DE1608337B1

DE1608337B1 - Bindemittel

Info

Publication number: DE1608337B1
Application number: DE19681608337D
Authority: DE
Inventors: Dr Ruggero Maspero; Dipl-Chem Heinz Thaemlitz
Original assignee: HUETTENES KG GEB
Current assignee: HUETTENES KG GEB
Priority date: 1968-03-01
Filing date: 1968-03-01
Publication date: 1970-07-09

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bindemittel auf Basis Polyester und Isocyanat zum Herstellen von lufttrocknenden Gießereiformen und -kernen aus Gießereisand.
Die bekannten Bindemittel werden entweder in der Wärme oder durch Beigabe von Katalysatoren ausgehärtet. Das Warmaushärten besitzt jedoch den Nachteil, daß es einen erheblichen Zeitaufwand und teure Trockenöfen mit zum Teil erheblichem Platzaufwand erfordert. Diese Nachteile besitzen kaltaushärtende Bindemittel nicht, denen als Härtungsbeschleuniger feste, flüssige oder gasförmige Katalysatoren zugesetzt werden. Dennoch sind auch heute noch eine Reihe von warmaushärtenden Bindemitteln im Gebrauch, die jedoch, wie beispielsweise bei dem bekannten Croning- oder dem Hot-Box-Verfahren, einen beträchtlichen Aufwand an maschinellen Einrichtungen erfordern. Insbesondere sind für diese Verfahren hochwertige Modelle und Kernkästen aus metallischen Werkstoffen erforderlich, die zudem den Nachteil besitzen, daß die Maßhaltigkeit der Formen und Kerne infolge der Wärmeausdehnung der Modelle und Kernkästen nur begrenzt ist.
Demzufolge geht das Bestreben dahin, Formen und Kerne ohne Anwendung von Wärme herzustellen.
Dem steht jedoch die zum Teil beträchtliche Aushärtezeit der kaltaushärtenden Bindemittel entgegen, die eine entsprechende Verweilzeit der eingeformten Sandmischungen in den Formen und Kernkästen erforderlich macht. Dies gilt beispielsweise für ein aus den deutschen Patentschriften 880467 und 880469 bekanntes Verfahren zum Herstellen von Formschalen für Metall- oder Eisenguß, bei dem als Bindemittel eine Mischung aus Polyestern mit noch reaktionsfähigen Hydroxyl-, Sulfhydryl- oder Aminogruppen und Die oder Polyisocyanaten verwendet wird. Bei einem- ähnlichen, aus der deutschen Auslegeschrift 1 241 044 bekannten Verfahren wird dem Sand als lufttrockenendes Bindemittel eine Mischung aus einem ölmodifizierten, aus einem oder mehreren natürlichen trocknenden Ollen, einer oder mehreren Polykarbonsäuren und einem oder mehreren polyvalenten Alkoholen hergestelltes Alkydharz, das mindestens 40 Gewichtsprozent natürliches trocknendes Ul einpolymerisiert enthält und eine Hydroxylzahl von mindestens 25 hat, und Polyisocyanat zugesetzt. Dabei kann das Alkydharz teilweise durch ein normalerweise festes Petroleumpolymer mit äthylenisch ungesättigten Doppelbindungen ersetzt und der Sandmischung ein Katalysator beigemengt werden.
Obgleich das zuletzt genannte Bindemittel zum Aushärten keiner Wärme bedarf, besitzt es doch den Nachteil, daß es bis zum Erreichen einer das Ausformen gestattenden Grünfestigkeit eine verhältnismäßig lange Härtezeit erfordert, da bei Raumtemperatur zunächst nur eine schmale Oberflächenzone aushärtet. Demzufolge beträgt die Verweilzeit der Formen und Kerne in den Form- oder Kernkästen etwa 1 Stunde und mehr, so daß eine im Verhältnis zur Gußerzeugung hohe Anzahl von Form- und Kernkästen sowie entsprechende Abstellflächen erforderlich sind.
Bei dem bekannten Kohlensäure-Erstarrungsverfahren zum Herstellen von Kernen wird ein Gemisch aus Quarzsand und Natron-Wasserglas als Bindemittel eingeformt und mit einem Injektor oder unter einer Haube mit Kohlendioxyd begast. Ein Mangel dieses Verfahrens besteht in den geringen Festigkeiten und schlechten Zerfalls eigenschaften der Kerne.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, die vorerwähnten Nachteile zu beheben und insbesondere ein Bindemittel zu schaffen, das ein rasches Aus formen der im wesentlichen durchgehärteten Formen und Kerne bereits nach wenigen Sekunden gestattet. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Bindemittel der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, das im wesentlichen aus einem ölmodifizierten Acrylharz auf Basis Butylmethacrylat oder Methylmethacrylat und dem bekannten Isocyanat besteht. Das erfindungsgemäße ölmodifizierte Acrylharz besitzt gegenüber dem bekannten ölmodifizierten Alkydharz oder Erstarrungsölen den Vorteil höherer Festigkeiten und einer rascheren Erstarrung, die ein Ausformen bereits nach wenigen Sekunden gestattet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung eines Gemisches von ölmodifziertem Acrylharz und Isocyanat als Bindemittel kann die eingeformte, das Bindemittel enthaltende Sandmischung mit Ammoniakgas ausgehärtet werden, wodurch sich eine weitere Beschleunigung und insbesondere ein gutes Durchhärten der Formen und Kerne erreichen läßt. An Stelle von Ammoniakgas können auch gas-oder dampfförmige Ammoniakabkömmlinge, wie beispielsweise Methylamin, Dimethylamin, Trimethylamin, Athylamin, Diäthylamin und Triäthylamin, verwendet werden. Schließlich ergibt sich eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn dem Sand-Bindemittel-Gemisch Metalltrockner, wie beispielsweise Kobaltnaphthenat, Bleinaphthenat, Zinndibutyldilancat oder Mischungen dieser Stoffe, oder organische und/oder anorganische Peroxyde zugesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen des näheren erläutert, denen Sandmischungen mit herkömmlichen Bindemitteln gegenübergestellt sind.
Sandmischungen

la Ib lc

100,0 GT Sand 100,0 GT Sand 100,0 GT Sand

1,5GT l, 5 GT 1,5 GT

Erstarrungsöl ölmodifiztertes ölmodifiziertes

Alkydharz Acrylharz

Die herkömmlichen Sandmischungen 1 a und lb sind einer Sandmischung 1 c mit Acrylharz als Bindemittel gegenübergestellt. Von sämtlichen Sandmischungen wurden zylindrische Prüfkörper mit den Abmessungen 100 x 250mm 250 mm eingeformt und die Zeit bestimmt, die bis zum Erreichen einer das Ausformen gestattenden Grünfestigkeit verstrich. Außerdem wurden aus den Sandmischungen Biegestäbe hergestellt und deren Biegefestigkeit mit einem + GF +-Prüfgerät ermittelt. Die Versuchsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle I zusammengestellt.

Tabelle I

Biegefestigkeit nach

Sand- Aushärtezeit 15"! 2h 4h 124h148b

mischung . bei Raumtemperatur

(kg/cm2)

1 a 2 bis 3 Stunden 0 2 4 5 5

1b 2 bis 3 Stunden 0 j 2 4 8 10

l c 2 bis 21/2 Stunden 0 4 15 25 25

Obgleich die Sandmischungen kein Isocyanat enthielten, ergibt sich aus Tabelle I, daß die Aushärtezeit bei der erfindungsgemäßen Sandmischung 1 c etwas geringer ist, die Biegefestigkeitenjedoch bereits wesentlich höher liegen als bei den herkömmlichen Sandmischungen und insbesondere früher erreicht werden.

Um die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Bindemittelgemisches aus ölmodifiziertem Acrylharz und Isocyanat nachzuweisen, wurden den herkömmlichen Sandmischungen 2a und 2b eine erfindungsgemäße Sandmischung 2c gegenübergestellt und ebenfalls die Aushärtezeit und die Biegefestigkeiten ermittelt. Die Zusammensetzungen der Sandmischungen 2a bis 2c ergeben sich aus der nachfolgenden Zusammenstellung : Sandmischungen

2a 2b 2c

100,0 GT Sand 100,0 OT Sand 100,0 GT Sand

0,3 GT 0, 3 GT 0, 3 GT

Isocyanat Isocyanat Isocyanat

l, 5 GT 1,5GT 1,5GT

Erstarrungsöl ölmodiflziertes ölmodifiziertes

Alkydharz Acrylharz

Die bis zum Ausformen erforderlichen Aushärtezeiten sowie die Biegefestigkeiten ergaben sich aus der nachfolgenden Tabelle II.

Tabelle II

Biegefestigkeit nach

Sandmischung Aushärtezeit 15" 1 2 h | 4 h 124 h 148 h

bei Raumtemperatur

(kp/cm2)

a 50 Minuten 0 5 14 14 16

2b 60 Minuten 0 15 25 33 40

2c 40 Minuten 0 18 28 50 50

Ein Vergleich der Werte aus den Tabellen I und II ergibt eine beträchtliche Verringerung der Aushärtezeiten infolge des Zusatzes von Isocyanat zu den Sandmischungen, wobei die erfindungsgemäße Sandmischung 2c die geringste Aushärtezeit und die höchsten Biegefestigkeiten besitzt.

Eine weitere Verbesserung ergab sich, als die Sandmischungen 2a bis 2c nach dem Einformen mit Ammoniakgas als Härter begast wurden. Die dabei ermittelten Versuchsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle III zusammengestellt.

Tabelle III

Biegfestigkeit nach

Sandmi-

schung Aushärtezeit 15" ½ h 1 h 2 h 4 h 24 h 48 h

bei Raumtemperatur (kp/cm2)

2 a 15 Sekunden 1 2 3 5 6 7 11

2b 15 Sekunden 2 9 1 2 14 25 35 40

2c 15 Sekunden 4 4 | 6 18 28 40 45

Aus Tabelle III ergibt sich, daß infolge der Ammoniakbegasung die Aushärtezeiten sämtlicher Sandmischungen sprunghaft abfallen, dabei jedoch die erfindungsgemäße Sandmischung 2c wesentlich höhere Biegefestigkeiten erreicht. Insofern führt die Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemittels insbesondere im Falle einer Ammoniakbegasung nicht nur zu einem schnellerenAushärten, sondern auch zu höheren Grünfestigkeiten.

Claims

Patentansprüche : 1. Bindemittel auf Basis ölmodiüzierter Polyester und Isocyanat zum Herstellen von lufttrocknenden Gießereiformen und -kernen aus Gießereisand, dadurch gekennzeic. hnet, daß es aus einem ölmodifizierten Acrylharz auf Basis Butylmethacrylat oder Methylmethacrylat und Isocyanat besteht.
2. Verfahren zum Herstellen von lufttrocknenden Gießereiformen und -kernen unter Verwendung eines Bindemittels nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingeformte, das Bindemittel enthaltende Sandmischung mit Ammoniakgas ausgehärtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eingeformte Sandmischung mit gas- oder dampfförmigen Ammoniakabkömmlingen ausgehärtet wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sand-Bindemittel-Gemisch Metalltrockner zugesetzt werden.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sand-Bindemittel-Gemisch Peroxyde zugesetzt werden.