DE2012588B - Verfahren zum Herstellen wärmehärtbarer Bindemittel für Gießereiformteile - Google Patents

Description

• Diese Anmeldung ist eine Zusatzanmeldung zu der deutschen Patentanmeldung P 19 22 015.6-24 und betrifft eine Verbesserung des Verfahrens nach der Hauptpatentanmeldung und die Verwendung der nach dem verbesserten Verfahren hergestellten wärmehärtbaren Mindemittel in der Metallgießerei, insbesondere für den Hot-Box-Prozeß.
• Nach der französischen Patentschrift 1 319 758 ist es bekannt, alkalisch kondensierte Phenol-Formaldehyd-Kondensationsprodukte mit acetonfreien Harnstoff-Formaldehydprodukten, einer Säure oder einem sauren Katalysator und Sand zu vermischen,- aus die; sem Gemisch Kerne zu formen und oberhalb 2000 C in einer halben bis zwei Minuten auszuhärten.
• Aus der deutschen Patentschrift 1 012 035 ist die Verwendung von mit niedermolekularen aliphatischen Alkoholen verätherten acetonfreien Harnstoff-Formaldehyd-Kondensaten als Kernbindemittel bekannt.
• Diese KernbindemitteIsind für den Hot-Box-Prozeß ungeeignet, weil sie Härtezeiten von etwa zwei Stunden benötigen. Für den Hot-Box-Prozeß sind jedoch Härtezeiten von Minutenbruchteilen erforderlich.
• Nach der deutschen Offenlegungsschrift 1 569 023 soll ein für den Hot-Box-Prozeß geeignetes Bindemittel erhalten werden, wenn man ein Vorkondensationsprodukt aus Harnstoff, Phenol und Formaldehyd mit einem Alkohol der allgemeinen Formel R-CH2OH veräthert. Dabei soll R Wasserstoff ein aliphatischer, aromatischer oder heterocyclischer Rest sein. Als besonders vorteilhaft soll sich Isopropylalkohol erwiesen haben. Es läßt sich jedoch experimentell zeigen, daß diese Bindemittel eine für den Hot-Box-Prozeß zu lange Härtezeit benötigen, sofern es sich bei dem Alkohol nicht um Furfurylalkohol handelt.
• In der britischen Patentschrift 1077 376 ist die Verwendung einer acetonfreien Mischung von Harnstoff - Formaldehyd -Vorkondensationsprodukten mit alkalisch kondensierten Phenol-Formaldehyd-Kondensationsprodukte als Hot-Box-Bindemittel beschrieben. Nach dieser Patentschrift werden maximale Festigkeiten der Kerne erreicht, wenn das Sand-Bindemittel-Gemisch 30 Sekunden in 2000 C heißen Kernkästen verweilt. Die Kerne sollen dabei 6,9 mm tief durchhärten.
• Die Aufgabe der Erfindung nach der Hauptpatentanmeldung bestand nun darin, ein wärmehärtbares Bindemittel zu schaffen, das weder Furfurylalkohol noch dessen- Abkömmlinge enthält und dennoch für den Hot-Box-Prozeß geeignet ist.
• Die Hauptpatentanmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines wärmehärtbaren Bindemittels auf der Basis von Kondensationsprodukten aus alkalisch kondensierten Phenol-Formaldehyd-Kondensationsprodukten unEj-HarnstOff :und sFormåldehyd enthaltenden Kondensationsprodukten, - dadurch gekennzeichnet, daß das Harnstoff-Formaldehyd-Kondensationsprodukt Aceton einkondensiert enthält und zusammen mit dem alkalisch kondensierten Phenol-Formaldehyd - Kondensationsprodukt sowie einem zweiwertigen niedermolekularen aliphatischen Alkohol gemeinsam sauer kondensiert und das entstandene Kondensationsprodukt neutralisiert wird.
• Das Verfahren nach der Hauptpatentanmeldung besteht aus drei Prozessen, die in drei getrennten Apparaturen durchgeführt werden, nämlich aus den Herstellungsprozessen für das Phenol-Formaldehyd-Kondensationsprodukt, das Harnstoff-Aceton-Form- aldehyd-Kondensationsprodukt und dem gemeinsamen Kondensationsprozeß.
• Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu bieten, das sich von dem der Hauptpatentanmeldung darin vorteilhaft unterscheidet, daß es aus einem einzigen, nur eine Apparatur erfordernden Prozeß besteht.
• Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen eines wärmehärtbaren Bindemittels durch saures Zusammenkondensieren von alkalisch kondensierten Phenol-Formaldehyd-Kondensationsprodukten, Harnstoff-Aceton-Formaldehyd-Kondensationsprodukten und einem zweiwertigen niedermolekularen aliphatischen Alkohol und Neutralisieren des entstandenen Kondensationsproduktes, dadurch gekennzeichnet, daß das alkalisch kondensierte Phenol - Formaldehyd - Kondensationsprodukt mit Harnstoff, Aceton und Formaldehyd während eines ersten Zeitraumes alkalisch, während eines darauffolgenden zweiten Zeitraumes sauer kondensiert, das entstandene Kondensationsprodukt mit einem zweiwertigen niedermolekularen aliphatischen Alkohol sauer kondensiert und das nunmehr entstandene Kondensationsprodukt neutralisiert wird.
• Das gesamte Verfahren wird in einer einzigen Apparatur durchgeführt. In dieser wird zuerst Phenol und Formaldehyd alkalisch kondensiert, danach wird Harnstoff, Aceton und Formaldehyd zugegeben und unter Aufrechterhaltung des alkalischen Zustandes während eines ersten Zeitraumes weiter kondensiert.
• Danach wird angesäuert und während eines zweiten Zeitraumes weiter kondensiert. Nach Ablauf des zweiten Zeitraumes wird zweiwertiger niedermolekularer aliphatischer Alkohol zugesetzt und unter Aufrechterhaltung des sauren Zustandes weiter kondensiert. Schließlich wird neutralisiert und danach so viel Wasser abdestilliert, daß die entstandene Bindemittellösung die gewünschte Viskosität aufweist.
• Nach einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens wird der genannte zweite Zeitraum, der zwischen dem Ansäuern und dem Zusetzen von zweiwertigem aliphatischem Alkohol liegt, extrem kurz gehalten, d. h., es wird unmittelbar nach dem Zugeben von Säure zweiwertiger aliphatischer Alkohol zugesetzt. Durch diese Ausführungsform wird der gesamte Herstellungsprozeß verkürzt, ohne daß die Festigkeiten der mit dem Bindemittel gefertigten Kerne herabgesetzt werden.
• Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden pro Mol Phenol 0,5 bis 1,5 Mol Harnstoff, 0,1 bis 1,0 Mol Aceton, 2 bis 7 Mol Formaldehyd und 0,1 bis 0,8Mol zweiwertiger niedermolekularer aliphatischer Alkohol umgesetzt. Vorzugsweise werden pro Mol Phenol 0,7 bis 1,0 Mol Harnstoff, 0,2 bis 0,5 Mol -Aceton, 3 bis 5 Mol Formaldehyd und 0,2 bis 0,5 Mol zweiwertiger niedermolekularer aliphatischer Alkohol umgesetzt. Mit den genannten Molzahlen für Formaldehyd ist die Gesamtmenge an umzusetzendem Formaldehyd gemeint. 20 bis 80 0/o, vorzugsweise 40 bis 60°/o der genannten Gesamtmenge Formaldehyd werden mit dem Phenol alkalisch zum Phenol-Formaldehyd-Kondensat kondensiert. Die restliche Menge Formaldehyd wird später zusammen mit dem Harnstoff und dem Aceton zugesetzt. Der Formaldehyd kann in Form wässeriger Lösung und bzw. oder als Paraformaldehyd eingesetzt werden. Zum Einstellen des alkalischen Zustandes und zum Neutralisieren ist Natronlauge geeignet, zum Puffern des alkalischen Zustandes tertiäres Natriumorthophosphat und zum Ansäuern Ameisensäure.
• Das folgende Beispiel dient der Erläuterung der Erfindung und keineswegs ihrer Beschränkung auf dieses Beispiel.
• Beispiel 175 Gewichtsteile Phenol und 250 Gewichtsteile 370/oige wässerige Formaldehydlösung wurden bis zu ersten Anzeichen beginnenden Rückflusses unter Rühren aufgeheizt, auf dieser Temperatur und durch Zugabe von Natronlauge auf einem pH-Wert von 8,5 bis 9,0 gehalten. Nach 30 bis 40 Minuten wurden weitere 350 Gewichtsteile 370/oige wässerige Formaldehydlösung, 100 Gewichtsteile Harnstoff, 25 Gewichtsteile Aceton und 35 Gewichtsteile 100/oige Na3PO4-Lösung zugesetzt. Das Reaktionsgemisch wurde weitere 15 Minuten knapp unterhalb der Rückflußtemperatur gehalten. Dann wurde mit 100/oiger Ameisensäure der pH-Wert 5 eingestellt, und nach etwa 5 Minuten wurden 15 Gewichtsteile Äthandiol zugesetzt. Nach diesem Zusatz wurde weitere 30 Minuten knapp unterhalb der Rückflußtemperatur gehalten und dann mit NaOH-Lösung auf einen pH-Wert 7,5 gebracht. Danach wurden bei etwa 40O C im Vakuum 420 Gewichtsteile Wasser abgezogen.
• Mit den erfindungsgemäß hergestellten Bindemitteln können Formteile für die Metallgießerei, z. B.
• Kerne, insbesondere nach dem Hot-Box-Prozeß gefertigt werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Herstellen eines wärmehärtbaren Bindemittels durch saures Zusammenkondensieren von alkalisch kondensierten Phenol-Formaldehyd - Kondensationsprodukten, Harnstoff-Aceton-Formaldehyd-Kondensationsprodukten und einem zweiwertigen niedermolekularen aliphatischen Alkohol und Neutralisieren des entstandenen Kondensationsproduktes nach Patentanmeldung P 19 22 015.6-24, dadurch gek e n n z e i c h n e t, daß das alkalisch kondensierte Phenol-Formaldehyd-Kondensationsprodukt mit Harnstoff, Aceton und Formaldehyd während eines ersten Zeitraumes alkalisch, während eines darauffolgenden zweiten Zeitraumes sauer kondensiert, das entstandene Kondensationsprodukt mit einem zweiwertigen niedermolekularen aliphatischen Alkohol sauer kondensiert und das nunmehr entstandene Kondensationsprodukt neutralisiert wird.