DE2117774A1

DE2117774A1 - Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Zusatzes für Silicatbindemittel

Info

Publication number: DE2117774A1
Application number: DE19712117774
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Matalon, Ralph, Cherry Hill, N.J. (V.StA.)
Priority date: 1970-04-14
Filing date: 1971-04-13
Publication date: 1971-10-28
Also published as: CA935951A; FR2086062B1; FR2086062A1; GB1309606A; JPS5129089B1

Description

Beschreibung zu der Patentanmeldung

Ealph Matalon, 432 Cherry Hill Boulevard, Cherry Hill, : New Jersey, USA

betreffend:

Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Zusatzes für Silicat-

■bindemittel

Die Erfindung betrifft Zusätze zu Silicat-Bindemitteln, Bindemittel . und damit hergestellte Gießformen.

Metalle, wie Leichtmetallegierungen, Aluminium, Bronze, graues Gußeisen, Stähle u.a. werden mit Hilfe von Gießformen, wie Kernen und Hohlformen hergestellt, die aus Teilchen von Formsand, wie Olivin, Siliciumoxid, Chromit u.a. hergestellt sind, die durch ein geeignetes Bindemittel zusammengehalten werden. Ein in der Hüttenindustrie weitverbreitetes Bindemittel ist Natriumsilicat oder Wasserglas. Kerne und Formen, für die ein derartiges Bindemittel verwendet wird, besitzen jedoch verhältnismäßig geringe Zugfestigkeit und niedrige Kratzfestigkeit. Darüber hinaus werden Kerne und

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Formen, bei denen -Natriumsilicat als Bindemittel verwendet wird, unter der Hitze beim Gießen von hochschmelzenden Metallen, wie Stählen, die im allgemeinen bei einer Temperatur von 159O bis 1650°C gegossen werden, verformt, da Natriumsilicat eine thermoplastische Substanz ist. Kerne und Formen, bei denen eine Kombination aus Natriumsilicat oder Wasserglas und einem Zucker als zusammengesetztes Bindemittel für den Formsand verwendet wird, besitzen den Nachteil, daß sie hygroskopisch sind und eine sogar noch geringere Zugfestigkeit besitzen, als solche Kerne und Formen, die nur mit Hilfe von Natriumsilicat als Bindemittel hergestellt worden sind. Die Kerne, bei denen entweder Wasserglas oder Gemische aus Wasserglas mit üblichen Zusätzen als Bindemittel für den Formsand verwendet/werden ,besitzen auch den Nachteil,

daß der Sand während des Gießvorgangs sintert und daher die Entfernung der Kerne nach dem Gießen schwierig ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Gießformen herzustellen, die mit Hilfe eines verbesserten silicathaltigen Bindemittels für den Formsand hergestellt werden. Derartige Kerne und Formen sollen eine bessere Zugfestigkeit und Kratzfestigkeit oder Sitzhärte besitzen. Die Kerne sollen nach dem Gießen leicht entfernt werden können und beim Herstellen nicht an den Kernkästen kleben bleiben. Die Kerne und Formen sollen gute mechanische Eigenschaften während der Lagerung bewahren und beim Gießen von Metallen soll die Freisetzung von schädlichen Gerüchen und die Gasbildung oder Gasporenbildung in den Gußstücken vermieden werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft verbesserte Zusätze zu silicathaltigen Bindemitteln für die feuerfesten Sandteilchen der Gießkerne und Formen sowie verbesserte silicathaltige Bindemittel.

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Die erfindungsgemäßen Zusätze zu Silicafbindemitteln enthalten das flüssige polymere Reaktionsprodukt aus einem erhitzten Gemisch von Substanzen,«deren pH-Wert vor dem Erhitzen auf ungefähr 5 "bis 6 eingestellt worden ist. Die Bestandteile des erhitzten Gemisches umfassen einen reduzierenden Zucker, Harnstoff, Formaldehyd und Wasser. Die Mengen dieser Bestandteile in dem erhitzten Gemisch sind ungefähr 44 bis ungefähr 77 Gew.-% reduzierender Zucker, ungefähr 5 bis ungefähr 22 Gew.-% Harnstoff, ungefähr 4 bis ungefähr 19 Gew.-% Formaldehyd, und ungefähr 9 bis ungefähr 16 Gew.-% Wasser.

Typische Beispiele für reduzierende Zucker, die verwendet werden können, sind u.a. Nonosaccharide und Disaccharide, wie Dextrose und handelsübliche Glucose, die durch Hydrolyse von Kohlenhydraten hergestellt worden ist, Fructose, Galactose, Mannose, Levulose, Lactose, Maltose u.a. sowie deren Gemische mit höheren Sacchariden, wie sie sich in Getreidesirup (Maisquellwasser) f.inden. Nicht-reduzierende Zucker, wie Saccharose, können als Zuckerkomponente für die Zusätze zu Sxlxcatbindemitteln nicht verwendet werden,- da derartige Zucker nicht mit dem Harnstoff und dem Formaldehyd reagieren und das Härten der Formen und Kerne, die mit Hilfe eines solchen Gemisches hergestellt worden sind, führt nur zu einer äußeren Härtung, aber nicht zu einer Härtung in der Tiefe.

Paraformaldehyd 'kann anstelle von Formaldehyd ebenfalls verwendet werden.

Obwohl die allgemeinen Mengen für die einzelnen Bestandteile, die für die erfindungsgemäßen Zusätze zu Silicatbxndemitteln verwendet werden, oben angegeben sind, variieren die jeweils

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geeigneten Mengen und werden innerhalb der oben angegebenen Bereiche gewählt. Die speziellen Mengen hängen von einer Vielzahl von Paktoren ab, wie dem Verhältnis von Bindemittelzusatz zu Wasserglas, das in dem zusammengesetzten Bindemittel für den Formsand -der Kerne und Formen verwendet wird, dem mit Hilfe der Kerne und Formen zu gießenden Metall, dem speziellen verwendeten reduzierenden Zucker u.a. Im allgemeinen werden der Harnstoff und der Formaldehyd in im wesentlichen gleichen Mengen verwendet. Wenn größere Mengen des reduzierenden Zuckers verwendet werden, wird ein PoIysaccharid gegenüber einem Monosaccharid bevorzugt, um eine Kristallbildung zu verhindern.

Wie oben erwähnt, wird der pH-Wert des Gemisches der Bestandteile vor dem Erhitzen zur Bildung des flüssigen polymeren Reaktionsproduktes oder des Zusatzes auf ungefähr 5 bis 6 eingestellt. Das kann leicht dadurch erreicht werden, daß man kleine Mengen, z.B. in der,Größenordnung von ungefähr 2 bis ungefähr 6 Gew.-% von einem oder mehreren Reagentien zur Einstellung des pH-Wertes, wie z.B. Natriumhydroxid, Borax, Milchsäure, Caprinsäure und Maleinsäureanhydrid verwendet .

Die Fließfähigkeit des flüssigen polymeren Reaktionsproduktes oder des Zusatzes wird durch die in dem Gemisch der Komponenten vor und nach dem Erhitzen vorhandenen Wassermenge reguliert. Diese Fließfähigkeit kann außerdem durch Zugabe von kleinen Mengen, z.B. in der Größenordnung von ungefähr 2 bis ungefähr 6 Gew.-% eines oder mehrerer zusätzlicher Flüssigmacher, wie Cyclohexanol, Hexylenglykol, Butylcellosolv, Furfurylalkohol u.a. zu dem Gemisch der Bestandteile eingestellt werden.

Die Kalthärtungseigenschaften des Zusatzes zu dem ßilicat-

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pr- τ.

Bindemittel werden dadurch verbessert, daß ein mehrwertiges Phenol in dem Gemisch vorhanden ist, aus dem der Zusatz hergestellt wird. Das mehrwertige Phe*nol, wie Resorcin, Phloroglucin, Pyrogallol u.a. wird normalerweise in einer Menge von ungefähr 0 bis ungefähr 1 Gew.-% verwendet. Größere Mengen an mehrwertigem Phenol werden normalerweise nicht verwendet, da derartige Mengen dazu führen können, daß der erfindungsgemäße Zusatz oder das flüssige polymere Reaktionsprodukt fest wird und nicht mehr als homogene Flüssigkeit erhalten bleibt, die beim Lagern stabil ist und nicht kristallisiert.

Der Zusatz zu dem Silicatbxndemittel kann hergestellt werden, indem man die Ausgangsmaterialien dafür in einer beliebigen Reihenfolge zusammengibt und vermischt und anschließend das Gemisch unter Normaldruck oder unter Anwendung von erhöhtem Druck bei ungefähr 110 bis ungefähr 116⁰C ungefähr 15 bis ungefähr 120 Minuten lang miteinander vermischt, so daß ein homogenes flüssiges polymeres ReaktiQ-jisprodukt entsteht. Es ist vorzuziehen, die Bestandteile in der folgenden Reihenfolge miteinander zu vermischen: Reduzierender Zucker, Reagens zur Einstellung des pH-Wertes, mehrwertiges Phenol (soweit vorhanden), Formaldehyd, Harnstoff, weiteres Reagens zur Einstellung des pH-Wertes, zusätzlicher Flüssigmacher (soweit vorhanden) und Wasser, so daß vor dem Erhitzen ein dicker Sirup entsteht.

Gemische, die wie oben angegeben zur Herstellung des erfindungsgemäßen flüssigen polymeren "ßeaktionsproduktes oder Zusatzes zu dem Silicatbindemittei verwendet werden, sind in den folgenden Beispielen angegeben.

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TABELLE I ·

Gew.-%

Beispiel Hr.

-	-.	-	-	76,1	63,7
43,7	52,0	62,3	71,1	—	—
21,8	17,2-	13,8	9,4	5,2	8,2
18,3	14,2	11,4	7,4	4,4	8,2
10,0	12,0	10,5	9,1	12,8	18,3
6,2	4,6	2,0	3,0.	1,5	1,2
-	—	-	-	—	0,4

" Maltose
Glucose
Harnstoff
Formaldehyd
Wasser

Reagens zur Einstellung
ψ des pH-Wertes und zusätzlicher Flüssigmacher

Resorcin

Gesamt . 100 100 100 100 100

Die erfindungsgemäßen Gießformen, d.h. die Kerne oder Hohlformen sind geformte Massen aus einem Material, das Formsand und ein gehärtetes Bindemittel enthält. Das Bindemittel ist ein gehärtetes Gemisch aus dem erfindungsgemäßen Zusatz zu dem SilicatMndemittel bzw. dem flüssigen polymeren Reaktionsprodukt und Wasserglas oder Natriumsilicat. Die Kerne oder Formen enthalten ungefähr 99 "bis ungefähr 95 Gew.-% ' Formsand und ungefähr 1 "bis ungefähr 5 Gew.-% des gehärteten Bindemittels. Das Bindemittel enthält den erfindungsgemäßen Zusatz "bzw. das flüssige polymere Reaktionsprodukt und Natriumsilicat in einem Gewientsyerhältnis von ungefähr

vorzugsweise 1,5:1
0,5"«1"bis ungefähr 4: y. Das Natnumsilicat oder Wasserglas besitzt ein Verhältnis von Na₂O:SiOp von ungefähr 1:2,4 bis ungefähr 1:3,22.

Typische Formsande, die für die erfindungsgemäßen Kerne und Formen verwendet v/erden können, sind Siliciumoxid-, Zirkon-} Ohromit, Olivinsande u.a. Typische Beispiele für Wasserglas

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oder Natriumsilicat sind K Natriumsilicat mit einer spezifischen Dichte von 41° Be und einem Pe st st off gehalt von 37,6 % und EU Natriumsilicat mit einer spezifischen Dichte von 52° Be und einem Feststoffgehalt von 47 %. Das N Natriumsilicat besitzt ein Verhältnis von Na₂OrSiO₂ von 1:3,22 und das RU Natriumsilicat hat ein Gewichtsverhältnis von von 1:2,4.

Das Bindemittel für die Kerne und Formen kann ferner ungefähr 3 bis ungefähr 12 Gew.-% Borax, bezogen auf das Gewicht von Wasserglas oder Natriumsilicat, enthalten. Durch die Gegenwart von Borax wird es möglich, daß das Bindemittel kalt härtet, ohne daß Kohlendioxid zum Härten der Kerne oder Formen verwendet wird. Es hat sich gezeigt, daß Bindemittel für Formsande, die aus Wasserglas und Borax ohne den erfindungsgemäßen Zusatz bestehen, nicht kalt härten.

Verschiedene Zusätze, wie Graphit, Pech, Olivinstaub, Borsäure, Eisenoxid-und andere in der Gießerei übliche Zusätze können in dem feuerfesten Sandgemisch verwendet werden, um die Qualität der Kerne und Formen oder die Oberflächenbeschaffenheit des darin hergestellten Formlings zu verbessern.

Die Kerne und Formen können hergestellt werden, indem man in beliebiger Reihenfolge den Formsand»das Natriumsilicat ,den erfindungsgemäßen Zusatz zu dem Silicatbindemittel und^ soweit verwendet, Borax, miteinander vermischt. Das Gemisch wird mit Hilfe eines Musters geformt und anschließend gehärtet, indem man es z.B. 8 Minuten auf 232 C erhitzt oder es ungefähr 5 bis ungefähr 10 see lang Kohlendioxid unter einem Druck von 4,54 kg aussetzt. Wie oben erwähnt, härtet das Gemisch in der Kälte in Abwesenheit von Kohlendioxid, wenn Borax in dem Bindemittel ent-

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halten ist.

Die erfindungsgemäßeii Kerne und Formen sind' gekennzeichnet durch eine verbesser^Zugfestigkeit, Kratzfestigkeit oder Ritzhärte und leichte Entfernbarkeit, nachdem Metall darin gegossen worden ist. Sie sind ferner gekennzeichnet durch gute Lagereigenschaften und mechanische Eigenschaften und man kann damit Formlinge herstellen, ohne daß es zu einer Gasbildung oder Gaslochbildung kommt und ohne daß schädliche Geruchsstoffe freigesetzt werden.

Der Zusatz zu dem Silicatbindemittel und das Wasserglas werden vor der Verwendung getrennt aufbewahrt, da das Gemisch instabil wäre oder die Bestandteile miteinander reagieren würden, wenn sie als Einheit zusammen verpackt würden, im Gegensatz zu Bindemitteln aus Wasserglas und nicht-reduzierenden Zuckern, wie Saccharose, die zusammen verpackt werden können, da sie nicht miteinander reagieren und daher stabil bleiben.

Messing und Aluminium können mit Hilfe von Kernen und Formen bei 1150 bzw. 732° gegossen werden, wobei ausgezeichnete Oberflächen erhalten werden. Formlinge aus grauem Gußeisen können mit Hilfe der Kerne und Formen bei Gießtemperatüren von 1370 C erhalten werden und ausgezeichnete Formlinge können aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt bei Temperaturen von 1593 bis 165O°C erhalten werden.

PATENTANSPRÜCHE:

- 9 1Q9iUWi193

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1) Verfahren zur Herstellung"eines flüssigen polymeren "Zusatzes für Silicafbindemittel, dadurch gekennzeichnet , daß man ein Gemisch aus ungefähr 44 bis 77 Gew.-% eines reduzierenden Zuckers, ungefähr 5 bis 22 Gew.-% Harnstoff, ungefähr 4 bis ungefähr 19 Gew.-% Formaldehyd, ungefähr 9 bis ungefähr 16 Gew.-% Wasser und ungefähr O bis ungefähr 1 Gew.-% eines mehrwertigen Phenols mit einem pH-Wert von ungefähr 5 bis 6 unter Erwärmen zur Reaktion bringt.

2) Verwendung des nach Anspruch 1 erhaltenen Zusatzes für Silicatbindemittel bei der Herstellung von Gießformen.

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