DE19727540B4 - Verfahren zur Herstellung von gehärteten Formstoffen - Google Patents
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Abstract
Description
- Es ist bekannt, duroplastische Harze als Formstoffbindemittel zur Herstellung von Formen, insbesondere in der Gießereiindustrie einzusetzen. Hierzu wird dem Formgrundstoff, wie z. B. Quarz-, Chromerz-, Olivin- oder Schamottesand, das Bindemittel, das ein härtbares Harz oder Harzgemisch und einen bevorzugt latenten Härter oder einen die Härtung mitauslösenden Stoff enthält, zugemischt. Die erhaltenen Massen werden nach der Formgebung gehärtet. Technisch vorteilhaft sind hierzu kalte Begasungsverfahren (Gashärtungsverfahren), wie sie z. B. aus
DE 2239835 A bekannt sind. - Ein gut eingeführtes Verfahren dieser Art ist das aus
EP 0102208 A bekannte Epoxid-Gashärtungs- oder Epoxy-SO2-Verfahren. Hierbei besteht die Formstoffmischung im allgemeinen aus Quarzsand, dem ein acrylmodifiziertes Epoxidharz und ein Peroxid zugemischt werden. Der Gesamtanteil an Bindemittel (Harz und Peroxid) liegt dabei im allgemeinen zwischen 0,8 bis 2,0 Gew.%, bezogen auf den Formgrundstoff. - Das Gemisch wird in Form- oder Kernkästen gebracht und dort mit Schwefeldioxid begast. Durch die aus Schwefeldioxid und dem Sauerstoff des Peroxids in situ gebildete Schwefelsäure wird eine spontane Polymerisation (Härtung) des modifizierten Epoxidharzes ausgelöst.
- Die Vorteile dieses Verfahrens sind:
eine sehr lange Verarbeitbarkeitszeit (bench life) der Formstoffmischung,
kurze Aushärtungszeiten (Taktzeiten) bei der Kern- und Formherstellung,
hohe Sofortfestigkeiten,
gute Lagerfähigkeit und Feuchtigkeitsunempfindlichkeit der Formen und Kerne
sowie ein guter Form- und Kernzerfall nach dem Abguß. - Nachteilig wirkt sich die hohe Viskosität der Epoxidharze aus und zwar durch eine verminderte Benetzbarkeit des Formgrundstoffes, vor allem beim Einsatz von Chromerz-, Olivin- oder Schamottesand, Altsanden und Regenernten. Infolgedessen ist ein verstärktes Kleben und Anhaftungen in den Vorratsbehältern, Schießköpfen und Werkzeugen zu verzeichnen, das einen erheblichen Reinigungsmehraufwand bedingt. Weiterhin ist eine schlechtere Fließfähigkeit (Verdichtbarkeit) des Formstoffs zu beobachten, was leicht zu verstärktem Kernbruch und Gußausschuß führt.
- Daher wurden zu Beginn des Einsatzes dieses Verfahrens als Verdünnungsmittel für die Bindemittel Chlorkohlenwasserstoffe in Mengen bis zu 25%, bezogen auf den Feststoffgehalt zugesetzt. Chlorkohlenwasserstoffe zeichneten sich durch gutes Lösevermögen, hohe Flüchtigkeit, reinigende Eigenschaften und Nichtbrennbarkeit aus. Auf Grund ihrer toxischen Eigenschaften ist aber ihr Einsatz heute nicht mehrmöglich.
- Es lag nahe, die Chlorkohlenwasserstoffe durch andere Lösemittel zu ersetzen. Leider blieben diese Versuche ohne Erfolg. Übliche, flüchtige Lösemittel, wie Alkohole, Ketone, Ester oder Kohlenwasserstoffe erwiesen sich als nicht geeignet: Niedrigsieder wie z. B. Methanol, Ethanol, Aceton sind nur bis 5% einsetzbar, senken den Flammpunkt auf ein nicht mehr vertretbares Maß und emittieren in die Umluft.
- Mittelsieder wie z. B. Isopropanol, Xylol verbleiben wegen der Retention im Formstoff und verzögern stark bzw. unterbinden die spontane Aushärtung bereits ab Zusätzen von 2%.
- Hochsieder wie z. B Glykolether, Phthalate oder Adipate (Weichmacher) sind ungeeignet.
- Trocknende Öle wie z. B. Lein- oder Ricinusöl, wegen ihrer oxidativen Trocknung scheinbar als reaktiv und nicht als inert einzustufen, sind unverträglich.
- Die gängigen Reaktivverdünner für Epoxidharze (Glycidylether) oder Acrylate sind unter den beim Gashärtungsverfahren vorherrschenden Bedingungen nicht reaktiv genug bzw. erhöhen die Sprödigkeit und verursachen eine starke Glanzkohlenstoffbildung.
- Als weiterer Stand der Technik seien die
DE 41 36 615 A1 , dieUS 5,547,914 A dieUS 3,668,159 A genannt die sich nicht mit der Herstellung von gehärteten Formstoffen beschäftigen. - Die
EP 0 778 095 A1 beschreibt die Verwendung von ungesättigten Fettsäureestern für die Herstellung von Formen. - Ziel der Erfindung war es, ein geeignetes Bindemittelgemisch für den Einsatz im Epoxy-SO2-Verfahren zu finden, das ein Modifizierungsmittel enthält, das in Mengen einsetzbar ist, die eine ausreichende Herabsetzung der Viskosität ermöglicht, das den Flammpunkt der Formstoffmischung nicht in unzulässiger Weise reduziert, das toxisch und hinsichtlich der Emissionen weitgehend unbedenklich ist und das andere Eigenschaften wie Fließfähigkeit, Reaktivität der Formstoffmischungen, Festigkeiten und Lagerstabilität der Formteile, Thermostabilität beim Gießen und Zerfall nach dem Abguß nicht negativ beeinflußt.
- Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 5.
- Es wurde gefunden, daß Methyl-, Ethyl- und/oder Propylester von Ölsäure in Mengen bis zu 30 Gew.% zu Epoxidharzen und modifizierten Epoxidharzen zugemischt werden können, daß die Mischungen homogen sind und ihre Viskosität ausreichend herabgesetzt wird. Die mit derart verdünnten Epoxidharzlösungen hergestellten Formstoffmischungen haben einen Flammpunkt von über 200°C, emittieren vor und nach der Härtung keine Schadstoffe, sind lagerstabil, härten aber bei der Begasung in gewohnter Schnelligkeit aus und die entstehenden Kerne und Formen haben eine gute Feuchtigkeitbeständigkeit, gute Festigkeiten, bieten einen sicheren Abguß und zeigen danach einen leichten Zerfall.
- Insbesondere bewirkt der Einsatz der Methyl-, Ethyl- und/oder Propylester von Ölen eine starke und gezielt einstellbare Reduzierung der Viskosität der Formstoffmischungen, eine bessere Benetzbarkeit der Formgrundstoffe und eine verbesserte Entformbarkeit der Formteile.
- Alle diese Eigenschaften sind weitgebend unabhängig vom eingesetzten Formgrundstoff, d. h. auch beim Einsatz von Chromerz-, Olivin- oder Schamottesand und insbesondere beim Einsatz von Altsanden und Regeneraten werden keine Verschlechterungen erhalten.
- Es wurde in weiteren Versuchen gefunden, daß die Verwendung der Methyl-, Ethyl- und/oder Propylester der Ölsäure im erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur bei den ursprünglich untersuchten Epoxidharzbindemitteln angebracht ist, sondern bei allen gängigen duroplastischen Polymeren, wie z. B. Acrylharzen, modifizierten und unmodifizierten Phenolharzen, Furanharzen oder Polyisocyanaten möglich ist und entsprechende Vorteile bietet.
- Insbesondere werden alle derartigen Formstoffmischungen, die einem Gashärtungsverfahren zugänglich sind, durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Ester leichter handhabbar.
- Daher eignen sich die Methyl-, Ethyl- und/oder Propylester der Ölsäure generell als Zusatzmittel für duroplastische Bindemittel, insbesondere als Zusatzmittel für duroplastische Bindemittel, die im Gashärtungsverfahren eingesetzt werden und ganz besonders als Zusatzmittel für modifizierte und unmodifizierte Epoxidharze, die im Gashärtungsverfahren eingesetzt werden.
- Die Bindemittelgemische für das erfindungsgemäße Verfahren sind demnach aufgebaut auf Basis mindestens eines duroplastischen Harzes, vor allem eines duroplastischen Harzes, das im Gashärtungsverfahren eingesetzt wird, wie z. B. Acrylharze, Polyisocyanate, Phenol-, Furan- oder Epoxidharze und gegebenenfalls Mischungen oder Modifizierungen derartiger duroplastischer Harze, bevorzugt aber eines duroplastischen Harzes, das mit Oxidationsmitteln vermischt im Gashärtungsverfahren eingesetzt wird wie z. B. Acryl-, Phenol-, Furan- und Epoxidharze sowie deren Mischungen und Modifikationen, insbesondere aber von Epoxidharzen und hier ganz besonders von Epoxidharzen, die mit ungesättigten Monomeren, insbesondere mit Acrylmonomeren modifiziert sind.
- Die Bindemittelgemische enthalten im einfachsten Fall das oder die duroplastischen Harze und 5–30 Gew.%, bezogen auf das gesamte Bindemittel, Methyl-, Ethyl- und/oder Propylester der Ölsäure. Daneben können sie weitere, an sich bekannte Modifizierungs- und Zusatzmittel enthalten. Beispiele hierfür sind latente Härter, Katalysatore, Radikalfänger, Trocken- oder Oxidationsmittel.
- Als bevorzugt haben sich auch Ester von pflanzlichen Ölen gezeigt. Insbesondere bewährt hat sich Rapsölmethylester.
- Beispiele
- Beispiel 1
- Ein Bindemittel wird hergestellt, indem 59,5 Gewichtsteile (GT) eines handelsüblichen Epoxidharzes (z. B. Rütapox(R) 0164 der Fa. Bakelite AG), 25,5 GT Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA), 15 GT Rapsölmethylester (RME) und 0,3 GT eines Silans (z. B. Silan A 187) homogen miteinander vermischt werden.
- Beispiel 2
- Gemäß Beispiel 1 wird ein Bindemittel hergestellt, jedoch mit 20 GT RME.
- Beispiel 3
- Gemäß Beispiel 1 wird ein Bindemittel hergestellt, jedoch mit 5 GT RME.
- Vergleichsbeispiel 1
- Gemäß Beispiel 1 wird ein Bindemittel hergestellt, jedoch ohne RME.
- Vergleichsbeispiel 2
- Gemäß Beispiel 1 wird ein Bindemittel hergestellt, das jedoch anstelle von RME 5 GT eine Phthalsäure-/Adipinsäureesters (Palatinol(R) CE 5213 der Fa. BASF) enthält.
- Vergleichsbeispiel 3
- Gemäß Beispiel 1 wird ein Bindemittel hergestellt, das jedoch anstelle von RME 5 GT eines handelsüblichen Rohleinöls enthält.
- Das Gemisch ist trüb und muß vor dem Einsatz homogenisiert werden.
- Vergleichsbeispiel 4
- Gemäß Beispiel 1 wird ein Bindemittel hergestellt, das jedoch anstelle von RME 5 GT eines dibasischen Estergemisches (Santosol(R) der Fa. Monsanto) enthält.
- Vergleichsbeispiel 5
- Gemäß Beispiel 1 wird ein Bindemittel hergestellt, das jedoch anstelle von RME 2 GT eines Phthalsäureesters und 3 GT eines Gemisches aus gleichen Teilen Methanol, Ethanol und Xylol enthält.
- Die Bindemittel der Versuche 1–3 und der Vergleichsversuche 1–5 haben bei 20°C folgende Viskositäten:
Beispiel Viskosität (mPa·s) 1 290 2 220 3 550 Vergleichsbeispiel 1 2200 2 1800 3 1700 4 1150 5 850 - Beispiele 4–8 und Vergleichsbeispiele 6–11
- Die in den Beispielen 1–3 und den Vergleichsbeispielen 2–5 beschriebenen Bindemittel werden zur Herstellung von Formstoffen eingesetzt.
- Dazu werden in einem Flügelmischer dem Formgrundstoff das Bindemittel und Cumolhydroperoxid entsprechend der nachfolgenden Rezepturen zugegeben und homogen vermischt.
- Die Mischzeit der einzelnen Komponenten beträgt jeweils 1 min.
- Beispiel 4
-
- Rezeptur: 4000 g Quarzsand, 40 g Bindemittel aus Beispiel 1 und 10 g Cumolhydroperoxid.
- Beispiel 5
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- Rezeptur wie Beispiel 4, jedoch mit Bindemittel aus Beispiel 2.
- Beispiel 6
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- Rezeptur wie Beispiel 4, jedoch mit Bindemittel aus Beispiel 3.
- Vergleichsbeispiel 6
-
- Rezeptur wie Beispiel 4, jedoch mit Bindemittel aus Vergleichsbeispiel 2.
- Vergleichsbeispiel 7
-
- Rezeptur wie Beispiel 4, jedoch mit Bindemittel aus Vergleichsbeispiel 3.
- Vergleichsbeispiel 8
-
- Rezeptur wie Beispiel 4, jedoch mit Bindemittel aus Vergleichsbeispiel 4.
- Vergleichsbeispiel 9
-
- Rezeptur wie Beispiel 4, jedoch mit Bindemittel aus Vergleichsbeispiel 5.
- Beispiel 7
-
- Rezeptur: 3480 g Chromerzsand, 520 g Quarzsand, 60 g Bindemittel aus Beispiel 1 und 13,6 g Cumolhydroperoxid.
- Vergleichsbeispiel 10
-
- Rezeptur wie Beispiel 7, jedoch mit Bindemittel aus Vergleichsbeispiel 5.
- Beispiel 8
-
- Rezeptur: 2668 g Chromerzsand, 1332 g Schamottesand, 60 g Bindemittel aus Beispiel 1 und 13,6 g Cumolhydroperoxid.
- Vergleichsbeispiel 11
-
- Rezeptur wie Beispiel 8, jedoch mit Bindemittel aus Vergleichsbeispiel 5.
- Aus den in den Beispielen 4–8 und den Vergleichsbeispielen 6–11 hergestellten Formstoffen werden Prüfstäbe mit den Abmessungen 165 × 22,5 × 22,5 mm hergestellt.
- Die Härtung der Formstoffe erfolgt nach ihrer Formgebung in Kernkästen durch Zugabe von Schwefeldioxid entsprechend dem aus dem Epoxy-Gashärtungsverfahren bekannten Begasen der ungehärteten Formteile mit gasförmigem SO2 bei Raumtemperatur, wobei die Formteile innerhalb von wenigen Sekunden härten.
- An den gehärteten Prüfstäben wird die Kaltbiegefestigkeit gemessen nach einer Lagerzeit von 1 min, 5 min, 1 h und 24 h bei 21°C und 55% relativer Luftfeuchtigkeit (RLF), sowie nach einer Lagerzeit von Jeweils 24 h bei 21°C bei einer RLF von 35, 80 und 100%.
- Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengestellt: Tabelle 1
Kaltbiegefestigkeit (N/cm2) Lagerzeit 1 min 5 min 1 h 24 h 24 h 24 h 24 h RLF (%) 55 55 55 55 35 80 100 Beispiel 4 360 450 590 610 630 550 490 5 340 440 580 590 610 520 470 6 390 490 640 680 710 560 440 Vergleichsbeispiel 6 270 370 480 470 510 310 210 7 300 410 530 510 540 360 280 8 290 390 510 490 530 350 270 9 320 430 560 540 570 390 300 Beispiel 7 570 640 845 900 1000 535 335 8 380 525 645 700 765 390 220 Vergleichsbeispiel 10 540 590 760 780 900 410 235 11 320 430 510 520 695 245 190
Claims (5)
- Verfahren zur Herstellung von gehärteten Formstoffen durch zumindest Vermischen eines Bindemittelgemisches auf der Basis von gashärtbaren duroplastischen Harzen mit einem Formgrundstoff und Cumolhydroperoxid und anschließender Gashärtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittelgemisch – bezogen auf alle Komponenten des Bindemittelgemisches – 5 bis 30 Gew.% Rapsölmethylester enthält.
- Verfahren zur Herstellung von gehärteten Formstoffen durch zumindest Vermischen eines Bindemittelgemisches auf der Basis von gashärtbaren duroplastischen Harzen mit einem Formgrundstoff und Cumolhydroperoxid und anschließender Gashärtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittelgemisch – bezogen auf alle Komponenten des Bindemittelgemisches – 5 bis 30 Gew.% Methyl-, Ethyl- oder Propylester der Ölsäure enthält.
- Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als duroplastisches Harz ein mit ethylenisch ungesättigten Monomeren modifiziertes Epoxidharz verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als duroplastisches Harz ein mit Acrylmononeren modifiziertes Epoxidharz verwendet wird.
- Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Formgrundstoff Quarz-, Chromerz-, Olivin- oder Schamottesand verwendet wird.
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: HEXION SPECIALTY CHEMICALS GMBH, 58642 ISERLOHN, D |
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8125 | Change of the main classification |
Ipc: C08J 5/00 AFI20051017BHDE |
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: MOMENTIVE SPECIALTY CHEMICALS GMBH, 58642 ISER, DE |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: MOMENTIVE SPECIALTY CHEMICALS GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: HEXION SPECIALTY CHEMICALS GMBH, 58642 ISERLOHN, DE Effective date: 20110322 Owner name: HEXION GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: HEXION SPECIALTY CHEMICALS GMBH, 58642 ISERLOHN, DE Effective date: 20110322 |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: HEXION GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: MOMENTIVE SPECIALTY CHEMICALS GMBH, 58642 ISERLOHN, DE Effective date: 20150212 |
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R071 | Expiry of right |