DE2657817B2 - Verfahren zur Herstellung von gehärteten Formkörpern aus einer selbsthärtenden Formmasse - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von gehärteten Formkörpern aus einer selbsthärtenden FormmasseInfo
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Description
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpem aus einer selbsthärtenden
Formmasse, die ein inertes feinkörniges Material in inniger Mischung mit mindestens einem als Bindemittel
dienenden härtbaren organischen Harz und mindestens einen Härter enthält
Für kompakte oder hohle Formkörper, die durch ein
solches Verfahren hergestellt werden können, gibt es zahlreiche Anwendungsgebiete wie beispielsweise: das
Gießereiwesen, bei dem in der Regel das inerte Material ein Sand ist; die Industrie der feuerfesten Materialien,
bei der das inerte Material ein feuerfestes Produkt ist; das Bauwesen, bei dem das inerte Material ein
Marmorpulver ist oder ein Kies oder ein beliebiges anderes Baumaterial ist; die Schmirgel· und Schleifmittelindustrie, bei der das inerte Material ein Schleifmittel,
wie Korund, Aluminiumoxid, Siliziumcarbid oder Schmirgel ist; die Automobilindustrie und insbesondere
die Herstellung von Bremsen, wobei als inertes Material ein Reibmittel, wie Asbest oder Kupferpulver, verwendet wird und ähnliche Gebiete.
Es ist bekannt, daß bei der Herstellung eines kompakten oder hohlen Körpers, zum Beispiel einer
Form oder eines Kerns für die Gießerei, zwei Vorgänge erforderlich sind. Zuerst wird ein feinkörniges oder
pulverförmiges inertes Material innig mit einem oder mehreren organischen Harzen, die als Bindemittel
dienen und dem Ansatz eine gewisse Plastizität verleihen, und einem oder mehreren Härtungsmitteln
gemischt Dann wird die Masse aus den drei
ίο Komponenten in der Regel bei Umgebungstemperatur
oder auch nach geringer Temperaturerhöhung ausgehärtet
Als organische Harze verwendet man in der Regel Phenolharze in reiner Form oder modifiziert durch
Zumischung von Harnstoff- Formaldehydharzen, ferner
Harnstoff-Formaldehydharze, reine oder modifizierte Furanharze, Aceton-Formaldehydharze ode^ Mischungen der verschiedenen Harze. Der größte Teil dieser
Harze läßt sich durch Säuren härten. Einige von ihnen
sind auch durch Basen härtbar, wie zum Beispiel die
vom Novolaktyp, femer die Aceton-Formaldehydharze.
die Härtung mit zunehmnder Stärke der Säure und mit
zunehmender Menge der Säure schneller verläuft Andererseits besteht der Wunsch, daß die Härtung in
möglichst kurzer Zeit durchgeführt wird, um dadurch die Wirtschaftlichkeit des Härtungsverfahrens zu
verbessern.
jo Bedauerlicherweise gibt es aber eine inhärente Grenze bei einem derartigen Härtungsverfahren, da die
mechanischen Eigenschaften des hergestellten Körpers mit zunehmender Stärke und/oder Menge der Säure
verschlechtert werden, was auf einen Abbau des Harzes
und insbesondere eine partielle Carbonisierung des
Harzes durch die Säure zurückzuführen ist
Man kann die durch einen sauren Härter aushärtbaren organischen Harze in Abhängigkeit von der
Beständigkeit der Harze gegenüber starken Mineral
säuren in drei Kategorien einteilen:
Mit Furfurylalkohol modifizierte Harnstoff-Formaldehydharze, die gegenüber größeren Mengen an
Schwefelsäure oder an Salzsäure beständig sind, zum Beispiel gegenüber Mengen von 40 bis 50%,
bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, und sogar 70%, wenn die Zusammensetzung sich bei
niedriger Temperatur befindet.
Harze vom Typ der Vorkondensate des Furfurylalkohols, Mischkondensate Phenol-Formaldehyd,
Harnstoff-Formaldehyd und mit Furfurylalkohol modifizierte Phenol-Formaldehydharze, die gegenüber starken Mineralsäuren eine geringere Beständigkeit haben als diejenigen der Kategorie A. Ihre
Beständigkeit übersteigt 10 bis 15% der genannten Säuren nicht /
Reine oder durch Harnstoff-Formaldehydharze modifizierte Phenolharze, deren Beständigkeit
gegenüber starken Mineralsäuren 2 bis 5% nicht übersteigt
daß die wirksamsten Härtungsmittel für die Härtung der
können, wodurch die Benutzungsmöglichkeiten dieser
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren
zur Herstellung von gehärteten Formkörpern zur Verfügung zu stellen, bei dem ein beliebiges härtbares
Harz als Bindemittel für ein feinkörniges inertes Material in Kombination mit einem wirksamen Härtungsmittei verwendet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Gegenstand der Erfindung ist deshalb ein Verfahren zur
Herstellung von ghärteten Formkörper!! aus einer selbsthärtenden Formmasse, indem man ein inertes
feinkörniges Material mit mindestens einem als Bindemittel dienenden härtbaren organischen Harz und
mindestens einem Härter für das Bindemittel innig mischt, die so gebildete Formmasse ausformt und das
Bindemittel härtet, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man der Formmasse zusätzlich
zur Modifizierung und Verbesserung der Härtung ein Fluoridionen enthaltendes Mittel zugibt.
Durch die Zugabe des Fluoridionen enthaltenden Mittels wird di& Härtbarkeit der organischen Harze
durch starke Mineralsäuren, wie Schwefelsäure oder Salzsäure, ermöglicht, ohne daß die mechanischen
Eigenschaften der gebildeten ausgehärteten Formkörper leiden. Gleichzeitig wird die Kondensation der
Harze durch den Zusatz des Fluoridionen bildenden Mittels beschleunigt, so daß die Härtung in kürzeren
Zeiten unter Verbesserung der Wirtschaftlichkeit möglich ist. Hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften der ausgehärteten Formkörper ist noch hervorzuheben, daß die partielle Carbonisierung der Harze
verhindert wird. ^ 'On besonderem Vorteil ist fernerhin,
daß die durch das neue Mittel erzielte Verbesserung sich bei allen als Bindemittel verwendeten Harzen auswirkt,
unabhängig davon, ob sie durch Pnsen oder durch Säuren härtbar sind. Von besonderem Interesse ist
jedoch die Verbesserung, die bei der Härtung der Harze durch stark saure Härtungsmittel erzielt wird
Man hat schon fluorhaltige Verbindungen härtbaren Harzen zugesetzt. So ist aus der US-PS 21 67 313 eine
härtbare Zusammensetzung aus einem Phenolharz und aus Flußspat beschriebeil. In dieser Zusammensetzung
stellt der Flußspat den Füllstoff dar und ist in mindestens gleichen Gewichtsmengen wie das Harz vorhanden. In
der GB-PS 5 76 995 sind härtbare Kondensationsprodukte beschrieben, die eine Mischung aus Harnstoff,
einem Aldehyd und Ammoniumsilikofluorid oder Ammoniumborfluorid als Härtungsmittel enthalten. In
diesem Fall sind die fluorhaltigen Verbindungen die Härtungsmittel und nicht die Modifiziermittel der
Härtungsmittel wie bei der vorliegenden Erfindung. Die DE-OS 15 94 042 betrifft ein Verfahren zur Aushärtung
von Melaminharzleimen. Diesen Leimen werden zur Härtung und als fungizide und insektizide Mittel
Hydrogenfluoride zugesetzt
Aus diesen Literaturstellen ist keine Lehre für die geschilderte vorteilhafte Modifizierung der Härtbarkeit
von Formmassen durch Mittel, die Fluoridionen enthalten, zu entnehmen.
Es wunde festgestellt, daß die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Zugfestigkeit und die
Biegefestigkeit von kompakten oder hohlen Körpern, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden, durch die
Anwesenheit von Fluoridionen wesentlich verbessert werden. Diese Verbesserung ist unabhängig davon, ob
es sich um ein sauer oder basisch aushärtbares Harz handelt Die Verbesserung ist infolgedessen auch
hinsichtlich des Harztyps generell und umfaßt Harnstoff-Formaldehydharze, Phenol-Formaldehydharze
vom Resol- oder Novolak-Typ, reine oder modifizierte
Furanharze, Aceton-Formaldehydharze und beliebige Mischharze.
Wie festgestellt wurde, ermöglicht die Zugabe von
Fluoridionen sogar in kleinen Mengen, zum Beispiel in Mengen unter 10 Gew.-% des Bindemittels, die
Verwendung von sehr wirksamen Härtern für alle Harze. Die Fluoridionen wirken dabei offensichtlich als
echte Katalysatoren und machen die sonst gegenüber starken Mineralsäuren empfindlichen Harze, wie die
Phenolharze, vollkommen verträglich gegenüber Schwefelsäure oder gegenüber Salzsäure, so daß die
mechanischen Eigenschaften des Endproduktes nicht verschlechtert werden. Man stellt insbesondere test, daß
durch die Gegenwart von Fluoridionen die Beständigkeit gegenüber starken Mineralsäuren von allen sauer
härtbaren Harzen verbessert wird, wobei diese Verbesserung desto ausgeprägter ist, je weniger das Harz sonst
beständig ist, wie zum Beispiel die Phenolharze.
Bei einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung führt man das Fluoridionen enthaltende Mittel in
die Formmasse gleichzeitig mit mindestens einer der drei anderen Komponenten ein.
Bei einer anderen, bevorzugten Ausbildungsform führt man das Mittel, das Fluoridionen enthält oder
bildet, in die Formmasse in saurer oder kcmplexer Form
zusammen mit dem Harter ein.
Eine andere bevorzugte Ausbildungsform sieht vor, daß man das Fluoridionen enthaltende Mittel als Salz
oder in saurer oder komplexer Form m die Formmasse zusammen mit dem Harz einführt.
Das inerte Material ist bevorzugt ein anorganisches feinkörniges Material, wie Sand, insbesondere ein in der
Gießerei verwendeter Sand; ferner ein feuerfestes Material, ein Schleifmittel, ein Reibmittel, ein Marmorpulver, ein Kies oder ein beliebiges anderes Baumaterial. Als Anwendungsgebiete kommen infolgedessen alle
Gebiete in Betracht, bei denen derartige inerte Materialien in Mischung mit einem Harz und einem
Härtungsmittel zur Herstellung von kompakten oder hohlen Formkörpern verwendet werden.
Der Härter für das Bindemittel ist eine Säure oder eine Base und es kommen bei der Erfindung alle
organischen Harze und Härtungsmittel in Betracht, die das feinverteilte inerte Material zu einer selbsthärtenden Formmasse verbinden können. Die Formmasse
enthält in der Regel 0,01 bis 5% Fluoridionen, bezogen auf das Gewicht des Rindemittels. Aus diesem niedrigen
Anteil an Fluoridionen ergibt sich der katalytische Charakter der Fluoridionen bei der Erfindung.
Bevorzugt verwendet man als Härtungsmittel eine starke Mineralsäure in Mengen von 3 bis 70%, bezogen
auf das Gewicht des organischen Harzes. Durch die Anwesenheit der Fluoridionen in den Formmassen
können die stark sauren Härter, wie Schwefelsäure oder Salzsäure, bei empfindlichen Harzen, wie Phenolharzen,
in höheren Mengen verwendet werden, wodurch eine ähnliche Aushärtbarkeit wie bei den beständigeren
Harzen erzielt wird, wie bei den mit Furfurylalkohol modifizierten Harnstoff-Formaldehydharzen. Dadurch
wird bei der Erfindung durch die Mitverwendung von Fluoridionen eine vorteilhafte Modifizierung der Gangart und des Wesens der Härtung erzielt
Als Quelle für die Fluoridionen können Säuren, wie
zum Beispiel Fluorwasserstoff HF, Kieselfluorwasserstoffsäure H2SiFe, Borfluorwasserstoffsäure HBF4 oder
die Salze dieser Säuren oder Komplexverbindungen von Bortrifluorid verwendet werden. Beispielsweise
kann man die neutralen und sauren Fluoride verwenden
von Natrium, Kalium, Chrom, Ammonium, Barium,
Antimon, Lithium, Zinn, Mangan, Zink oder Kalzium;
die Fluorborate von Natrium, Ammonium, Kalium, Kadmium, Kupfer, Zinn, Eisen, Nickel, Blei, Zink; die
Fluorsilikate von Ammonium, Barium, Magnesium, Blei,
Kalium, Zink und die Komplexverbindungen von Bortrifluorid mit Aminen.
Von besonderem Interesse ist als Bindemittel ein Phenolharz oder ein Harz auf Basis von Aceton und
Formaldehyd. Trotzdem eignet sich das Verfahren auch fär alkalisch härtbare Harze und auch für andere
Harztypen, so daß einer der Vorzüge der Erfindung in ihrer allgemeinen Abwendbarkeit besteht
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Fluoridionen mit dem inerten
Füllstoff als feinverteilte fluorhaltige Mineralsalze eingebracht, wie zum Beispiel als Kryolith Na3AlF6 oder
Flußspat CaF2.
Vom Standpunkt der Umsetzung läßt sich das Verfahren der Erfindung dadurch charakterisieren, dsß
man die Fhiorionen in die Zusammensetzung einbringt
Dann härtet man die Zusammensetzung bei Umgebungstemperatur oder unter Zuführung von geringen
Wärmemengen, wobei der in situ gebildete Fluorwas- 2s
serstoff die Rolle eines Härtungskatalysators spielt und die Beständigkeit des organischen Harzes gegenüber
dem Härter, insbesondere gegenüber starken Mineralsäuren, erhöht. Wenn das die Fluoridionen bildende
Mittel zusammen mit dem Härter oder dem Harz eingeführt wird, wird der Fluorwasserstoff aus den
entsprechenden Verbindungen durch den stark sauren Härter freigesetzt
Eine weitere bevorzugte Ausbildungsform der Erfindung besteht darin, daß man die Formmasse bei
Umgebungstemperatur oder mäßig erhöhter Temperatur aushärtet und als Fluoridionen enthaltendes Mittel
»in situ« Fluorwasserstoff herstellt
Wenn das die Fluoridionen bildende Mittel mit dem feinkörnigen oder pulverförmigen Material bzw. Füller
zugesetzt wird, erfolgt die Entwicklung des Fluorwasserstoffs langsamer und kann infolgedessen durch eine
leichte Erwärmung beschleunigt werden. Aus diesem Grund ist die Zugabe von Kryolith oder Flußspat von
besonderem Interesse im Fall von regeneriertem warmen Sand oder bei der im Gießereiwesen als
Verfahren mit der sogenannten »warmen Kammer« bezeichneten Arbeitsweise.
Im Ergebnis führt die Wirkung der Fluoridionen in allen Fällen zu ehern gehärteten Endprodukt mit
verbesserten mechanischen Eigenschaften, wobei in manchen Fällen auch noch eine Beschleunigung des
Härtungsvorganges stattfindet Dies ist außerordentlich überraschend, wenn man berücksichtigt, daß die starken
Mineralsäure» als Härter bei allen Formmassen vorgesehen sind, vorausgesetzt, daß die darin enthaltenen Harze gegenüber starken Mineralsäuren beständig
sind, wie beispielsweise die durch Furfurylalkohol modifizierten Harnstoff-Formaldehydharze. Ein solches
Verhalten des Fluorwasserstoffs war insbesondere auch eo deshalb nicht zu erwarten, da der Fluorwasserstoff eine
äußerst aggressive Mineralsäure ist, so daß man bisher der Meinung war, man müßte ihn in selbsthärtenden
Formmassen ausschließen.
Der Fluorwasserstoff übt jedoch nicht nur keine nachteilige Wirkung auf die verwendeten Harze aus, 4a
er zu keiner Carbonylierung und zu keiner Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Fertigpro
duktes führt, sondern er ermöglicht sogar die Miiverwendung von starken Mineralsäuren, wie Schwele'säure
oder Chlorwasserstoff, die in Kombination mit dem Fluorwasserstoff zu einer sehr schnellen Härtung ohne
eine Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften des Fertigproduktes führen. Eine derartige Wirkung der
in der Formmasse vorhandenen Fluorionen war nich. vorhersehbar.
Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen noch näher beschrieben.
In den Beispielen 1 bis 9 sind die Werte für die Biegefestigkeiten nach den DIN-Bestimmungen ermittelt In den Beispielen 1 bis 8 ist das inerte Material ein
Quarzsand mit einem hohen Kieselsäuregehalt wie er im Gießereiwesen verwendet wird. Im Beispiel 9 ist das
inerte Material ein regenerierter Quarzsand mit hohem Kieselsäuregehalt Bei allen Beispielen wurde Schwefelsäure als Härter verwendet Von der Benutzung der
ebenfalls gut brauchbaren Salzsäure wurde in den Beispielen deshalb abgesehen, ■? i-.il wegen der Entwicklung von giftigen Chlordänipie-i eine besondere
Destillation erforderlich ist
Zu der Wirkung der Fluoridionen, die hier auch als
»Katalysator« bezeichnet werden, wird noch bemerkt daß die Fluorionen oder die HF eine Modifizierung der
Gangart bzw. des Tempos der Härtung des Harzes in der Weise herbeiführen, daß wahrscheinlich zuerst der
Vorgang verlangsamt und dann beschleunigt wird. Die Erfindung wird aber in keiner Weife von dieser Deutung
abhängig gemacht
mit hohem Kieselsäuregehalt in Mischung mit Harzen
von mittlerer Säureempfindlichkeit enthalten
Es werden Proben für den Biegeversuch bei 200C aus
dem Sand in Mischung mit 03% para-Toluol-mlfonsäure
und 1 % eines Harzes hergestellt Die Toluolsulfonsäure hat eine Konzentration von 65% und enthält weniger
als 2% freie Schwefelsäure. Die Harze »A« und »B« sind mit Furfurylalkohol modifizierte Phenolformaldehydharze und das Harz »C« ist ein mit Furfurylalkohol
modifiziertes Harnstoff-Formaldehyd-Phenolformaldehydharz, das 1% Stickstoff enthält. -
Das Harz »A« enthält 65% Furfurylakohol, das Harz
»B« 50% Furfurylalkohol und das Harz »C« 47% Furfurylalkohol.
a) mit dem Wärter als solchem,
b) mit dem gleichen Härter unter Zugabe von einem Prozent Fluorwasserstoff (40%ig) entsprechend
0,4% aktivem Fluorwasserstoff.
Die Biegefestigkeit kp/cm2 ist in der folgenden Übersicht nach 5 Stunden und nach 24 Stunden für die
Proben mit para-Toluolsulfonsäure (pTS) allein und für
die Proben mit zusätzlichem Fluorwasserstoff (HF) angegeben.
pTS ohne HF pTS> mit HF
5 h 24 h 5 h 24 h
Harz A | 50 | 61 | 59 | 70 |
Harz B | 38 | 47 | 57 | 63 |
HarzC | 41 | 50 | 58 | 70 |
Aus diesen Ergebnissen geht zunächst hervor, daß die
Verbesserung der Biegefestigkeit in diesem besonderen Fall relativ gering ist, da der Hälrter selbst sehr wenig
freie Schwefelsäure enthält. Außerdem fällt auf, daß die Verbesserung durch die Milverwendung von HF beim
Harz B wesentlich größer ist als beim Harz A. Wenn man in diesem Zusammenhang ferner berücksichtigt,
daß das Harz B weniger Furfurylalkohol als das Harz A enthält und infolgedessen gegenüber starken Mineral
säuren viel empfindlicher ist. geht daraus eine deutliche κ
Verbesserung der F.mpfindlichkcit des Harzes B gegenüber dem Härter durch die Zugabe des Fluorwasserstoffs
hervor.
Bei s ρ i el 2 r
Selbsthärtende Formmasse aus einem Sand in
Mischung mit einem Harz
von liiiiijciei Empfindlichkeit
von liiiiijciei Empfindlichkeit
Fs werden Proben für den Biegeversuch bei 20" C aus Ji
einem Sand mit hohem Gehalt an Kieselsäure in Mischung mit 0.3% von verschiedenen Zusammensetzungen
aus Sulfonsäure, Schwefelsäure oder Phosphorsäure und 1% eines mit Furfurylalkohol modifizierten
Harnstoff- Formaldehyd- Phenol-Formaldehyd- Harzes >i
(Harz C von Beispiel I) hergestellt.
Die drei untersuchten Härter werden bezeichnet als: D I. D 2 und D 3. Sie enthalten jeweils 0,8%, 3,75% oder
10% Schwefelsäure. 50%. 25% oder 50% Phosphorsäure und 49.2%, 71,2% oder 30% Sulfonsäure. Der Härter in
D 3 enthält zusätzlich noch 10% Wasser.
F.S werden folgende Proben hergestellt:
ii) mit den Härtern als solchen.
b) mit den gleichen Härtern, nachdem 1% HBF4
(50%ig) entsprechend 0.5% aktiven Bestandteilen. '' zugegeben worden sind.
In der nachstehenden Tabelle sind die Biegefestigkeiten
in kp/cm-1 nach 5 Stunden und nach 24 Stunden
zusammengestellt. je
Ohne HBF4 | 24 h | Mit HBF, | 24 h | |
Biegefestigkeit kp/cm2 | 30 | 50 | ||
5h | 28 | 5h | 58 | |
Dl | 25 | 23 | 41 | 48 |
D2 | 23 | 46 | ||
D3 | 18 | 34 | ||
Die Verbesserung der Biegefestigkeit durch die Zugabe von HBF4 ist in diesem Fall wesentlich
ausgeprägter, da der Einfluß der starken Mineralsäuren wesentlich größer ist als im Beispiel 1.
Man erkennt, daß die besten Ergebnisse mit dem Härter D 2 erzielt werden, das heißt, mit einem Härter,
der die geringste Menge an Phosphorsäure enthält.
Selbsthärtende Zusammensetzungen, enthaltend
einen Sand, ein gegenüber Säuren wenig
empfindliches mit Furfurylalkohol modifiziertes
die üblichen Härtungsmittel
Es werden Proben für den Biegeversuch bei 20° C aus
einem mit hohem Kieselsäuregehalt in Mischung mit 03% von Härtern von verschiedenen Zusammensetzungen der Säuren: Sulfonsäure, Schwefelsäure und
Phosphorsäure und einem Prozent eines mit 55% Furfurylalkohol modifizierten Harnstoff-Formaldehydharzes mit einem Stickstoffgehalt von 5% (Harz D)
hergestellt.
Die beiden gebrauchten Härter werden mit D 4 und D 5 bezeichnet. Sie enthalten jeweils 17,3 bzw. 28,9%
Schwefelsäure, 40 bzw. 25% Phosphorsäure und 42,7 bzw. 36,1% Sulfonsäure. Der Härter D 5 enthält
zusätzlich noch 10% Wasser.
Die Proben werden wie folgt hergestellt:
a) mit den Härtern als solchen.
b) mit den gleichen Härtern, denen 1% HF (40%ig) zugesetzt ist, entsprechend 0,4% aktiver HF. Die
Werte für die Biegefestigkeit in kp/cm2 nach 5 und nach 24 Stunden ind in der nachstehenden Tabelle
für die Mischungen ohne und mit HF angegeben.
Ohne HF | 24 h | Mit HF | 24 | |
45 | 57 | |||
Biegefestigkeit, kp/cm2 | 35 | 5h | 61 | |
D4 | 5h | 50 | ||
D5 | 39 | 56 | ||
34 | ||||
55
60
05 Aus diesen Ergebnissen geht folgendes hervor:
Durch den Zusatz des Fluorwasserstoffs werden die Werte der Biegefestigkeit wesentlich verbessert.
Durch den Zusatz des Fluorwasserstoffs werden die Werte der Biegefestigkeit wesentlich verbessert.
Es fällt auf. daß bei Abwesenheit "on Flußsäure die mit dem Härter D 4 erhaltenen Wer:e besser sind als
diejenigen mit dem Härter D 5, obwohl bei Gegenwart von Flußsäure die Werte von D 5 besser sind als
diejenigen von D 4. Dadurch wird der synergistische Effekt der durch die Mitverwendung der Flußsäure
erzielt wird, besonders verdeutlicht, da der Härter D 5 beinahe doppelt so viel Schwefelsäure als der Härter
D 4 enthält. Ohne Anwesenheit der Flußsäure tritt infolgedessen bei der höheren Schwefelsäurekonzentration
eine stärkere Schädigung des Harzes ein, die jedoch bei Zugabe der Flußsäure vermieden wird, so daß bei
Verwendung einer höheren Schwefelsäurekonzentration in Kombination mit Flußsäure sogar ein höherer
Wert für die Biegefestigkeit erhalten wird.
Selbsthärtende Zusammensetzung enthaltend einen
Sand in Mischung mit einem gegenüber starken
Mineralsäuren empfindlichen Harz und
an Schwefelsäure reichen Härtern
Es werden für den Biegeversuch Proben bei 200C
hergestellt aus einem Sand mit hohem Kieselsäuregehalt, gemischt mit 03% von Härtern aus einer
Zusammensetzung verschiedener Sulfonsäuren, Schwefelsäure und Phosphorsäure und 1% eines mit 48,5%
Furfurylalkohol modifizierten Phenol-Formaldehydharzes (Harz E). Die beiden untersuchten Härter werden als
D 3 und D 6 bezeichnet Sie enthalten jeweils 10 bzw. 20% Schwefelsäure, 50 bzw. 0% Phosphorsäure und 30
bzw. 80% Sulfonsäuren; sie sind jedoch von vergleichbarer Stärke (Anwendungszeit und Härtung sind
identisch).
a) mit den Hartem als solchen,
b) mit den gleichen Härtern nach Zugabe von 1% HBF4 (50%ig) entsprechend 0,5% aktiver HBF4.
Die Werte für die Biegefestigkeit nach 5 Stunden und nach 24 Stunden ohne und mit HBF4 sind in der
nachstehenden Tabelle angegeben:
Ohne HBF4 Mit HBF4
5 h 24 h 5 h
14
9
9
25
24 h
48 57
Aus diesen Ergebnissen geht zunächst hervor, daß auch in diesem Fall durch die Anwesenheit der
Fluoridionen eine Erhöhung der Biegefestigkeit eintritt. Besonders beachtenswert ist auch in diesem Fall die
stärkere Erhöhung der Biegefestigkeit durch die Fluoridionen bei der höheren Schwefelsäurekonzentrntion.
Selbsthärtende Zusammensetzungen enthaltend einen Sand in Mischung mit einem
sehr säureempfindlichen Phenolharz und
para-Toiuolsulfonsäure
Es werden Proben für die Prüfung der Biegefestigkeit bei 200C hergestellt, wobei ein Sand mit einem hohen
Kieselsäuregehalt in Mischung mit 0,6% para-Toluolsulfo'-'säure
(pTS) in 65°/oiger Konzentration und dann mit 1,2% von zwei Phenolharzen vom Resoltyp, die als Harz
F und Harz G bezeichnet werden, verwendet wird. Das Harz F enthält 20% Wasser und das Harz G 15%
Wasser.
Die Proben werden wie folgt hergestellt:
a) mit dem Härter als solchem,
b) mit dem gleichen Härter unter Zugabe von 0,5% HBF4 in 50%iger Konzentration, entsprechend
0.25% aktiver HBF4,
c) mit dem gleichen Härter nach Zugabe von 1% HBF4 in 50%iger Konzentration, entsprechend
0,5% aktiver HBF4.
Nachstehend sind die Werte für die Biegefestigkeit in kp/cm2 nach 5 Stunden bzw. 24 Stunden angegeben:
pTS | pTS + | HBF4 | pTS + |
ohne HBF4 | 0,5% | t% HBF4 | |
Biegefestigkeit, | kp/cm2 | 24 h | |
5 h 24 h | 5h | 5 h 24 h | |
Harz F
Harz G
Harz G
39
33
41
38
54
49
65 62
57 51
65 60
50
55
Diese Ergebnisse zeigen einerseits, daB eine starke
Verbesserung der Biegefestigkeit durch den Zusatz von HBF4 erreicht wird und daß andererseits nach einer
gewissen Konzentration an HBF4 keine weitere Steigerung der Biegefestigkeit zu beobachten ist Es
ergibt sich daraus, daß es bei der Erfindung ausreichend ist, geringe Mengen an Fluoridionen zur Modifizierung
der Härtung zu verwenden. In der Rege! werden die
besten Ergebnisse mit einer Konzentration an 100%igem HBF4 von 0,25 bis 0,5% erreicht
Selbsthärtende Zusammensetzungen aus einem Sand in Mischung mit einem gegenüber Säuren
sehr empfindlichen Phenolharz und
mit an Schwefelsäure reichen Härtern
Es werden Proben für die Prüfung der Biegefestigkeit bei 7"C aus einem Sand mit einem hohen Gehalt an
Kieselsäure in Mischung mit 0,5% eines Härters und 1% in eines Phenolharzes hergestellt. Der Härter wird mit D 7
bezeichnet und enthält 36% Schwefelsäure, 10% Phosphorsäure und 54% Sulfonsäuren. Das Phenolhar/
ist vom Resoltyp und enthält 10% Wasser (Harz H).
Die Proben werden wie folgt hergestellt:
a) mit dem Härter als solchem,
b) mit dem gleichen Härter nach Zugabe von 1% HF (40%ig), entsprechend 0,4% aktiver HF.
Die Werte für die Biegefestigkeit in kn/om2 narh "i
bzw. 24 Stunden sind aus der folgenden Tabelle zu ersehen:
Ohne HF
Biegefestigkeit, kp/cm2
5 h 24 h
5 h 24 h
Mit HF
5h
5h
10
17
JO Die Verbesserung der Beständigkeit des Harzes gegenüber der Schwefelsäure ist in diesem Fall ganz
auffällig. In diesem Zusammenhang ist noch zu berücksichtigen, daß die durch die HF erzielte
Verbesserung bei einem Phenolharz erreicht wird, von dem bekannt ist, daß es außerordentlich empfindlich
gegenüber Schwefelsäure ist.
Selbsthärtende Zusammensetzungen enthaltend
einen Sand mit einem hohen Gehalt an
Kieselsäure in Mischung mit einem Phenolharz
vom Novolaktyp und einem alkalischen Härter,
Kieselsäure in Mischung mit einem Phenolharz
vom Novolaktyp und einem alkalischen Härter,
wobei während der Herstellung des
Harzes die F--Ionen eingeführt werden
Harzes die F--Ionen eingeführt werden
Es wird ein Phenolharz vom Novolaktyp (Harz I) entweder ohne Zusatz von F--Ionen oder mit Zusatz
von NaBF4 hergestellt
Nach Herstellung der Proben für die Messung der Zugfestigkeit in kp/cm2 unter Zusatz von 0,30% von
Hexameihyieriteiraarnin als Härter und 3% Harz, führt
man die Kondensation auf einer gehetzten Platte durch. Die Zugfestigkeit (ZF) wird nachstehend in kp/cm2 für
Messungen nach 30 bzw. 60 Sekunden angegeben:
3OSeIc
60 Sek.
Harz I ohne F-Harz I mit NaBF4
35
46
46
38
50
50
Aus diesen Ergebnissen geht hervor, daß die Zugfestigkeit durch die Anwesenheit von Fluoridionen
verbessert wird. Zu beachten ist fernerhin, daß es sich hier um eine alkalische Härtung des Harzes handelt,
woraus sich ergibt, daß die Fluoridionen die mechani-
sehen Eigenschaften der Endprodukte aus den Formmassen
nicht nur bei säureempfindlichen Harzen, sondern auch bei alkalisch aushärtbaren Harzen
verbessern.
Selbsthärtende Zusammensetzungen enthalten
einen regenerierten Quarzsand mit hohem
einen regenerierten Quarzsand mit hohem
Kieselsäuregehalt in Mischung mit
einem direkt zugemischten fluorhaltigen Mittel
einem direkt zugemischten fluorhaltigen Mittel
Die Proben für den Biegeversuch werden aus einem regenerierten Sand, der bei 40°C gehalten wird,
hergestellt.
Vorher hat man den Sand in die beiden folgenden
a) eine Fraktion, die nicht behandelt wird,
b) eine Fraktion, der man 1% Kryolith zumischt. Der Kryolith besitzt eine Korngröße unterhalb eines
Prüfsiebes 20ö.
Man mischt jede dieser Fraktionen mit 0,3% des Härters D 5 und einem Prozent des Harzes D. Nach
zwei Stunden beträgt der Wert für die Biegefestigkeit des Probekörpers aus unbehandeltem Sand 30 kp/cm2
und für den Probekörper aus dem Sand in Mischung mit Kryolith 45 kp/cm2. Es z.cigt sich infolgedessen, daß die
Zugabe des Mittels für die Bildung der I luoridionen direkt zu dem körnigen Material zu den gleichen
Ergebnissen führt, wie die Zugabe dieses Mittels zu mindestens einer der anderen Komponenten (Härter
und/oder Bindemittel). Die mechanischen Eigenschaften der Fertigprodukte aus den Formmassen werden
infolgedessen durch die Anwesenheit der Fluoridionen
inahhäncrirr unri
Art i
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung von gehärteten Formkörpern aus einer selbsthärtenden Formmasse,
indem man ein inertes feinkörniges Material mit
mindestens einem als Bindemittel dienenden härtbaren organischen Harz und
mindestens einem Härter für das Bindemittel innig mischt,
die so gebildete Formmasse ausformt und das Bindemittel härteil,
dadurch gekennzeichnet, daß man der Formmasse zusätzlich zur Modifizierung und Verbesserung der Härtung ein Fluoridionen enthaltendes Mittel zugibt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Fluoridionen enthaltende
Mittel in die Formmasse gleichzeitig mit mindestens einer der drei anderen Komponenten einführt
3. Verfahren nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß man das Fluoridionen enhaltende
Mittel in saurer oder komplexer Form in die Formmasse zusammen mit dem Härter einführt
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Fluoridionen enthaltende
Mittel als Salz oder in saurer oder komplexer Form in die Formmasse zusammen mit dem Harz einführt
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Fluoridionen enthaltende
Mittel in die Formmasse zusammen mit dem inerten Material, vorzugsweise in Form von feinverteilten
Mineralsalzen, einführt
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Härter eine
starke Mineralsäure in Mengen von 3 bis 70%, bezogen auf das Gewicht des organischen Harzes,
verwendet
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Formmasse bei Umgebungstemperatur oder mäßig erhöhter Temperatur
aushärtet und als Fluoridionen enthaltendes Mittel »in situ« Fluorwasserstoff herstellt.
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