DE112008000701B4

DE112008000701B4 - Zusammensetzung zur Herstellung von Speisern, deren Verwendung, Verfahren zur Herstellung von Speisern unter Verwendung der Zusammensetzung und so hergestellte Speiser.

Info

Publication number: DE112008000701B4
Application number: DE112008000701.2T
Authority: DE
Inventors: Henning Rehse; Udo Skerdi; André Gerhards; Franz-Josef Kroth; Andreas Marpert
Original assignee: ASK CHEMICALS FEEDING SYSTEMS GmbH
Current assignee: ASK Chemicals GmbH
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2015-10-08
Anticipated expiration: 2028-03-14
Also published as: CN101652204B; CN101652204A; DE102007012489A1; WO2008110378A1; DE112008000701A5

Abstract

Zusammensetzung zur Herstellung isolierender und/oder exothermer Speiser sowie anderer Fülltrichter- und Zufuhrelemente für Gussformen, umfassend (i) feuerfeste Hohlkugeln; (ii) eine Bindemittelzusammensetzung, umfassend eine wässrige Dispersion eines thermoplastischen Kunststoffpolymers sowie ein Quellbindemittel; wobei die feuerfesten Hohlkugeln in der Zusammensetzung mit einem Anteil von 10 bis 90 Mass.-% enthalten sind, das Quellbindemittel, bezogen auf die Trockenmasse des Quellbindemittels, in der Zusammensetzung mit einem Anteil von 1 bis 20 Mass.-% enthalten ist, und die wässrige Dispersion des thermoplastischen Kunststoffpolymers, bezogen auf eine wässrige Dispersion mit einem Anteil von 40 Mass.-% an dem Kunststoffpolymer, in der Zusammensetzung mit einem Anteil von 1 bis 25 Mass.-% enthalten ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung zur Herstellung isolierender und/oder exothermer Speiser sowie anderer Fülltrichter- und Zufuhrelemente für Gussformen, deren Verwendung, ein Verfahren zu deren Herstellung und so hergestellte Speiser.
Gießanordnungen für den Metallguss bestehen in der Regel aus einer Gießschale, einem Trichtersystem, Speisern, Formen, Formkernen und anderen Komponenten. Um einen Metallguss herzustellen, wird zunächst Metall in die Gießschale der Gießanordnung gegossen, von wo aus es durch das Trichtersystem zu der Formanordnung fließt, wo es schließlich abkühlt und sich verfestigt. Das feste Metallteil wird dann durch Abtrennen von der Formanordnung freigelegt.
Speisern kommt dabei die Funktion von Reservoiren zu. Die Speiser enthalten überschüssiges geschmolzenes Metall, um die sich durch die Abkühlung des Metalls und den sich damit einhergehenden Schrumpf ausbildenden, von Metall freien Räume mit Metall zu füllen. Die Speiser müssen daher entsprechend die Eigenschaft aufweisen, das geschmolzene Metall heiß und über einen gewissen Zeitraum hinweg im flüssigen Zustand zu halten.
Um diese Eigenschaften zu erfüllen, weisen Speiser isolierende und/oder exotherme Eigenschaften auf. Isolierende Speiser werden in der Regel auf der Basis einer Isoliermaterial/Bindemittel-Zusammensetzung hergestellt, die zu Speisern ausgehärtet wird. Exotherme Speiser werden im Allgemeinen auf der Grundlage einer Füllstoff-Metall-Oxidationsmittel-Bindemittel- Zusammensetzung hergestellt. Die exotherme Eigenschaft der Speiser wird durch die exotherme Umsetzung des Metalls mit dem Oxidationsmittel zum Metalloxid bewirkt, wobei die chemische Reaktion durch die Abwärme des flüssigen Metalls während des Gusses induziert wird.
Darüber hinaus sind bei bestimmten Anwendungen isolierende und/oder exotherme Eigenschaften bei Gussformen oder Gießkernen selbst erwünscht. In diesem Fall kann die Gussform oder Teile davon (so genannte Kissen) bzw. können einzelne Gießkerne oder Teile davon auf der Basis einer Isoliermaterial/Bindemittelzusammensetzung bzw. Isoliermaterial/Füllstoff-Metall-Oxidationsmittel-Bindemittel-Zusammensetzung hergestellt sein.
Als Isoliermaterial bei der Herstellung von isolierenden und/oder exothermen Speisern können dabei feuerfeste Hohlkugeln zur Anwendung kommen. Als Bindemittel können verschiedenste organische Produkte zum Einsatz kommen, vorzugsweise sogenannte Coldbox-Härtungsbindemittel, Hotbox-Härtungsbindemittel oder so genannte No-Bake-Härtungsbindemittel.
Die genannten Härtungsbindemittel werden nach den Verfahren unterschieden, wie diese ausgehärtet werden. Coldbox-Härtungsbindemittel werden mittels eines mit dem Bindemittel chemisch katalytisch reagierenden Gases ausgehärtet. Beispiele für Coldbox-Härtungsbindemittel sind u. a. Phenol-Urethan-Harze oder Epoxy-Acryl-Harze, welche mittels Aminen bzw. SO₂ als Gaskomponente ausgehärtet werden. Hotbox-Härtungsbindemittel, beispielsweise flüssige Phenol-, Urethan- oder Aminoharze, werden unter Zusatz eines latenten, d. h. in der Wärme besonders reaktiven Härters, wie z. B. Ammoniumstearat, in heißen Formen bei verhältnismäßig hohen Temperaturen in sehr kurzer Zeit ausgehärtet. No-Bake-Härtungsbindemittel, beispielsweise auf der Basis von Urethan-, Phenol- oder Alkydharzen, werden in der Regel mittels eines säureaktiven Härtersystems bei Raumtemperatur ausgehärtet.
Im Stand der Technik sind darüber hinaus Verfahren bekannt, in welchen Wasserglas-Silikat-Binder oder alkalische Phenol-Resol-Harze mittels CO₂ ausgehärtet werden.
EP 0913215 B1 beispielsweise beschreibt eine Zusammensetzung zur Herstellung von Speisern, enthaltend hohle Aluminiumsilikatkugeln sowie ein Coldbox-Härtungsbindemittel.
Vorteil der Coldbox-, Hotbox- oder No-Bake-Härtungsbindemittel enthaltenden Zusammensetzungen zur Herstellung von Speisern ist, dass diese in verhältnismäßig kurzer Zeit mittels entsprechender Härtungsverfahren zu ausgehärteten Speisern verarbeitet werden können, wodurch eine verhältnismäßig schnelle Fertigung von Speisern gewährleistet ist.
Die eingesetzten Coldbox-, Hotbox- und No-Bake-Härtungsbindemittel müssen jedoch in verhältnismäßig großen Mengen in die Zusammensetzungen zur Speiserfertigung eingesetzt werden, um eine ausreichende Festigkeit der aus diesen Zusammensetzungen gefertigten Speiser zu garantieren. Dies gilt insbesondere dann, wenn als Isoliermaterial Materialien eingesetzt werden, die das Bindemittel aufsaugen können.
Der verhältnismäßig hohe Gehalt der unter Verwendung der vorgenannten Zusammensetzungen hergestellten Speiser an Coldbox-, Hotbox- oder No-Bake-Härtungsbindemittel führt beim Abbrand der Speiser im Einsatz, bei welchem das Bindemittel verbrennt, zu einer entsprechend hohen Emission an Gasen und Zersetzungsprodukten, die sich zum einen nachteilig auf die Eigenschaften des Gussstückes auswirken und zum anderen die Umgebungsluft belasten.
Aus der DE 4135678 A1 sind thermisch expandierbare Brandschutzmassen bekannt, die Blähgrafit, polymere Bindemittel, im Brandfall ein Kohlenstoffgerüst bildende Substanzen und Mikrohohlkugeln umfassen. Gemäß einer Ausführungsform können weitere Zusatzstoffe, die vor allem die Festigkeit der Dichtungsmasse im expandierten Zustand verbessern, die Kruste verfestigen und den Zusammenhalt erhöhen, wie z. B. anorganische Fasern, beispielsweise Mineral- oder Glasfasern, Glaspulver, Vermiculite, Bentonite, Kieselsäure, Silikate, Borax, Stärke, Zucker, Chlorparaffine, Aluminiumsulfat, Aluminiumhydroxid oder Magnesiumhydroxid mitverwendet werden. Im Brandfall schäumen die Massen durch die Hitzeeinwirkung auf und dichten die Öffnung ab, sodass der weitere Durchtritt von Feuer und Rauch und somit die weitere Ausbreitung des Brandes verhindert wird. Die so beschriebene Zusammensetzung eignet sich aufgrund der thermisch Expansion grundsätzlich nicht für die Herstellung von Speisern.
Die EP 1616906 B1 offenbart die Herstellung von in Wasser quellfähigen Thermoplast-Elastomer-Kompositen und ihre Anwendung im Bereich der Abdichtungstechnik. Die quellfähige Materialzusammensetzung besteht aus einer thermoplastischen Matrix, die mindestens ein elastomeres Material als erste Dispersphase und mindestens ein mit Wasser quellbares Material als mindestens eine weitere Dispersphase enthält. Als quellfähige Substanzen eignen sich vorzugsweise natürliche und/oder synthetische polymere und/oder mineralische Substanzen. Als Hilfsstoffe können zur Herstellung von porösen Materialien auch poröse Partikel oder auch Mikrohohlkugeln in der Materialzusammensetzung enthalten sein. Die so beschriebene Materialzusammensetzung eignet sich wegen ihres hohen Gehalts an organischen Polymeren nicht zur Herstellung von Speisern. Beim Kontakt mit flüssigem Metall würde ein derartiger Speiser unter großer Rauchentwicklung verbrennen und eine Kontamination des flüssigen Metalls bewirken.
Die DE 102005053336 A1 offenbart eine Baustoffzusammensetzung, welche sich insbesondere zur Verwendung als bitumenfreie Abdichtungsmasse für Bauwerksabdichtungen eignet. Die Baustoffzusammensetzung enthält mindestens eine Polymerdispersion, Redispersionspulver, Polystyrolpartikel und Mikrohohlkugeln sowie gegebenenfalls ein Bindemittel. Die Baustoffzusammensetzung kann als Einkomponenten- oder Zweikomponentensystem formuliert werden. Neben den bereit genannten Inhaltsstoffen können der Baustoffzusammensetzung noch Leichtzuschläge zugesetzt sein, zum Beispiel aus der Gruppe von Perliten, wie Blähperlit, Blähglas, Blähglimmer (Vermiculit), Blähschiefer, Blähton, gesinterte Steinkohlenflugachse, Bims, wie Naturbims und Hüttenbims, Ziegelsplit, Tuff, Lava und Lavaschlacke sowie Bentoniten. Die Baustoffzusammensetzung eignet sich wegen des hohen Anteils organischer Bestandteile nicht für die Herstellung von Speisern. Auch ist der Anteil der Mikrohohlkugeln zu gering. Daneben enthält die Zusammensetzung auch kein Quellbindemittel.
In der DE 102006030875 A1 wird ein isolierender Speiser beschrieben. Der wärmeisolierende Einsatz soll beim Einströmen von flüssigem Metall in den Ausgleichshohlraum des Speisers einen unmittelbaren Kontakt zwischen flüssigem Metall und dem Material des Speiserkopfs verhindern. Der Speiserkopf ist aus einem Feuerfestmaterial hergestellt. Als Feuerfeststoffe werden beispielhaft Aluminiumsilikate, Zirkonoxidsand oder auch synthetisch hergestellte feuerfeste Füllstoffe genannt, wie beispielsweise Mullit. Das Feuerfestmaterial kann einen Anteil an feuerfesten Mikrohohlkugeln umfassen. Als Bindemittel können organische Polymere verwendet werden, die mit geeigneten Verfahren ausgehärtet werden. Beispielhaft werden Cold-Box-Bindemittel, Hot-Box-Bindemittel und Harzbinder genannt. Nicht offenbart als Bestandteil einer solchen Zusammensetzung ist aber ein Bindemittel umfassend eine wässrige Dispersion eines thermoplastischen Kunststoffpolymers sowie ein Quellbindemittel.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Zusammensetzung bereitzustellen, mittels derer isolierende und/oder exotherme Speiser sowie andere Fülltrichter- und Zufuhrelemente für Gussformen herstellbar sind, die beim Abbrand einen verhältnismäßig niedrigen Emissionsgrad an Gasen und Zersetzungsprodukten aufweisen, die sich nachteilig auf die Eigenschaften des Gussstücks auswirken können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass mittels einer Zusammensetzung umfassend feuerfeste Hohlkugeln sowie eine Bindemittelzusammensetzung, enthaltend eine wässrige Dispersion eines thermoplastischen Kunststoffpolymers sowie ein Quellbindemittel, isolierende und/oder exotherme Speiser sowie andere Fülltrichter- und Zufuhrelemente für Gussformen hergestellt werden können, die eine verhältnismäßig hohe Festigkeit aufweisen bei einem relativ geringen Einsatz an Kunststoffpolymer als Bindemittel. Der deutlich verminderte Gehalt an Kunststoffpolymer führt zu einer deutlichen Emissionsreduzierung von Gasen und Zersetzungsprodukten beim Speiserabbrand, welche sich nachteilig auf die Eigenschaften der Gussstücke auswirken können.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist, dass diese frei von organischen Lösungsmitteln eingesetzt werden kann. Ferner ist die erfindungsgemäße Zusammensetzung geruchsfrei, was sich sowohl bei der Herstellung von Speisern aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung als auch bei der Verwendung von mittels der erfindungsgemäßen Zusammensetzung hergestellten Speisern vorteilhaft auswirkt.
Darüber hinaus konnte festgestellt werden, dass auch dann, wenn es sich bei den in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung eingesetzten feuerfesten Hohlkugeln um Materialien handelt, welche Bindemittel aufnehmen oder aufsaugen können, bei einem verhältnismäßig geringen Einsatz an Bindemitteln auf Kunststoffbasis verhältnismäßig hohe Festigkeitswerte erreicht werden können. Auch beim Abbrand von Speisern, die mittels einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung enthaltend Bindemittel aufsaugende Hohlkugeln gefertigt wurden, entstehen daher verhältnismäßig geringe Mengen an Emissionen, die sich nachteilig auswirken können.
Unter dem Begriff „Quellbindemittel” werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Materialien verstanden, welche Wasser unter Volumenzunahme aufnehmen können und durch Entzug von Wasser abbinden. Bei dem wasserquellbaren Quellbindemittel der erfindungsgemäßen Zusammensetzung kann es sich grundsätzlich um jeden beliebigen anorganischen oder organischen Stoff handeln, der unter Volumenvergrößerung Wasser aufnimmt und durch Wasserentzug die Zusammensetzung abbindet. Vorteilhafterweise wird das einzusetzende Quellbindemittel aber auf die Art der feuerfesten Hohlkugeln sowie auf die Natur des thermoplastischen Kunststoffpolymers abgestimmt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist das Quellbindemittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stärken, Kaolinit- und/oder Montmorillonitenthaltenden Mineralien, insbesondere Bentoniten, Schichttonen, Schichtsilikaten, Sulfitablaugen der Zellstoffherstellung, Zuckermelassen und Superabsorbern. Dabei können insbesondere die anorganischen Quellbindemittel wie Bentonite und Schichttone bevorzugt sein, da diese beim Speiserabbrand zu keiner Emissionsentwicklung führen. Darüber hinaus sind aber auch die organischen Quellbindemittel wie Stärken, Sulfitablaugen der Zellstoffherstellung, Zuckermelassen oder Superabsorber bevorzugt. Diese organischen Materialien verbrennen zwar beim Speiserabbrand unter Gasentwicklung, es konnte jedoch festgestellt werden, dass beim Abbrand von Polysacchariden, Oligosacchariden und Superabsorbern kaum Gase oder Zersetzungsprodukte entstehen, die sich nachteilig auf die Eigenschaften des herzustellenden Gussstücks auswirken könnten. Unter dem Begriff „Superabsorber” werden dabei Copolymere aus Acrylsäure und Natriumacrylat verstanden, wobei einzelne Polymerketten mittels so genannter Kernvernetzer (core-cross-linker) miteinander vernetzt sind. Es können auch zwei oder mehr der vorstehend genannten Quellbindemittel in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung enthalten sein.
Unter dem Begriff „Stärken” werden dabei insbesondere so genannte Quellstärken verstanden, die beispielsweise durch hydrothermische Behandlung nativer Stärken erhältlich sind. Quellstärken sind im Stand der Technik bekannt (vgl. Römpp, Lexikon Chemie, 10. Auflage, Georg Thieme Verlag) sowie zahlreiche Verfahren zu ihrer Herstellung ( WO 03/054024 A1 ). Darüber hinaus sind Quellstärken im Handel frei erhältlich. Ferner werden unter Stärken insbesondere Dextrine verstanden, die durch trockene Erhitzung von nativen Stärken unter Säureeinwirkung gewonnen werden können. Als native Stärken können dabei beispielsweise Getreidestärken (z. B. Mais- oder Weizenstärke) oder Knollenstärken (z. B. Kartoffelstärke) eingesetzt werden. Dextrine sind im Stand der Technik bekannt (vgl. Römpp, Lexikon Chemie, 10. Auflage, Georg Thieme Verlag).
In der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist das Quellbindemittel mit einem Anteil von 1 bis 20 Mass.-% enthalten, bevorzugt mit einem Anteil von 2 bis 15 Mass.-% und besonders bevorzugt mit einem Anteil von 4 bis 10 Mass.-%. Die genannten Anteile beziehen sich dabei auf die Trockenmasse des Quellbindemittels. Es konnte gezeigt werden, dass bei einem Anteil des Quellbindemittels in der Zusammensetzung von unterhalb von 1 Mass.-% der Anteil an thermoplastischem Kunststoffpolymer in der Zusammensetzung nur geringfügig vermindert werden kann, um entsprechende Festigkeitswerte von aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung hergestellten Speisern zu erhalten. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass, wenn das Quellbindemittel in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung mit einem Anteil von mehr als 20 Mass.-% enthalten ist, der Anteil an thermoplastischem Kunststoffpolymer in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung nicht weiter vermindert werden kann, wenn ausreichende Festigkeitswerte erhalten werden sollen.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung enthält eine wässrige Dispersion eines thermoplastischen Kunststoffpolymers, d. h., dass die chemische Zusammensetzung des Kunststoffpolymers auf die Dispergierbarkeit in wässriger Phase abgestimmt ist, wobei zur Dispergierung auch Dispergierhilfsmittel zum Einsatz kommen können. Thermoplaste sind im Stand der Technik bekannt (vgl. Römpp, Lexikon Chemie, 10. Auflage, Georg Thieme Verlag). Vorzugsweise weist das thermoplastische Kunststoffpolymer eine minimale Filmbildungstemperatur (MET) nach DIN 53787 von kleiner 100°C und größer 45°C auf. Weiter kommt ihm vorzugsweise eine dynamische Einfriertemperatur (T_λmax) nach DIN 53445/DIN 7724 von > 150°C zu. Innerhalb bestimmter Voraussetzungen lässt sich die Wärmeformbeständigkeit bzw. die dynamische Einfriertemperatur (T_λmax) des Polymers durch Auswahl der Monomeren und ihrer Anteile in vorhersehbarer Weise steuern (vgl. Vieweg-Esser, Kunststoff-Handbuch, Band IX, Polymethacrylate, S. 333–340, C. Hanser-Verlag, 1975).
Das thermoplastische Kunststoffpolymer ist vorzugsweise frei von reaktiven chemischen Gruppen, die zur Vernetzung von Polymerketten des thermoplastischen Kunststoffpolymers führen können. Das thermoplastische Kunststoffpolymer ist somit vorzugsweise ein Kunststoff, der durch Temperaturerhöhung immer wieder aufgeschmolzen und durch Temperaturerniedrigung entsprechend immer wieder verfestigt werden kann.
Aus ökologischen Gründen ist es ferner bevorzugt, dass das thermoplastische Kunststoffpolymer frei von Phenol oder Phenoleinheiten ist, wie beispielsweise frei von Phenolharzen.
In der erfindungsgemäßen Zusammensetzung liegt die Bindemittelzusammensetzung vorzugsweise in Form eines Gemisches vor, d. h., dass die Bindemittelzusammensetzung hergestellt wird, indem ein fertig ausgebildetes thermoplastisches Kunststoffpolymer, vorzugsweise in wässriger Phase dispergiert, mit dem Quellbindemittel vermischt wird.
Bei dem in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung enthaltenen thermoplastischen Kunststoffpolymer kann es sich beispielsweise um ein Acrylatpolymer handeln, das beispielsweise durch Hompolymerisation von Acrylmonomeren, vorzugsweise der allgemeinen Formel H₂C=CR¹-COOR² erhalten werden kann, in welcher R¹ und R² unabhängig voneinander H oder ein Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffen sind, beispielsweise Acrylsäurebutylester, -propylester, -ethylester oder -methylester, oder Acrylsäuren, beispielsweise Acrylsäure, oder um ein Vinylacetatpolymer.
Es wurde festgestellt, dass, wenn das thermoplastische Kunststoffpolymer der wässrigen Dispersion ein Copolymer ist, dieses in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung eine verhältnismäßig geringe Tendenz zur Koagulation aufweist, welche eine verminderte Filmbildungstendenz des Kunststoffpolymers bewirken könnte. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist daher das Kunststoffpolymer der wässrigen Dispersion ein Copolymer. Dabei kann das Copolymer sowohl ein statistisches Copolymer, ein Gradientcopolymer, ein alternierendes Copolymer, ein Blockcopolymer als auch ein Pfropfcopolymer sein.
Beispiele für besonders bevorzugte Copolymere sind Copolymere von Acrylsäureestern, vorzugsweise von Acrylsäurebutylestern, -propylestern, -ethylestern und -methylestern, oder Acrylsäuren, beispielsweise Acrylsäure, mit anderen Monomeren wie Styrol oder Vinylethern. Weiter bevorzugte Copolymere sind Ethylenvinylacetatpolymere.
Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Copolymer ein Copolymer eines Acrylsäureesters, insbesondere eines Acrylsäurebutylesters, vorzugsweise eines -n-butylesters, mit einem Acrylnitril, vorzugsweise der allgemeinen Formel H₂C=CR-CN, in welcher R ein H oder ein Methylrest ist, vorzugsweise Acrylnitril. Es konnte festgestellt werden, dass Copolymere, die als Monomerbausteine einen Acrylsäureester und ein Acrylnitril enthalten, bei verhältnismäßig geringen Massenanteilen in der Zusammensetzung zu hohen Festigkeitswerten bei aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung hergestellten Formkörpern führen.
Vorzugsweise ist das Copolymer ein Acrylsäurebutylester/Acrylnitril-Copolymer, vorzugsweise ein Acrylsäure-n-butylester/Acrylnitril-Copolymer, wobei auch Acrylsäure-tert.-butylester und -isobutylester bevorzugt als Monomerbausteine in dem Copolymer enthalten sein können. Dabei kann es bevorzugt sein, wenn der Acrylsäurebutylester mit einem Anteil von 20 bis 40 Mass.-% in dem Copolymer enthalten ist.
Alternativ dazu kann das Copolymer ein Copolymer einer substituierten oder unsubstituierten Acrylsäure sein. Besonders bevorzugte Beispiele für derartige Copolymere sind in der EP 0 119 468 A1 benannt, die hiermit durch Referenzierung in die vorliegende Erfindung miteinbezogen werden.
In der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist die wässrige Dispersion eines thermoplastischen Kunststoffpolymers mit einem Anteil von 1 bis 25 Mass.-% enthalten, bevorzugt mit einem Anteil von 5 bis 20 Mass.-% und besonders bevorzugt mit einem Anteil von 7 bis 15 Mass.-% bezogen auf eine wässrige Dispersion mit einem Anteil von 40 Mass.-% an dem Kunststoffpolymer. Das heißt, dass in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung das thermoplastische Kunststoffpolymer gemäß obiger erster Einschränkung mit einem Anteil von 0,4 bis 10 Mass.-%enthalten ist. Es konnte festgestellt werden, dass, wenn der Anteil an wässriger Dispersion des Kunststoffpolymers in der Zusammensetzung kleiner als 1 Mass.-% ist, aus der Zusammensetzung gefertigte Formkörper keine ausreichenden Festigkeitswerte aufweisen. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass bei einem Anteil von mehr als 25 Mass.-% der wässrigen Dispersion des Kunststoffpolymers in der Zusammensetzung sich keine weiteren vorteilhaften Eigenschaften ergeben. Wasser kann in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung mit einem Anteil von vorzugsweise 0,6 bis 15 Mass.-% enthalten sein.
Bei den in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung enthaltenen feuerfesten Hohlkugeln handelt es sich vorzugsweise um Kugeln mit einem hohlen Kern sowie mit einer geschlossenen Außenwand. Durch die geschlossene Außenwand wird verhindert, dass die Bindemittelzusammensetzung in die Hohlkugeln eindringen kann, was zu einem unerwünschten erhöhten Einsatz an Bindemittelzusammensetzung führen könnte. Die Hohlkugeln können im Allgemeinen jede Wanddicke aufweisen, Hohlkugeln mit einer Wanddicke von etwa 10% des Hohlkugeldurchmessers sind jedoch bevorzugt.
In der erfindungsgemäßen Zusammensetzung können als feuerfeste Hohlkugeln ebenfalls feuerfeste kugelförmige Partikel eingesetzt werden, die eine offenporige oder geschlossenporige Porenstruktur aufweisen, wie z. B. vorzugsweise Bims, so genannte Aerogele oder entsprechende Partikel auf der Basis pyrogener Kieselsäure, aufgefunden wurde, dass die Bindemittelzusammensetzung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung eine verhältnismäßig geringe Tendenz zeigt, in Porensysteme einzudringen und so bei der Verwendung derartiger Hohlkugeln nur ein verhältnismäßig gering erhöhter Einsatz an Bindemittelzusammensetzung erforderlich ist.
Es ist vorgesehen,
dass in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung die feuerfesten Hohlkugeln mit einem Anteil von 10 bis 90 Mass.-% enthalten sind, vorzugsweise mit einem Anteil von 30 bis 70 Mass.-% und besonders bevorzugt mit einem Anteil von 40 bis 60 Mass.-%.
Erfindungsgemäß bevorzugte feuerfeste Hohlkugeln sind aus Siliziumoxid oder Aluminiumoxid gebildet. Darüber hinaus ist es besonders bevorzugt, wenn die feuerfesten Hohlkugeln Aluminiumsilikat(Alumosilikat)-Hohlkugeln sind, vorzugsweise Hohlkugeln, die in der Literatur und im Handel als Cenospheres oder Extendospheres bezeichnet werden und aus Flugaschen stammen.
Darüber hinaus können als feuerfeste Hohlkugeln auch Vulkanaschen eingesetzt werden, die je nach Abbauregion einen unterschiedlichen Anteil an Al₂O₃ oder SiO₂ enthalten. Ein Beispiel für eine besonders bevorzugte Vulkanasche ist der so genannte Pozzolana.
Darüber hinaus weisen gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zusammensetzung die Aluminiumsilikat-Hohlkugeln einen Gehaltan Aluminiumoxid unterhalb von 38 Mass.-% auf, vorzugsweise einen Gehalt zwischen 20 und 38 Mass.-%. Aluminiumsilikat-Hohlkugeln mit einem verhältnismäßig niedrigen Aluminiumoxidgehalt sind im Handel kostengünstiger erhältlich als entsprechende Hohlkugeln mit einem hohen Aluminiumoxidgehalt, weshalb sich mittels der erfindungsgemäßen Zusammensetzung mit Aluminiumsilikat-Hohlkugeln mit einem verhältnismäßig geringen Gehalt an Aluminiumoxid Formkörper verhältnismäßig kostengünstig herstellen lassen.
Je höher der Aluminiumoxid-Gehalt der Aluminiumsilikat-Hohlkugel ist, desto höher ist deren Erweichungspunkt. Für einige Anwendungen, beispielsweise dem Stahlguss, kann es daher bevorzugt sein, wenn der Aluminiumoxid-Gehalt der Aluminiumsilikat-Hohlkugeln verhältnismäßig hoch ist, um eine Formstabilität des Speisers im entsprechenden Guss zu gewährleisten. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zusammensetzung kann es daher vorgesehen sein, wenn der Gehalt der Aluminiumsilikat-Hohlkugel an Aluminiumoxid größer ist als 38 Mass.-%, vorzugsweise größer als 40 Mass.-%, bevorzugt größer als 50 Mass.-%, mehr bevorzugt größer als 70 Mass.-% und am meisten bevorzugt größer als 90 Mass.-%.
Ferner kann es bevorzugt sein, wenn der Gehalt der Aluminiumsilikat-Hohlkugeln an Aluminiumoxid zwischen 38 und 59 Mass.-% beträgt.
Hauptsächlich in Abhängigkeit von der Dichte der feuerfesten Hohlkugeln können geeignete Zusammensetzungen für die Herstellung von Speisern sowie anderer Fülltrichter- und Zufuhrelemente für Gussformen erhalten werden. So ist die isolierende Kraft des erhaltenen Speisers umso größer, je niedriger die Dichte der feuerfesten Hohlkugeln ist, während dichtere Hohlkugeln eine geringere isolierende Kraft aufweisen. Ein anderer wichtiger Faktor für die Auswahl der feuerfesten Hohlkugeln ist deren spezifische Oberfläche, denn je kleiner diese ist, desto geringer ist der Verbrauch an Bindemitteln und in der Folge davon die Emissionsentwicklung beim Abbrand der Speiser.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zusammensetzung weisen die feuerfesten Hohlkugeln einen Durchmesser von bis zu 3 mm auf. Jedoch werden erfindungsgemäß Hohlkugeln mit einem mittleren Durchmesser von unterhalb von 1 mm bevorzugt.
Darüber hinaus kann es gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zusammensetzung vorgesehen sein, dass die Zusammensetzung einen feuerfesten Füllstoff umfasst, vorzugsweise einen Formsand. Erfindungsgemäß bevorzugte Formsande sind dabei Quarzsand, Chromitsand, Zirkonsand oder Olivinsand, wobei Quarzsand besonders bevorzugt ist.
Der feuerfeste Füllstoff kann gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zusammensetzung mit einem Anteil von bis zum 70 Mass.-% in der Zusammensetzung enthalten sein, vorzugsweise mit einem Anteil von bis zu 20 Mass.-%, besonders bevorzugt mit einem Anteil von 5 bis 15 Mass.-%.
Die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte Zusammensetzung umfasst 10 bis 90 Mass.-% der feuerfesten Hohlkugeln, 0 bis 20 Mass.-% des feuerfesten Füllstoffs, 1 bis 20 Mass.-% des Quellbindemittels, vorzugsweise eine Quellstärke und/oder ein Dextrin, und 1 bis 25 Mass.-% der wässrigen Dispersion eines thermoplastischen Kunststoffpolymers, vorzugsweise eines Acrylsäure-n-butylester/Acrylnitril-Copolymers, bezogen auf eine wässrige Dispersion mit einem Anteil von 40 Mass.-% an dem Kunststoffpolymer.
Darüber hinaus kann gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zusammensetzung die Zusammensetzung 10 bis 90 Mass.-% Aluminiumsilikat-Hohlkugeln, vorzugsweise mit einem Anteil an Aluminiumoxid zwischen 20 und 38 Mass.-%, 0 bis 20 Mass.-% des feuerfesten Füllstoffs, 1 bis 20 Mass.-% des Quellbindemittels, vorzugsweise eine Quellstärke und/oder ein Dextrin, und 1 bis 25 Mass.-% der wässrigen Dispersion eines Acrylsäureester/Acrylnitril-Copolymers enthalten bezogen auf eine wässrige Dispersion mit einem Anteil von 40 Mass.-% an dem Copolymer.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform ein Metall, ein Oxidanz zur Oxidation des Metalls und/oder ein anorganisches Fluor-Flussmittel umfassen.
Wenn die erfindungsgemäße Zusammensetzung beispielsweise zur Herstellung exothermer Speiser dienen soll, umfasst die Zusammensetzung ein Metall, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Magnesium und Silizium, vorzugsweise Aluminium. Dabei kann das Metall beispielsweise in Form eines Pulvers oder in Form eins Granulats vorliegen.
Je nachdem, wie stark exotherm der mittels der erfindungsgemäßen Zusammensetzung herzustellende Speiser sein soll, gestaltet sich der Anteil des Metalls in der Zusammensetzung. Vorzugsweise ist das Metall in der Zusammensetzung mit einem Anteil von bis zu 40 Mass.-% enthalten, bevorzugt mit einem Anteil von 5 bis 30 Mass.-% und besonders bevorzugt mit einem Anteil von 10 bis 20 Mass.-%.
Zur Oxidation des Metalls kann die erfindungsgemäße Zusammensetzung ein Oxidanz enthalten. Erfindungsgemäß bevorzugte Oxidanzien sind Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe besteht aus Alkalimetallsalzen, Erdalkalimetallsalzen, z. B. Bariumsalzen, Alkalimetalloxiden und Erdalkalimetalloxiden, z. B. Bariumoxid.
Darüber hinaus kann das Oxidanz auch eine Verbindung sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisenoxiden und Manganoxiden, beispielsweise Fe₂O₃ oder Kaliumpermanganat.
Das Oxidanz kann gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zusammensetzung in einer Menge vorliegen, die ausreicht, um das Metall vollständig zu oxidieren, so dass grundsätzlich kein Luftsauerstoff bei der Oxidation des Metalls benötigt wird.
Enthält die erfindungsgemäße Zusammensetzung ein anorganisches Fluor-Flussmittel, so ist diese Verbindung vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kryolith (Na₃AlF₆) und Aluminiumfluorid.
Das anorganische Flussmittel ist in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung vorzugsweise mit einem Anteil von bis zu 5 Mass.-% enthalten, vorzugsweise mit einem Anteil von 1 bis 3 Mass.-%.
Eine typische, durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte Zusammensetzung zur Herstellung von beispielsweise isolierenden und exothermen oder exothermen Speisern enthält vorzugsweise 10 bis 90 Mass.-% der feuerfesten Hohlkugeln, 0 bis 70 Mass.-% des feuerfesten Füllstoffs, 1 bis 20 Mass.-% des Quellbindemittels, vorzugsweise eine Quellstärke und/oder ein Dextrin, 5 bis 40% Mass.-% des Metalls und 1 bis 25 Mass.-% der wässrigen Dispersion eines thermoplastischen Kunststoffpolymers, vorzugsweise eines Acrylsäure-n-butylester/Acrylnitril-Copolymers, bezogen auf eine wässrige Dispersion mit einem Anteil von 40 Mass.-% an dem Kunststoffpolymer.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zur Herstellung beispielsweise eines isolierenden/exothermen oder exothermen Speisers enthält die Zusammensetzung 10 bis 90 Mass.-% Aluminiumsilikat-Hohlkugeln, vorzugsweise mit einem Anteil an Aluminiumoxid zwischen 20 und 38 Mass.-%, 0 bis 70 Mass.-% des feuerfesten Füllstoffs, 1 bis 20 Mass.-% des Quellbindemittels, vorzugsweise eine Quellstärke und/oder ein Dextrin, 5 bis 40 Mass.-% des Metalls und 1 bis 25 Mass.-% einer wässrigen Dispersion eines Acrylester/Acrylnitril-Copolymers bezogen auf eine wässrige Dispersion mit einem Anteil von 40 Mass.-% an dem Copolymer.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines isolierenden und/oder exothermen Speisers sowie anderer Fülltrichter- und Zufuhrelemente für Gussformen, umfassend die Schritte des

a) Einbringens einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung in eine Form unter Ausbildung eines ungehärteten Formkörpers;
b) Aushärtens der Bindemittelzusammensetzung;
c) Entnehmens des Formkörpers aus der Form.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Zusammensetzung durch Einschießen der Zusammensetzung in die Form mittels einer Kernschießmaschine eingebracht. Dadurch wird ein schnelles Befüllen der Form ohne die Ausbildung von unerwünschten Hohlräumen gewährleistet.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Aushärten der Bindemittelzusammensetzung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung mittels Durchleiten von erwärmter Luft durch die Zusammensetzung. Es konnte festgestellt werden, dass, wenn die erfindungsgemäße Zusammensetzung mittels Durchleiten von erwärmter Luft durch die Zusammensetzung ausgehärtet wird, die entsprechenden Formkörper, wie beispielsweise Speiser, eine sehr hohe Dimensionsgenauigkeit sowie hohe Festigkeitswerte aufweisen. Darüber hinaus erhält man mittels Durchleiten von erwärmter Luft durch die Zusammensetzung sehr hohe Härtungsgeschwindigkeiten bezüglich einer Anhärtung oder Durchhärtung, so dass dieses Verfahren auch in der automatisierten Produktion eine vorteilhafte Anwendbarkeit finden kann. Wenn der Formkörper in der Form vollständig ausgehärtet werden soll, ist dabei entscheidend, dass die Bindemittelzusammensetzung mittels der erwärmten Luft auf eine Temperatur temperiert wird, welche zumindest der Filmbildungstemperatur des thermoplastischen Kunststoffpolymers entspricht.
Alternativ oder zusätzlich zu dem Aushärten mittels Durchleiten von erwärmter Luft durch die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann das Aushärten der Bindemittelzusammensetzung auch mittels Erwärmen der Form erfolgen.
Alternativ zum vollständigen Aushärten des Formkörpers in der Form kann gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass das Aushärten der Bindemittelzusammensetzung in zwei voneinander getrennten Verfahrensschritten erfolgt.
Es ist bei der Aushärtung der Bindemittelzusammensetzung in zwei voneinander getrennten Verfahrensschritten vorzugsweise vorgesehen, dass in einem ersten Verfahrensschritt die Bindemittelzusammensetzung so weit angehärtet wird, bis der Formkörper sicher handhabbar ist. Dabei soll unter sicherer Handhabbarkeit des Formkörpers verstanden werden, dass der Formkörper von einem Ort zu einem anderen ohne Durchhängen oder Durchbrechen transportiert werden kann. Nachdem der Formkörper bis zur sicheren Handhabbarkeit angehärtet worden ist, wird dieser der Form entnommen und danach in einem zweiten Schritt durch Erwärmen vollständig ausgehärtet. Vorzugsweise erfolgt das Anhärten der Bindemittelzusammensetzung bis zur sicheren Handhabbarkeit des Formkörpers mittels Durchleiten von erwärmter Luft durch die erfindungsgemäße Zusammensetzung. Das vollständige Aushärten des Formkörpers erfolgt dann vorzugsweise in einem Ofen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zur Herstellung isolierender und/oder exothermer Speiser sowie anderer Fülltrichter- und Zufuhrelemente für Gussformen oder zur Herstellung von Gussformen oder Gießkernen oder Teilen davon.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Speiser, hergestellt aus oder hergestellt unter Verwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung.
Die nachfolgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung.
Vergleichsbeispiel 1
Ein isolierender Speiser wurde mittels der nachstehenden Zusammensetzung hergestellt:

Bestandteile Mass.-%

Feuerfeste Hohlkugeln ^a) 69

Coldbox-Härtungsbindemittel ^b) 14

Feuerfester Füllstoff ^c) 17

^a) SG Extendospheres, The P.Q. Corporation, Aluminiumsilikat-Hohlkugeln mit einem Aluminiumoxidgehalt von 20–38 Mass.-%, Absorption in Öl (pro 100 g): 57,5, Dichte: 0,4 g/ml, Teilchengröße von 10–350 μm.
^b) Gemisch aus einem Teil Ecocure 100 EP 3931, und aus zwei Teilen Ecocure 290/6.
^c) Quarzsand, H31.
Zur Herstellung des isolierenden Speisers wurden zunächst die vorgenannten Bestandteile der Zusammensetzung in einem Mischer zu einem homogenen Gemisch vermischt. Das homogene Gemisch wurde dann mittels einer Schießvorrichtung mit einem Schießdruck von 6 kg/cm² in eine Speiserform aus Metall eingeschossen. Nachdem die Form befüllt worden war, wurde das Katalysatorgas Dimethylisopropylamin durch die Zusammensetzung hindurchgeleitet und der Speiser über einen Zeitraum von 30 Sekunden in der Form ausgehärtet. Der ausgehärtete Speiser wurde danach der Speiserform entnommen.
Beispiel 1
Ein isolierender Speiser wurde mittels der nachstehenden erfindungsgemäßen Zusammensetzung gemäß einer ersten Ausführungsform hergestellt:

Bestandteile Mass.-%

Feuerfeste Hohlkugeln ^a) 69

Quellbindemittel ^b) 6

Wässrige Dispersion eines thermoplastischen Kunststoffpolymers ^c) 8

Feuerfester Füllstoff ^d) 7

^a) SG Extendospheres, The P.Q. Corporation, Aluminiumsilikat-Hohlkugeln mit einem Aluminiumoxidgehalt von 20–38 Mass.-%, Absorption in Öl (pro 100 g): 57,5, Dichte: 0,4 g/ml, Teilchengröße von 10–350 μm.
^b) Kartoffeldextrin, Gelb-Dünn-G (Händler: Bassermann).
^c) Acronal® 12 DE, BASF, wässrige Dispersion eines Copolymers aus Acrylnitril und einem Acrylsäurester, Feststoffgehalt: 40 Mass.-%, Mindest-Filmbildetemperatur: 50°C.
^d) Quarzsand, H31.
Zur Herstellung des Speisers wurden zunächst die vorgenannten Bestandteile der erfindungsgemäßen Zusammensetzung in einem Mischer zu einem homogenen Gemisch verarbeitet. Danach wurde das homogene Gemisch mittels einer Kernschiessvorrichtung mit einem Schiessdruck von 6 kg/cm² in eine Speiserform aus Metall eingeschossen. Nachdem die Speiserform mit dem homogenen Gemisch befüllt worden war, wurde der Speiser mittels Durchleiten von 150°C warmer Luft über einen Zeitraum von 60 Sekunden durch das Speisergemisch angehärtet. Der angehärtete Speiser wurde danach der Form entnommen und in einem Ofen bei einer Temperatur von 150°C über einen Zeitraum von 30 Minuten vollständig ausgehärtet.
Beispiel 2
Ein isolierender Speiser wurde analog der Zusammensetzung und des Verfahrens gemäß Beispiel 1 hergestellt, wobei als wässrige Dispersion eines thermoplastischen Kunststoffpolymers in diesem Fall 8 Mass.-% einer wässrigen Dispersion eines Styrol/Acrylat-Copolymers mit einem Feststoffgehalt von 40 Mass.-% eingesetzt wurde.
Festigkeitsmessung:
Die Druckfestigkeit der Speiser gemäß Vergleichsbeispiel 1, Beispiel 1 und Beispiel 2 wurde mittels einer KDF-Presse bestimmt. Die Messungen führten zu den nachstehenden Ergebnissen:

Festigkeit in kN

Vergleichsbeispiel 1 10

Beispiel 1 10

Beispiel 2 9,5
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen gemäß der Beispiele 1 und 2 weisen einen Anteil von 3,2 Mass.-% an thermoplastischem Kunststoffmaterial auf (8 Mass.-% einer 40%igen Polymerdispersion).
Die Zusammensetzung gemäß Vergleichsbeispiel 1 weist einen Anteil von 14 Mass.-% an polymerem Kunststoffbindemittel auf (Coldbox-Härtungsbindemittel).
Der Anteil der erfindungsgemäßen Zusammensetzung an polymerem Kunststoffbindemittel ist somit gegenüber der Zusammensetzung des Vergleichsbeispiels 1 um 77 Mass.-% vermindert. Dennoch weisen die mittels der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen gemäß der Beispiele 1 und 2 hergestellten Speiser annähernd den gleichen Festigkeitswert von etwa 10 kN auf wie der gemäß Vergleichsbeispiel 1 hergestellte Speiser.

Claims

Zusammensetzung zur Herstellung isolierender und/oder exothermer Speiser sowie anderer Fülltrichter- und Zufuhrelemente für Gussformen, umfassend (i) feuerfeste Hohlkugeln; (ii) eine Bindemittelzusammensetzung, umfassend eine wässrige Dispersion eines thermoplastischen Kunststoffpolymers sowie ein Quellbindemittel; wobei die feuerfesten Hohlkugeln in der Zusammensetzung mit einem Anteil von 10 bis 90 Mass.-% enthalten sind, das Quellbindemittel, bezogen auf die Trockenmasse des Quellbindemittels, in der Zusammensetzung mit einem Anteil von 1 bis 20 Mass.-% enthalten ist, und die wässrige Dispersion des thermoplastischen Kunststoffpolymers, bezogen auf eine wässrige Dispersion mit einem Anteil von 40 Mass.-% an dem Kunststoffpolymer, in der Zusammensetzung mit einem Anteil von 1 bis 25 Mass.-% enthalten ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Quellbindemittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Stärken, Kaolinit- und/oder Montmorillonit-enthaltenden Mineralien, insbesondere Bentoniten, Schichttonen, Schichtsilikaten, Sulfitablaugen der Zellstoffherstellung, Zuckermelassen und Superabsorbern.
Zusammensetzung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Quellbindemittel in der Zusammensetzung mit einem Anteil von 2 bis 15 Mass.-% enthalten ist, bevorzugt mit einem Anteil von 4 bis 10 Mass.-%.
Zusammensetzung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Kunststoffpolymer der wässrigen Dispersion ein Copolymer ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymer ein Copolymer eines Acrylsäureesters ist, inbesondere ein Copolymer eines Acrylsäureesters und eines Acrylnitrils.
Zusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymer ein Copolymer einer substituierten oder unsubstituierten Acrylsäure ist.
Zusammensetzung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Dispersion des thermoplastischen Kunststoffpolymers in der Zusammensetzung mit einem Anteil von 5 bis 20 Mass.-% enthalten ist, bevorzugt mit einem Anteil von 7 bis 15 Mass.-%.
Zusammensetzung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die feuerfesten Hohlkugeln in der Zusammensetzung mit einem Anteil von 30 bis 70 Mass.-% enthalten sind, bevorzugt mit einem Anteil von 40 bis 60 Mass.-%.
Zusammensetzung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die feuerfesten Hohlkugeln aus Siliziumoxid oder Aluminiumoxid gebildet sind oder Aluminiumsilikat-Hohlkugeln sind.
Zusammensetzung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumsilikat-Hohlkugeln einen Gehalt an Aluminiumoxid unterhalb von 38 Mass.-% aufweisen, vorzugsweise einen Gehalt zwischen 20 und 38 Mass.-%.
Zusammensetzung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumsilikat-Hohlkugeln einen Gehalt an Aluminiumoxid von größer als 38 Mass.-% aufweisen, vorzugsweise einen Gehalt an Aluminiumoxid zwischen 38 und 59 Mass.-%.
Zusammensetzung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die feuerfesten Hohlkugeln einen Durchmesser von bis zu 3 mm aufweisen.
Zusammensetzung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung einen feuerfesten Füllstoff umfasst, vorzugsweise einen Formsand, besonders bevorzugt einen Quarzsand.
Zusammensetzung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der feuerfeste Füllstoff in der Zusammensetzung mit einem Anteil von bis zu 70 Mass.-% enthalten ist, vorzugsweise mit einem Anteil von bis zu 20 Mass.-%, bevorzugt mit einem Anteil von 5 bis 15 Mass.-%.
Zusammensetzung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung 10 bis 90 Mass.-% der feuerfesten Hohlkugeln, 1 bis 20 Mass.-% des Quellbindemittels und 1 bis 25 Mass.-% der wässrigen Dispersion eines thermoplastischen Kunststoffpolymers enthält.
Zusammensetzung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung 10 bis 90 Mass.-% Aluminiumsilikat-Hohlkugeln mit einem Anteil an Aluminiumoxid zwischen 20 und 38 Mass.-%, 1 bis 20 Mass.-% des Quellbindemittels und 1 bis 25 Mass.-% einer wässrigen Dispersion eines Acrylsäureester/Acrylnitril-Copolymers enthält.
Zusammensetzung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung ferner ein Metall, ein Oxidanz zur Oxidation des Metalls und/oder ein anorganisches Fluor-Flussmittel umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall ein Metall ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Magnesium und Silizium.
Zusammensetzung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall in Form eines Pulvers oder in Form eines Granulats vorliegt.
Zusammensetzung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall in der Zusammensetzung mit einem Anteil von bis zu 40 Mass.-% enthalten ist, vorzugsweise mit einem Anteil von 5 bis 30 Mass.-% und besonders bevorzugt mit einem Anteil von 10 bis 20 Mass.-%.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidanz eine Verbindung ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetallsalzen, Erdalkalimetallsalzen, vorzugsweise Bariumsalzen, Alkalimetalloxiden und Erdalkalimetalloxiden, vorzugsweise Bariumoxiden.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidanz eine Verbindung ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisenoxiden und Manganoxiden.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidanz in der Zusammensetzung in einer Menge vorliegt, um das Metall vollständig zu oxidieren.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Fluor-Flussmittel eine Verbindung ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kryolith (Na₃AlF₆) und Aluminiumfluorid.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganische Flussmittel in der Zusammensetzung mit einem Anteil von bis zu 5 Mass.-% enthalten ist, vorzugsweise mit einem Anteil von 1 bis 3 Mass.-%.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung 10 bis 90 Mass.-% der feuerfesten Hohlkugeln, 1 bis 20 Mass.-% des Quellbindemittels, 1 bis 25 Mass.-% der wässrigen Dispersion eines thermoplastischen Kunststoffpolymers und 5 bis 40 Mass.-% des Metalls enthält.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung 10 bis 90 Mass.-% Aluminiumsilikat-Hohlkugeln mit einem Anteil an Aluminiumoxid zwischen 20 und 38 Mass.-%, 1 bis 20 Mass.-% des Quellbindemittels, 1 bis 25 Mass.-% der wässrigen Dispersion eines Acrylsäureester/Acrylnitril-Copolymers und 5 bis 40 Mass.-% des Metalls enthält.
Verfahren zur Herstellung eines isolierenden und/oder exothermen Speisers, umfassend die Schritte des a) Einbringens einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 27 in eine Form unter Ausbildung eines ungehärteten Formkörpers; b) Aushärtens der Bindemittelzusammensetzung; c) Entnehmens des Formkörpers aus der Form.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung durch Einschießen der Zusammensetzung in die Form mittels einer Kernschießmaschine eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten der Bindemittelzusammensetzung mittels Durchleiten von erwärmter Luft durch die Zusammensetzung erfolgt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten der Bindemittelzusammensetzung mittels Erwärmen der Form erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten der Bindemittelzusammensetzung in zwei voneinander getrennten Verfahrensschritten erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelzusammensetzung mittels Durchleiten von erwärmter Luft durch die Zusammensetzung soweit angehärtet wird, bis der Formkörper sicher handhabbar ist, danach der Formkörper der Form entnommen und danach dieser durch Erwärmen vollständig ausgehärtet wird.
Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 27 zur Herstellung isolierender und/oder exothermer Speiser sowie anderer Fülltrichter- und Zufuhrelemente für Gussformen, oder zur Herstellung von Gussformen oder Gießkernen oder Teilen davon.
Speiser, hergestellt aus oder unter Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 27.