CH647965A5

CH647965A5 - Verfahren zum giessen von leichtmetallen.

Info

Publication number: CH647965A5
Application number: CH5394/79A
Authority: CH
Inventors: Robert J Schafer; Young D Kim; John J Gardikes
Original assignee: Ashland Oil Inc
Priority date: 1978-06-14
Filing date: 1979-06-08
Publication date: 1985-02-28
Also published as: GB2024232B; DE2923131A1; NO155997C; DK240879A; SE7905016L; SE446098B; SE446098C; DK170551B1; DE2923131C2; NO155997B; NO791925L; GB2024232A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Giessen von Leichtmetallen unter Verwendung von Giessereiartikeln, die nach dem Giessen zerfallen bzw. zum Zerfall gebracht werden unter Verwendung von Giessereiartikeln, die mit Hilfe von Gemischen von Aminopolyolen und Polyisocyanaten hergestellt und mit einem gasförmigen Katalysator gehärtet werden können. Solche Bindemittel des genannten «no bake» und des «cold box»-Typus, welche ein Aminopolyol enthalten, sind fähig, Sand oder andere Gies-sereizuschlagstoffe zu binden, um Formen oder Kerne für den Metallguss, insbesondere für das Giessen von Aluminium und anderen Leichtmetallen, welche bei verhältnismässig niederen Temperaturen gegossen werden, zu bilden. Die unter Verwendung dieser Bindemittel hergestellten Kerne und Formen weisen wesentlich verbesserten Zerfall oder

Ausschüttbarkeit auf, wenn sie bei niederen Giessereitempe-raturen verwendet werden.

«Cold box»-Urethanbindemittel für die Verwendung zum Binden von Zuschlagstoffen, welche als Giessereikerne und -formen nützlich sind, sind bereits bekannt. Das US-Patent 3 409 579 beschreibt ein Beispiel eines solchen «cold box»-Bindemittels und dessen Verwendung zur Herstellung von Kernen und Formen für die Giesserei.

Ein «cold box»-Bindemittelsystem für die Giesserei, welches ein Aminopolyol als Komponente des Bindemittels enthält, stellt an sich einen Fortschritt auf dem Gebiete der Giessereibindemittel dar.

Ferner wurden «no bake»-Urethanbindemittel für die Verwendung zum Binden von Zuschlagstoffen, welche nützlich sind als Giessereikerne und -formen, ebenfalls beschrieben. Zum Beispiel im US-Patent 3 676 392 ist ein «no bake»-Bindemittel und dessen Verwendung zur Herstellung von Kernen und Formen für die Giesserei beschrieben.

Es bestand schon lange ein Bedarf in der Giessereiindu-strie für ein «no bake»- und ein «cold box»-Bindemittel zur Herstellung von Leichtmetallgüssen, wie z.B. Aluminium-und Magnesiumgüssen. Die bisher bekannten «no bake»-und «cold box»-Bindemittel waren nicht fähig, Kerne und Formen für das Giessen dieser Leichtmetalle zu liefern, welche die erforderlichen Kern- und Formeneigenschaften enthielten. Wenn genügend Bindemittel verwendet wird, um eine befriedigende Festigkeit und Abriebbeständigkeit zu erhalten, zerfallen die Kerne und Formen nicht gut bei den für Leichtmetalle angewandten Giesstemperaturen, d.h. sie ergeben eine schlechte Ausschüttbarkeit. Es bestand daher der Bedarf nach einem Bindemittel, welches einerseits starke, nicht-brüchige Kerne und Formen ergibt und andererseits bei den für Aluminium und Magnesium angewandten Giesstemperaturen gut zerfallen, um eine leichte Entfernung zu ermöglichen.

Das erfindungsgemässe Verfahren zum Giessen von Leichtmetallen ist in Patentanspruch 1 definiert.

Einen wichtigen Fortschritt bildet die Verwendung von Urethan- «no bake»- und «cold box»-Bindemitteln um Kerne und Formen zu erzeugen, welche Festigkeit und Nicht-brüchigkeit aufweisen, jedoch bei niederen Gusstemperaturen zerfallen, d.h. unterhalb der Gusstemperaturen von Eisenmetallen. Die erfindungsgemäss verwendeten Kerne und Formen weisen die Kombination von Festigkeit und leichter Ausschüttelbarkeit bei Giesstemperaturen von Leichtmetallen, wie Aluminium und Magnesium, auf.

Es wurde gefunden, dass ein Urethanbindemittel, welches als Reaktionsprodukt eines polymeren Isocyanates und eines Polyols auf Aminbasis entsteht, verwendet werden kann, um Kerne und Formen herzustellen. Das Bindemittel kann rasch gehärtet werden unter Verwendung eines gasförmigen tertiären Amins als Katalysator. Es wurde gefunden, dass ein Polyol, welches das Reaktionsprodukt einer Aminoverbindung und eines Alkylenoxides ist, mit einem polymeren Isocyanat vereint werden kann, um ein «no bake»- oder ein »cold box»-Bindemittel zu erzeugen, welches nach dem Vermischen mit Sand oder einem anderen geeigneten Giesse-reizuschlagstoff und Härten Kerne und Formen bildet, welche ausgezeichete Eigenschaften aufweisen, nämlich Festigkeit, Abriebfestigkeit und Nichtbrüchigkeit. Diese Eigenschaften sind gekuppelt mit ausgezeichneten Ausschütteleigenschaften, wenn die Produkte beim Giessen von Nichteisenmetallen verwendet werden. Diese Kombination von guten Arbeitseigenschaften und ausgezeichneter Ausschüttelbarkeit sind besonders signifikant und einzigartig, wenn das Bindemittel verwendet wird, um Kerne herzustellen, welche zur Verwendung beim Giessen bei niederen Temperaturen vorgesehen sind. Ein Katalysator kann verwendet wer5

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den, um die Komponenten des Bindemittelsystems zu härten. Geeignete Katalysatoren für das «cold box»-Verfahren sind gasförmige tertiäre Amine oder Amine, welche als Dampf eingeführt werden können. Trimethylamin, Di-methyläthylamin und Triäthylamin bilden die bevorzugten Katalysatoren. Ein Katalysator ist nicht notwendigerweise eine Komponente der «no bake»-Bindemittelsysteme. Geeignete Katalysatoren können jedoch auch im «no bake»-Bindemittel verwendet werden und werden bevorzugt mit gewissen Aminopolyolen, wenn eine rasche Härtung erforderlich ist.

Die Harzzusammensetzungen werden als Zweikomponentenzusammensetzungen oder -systeme verwendet. Die erste Komponente ist das Aminopolyol. Die zweite Komponente ist das Polyisocyanat. Beide Komponenten sind in flüssiger Form und liegen üblicherweise als Lösungen in organischen Lösungsmitteln vor. Im Zeitpunkt der Verwendung, d.h. wenn das Urethanbindemittel gebildet wird, wird die Aminopolyolkomponente und die Polyisocyanatkompo-nente vereint und für die gewünschte Anwendung eingesetzt. In der Giesserei, d.h. bei der Verwendung der Zusammensetzungen als Bindemittel für Kerne und Formen, wird bevorzugt, zuerst die eine Komponente mit einem Giessereizu-schlagstoff, z. B. Sand, zu vermischen. Anschliessend wird die zweite Komponente zugesetzt und nach Erreichung einer gleichmässigen Verteilung des Bindemittels auf dem Zuschlagstoff wird die erhaltene Giessereiformmasse zu der gewünschten Gestalt geformt. Das geformte Produkt kann unmittelbar auf die Seite gestellt werden und härtet unter Bildung eines Kernes oder einer Form bei Zimmertemperatur. Die Zusammensetzungen sind im allgemeinen bis zu einem gewissen Grad autokatalytisch. Das heisst, sobald das Aminopolyol und das Isocyanat vereint sind, ist die Reaktionsfähigkeit des Polyols mit dem Isocyanat derart, dass die Reaktion rasch genug verläuft, um keinen Katalysator zu benötigen. Der Grad an Reaktionsfähigkeit des Aminopolyols und des Polyisocyanates hängt von der Reaktionsfähigkeit des Polyols ab. Das geformte Produkt kann auch zu einem Kern oder einer Form gehärtet werden, indem man es mit einem gasförmigen Katalysator in Berührung bringt.

Trotz der Tatsache, dass die Zusammensetzungen autokatalytisch sind, können flüssige Aminokatalysatoren und metallische Katalysatoren, wie sie in der Urethan-Technolo-gie bekannt sind, in der «no bake»-Ausführungsform verwendet werden. Es ist zu beachten, dass in gewissen Fällen die Verwendung eines Katalysators mit den Aminopolyol-und Polyisocyanat-Komponenten nützlich und bevorzugt ist. Durch Wahl eines entsprechenden Katalysators können die Bedingungen des Kernherstellungsverfahrens, z.B. die Verarbeitungszeit und die Abstreifdauer nach Wunsch ange-passt werden. In der Praxis kann es notwendig sein, einen Katalysator mit gewissen Polyolen zu verwenden, um die gewünschten Produktionsgeschwindigkeiten z u erzielen.

Gasförmige Amine, welche als Katalysatoren in der «cold box»-Technologie bekannt sind, können ebenfalls verwendet werden. Die tatsächliche Härtungsstufe kann durchgeführt werden, indem man ein tertiäres Amin in einem inerten Gasstrom suspendiert und den Gasstrom, welcher das tertiäre Amin enthält, unter genügendem Druck durch die Form hindurchführt, um die geformte Masse zu durchdringen, bis das Harz gehärtet ist. Die erfmdungsgemäss verwendeten, Bindemittelzusammensetzungen erfordern ausserge-wöhnlich kurze Härtungszeiten, um annehmbare Zugfestigkeit zu erreichen, was von grösster wirtschaftlicher Bedeutung ist. Die optimalen Härtungszeiten können experimentell leicht festgestellt werden. Da das tertiäre Amin nur in ka-talytischer Konzentration notwendig ist, um die Härtung zu erzeugen, genügt ein sehr verdünnter Strom im allgemeinen um die Härtung zu erzielen. Überschüssige Konzentrationen des tertiären Amins über der zur Erzeugung der Härtung benötigten Menge sind jedoch für das erzielte gehärtete Produkt in keiner Weise schädlich. Inerte Gasströme, z.B. Luft, Kohlenstoffdioxid oder Stickstoff, mit einem Gehalt von 0,01 bis 20 Volumprozent tertiäres Amin können verwendet werden. Üblicherweise können gasförmige tertiäre Amine entweder als solche oder in verdünnter Form durch die Form geleitet werden. Geeignete tertiäre Amine sind tertiäre Amine, wie Trimethylamin. Normalerweise flüssige tertiäre Amine, wie Triäthylamin, sind jedoch ebenfalls geeignet in flüchtiger Form oder wenn sie in einem gasförmigen Medium suspendiert und dann durch die Form geleitet werden. Obwohl Ammoniak, primäre Amine und sekundäre Amine eine gewisse Wirksamkeit zur Einleitung einer Reaktion bei Zimmertemperatur ausüben, sind sie bedeutend weniger wirksam als die tertiären Amine. Funktionell substituierte Amine, wie Dimethyläthanolamin, sind im Begriff der tertiären Amine eingeschlossen und können ebenfalls als Härtungsmittel verwendet werden. Funktionelle Gruppen, welche die Wirkung des tertiären Amins nicht beeinträchtigen, sind Hydroxylgruppen, Alkoxygruppen, Amino- und Alkyl-aminogruppen, Ketoxygruppen, Thiogruppe und dergleichen.

Die zur Bildung der Urethan-Bindemittelzusammenset-zungen verwendeten Aminopolyole werden üblicherweise als Reaktionsprodukt eines Alkylenoxides und einer Aminover-bindung erzeugt. Wenn der Ausdruck «Aminopolyol» hier verwendet ist, bedeutet er derartige Reaktionsprodukte,

ohne indessen spezifisch auf diese Herstellungsart eingeschränkt zu sein. Ganz allgemein ist jedes Polyol, welches mindestens eine tertiäre Aminogruppe enthält, in der Definition eines «Aminopolyols» eingeschlossen. Die Alkylenoxi-de, welche zur Herstellung der Aminopolyole verwendet werden können, sind vorzugsweise Äthylenoxid und Propy-lenoxid. Es können jedoch auch andere Alkylenoxide verwendet werden. Das Molverhältnis von Alkylenoxid zu Aminoverbindung kann beträchtlich variiert werden. Es wird angenommen, dass der Grad der Alkoxylierung nicht mit der Fähigkeit des resultierenden Aminopolyols als Bindemittel zu wirken, verbunden ist.

Die Aminoverbindungen, welche mit Alkylenoxid unter Bildung der für die Bindemittelzusammensetzungen nützlichen Aminopolyole reagieren, umfassen Ammoniak und Mono- und Polyaminoverbindungen, welche primäre und sekundäre Aminostickstoffe enthalten. Spezifische Beispiele umfassen aliphatische Amine, wie primäre Alkylamine, Äthylendiamin, Diäthylentriamin und Triäthylentetramin, cycloaliphatische Amine, aromatische Amine, wie ortho-, meta- und para-Phenylendiamine, Anilinformaldehydharze und dergleichen. Mischungen der oben genannten Aminopolyole können ebenfalls verwendet werden. Ausserdem kann ein Gemisch von Aminopolyolen mit anderen Polyolen, z. B. Nichtaminpolyolen, eingesetzt werden. Im allgemeinen wird angenommen, dass Aminogruppen enthaltende Verbindungen, welche, wenn sie alkoxyliert werden, ein Polyol mit zwei oder mehr reaktionsfähigen Hydroxylgruppen ergeben, für die Zwecke der vorliegenden Erfindung nützlich sind.

Die Natur der verwendeten Polyolkomponente beein-flusst die Bedingungen des Kernherstellungsverfahrens. In einem «cold box»-Verfahren, d.h. in einem Verfahren, in welchem der mit Harz überzogene Sand durch Begasen mit einem Amin als Katalysator gehärtet wird, ist die «Tisch-Zeit» eine wichtige Eigenschaft des Bindemittels. Die Tischzeit, welche der Verarbeitungszeit in einem «no bake»-System entspricht, ist diejenige Zeitdauer, während welcher der mit Harz überzogene Sand verarbeitet werden kann. Nachdem ein Bindemittel auf dem Zuschlagstoff verteilt ist,

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beginnt das Bindemittel zu reagieren. Nach einer gewissen Zeitdauer ist die Reaktion soweit fortgeschritten, dass der mit Harz überzogene Sand nicht mehr länger verwendet werden kann. Der mit dem Bindemittel überzogene Sand wird dann als «shot» bezeichnet. Nachdem der Sand mit dem Harz überzogen ist wird die Zeitdauer bis zum Moment, wenn das Sandgemisch «shot» ist, als «Tischzeit» in einem «cold box»-System bezeichnet. Es wurde gefunden, dass die Verwendung eines aromatisch inizierten Aminopolyols zu einer unerwarteten Erhöhung der Tischzeit des mit Harz überzogenen Sandes führt. Dieses unerwartete Resultat ist von grossem Wert und wird als wichtig betrachtet.

Wie oben erwähnt wurde gefunden, dass das Vermischen eines Aminopolyols mit einem anderen Polyol, einer Polyhy-droxyverbindung, welche mit dem Polyisocyanat zu reagieren vermag, sich als nützlich erwiesen erwiesen hat. Diese Nützlichkeit zeigt sich insbesondere in den Festigkeiten, welche erzeilt werden, nachdem das Bindemittel dem Einfluss des Katalysators unterworfen wurde. Besonders bevorzugt werden hydroxygruppenhaltige Phenolharze, wie sie in der US-PS 3 485 797 beschrieben sind und in der Giessereiindu-strie als »PEP»-Harze bekannt sind.

Die zweite Komponente der verwendeten Bindemittelzusammensetzung enthält ein aliphatisches, cycloaliphatisches oder aromatisches Polyisocyanat, welches vorzugsweise 2 bis 5 Isocyanatgruppen enthält. Falls erwünscht, können Gemische von Polyisocyanaten verwendet werden. Isocyanatvor-polymere, welche durch Umsetzung von überschüssigem Polyisocyanat mit einem mehrwertigen Alkohol gebildet werden, z.B. ein Vorpolymer von Toluoldiisocyanat und Äthylenglykol, können ebenfalls verwendet werden. Geeignete Polyisocyanate umfassen die aliphatischen Polyisocya-nate, wie Hexamethylendiisocyanat, alicyclische Polyisocyanate, wie 4,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanate, und aromatische Polyisocyanate, wie 2,4- und 2,6-Toluoldiisocyanat, Diphenylmethandiisocyanat und Dimethylderivate davon. Weitere Beispiele geeigneter Polyisocyanate sind 1,5-Naph-thalindiisocyanat, Triphenylmethantriisocyanat, Xylylendi-isocyanat und die Methylderivate davon, Polymethylenpoly-phenylisocyanate und deren Methylderivate, Chlorphenylen-2,4-diisocyanat und dergleichen. Obwohl alle Polyisocyanate mit dem Aminopolyol unter Bildung einer vernetzten Polymerstruktur reagieren, sind die bevorzugten Polyisocyanate aromatische Polyisocyanate und insbesondere Diphenylmethandiisocyanat, Triphenylmethantriisocyanat und Gemische davon.

Das Polyisocyanat wird üblicherweise in etwa stöchiome-trischen Mengen verwendet, d.h. in genügender Konzentration, um die Härtung des Aminopolyols zu bewirken. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, von dieser Menge in gewissen Grenzen abzuweichen und in gewissen Fällen können daraus Vorteile entstehen. Im allgemeinen wird das Polyisocyanat in einer Menge von 10 bis 500 Gewichtsprozent, berechnet auf das Gewicht des Aminopolyols, verwendet. Vorzugsweise werden 20 bis 300 Gewichtsprozent des Polyisocyanates, auf derselben Basis berechnet, angewandt. Das Polyisocyanat wird in flüssiger Form verwendet. Flüssige Polyisocyanate können in unverdünnter Form eingesetzt werden. Feste oder viskose Polyisocyanate werden im allgemeinen in Form von Lösungen in einem organischen Lösungsmittel verwendet, wobei das Lösungsmittel im allgemeinen in einer Menge bis zu 80 Gewichtsprozent der Lösung vorhanden ist.

Obwohl das zusammen mit entweder dem Aminopolyol oder dem Polyisocyanat oder beiden Komponenten verwendete Lösungsmittel in keinerlei nennenswertem Mass an der Reaktion zwischen dem Isocyanat und dem Aminopolyol teilnimmt, kann es die Reaktion beeinträchtigen. So beschränkt der Unterschied in der Polarität zwischen dem Polyisocyanat und dem Aminopolyol die Wahl der Lösungsmittel, in welchen beide Komponenten verträglich sind. Diese Verträglichkeit ist notwendig, um eine vollständige Reaktion und das Härten der Bindemittelzusammensetzungen zu erzielen. Polare Lösungsmittel sowohl protischer wie aproti-scher Art sind gute Lösungsmittel für das Aminopolyol. Es wird daher bevorzugt, Lösungsmittel oder Lösungsmittelkombinationen zu verwenden, welche für das Polyol und für das Polyisocyanat verträglich sind, wenn sie gemischt sind. Zusätzlich zur Verträglichkeit werden die Lösungsmittel für entweder das Polyol oder das Polyisocyanat mit Vorteil derart ausgewählt, dass sie niedere Viskosität, schwachen Geruch, hohen Siedepunkt und Inertheit ergeben. Beispiele solcher Lösungsmittel sind Benzol, Toluol, Xylol, Äthylbenzol und Gemische davon. Bevorzugte aromatische Lösungsmittel sind Lösungsmittel und Lösungsmittelgemische, welche einen hohen Gehalt an aromatischen Verbindungen aufweisen und einen Siedepunkt im Bereich von 137 bis 385 °C besitzt. Die polaren Lösungsmittel sollten nicht ausserordentlich polar sein, so dass sie unverträglich werden, wenn sie zusammen mit den aromatischen Lösungsmitteln verwendet werden. Geeignete polare Lösungsmittel sind im allgemeinen jene, welche in Fachkreisen als «Kupplungslösungsmittel» bezeichnet werden und zum Beispiel Furfural, Cellosolve, Glykoldiacetat, Butyl-Cellosolve-Acetat, Isophoron und dergleichen umfassen. Es ist möglich, gewisse reaktionsfähige Polyole auch als Lösungsmittel zu verwenden. Ausserdem ist zu beachten, dass sich Wasser unter gewissen Bedingungen als geeignetes Lösungsmittel für das Aminopolyol erwiesen hat.

Die Bindemittelkomponenten werden vereint und sodann mit Sand oder einem ähnlichen Giessereizuschlagstoff vermischt, um die Giessereiformmasse zu bilden, oder die Giessereiformmasse kann auch gebildet werden durch aufeinanderfolgende Zumischung der Komponenten zu dem Zuschlagstoff. Verfahren zur Verteilung des Bindemittels auf den Zuschlagstoffpartikeln sind den Fachleuten gut bekannt. Die Giessereiformmasse kann gegebenenfalls auch weitere Bestandteile enthalten, wie z.B. Eisenoxid, gemahlene Schacksfasern, Holzcerealien, Teer, hitzebeständige Mehle und dergleichen. Der Zuschlagstoff, z.B. Sand, wird üblicherweise als Hauptbestandteil verwendet und der Bindemittelanteil stellt einen verhältnismässig kleinen Anteil dar. Obwohl der Sand vorzugsweise als trockener Sand verwendet wird, kann ein gewisser Feuchtigkeitsgrad toleriert werden. Dies trifft insbesondere zu, wenn das verwendete Lösungsmittel mit Wasser nicht mischbar ist oder wenn ein zur Härtung benötigter Überschuss an Polyisocyanat verwendet wird, da ein derartiger Überschuss an Polyisocyanat mit dem Wasser reagiert und Wasser ein nützliches Lösungsmittel für das Aminopolyol darstellt.

Wie bereits erwähnt, wird die ausgezeichnete Ausschüt-telbarkeit oder Zerfallfahigkeit der unter Verwendung der oben beschriebenen Bindemittel hergestellten Kerne und Formen als wesentlich betrachtet. Die erfmdungsgemäss verwendeten Bindemittel zerfallen leicht und ermöglichen dadurch die Trennung des Kernes oder der Form von dem Gussstück. Für das Giessen bei niederen Temperaturen, z.B. bei etwa 980 °C (1800°F) oder darunter, bildete bisher das Ausschütteln eine grosse Schwierigkeit. Üblicherweise werden Nichteisenmetalle, einschliesslich Aluminium und Magnesium, bei solchen Temperaturen gegossen. Die Unfähigkeit des Bindemittels zu zerfallen führt zu grossen Schwierigkeiten bei der Entfernung des Sandes von dem Gussstück. Kerne mit einem niederen Grad an Ausschüttelbarkeit oder Zerfallfähigkeit, d.h. einem niederen Grad an Bindemittelzerfall, erfordern daher mehr Zeit und Energie, um den Sand vom Gussstück zu entfernen. Die Verwendung der oben be4

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schriebenen Bindemittelzusammensetzungen führt in vielen Fällen zu einer 100%igen Ausschüttelbarkeit ohne Anwendung irgend einer äusseren Energie. Die Verbesserung der Ausschüttelbarkeit ist der Gegenwart des Aminopolyols in der Bindemittelzusammensetzung zuzuschreiben. Es ist für 5 den Fachmann klar, dass die Fähigkeit jedes Kernes, ausgeschüttelt zu werden, bis zu einem gewissen Grad von der Menge an verwendetem Bindemittel zur Bindung der Sandpartikel zu einer cohärenten Form abhängt.

Der verwendete Prozentsatz an Bindemittel, bezogen auf 10 das Gewicht des Sandes, hängt von den gewünschten Kerneigenschaften ab, welche für das Bindemittelsystem erfordert werden. Mit steigender Menge an Bindemittel im System steigt die Zugfestigkeit des Kernes oder der Form üblicherweise ebenfalls. Der Bindemittelgehalt kann somit innerhalb 15 vernünftiger Grenzen variiert werden, um die gewünschten Eigenschaften des Kernes oder der Form zu erzielen. Ein bevorzugter Mengenbereich an Bindemittel liegt zwischen 0,7% bis 2,5%, berechnet auf das Gewicht des Zuschlagstoffes. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, nur 0,5% und bis zu 10% Bindemittel zu verwenden und trotzdem Eigenschaften zu erzielen, welche für gewisse Anwendungen von Vorteil sind. Es wurde jedoch festgestellt, dass wenn die Bindemittelmenge erhöht wird, der Grad an Ausschüttelbarkeit bei höheren Bindemittelgehalten abnehmen kann.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand einiger Beispiele näher erläutert, in welchen, sofern nichts anderes vermerkt, alle angeführten Teile Gewichtsteile sind und alle Prozentangaben Gewichtsprozente bedeuten.

Beispiel 1

Ein Aminopolyol wurde hergestellt durch Propoxylieren von 1,0 Mol Äthylendiamin mit 4,2 Mol Propylenoxid. Eine Lösung mit 40% Feststoffen des Aminopolyols wurde hergestellt durch Lösen des Polyols in einem aromatischen Lösungsmittel, welches im Handel unter der Marke «HISOL» 10 erhältlich ist. Diese Lösung wird im folgenden als Teil I bezeichnet. Eine Lösung eines polymeren Isocyana-tes mit einem Feststoffgehalt von 75%, basierend auf «Mon-dur MR», welches im Handel von der Firma Mobay erhältlich ist, wurde hergestellt unter Verwendung eines aromatischen Lösungsmittels, nämlich ebenfalls «HISOL» 10. Die Isocyanatlösung wird im folgenden als Teil II bezeichnet.

«Wedron 5010»-Sand (gewaschener und getrockneter, feinkörniger Siliciumoxidsand, AFSGFN 66) wurde in eine geeignete Mischvorrichtung verbracht. Teil I wurde mit dem Sand vermischt, bis ein gleichmässiger Überzug erzielt war.

Teil II wurde sodann dem überzogenen Sand zugesetzt und damit vermischt, bis ein homogenes Sandgemisch entstanden war. Es wurde eine nahezu stöchiometrische Menge an Polyisocyanat, ein geringer Überschuss, um vollständig mit den Hydroxylgruppen des Polyols zu reagieren, verwendet. 1,5% des gesamten Bindemittels (gleiche Teile von Teil I und Teil II) bezogen auf das Gewicht des Sandes wurden verwendet.

Das Gemisch aus Sand, Polyol und Polyisocyanat wurde in einen Kern-Formkasten verbracht und Standard-Zugbri-quettes, bekannt als «Hundeknochen» hergestellt. Es wurde eine Verarbeitungszeit von 5 Vi Minuten und eine Abstreifzeit von 8 Minuten erzielt. Die Zugfestigkeit nach 2 Stunden bzw. 4 Stunden und 24 Stunden betrug 21 bzw. 26 und 27 kg/cm2 (300, 371 und 387 psi).

Die «Hundeknochen»-Kerne wurden in Untersuchungen der Ausschüttelbarkeit mit Aluminiumgussstücken verwendet. Sieben «Hundeknochen» wurden in eine Form verbracht. Die Form enthielt ein Angusssystem. Die Form war derart konstruiert, dass sie hohle Gussstücke mit einer Wanddicke von etwa 6,35 mm auf allen Seiten ergab. Eine Öffnung an einem Ende des Gussstückes wurde angebracht, um den Kern aus dem Gussstück entfernen zu können. Geschmolzenes Aluminium von etwa 704 °C (1300°F), hergestellt aus Aluminiumbarren, wurde in die Form eingegossen. Nach dem Kühlen während etwa 1 Stunde wurden die Aluminiumgussstücke vom Anlaufsystem abgebrochen und aus der Form entfernt, um die Ausschüttelbarkeit zu untersuchen.

Die Ausschütteltests wurden durchgeführt, indem ein Gussstück in einen Behälter von 3,785 Litern (1 Gallon) eingelegt wurde. Der Behälter wurde auf eine Schüttelvorrichtung gesetzt und während 2 Minuten getrommelt. Das Gewicht des Sandkernes, welcher aus dem Gussstück auf diese Weise entfernt wird, wird mit dem ursprünglichen Gewicht des Sandkernes verglichen und der prozentuale Anteil des ausgeschüttelten Kernmaterials berechnet. Sand, welcher nach dieser Behandlung im Gussstück verbleibt, wird durch Abkratzen entfernt und ebenfalls gewogen. Der Sandkern, welcher mit dem oben beschriebenen Aminopolyol-Polyiso-cyanat-Bindemittel gebunden worden war, zerfiel und lief aus dem Aluminiumgussstück aus, ohne die Schüttelvorrichtung zu verwenden und ohne Anwendung irgend einer äusseren mechanischen Energie. Der ausgeschüttelte Anteil betrug 100%.

Beispiele 2 bis 6

Unter Verwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens wurden «Hundeknochen»-Testkerne hergestellt unter Verwendung der unten aufgezählten Komponenten und beschriebenen Methoden. Die Kerne wurden verwendet, um die Ausschüttelbarkeitsuntersuchungen mit Hilfe eines Alu-miniumgussstückes wie in Beispiel 1 beschrieben durchzuführen.

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Beispiel 2

Beispiel 3

Beispiel 4

Beispiel 5

Beispiel 6

Sand

Aminoverbindung

Alkylenoxid (AO) Molverhältnis AO-Amin Aminopolyol

Polyisocyanat Lösungsmittel für Aminopolyol

Lösungsmittel für Polyisocyanat Katalysator

«Wedron» 5010

Diäthylen-

triamin

Propylenoxid

5,1:1

«Mondur» MR 40%

«HISOL» 10 kein kein

«Wedron» 5010 tetramin

Triäthanol-amin von «UPJOHN»3 «Mondur» MR 10%

«ISOPHORON» kein kein

«Wedron» 5010

Triäthylen-

tetramin

Propylenoxid

6,2:1

«Wedron» 5010 Äthylendiamin Propylenoxid 12:1

«Mondur» MR 60%

«ISOPHORON»

25%

«HISOL» 10 kein

«Mondur» MR 60%

«HISOL» 10 25%

«HISOL» 10 kein

«Wedron» 5010

«QUADROL»b

«Mondur» MR 60%

«HISOL» 10 25%

«HISOL» 10 kein

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Beispiel 2

Beispiel 3

Beispiel 4

Beispiel 5

Beispiel 6

Bearbeitungszeit

5 Min.

2 Min.

0,5 Min.

6 Min.

5 Min.

Abstreifzeit

12 Min

4,5 Min.

1,0 Min.

9 Min.

8 Min.

% Bindemittel

1,5%

40% T.I

50% T.I

60% T.I

50% T.I

60% T.II

40% T.II

50% T.n

50% T.II

Zugfestigkeit in kg/cm2

2 Stunden

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10,71

5,95

25,2

23,73

4 Stunden

8,26

14,70

7,91

25,55

24,50

24 Stunden

11,41

17,30

16,1

26,81

Ausgeschütteltes Kernmaterial

100%

Ì 00%

100%

a «UPJOHN» ist eine Marke für Triäthanolamin, d.h. äthoxylierter Ammoniak, im Handel erhältlich von der Firma Upjohn Corporation. b «QUADROL» ist die Markenbezeichnung für propoxyliertes Äthylendiamin im Molverhältnis 4:1, im Handel erhältlich von BASF Wyan-

dotte.

T. I = Teil I T. II = Teil II

Kerne, welche wie oben beschrieben hergestellt worden waren, zerfielen und das Material lief auf dem Gussstück auf ohne Verwendung einer Schüttelvorrichtung oder Anwendung irgend einer äusseren mechanischen Energie.

Beispiel 7

Ein aromatisches Aminopolyol wurde hergestellt durch Propoxylierung von 1 Mol meta-Phenylendiamin mit 4,2 Mol Propylenoxid. Eine Lösung (40% Feststoffgehalt) des erhaltenen aromatischen Aminopolyols wurde hergestellt durch Auflösen des Polyols in einem aliphatischen Lösungsmittel, nämlich Butyl-Cellosolve. Diese Lösung ist im folgenden als Teil I bezeichnet. Eine Lösung eines Polymer-isocyanates mit 75% Feststoffgehalt, basierend auf «Mondur» MR (im Handel erhältlich von Mobay) wurde hergestellt unter Verwendung eines aromatischen Lösungsmittels, welches im Handel unter der Marke «HISOL» 10 erhältlich ist. Diese Isocyanatlösung wird im folgenden als Teil II bezeichnet. Die verwendete Menge an Polyisocyanat war annähernd die zur vollständigen Reaktion mit der Hydroxylgruppe des Polyols benötigte stöchiometrische Menge.

«Wedron» 5010-Sand (gewaschener und getrockneter feinkörniger Quarzsand AFSGFN 66) wurde in eine Mischvorrichtung verbracht. Teil I wurde mit dem Sand vermischt bis ein gleichmässiger Überzug gebildet war. Teil I enthielt ausserdem einen Urethankatalysator, nämlich Triäthylen-diamin, welcher im Handel unter der Marke «DABCO» erhältlich ist. Dieser Katalysator ist ein bekannter Urethankatalysator. Er wurde in einer Menge von 0,8%, bezogen auf das Gewicht von Teil I verwendet. Teil II wurde sodann zu dem überzogenen Sand zugesetzt und damit vermischt, bis ein homogenes Sandgemisch entstanden war. Es wurden 1,5% Bindemittel (Teil I und Teil II zusammen) bezogen auf das Gewicht des Sandes verwendet.

Das Gemisch aus Sand, Polyol, Katalysator und Polyisocyanat wurde sodann in einen Kernformkasten verbracht und «Hundeknochen» hergestellt. Eine Bearbeitbarkeits-dauer von 70 Minuten und eine Abstreifbarkeitszeit von 110 Minuten wurden erhalten. Die Zugfestigkeit nach 24 Stunden betrug 15,1 kg/cm2.

Die «Hundeknochen»-Kerne wurden verwendet, um die

Ausschüttelbarkeit mit Aluminiumgussstücken zu untersu-25 chen. Sieben «Hundeknochen» wurden in einer Form angeordnet. Die Form enthielt ein Angusssystem. Die Form war derart konstruiert, dass hohle Gussstücke mit einer Metalldicke von 6,25 mm auf allen Seiten gebildet wurden. Eine Öffnung am einen Ende des Gussstückes wurde angebracht 30 zur Entfernung des Kernes aus dem Gussstück. Geschmolzenes Aluminium mit etwa 704 °C, hergestellt aus Aluminiumbarren, wurde in die Form eingegossen. Nach der Kühlung während etwa 1 Stunde wurden die Aluminiumgussstücke vom Anlaufsystem abgebrochen und zur Untersuchung der 35 Ausschüttelbarkeit aus der Form entfernt.

Die Untersuchung der Ausschüttelbarkeit wurde durchgeführt, indem die Gussstücke in einem Behälter von 3,785 Litern verbracht wurde. Der Behälter wurde auf eine Agitationsvorrichtung gestellt und während 2 Minuten getrom-40 melt. Das Gewicht des Sandkernes, welcher aus dem Gussstück auf diese Weise entfernt wurde, wurde mit dem ursprünglichen Gewicht des Sandkernes verglichen und der prozentuale Anteil des ausgeschütteten Materials berechnet. Sand, welcher nach der oben beschriebenen Behandlung in 45 dem Gussstück verblieb, wurde durch Abkratzen entfernt und ebenfalls gewogen. Der Sandkern, welcher mit dem oben beschriebenen Aminopolyol-Polyisocyanat-Katalysa-tor-Bindemittel gebunden worden war, zerfiel und lief aus dem Aluminiumgussstück aus ohne Verwendung der Agita-50 tionsvorrichtung und ohne Anwendung jeder äusseren mechanischen Energie. Der ausgeschüttelte Anteil betrug 100%.

Beispiele 8 bis 11 Unter Verwendung des in Beispiel 7 beschriebenen Ver-55 fahrens wurden «Hundeknochen»-Prüfkerne hergestellt, unter Verwendung der unten beschriebenen Komponenten und Methoden. Die Kerne wurden in Ausschütteltests unter Verwendung von Aluminiumgussstücken wie in Beispiel 7 beschrieben verwendet.

Beispiel 8 Beispiel 9 Beispiel 10 Beispiel 11

Sand «Wedron» 5010 «Wedron» 5010 «Wedron» 5010 «Wedron» 5010

Aminkomponente

Alkylenoxid

Mol-Verhältnis AO : Amin

Aminopolyol «PluracoF 767» «PluracoP 767» «Pluracold 795» «Pluracold 796»

7

647 965

Beispiel 8

Beispiel 9

Beispiel 10

Beispiel 11

Polyisocyanat

«Mondur» MR

Lösungsmittel für Aminopolyol

40% «HISOL» 10

35% Wasser

35% «HISOL» 10

Lösungsmittel für Polyisocyanat

44%e kein

35%e

35 %e

Katalysator (1)

1,4%

kein kein

(1) 1,5%

Bearbeitungszeit

25 Min.

10 Min.

11,5 Min.

7 Min.

Abstreifzeit

31 Min.

16 Min.

10,5 Min.

% Bindemittel

1,5%

1,7%

1,5%

Teil I

50%

60%

50%

Teil II

50%

40%

50%

Zugfestigkeit in kg/cm2

2 Stunden

15,75

7,56

14,21

(3 Std) 22,61

4 Stunden

-

8,96 (3 Std)

14,91

7,7

24 Stunden

25,76

-

22,61

22,4

Ausgeschütteltes Kernmaterial

92%

100%

(1) 50% Phenylpropylpyridin und 50% eines Lithiumsalzes einer Carbonsäure.

c «Pluracol 767» ist eine Markenbezeichnung für ein propoxyliertes aromatisches Aminopolyol, im Handel erhältlich von BASF Wyandotte. d «Pluracol 795» ist eine Markenzeichnung für ein äthoxyliertes aromatisches Aminopolyol, im Handel erhältlich von BASF Wyandotte.

e ein Gemisch von «HISOL» 10 und Kerosin.

Kerne, welche wie oben beschrieben hergestellt worden waren, zerfielen und liefen aus den Gussstücken aus, ohne Verwendung einer Agitationsvorrichtung und ohne Anwendung jeder äusseren mechanischen Energie.

Beispiel 12

Ein aromatisches Aminopolyol wurde hergestellt durch Propoxylierung von 1 Mol ortho-Phenylendiamin mit 4,2 Mol Propylenoxid. Eine Lösung mit 40% Feststoffgehalt des aromatischen Aminopolyols wurde hergestellt durch Auflösen des Polyols in Isophoron. Diese Lösung wird im folgenden als Teil I bezeichnet. Ein polymeres Isocyanat, «Mondur» MR, wird als Teil II bezeichnet. Es wurde eine Menge an Polyisocyanat verwendet, welche annähernd der zur vollständigen Reaktion mit den Hydroxylgruppen des Polyols benötigten stöchiometrischen Menge entsprach.

«Wedron» 5010-Sand (gewaschener und getrockneter feinkörniger Quarzsand, AFSGFN 66) wurde in einer Mischvorrichtung eingefüllt. Teil I wurde mit dem Sand vermischt, bis ein gleichmässiger Überzug erzielt worden war. Im Teil I war ausserdem eine 33%ige Lösung eines Ure-thankatalysators, nämlich Triäthylendiamin, in Dipropy-lenglykol, im Handel erhältlich unter der Markenbezeichnung «DABCO» einverleibt. Dieser Katalysator ist ein bekannter Urethankatalysator. 0,1% des Katalysators, bezogen auf das Gewicht von Teil I wurden verwendet. Teil II wurde sodann zu dem überzogenen Sand zugesetzt und damit vermischt, bis ein homogenes Sandgemisch entstanden war. Es wurden im ganzen 1,5% Bindemittel (55% Teil I und 45% Teil II) bezogen auf das Gewicht des Sandes, verwendet.

Das Gemisch aus Sand, Polyol, Katalysator und Polyisocyanat wurde in einen Kernformkasten verbracht und «Hundeknochen» hergestellt. Eine Bearbeitbarkeit von 9 Minuten und eine Abstreifzeit von 20 Minuten wurde erzielt. Die Zugfestigkeit nach 2 Stunden und 24 Stunden betrug 20,44 kg/cm2 bzw. 21,91 kg/cm2.

Die «Hundeknochen»-Kerne wurden in Ausschütteluntersuchungen mit Aluminiumgussstücken verwendet. Sieben

«Hundeknochen» wurden in einer Form angeordnet. Die Form war mit einem Angusssystem ausgestattet. Die Form war derart konstruiert, dass hohle Gussstücke mit einer Metalldicke von 6,25 mm an allen Seiten entstanden. Am einen Ende des Gussstückes wurde eine Öffnung angebracht zur Entfernung des Kernes aus dem Gussstück. Geschmolzenes Aluminium von etwa 704 °C, hergestellt aus Aluminiumbarren wurde in die Form eingegossen. Nach dem Abkühlen während etwa 1 Stunde wurden die Aluminiumgussstücke von dem Anlaufsystem abgebrochen und aus der Form entfernt zur Untersuchung der Ausschüttelbarkeit.

Die Ausschütteluntersuchungen werden ausgeführt, indem ein Gussstück in einen Behälter von 3,785 liter verbracht wird. Der Behälter wird auf eine Schüttelvorrichtung gestellt und während 2 Minuten getrommelt. Das Gewicht des Sandkernes, welcher auf diese Art aus dem Gussstück entfernt wird, wird mit dem ursprünglichen Gewicht des Sandkernes verglichen und der Prozentsatz der Ausschütte-lung berechnet. Der nach der beschriebenen Behandlung im Gussstück verbliebene Sand wird durch Auskratzen entfernt und ebenfalls gewogen. Der mit dem oben beschriebenen Aminopolyol-Polyisocyanat-Katalysator-Bindemittel gebundene Sand zerfiel und lief aus dem Aluminiumgussstück aus ohne Anwendung der Schüttelvorrichtung und ohne Verwendung jeder äusseren mechanischen Energie. Die Ab-schüttelung betrug 100%.

Beispiele 13 bis 15

Unter Verwendung des in Beispiel 12 beschriebenen Verfahrens wurden «Hundeknochen»-Prüfkerne hergestellt unter Verwendung der unten beschriebenen Komponenten und Methoden. Die Kerne wurden in Ausschüttelungstests unter Verwendung von Aluminiumgussstücken wie in Beispiel 12 beschrieben verwendet.

35

40

45

50

55

Beispiel 13

Beispiel 14

Beispiel 15

Sand

Aminverbindung

«Wedron» 5010

meta-Phenylendi-

amin

«Wedron» 5010 «UCRITHANE103» ein Anilinformaldehydharz von Upjohn

«Wedron» 5010 Anilin

647 965

Beispiel 13

Beispiel 14

Beispiel 15

Alkylenoxid

Propylenoxid

Molverhältnis AO:Amin

4,2:1

2,2:1

Aminopolyol

Polyisocyanat

«Mondur» MR

Lösungsmittel für Aminopolyol

60% Isophoron

60% (X)

Lösungsmittel für Polyisocyanat kein kein kein

Katalysator kein kein

1% «Dabco»

Bearbeitungszeit

45 Min.

70 Min.

Abstreifzeit

78 Min.

101 Min.

140 Min.

% Bindemittel

1,5%

Teil I

55%

73%

61%

Teil II

45%

27%

39%

Zugfestigkeit in kg/cm2

2 Stunden

10,15

1,54

4 Stunden

21,49

9,8

24 Stunden

22,4

9,8

12,6

Ausgeschütteltes Kernmaterial

89%

100%

74%

(X) Ein Gemisch von Butylcellosolve-Acetat (40%) und «Hisol» 10 (20%).

Kerne, welche wie oben beschrieben hergestellt worden waren, zerfielen und liefen aus dem Gussstück unter Anwendung einer Agitationsvorrichtung und unter Verwendung von äusserer mechanischer Energie.

Beispiel 16

Ein Aminopolyol wurde hergestellt durch Propoxylie-rung von 1,0 Mol meta-Phenylendiamin mit 6,0 Mol Propylenoxid. Eine Lösung mit 40% Feststoffgehalt wurde hergestellt durch Auflösen des Polyols in einem Gemisch von 40% Isophoron, 1,6,5% eines aromatischen Lösungsmittels und 3,5% Kerosin. Die Lösung wird im folgenden als Teil I bezeichnet. Eine Lösung eines polymeren Isocyanates mit 75% Feststoffgehalt, basierend auf «Mondur» MR, im Handel erhältlich von Mobay, wurde hergestellt unter Verwendung eines aromatischen Lösungsmittels «HISOL» 10. Die Isocya-natlösung wird im folgenden als Teil II bezeichnet. Die Menge an verwendetem Polyisocyanat entsprach annähernd der zur vollständigen Reaktion mit den Hydroxylgruppen des Polyols benötigten stöchiometrischen Menge.

»Wedron» 5010-Sand (gewaschener und getrockneter feinkörniger Quarzsand, AFSGFN 66) wurde in eine Mischvorrichtung verbracht. Teil I wurde mit dem Sand vermischt, bis eine gleichmässiger Überzeug gebildet war. Teil II wurde zu dem überzogenen Sand zugesetzt und damit vermischt, bis ein homogenes Sandgemisch entstanden war. Im ganzen wurden 1,5% des Bindemittels (gleiche Mengen von Teil I und Teil II) bezogen auf das Gewicht des Sandes verwendet.

Das Gemisch aus Sand, Polyol und Polyisocyanat wurde in eine übliche Kernhöhlung oder einen Kasten zur Herstellung von Standard-Zugfestigkeitsbriketten-Prüfkernen, bekannt als «Hundeknochen» geblasen. Die «Hundeknochen»-Prüfkerne wurden gehärtet, indem die Kerne einem tertiären Aminokatalysator ausgesetzt wurden. Dieser Katalysator, Dimethyläthylamin, wurde in Kohlenstoffdioxid als inertem Trägergas suspendiert. Die Kerne wurden dem Aminkataly-sator während etwa 20 Sekunden (Begasungszeit) ausgesetzt und anschliessend während 10 Minuten in dem Formkasten stehen gelassen, bevor der Kern aus dem Kasten herausgenommen wurde. Die Zugfestigkeit in kg/cm2 betrug 1,75 unmittelbar nach Herausnahme aus dem Kasten, 5,04 nach 1 Stunde und 9,45 nach 24 Stunden.

Die «Hundeknochen»-Kerne wurden in Ausschütteluntersuchungen mit Aluminiumgussstücken verwendet. Sieben 35 «Hundeknochen» wurden in einer Form angeordnet. Die Form war mit einem Angusssystem ausgestattet. Die Form ist vorgesehen zur Bildung von hohlen Gussstücken mit einer Metalldicke von etwa 6,25 mm auf allen Seiten. Am einen Ende des Gussstückes wird eine Öffnung angebracht zur 40 Entfernung des Kernes aus dem Gussstück. Geschmolzenes Aluminium von etwa 704 °C, hergestellt aus Aluminiumbarren, wurde in die Form eingegossen. Nach dem Kühlen während etwa 1 Stunde wurden die Aluminiumgussstücke von dem Angusssystem abgebrochen und aus der Form entfernt 45 zur Untersuchung der Ausschüttelbarkeit. Die Ausschütteluntersuchungen werden durchgeführt, indem ein Gussstück in einem Behälter von 3,785 Litern verbracht wird. Der Behälter wird auf eine Schüttelvorrichtung gestellt und während 2 Minuten getrommelt. Das Gewicht des Sandkernes, so welcher auf diese Weise aus dem Gussstück entfernt wird, wird mit dem ursprünglichen Gewicht des Sandkernes verglichen und die prozentuale Ausschüttelung berechnet. Der nach dieser Behandlung im Gussstück verbliebene Sand wird durch Auskratzen entfernt und ebenfalls gewogen. Der 55 Sandkern, welcher mit dem oben beschriebenen Aminopoly-ol-Polyisocyanat-Bindemittel gebunden worden war, zerfiel und lief aus dem Aluminiumstück aus, ohne Verwendung der Schüttelvorrichtung und ohne Anwendung jeglicher äusserer mechanischer Energie. Die Ausschüttelung betrug 60 100%.

Beispiele 17 bis 21 Unter Verwendung des im Beispiel 16 beschriebenen Verfahrens wurden Pfüfkerne mit den folgenden Komponenten 65 hergestellt und untersucht.

9

647 965

Beispiel 17

Beispiel 18

Beispiel 19

Beispiel 20

Beispiel 21

Sand

«Wedron» 5010

Aminverbindung

Anilin ortho-Phe-

meta-Phe-

«CURITHANE

nylen nylen nylendiamin

103», ein Anilinformaldehydharz von Upjohn

Alkylenoxid

Propylenoxid

Molverhältnis AO : Amin

2:1

4,2:1

8:1

4:1

Aminopolyol

Polyisocyanat

«Mondur» MR

Lösungsmittel für Amino

60% (1)

60% Isophoron

60% (1)

60% Isophoron polyol

Lösungsmittel für Poly kein

25% (2)

25%

25% (2)

kein isocyanat

«MISOL» 10

Katalysator

Trimethyl

Dimethyl-

Trimethylamin

amin

äthylamin suspendiert in C02

Begasungszeit

10 Sek.

20 Sek.

5 Sek.

Standzeit

5 Min.

3 Min.

10 Min.

2 Min.

Zugfestigkeit kg/cm2

beim Verlassen des Kastens

2,1

3,5

0,35

7,35

2,1

1 Stunde

7,0

4,55

7,35

24 Stunden

6,3

5,95

7,91

total Bindemittel

1,5%

Teil I

75%

50%

75%

Teil II

25%

50%

25%

ausgeschütteltes Kernmaterial

100%

(1) Ein Gemisch von Isophoron (40%), aromatischen Lösungsmitteln (16,5%), Kerosin (3,5%).

(2) Ein Gemisch eines aromatischen Lösungsmittels, welches im Handel unter der Bezeichnung «Texaco Solvent» 7545 erhältlich ist (19%) und Kerosin (6%).

Kerne, welche wie oben beschrieben hergestellt wurden, zerfielen und liefen aus dem Gussstück aus, ohne Verwendung einer Schüttelvorrichtung und ohne Anwendung jeder äusseren mechanischen Energie. 40

Beispiel 22

Ein Aminopolyol wurde hergestellt durch Propoxylie-rung von 1,0 Mol Methaphenylendiamin mit 8,0 Mol Propylenoxid. Ein phenolisches Polyol, im Handel erhältlich als 45 «PEP»-Harz wurde dem Aminopolyol zugesetzt, um ein Po-lyolgemisch zu bilden. Das Verhältnis o-Aminopolyol zu Nichtaminopolyol betrug 2:1. Eine Lösung mit 60% Feststoffgehalt des Polyolgemisches wurde hergestellt durch Auflösen des Polyolgemisches in Isophoronlösungsmittel. 50 Diese Lösung wird im folgenden als Teil I bezeichnet. Eine Lösung mit 75% Feststoffgehalt eines polymeren Isocyana-tes auf der Basis von «Mondur» MR, im Handel erhältlich von Mobay, wurde hergestellt unter Verwendung eines Lösungsmittelgemisches, bestehend aus 19% «Texaco 7545», 55 einem aromatischen Lösungsmittel, und 6% Kerosin. Die Isocyanatlösung wird als Teil II bezeichnet. Die Menge an Polyisocyanat entsprach annähernd der zur vollständigen Reaktion mit den Hydroxylgruppen des Polyols erforderlichen stöchiometrischen Menge. 60

«Wedron» 5010-Sand (gewaschener und getrockneter feinkörniger Quarzsand, AFSGN 66) wurde in einer Mischvorrichtung eingefüllt. Teil I wurde mit dem Sand vermischt, bis ein gleichmässiger Überzug entstanden war. Teil II wurde zu dem überzogenen Sand zugesetzt und damit vermischt, 65 bis ein homogenes Sandgemisch entstanden war. Es wurden 1,5% an gesamtem Bindemittel (44% Teil I und 56% Teil II), bezogen auf das Gewicht des Sandes verwendet.

Das Gemisch aus Sand, Polyol und Polyisocyanat wurde in eine übliche Kernhöhlung oder einen Kasten zur Herstellung von «Hundeknochen» geblasen. Die «Hundeknochen»-Prüfkerne wurden gehärtet, indem man sie einem tertiären Amin als Katalysator aussetzte. Der Katalysator, Dimethyl-äthylamin, war in Kohlendioxid, einem inerten Trägergas, suspendiert. Die Kerne wurden dem Katalysator während etwa 5 Sekunden (Begasungszeit) ausgesetzt und in dem Kernkasten während etwa 1 Minute stehen gelassen, bevor sie aus dem Kasten entfernt wurden. Die Zugfestigkeit betrug 4,06 kg/cm2 unmittelbar beim Verlassen des Kastens und 14 kg/cm2 nach 1 Stunde und 14,7 kg/cm2 zur Zeit des Giessens.

Die «Hundeknochen»-Kerne wurden in Ausschütteluntersuchungen mit Aluminiumgussstücken verwendet. Sieben «Hundeknochen» wurden in einer Form angeordnet. Die Form wurde mit einem Anlaufsystem versehen. Die Form war konstruiert zur Herstellung von hohlen Gussstücken mit einer Metalldicke von etwa 6,25 mm auf allen Seiten. Eine Öffnung am einen Ende des Gussstückes wurde angebracht zur Entfernung des Kernes aus dem Gussstück. Geschmolzenes Aluminium von etwa 704 °C, hergestellt aus Aluminiumbarren, wurde in die Form gegossen. Nach dem Kühlen während etwa 1 Stunde wurden die Gussstücke vom Anlaufsystem abgebrochen und aus der Form entnommen zur Untersuchung der Ausschüttler.

Ausschüttlungstests werden durchgeführt, indem ein Gussstück in einen Behälter von 3,785 Liter verbracht wird. Der Behälter wird auf eine Schüttelvorrichtung gestellt und während 2 Minuten geschüttelt. Das Gewicht des auf diese Weise auf dem Gussstück entfernten Sandkernes wird mit dem ursprünglichen Gewicht des Sandkernes verglichen und

647 965

10

die prozentuale Ausschüttelung berechnet. Sand, welcher nach dieser Behandlung im Gussstück verbleibt, wird durch Auskratzen entfernt und ebenfalls gewogen. Der Sandkern, welcher mit dem oben beschriebenen Aminopolyol-Polyiso-cyanat-Bindemittel gebunden worden war, zerfiel und lief auf dem Aluminiumgussstück aus ohne Verwendung der Schüttelvorrichtung und ohne Anwendung irgend einer äusseren mechanischen Energie. Die Ausschüttelung betrug 100%.

Beispiele 23 und 24

Sand

«Wedron» 5010

Aminoverbindung

«Curithan» 103

Alkylenoxid

Propylenoxid

Molverhältnis Alkylenoxid:

-

Amin

Aminopolyol

«Pluracol» 7351

aminfreies Polyol phenolisches Polyol phenolisches Polyol

Verhältnis Aminopolyol:

2:1

aminfreies Polyol

Polyisocyanat

«Mondur» MR

Lösungsmittel für Polyolgemisch

40% Butyl-Cellosolvacetat

Lösungsmittel für Polyisocyanat

25% aromatisches «Solvent 7545»,

5% Kerosin

25% Kerosin

Katalysator

Trimethylamin

Begasungszeit

5 Sek.

Standzeit

1 Min.

Zugfestigkeit in kg/cm2

3,15

3,64

8,89 (1 Std.)

8,75 (1 Std.)

7,7 (4 Std.)

8,89 (beim Giessen)

11,34 (beim Giessen)

totales Bindemittel r/2%

l'/2%

Teill

44%

50%

Teil II

56%

50%

Ausschüttelung

100%

48%

Ein Amin auf der Basis von Polyol von BASF (wahrscheinlich äthoxyliert und aromatisch).

Der Sandkern, welcher mit dem Aminopolyol gebunden worden war, welches durch Propoxylierung von «Curitha-ne 103» einem Anilinformaldehydharz von Upjohn abgeleitet worden war, zerfiel und lief aus dem Aluminiumgussstück aus ohne Verwendung der Agitationsvorrichtung und ohne Anwendung äusserer Energie. Der Sandkern auf der Basis von «Pluracol 735» wurde geschüttet, um den angegebenen Grad an Ausschüttelung zu erhalten.

Beispiel 25

Ein Aminopolyol wurde hergestellt durch Propoxylierung von 1,0 Mol Äthylendiamin mit 8,0 Mol Propylenoxid. Eine Lösung mit 50% Feststoffgehalt des Aminopolyols wurde hergestellt durch Auflösen des Polyols in einem Gemisch von 30% Isophoron, 16,5% aromatisches Lösungsmittel und 3,5% Kerosin. Diese Lösung wird im folgenden als Teil I bezeichnet. Eine Lösung eines polymeren Isocyana-tes mit 75% Feststoffgehalt auf der Basis von «Mondur» MR, im Handel erhältlich von Mobay, wurde unter Verwendung eines aromatischen Lösungsmittels, «Texaco 7545» (19%) und Kerosin (6%) hergestellt. Die Isocya-natlösung wird im folgenden als Teil II bezeichnet. Die Menge an verwendetem Polyisocyanat entsprach annähernd der zur vollständigen Reaktion mit den Hydroxylgruppen des Polyols erforderlichen stöchiometrischen Menge.

«Wedron» 5010-Sand (gewaschener und getrockneter feinkörniger Quarzsand, AFSGFN 66) wurde in eine Mischvorrichtung eingefüllt. Teil I wurde mit dem Sand vermischt bis ein gleichmässiger Überzug entstanden war. Teil II wurde zu dem überzogenen Sand zugesetzt und damit vermischt bis eine homogene Sandmischung entstanden war. Es wurden 1,5% Bindemittel (gleiche Teile von Teil I und Teil II) bezogen auf das Gewicht des Sandes verwendet.

Das Gemisch von Sand, Polyol und Polyisocyanat wurde 40 in eine übliche Kernhöhlung oder einen Kasten zur Herstellung von Standard-Prüfkernen, bekannt als «Hundeknochen» geblasen. Die «Hundeknochen»-Prüfkerne wurden gehärtet, indem sie einem tertiären Amin, nämlich Trimethylamin als Katalysator ausgesetzt wurden. Die Kerne wurden 45 dem Aminkatalysator während etwa 10 Sekunden (Begasungszeit) ausgesetzt und in dem Kernkasten während 5 Minuten stehen gelassen, bevor sie aus dem Kasten entfernt wurden. Die Zugfestigkeit betrug 5,6 kg/cm2 15 Minuten nach der Begasung und 9,45 kg/cm2 nach 24 Stunden, so Die «Hundeknochen»-Kerne wurden in Ausschütteluntersuchungen mit Aluminiumgussstücken verwendet. Sieben «Hundeknochen» wurden in einer Form angeordnet. Die Form war mit einem Angusssystem versehen. Die Form war beschaffen zur Herstellung von hohlen Gussstücken mit ei-55 ner Metalldicke von etwa 6,25 mm auf allen Seiten. Eine Öffnung am einen Ende des Gussstückes wurde angebracht zur Entfernung des Kernes aus dem Gussstück. Geschmolzenes Aluminium von etwa 704 °C, hergestellt aus Aluminiumbarren, wurde in die Form eingegossen. Nach dem Kühlen 60 während etwa 1 Stunde wurden die Aluminiumgussstücke vom Angusssystem abgebrochen und zur Durchführung der Ausschütteluntersuchungen aus der Form entfernt.

Ausschütteluntersuchungen werden durchgeführt, indem ein Gussstück in einem Behälter von 3,785 Liter verbracht 65 wird. Der Behälter wird auf eine Schüttelvorrichtung gestellt und während 2 Minuten geschüttelt. Das Gewicht des auf diese Weise aus dem Gussstück entfernten Sandkernes wird verglichen mit dem ursprünglichen Gewicht des Sandkernes

il

647 965

und die prozentuale Ausschüttelung berechnet. Sand, welcher im Gussstück nach dieser Behandlung verbleibt, wird abgekratzt und ebenfalls gewogen. Der Sandkern, welcher mit dem oben beschriebenen Aminopolyol-Polyisocyanat-Bindemittel gebunden war, zerfiel und lief aus dem Aluminiumgussstück aus, ohne Verwendung der Schüttelvorrichtung und ohne Anwendung jeder äusseren mechanischen Energie. Die Ausschüttelung betrug 100%.

Beispiel 26

Eine Lösung eines phenolischen Polyols, im Handel erhältlich als «PEP»-Harz, mit 58,5% Feststoffgehalt wurde hergestellt durch Auflösen des Polyols «HISOL» 10. Diese Lösung wird im folgenden als Teil I bezeichnet. Eine Lösung eines polymeren Isocyanates mit 75% Feststoffgehalt, auf der Basis von «Mondur» MR, im Handel erhältlich von Mo-bay, wurde unter Verwendung eines Lösungsmittelgemisches hergestellt, welches aus 10% «Texaco 7545», einem aromatischen Lösungsmittel, und 6% Kerosin bestand. Die Isocya-natlösung wird im folgenden als Teil II bezeichnet. Die verwendete Polyisocyanatmenge entsprach annähernd der zur vollständigen Reaktion mit den Hydroxylgruppen des Polyols erforderlichen stöchiometrischen Menge.

«Wedron» 5010-Sand (gewaschener und getrockneter feinkörniger Quarzsand, AFSGEN 66) wurde in eine Mischvorrichtung verbracht. Teil I wurde mit dem Sand vermischt bis ein gleichmässiger Überzug gebildet war. Teil II wurde sodann dem überzogenen Sand zugesetzt und damit vermischt, bis ein homogenes Sandgemisch entstanden war. Die Gesamtmenge des Bindemittels (gleiche Mengen von Teil I und Teil II) betrug 1,8%, bezogen auf das Gewicht des Sandes.

Das Gemisch aus Sand, Polyol und Polyisocyanat wurde in eine übliche Kernhöhle oder einen Formkasten zur Herstellung von Standard-Zugbriketten-Prüfkernen, wie sie als «Hundeknochen» bekannt sind, geblasen. Die «Hundekno-chen»-Prüfkerne wurden gehärtet, indem sie einem tertiären Amin des Katalysators ausgesetzt wurden. Dieser Katalysator, nämlich Dimethyläthylamin, wurde in Kohlenstoffdioxid, einem inerten Trägergas, suspendiert. Die Kerne wurden dem Aminkatalysator während etwa 1 Sekunde (Begasungszeit) ausgesetzt und sodann sofort aus dem Formkasten herausgenommen. Die Zugfestigkeit betrug 12,74 kg/cm2 unmittelbar beim Austritt aus dem Kasten (1 Minute),

15,75 kg/cm2 nach 4 Stunden und 20,79 kg/cm2 nach 20 Stunden.

Die «Hundeknochen»-Kerne wurden in Ausschütteluntersuchungen mit Aluminiumgussstücken verwendet. Sieben «Hundeknochen» wurden in einer Form angeordnet. Die Form war mit einem Angusssystem ausgestattet. Die Form war konstruiert, um hohle Gussstücke mit einer Metalldicke von etwa 6,25 mm auf allen Seiten zu erzeugen. Eine Öffnung wurde an einem Ende des Giessstückes angebracht, um den Kern aus dem Gussstück zu entfernen. Geschmolzenes Aluminium von etwa 704 °C, hergestellt aus Aluminiumbarren wurde in die Form gegossen. Nach dem Kühlen während etwa 1 Stunde wurden die Aluminiumgussstücke von dem Angusssystem abgebrochen und zur Ausschütteluntersuchung aus der Form entfernt.

Die Ausschütteltests werden durchgeführt, indem ein Gussstück in ein Gefass von 3,785 Liter verbracht wird. Das Gefäss wird auf eine Schüttelvorrichtung gestellt und während 2 Minuten geschüttelt. Das Gewicht des auf diese Weise aus dem Gussstück entfernten Sandkernes wird mit dem ursprünglichen Gewicht des Sandkernes verglichen und die prozentuale Ausschüttelung berechnet. Sand, welcher nach dieser Behandlung im Gussstück verbleibt, wird durch Auskratzen entfernt und ebenfalls gewogen. Der Sandkern, welcher mit dem oben beschriebenen Phenolharz-Polyisocya-nat-Bindemittel gebunden war, konnte nach der Schüttelbehandlung nicht herausgeschüttelt werden. Die Ausschüttelung betrug 0%. Ein Vergleich dieses Beispiels mit den vorstehenden Beispielen zeigt die Vorteile in bezug auf das Ausschüttelvermögen bei Verwendung eines Aminopolyols in einem «cold box»-System im Vergleich zu anderen Polyolen, welche in «cold box»-Systemen verwendet werden, wenn das Giessen bei niederen Temperaturen erfolgt.

In der vorliegenden Beschreibung wird unter dem «cold box»-Verfahren dasjenige Verfahren verstanden, in welchem Sand mit dem Polyisocyanat und dem Aminopolyol in eine Form geblasen wird, und die Härtung durch Begasen mit einem dampfförmigen Amin erfolgt. Die Härtung erfolgt sehr rasch. Im «no bake»-Verfahren, wie es ebenfalls in der vorliegenden Beschreibung erwähnt wird, wird das Gemisch von Sand, Polyisocyanat, Polyol und gegebenenfalls Katalysator in die Form eingefüllt, verbleibt eine gewisse Zeit noch verformbar, härtet dann aber nach dieser Zeit sehr rasch.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Claims

647 965

1. Verfahren zum Giessen von Leichtmetallen unter Verwendung von Giessereiartikeln, die nach dem Giessen zerfallen bzw. zum Zerfall gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass man

(a) eine Giessereiformmasse bildet, welche einen Zuschlagstoff, ein Polyisocyanat und ein Aminopolyol enthält, wobei der Zuschlagstoff mindestens 90 Gewichtsprozent der Formmasse ausmacht,

(b) diese Masse zu einem Giessereiartikel formt,

(c) die derart geformte Masse härten lässt,

(d) das Leichtmetall unter Verwendung des geformten, gehärteten Giessereiartikels zu einem Leichtmetallgussstück giesst,

(e) das gegossene Metall erstarren lässt, und

(f) den Giessereiartikel zum Zerfall bringt und ihn vom Leichtmetallgussstück entfernt.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschlagstoff Sand ist und das Leichtmetall vorzugsweise Aluminium ist.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Polyisocyanat 20 bis 300 Gewichtsprozent bezogen auf das Gewicht des Aminopolyols und die Gesamtmenge von Polyisocyanat und Aminopolyol, vorzugsweise 0,7 bis 2,5 Gewichtsprozent, berechnet auf das Gewicht des Zuschlagstoffes, beträgt.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aminopolyol mindestens ein Reaktionsprodukt von Ammoniak oder einem Amin mit einem Al-kylenoxid enthält, z.B. ein Reaktionsprodukt von Propylen-oxid, mit einem der Amine Diäthylentriamin, Triäthylente-tramin, Äthylendiamin oder Gemischen davon.

5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Giessereiformmasse einen Katalysator für die Bildimg von Urethan enthält.

6. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aminopolyol von einem aromatischen oder aliphatischen Amin abgeleitet ist.

7. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aminopolyol von Propylenoxid oder Äthylenoxid abgeleitet ist.

8. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyisocyanat und/oder das Aminopolyol als Lösung in einem organischen Lösungsmittel vorliegt.

9. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aminopolyol in wässeriger Lösung vorliegt.