CH502860A

CH502860A - Kalthärtendes Bindemittel für Giessereikerne und -formen und dessen Verwendung

Info

Publication number: CH502860A
Application number: CH465168A
Authority: CH
Inventors: Franz Dr Moser
Original assignee: Reichhold Chemie Ag
Priority date: 1968-03-29
Filing date: 1968-03-29
Publication date: 1971-02-15

Description

Kalthärtendes Bindemittel für Giessereikerne und -formen und dessen Verwendung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein kalthärtendes Bindemittel für Giessereikerne und -formen, das ein kalthärtbares Kunstharz enthält.

Für die Herstellung von Formen und Kernen werden in der Giesserei in grossem Umfang kalthärtende auf Basis von Kunstharzen hergestellte Bindemittel verwendet, die bei Anwesenheit eines sauren Härters aushärten. Zu den für diese Zwecke geeigneten kalthärtbaren Kunstharzen gehören beispielsweise solche, die durch Umsetzung von Formaldehyd mit Phenol oder Formaldehyd mit Harnstoff oder Formaldehyd mit Melamin erhalten werden. Diese Formaldehydharze können als solche hergestellt und verwendet werden, es können aber auch Mischungen dieser einzelnen Harze erzeugt werden und Verwendung finden. Ferner sind auch Produkte, die durch gemeinsame Umsetzung von Formaldehyd mit Phenol, Harnstoff und/oder Melamin erhalten werden, verwendbar.

Ausserdem ist es bekannt bei der Herstellung von Formen und Kernen als kalthärtende Bindemittel solche der oben erwähnten Harztypen, die jedoch mit mindestens einer weiteren Komponente modifiziert wurden, einzusetzen. Als modifizierende Komponente kann beispielsweise Furfurylalkohol dienen. Diese Modifikatoren können entweder in den fertigen Harzen als Lösungsmittel und/oder Verdünnungsmittel enthalten sein, oder sie können bereits bei den zu den Harzen führenden Umsetzungen mit zur Reaktion gebracht werden.

Wenn zur Herstellung von Formen und Kernen kalthärtbare Kunstharze als Bindemittel verwendet werden, so bringt dies den bedeutenden Vorteil mit sich, dass nach erfolgter Härtung keine Ofentrocknung erforderlich ist. Jedoch müssen die Bindemittel auch eine ausreichende mechanische Festigkeit der mit ihrer Hilfe hergestellten Formen und Kerne gewährleisten und in dieser Hinsicht entsprechen die bisher verwendeten kalthärtenden Bindemittel der Kunststoffklasse nicht allen Anforderungen. Beispielsweise tritt bei der Verwendung von phenolharzhaltigen Bindemittel häufig ein Kernbruch auf, der dann eine entsprechende Flickarbeit erfordert.

Es ist bekannt zur Herstellung von Kernen sogenannte Kernöle, das sind beispielsweise pflanzliche trocknende Öle, Polymerisate ungesättigter Petroleumfraktionen oder Fischöle als Bindemittel zu verwenden, und ferner Verbesserungen derartiger Bindemittel durch den Zusatz bestimmter Silane zu erwirken. Ferner ist es bekannt Hydrolysate gewisser Silane als selbständige Bindemittel, d. h. ohne Mitverwendung von Kunstharzbindemitteln bei der Herstellung von Gie ssereiformen zu verwenden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein kalthärtendes Bindemittel für Giessereikerne und Giessereiformen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es ein siliciumfreies kalthärtendes Kunstharz und ausserdem ein Silan der allgemeinen Formel
EMI1.1
enthält, worin die Reste R für eine Methyl- oder Äthylgruppe stehen und R' einen organischen Rest bedeutet, der mindestens eine Epoxygruppe aufweist.

Vorzugsweise werden Silane der oben angegebenen Formel verwendet, in denen der Rest R' über eine Kohlenstoff-Siliziumbindung an das Siliziumatom gebunden ist, wobei der Rest R' vorzugsweise nur aus Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen aufgebaut ist. Besonders vorteilhaft sind Silane, in denen der Rest R' frei von C-C-Doppelbindungen ist. Beispielsweise kann dieser Rest eine -COHI-Gruppierung oder eine geradkettige -C3Hs-Gruppierung aufweisen, mit der er an das Siliziumatom gebunden ist. Besonders vorteilhaft sind Silane, in denen der Rest R' mindestens 6 und höchstens 8 Kohlenstoffatome aufweist.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des erfindungsgemässen Bindemittels zur Herstellung von Giessereikernen und -formen die dadurch gekennzeichnet ist, dass man das Bindemittel mit einem Giessereisand und einem sauren Härtungsmittel vermischt, die Mischung formt und die Giessereikerne und/oder -formen erhärten lässt.

Es ist bereits bekanntgeworden, spezielle Silane, die frei von Epoxygruppen sind, als Zusatzstoffe zu verwenden, um eine Verbesserung der Festigkeitseigenschaften von mit Hilfe von kalthärtenden Kunstharzbildern hergestellten Giessereiformen und -kernen zu erzielen. Es wird hiezu auf die deutsche Auslegeschrift Nr. 1 252853 sowie die britische Patentschrift Nummer 876 033 verwiesen. Die in diesen beiden genannten Patentschriften erwähnten Silane sind jedoch nicht nur frei von Epoxygruppen, sondern sie weisen ausserdem zwingend einen Gehalt an freien Hydroxylgruppen und/oder endständigen Aminogruppen auf.

Bei einem Vergleich dieser bekannten Silane mit den in den erfindungsgemässen Bindemitteln enthaltenen Silanen stellte es sich heraus, dass die in den erfindungsgemässen Bindemitteln enthaltenen Silane bedeutend wirksamer zur Verbesserung der Festigkeit der Kerne und Formen, die mit kalthärtenden Kunstharzbindern hergestellt wurden, sind.

Wie bereits erwähnt, werden als tetra-organo-Silane der angegebenen Formel in den erfindungsgemässen Bindemitteln vorzugsweise solche verwendet, in denen der Rest R' mindestens 6 und vorzugsweise höchstens 8 Kohlenstoffatome aufweist. Als besonders vorteilhafte Verbindungen dieser Klasse seien diejenigen Silanderivate genannt, in denen der Rest R' eine Gruppe der Formel
EMI2.1
oder eine Gruppe der Formel
EMI2.2
ist. Insbesondere ist es günstig, wenn ausserdem sämtliche OR-Reste des organo-Silans OCH3-Gruppen sind.

Die erfindungsgemässen Bindemittel enthalten vorzugsweise 0,01 bis 3 Gew.%, insbesondere 0,05 bis 2 Gew.% an Silanen, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels. Bezogen auf die fertig gebundenen Formkörper beträgt dann der Silangehalt beispielsweise 0,0001 bis 0,1 Gew.%, insbesondere 0,0002 bis 0,06 Gewichtsprozent.

Die Erfindung soll nun anhand eines speziellen Beispiels näher erläutert werden.

Beispiel
In 100 kg eines in bekannter Weise aus Phenol und Formaldehyd im molaren Verhältnis 1 : 1,5 durch Umsetzung in alkalischem Medium gewonnenen flüssigen Resols werden 0,25 kg eines Tetraorganosilans der Formel
EMI2.3
(Silan A 187 der Union Carbide) gelöst.

Mit diesem Bindemittel werden aus mittelfeinem reinem Quarzsand Sandkerne hergestellt. Es wurden 2 Gew.% Bindemittel verwendet und es erfolgte ein Zusatz von 20 Gew.%, berechnet auf das Bindemittel, an p-Toluolsulfonsäure (70%ige wässrige Lösung) als Härter. Die Probekerne ergaben mit und ohne Silanzusatz die folgenden Festigkeitswerte:

ohne Silan mit Silan
Biegefestigkeit kg/cm2 nach 6 Stunden 18 28 nach 24 Stunden 27 50
Zugfestigkeit kg/cm2 nach 6 Stunden 8 15 nach 24 Stunden 11 23
Scherfestigkeit kg/cm2 nach 6 Stunden 8,5 > 10 nach 24 Stunden 10,0 > 10 PATENTANSPRUCH I
Kalthärtendes Bindemittel für Giessereikerne und -formen, dadurch gekennzeichnet, dass es ein siliciumfreies kalthärtbares Kunstharz, und ausserdem ein Silan der Formel
EMI2.4
enthält, worin die Reste R für Methyl- oder Äthyl- gruppen stehen und R' einen organischen Rest bedeutet, der mindestens eine Epoxygruppierung aufweist.

UNTERANSPROCHE
1. Bindemittel nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kohlenstoffatom des Restes R' an das Siliziumatom gebunden ist.

2. Bindemittel nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Rest R' nur aus Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen aufgebaut ist.

3. Bindemittel nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Rest R' frei von olefinischen Doppelbindungen und C-C-Dreifachbindungen ist.

4. Bindemittel nach Patentanspruch I oder einem der Unteransprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rest R' mindestens 6 und höchstens 8 Kohlenstoffatome aufweist.

5 Bindemittel nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rest R' die Formel
EMI2.5
aufweist.

**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.

Claims

**WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des erfindungsgemässen Bindemittels zur Herstellung von Giessereikernen und -formen die dadurch gekennzeichnet ist, dass man das Bindemittel mit einem Giessereisand und einem sauren Härtungsmittel vermischt, die Mischung formt und die Giessereikerne und/oder -formen erhärten lässt.

Es ist bereits bekanntgeworden, spezielle Silane, die frei von Epoxygruppen sind, als Zusatzstoffe zu verwenden, um eine Verbesserung der Festigkeitseigenschaften von mit Hilfe von kalthärtenden Kunstharzbildern hergestellten Giessereiformen und -kernen zu erzielen. Es wird hiezu auf die deutsche Auslegeschrift Nr. 1 252853 sowie die britische Patentschrift Nummer 876 033 verwiesen. Die in diesen beiden genannten Patentschriften erwähnten Silane sind jedoch nicht nur frei von Epoxygruppen, sondern sie weisen ausserdem zwingend einen Gehalt an freien Hydroxylgruppen und/oder endständigen Aminogruppen auf.

Bei einem Vergleich dieser bekannten Silane mit den in den erfindungsgemässen Bindemitteln enthaltenen Silanen stellte es sich heraus, dass die in den erfindungsgemässen Bindemitteln enthaltenen Silane bedeutend wirksamer zur Verbesserung der Festigkeit der Kerne und Formen, die mit kalthärtenden Kunstharzbindern hergestellt wurden, sind.

Wie bereits erwähnt, werden als tetra-organo-Silane der angegebenen Formel in den erfindungsgemässen Bindemitteln vorzugsweise solche verwendet, in denen der Rest R' mindestens 6 und vorzugsweise höchstens 8 Kohlenstoffatome aufweist. Als besonders vorteilhafte Verbindungen dieser Klasse seien diejenigen Silanderivate genannt, in denen der Rest R' eine Gruppe der Formel EMI2.1 oder eine Gruppe der Formel EMI2.2 ist. Insbesondere ist es günstig, wenn ausserdem sämtliche OR-Reste des organo-Silans OCH3-Gruppen sind.

Die erfindungsgemässen Bindemittel enthalten vorzugsweise 0,01 bis 3 Gew.%, insbesondere 0,05 bis 2 Gew.% an Silanen, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels. Bezogen auf die fertig gebundenen Formkörper beträgt dann der Silangehalt beispielsweise 0,0001 bis 0,1 Gew.%, insbesondere 0,0002 bis 0,06 Gewichtsprozent.

Die Erfindung soll nun anhand eines speziellen Beispiels näher erläutert werden.

Beispiel In 100 kg eines in bekannter Weise aus Phenol und Formaldehyd im molaren Verhältnis 1 : 1,5 durch Umsetzung in alkalischem Medium gewonnenen flüssigen Resols werden 0,25 kg eines Tetraorganosilans der Formel EMI2.3 (Silan A 187 der Union Carbide) gelöst.

Mit diesem Bindemittel werden aus mittelfeinem reinem Quarzsand Sandkerne hergestellt. Es wurden 2 Gew.% Bindemittel verwendet und es erfolgte ein Zusatz von 20 Gew.%, berechnet auf das Bindemittel, an p-Toluolsulfonsäure (70%ige wässrige Lösung) als Härter. Die Probekerne ergaben mit und ohne Silanzusatz die folgenden Festigkeitswerte:

ohne Silan mit Silan Biegefestigkeit kg/cm2 nach 6 Stunden 18 28 nach 24 Stunden 27 50 Zugfestigkeit kg/cm2 nach 6 Stunden 8 15 nach 24 Stunden 11 23 Scherfestigkeit kg/cm2 nach 6 Stunden 8,5 > 10 nach 24 Stunden 10,0 > 10 PATENTANSPRUCH I Kalthärtendes Bindemittel für Giessereikerne und -formen, dadurch gekennzeichnet, dass es ein siliciumfreies kalthärtbares Kunstharz, und ausserdem ein Silan der Formel EMI2.4 enthält, worin die Reste R für Methyl- oder Äthyl- gruppen stehen und R' einen organischen Rest bedeutet, der mindestens eine Epoxygruppierung aufweist.

UNTERANSPROCHE 1. Bindemittel nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kohlenstoffatom des Restes R' an das Siliziumatom gebunden ist.

2. Bindemittel nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Rest R' nur aus Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen aufgebaut ist.

3. Bindemittel nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Rest R' frei von olefinischen Doppelbindungen und C-C-Dreifachbindungen ist.

4. Bindemittel nach Patentanspruch I oder einem der Unteransprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rest R' mindestens 6 und höchstens 8 Kohlenstoffatome aufweist.

5 Bindemittel nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rest R' die Formel EMI2.5 aufweist.

6. Bindemittel nach Patentanspruch I oder einem

der Unteransprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche R-Reste Methylengruppen sind.

7. Bindemittel nach Patentanspruch I oder einem der Unteransprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Gehalt an Silan im Bereich von 0,01 bis 3 Gew.%, vorzugsweise 0,05 bis 2 Gew.%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels aufweist.

8. Bindemittel nach Patentanspruch I oder einem der Unteransprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das kalthärtbare siliciumfreie Kunstharz des Bindemittels ein Kondensationsprodukt aus Formaldehyd und Phenol und/oder Harnstoff und/oder Melamin ist, oder eine Mischung derartiger Harze darstellt.

9. Bindemittel nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das siliciumfreie kalthärtbare Kunstharz wesentliche Anteile eines Phenolformaldehydharzes enthält oder aus einem Phenolformaldehydharz besteht.

10. Kalthärtendes Bindemittel nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Formaldehydharz ein modifiziertes Formaldehydharz, vorzugsweise ein mit Furfurylalkohol modifiziertes Formaldehydharz, ist.

PATENTANSPRUCH II Verwendung des Bindemittels nach Patentanspruch I zur Herstellung von Giessereikernen und -formen, dadurch gekennzeichnet, dass man das Bindemittel mit einem Giessereisand und einem sauren Härtungsmittel vermischt, die Mischung formt und die Giessereikerne und/oder -formen erhärten lässt.

UNTERANSPRUCH 11. Verwendung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass man das silanhaltige Bindemittel in solchen Mengen zusetzt, dass die fertigen Giessereikerne und/oder -formen einen Silangehalt von 0,0001 bis 0,1 Gew.%, insbesondere von 0,0002 bis 0,06 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der fertigen Formen bzw.

Kerne, aufweisen.