DE2660613C2

DE2660613C2 - Lagerbeständiges Bindemittel, das einen durch Reaktion mit Harnstoff oder Harnstoffderivaten stabilisierten Stärkesyrup enthält

Info

Publication number: DE2660613C2
Application number: DE2660613A
Authority: DE
Inventors: Raymond Douglas Nechells Birmingham George; Andries Oosterdiep Veendam Kraak
Original assignee: Foseco International Ltd
Current assignee: Foseco International Ltd
Priority date: 1975-09-15
Filing date: 1976-09-14
Publication date: 1983-11-03
Also published as: AT346508B; FR2323466A1; AR211782A1; IT1068750B; ATA683376A; MX143816A; NL183028C; CA1065103A; NL7610279A; IN148044B; AU1772176A; US4070196A; FR2323466B1; DE2641249A1; AU502546B2; NL183028B; DE2641249B2; BR7606063A

Description

Es ist aligemein üblich, wäßrige Alkalisilikatlösungen, insbesondere Natriumsilikatlösungen, als Bindemittel für Sand zur Herstellung von Gießformen und -kernen zu verwenden. Die Lösungen enthalten gewöhnlich 40 bis 50 Gew.-% Natriumsilikat mit einem SiOj: Na2O-Verhältnis von 2.0 :1 bis 3,0 :1. Bei einer Arbeitsweise «vird die Natriumsilikatlösung mit Sand gemischt und aus der resultierenden Mischung eine Form oder ein Kern gebildet. Kohlendioxidgas wird dann durch die Form oder den Kern geblasen, wobei aufgrund der chemischen Reaktion zwischen dem Natriumsilikat und dem Kohlendioxid eine gebundene Form bzw. ungebundener Kern entsteht. Nach einem anderen Verfahren wird ein sogenannter Härter, der beispielsweise aus einer Mischung von Diacetin und Triacetin besteht, mit Natriumsilikat und Sand gemischt und diese Mischung wird zu Formen oder Kernen geformt, die beim Stehen aufgrund der chemischen Reaktion zwischen dem Härter und dem Natriumsilikat erhärten.

Ein Nachteil beider Arbeitsweisen besteht darin, daß nach dem Gießen die Formen und Kerne schwierig auszuleeren und von dem verfestigten Gießmetall zu entfernen sind. Dies kann insbesondere im Falle von Kernen mit komplexer Gestalt und dann, wenn die Formen und Kerne zur Herstellung von Gießlingen aus Metallen verwendet werden, die bei hohen Temperaturen vergossen werden, wie beispielsweise Stahlgießlinge. nachteilig sein. Dementsprechend wurden in der Vergangenheit zahlreiche Vorschläge gemacht, um der Mischung aus Sand und Natriumsilikat sogenannte Zerfallszusätze hinzuzufügen, die die Zerfallsneigung der Sandform oder des Sandkerns nach dem Gießen unterstützen.

Beispiele von verwendeten Zerfallszusätzcn sind Kohlenstaub und Kohlenhydrate, wie Zellulosematerialicn. beispielsweise Holzmehl. Stärke, Stärkederivate, beispielsweise Stärkehydrolysate und Zucker, beispielsweise Rohrzuckerund Dextrose (Glucose).

Zerfallszusätze sollten mit der Natriumsilikatlösung vermischt oder in dieser gelöst werden können, weil dann eine Homogenisierung der Sand-Bindcmittel-Mi schung schneller erreicht und der Herstellungsvorgang für den Kern oder die Form vereinfacht und weitergehend automatisiert werden kann. Wenn der Zerfallszusatz in die Natriumsiükatiösung eingearbeitet werden muß. ist es jedoch wünschenswert, daß die LGsung bei der Aufbewahrung vorzugsweise für drei Monate oder länger beständig bleibt. Unglücklicherweise reagieren bestimmte, als Zerfallszusätze verwendete Kohlenhydratmaterialien. beispielsweise

ίο reduzierende Zucker, wie Glucose, mit der hochalkalischen Natriumsilikatlösung und werden in ein schwarzes unlösliches Produkt überführt. Zur gleichen Zeit steigt die Viskosität der Lösung und die Lösung wird eventuell wegen des Verbrauchs von Natriumhydroxid und des daraus folgenden Anstiegs des Siliciumoxid/Natriumoxid-Verhältnisses des Natriumsilikats fest.

Das ist auch der Fall bei der Verwendung eines Zerfallszusatzes auf Basis von Glucosesn jp. der durch Fermentierung von Stärkeprodukten erhalten wird und gleichfalls verschiedene Zucker enthält. Ein solcher Glucosesirup hat ein Dextrose-Äquivalent von 45 bis 60 (GB-PS 12 99 779).

Das Dextrose-Äquivalent wird definiert als die reduzierende Kraft, d. h. der Gehalt an reduzierendem Zucker eines Stärkehydrolysats ausgedrückt als D-GIucose auf einer trockenen Basis.

Nrcht reduzierende Zucker wie Rohrzucker sind wirksame Zerfallszusätze und führen zu beständigen Lösungen, wenn sie Natriumsilikatlösungen zugesetzt werden. Sie haben jedoch andere Nachteile, weil die Formen und Kerne, die aus einem Rohrzucker enthaltenden silikatgebundenen Sand hergestellt sind, hygroskopisch sind. Wenn Formen und Kerne, insbesondere in einer feuchten Atmosphäre, aufbewahrt werden, werden sie an ihren Kanten zerstört, brüchig und schwach. Das gilt auch für Bindemittel aus einem Alkalisilikat und organischen Polyhydroxyverbindungen, die nach Vermischen mit dem Sand durch Begasen mit Kohlendioxid gehärtet werden (BE-PS 5 55 362). Als Polyhydroxyverbindungen können hiernach verschiedene Zuckerarten, Tri- und Tetrasaccharide oder mehrwertige Alkohole verwendet werden, wobei ihre sehr unterschiedlichen Dextrose-Äquivalente ebenso wenig berücksichtigt werden wie ihre verschiedene Wirkung auf das Verhalten der Formen oder Kerne.

Wie ersichtlich, sind die Anforderungen an eine technisch brauchbare Bindemittellösung zur Herstellung von Gießformen- und -kernen sehr vielfältig. Die organische Zerfallskomponente muß mit dem Alkalisili kat homogen mischbar und zusammen mit diesem lagerbeständig sein. Nach dem Vermischen mit dem oand kommt es nicht nur auf die gute Bindefestigkeit der Formen, sondern auch darauf an. daß das Bindemittel beim Begasen mit Kohlendioxid zwar rasch

aushärtet, aber nicht durch Übergasen seine Festigkeit wieder verliert. Beim Aufbewahren, selbst unter feuchten Bedingungen, müssen die Formen oder Kerne ihre Festigkeit behalten und nach dem Guß eine gute Zerfallsneigung besitzen.

Die gestellte Aufgabe besieht mithin darin, eine beständige alkalisilikathaltige Binclemittellösung bereitzustellen, die Formen und Kerne aus Sand mit guten Brucheigenschaften ergibt, die bei der Lagerung auch unter feuchten Bedingungen erhalten bleiben. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Bindemittel mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen 2 und 3 angegeben.

Die stabilisierten Stärkehydrolysate gemäß dem Anspruch 1 werden aus Stärkehydrolysaten mit höherem Dextrose-Äquivalent durch Umsetzung mit Harnstoff oder Harnstoffderivaten hergestellt Nach der Stabilisierung ist das Dextrose-Äquivalent des Stärkehydrolysats auf einen Wert unter 5, vorzugsweise unter 2 und insbesondere unter 03 erniedrigt. Die stabilisierten Stärkehydrolysate können leicht in Form von wäßrigen Sirups gehandhabt werden, die gewöhnlich 40 bis 70 Gew.-% Stärkehydrolysat enthalten. Eine Alkalisilikatlösung, die das Stärkehydrolysat enthält wird umso länger beständig bleiben, je geringer das Dextrose-Äquivalent des Stärkehydrolysats ist Dementsprechend ist es bevorzugt daß das Stärkehydrolysat ein Dextrose-Äquivalent unter 2, insbesondere unter 03 besitzt

Das bevorzugte Alkalisilikat ist Natriumsilikat. Das SiO₂: Na2O-Verhältnis des Natriumsilikats kann weit, beispielsweise von 2:1 bis 33 ; 1, variieren. NatriumsL'ikate mit einem Verhältnis von 2,0:1 bis etwa 23 :1, insbesondere 2 :33. werden bevorzugt weil Alkalisilikate mit höherem Verhältnis chemisch reaktionsfähiger sind, so daß Bindemittelzusammensetzungen, die diese enthalten, eine geringere Lagerbeständigkeit aufweisen.

Die Zusammensetzung der Bindemittellösung kann ebenfalls in einem weiten Bereich variieren, sie wird jedoch gewöhnlich durch Mischen von 1 bis 50 Gew.-% Stärkehydrolysatsirup und 50 bis 99 Gew.-°/o Natriumsilikatlösung hergestellt Bevorzugte Zusammensetzungen enthalten 10 bis 30Gew.-% Stärkehydrolysatsirup und 70 bis 90 Gew.-% Natriumsilikatlösung.

Beim Gebrauch wird das Bindemittel gewöhnlich mit Sand in einer Menge von 2 bis UGew.-Teilen der Bindemittelzusammensetzung pro lOOGew.-Teilen Sand vermischt und diese Mischung in die gewünschte Gestalt gebracht Das Aushärten kann dann entweder durch Begasen mit Kohlendioxid oder durch Einarbeiten von chemischen Härtemitteln wie Estern von ι mehrwertigen Alkoholen in bekannter Weise erfolgen.

Beispiel 1

1600 g einer wäßrigen Stärkehydrolysatlösung, die 65 Gew.-% Polysaccarid mit einem Dextrose^juiva-

m lent von 30 enthielt, wurde auf 70⁰C erwärmt Zu dieser Lösung wurden unter vorsichtigem Rühren 160 g Harnstoff gegeben. Nachdem der Harnstoff gelöst war wurden 36 ml einer 38gewichtsprozentigen Schwefelsäure als Katalysator zugegt-ben. Die sich bildende klare Losung wurde 16 Stunden bei 70⁰C unter langsamem Rühren gehalten. Nach dieser Zeit wurde die Reaktion durch Zugabe von Natriumhydroxidlösung bis auf einen schwach alkalischen pH-Wert beendet. Nach Abkühlung hat der klare gelbe stabilisierte Stärkehydrolysatsi-

21) rup ein Dextrose-Äquivalent von 4 und einen leichten Ammoniakgeruch, kann aber ohne weitere Reinigung verwendet werden.

Eine im Gewichtsverhältnis 1 :4 hergestellte Mischung dieses Produkts mit einer wäßrigen Natriumsilikatlösung mit einem SiO₂: Na₂O-Verhältnis von 2,4 :1 zeigt gute Stabilität gegen den alkalischen Abbau des Polysaccharids. Obglekrh die Mischung sich etwas dunkler färbt, wird kein sonderlicher Viskositätsanstieg oder eine Verfestigung beobachtet Bei der Verarbei-

jo tung der Bindemittelzusammensetzung zur Herstellung von Sandkernen mit anschließender Begasung zeigte sich, daß dieses Bindemittel ein wirksamer Zerfallszusatz ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Lagerbeständiges Bindemittel zur Herstellung von Gießformen und -kernen aus einer wäßrigen Lösung eines Alkalisilikats und einem Stärkehydrolysat, gekennzeichnet durch

1 bis 50 Gew.-% eines durch Reaktion mit Harnstoff oder Harnstoffderivaten stabilisierten Stärkehydrolysatsirups mit einem Dextrose-Äquivalent unter 5 und 40 bis 70Gew.-% Feststoffen und 50 bis 99 Gew.-% der wäßrigen Alkalisilikatlösung.

2. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stärkehydrolysatsirup ein Dextrose-Äquivalent unter 2, insbesondere unter 0,5 aufweist.

3. Bindemittel nach Anspruch 1 oder 2. gekennzeichnet durch 10 bis 30Gew.-% Stärkehydrolysatsirup und 70 bis 90Gew.-% einer wäßrigen Alkalisilikatlösung.