de N aceptable para la industria del sector de la fundición y de hierro gris y nodular.
2. Fórmula para producir piezas en aceros al carbono e inoxidables
Componente Cantidad en Ka
Arena de sílice 95,00
Novolaca 4,00
Solución de hexamina al 33% 0,72
Magnetita 5,00
Desmoldante 0,12
Con esta formulación se obtiene también un molde que en contacto con el metal fundido originará un desprendimiento de N aceptable en la producción de piezas de acero al carbono e inoxidables.
3. Fórmula para producir noyos para hierros gris y nodular
Componente Cantidad en Kq
Arena de sílice 100,00
Novolaca 2,50
Solución de hexamina al 33% 1,20
Desmoldante 0,12
Al igual que en los ejemplos anteriores, con esta formulación se obtiene un molde que origina en contacto con el metal fundido mínimo desprendimiento de N.
4. Formula para producir noyos para aluminio y aleaciones ligeras.
Componente Cantidad en Kq Arena de silice 100,00
Novolaca 1,48
Solución de hexamina al 33% 0,81
Desmoldante 0,12
Con esta formulación se obtiene un molde con un excelente desarenado una vez producida la pieza.