DE2439818A1 - DIMENSIONS SUITABLE FOR THE MANUFACTURE OF FOUNDRY SHAPES AND CORES USING THE COLD-BOX PROCESS - Google Patents
DIMENSIONS SUITABLE FOR THE MANUFACTURE OF FOUNDRY SHAPES AND CORES USING THE COLD-BOX PROCESSInfo
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Description
Hamburg, 14. Aug. 1974 D 74 017 DHamburg, Aug. 14, 1974 D 74 017 D
DEUTSCHE TEXACO AKTIENGESELLSCHAFT 2000 Hamburg 13 Mittelweg 180DEUTSCHE TEXACO AKTIENGESELLSCHAFT 2000 Hamburg 13 Middle way 180
Zur Herstellung von Gießereiformen und -kernen nach dem Cold-Box-Verfahren geeignete MassenMasses suitable for the production of foundry molds and cores using the cold box process
Formmassen für das Cold-Box-Verfahren, die als Binder ein Zwei-Komponenten-System enthalten, von denen die eine Komponente ein Harz mit aktiven Wasserstoffatomen, die andere ein Polyisocyanat ist, sind bekannt. In der DT-AS 2 039 ist eine Formmasse beschrieben,-bei welcher das Harz mit aktiven Wasserstoffatomen ein Hydroxylgruppen tragendes Keton-Formaldehyd-Harz ist. Dieses Harz bringt gegenüber anderen Harzen mit aktiven Wasserstoffatomen, die für Cold-Box-Binder eingesetzt werden, beträchtliche Vorteile. So werfen sie keine Umweltprobleme auf, wie die Phenolharze, sind wesentlich wirtschaftlicher als die Furanharze und führen nicht zur Pin-holes-Bildung wie Aminharze. Darüber hinaus haben die Formmassen mit dem Ketonharz-Polyisocyänat-Bindersystem gegenüber allen anderen bekannten Massen, die für das Cold-Box-Verfahren bestimmt sind, den erheblichen Vorteil der größeren Sandstandzeit. Bei der Aushärtung dieser Formmassen durch Begasung mit 'dem heute üblichen Triethylamin zeigt sich aber, daß die BiegefestigkeitenMolding compounds for the cold box process that act as a binder Two-component system contain, one component of which is a resin with active hydrogen atoms, the other is a polyisocyanate are known. In the DT-AS 2 039 a molding compound is described in which the resin with active hydrogen atoms is a ketone-formaldehyde resin bearing hydroxyl groups. This resin brings opposite other resins with active hydrogen atoms, which are used for cold box binders, have considerable advantages. They do not pose any environmental problems like the phenolic resins, are much more economical than the furan resins and do not lead to pinhole formation like amine resins. About that In addition, the molding compounds have the ketone resin-polyisocyanate binder system compared to all other known masses that are intended for the cold box process, the considerable Advantage of the longer sand service life. When curing these molding compounds by gassing with 'what is common today However, triethylamine shows that the flexural strengths
6098 10/04226098 10/0422
bei Verweilzeiten im Form- bzw. Kern-Kasten unter einer Stunde relativ niedrig liegen. In der Praxis erwünscht ist aber, daß nach Begasung schon nach kurzer Zeit die gehärteten Teile hohe Biegefestigkeiten aufweisen.with dwell times in the mold or core box below one Hour are relatively low. In practice, however, it is desirable that after a short time after fumigation the hardened parts have high flexural strengths.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Formmassen zu schaffen, die alle Vorteile eines Keton-Polyisocyanat-Bindersystems aufweisen.. Darüber hinaus sollen die Formteile möglichst unmittelbar nach der Begasung hohe Biegefestigkeiten besitzen, also weitgehend ausgehärtet sein.The invention is therefore based on the object of molding compositions to create all of the advantages of a ketone-polyisocyanate binder system .. In addition, the molded parts should as soon as possible after the gassing have high flexural strengths, so be largely cured.
Gelöst wird die Aufgabe durch zur Herstellung von Gießereiformen- und -kernen nach dem Cold-Box-Verfahren geeignete Massen auf Basis von Sand und einem Zwei-Komponenten-Bindersystem aus Aceton-Formaldehyd-Kondensationsprodukt und Polyisocyanat, welche dadurch gekennzeichnet sind, daß das Aceton-Formaldehyd-Kondensationsprodukt ein niedermolekulares Polymethylol ist, das durch Kondensation von Aceton und Formaldehyd im Molverhältnis von 1,0 : 1,0 bis 2,5 in Gegenwart von 0,05 - 0,15 Mc-I Lauge zu praktischThe object is achieved by means of suitable tools for the production of foundry molds and cores using the cold box process Compounds based on sand and a two-component binder system made from acetone-formaldehyde condensation product and polyisocyanate, which are characterized in that the acetone-formaldehyde condensation product is a low molecular weight Polymethylol is obtained by condensation of acetone and formaldehyde in a molar ratio of 1.0: 1.0 to 2.5 in the presence of 0.05-0.15 Mc-I lye too practical
neutraler Reaktion, Ansäuern auf einen pH-Wert,von 4- oder
darunter
(Gnd Abtreiben von Wasser bis zu einem Feststoffgehalt vonneutral reaction, acidification to a pH value of 4 or below
(Gnd driving off water to a solids content of
mindestens 95 °/° erhalten worden ist.at least 95 ° / ° has been obtained.
Es war nicht voraussehbar, daß sich innerhalb des angegebenen Molverhältnisbereiches von Aceton zu Formaldehyd vjnd Durchführung der Kondensation mit etwa 1/10 Mol Lauge pro Mol Aceton und Ansäuern mit einer Säure vor dem Eindampfen im Vakuum ein Aceton-Formaidehyd-Reaktionsprodukt erhalten läßt, mit dem sich die gestellte Aufgabe lösen läßt. Die erfindungsgemäß eingesetzte freie Wasserstoffatome tragende Komponente ist kein Harz, sondernIt was not foreseeable that within the specified molar ratio range of acetone to formaldehyde vjnd carrying out the condensation with about 1/10 mole of alkali per mole of acetone and acidifying with an acid before evaporation an acetone-formaldehyde reaction product can be obtained in vacuo, with which the problem can be solved leaves. The free hydrogen atoms used according to the invention The load-bearing component is not a resin, it is
609 8 10/0422609 8 10/0422
■ ' ' ein niedermolekulares Polymethyl^·Vorzugsweise hat es ein Molekulargewicht von nur etwa 140 - 220. '■ '' a low molecular weight polymethyl ^ · Preferably it has a molecular weight of only about 140-220. '
In der DT-AS 2 256 285 sind ebenfalls niedermolekulare, als Vorkondensate bezeichnete Aceton-Formäldehyd-Kondensationsprodukte beschrieben; bei diesen Produkten liegt aber das Molverhältnis von Aceton zu Formaldehyd im Bereich von 1 : 2,5 bis 1 : 6. Außerdem wird nach dem Kondensieren nicht angesäuert, sondern unmittelbar nach der Kondensationsreaktion das Wasser bis zum gewünschten Feststoffgehalt im Vakuum ausgetrieben. Diese Vorkondensate werden auch nicht mit einem Polyisocyanat gehärtet, sondern kommen in einem reaktiven. Lösungsmittel, nämlich Furfurylalkohol zum Einsatz und werden mit einem sauren Katalysator ausgehärtet. .In DT-AS 2 256 285 there are also low molecular weight acetone-formaldehyde condensation products known as precondensates described; with these products, however, the molar ratio of acetone to formaldehyde is in the range from 1: 2.5 to 1: 6. In addition, the condensation does not acidify, but rather immediately afterwards the condensation reaction expelled the water to the desired solids content in vacuo. These precondensates are also not cured with a polyisocyanate, but come in a reactive one. Solvents, viz Furfuryl alcohol are used and are cured with an acidic catalyst. .
Das in den erfindungsgemäßen Massen enthaltene Polymethylol ist vorzugsweise in Gegenwart von Natronlauge als Katalysator hergestellt worden. Selbstverständlich kann auch ein anderes Alkali- oder Erdalkali-Hydroxid genommen werden. Man setzt in der Regel 40 - 60 Gew.-%ige Lösungen als Kondensationskatalysator ein und kondensiert, bis ein pH-Wert von etwa 7 erreicht ist.The polymethylol contained in the compositions according to the invention is preferably produced in the presence of sodium hydroxide solution as a catalyst. Of course, a other alkali or alkaline earth hydroxide can be used. As a rule, 40-60% strength by weight solutions are used as the condensation catalyst and condenses until a pH of about 7 is reached.
Die Säure, mit der dann angesäuert wird, kann irgendeine Mineralsäure, wie Phosphorsäure, Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, oder irgendeine organische .Säure, wie Essigsäure, Oxalsäure, sein. Die Konzentration der jeweils eingesetzten Säure ist so zu wählen; daß die wässrige Säure- ' lösung einen pH-Wert im Bereich von etwa 3 bis 4 hat. Am zweckmäßigsten setzt man eine 85 %ig.e Phosphorsäure ein.The acid with which it is then acidified can be any Mineral acid, such as phosphoric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, Nitric acid, or any organic acid such as acetic acid, Oxalic acid. The concentration of the acid used in each case is to be selected in this way; that the aqueous acid solution has a pH in the range of about 3 to 4. It is best to use 85% phosphoric acid.
Die Polyisocyanate, die für die erfindungsgemäßen Massen geeignet sind, können irgendwelche Isocyanate mit mindestensThe polyisocyanates required for the compositions of the invention are suitable, any isocyanates with at least
..■■■■-"■ - 4 BO98 1 07üA22 .. ■■■■ - "■ - 4 BO98 1 07üA22
zwei Isocyanatgruppen sein. Als Beispiele seien genannt Hexamethylendiisocyanat und Toluylendiisocyanat. Wegen seines niedrigen Dampfdrucks wird jedoch bevorzugt 4,4'-Diphenyimethan-diisocyanat eingesetzt. Das PoIyisocyanat wird in reiner Form oder in einem organischen Lösungsmittel gelöst als 40- "bis 95 %ige Lösung eingesetzt. be two isocyanate groups. Examples are Hexamethylene diisocyanate and tolylene diisocyanate. Because however, its low vapor pressure is preferred 4,4'-Diphenymethane diisocyanate is used. The polyisocyanate is used in pure form or dissolved in an organic solvent as a 40 "to 95% solution.
Der Zwei-Komponenten-Binder liegt in der Sandmasse in einer Menge von 0,25 - 10 Gew.-Teilen, "bezogen auf das Gewicht des Sandes, vor. Das Verhältnis von Polymethylolverbindung zu Polyisocyanat liegt, "bezogen auf den Peststoffgehalt, im Bereich von 1 : 5 "bis 3:1, vorzugsweise 1:1. The two-component binder is present in the sand mass in an amount of 0.25-10 parts by weight, "based on the weight of the sand. The ratio of polymethylol compound to polyisocyanate," based on the pesticide content, is in the range from 1: 5 "to 3: 1, preferably 1: 1.
Den Massen nach der Erfindung kann, wenn gewünscht, ein oder mehrere der üblichen Zusätze, wie z.B. ein Formtrennmittel, eingemischt werden. Die Massen sind durch Begasen mit einem tertiären Amin, wie Trimethylamin, Triäthylamin, härtbar. Die Härtung erfolgt, wie bereits gesagt, so schnell, daß nach etwa 5 Minuten das Ausschalen vorgenommen werden kann. Außerdem können" weitere für die Polyurethanherstellung bekannte Katalysatoren, wie Pyridinverbindungen, Triäthyiendiamin oder metallorganische Verbindungen eingesetzt werden. Man fügt diese Katalysatoren direkt der Formstoffmischung zu,· wobei in der Praxis vorzugsweise kontinuierliche Mischer verwendet werden. Die gehärteten Formschalen und -kerne haben dann bereits die Festigkeit, die die bekannten Polyurethan-gebundenen Formsandteile erst eine Stunde nach der Begasung besitzen.If desired, one or more of the customary additives, such as, for example, a mold release agent, can be mixed into the compositions according to the invention. The masses can be hardened by gassing with a tertiary amine, such as trimethylamine or triethylamine. As already mentioned, the hardening takes place so quickly that the formwork can be removed after about 5 minutes. In addition, other catalysts known for polyurethane production, such as pyridine compounds, triethylenediamine or organometallic compounds, can be used. These catalysts are added directly to the molding material mixture, with continuous mixers preferably being used in practice Strength that the well-known polyurethane-bonded molding sand parts only have one hour after fumigation.
In dem nachstehenden Beispiel 1 wird die Herstellung eines für die erfindungsgemäßen Formmassen geeigneten PoIymethylols beschreiben. In den Beispielen 2 und 3 werden erfindungsgemäße Formmassen hergestellt und daraus Prüfstäbe geformt, begast und die Biegefestigkeiten ermittelt.Example 1 below shows the production of a polyymethylol suitable for the molding compositions according to the invention describe. Examples 2 and 3 are according to the invention Molding compounds are produced and test rods are formed from them, gassed and the flexural strengths are determined.
6ü9b1Ü/0A22 ·6ü9b1Ü / 0A22
Herstellung eines Polymethylols. ■ In einem Reaktor aus Edelstahl werden 87 kg Aceton und 152 kg 37%ige wässrige Formaldehydlösung auf 50 - 55°C erhitzt. Dann läßt man unter Kühlung des Reaktors 1,13 kg 60 %ige Natronlauge zulaufen, wobei, die Temperatur 55°C nicht übersteigen soll.Production of a polymethylol. ■ 87 kg of acetone and 152 kg of 37% aqueous formaldehyde solution are heated to 50-55 ° C. in a stainless steel reactor heated. Then, while cooling the reactor, 1.13 kg of 60% strength sodium hydroxide solution are run in, the temperature being 55.degree should not exceed.
Nach Beendigung der Natronlaugenzugabe wird der Ansatz in 20 Minuten auf 75°C aufgeheizt und so lange bei dieser Temperatur gehalten, bis der pH-Wert auf 7,0 abgefallen ist. Nach Abkühlen auf 4-0 C stellt man mit Phosphorsäure einen pH-Wert von 3»2 ein und destilliert im Vakuum das Wasser möglichst vollständig ab. ' . -After the addition of the sodium hydroxide solution is complete, the batch is heated to 75 ° C. in 20 minutes, and this is continued for so long Maintained temperature until pH dropped to 7.0. After cooling to 4-0 C, it is adjusted with phosphoric acid a pH of 3 »2 and the distilled in vacuo Water off as completely as possible. '. -
Der Rückstand wird mit Cyclohexanon zu einer 50 %igen Lösung verdünnt.The residue becomes 50% strength with cyclohexanone Solution diluted.
Die so erhaltene Lösung von Aceton-Formaldehyd-Kondensationsprodukten in Cyclohexanon, im folgenden kurz AFK-Lösung genannt, wird zubereitung der nachstehend beschriebenen Formstoffmischungen eingesetzt. ^The solution of acetone-formaldehyde condensation products thus obtained in cyclohexanone, hereinafter referred to as AFK solution for short, is the preparation described below Molding mixtures used. ^
5 kg trockener Quarzsand, 30 g Diphenylmethandiisocyanat und 60 g AFK-Lösung werden zu einer Formmasse angemischt. Diese wird in einer Kernbüchse nach DIN 52 4-04- durch 3 Rammschläge verdichtet und anschließend mit einem Triäthylamin-Ectalysatornebel ausgehärtet. Zur Durchleitung des Katalysatornebels ist die Form (abweichend von der DIN-Vorschrift) an der Oberseite mit einem Gaszuführungstrichter und an der Unterseite mit Schlitzdüsen versehen worden.5 kg of dry quartz sand, 30 g of diphenylmethane diisocyanate and 60 g of AFK solution are mixed to form a molding compound. This is in a core box according to DIN 52 4-04- by 3 rams compressed and then with a Triäthylamin-Ectalysatornebel hardened. For the passage of the catalyst mist, the shape (deviating from the DIN regulation) at the top with a gas supply funnel and slotted nozzles on the underside.
Unmittelbar nach dem Ausformen betragen die durchschnittliehen Biegefestigkeiten 150 N/cm1", nach 15 Minuten LagerzeitImmediately after removal from the mold, the average flexural strengths are 150 N / cm 1 ", after a storage time of 15 minutes
6Q 9810/0 422 ' " 6 "6Q 9810/0 422 '" 6 "
werden 260 N/cm erreicht.260 N / cm are reached.
5 kg trockener Quarzsand werden mit einer Mischung aus 60 g AFK-Lösung und 1 g Katalysator (5 %ige Lösung von 4-(3-Phenyl-propyl)-pyridin in einem Aromatengemisch eines Siedebereiches von 150 bis 1800C) innig vermischt. Danach fügt man 40 g der Isocyanatkomponente (75 %ige Lösung von Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat in dem.gleichen Aromatengemisch )hinzu, mischt kurz und intensiv und formt dann Biegestäbe nach DIN 52 404.5 kg of dry quartz sand are intimately mixed with a mixture of 60 g of AFK solution and 1 g of catalyst (5% solution of 4- (3-phenylpropyl) pyridine in an aromatic mixture with a boiling range from 150 to 180 ° C.). Then 40 g of the isocyanate component (75% solution of diphenylmethane-4,4'-diisocyanate in the same aromatic mixture) are added, mixed briefly and intensively and then bending bars are formed in accordance with DIN 52 404.
Die Biegestäbe werden nach 15 Min. der Form entnommen und nach weiteren 30 Min. gebrochen. Man erreicht mittlereThe bending bars are removed from the mold after 15 minutes and broken after a further 30 min. One reaches middle ones
Biegefestigkeiten von 240 N/cm .Flexural strengths of 240 N / cm.
— 7 — 609810/0A22 ·- 7 - 609810 / 0A22
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