DE2147012B2 - Verfahren zum herstellen von giessereikernen und -formen - Google Patents

Description

Gefahr einer vorzeitigen Verfestigung möglich ist Für die relativ lange Verfestigungszeit wird die

und die Verfestigung unmittelbar nach der Formung 65 Anwesenheit eines Lösungsmittels verantwortlich ge-

in wenigen Sekunden erfolgt. Die Verfesligungszeit macht.

läßt sich unter anderem durch Auswahl eines geeig- Die Verwendung von Alkohol als Lösungsmittel

neten Harzes und eines geeigneten Härters sowie bringt außerdem den Nachteil mit sich, daß im verfc-

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stigten Kern verbleibende Alkoholrückstände das or- auch ihre Monohydrate bei Raumtemperatur fest

ganische Bindemittel wieder erweichen können. sind und daß andererseits die wasserfreien Sulfonsäu-

Zur Abstellung dieser Mängel wurde deshalb vor- ren selbst bei geringer Zugabe von Wasser, wie sie

geschlagen, als Härtemittel eine hochkonzentrierte. beispielsweise bei einer offenen Aufbewahrung an

wasserfreie p-Toluolsulfonsäure zu verwenden, d. h. 5 der Umgebungsluft nach kurzer Zeit erreicht wird.

eine ungelöste Saure. Diese aromatische Sulfon^äure ohne Bildung^ eins flüssigen Zwischenzustandes in

wird in bekannter Weise durch Sulfonierung von To- das feste Monohydrat übergehen, ist es um so über-

luol mit konzentrierter Schwefelsäure unter gleichzei- raschender, daß die Sulfonsäure bzw. das Sulfonsäu-

ligem Abscheiden von Wasser gewonnen. Dabei wird regemisch im Sinne der Erfindung bei Raumtempera-

so lange Wasser abgeschieden, bis ;in festes Sulfonie- io tür flüssig vorliegt,

rungsprodukt erzeugt ist. _{Das ge}mäß der Erfindung hergestellte Formstoff-

Von den Sulfonsäuren ist allgemein bekannt, daß gemisch wird sofort nach dessen Fertigstellung zu

Me bei Raumtemperatur feste Kristalle bilden — Kernen und Formteilen weitenerarbeitet und härtet

wasserfreie p-Toluolsulfonsäure hat beispielsweise in wenigen Sekunden in den Formwerkzeugen bei

einen Schmelzpunkt von "SC — die stark hygros- i₅ Raumtemperatur aus. Die Verfestigungszeft kann

kopisch sind und bei Zugabe selbst einer nur gerin- hierbei durch geeignete Wahl der Härterkonzentra-

g<rn Menge Wasser, z. B. durch kurzzeitige offene tion in der Formstoffmischung variiert werden.

Aufbewahrung an der Umgebungsluft, sofort in das Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens

Hyürat der Säure übergehen. bestehen darin, daß die aromatische Sulfonsäure

Je nach Grad der Sulfonierung kann das Sulfonie- «o bzw. das Sulfonsäuregemisch überraschenderweise • mgsprodukt einen mehr oder weniger großen Anteil bei Raumtemperatur im flüssigen Zustand voiliegen, L ■; p-1 oluolsulfonsäure oder ein Gemisch aus p- und ohne daß deren Wirksamkeit" auf das zu härtende o- Foluolsulfonsäure sein mit Verunreinigungen an Bindemittel Harz durch die Anwesenheit von Lo-Schwefclsäure und Toluol. Es hat sich nunmehr ge- sungmitteln beeinträchtigt ist. daß die Dosierung zeigt, daß der feste Zustand des Sulfonierungspro- 25 oder nunmehr flüssigen Säure mn den üblichen Mhduktes zwar eine wesentliche Verbesserung der teln exakt möglich ist und daß der flüssige Härter Reaktionsgeschwindigkeit gegenüber den Lösungen sich mit den übrigen Formstoff komponenten ohne bei guten Festigkeitswerten mit sich bringt, daß aber Schwierigkeiten in kurzer Zeit intensiv vermengen andererseits Schwierigkeiten bei der praktischen iäßt. Die" zuletzt genannten Vorteile sind um so beHandhabung auftreten. So erfordert die Dosierung 30 deutender, als von vornherein nicht zu erwarten war. des festen Sulfonierungsproduktes einen erheblichen daß das gemäß der Erfindung hergestellte Formstofftechnischen Aufwand. gemisch in einer so extrem kurzen Zeit verfestigt

Zweck der Erfindung ist es. die Verfestigungszeit Das betrifft insbesondere Formstoffgemische mit

bei Raumtemperatur von Formstoffmischungen auf Phenolharzen als Bindemittel, da diesen Harzen

der Basis eines inerten Formgrundstoffes, eines syn- 35 Reaktionsträgheit nachgesagt wird,

thetischen Harzes und einer Sulfonsäure oder eines Nachstehend soll die Erfindung an einem Ausfüh-

Sulfonsäuregemisches wesentlich zu verkürzen, ohne rungsbeispiel näher erläutert werden,

auf die Vorzüge eines flüssigen Härters zu verzieh- Zur Herstellung von Gießereikernen und -formen

ten. werden 96.5 Gewichtsprozent eines üblichen Quarz-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein 40 sandes mit 1,5 Gewichtsprozent eines aromatischen

Verfahren zur Herstellung von Gießereikernen und Sulfonsäuregemisches vermengt, das in üblicher

-formen zu schaffen, das es ermöglicht, die vorteil- Weise durch Sulfonierung von beispielsweise Toluol

haften Härteeigenschaften der aromatischen Sulfon- und azeotroper Entfernung des im Umsetzungsge-

säuren bei Raumtemperatur zu nutzen, ohne einer- misch gebildeten Wassers mit Hilfe eines Uberschus-

seits deren Wirksamkeit durch zugefügte Lösungs- 45 ses des genannten Kohlenwasserstoffes hergestellt

mittel zu vermindern und ohne andererseits auf die worden ist. wobei im Sinne der Erfindung bei einem

Vorteile flüssiger Härter zu verzichten. Einsatz von 640 kg Toluol und 250 kg Schwefelsäure

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch dem Umsetzungsgemisch 56 1 Wasser entzogen wurgeiöst, daß dem inerten Formgrundstoff vor, wäh- den. Diesem Vorgemisch werden in einem der exrend oder nach der Zugabe des synthetischen Harzes 50 trem kurzen Verfestigungszeit angeglichenen Mischer eine aromatische Sulfonsäure oder ein Gemisch aro- 2 Gewichtsprozent Phenolformaldehydharz einer matischer Sulfonsäuren, die/das gegebenenfalls eine Viskosität von 1000 bis 130OcP und mit einem Festanorganische Säure enthalten kann, von solcher Art Stoffanteil von 75 bis 85 Gewichtsprozent, bezogen zugefügt und mit demselben vermengt wird, der/dem auf den Harzanteil im Formstoff, zugefügt. Nach eine dadurch bestimmte Menge Wasser entzogen 55 einer Mischzeit von 8 Sekunden wird das nunmehr worden ist, daß der Wassergehalt der aromatischen fertige Formstoffgemisch sofort zu Gießereikernen Sulfonsäure zwischen dem des Monohydrates der und -formen weiterverarbeitet, die bei einer Raum-Sulfonsäure und dem der wasserfreien Säure liegt temperatur von 20 C in einer Zeit von 20 bis 30 Se- oder daß bei Verwendung eines Gemisches aroma«- künden aushärten. Die auf diese Weise hergestellten scher Sulfonsäuren der Wassergehalt des Gemisches 6o Formteile wiesen nach der Aushärtung eine Biegefeso eingestellt ist, daß wenigstens eine der vorliegen- stigkeit von 30kp/cm² auf.

den Sulfonsäuren einen solchen aufweist, der zwi- Bei der Herstellung des Formstoffgemisches kann, sehen dem ihres wasserfreien Zustandes und dem ih- ohne den Gegenstand der Erfindung zu verändern, res Monohydrates liegt, und daß den anderen Sulfon- zuerst ein Teilgemenge Sand—Harz oder Sand— säuren insgesamt nur so viel Wasser zur Verfügung 65 Härter gewonnen werden, dem die fehlende Formsteht, daß sich deren Monohydrate bilden können. Stoffkomponente Härter bzw. Harz zugemischt wird,

In Kenntnis der bekannten Eigenschaften, daß ei- oder es können alle Formstoffkomponenten gleich-

nerseits sowohl die wasserfreien Sulfonsäuren als zeitig vermengt werden.

Claims (1)

1. durch die Wahl der Konzentration dieser Komponen-

   f atentansprucn: _{ten Jm endgü}]_tjg_en Fonnstoff in bestimmten Grenzen

   Verfahren zur Herstellung von Gießereikernen variieren. So läßt sich beispielsweise die Verfesti- und -formen unter Verwendung eines säurehärt- gungszeit durch Erhöhen der freien Phenol- und/ baren Harzes und einer aromatischen Sulfonsäure 5 oder Formalinameile im Harz verkürzen. Die Nachoder eines aromatischen Sulfonsäuregemisches. teile bestehen darin, daß mit Zunahme dieser freien die/das gegebenenfalls eine anorganische Säure Harzbestandteile die Festigkeit der erhärteten Formenthalten kann, wobei das Formstoffgemisch Stoffmischung ab- und die gesundheitsschädigende durch unmittelbar nacheinanderfolgendes oder Wirkung der Formstoffmischung zunimmt. Eine Ergleichzeitiges Vermengen aller Formstoffkom- io höhung der Härterkonzentration in der Formstoffmiponemen "oder über die Herstellung eines über schung bringt auch nicht den gewünschten Erfolg, da einen gewissen Zeitraum lagerfähigen Teil- hierdurch die Wirtschaftlichkeit nachteilig beeinflußt gemisches, dem zu einem gewünschten späteren wird, die Verfestigungszeit nicht beliebig verkürzt Zeitpunkt die Komplementkomponente zugefügt werden kann und außerdem im Formling infolge an wird, gewonnen wird, dadurch gekenn- 15 der Härtereaktion unbeteiligter Härterteilchen Stelze i c hn e t, daß dem inerten Formgrundstoff len geringer Festigkeit entstehen,
   oder dem Gemisch Formgrundstoff—Harz eine Die Wahl der Formstoffkomponenten mit dem aromatische Sulfonsäure mit einem geringeren als Ziel einer möglichst kurzen Verfestigungszeit nach zur Monohydratbildung notwendigen Wasserge- der Verarbeitung zu Formteilen wird durch die Forhalt oder ein aromatisches Sulfonsäuregemi^ch 20 deningen nach ausreichender Festigkeit der Gießereizugefügt und mit diesem vermengt wird, dessen kerne und -formen, geringer Gasentwicklung wali-Wassergehalt so eingestellt ist, daß wenigstens rend des Gießprozesses und gutem Kernzerfall eng eine der darin vorliegenden aromatischen Sulfon- begrenzt.

   säuren einen Wassergehalt unterhalb des zur Mo- Es ist weiterhin bekannt, zur Härtung organischer

   nohydratbildung notwendigen Wassergehaltes 25 Harzbindemittel Sulfonsäuren in Form von Lösungen,

   aufweist und den übrigen Sulfonsäuren maximal vorzugsweise in Wasser gelöst, zu verwenden. Die^e

   nur so viel Wasser im Gemisch zur Verfugung Lösungen können gegebenenfalls eine starke anori;.i-

   steht, daß sich deren Monohydrate bilden kön" nischeSäure enthalten. Die aromatischen Sulfonsliu-

   nen. relösungen haben sich hinsichtlich gießereitechni-

   30 scher Forderungen als sehr vorteilhaft erwiesen. Sie

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstel- weisen eine Härtecharakteristik auf, die dem Wunsch len von Gießereikernen und -formen unter Verwen- der Gießereiindustrie nach kürzeren Verfestigungszci dung eines inerten Formgrundstoffes, beispielsweise ten entgegenkommt. Die Festigkeit der auf dies. ein in Gießereien üblicher Sand, eines bei Raumtem- Weise hergestellten Kerne ist aber gering. Um diesci peratur mittels eines sauren Besehleunigers härtbaren 35 Mangel abzustellen, hat man zu aufwendigen modifi-Harzes und einer organischen Sulfonsäure oder einer zierten Harzen bzw. Harzkombinationen gegriffen. Mischung von Sulfonsäuren oder einer Mischung So ist es bekannt. Kerne bei Raumtemperatur daeiner oder mehrerer Sulfonsäuren mit einer anorgani- durch herzustellen, daß man einen ersten Anteil sehen Säure, beispielsweise Schwefelsäure. eines körnigen feuerfesten Materials mit einem me-Es ist bekannt, Sandkerne und -formen für Gieße- 40 thylolierten Produkt, beispielsweise ein Reaktionsproreizwecke unter Verwendung synthetischer Harze dukt einer phenolischen Verbindung mit Formaldcherzustellen, die unter der Einwirkung eines dem hyd, und einen zweiten Anteil mit einem Gemisch Sand-Harz-Gemisch zugefügten sauren Beschleuni- aus einer sauren Substanz, beispielsweise p-Toluolgers bei Raumtemperatur verfestigen. Die hierfür be- sulfonsäure, und einem phenolischen Novolakharz kanntgewordenen Harze sind solche, die durch Um- 45 überzieht, beide Anteile vermengt und in einem kalsetzung von Formaldehyd mit wenigstens einer der ten Werkzeug formt. Die erhaltenen Kerne weisen Komponenten Harnstoff und Phenol gewonnen wer nach etwa einer Stunde Verfestigungszeit eine den und die gegebenenfalls mit Furfurylalkohol mo- Druckfestigkeit von 25 bis 29 kp cm² auf. Hierbei difiziert sein können. Als Beschleuniger bzw. Härter liegen die Überzüge in flüssiger Form vor, damit sie sind sowohl solche fester als auch solche flüssiger 50 wirksam miteinander reagieren können. Das bedeu-Natur bekanntgeworden. Hierbei gibt man den flüssi- tet, daß normalerweise feste Bestandteile gelöst oder gen Härtern den Vorzug, da sie regelmäßig wirksa- dispergiert sind. Als geeignete Lösungsmittel für SuI-mer sind, sich mit den übrigen Formstoffkomponen- fonsäuren sind Alkohol und vorzugsweise Wasser beten leichter vermischen lassen und hinsichtlich der kannt. Nachteilig ist hierbei, daß die aufwendigen Dosierung einen geringeren Aufwand erfordern. Zu 55 Harze bzw. Harzkombinationen und die bis zum Erden flüssigen Härtern gehören beispielsweise Phos- reichen einer genügenden Festigkeit erforderliche phorsäurc. Schwefelsäure, Chlorwasserstoffsäure. Vcrfestigimgszeit die Wirtschaftlichkeit des Verfah-Im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit der Herstel- rens und damit dessen Verwendungsbreite erheblich lung von Gießereikernen und -formen unter Verwen- beeinträchtigen. Insbesondere bei der Herstellung dung kallhärtender organischer Harze ist man be- 60 großer Serien werden eine beträchtliche Lagerkapazistrebt, die Verfestigungszeit des endgültigen Form- tat, eine Mehrzahl von Formwerkzeugen und für Stoffgemisches so niedrig zu halten, daß die sofortige komplizierte Teile gegebenenfalls Stützschalen erfor-Vcrarbcitung zu Gießereikernen und -formen ohne derlich.