AT339516B - Bindemittel fur giessereiform- und kernmassen und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft   einBlndemittel für Giessereiform.-und Kernmassen,   sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung. 



   Zum Binden von Form- und Kernmassen werden verschiedene organische und anorganische Bindemittel verwendet. Als organische Stoffe werden am häufigsten Harze und Öle eingesetzt. Die organischen Bindemittel ermöglichen zwar eine   leichteReinigung   der   Gussstücke,   da die organischen Stoffe durch die Hitze des gegossenen Metalls verbrennen ; die organischen Harze und Öle setzen jedoch beim Guss sowie während der Herstellung und Verarbeitung der Gemische gesundheitsschädliche Stoffe frei, die eine Verunreinigung von Abwässern oder ähnliche Schäden verursachen und daher ein Problem des Umweltschutzes darstellen. 



   Von diesem Standpunkt aus ist die Anwendung anorganischer Stoffe als Bindemittel für Formsandmischungen vorteilhafter. Das verbreitetste anorganische Bindemittel ist Wasserglas bzw. Natriumsilikat, das 
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 den durch Durchblasen von Kohlendioxyd gehärtet, oder es werden selbsthärtende Gemische mit Zement-,   Ferrosilizium- oder Schlackenzusätzen   im Gemisch verwendet. Die Nachteile dieser Gemische beruhen auf dem schlechten Zerfallen, der hohen Klebkraft der Mischung sowie der rauhen Oberfläche der Abgüsse. 



   Der Hauptnachteil liegt vor allem im schlechten Zerfallen der Mischungen nach dem Giessen, das auch durch Zusätze verschiedener Stoffe zu den Mischungen nicht verbessert werden kann. üblicherweise werden anorganische Stoffe, wie z. B. Ton oder Bauxit zugegeben. Eine teilweise Verbesserung des Zerfallsverhaltens bringt allerdings den Nachteil geringerer Festigkeit nach dem Aushärten mit sich. 



   Nach der brit.   Patentschrift Nr. 881,   352 wird den Mischungen, die durch Kohlendioxyd gehärtet werden, Ammoniumchlorid,   Oxalsäure,   deren Alkalisalze oder Polystyrol zugegeben. Auch der Zusatz von organischen Stoffen wie Bitumen, Zucker, Stärke, Dextrin, Cellulosederivaten   od. dgl.   zu den Mischungen verbessert ihr Zerfallsverhalten nicht. Diese Zusätze vermindern gewissermassen die Abnutzung der Kerne und ermöglichen dadurch die Herabsetzung des Gehaltes an Alkalisilikaten in der Mischung. 



   Nach der tschechoslowakischen Patentschrift Nr. 147072 wird der Lösung der Alkalisilikate ein Polykieselsäure-Hydrosol zugegeben, das mit einer Lösung von Ammoniak, Hydrazin, Äthanolamin oder Kaliumcarbonat hergestellt wurde. Auch dieses Bindemittel ermöglicht keine wesentliche Verbesserung des Zerfallsverhaltens und ist zudem nur für bestimmte Arten von Kernen, insbesondere für thermisch stark beanspruchte Kerne, anwendbar. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bindemittel sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, das die genannten Nachteile nicht aufweist. 



   Die Aufgabe wird gelöst, indem das erfindungsgemässe Bindemittel eine Mischung aus einer wässerigen Lösung von Alkalisilikaten und 10 bis 40 Gew.-% einer kolloidalen Lösung organischer Stoffe, insbesondere von Stärken, sowie gegebenenfalls 0, 1 bis 10   Gew.-% Celluloseäther   und/oder 1, 0 bis 10   Gew.-%   Polyvinylalkohol enthält. 



   Das Bindemittel enthält vorteilhaft eine Substanz, die Protonen zu bilden vermag,   beispielsweisep-To-     luolsu ! fonsäure   in einer Menge von 0,5 bis 8   Gew.-%.   Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemä- ssen Bindemittels beruht darauf, dass die einzelnen Komponenten des Bindemittels auf eine Temperatur von 60 bis 1000C erhitzt werden. 



   Das erfindungsgemäss herstellbare Bindemittel ist eine lyophile Kolloidlösung, in der die Kolloidteilchen 
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 rung des stabilen Zustandes sehr leicht ausgefällt werden, wodurch eine schnelle Aushärtung des Gemisches erreicht wird. 



   Das Bindemittel kann zur Herstellung von   Giessereiform- und   Kernmischungen verwendet werden. Der Bindemittelgehalt hängt dabei von der Art des verwendeten Füllstoffes, vor allem von der Feinheit, dem Gehalt an Pulverteilchen und der Kornform ab. Die Herstellung der Formmasse kann auf die übliche Art geschehen. 



   Durch Verwendung des erfindungsgemässen Bindemittels können Formsandmischungen hergestellt werden, die auf zwei Arten härtbar sind : durch Selbsthärtung oder durch äussere Einwirkung. Das erfindungsgemässe Bindemittel kann für alle bisherigen Ausführungsweisen beider Verfahren zur Aushärtung verwendet werden, beispielsweise zur Herstellung von Bindemittelmischungen, die an der Luft erhärten, oder von Mischungen, die durch Zusätze von Zement, Ferrosilizium, Schlacke   od. dgl.   ausgehärtet werden. 



   Gemische, die das erfindungsgemässe Bindemittel enthalten, können nach dem üblicherweise verwendeten Verfahren durch Durchblasen von Kohlendioxyd gehärtet werden. 



   Der Hauptvorteil des erfindungsgemässen Bindemittels in den genannten Gemischarten liegt in der sehr guten Zerfallsfähigkeit nach dem Guss. Die Reinigung der Gussstücke ist so leicht wie bei   Ölgemischen   vorzunehmen. Ein weiterer Vorteil des   erfindungsgemässen Bindemittels liegt   in der wesentlichen Erhöhung der   Aushärtungsgeschwindigkeit,   die durch die hohe Reaktivität der   Kolloidlösung   gegeben ist. Die Härtungsgeschwindigkeit ist gegenüber den bisher verwendeten Gemischen, die ein Natriumsilikat enthalten, auf etwa das Doppelte erhöht. 

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   Mit dem erfindungsgemässen Bindemittel hergestellte Gemische kleben nicht auf den   Modellvorrichtungen   und bleiben nicht an den Händen der Arbeiter haften, was einen weiteren Vorteil gegenüber dem bisher verwendeten Natriumsilikat darstellt. 
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 der Aushärtung entspricht der Aushärtung durch Kohlendioxyd, ermöglicht jedoch die Erreichung wesentlich höherer Festigkeiten. Die Festigkeit auf diese Weise hergestellter Gemische kann 5-bis 7mal höher sein als beim Durchblasen mit Kohlendioxyd, wobei die Zerfallsfähigkeit derjenigen von Gemischen entspricht, die mit einem Ölbindemittel hergestellt wurden. 



   Die Erfindung wird im folgenden an Hand von   Herstellungs-und Anwendungsbeispielen   näher erläutert. 



     Beispiel l :   20   Gew.-% Weizenstärke   werden zu 80   Gew.-%   einer wässerigen   Lösung von Natriumsl-     li1 {at   mit einer Dichte von 48 bis 50 Beaume kalt zugegeben. Das Gemisch wird erwärmt und auf 60 bis 100 C gehalten, bis die Stärke in der Natriumsilikatlösung gelöst ist. 



   Das Bindemittel kann beispielsweise zur Herstellung einer selbsthärtenden Mischung mit Zement mit folgender Zusammensetzung verwendet werden : 
Quarzsand   90, 0 Gew.-%  
Bindemittel aus 80% Natrium- silikat und 20% Stärke   5, 5 Gew.-%  
Bentonit 2,7   Gew.-%  
Portlandzement 1,4 Gew.-%
20%igeNatriumhydroxydlösung0,4Gew. -% 
Das Gemisch weist einen niedrigen Feuchtigkeitsgehalt von 2,7% auf ; nach 30 min Einformung beträgt die Druckfestigkeit bereits 15 N/cm2, während sie bei Verwendung von gewöhnlichem Natriumsilikat ledig- 
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 erhebliche Steigerung der Produktivität ermöglicht. 



   Beispiel2 :2Gew.-%Carboxymethylcelluloseund15Gew.-%Weizenstärkewerdenzu83Gew.-%Natriumsilikatlösung kalt zugegeben. Das Gemisch wird erwärmt und auf etwa   600C   gehalten, bis die Carboxymethylcellulose und die Stärke aufgelöst sind. 



   Das Bindemittel kann beispielsweise zur Herstellung eines Bindemittelgemisches mit Bentonit verwendet werden. Eine derartige Mischung hat beispielsweise folgende Zusammensetzung : 
Quarzsand 92 Gew.-%
Bindemittel aus 83% Natriumsilikat   15 % Weizenstärke und   
2% Carboxymethyl- cellulose 5   Gew.-%  
Bentonit   2, 7 Gew.-%   
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 sehr gut. 



     Beispiel 3 :   Zu 70   Gew.-%   Natriumsilikatlösung werden 2 Gew.-% p-Toluolsulfonsäure zugegeben. 



  Nach vollständigem Vermischen werden 28   Gew.-%   Weizenstärke zugegeben und gelöst. 



   Das Bindemittel kann zur Herstellung von Gemischen Verwendet.Werden, die durch äussere Einwirkung gehärtet werden und beispielsweise folgende Zusammensetzung aufweisen : 

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Quarzsand 95,2   Gew.-%  
Bindemittel aus 70% Natriumsilikat,
2% p-Toluolsulfon- säure und
28% Weizenstärke 4,8   Gew.-%.   



   Das Gemisch klebt nicht an den Modellvorrichtungen und bleibt nicht an Händen haften. Das Gemisch kann nach dem Einformen durch Durchblasen von Kohlendioxyd gehärtet werden. Die Druckfestigkeit beträgt 
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 einer Mischung mit gewöhnlichem Natriumsilikat hergestellter Kern beispielsweise auch nach 300 Schlägen unverändert bleibt, lockert sich das mit dem   erfindungsgemässen   Bindemittel hergestellte Gemisch bereits nach etwa 30 Schlägen. Die Zerfallsfähigkeit ist mit der von Ölmischungen vergleichbar. Die Oberfläche der Gussstücke ist zudem ausgesprochen hochwertig. 



   Ein weiterer Vorteil des Gemisches liegt in der Möglichkeit, an Stelle von Kohlendioxyd Luft durchblasen zu können. Die Härtungsgeschwindigkeit bleibt mindestens gleich hoch, die erreichten Festigkeiten sind jedoch mehrfach erhöht und betragen 600 bis 800    N/cm2.   Auch bei diesen hohen Festigkeiten ist die Zerfallsfähigkeit der Kerne noch besser als bei der Aushärtung durch Kohlendioxyd, da bei der Härtung durch Luft keine niedrigschmelzenden Produkte entstehen. 



   PATENTANSPRÜCHE : 
1.   Bindemittel für Giessereiform-und Kernmassen aufBasis von Alkalisilikaten,   dadurch gekennzeichnet, dass es eine Mischung aus einer wässerigen Lösung von Alkalisilidaten und 10 bis 40 Gew.-% einer kolloidalen Lösung organischer Stoffe, insbesondere   von Stärken,   sowie gegebenenfalls 0, 1 bis 
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