DE1248237B - Formsandbindemittel - Google Patents

Description

DEUTSCHES PATENTAMT AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 31 b1-1/24

Nummer: 1 248 237

Aktenzeichen: D 29766 VI a/31 b1

1 248 237 Anmeldetag: 14.Januar 1959

Auslegetag: 24. August 1967

Bestimmte öle oder ölartige Substanzen, allgemein als »Kernöle« bezeichnet, finden weitverbreitete Verwendung als Bindemittel für Gießereisand, insbesondere bei der Herstellung von Gießereikernen und -formen für Spezialanwendungen. Kernöle, die als trocknende Bindemittel für Gießereisand dienen, sind in drei Hauptarten bekannt, nämlich als pflanzliche trocknende Öle, als Mineralöle, die durch Polymerisation verhältnismäßig roher, ungesättigter Erdölfraktionen hergestellt wurden, und als öle aus Meerestieren, wie bestimmte Fischöle.

Es ist bekannt, daß die Menge des verwendeten Bindemittels die Leichtigkeit, mit der beispielsweise ein Sandkern von einem Metallgußstück entfernt werden kann, beeinflußt. Je größer der Anteil des Bindemittels ist, desto härter wird der Sandkern. Als natürliche Folge wird das Ausschlagen des Gußstücks schwieriger. Bekanntlich werden auch das Anbrennen und Eindringen des Gießmetalls durch die Verwendung gebrannter Kerne und trockener Sandformen mit verhältnismäßig geringerem Feuchtigkeitsgehalt vermindert.

Es wäre daher ein Fortschritt mit Kernöl Sandmischungen herzustellen, die festere Formlinge mit größerer Oberflächenhärte bei Verwendung geringerer Bindemittelmengen liefern könnten. Ebenso wäre es ein Fortschritt, wenn diese Formlinge nach dem Brennen eine verringerte Neigung zur Feuchtigkeitsaufnahme hätten. Die Folge wäre eine bessere Lagerbeständigkeit und bessere Ergebnisse beim Gießen. Die vorstehend beschriebenen Fortschritte, sowie weitere im Zusammenhang damit stehende Vorteile werden durch den Gegenstand der Erfindung bei Gießereisandmischungen mit Kernöl als wesentlichem bindendem Bestandteil, gegebenenfalls bei »grünen« Kernen zusammen mit Wasser und /oder den üblichen Beimischungen, wie Getreidestärke, erzielt.

Gegenstand der Erfindung ist Bindemittelmischung für Gießereiformstoffe mit Gehalten an Kernöl und Silikonen, dadurch gekennzeichnet, daß als Silikonharz ein noch mindestens 3 Gewichtsprozent Si-gebundene Alkoxygruppen und im Durchschnitt etwa 0,9 bis 1,2 einwertige Kohlenwasserstoffgruppen je Si-Atom enthaltendes teilweises Hydrolysat der alkoxylierten Gemische von Chlorsiliciumverbindungen, die bei der Reaktion von CH₃Cl mit Si als Nebenprodukt anfallen, in Mengen von 1 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Kernöls, verwendet wird.

Silikonharze der erfindungsgemäß verwendeten Art sind in der canadischen Patentschrift 556946 beschrieben.

Formsandbindemittel

Anmelder:

Dow Corning A. G., Basel (Schweiz)
Vertreter:

L. F. Drissl, Rechtsanwalt,
ίο München 23, Clemensstr. 26

Als Erfinder benannt:
Ronald H. Cooper,
Clare, Mich. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. Januar 1958
(709 311)

Die USA.-Patentschrift 2 503 088, gemäß der ein nicht wärmehärtendes also thermoplastisches Harz bei der Herstellung von mit etwa 1 °/o Kernöl gebundenen Sandkernen in Mengen von mindestens 0,5% mitverwendet wird, wobei die Prozentsätze jeweils auf das Gewicht der Gesamtmischung bezogen sind, konnte den Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht nahelegen. Die erfindungsgemäß verwendeten Silikonharze sind nämlich nicht thermoplastisch, sondern wärmehärtend, und es ist überraschend, daß Kerne, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Bindemittelmischung hergestellt sind, leicht ausschlagbar sind, obwohl in der genannten USA.-Patentschrift angegeben wird, daß die vorbekannten Sandkerne, die unter Mitverwendung von wärmehärtenden Harzen hergestellt wurden, äußerst schwer auszuschlagen sind. Ferner ist die verfestigende Wirkung des erfindungsgemäßen Zusatzes an Silikonharz überraschend, weil dieser Zusatz beträchtlich unter der Mindestmenge an Harz gemäß der USA.-Patentschrift liegt. Die deutsche Patentschrift 810 174, gemäß der Silikone als Bindemittel für Formsand empfohlen werden, konnte den Gegenstand der vorliegenden Erfindung ebenfalls nicht nahelegen, weil sie nicht die Verbesserung von ölgebundenem Formsand betrifft. Die Überzüge, die gemäß der USA.-Patentschrift 2388 299 mittels Halogensiliciumverbindungen auf Sandformen erzeugt werden, machen zwar die Formen wasserabweisend, können aber naturgemäß nur

709 638/449

wenig zur Steigerung der Festigkeit der Formen beitragen.

Schließlich konnte auch eine Veröffentlichung in »Foundry«, Jg. 77, Nr. 9, S. 180 bis 182, wonach es bekannt war, die Festigkeit von mit Silikonen gebundenem Sand mittels Kernöl zu steigern, dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht nahelegen. Die erfindungsgemäß verwendeten Mengen an Silikon liegen nämlich weit unter denen, die für die Bindung von Sand ohne Kernöl erforderlich sind, es war daher anzunehmen, daß sie die Bindeeigenschaften des Kernöls nicht wesentlich zu steigern vermögen. Es sei darauf hingewiesen, daß es sich bei den erfindungsgemäßen verwendeten Silikonharzen um aus Abfallprodukten, deren Beseitigung bzw. Verwertung bisher große Schwierigkeiten machte, hergestellte Stoffe handelt, die bisher weder als Bindemittel noch als Mittel zur Steigerung der Festigkeit anderer Bindemittel bekannt waren.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird als Kernöl vorzugsweise ein mineralisches Kernöl zum Binden des Gießereisandes verwendet; doch können gegebenenfalls statt dessen auch trocknende oder halbtrocknende Planzenöle, wie Leinöl bzw. Maisöl, und Öle aus Meerestieren gebraucht werden. Vorzugsweise werden etwa 1 bis 4 Gewichtsprozent Öl, berechnet auf das Gesamtgewicht der Mischung, verwendet. Häufig ist eine Menge um 2 Gewichtsprozent am günstigsten, insbesondere bei Mineralölen. Vorteilhafterweise wird der Mischung auch ein kleiner Prozentsatz Wasser zugesetzt, um »grüne« oder feuchte Sandkerne und -formen von befriedigender Formhaltigkeit und geeignetem Temper herzustellen. Jeder gewöhnliche Sand oder anderes feuerfestes Material kann benutzt werden. Es ist nicht erforderlich, sauberen Sand zu verwenden.

Die erfindungsgemäß verwendeten Silikonharze können auf jede gewünschte Weise eingesetzt werden. Das Silikon kann direkt in ein kernölhaltiges Sandgemisch eingemischt werden; gewöhnlich ist es jedoch vorteilhafter, das Silikon in dem Kernöl vor dem Mischen des Bindemittels mit dem Sand zu dispergieren oder zu lösen. Die kernölgebundenen Sandmischungen können nach der Formgebung auf übliche Weise gebrannt werden.

Die das Kernöl und den erfindungsgemäßen Silikonharzzusatz enthaltenden Sandmischungen lassen sich zu ausgezeichneten Gießereikernen und -formen mit bei gleichen Kernölgehalt gegenüber den zusatzfreien Mischungen verbesserten physikalischen Eigenschaften, wie hoher Bindungsfestigkeit und größerer Oberflächenhärte, verarbeiten. Die erfindungsgemäßen Mischungen erzeugen beim Gebrauch nur äußerst geringe Mengen an Gas und sind nach dem Brennen auffalend feuchtigkeitsabstoßend. Diese Eigenschaft verhindert oder verzögert Feuchtigkeitsaufnahme der Mischungen und verleiht den daraus hergestellten Gegenständen hohe Lagerbeständigkeit. Kerne und Formen aus derartigem Formsand lösen sich in hervorragender Weise vom Gußstück. Ihre Ausschlagbarkeit nach Abschluß des Gießvorganges ist völlig befriedigend. Die Sandmischungen besitzen auch bemerkenswert gute Fließeigenschaften; das Gemisch kann deshalb leicht in die Hohlräume fließen, in denen es dann durch Stampfen oder mittels Druckluft leicht zu guten und festen Formstücken verarbeitet werden kann. Die Gegenwart des Organosiliciumzusatzes in dem Sandgemisch verringert auch

den Aufwand für die Reinigung von Mischvorrichtungen, Lagerbehältern und Modellen auf ein Mindestmaß.

Beispiel

Aus einer mineralischen, polymerisierten Erdölfraktion, die im Handel als Kernöl erhältlich ist, und Sand der AFS-Feinheit 95 bis 100 wurde eine Reihe von Gemischen hergestellt, denen jeweils kleine Mengen einer 85gewichtsprozentigen Xylollösung von 85 Gewichtsprozent einef methoxylierten Rückstands der direkten Methode, d. h. der Gemische von Chlorsiliciumverbindungen, die bei der Reaktion von CH₃Cl mit Si als Nebenprodukte anfallen, und 15 Gewichtsprozent eines Methylsiloxanharzes gemäß der canadischen Patentschrift 556 946 zugesetzt wurden. Etwa 7 Gewichtsprozent Wasser und 1,25 Gewichtsprozent pulverisiertes Maismehl, berechnet auf das Gesamtgewicht der Mischung, wurden zur Erleichterung des Bindens außerdem zugesetzt. Das in bekannter Weise zur innigen und gleichmäßigen Durchmischungen des der Zusätze mit dem Sand gekollerte Gemisch wurde dann unter einem Druck von etwa 5,6 kg/cm² zu in der Mitte verjüngten Briketts, wie sie üblicherweise als Prüfkörper bei Festigkeitsprüfungen verwendet werden, geformt. Die Briketts wurden anschließend bei etwa 177° C IV2 Stunden gehärtet. Die Ergebnisse zeigt die folgende Tabelle, in der die Mischungen mit dem erfindungsgemäßen Zusatz mit der Bezeichnung »S« gekennzeichnet sind.

Zu Vergleichszwecken wurde eine Blindprobe (in der Tabelle als A bezeichnet), die keinen Zusatz enthielt, untersucht. Einige Mischungen, die als Zusätze Organosiliciumverbindungen enthielten, die nicht im Bereich der Erfindung liegen, wurden ebenfalls erprobt; sie sind mit den Buchstaben V bis einschließlich Z gekennzeichnet. Es wurden verwendet: für die Mischungen V ein methoxylierter Rückstand der direkten Methode, wie er auch in der canadischen Patentschrift 556 946 genannt ist, für die Mischungen W ein Monoamylpolysilonxanharz, für die Mischungen X eine Lösung eines Gemisches aus 75 Gewichtsprozent CH₃Si(OCH₂CH₂OCH₃)₃ und 25 % Polytriacetoxysilan in Wasser, für die Mischungen Y ein Monopropylsiloxan mit 15 bis 25 Gewichtsprozent Si-gebundenen Äthoxylgruppen, für die Mischungen Z eine 45gewichtsprozentige Xylollösung eines Siloxan-Mischpolymeren, bestehend aus etwa 75 Molprozent Monomethylsiloxan-, 24 Molprozent Dimethylsiloxan- und 1 Molprozent Trimethylsiloxan-Einheiten mit etwa 6 Gewichtsprozent Si-gebundenen Isopropoxygruppen.

In der Tabelle ist unter der Bezeichnung »Bindungsf estigkeit« die maximale, zum Zerbrechen eines Probebriketts erforderliche Zugbeanspruchung in kg/cm² angegeben. Die »Oberflächenhärte« wird auf der glatten Seite des Briketts mit einem Trockenhärteprüfgerät gemessen; bei diesem Test wird das Gerät auf das Probestück gepreßt. Die auf einer harten Oberfläche abzulesenden maximale Härte wäre 100 Einheiten. Der Ausdruck »Ausschlagbarkeit« bezieht sich auf die Ausschlagbarkeit der Sandform nach dem Erstarren des geschmolzenen Metails. Der Ausschlagbarkeitstest besteht aus der Bestimmung der Zugfestigkeit eines Probestücks, das ohne Luftzufuhr V* Stunde auf IOOO⁰C erhitzt wurde.

Claims (1)

1. Wirkung von Zusätzen auf mit Kernöl gebundene Sandmischungen

   Bestandteile der Mischungen in Gewichtsprozent

   Physikalische Eigenschaften alle Proben wurden 90 Minuten bei 177° C gehärtet

   Probe
   stück OaIlU Wabber iVlalSIIlcXil Kernol Organo-
   Si-Zusatz Bindungs
   festigkeit
   in kg/cm²
   (a) Ober
   nächen
   härte
   (b) Zugfestigkeit
   der Kerne
   in kg/cm² nach
   einer Stunde
   bei 343° C Ausschlag-
   barkeit
   der Kerne nach
   30 Minuten
   bei 1000° C Prozentuale
   Zunahme der
   Zugfestigkeit
   gegenüber Ver
   gleichsprobe
   (c) 89 75 7 00 1 95 ITi^aIn pt"
   A. CillCl 11 90 94 Λ ά. no χ τγ\ 11 ο \ Qk η γι ι er
   VUllS LaIlUlg (VA oy, I J /,KJU i,yu [),1Ό 14,UU 95 (Λ\
   . W vollständig 17,3 S-9 89 75 7 00 Π 1 5
   V/, JLJ 1⁴; «Λ \τ#"\Πill er
   VUlla LdilUl^ S-3 89,75 7,00 1,25 1,75 0,25 16,17 93 (d) vollständig 35,9 S-4 89,75 7,00 1,25 1,70 0,30 15,40 93 10,85 vollständig 29,4 V-I 89,75 7,00 1,25 1,90 0,10 12,95 95 11,90 vollständig 8,7 V-2 89,75 7,00 1,25 1,85 0,15 13,79 93 13,65 vollständig 15,9 V-3 89,75 7,00 1,25 1,75 0,25 10,85 95 11,55 vollständig (d) V-4 89,75 7,00 1,25 1,70 0,30 11,69 92 11,20 vollständig (d) W-I 89,75 7,00 1,25 1,83 0,17 10,08 92 (d) (d) (d) W-2 89,75 7,00 1,25 1,75 0,25 12,95 94 (d) (d) (d) X-I 89,75 7,00 1,25 1,80 0,20 11,90 94 (d) (d) (d) X-2 89,75 7,00 1,25 1,75 0,25 12,60 93 OO (d) (d) Y-I 89,75 7,00 1,25 1,83 0,17 11,90 92 (d) (d) (d) Y-2 89,75 7,00 1,25 1,75 0,25 9,45 95 i (d) (d) (d) Z-I 89,75 7,00 1,25 1,83 0,17 12,39 90 I (d) (d) (<9 Z-2 89,75 7,00 1,25 1,75 0,25 8,54 92 j (d) (d) (d)

   (a) Durchschnittliche Zugfestigkeit von drei Sandkernen.

   (b) Oberflächenhärte mit Trockenhärteprüfgerät Dietert 673 gemessen. Maximale Härte wäre 100 Einheiten.

   , , , , „ , , „ _, , durchschnittliche Zugfestigkeit in kg/cm²

   (c) Prozentuale Zunahme der Zugfestigkeit =-

   durchschnittliche Zugfestigkeit der Vergleichsprobe in kg/cm²

   100.

   (d) Wert nicht bestimmt.

   Alle mit S bezeichneten Mischungen weisen ausgezeichnete Feuchtigkeitsabstoßung sowie hohe Lagerbeständigkeit ohne untragbare Feuchtigkeitsaufnahme auf.

   Kerne und Formen, hergestellt aus den erfindungsgemäßen Sandmischungen, sind gut geeignet für den Grauguß nach an sich bekannten Verfahren. Die Gußstücke sind sehr genau geformt und besitzen gute Oberflächenbeschaffenheit. Es tritt sehr wenig oder gar kein Anbrennen auf, und die Gußstücke lassen sich leicht und sauber aus der Form entfernen.

   Patentanspruch:

   Bindemittelmischung für Gießereiformstoffe mit Gehalten an Kernöl und Silikonen, dadurch gekennzeichnet, daß als Silikonharz ein noch mindestens 3 Gewichtsprozent Sigebundene Alkoxygruppen und im Durchschnitt etwa 0,9 bis 1,2 einwertige Kohlenwasserstoffgruppen je Si-Atom enthaltendes teilweises Hydrolysat der alkoxylierten Gemische von Chlorsiliciumverbindungen, die bei der Reaktion von CH₃Cl mit Si als Nebenprodukt anfallen, in Mengen von 1 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf daß Gewicht des Kernöls, verwendet wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 810 174;
   USA.-Patentschriften Nr. 2 388 299, 2 503 088;
   Chemisches Zentralblatt, 1950/1, S. 1272.

   638/449 8.67 ® Bundesdruckeiei Berlin