DE2518485B2

DE2518485B2 - Verfahren zur herstellung eines fluessigen bindemittels fuer giessereiform und -kernmassen

Info

Publication number: DE2518485B2
Application number: DE19752518485
Authority: DE
Inventors: Alois Dipl.-lng. Rousinov; Polasek Bohumir Dipl.-Ing. Bilovice Svit; Burian (Tschechoslowakei)
Original assignee: Statni Vyzkumny Ustav Materialu
Current assignee: Statni Vyzkumny Ustav Materialu
Priority date: 1975-04-22
Filing date: 1975-04-25
Publication date: 1978-01-19
Also published as: DE2518485A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Bindemittels für Gießerei-Form- und -Kernmassen auf Basis einer wäßrigen Lösung eines Alkalisilikats und 10 — 40% eines pulverförmigen organischen Zusatzstoffes bei 60-100° C.

Zum Binden von Form- und Kernmassen werden verschiedene organische und anorganische Bindemittel verwendet. Von den organischen Stoffen werden am häufigsten Harze und öle eingesetzt. Die organischen Bindemittel ermöglichen zwar eine leichte Reinigung der Gußstücke, da die organischen Stoffe durch die jo Hitze des gegossenenen Metalls verbrennen. Die organischen Harze und öle setzen jedoch beim Guß wie auch während der Herstellung und Verarbeitung der Gemische gesundheitsschädliche Stoffe frei, die eine Verunreinigung von Abwässern oder ähnlichen Schäden J5 verursachen und daher ein Problem des Umweltschutzes darstellen.

Von diesem Standpunkt aus ist die Anwendung organischer Stoffe als Bindemittel für Formsandmischungen vorteilhafter. Das verbreitetste anorganische Bindemittel ist Wasserglas bzw. Natriumsilikat, das gesundheitlich unschädlich, leicht zugänglich und billig ist. Die Natriumsilikat enthaltenden Mischungen werden mittels Durchblasens von Kohlendioxid gehärtet, oder es werden selbsthärtende Gemische mit Zement-, Ferrosilizium- oder Schlackenzusätzen im Gemisch verwendet. Die Nachteile dieser Gemische beruhen auf dem schlechten Zerfallen, der hohen Klebkraft der Mischung sowie der rauhen Oberfläche der Abgüsse.

Der Hauptnachteil liegt vor allem im schlechten Zerfallen der Mischungen nach dem Gießen, das auch durch Zusätze verschiedener Stoffe zu den Mischungen nicht genügend verbessert werden kann. Üblicherweise werden anorganische Stoffe wie z. B. Ton oder Bauxit zugegeben. Eine teilweise Verbesserung des Zerfalls-Verhaltens bringt allerdings den Nachteil geringerer Festigkeit nach dem Aushärten mit sich.

Nach der GB-PS 8 81 352 werden den Mischungen, die durch Kohlendioxid gehärtet werden, Ammoniumchlorid, Oxalsäure, deren Alkalisalze oder Polystyrol t,o zugegeben. Auch der Zusatz von organischen Stoffen wie Bitumen, Zucker, Stärke, Dextrin, Cellulosederivaten od. dgl. zu den Mischungen verbessert ihr Zerfallsverhalten nicht. Diese Zusätze verbessern gewissermaßen die Abnützung der Kerne und ermöglichen dadurch (,■-, die Herabsetzung des Gehaltes an Alkalisilikaten in der Mischung.

Nach der CS-PS 147 072 wird der Lösung der Alkalisilikate ein Polykieselsäure-Hydrosol zugegeben das mit einer Lösung von Ammoniak, Hydrazin Äthanolamin oder Kaliumcarbonat hergestellt wurde Auch dieses Bindemittel ermöglicht keine wesentlich! Verbesserung des Zerfallsverhaltens und ist zudem nu: für bestimmte Arten insbesondere thermisch bean spruchter Kerne anwendbar.

Aus der GB-PS 12 40 877 ist ein Verfahren de eingangs genannten Art bekannt, wobei der Alkalisili katlösung bei 70 bis 100⁰C zunächst eine wässerigi Oxydationsmittellösung und anschließend Stärke züge setzt werden. Der Zusatz des Oxydationsmittels und ggl ein Wasserzusatz bis zu 20% sind dabei erforderlich, un mehr als 8% Stärke mit dem Alkalisilikat ohni Auftreten einer zu hohen Viskosität vermischen zi können. Durch den Wasserzusatz verringert sich jedocl die Reaktivität des Bindemittels. Diese Komponentei können dem Form- oder Kernsand auch direk zugesetzt werden.

Ferner ist aus den DT-AS 11 90 610 und 11 98 495 eil Verfahren zum Herstellen von nach dem Abgießei leicht zerfallenden Formen und Kernen nach den Wasserglas-Kohlensäureverfahren bekannt, gemäl dem dem Form- oder Kernsand vor der Mischung mi dem Wasserglas Bentonit und ggf. zusätzlich Zucke zugesetzt werden.

Weiter ist aus der GB-PS 12 99 779 bekannt, ii Gießformen oder -kerne eine Mischung von 2 bis i Gew.-% eines Alkalisilikats, 1 bis 3 Gew.-% Glucosesi rup, Rest Formsand einzubringen und mit Kohlendioxk zu kontaktieren.

Schließlich ist es aus der DT-OS 19 55 248 bekanni hierzu eine aus Formsand, wäßriger Natriumsilikatlö sung und Asphaltenen bestehende Formmasse zi verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, da; eingangs genannte Verfahren derart zu verbessern, dal man im Alkalisilikat 10 — 40% Stärke auflösen kann ohne einen Oxyationsmittelzusatz und/oder Wasserzu satz zu benötigen, um gleichzeitig eine hohe Reaktivitä des Bindemittels und ein gutes Zerfallverhalten de Form- oder Kernsandmischung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelösl daß die wäßrige Lösung des Alkalisilikats in einen Gewichtsanteil von 60 — 90% des Bindemittels und Res Stärke kalt gemischt, auf 60-100° C erwärmt und zu Auflösung der Stärke als lyophile Kolloidlösung au dieser Temperatur gehalten werden.

Dadurch, daß die Alkalisilikatlösung mit der Stärki kalt gemischt und erst danach für eine gewissi Zeitdauer auf 60—100°C erwämt wird, lassen sich ohni Oxydationsmittel und/oder Wasserzusatz 10—40°/ Stärke unter Bildung einer homogenen lyophilei Kolloidlösung auflösen, die über längere Zeit stabi gelagert werden kann, bei der Verwendung al Bindemittel für Form- und Kernmassen die Anwendunj üblicher Härtungsarten ermöglicht und vor allem zi einer guten Zerfallsfähigkeit nach dem Guß führt.

In dem erfindungsgemäß hergestellten Bindemitte sind die Kolloidteilchen entladen, und die Lösunj befindet sich am isoelektrischen Punkt, so daß sie durcl Störung des stabilen Zustands sehr leicht ausgefäll werden kann, wodurch eine schnelle Aushärtung des da Bindemittel enthaltenden Gemischs erreicht wird.

Der Bindemittelgehalt hängt bei der Herstellung voi Gießereiforrn- und -kernmischungen von der Art de verwendeten Füllstoffs, vor allem von der Feinheit, den Gehalt an Pulverteilchen und der Kornform ab. Dii

Herstellung der Formmasse kann auf die übliche Art geschehen.

Durch Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten Bindemittels können Formsandmischungen hergestellt werden, die auf zwei Arten härtbar sind: durch Selbsthärtung oder durch äußere Einwirkung. Das Bindemittel kann für alle bisherigen Ausführungsweisen beider Verfahren zur Aushärtung verwendet werden, beispielsweise zur Herstellung von Bindemittelmischungen, die an der Luft erhärten, oder von Mischungen, die durch Zusätze von Zement, Ferrosilizium, Schlacke od. dgl. ausgehärtet werden.

Gemische, die das erfindungsgemäß hergestellte Bindemittel enthalten, können nach dem üblicherweise verwendeten Verfahren mittels Durchblasen von Kohlendioxid gehärtet werden.

Der Hauptvorteil des erfindungsgemäß hergestellten Bindemittels in den genannten Gemischarten liegt in der sehr guten Zerfallsfähigkeit nach dem Guß. Die Reinigung der Gußstücke ist so leicht wie bei ölgemischen vorzunehmen. Ein weiterer Vorteil dieses Bindemittels liegt in der wesentlichen Erhöhung der Aushärtungsgeschwindigkeit, die durch die hohe Reaktivität der Kolloidlösung gegeben ist. Die Härtungsgeschwindigkeit ist gegenüber den bisher verwendeten Gemischen, die ein Natriumsilikat enthalten, auf etwa das Zweifache erhöht.

Mit dem erfindungsgemäß hergestellten Bindemittel erhaltene Gemische kleben nicht auf den Modellvorrichtungen und bleiben nicht an den Händen der Arbeiter haften, was einen weiteren Vorteil gegenüber dem bisher verwendeten Natriumsilikat darstellt.

Das erfindungsgemäß hergestellte Bindemittel ermöglicht ferner eine Härtung durch Druckluft. Die Geschwindigkeit der Aushärtung entspricht der Aushärtung durch Kohlendioxid, ermöglicht jedoch die Erreichung wesentlich höherer Festigkeiten. Die Festigkeit auf diese Weise hergestellter Gemische kann 5 —7fach höher als beim Durchblasen mit Kohlendioxid sein, wobei die Zerfallsfähigkeit derjenigen von Gemischen entspricht, die mit einem ölbindemittel hergestellt wurden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Herstellungs- und Anwendungsbeispielen näher erläu

Beispiel 1

3200 kg einer wäßrigen Alkalisilikatlösung werden mit 800 kg Stärkepulver kalt gemischt. Die Dosierung in den Reaktionskessel wird unter ständigem Mischen durchgeführt. Das Alkalisilikat weist ein Gewichtsverhältnis Si(VNa₂O = 2,3 und einen Gehalt an fest gebundenem Wasser von 5,6% auf. (Der Gehalt an fest gebundenem Wasser soll 7% nicht übersteigen, da es sonst zu einer Herabsetzung der Reaktivität kommt.) Als pulverförmige Stärke wird Weizenstärke mit einer Benetzungswärme von 36 Jg-'verwendet.

Diese Mischung wird auf 80⁰C erwärmt und unter ständigem Mischen 60 min auf dieser Temperatur gelassen. Nach dem Abkühlen ist das Bindemittel anwendungsfertig.

Beispiel 2

Es wird auf übliche Weise eine Gießereimasse mit einer Zusammensetzung von 100 Gew.-Teilen Quarzsand und 2,5 Gew.-Teilen des nach Beispiel 1 hergestellten Bindemittels erzeugt.

Mit dieser Masse wird durch Einspritzen, Vibration od. dgl. eine Kernbüchse gefüllt. Der Kern kann dann mit der Druckluft ausgehärtet werden, die in der Gießerei angewandt wird. Die Zeit zur Aushärtung eines 10-kg-Kernes beträgt 60-9Os. Obgleich ein sehr liiedriger Bindemittelgehalt vorliegt, erreicht die Festigkeit des ausgehärteten Gemisches den Wert 5 —6 MPa. Nach dem Abgießen weist das Gemisch gute Zerfallsfänigkeit auf.

Beispiel 3

Es wurde eine selbsthärtende Mischung mit Zement mit folgender Zusammensetzung hergestellt:

95,5Gew.-Teile

Quarzsand

Bindemittel aus 80% Natriumsilikat und 20% Stärke 6,0 Gew.-Teile Bentonit 3,0 Gew.-Teile Portlandzement 1,5 Gew.-Teile 20%ige Natriumhydroxid-Lösung 0,5 Gew.-Teile

Das Gemisch weist einen niedrigen Feuchtigkeitsgehalt von 2,7% auf; nach 30 min Einformung beträgt die Druckfestigkeit bereits 15 N/cm², während sie bei Verwendung von gewöhnlichem Natriumsilikat lediglieh 7 N/cm² beträgt: nach 24 h wächst die Festigkeit auf 280 N/cm² an, bei herkömmlichen Gemischen erreicht sie lediglich 160 N/cm².

_J() Beispiel 4

72 Gewichtsteilen Natriumsilikat (Dichte 48/50° Be, M =2,5) wurden 28 Gewichtsteile Stärke zugesetzt und im kalten Zustand durchgemischt. Das Durchmischen war sehr einfach, es bilden sich keine Klumpen, die

ji Masse war homogen. Diese Masse wurde auf die Temperatur von 85°C erwärmt und auf dieser 60 Minuten gehalten. Die Stärke löste sich auf, das entstandene Bindemittel war gut flüssig und homogen und enthielt keine Klumpen oder Fällprodukte. Dieses

in Bindemittel wurde während einer Zeitspanne von drei Wochen gelagert. Es kam zu keiner Änderung, das Bindemittel war beständig.

Vergleichsbeispiel 1

Zum Vergleich wurden 72 Gewichtsteile Natriumsilikat der Art wie im Beispiel 4 auf die Temperatur von 85⁰C erwärmt, und dann wurden nach und nach 28 Gewichtsteile Stärke zugesetzt. Die Stärke bildete nach der Zugabe in das heiße Natriumsilikat Klumpen, es kam nicht zu einer völligen Auflösung der Stärke. Im Bindemittel blieben Klumpen, die im Inneren trockene Stärke enthielten. Die Klumpen waren von ausgehärtetem (dehydriertem) Wasserglas umhüllt, das ein weiteres Auflösen der Stärke im Inneren der Klumpen

5^r) unmöglich machte. Die Menge des Wassers im Wasserglas genügte nicht zum Auflösen. Der Zustan·¹ des Bindemittels änderte sich auch nach einem einstündigen Erwärmen nicht wesentlich. Das Bindemittel war nicht homogen, sondern knollig und hatte

w) überhaupt keinen flüssigen Charakter. Darüber hinaus war das Bindemittel beim Lagern nicht stabil. Nach einigen Tagen sonderte sich im unteren Teil des Bindemittels Natriumsilikat ab.

Vergleichsbeispiel 2

Daraufhin wurde die Stärkemenge ermittelt, die sich nach Zusatz zu heißem Natriumsilikat auflöst. Das gleiche Natriumsilikat wie im Beispiel 4 und im

leichsbeispiel 1 wurde auf 85°C erwärmt, und dann e staubförmige Stärke zugesetzt. Es wurden ;mittel mit folgender Zusammensetzung herge-

Gewichtsteile Natriumsilik.i'. und jewichtsteile Stärke,
Gewichtsteile Natriumsilikat und 3ewichtsteile Stärke,
Gewichtsteile Natriumsilikat und Gewichtsteile Stärke.

Nur die ersten zwei Bindemittel mit 5 und 8 Gewichtsteilen Stärke sind anwendbar, sie sind flüssig und die Stärke ist aufgelöst.

Nach dem bekannten Verfahren des Stärkezusatzes zur heißen Natriumsilikatlösung lassen sich also, wenn kein Oxydationsmittel bzw. kein Wasser zugesetzt wird, nur etwa 8 Gewichtsteile Stärke brauchbar auflösen.

Das erfindungsgemäß hergestellte Bindemittel kann dagegen bis zu 40% Stärke in homogener Lösung enthalten und benötigt hierzu weder Oxydationsmittelnoch Wasserzusätze.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Bindemittels für Gießerei-Frsrm- und -Kernmassen auf Basis einer wäßrigen Lösung eines Alkalisilikats und 10 — 40% eines pulverförmigen organischen Zusatzstoffes bei 60-100%, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Lösung des Alkalisilikats in einem Gewichtsanteil von 60 — 90% des Bindemittels und Rest Stärke kalt gemischt, auf 60—100°C erwärmt und zur Auflösung der Stärke als lyophile Kolloidlösung auf dieser Temperatur gehalten werden.