DE1105565B

DE1105565B - Verfahren zur Herstellung von Bindemitteln fuer Giessereikerne und -formen

Info

Publication number: DE1105565B
Application number: DED19598A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Dr Phil Hel Roederer
Original assignee: CPC Maizena GmbH
Current assignee: CPC Maizena GmbH
Priority date: 1955-01-20
Filing date: 1955-01-20
Publication date: 1961-04-27

Description

Verfahren zur Herstellung von Bindemitteln für Gießereikerne und -formen Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Kernbindemitteln mit verbesserten Eigenschaften aus wasserlöslichen Kohlenhydraten.
Es ist bekannt, Stärke, die durch Erhitzen aufgeschlossen ist, oder lösliche Stärke und Dextrin, die durch Erwärmen von Stärke mit verdünnten Säuren erhalten werden, als Bindemittel für Gießereizwecke zu verwenden. Mit derartigen Bindemitteln hergestellte Kerne haben den Nachteil, daß sie nach dem Trocknen nur eine relativ geringe Biegefestigkeit aufweisen.
Es ist weiterhin bekannt, wasserlösliche Kohlenhydrate, wie Dextrose, Maltose, Invertzucker, Melasse und Dextroseabläufe, getrennt oder in Mischung miteinander, gegebenenfalls zusammen mit Kunstharzen, als Kern-oder Formbindemittel zu verwenden. Diese Kohlenhydrate haben gegenüber anderen Kernbindemitteln, die beispielsweise auf Stärke- oder Ölbasis hergestellt sind, verschiedene Vorteile. Die Kerne besitzen nach dem Trocknen eine gute Abriebfestigkeit und Biegefestigkeit. Auch tritt eine Geruchsbelästigung beim Gießen nicht ein, und die Gasentwicklung ist bei vollständiger Verbrennung der Kohlenhydrate nur etwa halb so groß wie bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffee. Für hohe Anforderungen reichen aber die mit diesen Kohlenhydraten erzielbaren Kernfestigkeiten vielfach nicht aus. Ihre Kombination mit Kunstharzen ist kostspielig und umständlich.
Diese Nachteile werden durch die Erfindung überwunden.
Die Erfindung löst die Aufgabe, die Kernbindeeigenschaften von wasserlöslichen oderwasserlöslich gemachten, reduzierend wirkenden Kohlenhydraten, wie Stärkezucker und Dextroseabläufe, wesentlich zu verbessern. Nach der Erfindung erhält man ausgezeichnete Kernbieder, wenn man die Kohlenhydrate vor ihrer Vermischung mit Sand in konzentrierter wäßriger Lösung bei Temperaturen über 100°C mit Mineralsäuren, vorzugsweise Schwefelsäure, so lange behandelt, bis der Gehalt an reduzierenden Zuckern in der wasserfreien Substanz (als d-Glukose berechnet) auf etwa 50 % gesunken ist.
Die Behandlung kann auch unter überatmosphärischem Druck erfolgen. Gegebenenfalls können die Kernbindemittel vor der Verwendung neutralisiert werden. Auch können sie vor der Verwendung mit Wasser verdünnt oder durch Eindampfen konzentriert werden.
Eine besondere Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß man als Rohstoff Stärke oder stärkehaltige Mehle verwendet und die Stärke zunächst in üblicher Weise bei erhöhter Temperatur unter Druck mit geringen Mengen Mineralsäure der Hydrolyse unterwirft, bevor man die Nachbehandlung bis zu einem Gehalt von etwa 50 % an reduzierenden Zuckern durchführt.
Der Rückgang des Gehaltes an reduzierenden Zuckern während der Säurebehandlung beruht hauptsächlich auf der Bildung von Reversionsprodukten vom Typ der Gentiobiose und Isomaltose, die durch intermolekulare Kondensationsvorgänge entstehen. Parallel hierzu werden die höhermolekularen löslichen Kohlenhydrate, wie Saccharose, Maltose und Dextrin, zu Monosacchariden abgebaut, die dann ebenfalls an der Bildung von Reversionsprodukten teilnehmen. Die Verbesserung der Kernbindeeigenschaften der wasserlöslichen Kohlenhydrate wird vermutlich auf Grund der guten Kernbindeeigenschaften der Reversionsprodukte erreicht. Außerdem zersetzt sich ein Teil der niedermolekularen Zucker durch intramolekulare Wasserabspaltung unter Bildung von dunkelgefärbten Produkten. Möglicherweise üben auch diese Produkte einen günstigen Einfiuß auf die Kernbindeeigenschaften aus.
Die erfindungsgemäß hergestellten Kernbindemittel weisen nicht nur verbesserte Kernbindeeigenschaften, sondern gegenüber den nicht behandelten Erzeugnissen auch eine verbesserte Lagerfähigkeit auf. Ein Auskristallisieren von Dextrose bzw. Festwerden von Dextroseabläufen wird durch die Säurebehandlung verhindert.
Im Gegensatz zu der bereits seit langem bekannten Verzuckerung von polymeren Kohlenhydraten, beispielsweise Stärke oder Cellulose, mit Hilfe von Mineralsäuren, wobei ein Abbau zu niedermolekularen Zuckern angestrebt wird, bezweckt die Erfindung-gerade das Gegenteil, nämlich eine Kondensation von niedermolekularenZuckern zu höhermolekularen Kohlenhydraten. Dies kommt auch in den unterschiedlichen Reaktionsbedingungen klar zum Ausdruck. Während die technische Stärkehydrolyse zur Gewinnung von Dextrose bei einer Stärkekonzentration von etwa 18 bis 22 °% durchgeführt wird, liegen die erfindungsgemäß angewendeten -Konzentrationen wesent'm lich höher, nämlich bei etwa 80 °/°. Außerdem wird bei über 100°C liegenden Temperaturen gearbeitet. Unter diesen Bedingungen würde sich Stärke aber niemals in lohnender Ausbeute, sondern nur unter großen Verlusten durch Bildung von Reversionsprodukten in Dextrose überführen lassen. Demgegenüber kommt es bei dem Verfahren der Erfindung gerade darauf an, unter solchen Bedingungen insbesondere hinsichtlich Stärkekonzentration, Säuremenge und Reaktionszeit zu arbeiten, daß der Gehalt an reduzierenden Zuckern unter Bildung von Reversionsprodukten herabgesetzt wird. Beispiel 1 1000 kg 70er-Stärkezucker mit einem Wassergehalt von etwa 18"/" wurden unter Zusatz von wenig Wasser geschmolzen, mit etwa 301 25°/°iger Schwefelsäure gut vermischt und so lange bei 105 bis 110°C zum Sieden erhitzt, bis der Gehalt an reduzierenden Zuckern (auf Trockensubstanz berechnet) auf etwa 5001, zurückgegangen war. Mit einer Mischung aus 3 Teilen des mit Natronlauge neutralisierten Sirups auf 100 Teile Quarzsand wurden Biegefestigkeiten von etwa 60 kg/cmz erzielt, während unter gleichen Bedingungen mit dem Stärkezucker ohne Säurebehandlung nur Biegefestigkeiten von 20 bis 30 kg/cmz erreicht wurden. Beispiel 2 1000 kg Dextroseabläufe (Hydrol) mit einem Wassergehalt von etwa 20 °/° wurden durch Zusatz von 250%iger Schwefelsäure auf etwa pg 2 angesäuert und dann mit 151 25°/°iger Schwefelsäure gut vermischt. Nach mehrstündigem Kochen bei 110°C wurde ein Sirup mit etwa 50 °% reduzierenden Zuckern (auf Trockensubstanz berechnet) erhalten. Bei einem Zusatz von 3 °/° dieses mit Ammoniak neutralisierten Kernbindemittels zu Quarzsand wurden Kerne mit Biegefestigkeiten von über 40 kg/cmz erhalten. Ohne Säurebehandlung betrugen die Biegefestigkeiten mit Dextroseabläufen bei gleichem Sand und sonst gleicher Herstellung der Kerne nur 25 bis 30 kg/cmz. Beispiel 3 200 g Weizenmehl wurden in 400 ml Wasser angeteigt und nach Zugabe von 4 ml konzentrierter Salzsäure 40 Minuten lang bei einem Druck von 2,5 atü im Drucktopf erhitzt. Dem Hydrolysat wurden 3 ml 30°/°ige Schwefelsäure zugesetzt. Es wurde in einem offenen Gefäß so lange zum Sieden erhitzt, bis die Reinheit auf etwa 50 °/° zurückgegangen war. Nach dem Eindampfen auf etwa 80 °/° Trockensubstanz wurde ein Sirup mit etwa 52 °/° reduzierenden Zuckern (auf Trockensubstanz berechnet) erhalten. Ein 30%iger Zusatz zu Quarzsand ergab eine Biegefestigkeit von etwa 38 kg/cmz.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Bindemitteln für Gießereikerne und -formen aus wasserlöslichen oder wasserlöslich gemachten, reduzierend wirkenden Kohlenhydraten mit Mineralsäure, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenhydrate vor ihrer Vermischung mit Sand in konzentrierter wäßriger Lösung bei Temperaturen über 100°C mit Mineralsäuren, vorzugsweise Schwefelsäure, so lange behandelt werden; bis der Gehalt an reduzierenden Zuckern in der wasserfreien Substanz (als d-Glukose berechnet) auf etwa 50 °/° gesunken ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter überatmosphärischem Druck gearbeitet wird.
3. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsprodukte vor der Verwendung neutralisiert, mit Wasser verdünnt oder durch Eindampfen konzentriert werden.
4. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß als Rohstoff Stärke oder stärkehaltige Mehle verwendet werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 41931, 852 739; USA.-Patentschriften Nr. 1968 958, 2 215 825; I. B. Kumanin und A. M. Lj ass, »Kernbindewerkstoffe«, Berlin 1953, S. 149 ff.