CH418533A

CH418533A - Kaltaushärtbare Giessereisandmischung

Info

Publication number: CH418533A
Application number: CH385262A
Authority: CH
Inventors: Wolfgang Dr Simm
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1962-03-30
Filing date: 1962-03-30
Publication date: 1966-08-15
Also published as: US3268466A; NL279711A; CH418638A; NL132481C; NL279710A; DE1190664B

Description


      Kaltaushärtbare        Giessereisandinischung       Für eine Automatisierung und Beschleunigung der  Arbeitsvorgänge in Giessereien und zur besseren     Aus-          nützung    der Produktionseinrichtungen besteht das Be  dürfnis nach     Giessereisandmischungen    mit     kaltaushärt-          barem    Bindemittel.  



  Als     kaltaushärtbare    Bindemittel haben sich bisher  z. B. gewisse selbsttrocknende Öle     eingeführt,    auch  Kunstharze auf     Harnstoffbasis    wurden schon einge  setzt, und in letzter Zeit sind neue     säurehärtbare     Harze auf     Furanbasis    bekanntgeworden.

   Spezifische  Nachteile -     Harnstoffharze    haben eine sehr niedere  Zersetzungstemperatur, Sandmischungen mit trock  nenden ölen härten unter     Luftabschluss        nur        langsam     aus, solche mit     Furanharzen    neigen zum     Kleben,    die  Gasentwicklung beim Abgiessen der Formen ist zu  gross oder zu heftig usw. - lassen den Wunsch nach  einem     kaltaushärtbaren    Bindemittel vielseitiger An  wendung offen.  



  Die vorliegende     Erfindung    hat eine neue     kalt-          aushärtbare        Giessereisandmischung    aus Sand und  Bindemittel zum Gegenstand, die dadurch gekenn  zeichnet ist, dass das Bindemittel mindestens ein auf  der Basis von     Diphenylmethan-    oder     Diphenol-Deri-          vaten    aufgebautes     Äthoxylinharz    und mindestens eine,  mehrere     Aminogruppen    enthaltende, organische Ver  bindung enthält.  



  Sehr gute Ergebnisse erzielt man, wenn die     Äth-          oxylinharze    sich von     para-substituierten        Diphenyl-          methanderivaten,    insbesondere     Bisphenol    A oder Bis  (p-methylaminophenyl)-methan, herleiten, vor allem,  wenn sie ein     Epoxydäquivalent    über 170 besitzen.  



  Unter den     Aminogruppen    enthaltenden organi  schen Verbindungen - den     Härtern    - bewähren sich  Polymere der Gruppierung     >N-CH@CH2-,    deren  endständige     CH2-Gruppen    mit     Aminogruppen    besetzt  sind. Insbesondere mit     N-Aminoäthyl-piperazin    erzielt  man ausgezeichnete Ergebnisse,    überraschenderweise lassen sich mit solchen Harz  Härter-Kombinationen die üblichen     Bindergehalte,     die z.

   B. für einen reinen Quarzsand mit der Sieb- 40       analyse:     
EMI0001.0044     
  
    unter <SEP> 0,1 <SEP> mm <SEP> 1
<tb>  unter <SEP> 0;2 <SEP> mm <SEP> 10
<tb>  unter <SEP> 0,3 <SEP> mm <SEP> 50-55
<tb>  unter <SEP> 0,4 <SEP> mm <SEP> 90
<tb>  unter <SEP> 0,5 <SEP> mm <SEP> 96
<tb>  unter <SEP> 0,6 <SEP> mm <SEP> 98
<tb>  unter <SEP> <B>0,8</B> <SEP> mm <SEP> 100       und der     Oberfläche    nach     Hofmann    (Franz Hofmann,  Giesserei, Heft 3, 11.

   Februar 1960) von 125 bis  135     cm2/g    etwa 2-3 % des Sandgewichtes betragen,  auf unter 2 %, ja     sogar    auf unter 1,5 % reduzieren,  ohne     nennenswerte    Festigkeitseinbusse gegenüber mit  handelsüblichen Bindemitteln hergestellten Sand  mischungen, selbst dann, wenn diese warmgehärtet  werden. Das ist erstaunlich, wenn man berücksichtigt,  dass die beim Aushärten freiwerdende, sonst selbst  beschleunigend wirkende     Wärmemenge    von 98 % und  mehr Füllstoff fast vollständig absorbiert     wird    und so  mit für den     Aushärtevorgang    verloren ist.  



  Soll das     Abbinden    besonders rasch erfolgen, kön  nen zusätzlich polare,     Oxygruppen    tragende orga  nische Verbindungen als Beschleuniger, wie Phenol,  Glycerin,     Kresol,        Vanillin,        Salizylsäure,        Glycol,    auch  in Form von     Polymerisaten    oder Kondensaten, zu  gegen sein. Man erreicht dann schon nach 1-3 Std.

    gute     Gründruckfestigkeiten    in der Grössenordnung  von 10     kg/cm2.    Besonders gut     bewähren    sich hier       Furfurylalkohol    und     Tris    -     (dimethylaminomethyl)-          phenol.     



  Die einzelnen Komponenten des Bindemittels kön  nen entweder gleichzeitig oder mit bestem Erfolg ge  trennt und nacheinander in den Sand eingemischt oder      z. B. Härter und Beschleuniger oder Harz und Be  schleuniger als stabile     Vormischung    angewendet wer  den. Dieses Vorgehen hat den     grossen    Vorteil, dass     für     das Herstellen einer Sandmischung nur noch stabile  Komponenten abgemessen werden müssen und dass  das     übliche,    speziell bei grösseren Mengen unange  nehme     Vormischen    des     Bindemittels        entfällt.     



  Die Proportionen     zwischen    Harz, Härter und Be  schleuniger     können    variiert werden, doch empfiehlt  es sich im Interesse optimaler Ergebnisse, das Äqui  valent der freien     Stickstoffvalenzen    der     Aminogrup-          pen    enthaltenden organischen Verbindung     innerhalb     10     %    auf das     Epoxydäquivalent    des verwendeten  Harzes     abzustimmen.    Vom Beschleuniger sollte       zweckmässigerweise    weniger enthalten sein als vom  Härter.  



  Im Gegensatz zu säurehärtenden     Bindersystemen     lassen sich mit diesen Bindemitteln selbst alkalische  Sande, wie sie z. B. bei der Sandrückgewinnung in  einer Giesserei oft     anfallen,    einwandfrei verarbeiten.  Ebenso können     Zirkon-,        Olivin-,    Kohle-Sande usw.  sehr gut verwendet werden, wobei pro 100     cm2/g     Oberfläche des Sandes (nach     Hofmann)    noch mit  1,5     Gew.%    Bindemittel und weniger ausgezeichnete  Ergebnisse erzielt werden. Ja, selbst mit 1 % und  weniger ergeben sich noch sehr gute Resultate, wie in  den nachfolgenden Beispielen 1, 2 und 4 gezeigt wird.

    Bei einer Sandoberfläche von - 130     cm2/g    sind 1     %          (Beispiel    1) bzw. 1,2 %     (Beispiele    2 und 4) Bindemittel  enthalten. So geringe     Bindermengen    wirken sich  ausserordentlich vorteilhaft aus; Fehler durch zu hohe  oder zu heftige Gasentwicklung gibt es selbst bei kom  plizierten     Gussstücken    nicht mehr, und der     Kernzerfall     ist so gut, dass die Putzkosten erheblich reduziert  werden.  



  Sehr gute     Wirkungen    erzielt man mit Mischungen  aus den Komponenten     Äthoxylinharz,        Aminoäthyl-          piperazin,        Furfurylalkohol    und     Tris-(dimethylamino-          methyl)-phenol        innerhalb    der Grenzen:

    60-80 %     flüssiges        Äthoxylinharz    mit einem     Epoxyd-          äquivalent    von mehr als 180  10-20 %     N-Aminoäthylpiperazin     10-20 %     Furfurylalkohol    und  0-10     %        Tris-(dimethylaminomethyl)-phenol     Die folgenden Beispiele beweisen die vorzüglichen  Eigenschaften der neuen     Giessereisandmischungen:

       <I>Beispiel 1</I>  Die     Giessereisandmischung    besteht aus 240 kg  reinem     Quarzsand    mit der eingangs erwähnten Sieb  analyse, 1,84 kg flüssigem     Bisphenol-A-Epoxyharz     (Äquivalent ungefähr 200), 0,4 kg     Aminoäthyl-          piperazin    und 0,16 kg     Furfurylalkohol.    Bei Raum  temperatur aus diesem     Giessereisand    geformte kreis  zylindrische Probekörper mit einem Durchmesser von  30 mm und einer Höhe von 50     mm    besitzen Druck  festigkeiten von:

    
EMI0002.0057     
  
    nach <SEP> 5 <SEP> Stunden <SEP> 20,2 <SEP> kg/em2
<tb>  nach <SEP> 24 <SEP> Stunden <SEP> 51 <SEP> kg/cm2       Der     Bindemittelgehalt    beträgt total 1 %; Kanten  und Oberflächen der Proben sind glatt und hart.  



  <I>Beispiel 2</I>  Die     Giessereisandmischung    besteht aus 200 kg  Quarzsand mit der eingangs     erwähnten    Siebanalyse,  1,8 kg     Bisphenol-A-Epoxyharz,    0,4 kg     Aminoäthyl=          piperazin,    0,2 kg     Furfurylalkohol    und 0,2 kg      DMP     30 .

   Bei     Raumtemperatur    (etwa 22  C) aus diesem       Giessereisand    geformte kreiszylindrische Probekörper  mit einem Durchmesser von 30     rum    und einer Höhe  von 50 mm besitzen     Druckfestigkeiten    von:  
EMI0002.0070     
  
    nach <SEP> 13/4 <SEP> Stunden <SEP> 12 <SEP> kg/cm2
<tb>  nach <SEP> 2i/4 <SEP> Stunden <SEP> 27,5 <SEP> kg/cm2
<tb>  nach <SEP> 31/4 <SEP> Stunden <SEP> 43 <SEP> kg/cm2
<tb>  nach <SEP> 24 <SEP> Stunden <SEP> 67 <SEP> kg/cm2       Der     Bindemittelgehalt    beträgt total 1,2     %,    Kanten  und Oberflächen der Proben sind glatt und hart.  



  <I>Beispiel 3</I>  Die     Giessereisandmischungbesteht    aus 200 kg Quarz  sand mit der eingangs     erwähnten    Siebanalyse, 2,96 kg  Bis -     (para    -     methylaminophenyl)    -     methin    -     epoxyharz     (Äquivalent ungefähr 200), 1,04 kg     Aminoäthyl-          piperazin.    Bei Raumtemperatur aus diesem Giesserei  sand geformte kreiszylindrische Probekörper mit  einem Durchmesser von 30 mm und einer Höhe von  50     mm    besitzen     Druckfestigkeiten    von:

    
EMI0002.0083     
  
    nach <SEP> 5 <SEP> Stunden <SEP> 56 <SEP> kg/cm2
<tb>  nach <SEP> 70 <SEP> Stunden <SEP> 102 <SEP> kg/cm2       Der     Bindemittelgehalt    beträgt total     2,1'a',    Kanten und  Oberflächen der Proben sind glatt und hart.  



  <I>Beispiel 4</I>  Die     Giessereisandmischung    besteht aus 200 kg  Quarzsand mit der eingangs erwähnten Siebanalyse,  1,85 kg     Bisphenol-A-Epoxyharz    (Äquivalent     ungefähr     200), 0,07 kg Glykol, 0,3 kg Phenol und 0,36 kg       Aminoäthylpiperazin.    Bei Raumtemperatur aus die  sem     Giessereisand    geformte     kreiszylindrische    Probe  körper mit einem Durchmesser von 30     mm    und einer  Höhe von 50 mm besitzen     Druckfestigkeiten    von:

    
EMI0002.0094     
  
    nach <SEP> 3 <SEP> Stunden <SEP> 1,35 <SEP> kg/cm2
<tb>  nach <SEP> 51/2 <SEP> Stunden <SEP> 11,5 <SEP> kg/cm2
<tb>  nach <SEP> 21 <SEP> Stunden <SEP> 47 <SEP> kg/cm2       Der     Bindemittelgehalt    beträgt total 1,2 %, Kanten  und Oberflächen der Proben sind glatt und hart.  



  <I>Beispiel S</I>  Die     Giessereisandmischung    besteht aus 200 kg  Quarzsand mit der eingangs     erwähnten    Siebanalyse,  2,25 kg     Bisphenol-A-Harz    (Äquivalent     ungefähr    200),  0,25 kg     Furfurylalkohol,    0,25 kg     Tris-(dimethyl-          aminomethyl)-phenol        und    0,25 kg     Triäthylentetramin.     Bei Raumtemperatur aus diesem     Giessereisand    ge  formte kreiszylindrische Probekörper mit einem  Durchmesser von 30 mm und einer Höhe von 50 mm  besitzen     Druckfestigkeiten    von:

    
EMI0002.0107     
  
    nach <SEP> 1 <SEP> Stunde <SEP> 55 <SEP> min <SEP> 14,1 <SEP> kg/cm2
<tb>  nach <SEP> 3 <SEP> Stunden <SEP> 50 <SEP> min <SEP> 70;7 <SEP> kg/cm2
<tb>  nach <SEP> 24 <SEP> Stunden <SEP> 91,2 <SEP> kg/cm2         Der     Bindemittelgehalt    beträgt total 1,5 %, Kanten  und Oberflächen der Proben sind glatt und hart.  



  <I>Beispiel 6</I>  Die     Giessereisandmischung    besteht aus 200 kg  Quarzsand mit der eingangs     erwähnten    Siebanalyse,  2,25 kg     Bisphenol-A-Harz    (Äquivalent ungefähr 200),  0,25 kg     Furfurylalkohol,    0,187 kg     Tris-(dimethyl-          aminomethyl)-phenol    und 0,313 kg     Diäthylentriamin.     Bei Raumtemperatur aus diesem     Giessereisand    ge  formte kreiszylindrische Probekörper mit einem  Durchmesser von 30 mm und einer Höhe von 50 mm  besitzen     Druckfestigkeiten    von:

    
EMI0003.0011     
  
    nach <SEP> 2 <SEP> Stunden <SEP> 20 <SEP> min <SEP> 23,4 <SEP> kg/cm2
<tb>  nach <SEP> 24 <SEP> Stunden <SEP> 117 <SEP> kg/cm2       Der     Bindemittelgehalt    beträgt total 1,5 %, Kanten  und Oberflächen der Proben sind glatt und hart.  



  <I>Beispiel 7</I>  Die     Giessereisandmischung    besteht aus 200 kg       Quarzsand    mit der eingangs     erwähnten        Siebanalyse,     2,4 kg     Epoxydharz,        erhältlich    unter der Bezeichnung        Epikote    828 , und 0,6 kg     Aminoäthylpiperazin.     Aus diesem     Giessereisand    geformte kreiszylindrische  Probekörper mit einem Durchmesser von 30 mm und  einer Höhe von 50 mm beginnen bei Erwärmung auf  60  C bereits nach 30 min zu härten und besitzen  nach 4 Std. Ofenbehandlung bei der genannten Tem  peratur eine Druckfestigkeit von 38     kg/cm2.     



  Die mit dem neuen     kalthärtbaren        Giessereisand     hergestellten Formen und Kerne sind praktisch un  begrenzt     lagerfähig.    Sie sind massgetreu, entwickeln  beim Abgiessen wenig Gas und zerfallen dann leicht,  ohne schädliche Rückstände im Sand zu hinterlassen.  



  Neben Quarzsanden können auch andere in der  Giesserei verwendbare Sande verwendet werden, z. B.  auch Schamotte. Ferner lassen sich erfindungsgemässe       Giessereisandmischungen    selbstverständlich auch bei  über Raumtemperatur liegenden Temperaturen aus  härten.

Claims

PATENTANSPRUCH Kaltaushärtbare Giessereisandmischung aus Sand und Bindemittel, dadurch gekennzeichnet; dass das Bindemittel mindestens ein auf der Basis von Diphe- nylmethan- oder Diphenol-Derivaten aufgebautes Äthoxylinharz und mindestens eine, mehrere Amino- gruppen enthaltende, organische Verbindung enthält.

UNTERANSPRÜCHE 1. Kaltaushärtbare Giessereisandmischung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Äthoxylinharz auf der Basis eines para-substituierten Diphenylmethanderivats aufgebaut ist. 2. Kaltaushärtbare Giessereisandmischung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Äthoxylinharz auf der Basis von Bisphenol A oder Bis-(p-Methylaminophenyl)- methan aufgebaut ist.

3. Kaltaushärtbare Giessereisandmischung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Äthoxylinharz ein Epoxydäquivalent von über 170 besitzt.

4. Kaltaushärtbare Giessereisandinischung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Aminogruppen enthaltende organische Verbindung aus einem Polymeren mit Gruppen der Formel >N-CH2-CH2-besteht, wobei endständige CH2- Gruppen mit Aminogruppen besetzt sind.

5. Kaltaushärtbare Giessereisandmischung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Aminogruppen enthaltende organische Verbindung N-Aminoäthyl-piperazin ist. 6. Kaltaushärtbare Giessereisandmischung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mischung zusätzlich noch mindestens eine polare, oxygruppenhaltige organische Verbindung als Be schleuniger enthalten ist.

7. Kaltaushärtbare Giessereisandmischung nach Patentanspruch und Unteranspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass der Beschleuniger Furfurylalkohol oder ein flüssiges Polymerisat dieses Phenols ist. B. Kaltaushärtbare Giessereisandmischung nach Patentanspruch und Unteranspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass der Beschleuniger Tri-dimethyl- aminomethyl)-phenol ist.

9. Kaltaushärtbare Giessereisandmischung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Äquivalent der freien Stickstoffvalenzen der Amino- gruppen enthaltenden organischen Verbindung dem Epoxydäquivalent innerhalb 10 % angepasst ist. 10. Kaltaushärtbare Giessereisandmischung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung einen geringeren Gehalt an Beschleuniger als an der die Aminogruppen enthaltenden organi schen Verbindung aufweist.

11. Kaltaushärtbare Giessereisandmischung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auf 100 cm2 Oberfläche pro Gramm des Sandes weniger als 1,5 %, vorzugsweise weniger als 1 %, des Binde mittels enthalten sind.

12. Kaltaushärtbare Giessereisandmischung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel aus 60-80% eines entsprechenden flüssigen Äthoxylin- harzes mit einem Epoxydäquivalent von mehr als 180 10-20 % N-Aminoäthyl-piperazin 10-20% Furfurylalkohol und 0-10% Tris-(dimethylaminomethyl)-phenol besteht.