(57)【要約】  本発明は、フィーダー製造用のフィーダー組成物のための充填剤として使用するためのコア-シース粒子であって、(a)キャリアコア、これは30μm〜500μmのサイズを有し、最大で1400℃の温度以下の耐性であってポリスチレンを含有しない材料からなる、及び(b)以下からなる又は以下を含む、該コアを包むためのシース、  (b1)15μm以下の粒子サイズに相当するD50値を有する粒子、これは少なくとも1500℃の温度以下の耐性である、及び  (b2)該粒子を互いに結合させ且つ該キャリアコアとも結合させる結合剤、を含み、  少なくとも1450℃の温度以下の耐性であるコア-シース粒子に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィーダー製造用のフィーダー組成物のための充填剤として使用するためのコア-シース粒子であって、
(a)キャリアコア、これは30μm〜500μmのサイズを有し、最大で1400℃の温度以下の耐性であってポリスチレンを含有しない材料からなる、及び
(b)以下からなる又は以下を含む、該コアを包むためのシース、
(b1)15μm以下の粒子サイズに相当する最大D50値を有する粒子、これは少なくとも1500℃の温度以下の耐性である、及び
(b2)該粒子を互いに結合させ且つ該キャリアコアとも結合させる結合剤、
を含み、
少なくとも1450℃の温度以下の耐性である、コア-シース粒子。
【請求項２】
前記キャリアコア(a)がセラミック又はガラス材料からなる、請求項１記載のコア-シース粒子。
【請求項３】
前記キャリアコア(a)が中空球又は多孔性粒子である、請求項１又は２記載のコア-シース粒子。
【請求項４】
前記シース(b)の前記粒子(b1)が、難燃性材料、好ましくは酸化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ホウ化チタン、酸化チタン、酸化イットリウム及び酸化ジルコニウムからなる群から選択される1種以上の材料を含むか又はそれらからなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のコア-シース粒子。
【請求項５】
前記結合剤(b2)が、
-コールドボックス結合剤、好ましくはベンジルエーテル樹脂及びポリイソシアネートから製造され得るポリウレタン、
-ホットボックス結合剤、
-スターチ、
-ポリサッカライド、及び
-水ガラス、
からなる群から選択される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコア-シース粒子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の多数のコア-シース粒子を含む、フィーダー製造用のフィーダー組成物のための充填剤として使用するためのフリーフロー充填材料。
【請求項７】
前記多数のコア-シース粒子における前記キャリアコア(a)が、60μm〜380μmの範囲内の平均粒子サイズMKを有する、請求項６記載のフリーフロー充填材料。
【請求項８】
前記多数のコア-シース粒子において、前記粒子(b1)の全質量に基づいて少なくとも90質量%の粒子(b1)が45μmの最大粒子サイズを有する、請求項６又は７記載のフリーフロー充填材料。
【請求項９】
前記充填材料が、0.6g/cm3未満、好ましくは0.5g/cm3未満のバルク密度を有する、請求項６〜８のいずれか１項に記載のフリーフロー充填材料。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のコア-シース粒子又は請求項６〜９のいずれか１項に記載のフリーフロー充填材料の調製方法であって、
-最大で1400℃の温度以下の耐性である材料からなる30μm〜500μmの範囲サイズのキャリアコアを調製する工程、
-少なくとも1500℃、好ましくは少なくとも1600℃の温度以下の耐性である、せいぜい15μmの平均粒子サイズの粒子を調製する工程、
-該キャリアコアを上記粒子と結合剤の存在下で接触させ、該粒子を該キャリアコアと結合させ且つ互いに結合させて個々のキャリアコア又は全てのキャリアコアを覆う工程、
を含む、方法。
【請求項１１】
フィーダーの製造のためのフィーダー組成物であって、
-請求項１〜６のいずれか１項に記載のコア-シース粒子又は請求項６〜９のいずれか１項に記載のフリーフロー充填材料、及び
-該コア-シース粒子又は該フリーフロー充填材料を結合させるための結合剤、
からなるか又はそれらを含む、フィーダー組成物。
【請求項１２】
容易に酸化可能な金属及びその酸化剤を互いの発熱反応のためにさらに含む、請求項１１記載のフィーダー組成物。
【請求項１３】
請求項１２記載のフィーダー組成物を含む、フィーダー。
【請求項１４】
0.7g/cm3未満の密度を有する、請求項１３記載のフィーダー。
【請求項１５】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のコア-シース粒子又は請求項６〜９のいずれか１項に記載のフリーフロー充填材料の、フィーダー組成物又はフィーダーにおける絶縁性充填材料としての、使用。
【請求項１６】
絶縁性又は発熱性フィーダーの製造のための、請求項１１又は１２記載のフィーダー組成物の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィーダーの製造のためのフィーダー組成物のための充填剤としての使用のためのコア-シース粒子、多数の本発明のコア-シース粒子を含む対応するフリーフロー充填材料、本発明のコア-シース粒子又は本発明のフリーフロー充填材料の調製のための方法、対応するフィーダー組成物及び対応するフィーダー、並びに対応する用途に関する。以下の記載及び特許請求の範囲は本発明のさらなる主題を明らかにする。
【背景技術】
【０００２】
本文献の記載では、“フィーダー”という用語は、フィーダー被覆材料、フィーダー挿入剤及びフィーダーキャップ並びに加熱パッドを含む。
鋳造工場での金属成形品の製造中は、液体金属を鋳型に注いで凝固させる。凝固手順は金属体積の減少と関連し、このためにフィーダー、すなわち、鋳型中又は鋳型上の開いた又は閉じた空間を通常は用いて成形部分の凝固中に体積欠損を埋め、それによって収縮巣が形成部分に形成することから妨げる。フィーダーは成形部分又は危険性のある成形部分領域と関連し、通常は鋳型穴の側面の上及び/又はそれに配置される。
フィーダーの製造のためのフィーダー組成物、及びそこから製造されるフィーダー自体では、良好な絶縁効果を高温耐性と共に製造する軽質充填剤が今日ではよく用いられている。
【０００３】
独国特許第10 2005 025 771 B3号明細書は、セラミック中空球及びガラス中空球を含む絶縁性フィーダーを開示している。
欧州特許第0 888 199 B1号明細書は、中空ケイ酸アルミニウム微小球を絶縁難燃性材料として含有するフィーダーを記載している。
欧州特許第0 913 215 B1号明細書は、38質量%未満の酸化アルミニウム含有量を有する中空ケイ酸アルミニウム微小球を含むフィーダー組成物を開示している。
WO 9423865 A1号明細書は、少なくとも40質量%の酸化アルミニウム部分を有する酸化アルミニウムを含有する中空微小球を含むフィーダー組成物を開示している。
WO 2006/058347 A2号明細書は、充填剤としてポリスチレンコアを有するコア-シース微小球を含むフィーダー組成物を開示している。しかし、ポリスチレンの使用は成形中に望ましくない排気を生じる。
【０００４】
工業的実施では、中空球が現在のところ頻繁に用いられており、これは石炭燃料発電所のフライアッシュから生じるか又は合成で製造される。しかし、フィーダーにおける使用に好適な中空球は自由に利用可能ではない。従って、本発明の目的は、現在好ましいとされる中空球の代替品として用いることのできる軽質充填剤を提供する。指定される軽質充填剤は以下の主要な要求を満たす:
-1450℃より高い温度、好ましくは1500℃より高い温度における熱安定性;
-高温、例えば1400℃における適切な機械的安定性;
-低い又はゼロの粉塵接着;
-低いバルク密度。
【０００５】
本発明で設定された目的は、フィーダー製造用のフィーダー組成物のための充填剤として使用するためのコア-シース粒子であって、
(a)キャリアコア、これは30μm〜500μmの範囲内のサイズを有し、最大で1400℃の温度以下の耐性であってポリスチレンを含有しない材料からなる、及び
(b)以下からなる又は以下を含む、該コアを包むためのシース、
(b1)せいぜい15μm、好ましくはせいぜい10μmの粒子サイズに相当するD50値を有する粒子、これは少なくとも1500℃、好ましくは少なくとも1600℃の温度以下の耐性である、及び
(b2)該粒子を互いに結合させ且つ該キャリアコアとも結合させる結合剤、
を含み、
少なくとも1450℃、好ましくは少なくとも1500℃の温度以下の耐性であるコア-シース粒子によって達成される。
【０００６】
本発明は、例えばフィーダー組成物における充填剤としての使用に不適切な温度耐性を有するキャリア材料(キャリアコアとして用いられる)を覆うことにより、それらを少なくとも1450℃であるが通常は少なくとも1500℃の温度以下の耐性であるコア-シース粒子に転化することができるという理解に基づいている。このために、該キャリアコアは、せいぜい15μmの粒子サイズに対するD50値を有し、且つ特に考慮して少なくとも1500℃、好ましくは1600℃の温度以下の耐性である粒子で覆うのが必要である。
本発明のコア-シース粒子では、キャリアコアが30μm〜500μmの最大長さのサイズを有する。これは1400℃以下の最大耐性の材料からなり、いかなるポリスチレンも含有せず、好ましくは有機成分を一切含有しないが、好ましくは無機成分のみを含有する。キャリアコアは好ましくは球形である。
本明細書の内容では、粒子又は材料は所定の温度下でそれが融解も軟化もせず、その空間的形状の損失を伴う分解もしない場合は耐性があるとみなされる。
【０００７】
本発明のコア-シース粒子のキャリアコア(a)は、好ましくはセラミック又はガラス材料からなる。
キャリアコア(a)は好ましくは中空球又は多孔性粒子であり、この場合、該中空球又は多孔性粒子は順に好ましくはセラミック又はガラス材料からなる。キャリアコア(a)として用いることのできる好ましい材料の例は、例えば商品名PoraverでDennert Poraver GmbHから、又は例えば商品名Omega-BubblesでOmega Minerals Germany GmbHから得られる微孔性発泡体ガラス、及び商品名3M Scotchlite K20で3M Specialty Materialsから得られるガラス中空微小球である。
本発明のコア-シース粒子では、シース(b)の上記粒子(b1)が、好ましくは難燃性材料(DIN 51060まで)の群から選択され、好ましくは、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ホウ化チタン、酸化チタン、酸化イットリウム及び酸化ジルコニウム及び混合酸化物、例えばコージライト又はムライトからなる群から選択される1種以上の材料を含むか、それらからなる。
【０００８】
本発明のコア-シース粒子では、結合剤(b2)が好ましくは以下からなる群から選択される:
-コールドボックス結合剤、好ましくはベンジルエーテル樹脂及びポリイソシアネートから製造され得るポリウレタン、
-ホットボックス結合剤、
-スターチ、
-ポリサッカライド、及び
-水ガラス。
【０００９】
本発明のコア-シース粒子は、難燃性組成物又は材料、例えば工業用加熱炉設備に使用するもの又は建築物の耐火性化を向上させるものに用いることができる。それらは熱絶縁性材料、例えば建築産業又は加熱炉産業にも用いることができる。
本発明のコア-シース粒子は、好ましくはフィーダー組成物のための充填剤としての使用に好適でフィーダーを製造するフリーフロー充填材料の成分である。本発明のこのタイプのフリーフロー充填材料は、通常は多数の本発明のコア-シース粒子(上記コメントはコア-シース粒子の好ましい配置に関して適用する)及び任意にさらなる充填剤物質を含む。
本発明のフリーフロー充填剤では、特に考慮される多数のコア-シース粒子におけるキャリアコア(a)が、好ましくは60μm〜380μmの範囲内の平均粒子サイズMKを有する。これに関して、平均粒子サイズはVDGデータシートP27(1999年10月)で決定する。
【００１０】
キャリアコアとして用いられる粒子の特に考慮されるバルク密度は、好ましくは85g/L〜500g/Lの範囲内にある。キャリアコア(a)のバルク密度は、好ましくは該コアを粒子(b1)及び結合剤(b2)及び任意にさらなる該シースの成分で覆う前に決定する。本発明のフリーフロー充填材料では、粒子(b1)の全質量に基づいて、好ましくは少なくとも90質量%の多数のコア-シース粒子における粒子(b1)が、せいぜい45μmの粒子サイズを有する。従って、キャリアコア(a)を覆うために、特に粉末状(すなわち、微細な多分散状)バルク材料が好適であり、該粉末に含有される粒子の90質量%より多くが45μmの最大粒子サイズを有する。対応する粉末における粒子の粒子サイズは、分散光度計、例えばCoulter分散光度計で決定する。平均粒子サイズに対応するD50値は、しばしばさらなる固有値として与えられる。キャリアコアを覆うためのシース材料(コーティング材料)として特に好適な粉末の選択を以下の表に要約する。
【表１】
2010521316.tif 000002
“最大”は、関心のある粉末に含有される粒子の90質量%が下記の値の粒子サイズを有することを意味する。
【００１１】
本発明のフリーフロー充填材料は、好ましくは0.6g/cm3(すなわち、600g/L)未満のバルク密度を有する。本発明のコア-シース粒子を含む本発明のフリーフロー充填材料は、キャリアコア(a)を粒子(b1)の(難燃性)粉末と結合剤(b2)の存在下で混合することによって製造することができる。本発明のコア-シース粒子の調製又は本発明のフリーフロー充填材料の調製のための本発明の対応する方法では、以下の工程:
-最大で1400℃の温度以下の耐性である材料からなる30μm〜500μmの範囲サイズのキャリアコアを調製する工程、
-少なくとも1500℃、好ましくは少なくとも1600℃の温度以下の耐性である、せいぜい15μm、好ましくはせいぜい10μmの平均粒子サイズの粒子を調製する工程、
-該キャリアコアを上記粒子と結合剤の存在下で接触させ、該粒子を該キャリアコアと結合させ且つ互いに結合させて個々のキャリアコア又は全てのキャリアコアを覆う工程、
が行われる。
【００１２】
好ましいキャリアコア、好ましい粒子及び好ましい結合剤の物理的形態に対して、本発明のコア-シース粒子及び本発明の充填材料を考慮した上記記述をそれに応じて適用する。
本発明はまた、フィーダーの製造のためのフィーダー組成物であって、本発明のコア-シース粒子(上記のように、好ましくは好ましいと示された形態)又は本発明のフリーフロー充填材料(上記のように、好ましくは好ましいと示された形態)、及び該コア-シース粒子又は該フリーフロー充填材料を結合するための結合剤からなる又はそれらを含む組成物にも関する。結合剤に対して、該コア-シース粒子に好ましい結合剤に関する上記記載はそれに応じて適用する。好ましくは、コア-シース粒子(a)を粒子(b1)と結合し且つコア-シース粒子又はフリーフロー材料を結合するために、コールドボックス結合剤(好ましくは各場合にベンジルエーテル樹脂及びポリイソシアネートに基づく)、さらに好ましくは同一の結合剤が用いられる。
本発明のフィーダー組成物は発熱性フィーダー組成物として構成することができ、この場合は通常は上記成分に加えて容易に酸化可能な金属及びそのための酸化剤を含み、これらは互いに発熱反応することが意図される。
本発明は本発明のフィーダー組成物を含むフィーダーにも関する。本発明のフィーダーは好ましくは0.7g/cm3未満の密度を有する。
【００１３】
本発明のさらなる特徴は、本発明のコア-シース粒子(上記のように、好ましくは好ましいと示された形態)、又は本発明のフリーフロー充填材料(上記のように、好ましくは好ましいと示された形態)のフィーダー組成物又はフィーダーにおける絶縁性充填材料としての使用に関する。
さらに、本発明は、絶縁性又は発熱性フィーダーの製造のための本発明のフィーダー組成物の使用にも関する。
本発明のフィーダーを製造するために、本発明のコア-シース粒子又は本発明のフリーフロー充填材料、本発明の好適な結合剤(例えばコールドボックス結合剤、上記参照)及びさらなる任意成分を共に混合し、得られた混合物をフィーダーに成形し、該成形したフィーダーを硬化する。成形手順は、好ましくはスラリー方法、グリーンボンド方法、コールドボックス方法又はホットボックス方法で行う。
【００１４】
本発明は以下の実施例で詳細に説明される。
A  本発明のコア-シース粒子の調製(バルク材料)
実施例1
700gのPoraver(標準的な粒子サイズは0.1〜0.3;Dennert Poraver GmbH)をキャリア材料としてタイプBOSCH Profi 67の混合機に入れ、120gのコールドボックス結合剤(Huttenes-Albertus:ベンジルエーテル樹脂系のActivator 6324/ガス樹脂 6348で製造)で均一に湿らせた。300gの炭化ケイ素粉末(粒子サイズのD 50値:<5μm)を加え、混合物を均一に混合した。約0.5mLのジメチルプロピルアミンを最後に加えて結合剤を硬化した。数秒後、形成されたコア-シース粒子はさらなる使用のためのバルク材料として存在する。
【００１５】
実施例2
キャリア材料として、800gのOmega-Bubbles(Omega Minerals GmbHで製造;粒子サイズ<0.5mm)をキャリアコアとしてタイプBOSCH Profi 67の好適な混合機に入れ、120gのコールドボックス結合剤(Huttenes-Albertus:ベンジルエーテル樹脂系のActivator 6324/ガス樹脂 6348で製造)で均一に湿らせた。200gの酸化アルミニウム粉末(粒子サイズのD 50値:約12μm)を加え、混合物を均一に混合した。約0.5mLのジメチルプロピルアミンを最後に加えて結合剤を硬化した。数秒後、形成されたコア-シース粒子はさらなる使用のためのバルク材料として存在する。
【００１６】
B  フィーダー組成物並びにフィーダーキャップ及び他の形状体の調製:
“絶縁性”実施例
実施例1と実施例2で調製したバルク材料を、コールドボックス結合剤(Huttenes-Albertus:Activator6324/ガス樹脂6348に基づくベンジルエーテル樹脂で製造)と均一に混合した。フィーダーキャップ及び他の成形体を、(a)生じた混合物から成形し、(b)コアシューター(例えばRoper、Laempe)で成形した。生成物は各場合にジメチルプロピルアミンを加えることで硬化させた。
【００１７】
“発熱-絶縁性”実施例
30質量部分の実施例1及び実施例2で調製したバルク材料の混合物、及び70質量部分の従来のテルミット法による混合物を、コールドボックス結合剤(Huttenes-Albertus:ベンジルエーテル樹脂系Activator 6324/ガス樹脂 6348で製造)と共に均一に混合した。フィーダーキャップ及び他の成形体を、(a)生じた混合物から成形し、(b)コアシューター(例えばRoper、Laempe)で成形した。生成物は各場合にジメチルプロピルアミンを加えることで硬化させた。
【００１８】
C  キューブテスト:
実施例Bのフィーダーキャップを、それらの有用性をいわゆるキューブテストにより性能テストした。これらのテストでは、キューブ形態の成形部品が鋳型適合性フィーダーキャップで空洞から取り出される。
比較的信頼性の高い密閉フィードが、全ての実施態様(“絶縁性”、実施例1及び2;“発熱-絶縁性”;実施例1及び2)で説明される。比較対象のフィーダーキャップと比べて改善された空洞挙動は、各場合においてそれぞれ残りのフィーダー(キューブ上)でも検証した。
【国際調査報告】
2010521316.tif 000003
2010521316.tif 000004
2010521316.tif 000005
2010521316.tif 000006
2010521316.tif 000007
2010521316.tif 000008