DE1202939B - Fluessige Klebemasse fuer die Herstellung von Sandformen - Google Patents

Description

• Flüssige Klebemasse für die Herstellung vor Sandfarmen-- . _ .. . . . . . ,.. Die Erfindung betrifft die Herstellung und Verwendung. flüssiger Klebatlassen als. Sandbinderpittel, in der, Gießerei .und insbesondere bei dem .vSehalenform-,; ,.Klebassen für Erstarrungskerne, die .Kunststoffe ugd "7usätze an.festen ,oder, flüssigen, zgr Vwsetzung mix Formaldehyd".und.; zur.:,Bildung -eines.,IMischkondensats,rnit Harnstoff oder Phenql befabigten_.Verbirldungen. enthaüfen" sind -bekannt (vgl.... »A#szüge deutscher Patentanmeldungen<c, Vol.. 19b ,S. 517i,Aktenwichen A.10U083,VIa/31c).-. . ,Schalenformen bestehen. aus dünnen Schalen aus Sand, der, mit einem,wärmehärtbaren Harz abgebunden ist, und werden hergestellt" indem ein Geniisph von. Sand und :-einem,;.wärmehärtbareu : Harz . um.. eip, erhitztes Mexallrggde11, gestampft wird. -Durch;,die Wärme- des Modells, wird das Bindemittel geschmolzen. und -bildet mit dem Sand eine dünne Schale auf dem- Modell.; Die Dipke der Schale ergibt sich gu¢.der Zeit des Kontaktes zwi$chen dem;,sand,und dem Modell und der, Tempe-Tatur des Modells.. Überschüssiges Sand-Bindemittel-Caemis(zh wild. zu. weiterer. Verwendung von der' Schake entfernt, und.die Schale wird erhitzt, um das Bindemittel völlig auszuhärten. Scbließlich wird im luge derVarbeT reimng der Fprmengnordnung und des Metallgießens dis ,gehäxtete Schale von dem .Modell abgenommen, . Die Verwendung, von, mit.synthetischem=_Harz ,gebundenem Sand für die Herstellung von Formen hat ghr.zugenommen";seit sieh, das. ;sogenangte CrQningr Verfahren in der Technik- eingeführt hat;. Bei der üb" lichgn.T)urphfübrung cles Croning-Verfgbrens;wird ein Sand :mit, 3 bis, 10 %, eines trockenen Pheh.ol-Aldehyd-Harzes, das so ,weit ausreagiert ist,, d4es, -wenn die Ma,sse auf.dem beißen.Metall` aufliegt,, weich wird Und dauh_.erbärtet, vermischt.. Dieses Craning-Vedahrßa bietet zwari wesentliche Vorteile für die Meta11gießerei, besitzt- aber ,auch .gewisse Nachteile. : Beispielswelse muß das trockene Phenol-Aldehyd-IHarz"wenn es, als solch(zs. verwendet wird,: fein vermahlen-werden, damit e$,die,Sandtei1chen indergewünschxen@ Weise überzieht; oder, es lxlul3 ihm, ein >yösungsmittel zugesetzt- werden, um. -es- zu. verflüssigen, Außerdem, ergeben. die derzeit yerwendetcn, Phenpl-Formaldehyd-Harze Schwierigkeiten, wenn das. Gqßstück aus der Sandschale. gelöst werden .soll. Auch die. Texnperaturschockbestäudigkeit er.mit solchen :Harzen erhaltenen Sagdformteile,ist yprbessernngsbadürftig. Und . schließlieb. sind. die Kps@en, des derzeit verwendeten mit Harz überzogenen Sandes verhädtnismäeig.bQch; .. Ziel der vorliegenden .Erfindung ist ein Klebmittel, durch das diese Nachteile zum. größten Teil oder vollständig beseitigt werden. . . Die Erfindung besteht in flüssigen Klebmassen, die a) 1 bis-5-Teile eines flüssigen kIaxnstoff#Forrnaldehyd-Konzentrats. .mit, insgesa=mt 80 bis- 90°/o Feststoffen und einem -Molverhältnis@. von 4,0 bis 6,5 Mol Formaldehyd, je Mol Harnstoff, .b) sp,. viel Harnstoff, daß das Mplverhältnis ,ypn- Formaldehyd zu- Harnstoff- auf 1,5 bis 2,0 eingestellt wird, und, c) 1 bis 5 Teile eines pptentiellwärmehärtbaren Phenol-Aldehyd-Harzes enthält.. Beispielsweise, könneg" die. nelaeh Klebmassen nach Zugabe..:der;üblichen -Katalysatoren,: Füllstoffe, Strgpkmittel. oder . anderer Zusatzstoffe,I die in der Harnstoff Formaldehyd- und .PhenQl-Formaldehyd-Tecluiik bekannt; sind für die Herstellung,von,Sperrholz, Holzfaserplatten oder Holzspanplatten oder, znm Binden anderer, Materialien. von faserartiger. . oder gndergr Beschaffenheit verwendet werden. _ -Als-besonders geeignet -habe n,sich die neuen Klebmassen jedoch für, die Gießereitechnik.und insbesondere: für die Herstellung von Schalenformmassen.erwiesen. Die besteht daher uurh.in Gemischen von Sand mit , einer. -ausreichenden Menge ;:einer flüssigen Klebmasse der, -im vorigen . Abschnitt angegebenen Zusammensetzung als BipdemitteL. Vorzugsweise. -werden je. 1 bis 5 Teile des:.Haxxlstoff-Formä.ldehyd-Konzentrats-in der KI<ebmasse ,100.Teile Sand. verwendet.... . ..... _, .. -Als .potentiell wärmehärtendes Phenol-Aldehyd-Harz werden vorzugsweise, säurekatalysierte NQvglake, wie die im Handel erhältlichen, verwendet. Diese Novolake können als Katalysator Schwefelsäure, Salzsäure oder irgendeine andere geeignete Säure enthalten. Oxalsäure ist als Katalysator bevorzugt und ergibt keine merkliche Verunreinigung der Harze.
• Als Sand kann jeder gute im Handel erhältliche Gießereisand verwendet werden. Vorzugsweise wird ein Sand entsprechend Sieböffnungen von etwa 0,1 bis 0,3 mm verwendet, jedoch kann für manche Zwecke auch feinerer Sand verwendet werden. Beispielsweise wird bei Verwendung von feinerem Sand normalerweise die Oberflächenglätte der fertigen Form und damit auch die des damit erhaltenen Gußstücks verbessert. Das ist besonders erwünscht, wenn die Formen für die Herstellung von Gußstücken aus Aluminium oder Magnesium verwendet werden sollen. Durch die Erhöhung der Feinheit des Sandes wird aber auch die von dem Harz zu überziehende Oberfläche und damit die zu verwendende Menge an Bindemittel erhöht. Rundkörniger Sand eignet sich im allgemeinen besser zur Herstellung von Formen als solcher aus eckigen Körnern. Jedoch kann auch Sand aus eckigen Körnern verwendet werden und bietet den Vorteil geringerer Kosten. Vorzugsweise wird trockener Sand verwendet, da Feuchtigkeit leicht die Füll- und Packeigenschaften des Sand-Bindemittel-Gemisches, wenn es auf das erhitzte Metallmodell aufgebracht wird, um die Form herzustellen, verschlechtert und die damit erhaltenen Formen weniger fest sind. Auch die Anwesenheit von Ton, Alkali und organischem Material in dem Sand muß so gering wie möglich, vorzugsweise bei nicht über 2 Gewichtsprozent des Sandes, gehalten werden. Die Anwesenheit zu großer Mengen an Ton beispielsweise verursacht durch seine Feinheit und die daher abzubindende größere Oberfläche eine Schwächung der Formen und verursacht außerdem ein »Abschälen« oder »Abbröckeln« von Teilen der Form von dem Metallmodell, wenn dieses in der üblichen Weise umgekehrt wird, um überschüssigen, nicht gebundenen Sand durch sein Eigengewicht zu entfernen. Vorzugsweise werden dem Gemisch noch etwa 0,2 Teile eines Schmiermittels, wie Magnesium-, Calcium- und Zinkseife von Stearin-, Palmitin- oder Ölsäure, zugesetzt. Gewünschtenfalls kann ein Beschleuniger, beispielsweise etwa 0,1 bis 0,5 Teile Hexamethylentetramin zu dem Phenol-Aldehyd-Harz zugesetzt werden. Normalerweise wird jedoch durch das Konzentrat ausreichend Formaldehyd geliefert, so daß kein weiterer Aldehyd oder ein anderer Beschleuniger erforderlich ist.
• Bei einer bevorzugten Methode der Herstellung der Schalenformmassen wird der Sand auf eine Temperatur von 90 bis 150°C erhitzt, und die oben angegebenen Bestandteile der flüssigen Klebmasse werden zugemischt. Dann wird die erhaltene Masse rasch durch Durchblasen von Luft gekühlt, bis das Gemisch sich in einen frei fließenden Harzsand umwandelt. Die Luft muß nicht, wie bei früheren Verfahren, auf eine Temperatur in dem Bereich von 150 bis 175°C vorgewärmt sein, und dadurch werden weitere Kosten für das Vorwärmen und die Möglichkeit einer unerwünschten Vorhärtung des Klebstoffgemisches auf dem Sand vor der Verformung vermieden.
• Für die Herstellung der Schalenformmassen der Erfindung werden die Bestandteile miteinander vermischt, bis das Harnstoff-Formaldehyd-Konzentrat sich mit dem Phenol-Aldehyd-Harz vermischt und das Gemisch, das in flüssiger Form vorliegt, jedes Sandkorn in der gewünschten Weise überzogen hat. Eine Mischzeit von etwa 4 Minuten hat sich als zweckmäßig erwiesen. Dann wird die Masse vorzugsweise rasch durch Durchleiten von Luft gekühlt, bis das Gemisch sich in einen frei fließenden harzüberzogenen Sand verwandelt. Durch Steuerung der Reaktionszeit und Temperatur wird der Grad der Umsetzung so beschränkt, daß der Harzüberzug noch als potentiell wärmehärtbar bezeichnet werden kann. Durch Einbringen einer geringen Menge eines Schmiermittels in den harzüberzogenen Sand wird dessen Fließfähigkeit erhöht, die Neigung zur Bildung von Agglomeraten verringert und die Backfestigkeit der erhaltenen Formschalen verbessert.
• Als flüssiges Harnstoff-Formaldehyd-Konzentrat wird für die Herstellung der Bindemittelgemische der Erfindung vorzugsweise das als »U.F.-Concentrate 85u von der Allied Chemical Corporation in den Handel gebrachte Produkt, das etwa 25 °/o Harnstoff, 60 °/o Formaldehyd und 15 °/o Wasser enthält, verwendet. Dieses Konzentrat ist nicht einfach ein Harnstoff-Formaldehyd-Gemisch, sondern enthält ein Teil des Formaldehyds in Kombination mit Harnstoff in der Form eines Gemisches von Methylolharnstoffen, wie Mono-, Di-, Tri- und Tetramethylolharnstoffl Die Feststoffe machen etwa 80 bis 90 °/o des Konzentrats aus, und das berechnete Molverhältnis von Formaldehyd zu Harnstoff in dem Konzentrat beträgt etwa 4,0: 1 bis 6,5: 1. Als »berechnetes« Molverhältnis wird dasjenige bezeichnet, das sich aus den in dem Konzentrat anwesenden Mengen an Kohlenstoff und Stickstoff ergibt, unabhängig davon, ob der Harnstoff und der Formaldehyd darin in freier oder gebundener Form vorliegen.
• Vor seiner Verwendung wird dieses Konzentrat zweckmäßig mit Harnstoff vorgemischt. Das Vormischen ist jedoch nicht unbedingt wesentlich für die Erfindung. Unabhängig davon, ob diese beiden Komponenten vorgemischt oder ohne Vormischen in die Massen eingebracht werden, sind aber die Mengenverhältnisse von Harnstoff-Formaldehyd-Konzentrat und Harnstoff von Bedeutung. Damit das gewünschte Harz gebildet und ein Verlust an Formaldehyd vermieden wird, muß so viel Harnstoff verwendet werden, daß das Molverhältnis von Formaldehyd zu Harnstoff auf 1,5 bis 2,0: 1 und vorzugsweise auf etwa 1,75: 1 eingestellt wird. Dieses Verhältnis ist höher, als nach den derzeitigen Kenntnissen auf dem Gebiet der Harnstoff-Formaldehyd-Harze erwartet werden mußte. Vermutlich erfolgt jedoch irgendeine Umsetzung mit dem Phenolharz, oder zumindest ist das Harnstoff-Formaldehyd-Harz potentiell fähig, Formaldehyd zu liefern, der während der Herstellung der Sand-Bindemittel-Gemische mit dem Phenolharz reagieren kann.
• Viele potentiell wärmehärtbare Phenolharze sind als Bindemittel für Sandformen erhältlich. Wie erwähnt, werden jedoch vorzugsweise die als solche im Handel erhältlichen säurekatalysierten Novolake für die Herstellung der Bindemittel der Erfindung verwendet. Sie werden hergestellt, indem etwa eine molare Menge Phenol mit weniger als einer molaren Menge anAldehyd,beispielsweise einer 0,75molaren Menge an Formaldehyd, bei sauren Bedingungen umgesetzt wird. Die Novolake werden auch als Zweistufenharze bezeichnet, weil sie einen Mangel an Aldehyd aufweisen und daher nicht selbst härten können, sondern durch Zusetzen von weiterem Aldehyd oder einem Härtungsmittel, wie Hexamethylentetramin oder Paraformaldehyd, zum Zeitpunkt ihrer Verwendung gehärtet werden müssen. Beispiel l Etwa 90 kg Sand von 127°C wurden in einen »Sigmaa-Blatt-Mischer eingebracht. Dem heißen Sand wurden 2,5 kg eines im Handel erhältlichen säurekatalysierten Novolak-Harzes (Durez solvent resin 18115), 2 kg eines flüssigen Harnstoff Formaldehyd-Konzentrates (U. F. Concentrate 85) und 0,9 kg Harnstoff zugegeben.
• Die obengenannten Bestandteile, einschließlich der eine Lösung bildenden Bindematerialien, wurden 4 Minuten miteinander vermischt. Dann wurde Luft von Zimmertemperatur in das Gemisch geblasen, bis es sich in einen frei fließenden Sand umwandelte. Zu diesem Zeitpunkt wurden 0,2 kg Calciumstearat zugesetzt. Das Produkt war ein frei fließender, nicht klebender, harzüberzogener Sand. Beim Gießen zeigten sich ausgezeichnete Zerfallseigenschaften und überlegene thermische Schockbeständigkeit. Beispiel 2 Normstücke für die Prüfung auf Zugfestigkeit wurden hergestellt, indem wie nach Beispiel 1 hergestellter überzogener Sand in eine auf 230°C vorgewärmte Stahlform geschüttet wurde, wobei die Form symmetrischen Teststücken, die im Aufriss etwa die Form von Stundengläsern, abgekniffen zu einer Breite von 2,5 cm und mit einer einheitlichen Tiefe von 7 mm, aufweisen, entsprach. Nach 10 Minuten Kontaktzeit wurde der überschüssige Sand entfernt, und die Schalenform in einem Ofen 2 Minuten auf 315°C erhitzt. Die Zugfestigkeit dieser Teststücke betrug im Mittel etwa 48 kg/cm2.
• Formen können hergestellt werden, indem der harzüberzogene Sand der Erfindung in der üblichen Weise auf erhitzte Metallmodelle aufgebracht wird. Beispielsweise können die mit Sand bedeckten Modelle in Heizkammern, die bei etwa 200 bis 290°C gehalten werden, erhitzt werden, wodurch die Form gehärtet wird und dann leicht und sicher von dem Modell abgenommen und für die übliche Gießtechnik verwendet werden kann.
• Die Erfindung ist zwar insbesondere für die Herstellung von harzüberzogenem Sand für die Herstellung von Schalenformen wertvoll, ist jedoch nicht auf eine solche Anwendung beschränkt, sondern kann überall dort angewandt werden, wo eine Harz-Sand-Masse für die Begrenzung und Formung von geschmolzenen Metallen, beispielsweise Gußkernen, erwünscht ist, und noch allgemeiner überall dort, wo die Verwendung einer flüssigen Klebmasse erwünscht ist, beispielsweise für die Herstellung von Sperrholz usw.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Flüssiges Klebstoffgemisch zur Verwendung als Bindemittel in Sandformen mit einem Gehalt an einem wärmehärtbaren Phenol-Aldehyd-Harz, d adurch gekennzeichnet, daß es a) 1 bis 5 Teile eines flüssigen Harnstoff-Formaldehyd-Konzentrats mit 80 bis 90 °/o Gesamtfeststoffgehalt und einem Molverhältnis von 4,0 bis 6,5 Mol Formaldehyd je Mol Harnstoff, b) so viel Harnstoff, daß das Molverhältnis von Formaldehyd je Mol Harnstoff auf 1,5 bis 2,0 eingestellt wird, und c) 1 bis 5 Teile eines potentiell wärmehärtbaren Phenol-Aldehyd-Harzes, insbesondere eines säurekatalysierten Novolaks, enthält.
2. 2. Schalenformmasse, bestehend aus einem Gemisch von 100 Teilen Sand und 1 bis 5 Teile des flüssigen Harnstoff -Formaldehyd - Konzentrates nach Anspruch 1.
3. 3. Schalenformmasse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Klebstoffgemisch etwa 2,25 Teile eines flüssigen Harnstoff-Formaldehyd-Konzentrates mit etwa 85 °/o Gesamtfeststoffen und einem Molverhältnis von etwa 4,7 Mol Formaldehyd je Mol Harnstoff, etwa 1 Teil Harnstoff und 2,75 Teilen eines potentiell wärmehärtbaren säurekatalysierten Novolaks enthält.
4. 4. Masse nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie noch ein Schmiermittel enthält.
5. 5. Verfahren zur Herstellung einer Schalenformmasse nach den Ansprüchen 2 bis 4 durch Vermischen des Sandes mit den Bestandteilen des flüssigen Klebstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sand von einer Temperatur von 90 bis 150°C, insbesondere 125 bis 130°C, mit den erwähnten Bestandteilen vermischt wird und das gebildete Gemisch mit durchgeblasener Luft rasch gekühlt wird, bis es sich in einen frei fließenden Harzsand umwandelt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Harnstoff-Formaldehyd-Konzentrat und der Harnstoff miteinander vermischt werden, bevor sie dem Sand zugemischt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Auszüge deutscher Patentanmeldungen, Vol. 19, S. 517, Aktenzeichen A 100 083 VI a/31 c.