-
Verfahren zum getriggerten Härten von Gießereiformteilen Die vorliegende
Patentanmeldung ist eine Zusatzanrüeldung zur Patentsnmeldung P 20 44 552.7-24 und
betrifft das Einschließen des Härtemittel enthaltenden Materials in Mikrokapseln
sowie das Beimischen des eingeschlossenen Mßterials zur Formmasse.
-
Es wird hier ausschließlich flüssiges Härtemittel enthaltendes Material,
unter dem auch das Härtemittel selbst verstanden werden kann, beschrieben und dieses
deshalb im folgenden kurz als «Härtemittel enthaltende Flüssigkeit" bezeichnet.
-
Dabei wird die in der Patentanmeldung P 20 44 552.7-24 gegebene Definition
des Begriffs Härtemittel" zugrunde gelegt.
-
Gegenstand der Patentanmeldung ist ein Verfahren zum Härten von aus
härtbaren Formmassen geformten Formteilen mittels Härtemitteln, bei dem Härtemittel
enthaltende Plüssigkeit in Mikrokapseln eingeschlossen und dann der Pormmasse beigemischt
wird und die Kapselwsndungen während des Beaufschlagens der Formwerkzeuge mit Formmasse
bzw. während oder nach der Formung des Formteils zerstört werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Härtemittel enthaltende Flüssigkeit in aus hydrophobem Pulver gebildeten
Mikrokapseln eingeschlossen wird.
-
Das hydrophobe Pulver besteht vollständig oder zum größten Teil aus
einem oder mehreren Vertretern folgender vier Stoffklassen: a) Pulverförmige hydrophobierte
Mineralien mit Schichtgitterstruktur, b) kolloidale hydrophobe Kieselsäurederivate,
c) pulverförmige Metallsalze höherer Carbonsäuren, d) pulverförmige wachsartige
odet wachsähnliche Substanzen beliebigen Ursprungs. Beispiele für je einen Vertreter
der vorgenannten Stoffklassen sind: a) Mit Salzen von Fettaminen präparierter Bentonit,
b) das unter der Handelsbezeichnung "Aerosil R 972" erhältliche Kieselsäurederivat,
c) Aluminiumarachinat,
d) N.N-Dialkylbehensäureamid. Ein bevorzugtes
hydrophobes Pulver ist Aerosil R 972.
-
Die Härtemittel enthaltende Flüssigkeit wird durch einen hinreichend
groben Zusatz von Wasser oder bzw. und von einer stark hydrophilen Substanz so eingestellt,
daß sie das hydrophobe Pulver nicht benetzt. Mit hydrophilen Substa.nzen sind hier
und im folgenden solche gemeint, die allein oder in Form wsisceriger Lösungen ein
gleiches oder khnliches Benetzungsverhalten gegenüber hydrophobem Pulver aufweisen
wie Wasser.
-
Stark hydrophile substanzen sind z.B. Glykol, Diglykol, Glycerin,
Triäthanolamin, niedere Saccharide, Erythrit, Mannit, Sorbitan.
-
Etwa 60 bis 90 Gewichts-RG Härtemittel entzaltende Flüssigktit weruen
mit 40 bis 1C Gewichts-S hydrophobem Pulver verrührt.
-
Um dabei eine lastige Staubentwicklung zu vermeiden, wird die Flüssigkeit
vorgelegt und das gesamte hydrophobe Pulver darübergeschichtet. Erst danach wird
der unterhalb der FlLissigkeitsoberfläche befindliche Rührer in Gang gesetzt und
zwar so schnell, daf die Flüssigkeitsoberfläche Trichtergestalt annimmt. Dadurch
werden die unteren Partien der Pulverschicht zuerst in die Flüssigkeit hineingesogen
während die Oberfläche der Pulverschicht bis zuletzt in Ruhe bleibt. Die enge des
hyd.rophoben Pulvers wird durch Vorversuche derart bemessen, daß das fertige Mischgut
selbst den Charakter eines trockenen Pulvers erhält, welches jedoch gröber als das
eingesetzte hydrophobe Pulver ist. Die einzelnen Partikelchen dieses gröberen Pulvers
erweisen sich unter dem Mikrmskop als unregelmäßig geformte Mikrokapseln, in denen
die Härtemittel enthaltende Flüssigkeit eingeschlossen ist.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich allgemein auf das Härten
von aus härtbaren Formmassen geformten Formteilen anwenden. Ohne Beschränkung dieser
allgemeinen Anwendbarkeit werden im folgenden lediglich einige Anwendungsbereiche
beschrieben.
-
Handelt es sich um Formmassen nach DT-AS 2 040 711 oder enthält das
Bindemittel der Formmasse mehrfunktionelle Isocyanate und irgendwelche für diese
geeignete Reaktionspartner, so ist die Härtemittel enthaltende# Flüssigkeit eine
Lösung von tertiären Aminen in Wasser oder in hydrophilen Flüssigkeiten oder in
hydrophile Substanzen enthaltendem Wasser.
-
Beispiele für geeignete tertiäre Amine sind N.N.N'.N'-Tetramethyläthylendiamin,
Trimethylamin,- Triäthylamin, N.N-Dimethylcyclohexylamin, N.N-Dimethylbenzylamin.
Besonders geeignet sind solche tertiären Amine, die außer der tertiären Aminogruppe
im Molekül noch mit Isocyanaten rea.gierende Gruppen, wie z.B. (-OH)-Gruppen, (-NH-)-Gruppen,
(-NH2)-Grup pen aufweisen. Beispiele für derartige tertiäre Amine sind Trialkanolamine,
N.N-Dimethylaminopropanol, Dimethyl-(3-Methozypropyl)-amin, N.N-Dimethylaminopropylamin.
Unter den zuletzt definierten tertiären Aminen werden solche bevorzugt, die außer
der tertiären Aminogruppe genau zwei mit Isocyanaten reagierende Gruppen im Molekül
aufweisen. Beispiele hierfür sind N-Methyldiäthanolamin, N.N-Dimethyldiäthylentriamin,
N-Methyldipropylentriamin (NH2-C3H6-NCH3-03H67NH2). Zweckmäßig werden den tertiären
Aminen zur synergistischen Steigerung der Aushärtegeschwindigkeit solche Amine,
die keine tertiären Aminogruppen im Molekül enthalten, beigemischt.
-
Beispiele für derartige Amine sind Propylamin, Cyclohexylamin, Furfurylamin,
D-MeffDxypropylamin, Konmäthanolamin, Diäthylamin, Diäthanolamin, Morpholin. Beispiele
für geeignete Lösungsmittel für die Amine der vorgenannten Klassen sind Wasser,
Triäthanolamin, Triäthanolamin-Wasser-Gemisch, Triäthanolamin-Glykol-Gemisch, wässerige
Lösungen der oben definierten hydrophilen Substanzen. Hierbei ist zu bemerken, daß
einige niedere Trialkanolamine, wie Triäthanolamin, zugleich tertiäre Amine darstellen
und auch geeignete Lösungsmittel für die übrigen Amine.
-
Nach einer bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgema
Len
Verfahrend um Härten von solchen Formteilen, die aus Formmassen nach DT-AS 2 040
711 oder aus mehrfunktionelle Isocyanate und irgendwelche geeignete Reaktionspartner
enthaltenden Formmassen geformt sind, werden tertiäre Amine mit Säuren in Salze
umgesetzt und deren Wässerige Lösungen in Mikr@kapseln eingeschlossen. Geeignete
Spuren sind sowohl organische als auch anorganische Säuren. Beispiele für geeignete
Säuren sind o-Phosphorsaure und deren Kondensationsprodukte wie Pyrophosphorsäure,
Triphosphorsäure und höhere Polyphosphorsäuren, ferner Essigsäure, Propionsäure,
Oxalsaure, niedrigpolymeie Acrylsäure, Kohlensäure. Als besonders vorteilhaft hat
sich erwiesen, ein Mol einer substanz, die pro Molekül eine tertiäre Aminogruppe
und mindestens noch eine weitere beliebige Aminogruppe aufweist, mit einem Val einer
Säure umzusetzen. Beispiele hierfür sind die wässerigen Lösungen von 1 Mol N-Methyldipropylentria.min
und 1/3 Mol o-Phosphorsäure oder von 1 Mol N.N.NNZTetramethyläthylendiamin und 1/2
Mol Oxalsäure oder von 1 Mol N.N-Dimethylaminopropylamin und 1 Mol Ameisensäure.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäEen
Verfahrens zum Härten voitt solchen Formt eilen, die aus Formmassen nach DT-AS 2
040 711 oder aus mehrfunktionelle Isocyanate und irgendwelche geeignete Reaktionspart
ner enthaltenden Formmassen geformt sind, werden tertiäre Amine in quartäre Ammoniumbasen
bzw. quartäre Ammoniumsalze umgesetzt und deren wässerige Lösungen in Mikrokapseln
eingeschlossen. Beispiele für quartäre AmmoniumverBindungen sind Tetraalkylammoniumhydroxide,
Tetraalkylammoniumacetate, Tetraalkylammoniumcarbonate.
-
Enthält da.s Bindemittel der Formmasse höhermolekula.re Rea.ktionsprodukte
aus mehrfunktionellen Isocyanaten und geeigneten Reaktionspartnern, wobei diese
Reaktions
produkte pro Molekül noch mindestens zwei Isocyanatogruppen aufweisen, so werden
erfindungsgemäß Wasser oder wässerige Alkalien in
Elikrokapseln
eingeschlossen.
-
Aus Formmassen nach DU-AS 2 040 437 geformte Formteile.können ebenfalls
erfindungsgemab gehärtet werden, wobei Wasser oder wässerige Alkalien in Mikrokapseln
eingeschlossen werden.
-
Ein weiterer beispielhafter Anwendungsbereich für das erfindungsgemäL-e
Verfahren ist das bekannte jYIaskenformverfahren nach C r o n i n g . Das dafür
bekanntlich als Härtemittel verwendete Hekamethylentetramin läßt sich vorteilhaft
ganz oder teilweise durch in Mikrokapseln eingeschlossene wässerige Lösungen von
Aminen, insbesondere von mehrfunktionellen aromatischen Aminen, ersetzen. Bevorzugt
werden Lösungen eines technischen Isomerengemisches des Phenylendiamins. Die Mikr@kapseln
werden der bekanntlich rieselfähigen Formnunasse beigemischt. Die in den Mikrokapseln
enthaltene Lösung bewirkt eine raschere und dennoch gleichmäßigere Härtung der Pormteile
als das Hexamethylentetramin. Ähnliche Vorteile erzielt man, indem man der Hexamethylentetramin
entha.ltenden Formmasse in Mikrokapseln eingeschlossene wässerige Lösungen von aromatischen
Carbonsäuren oder Oxcarbonsäuren, insbesondere Salicylsäure, beimischt.
-
Weitere beispielhafte Anwendungsbereiche für das erfindungsgemäke
Verfahren sind mit silikathaltigen Bindemitteln angemischte Formmassen und daraus
geformte Pormteile. Als Härtemittel werden wässerige Lösungen von Säuren in Mikrokapseln
eingeschlossen und den Formmassen beigemischt. Geeignet sind anorganische und organische
Säuren. Beispiele sind Phosphorsäuren, Salzsäure, Sulfonsäuren. Enthalt das silikathaltige
Bindemittel Phenol-Resole, so werden vorteilhaft wässerige Lösungen aromatischer
Sulfonsäuren, wie z.B. p-Toluolsulfonsäure, in Mikrokapseln eingeschlossen.
-
Handelt es sich beim Härtemittel um wasserunlösliche Flüssigkeiten
oder in solchen aufgelöste Substanzen, dann wird die
betreffende
Flüssigkeit zunächst in Wasser emulgiert und die Emulsion in Mikrokapseln eingeschlossen.
-
Erfindungsgemäß können auch unterschiedliche Härtemittel enthaltende
Flüssigkeiten jede fizr sich in Mikrokapseln eine schlossen und der Formmasse dann
ein Gemisch der verschiedenartig gefüllten Mikrokapseln beigemischt werden.
-
Die aus hydrophobem Pulver gebildeten Mikrokapseln sind gut rieselfähig
und von rela.tiv niedrigem Schüttgewicht. XeBha.lb werden sie vorteilhaft während
des Beaufschlagens der Formwerkzeuge ffit Formmasse dieser beigemischt. Beim Blasen
von Formteilen kann der Luftstrom oder ein Teilluftstrom durch einen die Mikrokapseln
enthaltenden Behälter geleitet werden.
-
Die Mikrokapseln werden vom Luftstrom mitgerissen und auf diesem Weg
in die durch den Blasluftstrom bereits aufgewirbelte Formmasse eingeleitet. Auch
kann in den Blas- oder SchieLkopf eine besondere Leitung geführt werden, durch die
die Mikrokapseln während des Blas- oder Schießvorganges dem strömenden Buft-Formmasse-Gemisch
injiziert werden. Bei dieser Arbeitsweise werden die Mikrokapseln im Formwerkzeug
durch den infolge des Füllvorganges entstehenden Stau zerquetscht und die sich in
den Poren der Formmasse abspielenden kurzzeitigen Strömungsvorgänge tragen zu einer
erteilung des Kapselinhaltes bei. Besonders wirksam ist die nach erfolgtem Schuß
aus den Poren unter Entspannung expandierende Luft. Auf diese Weise wird die Härtemittel
enthaltende Flüssigkeit genau zu der Zeit, zu der sie wirken soll, befreit. Eine
Schädigung des Personals und der Einrichtungen durch freies Härtemittel ist ausgeschlossen
und die zeitliche Begrenzung der Verarbeitbarkeit der Formmassen durch in üblicher
Weise vorzeitig beigemischtes unverka.pseltes Htrtemittel wird vermieden.
-
Die folgenden Beispiele sollen oie Erfindung erl utern, ohne sie auf
die Beispiele zu beschränken.
-
Beispiel 1 Es wurde eine Fo@mmasse aus 100 Teilen Quarzsand, 1 Teil
m@hrfunktionelles Isocyanat, 1. Teil Harz v@m Novolaktyp angemischt Unter Teilen
worden hier und im folgenden Gewichtsteile verstanden, Das Isocyana-t und das Harz
sind speziell auf das bekannte Cold-Box-Verfahren abgestiiinte im Handel erhältliche
Prod te.
-
Aus dieser Formmasse wurden Kerne .in einen Kernkasten von Raumtemperatur
geschossen und zwar sowohl unter Injektion von Mikrokapseln in den Schießstrahl
hinein als auch ohne diese Maßnahme. Die ohne diese Maßnahme geschossenen Kerne
konnten 30 Minuten nach dem Schuß nicht aus dem Kernkasten entnommen werden, weil
sie noch weich waren.
-
Die Menge der jeweils injizierten Mikrokapseln wurde so bemesseh,
daii in 100 Teile verschossener Formmasse 1,5 bis 2,5 Teile Mikrokapseln eingemischt
wurden.
-
Eine Mischung aus 20 Teilen 40 %iger wässeriger Trimethylaminlösung,'5
Teilen triäthylamin und 60 Teilen Triäthanolamin wurde mit XXX 15 Teilen Aerosil
R 972 verkapselt. Die mit den so erhaltenen Mikrokapseln geschossenen Kerne konnten
2 Minuten nach dem Schuß aus dem Kernkasten entnommen werden.
-
Beispiel 2 Formmasse und Arbeitsweise waren wie im Beispiel 1. 90
Teile 10 ziege wässerige Trimethylaminlösung wurden mit -10 Teilen Aerosil R 972
verkapselt. Die mit den so erhaltenen Mikrokapseln geschossenen Kerne konnten 5
Minuten nach dem Schuß aus dem Kernkasten entnommen werden.
-
Beispiel 3 Formmasse und Arbeitsweise waben wie im Beispiel 1. Eine
Mischun
@ aus 10 Teilen N.N.N'.N'-Tetramet@yläthylendiamin, 5 Teilen
3-Mathoxypropylamin, 5 Teilen Wasser und 60 Teilen Triäthanolamin wurden mit 20
Teilen Aerosil R 972 verkapselt. Die mit den s@ erhaltenen Mikrokapseln geschossenen
Kerne konnten 2 Minuten nach dem Schu@ aus dem Kernkasten entnommen werden.
-
Beispiel 4 Formmasse und Arbeits@eise waren wie im Beispiel 1. Eine
Mischun@ aus 3C Teilen Pa.raffinöl, 5 Teilen Öls@ure, 20 Teilen Triät@@lamin, 10
Teilen Nonylphenoläthoxylat, 15 Teilen Natriumoleylsulfat wurde in 100 Teilen 5
@iger wässeriger Trimet@yl@@inl@sung e@ulgiert. 88 Teile dieser Emulsion wurde mit
12 Teilen eines Gemi@ches aus Aerosil R 972 un@ mit Stearylam@oniumacetat be@andeltem
Bentonit verkapselt. Die mit den so e@@altenen Mi@rokapseln geschossenen Kerne konnten
1,5 Minuten nack dem Schu@ aus dem @ernkasten en@nommen werden.
-
Beispiel 5 Als Fo@mmas@e diente die des Beispiels 1. 90 Teile einer
fast gesät igten @@s er@g@n Lösung von Trimethylpropylammoniumacetat wurde mit 10
Teilen Aerosil @ 972 verkapselt. Mit den erheltenen Mikrokapseln wurden wie irn
Beispiel 1 Kerne geschossen. Nach erfolgtem Schuß wurde für 30 Se@unden Heißluft
durch den Kenn geprent. Sofort danach ko@nte der Kern aus dem Kernkasten entno men
werden.