DD291261A5 - Hydrolyseverfahren fuer ethylsilicatische bindemittel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hydrolyseverfahren fuer ethylsilicatische Bindemittel zur Herstellung von Binderloesungen fuer die Feingiesztechnik. Erfindungsgemaesz erfolgt die Hydrolyse in Gegenwart von 0,1 bis 2,0 Masseanteilen in % Methylchlorsilan, z. B. Methyltrichlorsilan, Dimethyldichlorsilan oder Trimethylchlorsilan. Mit dem erfindungsgemaeszen Hydrolyseverfahren ist es moeglich, die Gesamtaufbereitungszeit der Binderloesung zu verkuerzen und die Effektivitaet der Herstellung von Bindersuspensionen zu erhoehen.{Bindemittel; Binderloesung; keramische Maskenform; Feingiesztechnik; Ethylsilicat; Hydrolyse; Methylchlorsilan}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Hydrolyseverfahren für ethyisilicatische Bindemitte! zur Herstellung von Binderlösungen für die Feingießtechnik, die für Bindersuspensionen für die Produktion keramischer Maskenformen einsetzbar sind.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zur Herstellung keramischer Maskenformen werden ausschmelzbare oder anderweitig entfernbare Modelle in eine Bindersuspension getaucht und anschließend mit feinkörnigem, feuerfestem Material bestreut. Dieser Vorgang wird nach einer Zwischentrocknung mehrfach wiederholt und der gebildete Überzug anschließend ausgehärtet. Die Qualität der keramischen Maskenformen und damit auch die Qualität der damit hergestellten Gußstücke hängt im wesentlichen von der Beschaffenheit der Bindersuspensionen ab. Dabei bestimmt die beim Tauchvorgang gebildete 1. Überzugsschicht im wesentlichen die Oberflächenqualität der Gußstücke, während die nachfolgenden Schichten die Festigkeit und Maßhaltigkeit der keramischen Maskenformen beeinflussen.

Die Bindersuspension setzt sich aus einer Binderlösung, feuerfestem, pulverförmigem Material und ggf. weiteren Zusätzen zusammen. Die Binderlösung enthält neben einem Bindemittel Wasser, organisches Lösungsmittel, Hydrolysekatalysator, Tensid sowie ggf. weitere Zusätze. Als Bindemittel sind organische Silicate und Kieselsole bekannt. Sie werden in der Regel einzeln eingesetzt, jedoch finden sich auch in einer Kombination als sogenannte Hybridbinder Verwendung. Bindersuspensionen, die organische Silicate als Bindemitte; enthalten, werden wegen ihres festen Bindevermögens überwiegend für die Herstellung der höheren Überzugs schichten eingesetzt. Dagegen werden Bindersuspensionen m'.t Kieselsol als Bindemittel wegen ihres günstigen Fließverhaltens und Erzeugung einer elastischer. Überzugsschicht mit glatter innerer Oberfläche der keramischen Maskenformen bevorzugt zur Herstellung der 1. Überzugsschicht verwendet. In der Feingießtechnik bevorzugt ist die Anwendung von Bindemitteln auf Basis organischer Silicate, speziell von Ethylsilicat. Die Höhe des Wasserzusatzes entscheidet über die Eigenschaften dieser Bindemittel. Bindemittel auf Basis organischer Silicate mit einem höheren als zur Hydrolyse erforderlichen Wasseranteil zeichnen sich durch geringe Formstoffkosten und sehr gute Verarbeitungseigenschaften aus.

Zur Beschleunigung des Hydrolysevorganges werden anorganische Säuren, z.B. Salz-, Schwefel- und/oder Phosphorsäure, als Katalysator zugesetzt. Problematisch ist dabei die Beherrschung der Mischungslücke organisches Silicat-Wasser und damit auch die Einhaltung einer konstanten Binderlösungsqualität. Übliche Hydrolyseverfahren gewährleisten nicht durchgängig die sichere und problemlose Herstellung einer hochqualitativen homogenen und klaren Binderlösung.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines Hydrolyseverfahrens für ethyisilicatische Bindemittel, die für die Herstellung von Bindersuspensionen bei der Produktion von keramischen Maskenformen verwendet werden. Schwankungen in der Qualität der Bindersuspension und damit der keramischen Maskenform sollen vermieden und der Formenbruch sowie die Ausschußkennziffern minimiert werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hydrolyseverfahren für ethylsilicatische Bindemittel zu entwickeln, welches im weiteren Verlauf die sichere und problemlose Herstellung einer hochquaiitativen und homogenen Binderlösung ermöglicht. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst H--" _Jlö Hydrolyse der ethylsilicatischen Bindemittel in Gegenwart von 0,1 bis 2,0 Masseanteilen in % Methylchlorsilan durchgeführt wird. Vorzugsweise werden 0,15 bis 0,60 Masseanteile in % Methyltrichlorsilan, 0,20 bis 0,80 Masseanteile in % Dimethyldichlorsilan oder 0,40 bis 1,20 Masseanteile in % . Trimethylchlorsilan zugegeben. Das Molverhältnis Wasser zu Alkoxygruppen der ethylsilicatischen Bindemittel beträgt vorteilhafterweise 0,4 bis 1,4. Die eingesetzten ethylsilicatischen Bindemittel weisen vorzugsweise einen SiO₂-GeHaIt von 29 bis 45 Masseanteilen in % auf. Ethanol wird in üblicher Menge und Qualität eingesetzt. Das erfindungsgemäß hydrolysierte ethylsilicatische Bindemittel wird mit Wasser auf einen SiO₂-GeHaIt im üblichen Bereich von 12 bis 17 Masseanteile in % verdünnt. Das dabei bekanntlich notwendige nachträgliche Ansäuern auf einen End-pH-Wert innerhalb des sauren Stabilitätsbereiches der Kieselsäuren, vorzugsweise pH 2 bis pH3, kann sowohl mittels des erfindungsgemäßen Methylchlorsilanzusatzes als auch durch eine zusätzliche Säurezugabe erfolgen. Zweckmäßigerweise werden der fertigen Binderlösung noch 0,02 bis 0,1 Masseanteile in % Phosphorsäure zugesetzt.

Es wurde gefunden, daß mit dem erfindungsgemäßen Hydrolyseverfahren die Hydrolyse von ethylsilicatischen Bindemitteln bedeutend sicherer und problemloser als bisher durchgeführt werden kann. Beispielsweise verkürzt sich durch den Zusatz der Methylchlorsiiane die Zeitdauer des durch die Mischungslücke ethylsilicatisches Bindemittel-Wasser bedingten heterogenen Hydrolysestadiums gegenüber den bei Säurezusatz üblichen auf 15 bis 70% sowie die Zeit bis zum Erreichen des Temperaturmaximums der Hydrolyselösung auf 35 bis 75%. Damit kann die Gesamtaufbereitungszeit für die Binderlösung ebenfalls deutlich verringert sowie die Effektivität ihrer Herstellung gesteigert werden. Bindersuspensionen, hergestellt aus der erfindungsgemäß hydrolysieren Binderlösung, weisen ein sehr gutes Fließverhalten auf, das ermöglicht das Einbringen eines hohen Feststoffanteils und damit eine erhebliche Reduzierung der Formstoffkosten. Daraus hergestellte keramische Maskenformen besitzen eine hohe Festigkeit, die Grünfestigkeit und die Heißfestigkeit werden um etwa 10% gesteigert und somit die Formherstellungskosten gesenkt.

Ausführungsbelsplel

Die in der Tabelle 1 aufgeführten Binderlösungen werden durch Vermischen der Ausgangskomponenten in der angegebenen Reihenfolge hergestellt. Dabei werden die Bestandteile der Hydrolyselösungen (Position 1 bis 7) mindestens 15min vermischt, bevor die fertige Binderlösung hergestellt wird.

Beispiel 1 bis 15 der Tabelle 1 stellen erfindungsgemäße Binderlösungen dar, Beispiel 16 ist Vergleichsbeispiel. Bei den Binderlösungen gemäß Beispiel 7 bis 15 wurde der MethylchlorsilangehaJt in der Hydrolyselösung bereits so hoch gewählt, daß die erforderliche Acidität der Gesamtbinderlösung (pH 2 bis pH3) ohne zusätzliches Nachsäuern erreicht wird. In der Tabelle 2 sind die Eigenschaften der Binderlösungen sowie der daraus hergestellten Bindersuspensionen und keramischen Maskenformen dargestellt. Dabei wird das erfindungsgemäße Hydrolyseverfahren durch die Zeit bis zum Ende des heterogenen Hydrolysestadiums und die Zeit bis zum Erreichen des Temperaturmaximums charakterisiert sowie die Qualität der hydrolysieren Binderlösung und der Gesamtbinderlösung nach Aussehen und Gelierzeit beurteilt.

Als Füllstoff für die Herstellung der Bindersuspension wurde Quarzmehl, Hauptkornfraktion 0,005 mm bis 0,080mm, verwendet. Aus den Bindersuspensionen wurden plättchenförmige keramische Prüfkörper durch fünffaches Tauchen und Basanden hergestellt und davon die Biegefestigkeit im grünen und gebrannten Zustand nach bekannten Verfahren bestimmt. Als technologischer Viskositätsbereich wurde ein Auslaufzeitbereich von 35 bis 50sec (Fordbecher mit 5 mm Düsendurchmesser) mit einer von Überzug zu Überzug ansteigenden Viskosität gewählt. Den Bindersuspensionen für die höheren Überzüge wurden zusätzlich 1,7 Masseanteile in % Kaolin (bezogen auf die Binderlösung) zugesetzt. Als Bestreumatorialien wurden Quarzsand im Korngrößenbereich 0,1 mm bis 0,4mm für den ersten Überzug und 0.5mm bis 1,0mm für die nachfolgenden Überzüge verwendet. Als Zwischentrockenbedingung wurde ein Kurztrocknungsregime mit SOminütiger Trockenzeit bei 303K und 1,2 ms"¹ durchgeführt. Die erreichten Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 2 enthalten.

Tabelle 1: Zusammensetzung der Blnderlösungen (In Masseanteile In %)

Beispiele 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

1. Ethylsilicat 36,60 36,60 36,60 36,60 36,60 36,60 36,60 36,60 36,60 36,60 36,60 36,60 36,60 36,60 36,60 36,60 mit einem SiO₂-

Gehaltvon^ Masseanteile in % und einen Gehaltan Ethoxygruppen von 72 Masseanteile in %

2. Ethanol 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 8,00 (Wassergehalt

5) Masseanteile in%

3. Methyltri- ),12 0,12 0,24 0,24 0,24 chlorsilan

4. Dimethyldi- 0,16 0,16 0,32 0,32 0,32 chlorsifan

5. Trimethyi- 0,24 0,24 0,48 0,48 0,48 chlorsilan

6. Salzsäure 0,27 (30 Masseanteile in %)

7. Wasser 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00 6,00 12,00 12,00 12,00 4,00 4,00 4,00 6,00

8. Wasser 49,01 48,97 48,89 49,16 49,08 48,92 49,16 49,08 48,92 43,16 43,08 42,92 51,16 51,08 50,92 48,86

9. Methyltri- 0,12 chlorsilan

10. Dimethyldi- · 0,16

chlorsifan

H.Trimethy!- 0,24

chlorsilan

12. Salzsäure 0,27 0,27 0,27 0,27

(30 Masseanteile in %)

Tabelle 2: !Eigenschaften der Binderlösungen und der mit Ihr hergestelten Bindersuspensionen und Keramikformen Beispiele 1 2 3 4 6 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Aussehen der Hy- drolysiertenBin- derlösungd-?}"	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
Aussehen der Ge samtbinderlösung (1-12)11	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	2
Gelierzeit der hy- drolysierten Bin derlösung in d	4	•1	4	4	4	4	2	2	2	2	.2	2	7	7	7	4
Gelierzeit der Ge samtbinderlösung ind21	5	5	5	6	6	5	8	7	6	7	7	6	7	7	7	4
Zeit bis Ende des heterogenen Hy drolysestadiums inmin	2,0	2,5	3,0	2,0	2,5	3,0	0,5	0,5	0,5	1,5.	2,0	2,0	0,5	0,5	0,5	4,5
Zeit bis Tempera- turmaximum bei der Hydrolyse inmin	7,5	7,0	7,5	7,5	7,0	7,5	3,5	4,0	4,0	4,0	4,5	4,5	3,5	3,5	3,5	10

Quarzmehlmenge 227% 228% 229% 230% 231 % 231 % 233% 232% 232% 231 % 230% 231 % 233% 233% 233% 2.33% zum Erreichen einer Auslaufzeit von ca. 35 s (Fordbecher, 5mm)

Grünbiege- 1,95 1,88 2,01 2,06 2,00 1,S8 1,83 2,09 1,78 1,81 1,75 1,70 1,90 1,81 1,78 1,85

festigkeit in MPa

Heißbiegefestig- 1,21 1,16 1,18 1,31 1,33 1,29 1,34 1,28 1,10 1,21 1,18 1,15 1,57 1,31 1,07 -1,19 keit in MPa (gebrannt bei 950"C)

#1} 1- klare Lösung

jj 2 - leicht getrübte Lösung mit geringer Bodensabbildung 2} nach Zugabe von 0,05 Masseanteilen In % H₃PO₄

Claims (2)

1. Hydiolyseverfahren für ethyisilicatische Bindemittel zur Herstellung von Binderlösungen für die Feingießtechnik, dadurch gekennzeichnet, daß die. Hydrolyse in Gegenwart von 0,1 bis 2,0 Masseanteilen in % Methylchlorsilan erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 0,15 bis 0,60 Masseanteile in % Methyltrichlorsilan, 0,20 bis 0,80 Masseanteile in % Dimethylchlorsilan oder 0,40 bis 1,20 Masseanteile in % Trimethylchlorsilan zugesetzt werden.