Aglomerantes de base poliuretano para aplicação em areias de fundição

Abstract

O presente trabalho investigou o emprego de aglomerante à base de poliuretano comparativamente aos aglomerantes com base em fenol, formol e grande quantidade de compostos aromáticos, convencionalmente empregados em areias para fundição de metais. Foram desenvolvidas quatro formulações de resina designadas de poliol 1, poliol 2, poliol 3 e poliol 4, sendo que o poliol 1 é proveniente de fonte fóssil e os demais provenientes de fonte renovável de base vegetal. Os compostos areia-aglomerantes com esses materiais hidroxilados juntamente com metildifenilisocianato (MDI) foram caracterizados com relação às propriedades mecânicas em processo de cura a frio e caixa-fria. Além disso, foi verificada a influência da umidade na resistência mecânica dos aglomerados. Foram variadas as quantidades de aglomerante e o uso de dois tipos diferentes de solventes. No processo caixa-fria foi estudado o tempo de vida de banca de duas formulações. Foram avaliadas as propriedades térmicas com resistência à compressão sob a alta temperatura, análise termogravimétrica (ATG) e colapsibilidade. Avaliação da emissão de compostos voláteis segundo protocolo de Ohio foi realizada durante o tempo de estocagem de 12 horas. O resíduo foi caracterizado segundo a NBR 10004-NBR 1006 considerando a presença de fenol na areia descartada. As amostras com materiais de base vegetal apresentaram os melhores desempenhos mecânicos nos processos de cura a frio e caixa-fria quando comparados ao poliol de fonte petroquímica, sendo que o poliol 3 apresentou resultados superiores ao padrão FU. De uma forma geral os compostos aglomerados com os materiais hidroxilados nas análises de ATG apresentaram temperaturas de decomposição inicial maiores que o padrão FU. A resistência mecânica sob altas temperaturas apresentou desempenho semelhante ao sistema convencional, mas resultados inferiores na temperatura de 300ºC. O acréscimo das relações NCO:OH incrementaram as propriedades mecânicas em grande parte das formulações. Os resíduos gerados com os compostos aglomerados com a utilização dos polióis 2 e 3 não apresentaram fenol, conferindo baixa periculosidade aos resíduos gerados.

The present study investigated the use of polyurethane-based binder compared with binders based on phenol, formaldehyde and a large amount of aromatic compounds conventionally used in sand casting of metals. Were developed 4 resin formulations designated polyol 1, polyol 2, polyol 3 and polyol 4, and the polyol 1 is the only one that it is derived from fossil source and the others polyols are derived from renewable vegetable-based. The compounds of sand-binder agglomerated with these materials hydroxylated together with MDI were characterized in relation to mechanical properties in both process no-bake and cold-box. Besides, was verified the influence of moisture on the strength of the specimens agglomerated. Were varied amounts of the binder and the use of two different solvents. Also in the cold box process was studied worktime of two formulations. The thermal properties with compressive strength under higher temperature, thermogravimetric analysis (TGA) and collapsibility were evaluated. The evaluation of the emission of volatile compounds according to the OHIO protocol was performed during the storage time of 12 hours. The waste was characterized according to (NBR 10004 NBR-1006) regarding the presence of phenol in the sand discarded. Samples of materials from based vegetable showed the best mechanical performance in both process no-bake and cold box when compared to polyol from to petrochemical source and the polyol 3 showed superior results to standard PU. In general, the compounds agglomerated with hydroxylated materials showed decomposition starting temperature higher than the standard FU in the study of TGA analysis. The mechanical strength under high temperatures showed similar performance to the conventional system, but the results have been lower than the temperature of 300°C. The increased of NCO: OH ratios improved mechanical properties in most formulations. Waste generated with the compounds agglomerated with the use of polyols 2 and 3 didn’t show phenol, presenting waste with lower hazard.