CH630820A5

CH630820A5 - Catalyseur de durcissement de solutions aqueuses de silicates alcalins.

Info

Publication number: CH630820A5
Application number: CH472178A
Authority: CH
Inventors: Jean-Pierre Blanc; Francois Meiller
Original assignee: Rhone Poulenc Ind
Priority date: 1977-05-02
Filing date: 1978-05-01
Publication date: 1982-07-15
Also published as: US4213785A; JPS53144483A; FR2389409B1; FR2389409A1; ES469309A1; IT7822909A0; BE866620A; NL174037C; IT1096188B; NL7804617A; DE2818828C2; GB1587036A; DE2818828A1

Description

La présente invention concerne un durcisseur de silicate alcalin et son emploi dans l'industrie de la fonderie.

Il est déjà connu, par le brevet américain N° 3137046, de préparer des noyaux et des moules de fonderie par utilisation d'un mélange ternaire comprenant 93 à 98 parties en poids de sable convenable pour l'industrie de la fonderie, 2 à 7 parties en poids d'une solution aqueuse de silicate alcalin et une quantité stœchiométrique par rapport au silicate d'un carbonate d'alcoylène ayant 2 à 7 atomes de carbone dans le radical alcoylène. On obtient ainsi des moules présentant des propriétés mécaniques satisfaisantes.

Il est également connu, par la demande française publiée N° 2264608, d'utiliser des esters dialcoyliques de diacides (formules 1 des tableaux 1 et 2). Ces durcisseurs offrent l'inconvénient de donner des temps de prise trop élevés.

Il a maintenant été trouvé des durcisseurs (ou catalyseurs de durcissement) qui, tout en préservant les bonnes propriétés mécaniques des moules et des noyaux de fonderie, leur assurent simultanément un temps de prise bref et un temps de vie relativement important (le temps de vie étant naturellement inférieur au temps de prise).

Selon la présente invention, il a plus précisément été trouvé des catalyseurs de durcissement de solutions aqueuses de silicates alcalins à base de carbonates d'alcoylène, caractérisés en ce qu'ils contiennent aussi des esters méthyliques d'acides organiques.

Les esters méthyliques d'acides organiques peuvent être des esters méthyliques de monoacides organiques, éventuellement substitués par d'autres radicaux fonctionnels, tels que le lactate de méthyle; ils peuvent être des esters diméthyliques de diacides organiques, tels que les x-,6)-diacides aliphatiques ayant 3 à 10 atomes de carbone, comme par exemple l'acide malonique, l'acide succinique, l'acide glutarique et l'acide adipique.

Les carbonates cycliques d'alcoylène ont un radical alcoylène ayant de préférence 2 à 10 atomes de carbone, les carbonates habituellement utilisés sont le carbonate d'éthylène et le carbonate de propylène.

En général, on emploie 4 à 30 parties en poids d'ester méthylique d'acide organique pour 96 à 70 parties en poids de carbonate d'alcoylène; occasionnellement, on peut diluer ce mélange par un solvant réglant la réactivité avec le silicate alcalin. Comme tels solvants, on peut utiliser des polyols aliphatiques et de préférence des polyalcoylèneglycols tels que le diéthylèneglycol. Ces solvants peuvent être utilisés par exemple à raison de 2 à 20 parties en poids pour

100 parties en poids du durcisseur carbonate d'alcoylène/ester méthylique.

Dans la fabrication des moules et noyaux de fonderie, on utilise en pratique 0,4 à 1,2 partie en poids de durcisseur (le mélange carbonate d'alcoylène + ester méthylique) et de préférence 0,5 à 1 partie en poids, pour 100 parties en poids d'un mélange de 90 à 97 parties de sable pour 10 à 3 parties d'une solution de silicate alcalin.

Des renseignements sur la nature de la solution de silicate alcalin et du sable utilisé sont déjà mentionnés dans la littérature antérieure (par exemple dans le brevet US N° 3137046 et dans la demande française publiée N° 2264608). Pour des raisons pratiques et économiques, on choisira de préférence le silicate de sodium parmi les silicates alcalins.

Les procédés d'obtention d'un moule ou d'un noyau de fonderie à partir d'une composition comprenant du sable, une solution aqueuse de silicate alcalin et un durcisseur, sont déjà connus par exemple par le brevet US N° 3037046 et la demande française publiée N° 2264608 déjà citée. L'emploi des durcisseurs selon la présente invention ne modifie pas sensiblement les modes opératoires antérieurs. En particulier, on peut opérer à la température ambiante qui, selon les saisons et climats, varie généralement entre 0 et 30° C. Le réglage pour obtenir un temps de prise à peu près constant quand la température diminue s'effectue en augmentant la proportion de l'ester méthylique par rapport au carbonate d'alcoylène.

Comme déjà dit, les catalyseurs de durcissement selon la présente invention permettent d'obtenir des temps de prise courts et des temps de vie relativement longs, tout en préservant les propriétés mécaniques des objets obtenus. Les avantages de la présente invention ont été mesurés à l'aide des tests suivants:

Temps de vie

C'est le temps pendant lequel il est possible de stocker le mélange sable 4- silicate + durcisseur avant de l'utiliser à la confection d'un moule ou d'un noyau de fonderie sans qu'il en résulte une diminution des propriétés mécaniques. L'origine des temps est le moment où l'on ajoute le silicate au mélange sable + durcisseur; le temps de vie est le moment à partir duquel le moulage conduit à un objet durci de propriétés mécaniques inférieures à celles obtenues avec utilisation immédiate du mélange des trois constituants.

Temps de prise

L'origine des temps est fixée au moment où l'on ajoute le silicate au prémélange sable + durcisseur. Le mélange sable + durcisseur + silicate est enfermé dans un sac plastique étanche pour le soustraire à l'action du gaz carbonique de l'air. On effectue de 3 min en 3 min une pression avec le doigt pour déterminer le moment où le durcissement est tel qu'il est impossible de modifier la surface du sable aggloméré.

Test de remplissage du moule en deux temps

Dans un premier temps avec le mélange sable + durcisseur + silicate on ne remplit que la moitié du moule en vibrant. Puis on arrête le remplissage en laissant cette première couche pendant 4 min à l'air de l'atelier.

Dans un deuxième temps, après ces 4 min, on achève le remplissage du moule sans vibrer (car une deuxième vibration détruirait la cohésion de la première couche entrée déjà en réaction).

Après la prise (15 à 20 min), en laissant tomber le moule sur un angle, il ne doit pas apparaître une cassure nette au niveau de la séparation des deux parties.

Test de résistance aux tourillons

Le moule est rempli en une seule fois, en noyant sur chaque demi-longueur un tube creux en plastique (55 mm de long et 30 mm de large) à 6 cm de la face supérieure du moule. On fait vibrer ce dernier pendant quelques secondes.

Après la prise (généralement de l'ordre de 15 min), on démoule et on soulève le moule avec un appareil de levage pneumatique à

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

630 820

2 tourillons placés dans chaque tube creux en plastique. Le moule non armé doit pivoter sur son axe sans apparition de fissure au niveau des tubes creux.

Test de résistance à la compression 5

Après la préparation du mélange de moulage (sable + durcisseur + silicate) au mélangeur planétaire Kenwood, on confectionne en 4 min, dans une boîte à noyau, 6 éprouvettes de résistance à la compression. Ces dernières de diamètre 5 cm et hauteur 5 cm,

damées, sont stockées à l'abri de l'air, avant de mesurer leur io résistance à la compression à des intervalles de temps compris entre 10 min et 1 h, à l'appareil de résistance + GF +, type SPDR.

Comme dans les tests précédents, l'origine des temps est fixée au moment de l'introduction du silicate.

Les exemples suivants illustrent l'invention : 15

Exemple 1:

Dans un mélangeur planétaire Kenwood, on introduit, à une température comprise entre 18 et 20° C, les constituants du mélange du moulage dans l'ordre suivant : 20

1 kg de sable Sifraco (référence AFA 53-57)

Par ailleurs, les trois variantes d'exécution de l'exemple satisfont au test de remplissage du moule en deux temps et au test de résistance 40 aux tourillons.

On a pu aussi vérifier que de légères variations de caractéristiques du silicate de sodium employé sont sans incidence sensible sur les résultats. Ainsi, dans le cas présent, la viscosité de la solution 45

aqueuse de silicate de sodium peut être comprise entre 550 et 650 cPo

5 kg de durcisseur avec un premier malaxage de 1 lA min

35 g d'une solution aqueuse de silicate de sodium (avec un deuxième malaxage de 45 s). Cette solution de silicate de sodium a une teneur en eau de 55,2% et un extrait sec de 44,8%. Le rapport pondéral Si02/Na20 est égal à 2,39, sa densité à 20° C est de 1,525 et sa viscosité de 600 cPo à 20° C.

Le durcisseur est un mélange de carbonate de propylène et de lactate de méthyle en différentes proportions pondérales.

Le sable utilisé présente les caractéristiques suivantes: surface spécifique 115 cm2/g; densité apparente 1,5; perte au feu 0,15%. Il contient un minimum de 99,7% de Si02 et un maximum de 0,1 % d'argile avec des traces de carbonate de calcium. Sa répartition granulométrique est:

1 % supérieur à 420 u.

26% compris entre 420 et 300 u.

47% compris entre 300 et 210 \>.

23% compris entre 210 et 150 jj.

3% compris entre 150 et 105 (x

Les résultats des tests de temps de vie, de temps de prise et de résistance à la compression sont rassemblés dans le tableau 1 (mesures effectuées à une température comprise entre 18 et 20° C).

à 20° C, sa densité peut varier entre 1,52 et 1,53 et le rapport pondéral Si02/Na20 osciller entre 2,37 et 2,42.

Exemple 2:

On opère de la même manière qu'à l'exemple 1, mais ici le durcisseur est un mélange ternaire de carbonate de propylène, de malonate diméthylique et de diéthylèneglycol. Les résultats chiffrés des tests sont rassemblés dans le tableau 2.

Composition du durcisseur (en parties en poids)

Temps de vie

Temps de prise

Résistance en compression (en kg/cm2) après

(min)

10 min

15 min

20 min

30 min

40 min

1 h

Carbonate de propylène 85 Malonate diméthylique 7 Diéthylèneglycol 8

4

15

4

9

15

22

27

29

Carbonate de propylène 90 Malonate diméthylique 5 Diéthylèneglycol 5

6

16

3

6

12

19

23

27

Tableau 1

Composition du durcisseur (en parties en poids)

Temps de vie

Temps de prise

Résistance en compression (en kg/cm2) après

(min)

10 min

15 min

20 min

30 min

40 min lh

Carbonate de propylène 85 Lactate de méthyle 15

Carbonate de propylène 87 Lactate de méthyle 17

Carbonate de propylène 90 Lactate de méthyle 10

4

5 7

15 15 17

4 3 1

7 6 5

13 11 10

18 17 14

27 26 24

31 30 29

Tableau 2

Ces formulations satisfont également au test de remplissage du tests ayant été effectués à une température comprise entre 18 et moule en deux temps et au test de résistance aux tourillons (tous ces « 20° C).

Claims

630 820

REVENDICATIONS

1. Catalyseur de durcissement de solutions aqueuses de silicates alcalins à base de carbonate d'alcoylène, caractérisé en ce qu'il contient aussi un ester méthylique d'acide organique.
2. Catalyseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ester méthylique est le lactate de méthyle.
3. Catalyseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ester méthylique est le malonate diméthylique.
4. Catalyseur selon l'une des revendications 1,2 ou 3, caractérisé en ce qu'il est dilué par un solvant réglant sa réactivité avec le silicate alcalin.
5. Catalyseur selon l'une des revendications 1,2, 3 ou 4,

c aractérisé en ce que l'ester méthylique d'acide organique est présent à raison de 4 à 30 parties en poids pour 96 à 70 parties en poids de carbonate d'alcoylène.
6. Utilisation du catalyseur selon l'une des revendications 1,2,3, 4 ou 5 pour la fabrication de moules et de noyaux de fonderie à raison de 0,4 à 1,2 partie en poids pour 100 parties d'un mélange de 90 à 97 parties de sable pour 10 à 3 parties d'une solution de silicate alcalin.