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-0/0 festen,i des Mittel für das geschmolzene Harz.
Formmassen aus Phenolharz, einer aromatischen Carbonsäure als viskositätssenkendes Mittel und Hexame- thylentetramin sind bekannt. Im Unterschied dazu wird erfindungsgemäss eine heterocyclische Säure zugesetzt.
Die erfindungsgemässeFormmasse ist dadurch charakterisiert, dass die organische Säure eine heterocyclische
Säure mit einem heterocyclischen Ring und konjugierten Doppelbindungen in einer Menge im Bereich von 0, 5 bis 12 Gew.-0/o des Reaktionsproduktes ist.
Als Aldehyd und Phenolverbindung werden bevorzugt Formaldehyd und Phenol verwendet.
Als vernetzendes Mittel können erfindungsgemäss Resolharze, Paraformaldehyd, Trioxymethylen, Epoxy- verbindungen, Diisocyanate sowie Hexamethylentetramin und seine Chloride, Sulfate, Acetate, Tartrate,
Citrate, Benzolsulfonate, Toluol-p-sulfonate, Camphorate, Arsenate, Trimetaborate, Sulfosalicylate, Phthalate,
Perchlorate, Chromate, Tannate und Mischungen hievon verwendet werden.
Vorzugsweise wird erfindungsgemäss Hexamethylentetramin verwendet. Bezogen auf das Gewicht des Harzes kommen bevorzugt 2 bis 20 Grew.-% Hexamethylentetramin zum Einsatz.
Als bevorzugtes Harz gelangt ein Novolac-Harz zur Anwendung.
Die heterocyclischen Säuren, die für die Erfindung brauchbar sind, enthalten innerhalb der heterocyclischen
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Thiozols,Imidazol, Pyrazols, Pyrazins, Pyrimidins, Pyridazins, Indolizins, Isoindols, Indols, Purins, Isochinolin,
Chinolins, Phthalzins, Naphthydrins, Chinoxalins, Chinazolins, Chinnolins, Pteridins, Carbazols, ss-Carbolins,
Phenanthridins, Acridins, Perimidins, Phenanthrolins, Phenazins, Phenarsazins, Isothiazols, Phenothiazins,
Isoxazols, Furazans und Phenoxazins gebunden ist. Bevorzugte heterocyclische Säuren sind Carbonsäuren des
Pyridins, Furans, Thiophens und Pyrrols. Als besonders geeignete heterocyclische Säure hatsichFuran- (2) -carbon- säure erwiesen, weil sie relativ leicht und relativ preiswert erhältlich ist.
Die bevorzugte heterocyclische Säure kann durch die Formel R-Ht-COOH dargestellt werden, worin R Wasserstoff, Methyl-, Äthyl-, Fluor-, Hydroxy- und Methoxy-Radikale sein können und Ht ein zweiwertiges heterocyclisches Radikal ist. Vorzugsweise ist das heterocyclische Radikal eine Pyri- dindiyl-, Furandiyl-, Thiophendiyl- oder Pyrroldiyl-Gruppe.
Die Verwendung einer heterocyclischen Säure hat mehrere Vorteile :
1. lassen sich höhere Zugfestigkeiten der erhaltenen Formen erzielen,
2. ergibt der Zusatz der heterocyclischen Säure einen grösseren Grad der Fliessfähigkeit des Harzes im schmelzflüssigen Zustand, was wieder eine bessere Benetzbarkeit des Füllstoffes oder umgekehrt weniger Harzzusatz und trotzdem gute oder bessere Formbarkeit bedeutet,
3. bietet die heterocyclische Säure eine grössere Freiheit in der Varianzfähigkeit des Vemetzungsmit- tels. Es kann nicht nur Hexamethylentetramin verwendet werden, wenn dies auch bevorzugt ist, sondern es kommen noch zahlreiche andere Mittel in Frage, die für gewisse Verwendungszwecke aus verschiedenen Gründen bevorzugt sein können.
So führt gerade die Verwendung von Resolharzen selbst zu hitzebeständigeren Endprodukten als die Verwendung von Hexamethylentetramin.
Die festen inerten Füllmaterial-Teilchen bestehen vorzugsweise aus Sand, Asbest, Sägespänen, Glasfasern und Schleifmittelmehl.
Der Zusatz der heterocyclischen Säure zu dem Harz kann in jeder Stufe der Herstellung des Harzes oder von Massen, die aus dem Harz hergestellt werden. erfolgen. Beispielsweise kann die heterocyclische Säure zugesetzt werden-zu der Phenolverbindung vor Kondensation mit dem Aldehyd ; zum Aldehyd vor Kondensation mit der
Phenolverbindung ; zu einer wässerigen Lösung des aus der Umsetzung der Phenolverbindung mit dem Aldehyd resultierenden Harzes ; zu dem partiell getrockneten Harz, das beim Verdampfen von Wasser aus dem Phenolharz-System erhalten wird ; zu dem festen getrockneten Harz ; zu dem in einem Lösungsmittel gelösten Harz ; zu den Ausgangsmischungen mit dem Harz, den Füllmittelteilchen und dem Vernetzungsmittel; zu der das Vernetzungsmittel und die Füllmittelteilchen enthaltenden Harzlösung, und in ähnlicher Weise.
Die Verwendung einer heterocyclischen Säure als Zusatz zu wärmehärtbaren Phenolharzen führt zu verschie- denen erwünschten Eigenschaften. Insbesondere werden im allgemeinen Massen mit höherer Biegefestigkeit erhalten, wenn das Harz als Bindemittel für Füllmaterial-Teilchen verwendet wird. Ausserdem besitzen Phenolharze, die als Zusatzstoff eine heterocyclische Säure enthalten, in geschmolzenem Zustand einen hohen Grad an Dünnflüssigkeit. Das Harz kann so frei fliessen und sich gleichmässig um die Füllmaterial-Teilchen verteilen.
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Wenn das Harz mit Sand od. ähnl. Materialien für Schalenformen und Kerne verwendet wird, tritt ein deutlich verringertes Abrollvermögen hinsichtlich der Form, des Kerns und der Modelle ein.
Die bevorzugte Mischung und das verfahren zur Herstellung eines geformten Erzeugnisses daraus hängt von der Natur der einzelnen inerten, überzogenen Füllmaterial-Teilchen und der Art ihrer Verwendung ab. Geeignete Zusammensetzungen zur Herstellung verschiedenartiger geformter Erzeugnisse werden nachfolgend näher erläutert.
Reib-Materialien
Phenolharze sind die wichtigsten Bindemittel für die Herstellung von Reib-Materialien, wie Bremsbelege
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eigenschaften. Ein typisches Rezept enthält beispielsweise von etwa 5 bis etwa 15% Harz, von etwa 45 bis etwa 701o Asbest und von etwa 20 bis etwa 40% zusätzliche Füllmaterialien. Übliche zusätzliche Füllmaterialien sind Teilchen aus gerösteten Cashewnussschalen in flüssigem Harz, für einen gleichmässigen Verlauf des Reibprozesses, und Baryt, um die Körpereigenschaften zu verbessern und eine höhere Dichte zu erhalten.
Die Reib-Materialien werden in der Weise hergestellt, dass die Mischung entsprechend dem angegebenen Rezept in eine Form gebracht und die Form einem Druck von etwa 140 bis 560 kg/cm ausgesetztwird. Der geformte Artikel wird dann auf eine Temperatur von etwa 138 bis etwa 1930C erwärmt. Druck und Temperatur hängen von den gewünschten Eigenschaften des hergestellten Reib-Materials ab.
Reib-Materialien, die unter Verwendung von Asbest, der weiteren erwähnten Füllmaterialien und in Verbindung mit der erfindungsgemässen wärmehärtbaren Phenolharzharz-Mischung, die eine heterocyclische Säure als Bestandteil enthält, hergestellt werden, zeichnen sich dadurch besonders aus, dass sie eine hohe Biegefestigkeit aufweisen.
Gebundene Schleif-Materialien Nahezu 50% der in der Welt produzierten Schleifscheiben werden mit Phenolharzen gebunden. MitHarz gebundene Scheiben sind widerstandsfähiger gegen Erschütterungen als die verschiedenen keramisch gebunde- . nen Scheiben. Ausserdem erlaubt die höhere Biegefestigkeit der Harzbindung eine höhere Umlaufgeschwindigkeit der Scheiben, was beim Drehen zu einem wirksameren Metallabrieb führt. Die wichtigsten Schleifmaterialien, die für Schleifscheiben Verwendung finden, sind Siliciumcarbid und Aluminiumoxyd in einer Korngrösse von etwa 12 bis etwa 325 Maschen/cm2.
Schleifscheiben werden im allgemeinen in der Weise hergestellt, dass daskornförmige Schleifmaterial zu- nächst mit einem Phenol-oder Furfurolharz niedriger Viskosität in einer Menge von etwa 1 bis etwa 3. Gew.-% Harz, bezogen auf das Gesamtgewicht des kornförmigen Materials, vermischt wird. Dann werden dem kornförmigen Material ein trockenes Gemisch von Phenolharz und Füllmaterialien zugesetzt, und das Material wird so lange vermengt, bis jedes Teilchen des körnigen Schleifmittels einen pulverförmigen Überzug erhalten hat.
Auf diese Weise wird ein trockenes und frei fliessendes Gemisch erhalten. Die Menge an verwendetem pulverförmigem Phenolharz liegt im Bereich von etwa 6 bis etwa 10 Gew. -0/0, bezogen auf das Gewicht des körnigen Schleifmittels. Die Verwendung verschiedener zusätzlicher Füllmaterialien hängt von der vorgesehenen Verwendung der Scheiben ab.
Die frei fliessende Mischung aus Harz und körnigem Material gelangt in eine Form. Die Form wird im allgemeinen bei Raumtemperatur für 1 bis 2 min einem Druck von etwa 140 bis etwa 355 kg/cm2 ausgesetzt.
Dann wird die Schleifscheibe aus der Form genommen und durch allmähliches Erwärmen auf etwa 185 C und 8- bis 12stündiges Halten bei dieser Temperatur gehärtet. Wenn man Schleifscheiben mit verschiedenen Eigenschaften zu erhalten wünscht, können auch andere Behandlungszeiten, Temperaturen und Drucke angewendet werden.
Die erfindungsgemässe wärmehärtbare Phenolharz-Mischung. die als eine Komponente eine heterocyclische Säure enthält, ist für die Herstellung von Schleifscheiben besonders vorteilhaft, weil bei Verarbeitung dieser besonderen wärmehärtbaren Harz-Mischung eine hohe Biegefestigkeit erreicht wird.
Überzogene Schleif-Materialien Phenolharze werden in grossem Umfange für die Herstellung von Sandpapier, Schmirgelpapier und Schmirgelpappe verwendet, da sie besonders geeignet sind für Verwendungszwecke, bei denen bei trockener Bearbeitung Wärme entsteht oder Kühlung mit Wasser erforderlich ist.
Bei der Herstellung von überzogenen Schleif-Materialien wird auf ein als Unterlage dienendes Material, wie Papier, Stoff oder ein anderes Material auf Cellulosebasis, ein Harzüberzug aufgebracht. Dann wird auf das Unterlagenmaterial, häufig auf elektrostatischem Wege, ein loses körniges Material aufgetragen, wobei die feuchte Seite des Unterlagenmaterials über das körnige Material geführt wird. Durch elektrostatische Anziehung haften die Körner an dem Papier, und sie werden in das Harz eingebettet.
Das nicht gehärtete aber überzogene Blatt wird dann bei niedriger Temperatur, üblicherweise bei etwa 60 C, im Ofen getrocknet, und es wird ein zweiter, dünnerer Harzüberzug aufgetragen, um das körnige Material völlig zu befestigen. Dann wird das Harz bei einer Temperatur im Bereich von etwa 121 bis etwa 1930C gehärtet.
Die erfindungsgemäss hergestellte Phenolharz-Mischung besitzt für die Herstellung von Schleif-Materialien
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wertvolle Eigenschaften. Ihre Brauchbarkeit wird durch die hohen Biegefestigkeits-Eigenschaften des heterocyclische Säuren enthaltenden Phenolharzes verbessert.
Holzfaserplatten
Jedes Jahr werden grosse Mengen Sägespäne produziert. Die Holzfaserplattenindustrie basiert auf der Verarbeitung dieser Sägespäne, um daraus eine Vielzahl von geformten Erzeugnissen herzustellen. Bei der Herstellung der geformten Erzeugnisse werden verschiedene Mischungen mit Holzteilchen verwendet. Glatte Holzfa- serplatten enthalten beispielsweise im allgemeinen ausser Holzbestandteilen etwa 5% Harz. Sie werden im allgemeinen bei etwa 14 kg/cm2 und bei 171 C für kurze Zeit gehärtet. Anderseits werden Toilettensitze im all- gemeinen mit 10 bis 15% Phenolharz vermischt und bei etwa 35 kg/cm2 bis etwa 84 kg/cm2und bei einer Temperatur im Bereich von etwa 160 bis etwa 1770C einige Minuten lang gehärtet.
Es ist im allgemeinen wünschenswert, den Harzgehalt der Holzfaserplatten so niedrig wie möglich zu halten, um die erforderlichen Festigkeits-Eigenschaften zu gewährleisten. Diese Forderung ist darauf zurückzuführen, dass das Harz im Vergleich zu den Sägespänen relativ teuer ist.
Das erfindungsgemäss hergestellte wärmehärtbare Phenolharzprodukt ist für die Verwendung zur Herstellung von Holzfaserplatten attraktiv, weil es ihnen eine hohe Biegefestigkeit verleiht. Die hohen BiegefestigkeitsEigenschaften ermöglichen die Herstellung von Holzfaserplatten mit einer gewünschten Festigkeit mit kleineren Mengen Harz.
Isolier-Materialien
Akustisches und thermisches Isoliermaterial kann aus Glas- und Steinwollfasern durch Binden der Fasern mit Phenolharz hergestellt werden. Beispielsweise kann ein wasserlösliches Harz von niedrigem Molekularge- wicht auf einen Gehalt von 10 bis 15% Feststoffen verdünnt und auf Glasfasern gespriiht werden, wie sie durch
Blasen mit Dampf aus geschmolzenem Zustand entstehen. Der Überschuss an Wasser verdampft durch die Hitze des Glases. Die verfilzten Fasern sammeln sich am Boden derBlaskammer an und werden durch Erwärmen auf etwa 138 bis etwa 1930C gehärtet. In einem zweiten Prozess wird pulverförmiges Harz in einer Kammer mit zerschnittenen Glasfasern vermischt. Die erhaltene Mischung bzw. Matte wird in einem Ofen gehärtet, der bei einer Temperatur im Bereich von 138 bis 1930C arbeitet.
Auch organische Fasern können mit Phenolharz gebunden werden. Für dieses Verfahren wird üblicherweise ein gepulvertes Phenolharz benutzt. Wenn die Fasern einem Standard-Baumwollgewebe entstammen, wird das gepulverte Harz auf die Faser gesiebt. Das Erzeugnis wird dann wie oben erwärmt, um einen Harzüberzug zu erhalten.
BeiderHerstellung von Isoliermaterialien besitzen Phenolharze, die heterocyclische Säuren enthalten, ge- geniiber andern Phenolharzen Vorteile, weil ihre niedrigen Viskositäts-Eigenschaften mit einem Minimum an
Harzmenge im geschmolzenen Zustand eine gleichmässige Bindung gewährleisten.
Anwendung in der Giesserei
Phenolharze sind weit verbreitet für die Herstellung von Schalenformen für den Metallguss. Der zur Zeit bevorzugte Prozess besteht darin, dass jedes Korn aus Sand, Aluminiumsilikat oder einem ähnlichen Material mit Harz überzogen wird, was durch Erhitzen und Vermengen eines Gemisches aus Harz, Sand und Vernetzungsmittel erreicht wird. Üblicherweise wird das Gemisch auf eine Temperatur von etwa 66 bis etwa 204 C er- wärmt. Der Prozess kann in Gegenwart eines Lösungsmittels, wie Wasser, Ketone und Alkohole, vervollständigt werden. Das Vernetzungsmittel wird der Mischung gewöhnlich zugesetzt, wenn das Überziehen des Sandes im wesentlichen vollständig ist, und das erhaltene Gemisch aus wärmehärtbarem Harz und Sand wird sofort gekühlt. Während des Kühlens wird das Vermengen fortgesetzt.
Es wird ein trockener, frei fliessender, mit Harz überzogener Sand erhalten.
Der überzogene Sand wird auf ein Metallmodell gebracht, das auf etwa 232 C erwärmt ist. In weniger als 1 min, gewöhnlich in etwa 15 bis 30 sec, wird eine Sandschale gebildet, in welcher der Sand durch das geschmolzene Harz gebunden ist. Der überschüssige Sand wird durch Umwenden des Modells entfernt. Dann wird das Modell mit der anhaftenden Sandschale 1 bis 2 min in einem Ofen bei einer Temperatur im Bereich von etwa 316 bis etwa 5380C gehärtet. Nach Entfernung von dem Modell wird die gehärtete Halbform mit einer an- dern Halbform zusammengefügt und verbunden. Die so erhaltene Sandform ist fertig für die Aufnahme von geschmolzenem Metall.
Auch massive und hohle Schalenkerne lassen sich aus mit Harz überzogenem Sand herstellen. Dies wird in der Weise durchgeführt, dass überzogener Sand in eine erwärmte Kernform geblasen wird. Bei der Herstellung von Hohlkernen wird das Innere vor dem Aushärten durch Spülen von dem ungebundenen Gemisch befreit.
FürSchalenformen und-kerne kann jeder Sand verwendetwerden. Bestimmte Sande werden bevorzugt, weil mit ihnen Formen oder Kerne mit bestimmten erwünschten Eigenschaften erhalten werden. Beispiele für brauchbare Sande sind Seesand ; Ufersand ; relativ reiner Quarzsand, wie Wedron-Sand (Wedron Silica Company, Chicago, Illinois) und Ottawa-Sand (Ottawa Silica Company, Ottawa, Illinois) ;. Olivin-Sand ; Zirkon-Sand und Chromit-Sand.
Für Sandformen mit ausreichender Festigkeit liegt der Harzgehalt gewöhnlich im Bereich von etwa 2 bis etwa 5use, bezogen auf Sandgewicht. Spezialformen erfordern auch mehr Harz. Häufig werden Zweistufenharze,
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die etwa 8 bis etwa 18o/a Hexamethylentetramin, bezogen auf das Gewicht des Harzes, enthalten, verwendet.
Oft wird während des Vorganges des Überziehens ein wachsartiges Gleitmittel zugesetzt, um die Fliessfähigkeit des Gemisches zu verbessern und die Entfernung der Form von dem Modell zu erleichtern. Als derartige wachs- artige Gleitmittel sind beispielsweise Kalziumstearat, (ein Fettsäure-Diamid, das durch Umsetzung von Äthylendiamin mit einem Gemisch von Fettsäuren des Ölsäure- und Stearinsäure-Typs erhalten, Carnaubawachs und Montanwachs in Mengen bis zu etwa 10 Gew.-", bezogen auf das Gewicht des Harzes, geeignet.
Um Oberflächenfehler bei den unter Verwendung von Sandformen und-kernen hergestellten Metallgegenständen möglichst auszuschalten, werden weitere Zusätze verwendet. Typische derartige Zusatzstoffe sind schwarzes Eisenoxyd, rotes Eisenoxyd, Kalziumcarbonat, Kaliumfluorborat und Schwefel. Im allgemeinen kommen von diesen Zusatzstoffen oder von entsprechenden Kombinationen etwa 0, 5 bis etwa 5 Gew.- X', bezogen auf das Sandgewicht, zur Anwendung.
Kerne und Formen, die mit Phenolharzen hergestellt werden, welche eine heterocyclische Säure als Zusatzstoff enthalten, zeichnen sich durch ein deutlich verringertes Abrollvermögen aus. Im Hinblick auf das ausgezeichnete Abrollvermögen brauchen weniger Formen und Kerne verworfen zu werden. Dies ist ein ausserordentlich wünschenswerte Ergebnis, das durch den Zusatz der heterocyclischen Säure zustandekommt.
Die folgenden Beispiele beschrieben besondere Ausführungsformen der Herstellung und der Eigenschaften von Mischungen, welche eine heterocyclische Säure als Zusatzstoff enthalten. Diese Beispiele sollen die Erfindung erläutern aber nicht begrenzen. Alle Teil- und Prozentangaben beziehen sich auf Gewicht, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes gesagt ist.
Beispiel1 :WirkungderheterocyclischenSäureaufdieEigenschaftenvonPhenolharz-Flocken
Zur Synthese eines Phenolharzes in Flockenform wurde Phenol in wässeriger saurer Lösung mit Formaldehyd umgesetzt, um ein Novolac-Harz zu erhalten. Die Säure wurde neutralisiert, und das Wasser wurde im Vakuum bei 121 bis 1490C entfernt.
Das noch heisse Harz wurde in zwei aliquote Teile geteilt. Der eine Teil wurde durch eine Blaw- Knox- -Verflockungseinrichtung gegeben, in der er gekühlt und in Flocken Ubergeführt wurde. Zum andern Teil wur- den 4'Furan- (2)-carbonsäure, bezogen auf das Gewicht des Harzes, gegeben, bevor er in gleicher Weise ge- kühlt und in Flocken übergeführt wurde.
Beide Teile wurden für sich dafür verwendet, um Sand zu überziehen und Formen nach dem Schalenform-
Verfahren herzustellen. Während der Sand überzogen wurde, erhielten beide Ansätze einen Zusatz von Hexa- methylentetramin und Kalziumstearat.
Die beschriebenen Prozesse wurden in einem Hobart-Mischer durchgeführt. Dann wurde der Schmelzpunkt, die Biegefestigkeit und die Biegefestigkeit in heissem Zustand der beiden mit Harz überzogenen Sandpro- ben nach folgenden Verfahren ermittelt.
Schmelzpunkt :
Ein Metallstab wird in der Weise erwärmt, dass das eine Ende heisser als das andere ist. Eine Anzahl von Thermometern wird in Bohrlöcher eingeführt, die über die ganze Länge des Stabes angeordnet sind, so dass die Temperatur an vielen Punkten entlang des Stabes bekannt ist. Ein Streifen aus mit Harz aberzogenem Sand wird längs der Oberfläche des Stabes angeordnet. Man lässt dem mit Harz überzogenen Sand genau 1 min Zeit, um an dem Stab zu haften. Dann wird der lose Sand mit Druckluft von 0, 7 kg/cmz abgeblasen. Durch lineares Extrapolieren der bekannten Temperaturen, welche die beiden am nächsten angeordneten Thermometer anzeigen, wird dann die Temperatur an der Stelle ermittelt, an welcher der Sand gerade am Stab anhaftet. Der Versuch wird zweimal wiederholt.
Die angegebenen Schmelzpunkte geben den Durchschnittswert von drei Messungen an.
Biegefestigkeit :
Die Biegefestigkeit von mit gehärtetem Harz überzogenem Sand wird mit einem Dietert-BiegefestigkeitsTester ermittelt. Ein Füllbehälter wird mit harz überzogenem Sand versehen. Von hier aus gelangt er in eine 0, 64 cm-Brikettform. Die Form wird auf 2490C : I : 50C erwärmt. Der überschüssige Sand wird abgeschabt. Dann wird die Form in einen kräftigen Versuchsofen, der auf 2490C eingestellt ist, gebracht und das Brikett genau 5 min gehärtet. Die Form wird aus dem Ofen genommen, und das Brikett wird daraus entfernt. Man lässt es vollständig abkühlen. Um das Brikett zu brechen, wird ein Dietert-Biegefestigkeits-Tester verwendet. Die Biegefestigkeit des Briketts wird auf dem Gerät direkt in pounds per square inch abgelesen.
Die angegebene Biegefestigkeit ist der Durchschnittswert von drei Messungen.
Biegefestigkeit in heissem Zustand :
Ein Füllbehälter wird mit harzüberzogenem Sand gefüllt. Von hier aus gelangt der Sand in eine Versuchsform eines Dietert-Testers zur Bestimmung der Biegefestigkeit in heissem Zustand. Die Form ist mit Heizmit-
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fort. Die Versuchsform ist so eingerichtet, dass sie gleichzeitig dazu dient, den aufgewendeten Spannungsdruck auf den Biegefestigkeitstester zu übertragen. Der Spannungsdruck in pounds per square inch, bei dem das Versuchsmuster bricht. wird registriert.
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Tabelle I gibt die Ergebnisse der Versuche wieder.
Tabelle I :
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<tb>
<tb> Wirkung <SEP> der <SEP> Furan- <SEP> (2)-carbonsäure <SEP> auf <SEP> die <SEP> Eigenschaften
<tb> von <SEP> Phenolharz-Flocken, <SEP> hergestellt <SEP> in <SEP> einem <SEP> Hobart-Mischer
<tb> Untersuchtes <SEP> Muster
<tb> 4%
<tb> Furan- <SEP> (2)Gemessene <SEP> Eigenschaft <SEP> Ohne <SEP> Zusatz <SEP> carbonsäure
<tb> Schmelzpunkt, <SEP> C <SEP> 98 <SEP> 88 <SEP>
<tb> Biegefestigkeit, <SEP> kg/cm2 <SEP> 17 <SEP> 22
<tb> Biegefestigkeit <SEP> heiss, <SEP> kg/cm2,
<tb> 30sec <SEP> 2, <SEP> 9 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 60 <SEP> sec <SEP> 7,2 <SEP> 7, <SEP> 6
<tb> 120 <SEP> sec <SEP> 10, <SEP> 5 <SEP> 11, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 170 <SEP> sec <SEP> 12, <SEP> 0 <SEP> 12,2
<tb>
Unter Verwendung eines Simpson-Mischers wurden bei 1490C 2 Harzansätze gemacht,
einer mit und einer ohne Zusatz von 4% Furan- (2)-carbonsäure. Zur Überführung in Formmassen wurde damit Sand überzogen. Die Formmassen wurden hinsichtlich ihrer Schmelzpunkte, ihrer Biegefestigkeiten und ihrer Biegefestigkeiten in heissem Zustand untersucht. Ausserdem wurde das Abrollvermögen in folgender Weise ermittelt :
Harzüberzogener Sand wird in einen Füllbehälter gebracht. Der Deckel des Behälters besteht aus einer 2,54 cm- dicken und 35, 6 x 45, 7 cm langen Aluminiumform. Die Temperatur der Form wird auf 260 C ¯ 5 C eingestellt. Der Behälter wird um 1800 gedreht, so dass die Form auf den Boden zu liegen kommt. Behälter und Form befinden sich dann in der Ausgangslage.
Nach einer gemessenen Zeit in dieser Lage wird der Behälter wieder um 1800 gedreht. so dass die Form die Oberfläche des Behälters bildet. Die Form befindet sich dann in umgekehrter Lage. Nach einer gemessenen Zeit in umgekehrter Lage, wird der Deckel des Behälters einschliesslich des anhaftenden Sandes entfernt. Es wird die Sandmenge in Prozent ermittelt, die sich von dem Formstück gelöst hat. Nach dem Abkühlen wird das Gewicht des Formstückes bestimmt.
Über die Ergebnisse dieser Versuche berichtet Tabelle II.
Tabelle II :
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<tb>
<tb> Wirkung <SEP> der <SEP> Furan- <SEP> (2)-carbonsäure <SEP> auf <SEP> die <SEP> Eigenschaften
<tb> von <SEP> Phenolharz-Flocken, <SEP> hergestellt <SEP> in <SEP> einem <SEP> Simpson-Mischer
<tb> Untersuchtes <SEP> Muster
<tb> 40/0
<tb> Furan- <SEP> (2)Gemessene <SEP> Eigenschaft <SEP> Ohne <SEP> Zusatz <SEP> carbonsäure
<tb> Schmelzpunkt, <SEP> C <SEP> 98 <SEP> 93
<tb> Biegefestigkeit, <SEP> kg/cm2 <SEP> 23,9 <SEP> 35,2
<tb> Biegefestigkeit <SEP> heiss, <SEP> kg/cm2,
<tb> 30 <SEP> sec <SEP> 6,5 <SEP> 7,3
<tb> 60 <SEP> sec <SEP> 19, <SEP> 1 <SEP> 16,5
<tb> 120 <SEP> sec <SEP> 23,2 <SEP> 21,5
<tb> 240 <SEP> sec <SEP> 20,9 <SEP> 23,0
<tb>
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Tabelle II (Fortsetzung) :
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<tb>
<tb> Abrollvermögen <SEP> bei <SEP> 260 <SEP> C <SEP>
<tb> Untersuchtes <SEP> Muster
<tb> Versuchsbedingungen <SEP> ohne <SEP> Zusatz <SEP> 4% <SEP> Furan- <SEP> (2)-carbonsäure <SEP>
<tb> Ausgangs-Umkehr-Gewicht <SEP> des <SEP> Abroll-Gewicht <SEP> des <SEP> Abrolllage <SEP> lage <SEP> Formstückes <SEP> vermögen <SEP> Formstückes <SEP> vermögen
<tb> sec <SEP> sec <SEP> (g) <SEP> (0/0) <SEP> (g) <SEP> (%) <SEP>
<tb> 60 <SEP> 60 <SEP> 5525 <SEP> 0 <SEP> 5638 <SEP> 0
<tb> 90 <SEP> 90 <SEP> 5610 <SEP> 0 <SEP> 5900 <SEP> 0
<tb> 120 <SEP> 120 <SEP> 4767 <SEP> 48 <SEP> 5667 <SEP> 20
<tb>
Wie die Ergebnisse zeigen, fahrt der Zusatz von Furan- (2)-carbonsäure zu Phenolharzen, die zur Herstel- lung von Formzusammensetzungen verwendet werden, zu einer verbesserten Biegefestigkeit der geformten Pro- dukte,
die aus den Formmassen hergestellt werden, in kaltem Zustand. Wenn Furan- (2)-carbonsäure den Phe- nolharzen, die für die Herstellung der Formzusammensetzungen verwendet werden, zugesetzt wird, tritt keine signifikante Änderung der Biegefestigkeit im heissen Zustand ein. Geformte Massen, welche mit Phenolharz hergestelltwaren, das Furan- (2)-carbonsäure als Zusatzstoff enthielt, zeigten ein deutlich verringertes Abroll- vermögen gegenüber gleichen geformten Massen, die keine Furan- (2)-carbonsäure als Zusatzstoff enthielten.
Gleichzeitig bewirkte die Anwesenheit von Furan- (2)-carbonsäure in den geformten Massen eine stärkere Sand- aufnahme des Formstückes.
Beispiel 2 : Formmassen aus flüssigen Phenolharzen, die durch Zusatz von heterocyclischen Säuren mo- difiziert sind
Ein Phenol-Formaldehyd-Harz wurde unter Verwendung von etwa 0,75 Molen Formaldehyd je Mol Phenol hergestellt. Das Harz wurde in wässeriger Lösung mit einem sauren Katalysator polymerisiert. Ein Teil des Wassers wurde aus der Mischung verdampft. Das Harz behielt seinen flüssigen Zustand.
Um eine Harzlösung zu erhalten, wurde der flüssigen Harzmischung Äthanol zugesetzt. Dann wurden Hexamethylentetramin, Sand, ein synthetisches, hartes Wachs und die Harzlösung vermengt und zu einer formbaren Masse getrocknet. Die formbare Masse enthielt 96, 29 Teile Sand, 3, 19 Teile Harz, 0, 38 Teile Hexamethylentetramin und 0, 14 Teile Wachs, wobei sichdie Mengenangaben auf Gewichtbeziehen. Die formbare Masse wurde zu geformten Produkten verarbeitet. Eine zweite formbare Masse wurde in gleicher Weise hergestellt, erhielt aber einen Zusatz von 3, 8 Teilen Furan- (2)-carbonsäure je 96, 2 Teile Harz, wobei sich diese Mengenangaben ebenfalls auf Gewicht beziehen.
Die formbare Masse wurde durch Überziehen des Sandes mit dem Harz in einem Simpson-Mischer hergestellt. Der Sand wurde auf 1490C erwärmt und in den Mischer gegeben. Der Mischer wurde so lange laufen ge- lassen, bis der Sand eine Temperatur von 820C angenommen hatte. Zu diesem Zeitpunkt wurden das Harz, das Hexamethylentetramin und die Hälfte des Wachses zugegeben. Der Mischer wurde mit seinem Exhauster 2 min über den Zeitpunkt laufen gelassen, zu dem eine Umbildung eintrat (der Sand klumpte zusammen). Dann wurde der Ventilator abgestellt, und das restliche Wachs wurde hinzugefügt. Das Vermischen wurde dann für weitere 2 min fortgesetzt, bevor der harzüberzogene Sand entleert wurde.
Der überzogene Sand wurde hinsichtlich seines Schmelzpunktes untersucht. Aus dem überzogenen Sand wurden geformte Massen hergestellt, die hinsichtlich ihrer Biegefestigkeit, ihrer Biegefestigkeit in heissem Zustand und der Widerstandsfähigkeit bezüglich des Abrollvermögens geprüft wurden. Die Untersuchungen wurden entsprechend Beispiel 1 durchgeführt.
Tabelle III enthält die Ergebnisse der Versuche.
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<tb>
<tb> Wirkung <SEP> von <SEP> Furan- <SEP> (2)-carbonsäure <SEP> auf <SEP> die
<tb> Harzeigenschaften
<tb> Untersuchtes <SEP> Muster
<tb> 4%
<tb> Furan- <SEP> (2)Gemessene <SEP> Eigenschaft <SEP> Ohne <SEP> Zusatz <SEP> carbonsäure
<tb> Schmelzpunkt, <SEP> C <SEP> 102 <SEP> 97
<tb> Biegefestigkeit, <SEP> kg/cm2 <SEP> 32,0 <SEP> 31,6
<tb> Biegefestigkeit <SEP> heiss, <SEP> kg/cm2
<tb> 30sec <SEP> 4, <SEP> 2 <SEP> 3,5
<tb> 60 <SEP> sec <SEP> 9, <SEP> 1 <SEP> 7,0
<tb> 120 <SEP> sec <SEP> 14,8 <SEP> 14, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 240 <SEP> sec <SEP> 14, <SEP> 1 <SEP> 16, <SEP> 9
<tb> Abrollvermögen <SEP> bei <SEP> 260 C
<tb> Untersuchtes <SEP> Muster
<tb> Versuchsbedingungen <SEP> Ohne <SEP> Zusatz <SEP> 4% <SEP> Furan- <SEP> (2)
-carbonsäure <SEP>
<tb> Ausgangs- <SEP> Umkehr- <SEP> Gewicht <SEP> des <SEP> Abroll-Gewicht <SEP> des <SEP> Abrolllage <SEP> lage <SEP> Formstückes <SEP> vermögen <SEP> FormstUckes <SEP> vermögen
<tb> sec <SEP> sec <SEP> (g) <SEP> (%) <SEP> (g) <SEP> (%)
<tb> 60 <SEP> 60 <SEP> 3942 <SEP> 75 <SEP> 4937 <SEP> 25
<tb> 30 <SEP> 30 <SEP> 4080 <SEP> 5 <SEP> 4027 <SEP> 0
<tb>
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**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.
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-0/0 solid, i of the means for the melted resin.
Molding compositions made from phenolic resin, an aromatic carboxylic acid as a viscosity-reducing agent and hexamethylene tetramine are known. In contrast to this, a heterocyclic acid is added according to the invention.
The molding compound according to the invention is characterized in that the organic acid is a heterocyclic acid
Acid having a heterocyclic ring and conjugated double bonds in an amount in the range from 0.5 to 12% by weight of the reaction product.
Formaldehyde and phenol are preferably used as aldehyde and phenol compounds.
Resole resins, paraformaldehyde, trioxymethylene, epoxy compounds, diisocyanates and hexamethylenetetramine and its chlorides, sulfates, acetates, tartrates,
Citrates, benzenesulfonates, toluene-p-sulfonates, camphorates, arsenates, trimetaborates, sulfosalicylates, phthalates,
Perchlorates, chromates, tannates and mixtures thereof can be used.
According to the invention, hexamethylenetetramine is preferably used. Based on the weight of the resin, 2 to 20% by weight of hexamethylenetetramine are preferably used.
A novolac resin is used as the preferred resin.
The heterocyclic acids useful in the invention include within the heterocyclic ones
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Thiozole, imidazole, pyrazole, pyrazine, pyrimidine, pyridazine, indolizine, isoindole, indole, purine, isoquinoline,
Quinolines, phthalines, naphthydrins, quinoxalines, quinazolines, chinnolins, pteridines, carbazoles, ss-carbolins,
Phenanthridins, Acridins, Perimidins, Phenanthrolins, Phenazins, Phenarsazins, Isothiazols, Phenothiazins,
Isoxazols, Furazans and Phenoxazins are bound. Preferred heterocyclic acids are carboxylic acids
Pyridines, furans, thiophenes and pyrrole. Furan (2) carboxylic acid has proven to be a particularly suitable heterocyclic acid because it is relatively easy and relatively inexpensive to obtain.
The preferred heterocyclic acid can be represented by the formula R-Ht-COOH, where R can be hydrogen, methyl, ethyl, fluoro, hydroxy and methoxy radicals and Ht is a divalent heterocyclic radical. The heterocyclic radical is preferably a pyridinediyl, furandiyl, thiophenediyl or pyrroldiyl group.
There are several advantages to using a heterocyclic acid:
1. higher tensile strengths of the shapes obtained can be achieved,
2. the addition of the heterocyclic acid results in a greater degree of flowability of the resin in the molten state, which again means better wettability of the filler or, conversely, less resin addition and nevertheless good or better moldability,
3. the heterocyclic acid offers greater freedom in the variability of the crosslinking agent. Not only can hexamethylenetetramine be used, although preferred, but numerous other agents are contemplated which may be preferred for certain uses for various reasons.
The use of resole resins itself leads to more heat-resistant end products than the use of hexamethylenetetramine.
The solid inert filler material particles preferably consist of sand, asbestos, sawdust, glass fibers and abrasive powder.
The addition of the heterocyclic acid to the resin can be at any stage of the preparation of the resin or of compositions made from the resin. respectively. For example, the heterocyclic acid can be added to the phenolic compound prior to condensation with the aldehyde; to the aldehyde before condensation with the
Phenolic compound; to an aqueous solution of the resin resulting from the reaction of the phenolic compound with the aldehyde; the partially dried resin obtained from the evaporation of water from the phenolic resin system; to the solid dried resin; to the resin dissolved in a solvent; to the starting mixtures with the resin, the filler particles and the crosslinking agent; to the resin solution containing the crosslinking agent and filler particles, and in a similar manner.
The use of a heterocyclic acid as an additive to thermosetting phenolic resins results in various desirable properties. In particular, compositions with higher flexural strength are generally obtained when the resin is used as a binder for filler particles. In addition, phenolic resins which contain a heterocyclic acid as an additive have a high degree of fluidity in the molten state. The resin can flow freely and distribute itself evenly around the filler material particles.
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If the resin with sand or similar. Materials for shell molds and cores are used, there is a significantly reduced unwinding capacity with regard to the shape, the core and the models.
The preferred mixture and method of making a molded article therefrom will depend upon the nature of the individual inert, coated filler material particles and the manner in which they are used. Suitable compositions for the production of various shaped products are explained in more detail below.
Friction materials
Phenolic resins are the most important binders for the manufacture of friction materials such as brake linings
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characteristics. For example, a typical recipe contains from about 5 to about 15% resin, from about 45 to about 7010% asbestos, and from about 20 to about 40% additional filler materials. Common additional filling materials are particles of roasted cashew nut shells in liquid resin, for an even rubbing process, and barite, in order to improve the body properties and obtain a higher density.
The friction materials are prepared in such a way that the mixture is brought into a mold according to the given recipe and the mold is subjected to a pressure of about 140 to 560 kg / cm. The molded article is then heated to a temperature of about 138 to about 1930C. Pressure and temperature depend on the desired properties of the friction material produced.
Friction materials which are produced using asbestos, the other fillers mentioned and in conjunction with the thermosetting phenolic resin mixture according to the invention, which contains a heterocyclic acid as a component, are particularly characterized by the fact that they have high flexural strength.
Bonded abrasive materials Almost 50% of the grinding wheels produced in the world are bonded with phenolic resins. Resin-bonded disks are more resistant to vibrations than the various ceramic-bonded disks. slices. In addition, the higher flexural strength of the resin bond allows the disks to rotate at a higher speed, which leads to more effective metal abrasion when turning. The most important grinding materials that are used for grinding wheels are silicon carbide and aluminum oxide with a grain size of about 12 to about 325 meshes / cm2.
Grinding wheels are generally produced in such a way that the granular abrasive material is first mixed with a phenolic or furfural resin of low viscosity in an amount of about 1 to about 3% by weight of resin, based on the total weight of the granular material. A dry mixture of phenolic resin and filler materials are then added to the granular material and the material is blended until each particle of the granular abrasive has a powdery coating.
In this way a dry and free flowing mixture is obtained. The amount of powdered phenolic resin used will range from about 6 to about 10% by weight based on the weight of the granular abrasive. The use of various additional filler materials depends on the intended use of the discs.
The free flowing mixture of resin and granular material enters a mold. The mold is generally subjected to a pressure of about 140 to about 355 kg / cm2 at room temperature for 1 to 2 minutes.
The grinding wheel is then removed from the mold and cured by gradually heating it to about 185 ° C. and holding it at this temperature for 8 to 12 hours. If it is desired to obtain grinding wheels with different properties, other treatment times, temperatures and pressures can also be used.
The thermosetting phenolic resin mixture according to the invention. which contains a heterocyclic acid as one component is particularly advantageous for the production of grinding wheels because a high flexural strength is achieved when processing this particular thermosetting resin mixture.
Coated abrasive materials Phenolic resins are used extensively for the production of sandpaper, emery paper and emery board, as they are particularly suitable for purposes in which heat is generated during dry processing or cooling with water is required.
In the manufacture of coated abrasive materials, a resin coating is applied to a backing material such as paper, cloth, or other cellulosic material. A loose, granular material is then applied to the backing material, often electrostatically, with the wet side of the backing material being passed over the granular material. The grains adhere to the paper by electrostatic attraction and become embedded in the resin.
The uncured but coated sheet is then oven dried at a low temperature, usually around 60 ° C, and a second, thinner resin coating is applied to fully secure the granular material. The resin is then cured at a temperature in the range of about 121 to about 1930C.
The phenolic resin mixture produced according to the invention is suitable for the production of abrasive materials
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valuable properties. Their usefulness is enhanced by the high flexural strength properties of the heterocyclic acid-containing phenolic resin.
Fibreboard
Large quantities of sawdust are produced every year. The fiberboard industry relies on processing these sawdust to make a variety of shaped products. Various mixtures with wood particles are used in the manufacture of the molded products. Smooth wood fiber boards, for example, generally contain about 5% resin in addition to wood components. They are generally cured at around 14 kg / cm2 and at 171 C for a short time. On the other hand, toilet seats are generally mixed with 10 to 15% phenolic resin and cured for a few minutes at about 35 kg / cm2 to about 84 kg / cm2 and at a temperature in the range from about 160 to about 1770C.
It is generally desirable to keep the resin content of the wood fiber boards as low as possible in order to ensure the required strength properties. This requirement is due to the fact that the resin is relatively expensive compared to the sawdust.
The thermosetting phenolic resin product made according to the present invention is attractive for use in the manufacture of wood fiber boards because it gives them high flexural strength. The high flexural strength properties enable the manufacture of fibreboard with a desired strength with smaller amounts of resin.
Insulating materials
Acoustic and thermal insulation material can be made from glass and rock wool fibers by binding the fibers with phenolic resin. For example, a water-soluble, low molecular weight resin can be diluted to 10-15% solids and sprayed onto glass fibers as they are by
Bubbles with steam from a molten state arise. The excess water evaporates from the heat of the glass. The entangled fibers collect at the bottom of the blowing chamber and are cured by heating to about 138 to about 1930C. In a second process, powdered resin is mixed with cut glass fibers in a chamber. The resulting mixture or mat is cured in an oven which operates at a temperature in the range from 138 to 1930C.
Organic fibers can also be bound with phenolic resin. A powdered phenolic resin is commonly used for this process. If the fibers come from a standard cotton fabric, the powdered resin is sieved onto the fiber. The product is then heated as above to obtain a resin coating.
In the manufacture of insulating materials, phenolic resins containing heterocyclic acids have advantages over other phenolic resins because their low viscosity properties with a minimum of
Ensure that the amount of resin is evenly bonded in the molten state.
Application in the foundry
Phenolic resins are widely used for making shell molds for metal casting. The presently preferred process is to coat each grain of sand, aluminum silicate or similar material with resin, which is achieved by heating and blending a mixture of resin, sand and crosslinking agent. Usually the mixture is heated to a temperature of about 66 to about 204 ° C. The process can be completed in the presence of a solvent such as water, ketones and alcohols. The crosslinking agent is usually added to the mixture when the coating of the sand is substantially complete and the resulting mixture of thermosetting resin and sand is immediately cooled. Mixing continues while cooling.
A dry, free flowing, resin-coated sand is obtained.
The coated sand is placed on a metal model heated to around 232C. In less than 1 minute, usually about 15 to 30 seconds, a sand bowl is formed in which the sand is bound by the molten resin. The excess sand is removed by turning the model over. The model with the attached sand bowl is then cured in an oven at a temperature in the range of about 316 to about 5380C for 1 to 2 minutes. After removal from the model, the hardened half-mold is joined and connected to another half-mold. The sand mold so obtained is ready to receive molten metal.
Solid and hollow shell cores can also be made from sand coated with resin. This is done in such a way that coated sand is blown into a heated core mold. When manufacturing hollow cores, the inside is freed from the unbound mixture by rinsing before it hardens.
Any sand can be used for shell molds and cores. Certain sands are preferred because they provide shapes or cores with certain desirable properties. Examples of useful sands are sea sand; Shore sand; relatively pure quartz sand such as Wedron sand (Wedron Silica Company, Chicago, Illinois) and Ottawa sand (Ottawa Silica Company, Ottawa, Illinois); Olivine sand; Zircon sand and chromite sand.
For sand molds of sufficient strength, the resin content will usually range from about 2 to about 5 ususes based on the weight of the sand. Special shapes also require more resin. Often two-stage resins,
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containing about 8 to about 18o / a hexamethylenetetramine, based on the weight of the resin, is used.
A waxy lubricant is often added during the coating process to improve the flowability of the mixture and to facilitate removal of the mold from the model. Such waxy lubricants are, for example, calcium stearate (a fatty acid diamide obtained by reacting ethylenediamine with a mixture of fatty acids of the oleic and stearic acid types, carnauba wax and montan wax in amounts of up to about 10% by weight) based on the weight of the resin.
In order to eliminate surface defects in metal objects manufactured using sand molds and cores as far as possible, further additives are used. Typical such additives are black iron oxide, red iron oxide, calcium carbonate, potassium fluoroborate and sulfur. In general, about 0.5 to about 5% by weight of these additives or corresponding combinations, based on the weight of the sand, are used.
Cores and molds that are manufactured with phenolic resins that contain a heterocyclic acid as an additive are characterized by a significantly reduced roll-off ability. In view of the excellent unwinding properties, fewer molds and cores need to be discarded. This is an extremely desirable result that comes about with the addition of the heterocyclic acid.
The following examples describe particular embodiments of the preparation and the properties of mixtures which contain a heterocyclic acid as an additive. These examples are intended to illustrate but not limit the invention. All parts and percentages relate to weight, unless expressly stated otherwise.
Example 1: Effect of heterocyclic acid on the properties of phenolic resin flakes
To synthesize a phenolic resin in flake form, phenol was reacted with formaldehyde in an aqueous acidic solution to obtain a novolac resin. The acid was neutralized and the water was removed in vacuo at 121 to 1490C.
The still hot resin was divided into two aliquots. One part was passed through a Blaw Knox flocculator where it was cooled and flaked. On the other hand, 4'furan (2) -carboxylic acid, based on the weight of the resin, was added before it was cooled in the same way and converted into flakes.
Both parts were used by themselves to cover sand and mold after the bowl-shaped
Process to manufacture. While the sand was being coated, hexamethylene tetramine and calcium stearate were added to both approaches.
The processes described were carried out in a Hobart mixer. Then the melting point, the flexural strength and the flexural strength in the hot state of the two resin-coated sand samples were determined by the following method.
Melting point:
A metal rod is heated in such a way that one end is hotter than the other. A number of thermometers are inserted into boreholes located the full length of the rod so that the temperature is known at many points along the rod. A strip of resin stripped sand is placed along the surface of the rod. The resin coated sand is allowed exactly 1 minute to adhere to the rod. Then the loose sand is blown off with compressed air of 0.7 kg / cm2. By linear extrapolation of the known temperatures, which are displayed by the two closest thermometers, the temperature is then determined at the point at which the sand is currently adhering to the rod. The experiment is repeated twice.
The melting points given indicate the average value of three measurements.
Flexural strength:
The flexural strength of sand coated with hardened resin is determined with a Dietert flexural strength tester. A filling container is provided with resin-coated sand. From here it gets into a 0.64 cm briquette form. The mold is heated to 2490C: I: 50C. The excess sand is scraped off. The mold is then placed in a powerful test oven set to 2490C and the briquette is cured for exactly 5 minutes. The mold is taken out of the oven and the briquette is removed from it. Let it cool completely. A Dietert Flexural Strength Tester is used to break the briquette. The flexural strength of the briquette is read directly on the device in pounds per square inch.
The flexural strength given is the average of three measurements.
Flexural strength when hot:
A hopper is filled with resin-coated sand. From here the sand is fed into a test form of a Dietert tester to determine the flexural strength in a hot state. The shape is equipped with heating
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away. The test form is set up in such a way that it also serves to transfer the applied stress pressure to the flexural strength tester. The tension pressure, in pounds per square inch, at which the test specimen breaks. is registered.
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Table I shows the results of the tests.
Table I:
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<tb>
<tb> Effect <SEP> of the <SEP> furan <SEP> (2) -carboxylic acid <SEP> on <SEP> the <SEP> properties
<tb> from <SEP> phenolic resin flakes, <SEP> produced <SEP> in <SEP> a <SEP> Hobart mixer
<tb> Examined <SEP> pattern
<tb> 4%
<tb> Furan <SEP> (2) Measured <SEP> property <SEP> Without <SEP> addition <SEP> carboxylic acid
<tb> Melting point, <SEP> C <SEP> 98 <SEP> 88 <SEP>
<tb> flexural strength, <SEP> kg / cm2 <SEP> 17 <SEP> 22
<tb> flexural strength <SEP> hot, <SEP> kg / cm2,
<tb> 30sec <SEP> 2, <SEP> 9 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 60 <SEP> sec <SEP> 7,2 <SEP> 7, <SEP> 6
<tb> 120 <SEP> sec <SEP> 10, <SEP> 5 <SEP> 11, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 170 <SEP> sec <SEP> 12, <SEP> 0 <SEP> 12.2
<tb>
Using a Simpson mixer, 2 batches of resin were made at 1490C,
one with and one without the addition of 4% furan (2) carboxylic acid. Sand was coated with it for transferring it into molding compounds. The molding compounds were examined with regard to their melting points, their flexural strengths and their flexural strengths in the hot state. In addition, the unwinding power was determined in the following way:
Resin-coated sand is placed in a hopper. The lid of the container consists of a 2.54 cm thick and 35.6 x 45.7 cm long aluminum mold. The temperature of the mold is set to 260 ° C ¯ 5 ° C. The container is rotated 1800 so that the form comes to rest on the floor. The container and mold are then in the starting position.
After a measured time in this position, the container is rotated again by 1800. so that the shape forms the surface of the container. The shape is then in the reverse position. After a measured time in reverse position, the lid of the container including the adhering sand is removed. The percentage of sand that has detached from the fitting is determined. After cooling, the weight of the molding is determined.
The results of these tests are reported in Table II.
Table II:
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<tb>
<tb> Effect <SEP> of the <SEP> furan <SEP> (2) -carboxylic acid <SEP> on <SEP> the <SEP> properties
<tb> from <SEP> phenolic resin flakes, <SEP> produced <SEP> in <SEP> a <SEP> Simpson mixer
<tb> Examined <SEP> pattern
<tb> 40/0
<tb> Furan <SEP> (2) Measured <SEP> property <SEP> Without <SEP> addition <SEP> carboxylic acid
<tb> Melting point, <SEP> C <SEP> 98 <SEP> 93
<tb> Flexural strength, <SEP> kg / cm2 <SEP> 23.9 <SEP> 35.2
<tb> flexural strength <SEP> hot, <SEP> kg / cm2,
<tb> 30 <SEP> sec <SEP> 6.5 <SEP> 7.3
<tb> 60 <SEP> sec <SEP> 19, <SEP> 1 <SEP> 16.5
<tb> 120 <SEP> sec <SEP> 23.2 <SEP> 21.5
<tb> 240 <SEP> sec <SEP> 20.9 <SEP> 23.0
<tb>
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Table II (continued):
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<tb>
<tb> Unwinding capacity <SEP> at <SEP> 260 <SEP> C <SEP>
<tb> Examined <SEP> pattern
<tb> Test conditions <SEP> without <SEP> addition <SEP> 4% <SEP> furan <SEP> (2) -carboxylic acid <SEP>
<tb> Starting reverse weight <SEP> of the <SEP> unrolling weight <SEP> of the <SEP> unrolling position <SEP> position <SEP> fitting <SEP> capable <SEP> fitting <SEP>
<tb> sec <SEP> sec <SEP> (g) <SEP> (0/0) <SEP> (g) <SEP> (%) <SEP>
<tb> 60 <SEP> 60 <SEP> 5525 <SEP> 0 <SEP> 5638 <SEP> 0
<tb> 90 <SEP> 90 <SEP> 5610 <SEP> 0 <SEP> 5900 <SEP> 0
<tb> 120 <SEP> 120 <SEP> 4767 <SEP> 48 <SEP> 5667 <SEP> 20
<tb>
As the results show, the addition of furan (2) carboxylic acid to phenolic resins, which are used in the manufacture of molding compositions, leads to improved flexural strength of the molded products,
which are produced from the molding compounds, in the cold state. When furan (2) carboxylic acid is added to the phenolic resins used to make the molding compositions, there is no significant change in flexural strength when hot. Shaped masses which were produced with phenolic resin which contained furan (2) carboxylic acid as an additive showed a significantly reduced roll-off ability compared with the same shaped masses which did not contain furan (2) carboxylic acid as an additive.
At the same time, the presence of furan (2) carboxylic acid in the molded masses caused the molding to take up more sand.
Example 2: Molding compositions made from liquid phenolic resins which have been modified by adding heterocyclic acids
A phenol-formaldehyde resin was prepared using about 0.75 moles of formaldehyde per mole of phenol. The resin was polymerized in aqueous solution with an acid catalyst. Some of the water was evaporated from the mixture. The resin kept its liquid state.
Ethanol was added to the liquid resin mixture to obtain a resin solution. Then hexamethylenetetramine, sand, a synthetic hard wax and the resin solution were mixed and dried into a moldable mass. The moldable mass contained 96.29 parts of sand, 3.19 parts of resin, 0.38 parts of hexamethylenetetramine and 0.14 parts of wax, the amounts being by weight. The moldable mass was processed into molded products. A second moldable mass was produced in the same way, but received an addition of 3.8 parts of furan (2) carboxylic acid per 96.2 parts of resin, these quantities also being based on weight.
The moldable mass was made by coating the sand with the resin in a Simpson mixer. The sand was heated to 1490C and added to the mixer. The mixer was allowed to run until the sand had reached a temperature of 820C. At this point the resin, hexamethylenetetramine and half of the wax were added. The mixer was run with its exhauster for 2 minutes past the point at which remodeling occurred (the sand clumped together). Then the fan was turned off and the remaining wax was added. Mixing was then continued for an additional 2 minutes before the resin coated sand was drained.
The coated sand was examined for its melting point. Shaped masses were produced from the coated sand, which were tested for their flexural strength, their flexural strength in the hot state and the resistance to unwinding. The tests were carried out according to Example 1.
Table III contains the results of the tests.
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<tb>
<tb> Effect <SEP> of <SEP> furan <SEP> (2) -carboxylic acid <SEP> on <SEP> die
<tb> resin properties
<tb> Examined <SEP> pattern
<tb> 4%
<tb> Furan <SEP> (2) Measured <SEP> property <SEP> Without <SEP> addition <SEP> carboxylic acid
<tb> Melting point, <SEP> C <SEP> 102 <SEP> 97
<tb> Flexural strength, <SEP> kg / cm2 <SEP> 32.0 <SEP> 31.6
<tb> Flexural strength <SEP> hot, <SEP> kg / cm2
<tb> 30sec <SEP> 4, <SEP> 2 <SEP> 3.5
<tb> 60 <SEP> sec <SEP> 9, <SEP> 1 <SEP> 7,0
<tb> 120 <SEP> sec <SEP> 14.8 <SEP> 14, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 240 <SEP> sec <SEP> 14, <SEP> 1 <SEP> 16, <SEP> 9
<tb> Unwinding capacity <SEP> at <SEP> 260 C
<tb> Examined <SEP> pattern
<tb> Test conditions <SEP> Without <SEP> addition <SEP> 4% <SEP> Furan <SEP> (2)
-carboxylic acid <SEP>
<tb> Starting <SEP> reverse <SEP> weight <SEP> of the <SEP> unrolling weight <SEP> of the <SEP> unrolling position <SEP> position <SEP> fitting <SEP> capable of <SEP> fitting <SEP > ability
<tb> sec <SEP> sec <SEP> (g) <SEP> (%) <SEP> (g) <SEP> (%)
<tb> 60 <SEP> 60 <SEP> 3942 <SEP> 75 <SEP> 4937 <SEP> 25
<tb> 30 <SEP> 30 <SEP> 4080 <SEP> 5 <SEP> 4027 <SEP> 0
<tb>
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