DE2733866A1 - Harzmasse - Google Patents

Harzmasse

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DE2733866A1
DE2733866A1 DE19772733866 DE2733866A DE2733866A1 DE 2733866 A1 DE2733866 A1 DE 2733866A1 DE 19772733866 DE19772733866 DE 19772733866 DE 2733866 A DE2733866 A DE 2733866A DE 2733866 A1 DE2733866 A1 DE 2733866A1
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James Ian Harford Smith
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Foseco Trading AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description

KlTt
DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C GERNHARDT
MÜNCHEN HAMBURG
TElEFON= 555476 8000 M 0 N CH E N 2,
TELEGkAMME: KARPATENT MATHILDENSTRASSE 12
TELEX: 5 2*066 KARP D
W. 42 922/77 7/RS 27. Juli 1977
Foseco Trading A.G. 7ooo Chur (Schweiz)
Harzmasse
709886/0740
Die Erfindung bezieht sich auf Harzmassen und insbesondere auf solche, die säurehärtbare synthetische Harze enthalten, zur Verwendung beim Binden von teilchenförmigen!, feuerfestem Material, wie Sand, bei der Herstellung von Kernen und Formen für Metallgußzwecke.
Bekannte säurehärtbare Harze zur Verwendung bei der Kern- und Formherstellung umfassen Harnstoff-Formaldehyd-Furfurylalkohol-Harze, Phenol-Formaldehyd-Harze, Phenol-Formaldehyd-Furfurylalkohol-Harze und Furfurylalkohol-Formaldehyd-Harze.
Alle diese Harze schließen Formaldehyd als reaktive Komponente ein und enthalten ausnahmslos nennenswerte Konzentrationen von nicht umgesetztem oder freiem Formaldehyd, der äußerst beißend ist und die Augen, die Atmungswege und die Haut reizen kann. Das Ausgesetztsein gegenüber Formaldehyd in der Gießerei tritt im allgemeinen auf, wenn der freie Formaldehyd während des Mischen des Sands, des Harzes und eines sauren Katalysators und während der Überführung des gemischten Sands zu Formen oder Kernkästen freigesetzt wird.
Synthetische Harze, in denen Phenol eine reaktive Komponente ist, enthalten oft merkbare Konzentrationen von nicht umgesetztem oder freiem Phenol. Obwohl Phenol in der Atmosphäre ein weniger ernstes Problem in einer Gießerei im Vergleich mit Formaldehyd sein kann, wird es nichtsdestoweniger während der Sandmischung und der Überführung freigesetzt und kann im Körper über die Haut absorbiert werden. Zusätzlich führt Phenol eine Gefährdung der Haut herbei, wenn das Harz gehandhabt wird.
Stickstoffhaltige Materialien wie Harnstoff sind als Komponenten in Gießereiharzen unerwünscht, da sie nachtei-
709886/0740
-H-
llge metallurgische Wirkungen haben. Venn Metall gegen Sand gegossen wird, der solche Harze enthält, zersetzen sich die stickstoffhaltigen Materialien und bilden Oxyde von Stickstoff, die sich in dem Metall lösen können, und ergeben in dem gegossenen Metall sogenannte "pinholes" (Nadellöcher).
Ee ist gefunden worden, daß Harze, die zur Herstellung von Gießereiformen und -kernen geeignet sind, welche im wesentlichen 0 % freien Formaldehyd und freies Phenol enthalten und die stickstofffrei sind, aus einer Mischung von Furfurylalkohol und einem aus aromatischem Kohlenwasserstoff und Formaldehyd hergestellten Harz, das in Furfurylalkohol löslich ist, bereitet werden können.
Demgemäß sieht die Erfindung eine Harzmasse vor, die Furfurylalkohol und ein aus einem aromatischen Kohlenwasserstoff und Formaldehyd hergestelltes Harz umfaßt, das in Furfurylalkohol (Furfuralkohol) löslich ist.
Bei den Massen gemäß der Erfindung ist das aus aromatischem Kohlenwasserstoff und Formaldehyd hergestellte Harz von einem aromatischen Kohlenwasserstoff als solchen abgeleitet, d.h. einem unsubstituierten Kohlenwasserstoff oder einem Kohlenwasserstoff, der nur mit einer oder mehreren Kohlenwasserstoffgruppen substituiert ist. Beispiele von aus aromatischem Kohlenwasserstoff und Formaldehyd hergestellten Harzen oder Kondensationsprodukten sind Toluol-Formaldehyd-Harze, Naphthalin-Formaldehyd-Harze und Xylol-Formaldehyd-Harze, von denen Toluol-Formaldehyd-Harze bevorzugt sind.
Die Harzmasse kann o,5 bis 5o Gew.% an aus aromatischem Kohlenwasserstoff und Formaldehyd hergestelltem Harz und
70 9 8 86/0740
5o bis 99»5 Gew.% Furfurylalkohol enthalten. Vorzugsweise wird jedoch das aus aromatischem Kohlenwasserstoff und Formaldehyd hergestellte Harz in einer Menge bis zu Io Gew.%, insbesondere bis zu 5 Gew.%, angewendet.
Während vorzugsweise gemäß der vorstehenden Beschreibung die Massen gemäß der Erfindung frei von Stickstoff enthaltenden Harzen sein sollen, können bei Anwendungen, bei denen Stickstoff in Form- und Kernsandharzbindern für Gießereizwecke geduldet werden kann, brauchbare Harzmassen aus einer Zusammensetzung hergestellt werden, die nicht nur Furfurylalkohol und ein aus aromatischem Kohlenwasserstoff und Formaldehyd hergestelltes Harz, wie dies vorstehend beschrieben ist, sondern auch ein Harnstoff-Formaldehyd-Harz enthält.
Solche Harzmassen können 3o bis 97,5 Gew.Si Furfurylalkohol, 2 bis 5o Gew.% aus aromatischem Kohlenwasserstoff und Formaldehyd hergestelltes Harz und o,5 bis 55 Gew.% Harnstoff-Formaldehyd-Harz enthalten. Es werden jedoch wieder vorzugsweise bis zu Io Gev.% an aus aromatischem Kohlenwasserstoff und Formaldehyd hergestelltem Harz angewendet.
Zur Förderung der Haftung der Harzmasse an einem Sandsubstrat kann es erwünscht sein, in der Masse ein Silan wie γ-Aminopropyltriäthoxysilan (H2NCH2CH2CH2Si(OC2H5)^) oder ein anderes aminofunktionelles Silan einzuschließen. Bei Anwendung des Silans wird es gewöhnlich in einer Menge von o,l bis o,5 Gew.%, bezogen auf die Karzmasse, verwendet. Gewünschtenfalls kann ein geringer Anteil (gewöhnlich bis zu Io Gew.^) eines Verdünnungsmittels wie Wasser oder Methanol in den Harzmassen gemäß der Erfindung eingeschlossen v; erden.
Die Harzmassen gemäß der Erfindung können durch heißes 70988R/07A0
oder kaltes Mischen des Furfurylalkohols, des aus aromatischen Kohlenwasserstoff und Formaldehyd hergestellten Harzes und gegebenenfalls einem Harnstoff-Formaldehyd-Harz, einem Silan und/oder einem Verdünnungsmittel hergestellt werden. Alternativ kann, wenn ein Harnstoff-Formaldehyd-Harz eingeschlossen werden soll, ein aus aromatischem Kohlenwasserstoff und Formaldehyd hergestelltes Harz mit einem zuvor bereiteten üblichen Harnstoff-Formaldehyd/Furfurylalkohol-Harz gemischt werden.
Die Harzmassen gemäß der Erfindung können "kalt gehärtet", d.h. bei Raumtemperatur durch den Zusatz eines Säurekatalysators (oder Härters) gehärtet werden. Geeignete Säurekatalysatoren umfassen p-Toluolsulfonsäure, Cumolsulfonsäure, Xylolsulfonsäure, Mineralsäuren wie Phosphorsäure oder Schwefelsäure, und Mischungen davon.
Wenn die Harzmassen gemäß der Erfindung verwendet werden, um Gießereiformen oder -kerne zu erzeugen, werden Sand oder anderes teilchenförmiges, feuerfestes Material, Harzmasse und irgendein notwendiger Säurekatalysator zusammengemischt, und die Mischung wird dann in einer Form oder einem Kernkasten zu dem gewünschten Formstück geformt, wo man es bei Umgebungstemperatur härten oder abbinden läßt.
Die Geschwindigkeit der Härtung oder des Abbindens kann gewünschtenfalls durch die Wirkung von Wärme beschleunigt werden.
Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Herstellung einer Gießereiform oder eines Gießereikerns,bei dem man teilchenförmiges, feuerfestes Material wie Sand und eine Harzmasse gemäß der Erfindung zusammen mit irgendeinem notwendigen Säurekatalysator mischt, die sich ergebende Mischung zu einem gewünschten Formstück oder Formstücken formt und das oder die Formstücke härtet bzw. härten läßt.
709886/0740
Die Erfindung schließt auch eine Harzmasse, wie sie vorstehend definiert ist, in Mischung mit einem Säurekatalysator und einem teilchenförmigen, feuerfesten Material ein.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.
Beispiel 1
Eine Harzmasse wurde mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt:
Furfurylalkohol 94,8 Gew.%
Toluol-Formaldehyd-Harz
(Viskosität 2oo Centipoise) 5,ο Gew.%
γ-Aminopropyltriäthoxysilan o,2 Gew.#
Die drei Komponenten wurden bei Raumtemperatur zusammengemischt .
Die Harzmasse wurde dann als Binder für Formen und Kerne für Gießereizwecke geprüft. 5 kg gewaschener und gesiebter Quarzsand (silica sand) (Redhill F) wurden gründlich mit 3o g 65%iger p-Toluolsulfonsäure von Standard-Handelsqualität gemischt, loo g der Harzmasse wurden dann zugegeben, und das Mischen wurde fortgesetzt. Die sich ergebende Mischung wurde zur Erzeugung von Standardbiegefestigkeitsprüfstücken oder -proben verwendet·
Der Sand hatte eine Verarbeitungszeit oder Verarbeitungslebensdauer von 6 min, und die Proben konnten von dem Kernkasten, in dem sie geformt wurden, nach 24 min abgestreift werden.
709886/0740
2733366
Die Biegefestigkeitsmessungen an Proben, die bei 22°C während verschiedener Zeiten härten gelassen wurden, gaben die folgenden Ergebnisse:
Zeit, h Biegefestigkeit, kp/cni
2 42
4 51
24 58
Beispiel 2
Eine zweite Harzmasse wurde hergestellt und unter Verwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Arbeitsweisen geprüft. Das Harz hatte die folgende Zusammensatzung:
Furfurylalkohol 64,8 Ge\i.%
Toluol-Formaldehyd-Harz
(Viskosität 2oo Centipoise) 35,ο Gew.Jo
γ-Aminopropyltriäthoxysilan o,2 Gew.?o
Der das Harz enthaltende Sand hatte eine Verarbeitungszeit von 6 min, und die Probestücke konnten von dem Kernkasten, in dem sie geformt wurden, nach 16 min abgestreift werden.
Biegefestigkeitsmessungen an Proben, die bei 22°C während verschiedener Zeiten härten gelassen wurden, gaben die folgenden Ergebnisse:
709886/0740
2733366
Zeit, h Biegefestigkeit, kp/cm2
2 23
4 33
24 35
Beispiel 3
Es wurde eine Harzmasse, v/elche die folgende Zusammensetzung hatte, hergestellt:
Furfurylalkohol 67,3 Gew.%
Harnstoff-Foraaldehyd-Harz
(wäßriger Sirup mit einem Gehalt von 7o Gew.^ Harz, Viskosität
35 Poise, Gehalt an freiem Formaldehyd 3,750 25,ο Gew.?4
Toluol-Formaldehyd-Harz
(Viskosität 2oo Centipoise) 7,5 Gew.?6
γ-Aminopropyltriäthoxysilan o,2 Gew.96
Die ersten drei Komponenten wurden bei etwa 5o°C für etwa Io min intensiv gemischt, wobei sich ein klares Harz ergab. Die vierte Komponente, Silan, wurde nach Abkühlung bei Umgebungstemperatur untergemischt.
Die Harzinasse wurde dann als Bindemittel für Gießereiformen und -kerne geprüft. 2 kg Sand (Redhill F) wurden mit 12 g 815^iger Phosphorsäure von Standardhandelsqualität gemischt. 24 g der Harzmasse wurden dann zugegeben, um Standardbiegefestigkeitsprüfstücke zu erzeugen.
Der Sand hatte eine Verarbeitungszeit oder eine Verarbeitungslebensdauer von Io min, und die Proben konnten von dem Kernkasten, in dem sie geformt wurden, nach 3o min abgestreift werden.
9 886/0740
Biegefestigkeitsmessungen an Proben, die bei 21°C während verschiedener Zeit härten gelassen wurden, gaben die folgenden Ergebnisse:
Zeit, h Biegefestigkeit, kp/cm
2 32
4 43
24 45
Beispiel 4
Eine Harzmasse wurde unter Anwendung der in Beispiel 3 beschriebenen Arbeitsweise hergestellt und geprüft. Das Harz hatte die folgende Zusammensetzung:
Furfurylalkohol 79,8 Gew.%
Harnstoff-Formaldehyd-Harz
(wäßriger Sirup mit einem Gehalt von 7o Gew.% Harz, Viskosität 35 Poise, Gehalt an freiem Formaldehyd 3,7So) lo,o Gew.%
Toluol-Formaldehyd-Harz
(Viskosität 2oo Centipoise) Io,ο Gevi.%
γ-Aminopropyltriäthoxysilan o,2 Gew.% Die Harzmasse hatte einen Stickstoffgehalt von 2,o?o.
Der das Harz enthaltende Sand hatte eine Verarbeitungszeit von 7 min, und die Prüfstücke konnten von dem Kernkasten, in dem sie geformt wurden, nach 28 min abgestreift werden.
70 9 886/0740
Biegefestigkeitsmessungen an Proben, die bei 230C während verschiedener Zeiten härten gelassen wurden, gaben die folgenden Ergebnisse:
Zeit, h Biegefestigkeit, kp/cm
1 26
3 4o 24 46
Beispiel 5
Es wurde eine Harzmasse unter Verwendung der Arbeitsweisen, die in Beispiel 1 beschrieben sind, hergestellt und geprüft. Das Harz hatte die folgende Zusammensetzung:
Furfurylalkohol 84,85 Gew.96
Toluol-Formaldehyd-Harz
(Viskosität 2oo Centipoise) 15,ο Gew.%
γ-Aminopropyltriäthoxysilan o,15 Gew.%
Der die Harzmasse enthaltende Sand hatte eine Verarbeitungszeit von 9 min, und die Prüfstücke konnten von dem Kernkasten, in dem sie geformt wurden, nach 36 min abgestreift werden.
Biegefestigkeitsmessungen an Proben, die bei 220C während verschiedener Zeiten härten gelassen wurden,gaben die folgenden Ergebnisse:
Zeit, h Biegefestigkeit, kp/cm2
2 ' 23
4 29 24 38
709886/0740
- ψ-
Beispiel 6
Es wurde eine Harzmasse unter Verwendung der Arbeitsweisen von Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß 1,5 Gev/.-Teile Harzmasse je loo Gew.-Teile Sand und 35 Gew.-Teile p-Toluolsulfonsäure je loo Gew.-Teile Harzmasse verwendet wurden, hergestellt und geprüft. Das Harz hatte die folgende Zusammensetzung :
Furfurylalkohol 89,8 Gew.?S
Toluol-Formaldehyd-Harz
(Viskosität 2oo Centipoise) 5,ο Gevi.%
γ-Aminopropyltriäthoxysilan o,2 Gew.%
Methanol 5,ο Gew.%
Der die Harzmasse enthaltende Sand hatte eine Verarbeitungszeit von 4 min, und die Prüfstücke konnten aus dem Kernkasten, in dem sie geformt wurden, nach 22 min abgestreift werden.
Biegefestigkeitsmessungen an Proben, die bei 240C während verschiedener Zeiten härten gelassen wurden, ergaben die folgenden Ergebnisse:
Zeit, h Biegefestigkeit, kp/cm2
2 27
4 4o
24 44
Beispiel 7
Das Beispiel 6 wurde wiederholt,mit der Ausnahme, daß das verwendete Toluol-Formaldehyd-Harz eine Viskosität von . 44 Poise hatte.
709886/0740
2733366
Der die Harzmasse enthaltende Sand hatte eine Verarbei tungszeit von 3 min, und die Prüfstücke konnten von dem Kernkasten, in dem sie geformt wurden, nach 17 min abgestreift werden.
Biegefestigkeitsmessunsen an Proben, welche bei 23,5°C während verschiedener Zeiten härten gelassen wurden, ga- · ben die folgenden Ergebnisse:
2 Zeit, h Biegefestigkeit, kp/cm
2 16
4 31
24 47
Beispiel 8
Das Beispiel 6 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß das verwendete Toluol-Formaldehyd-Harz eine Viskosität von 122 Poise hatte.
Der die flarzmasse enthaltende Sand hatte eine Verarbei tungszeit von 3 min, und die Prüfstücke konnten von dem Kernkasten, in dem sie geformt wurden, nach 15 min abgestreift werden.
Biegefestigkeitsmessungen an Proben, die bei 23,5°C während verschiedener Zeiten härten gelassen wurden, gaben die folgenden Ergebnisse:
Zeit, h Biegefestigkeit, kp/cm2
2 18
4 35
24 44
709886/0740

Claims (10)

W. 42 922/77 Patentansprüche
1. Harzmasse, gekennzeichnet durch einen Gehalt von Furfurylalkohol und einem aus aromatischem Kohlenwasserstoff und Formaldehyd hergestellten Harz, das in Furfurylalkohol löslich 1st.
2. Harzmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie frei von Stickstoff enthaltenden Harzen ist.
3. Harzmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu 5 Gew.% des aus aromatischem Kohlenwasserstoff und Formaldehyd hergestellten Harzes enthält.
4. Harzmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie auch Harnstoff-Formaldehyd-Harz einschließt.
5. Harzmasse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu Io Gew.96 des aus aromatischem Kohlenwasserstoff und Formaldehyd hergestellten Harzes enthält.
6. Harzmasse nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie 3o bis 97,5 Gew.% Furfurylalkohol und o, 5 bis 55 Gew.96 Harnstoff-Formaldehyd-Harz enthält.
7. Harzmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das aus aromatischem Kohlenwasserstoff und Formaldehyd hergestellte Harz ein Toluol-Formaldehyd-Harz ist.
8. Harzmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie auch o,l bis o,5 Gew.?o eines
7 0 9; R H / Π 7 4 0
ORIGINAL INSPECTED
Silans wie eines aminofunktionellen Silans einschließt.
9. Harzmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu Io Gew.% eines Verdünnungsmittels wie Wasser oder Methanol einschließt.
10. Verwendung einer Harzmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung einer Form oder eines Kerns für Gießereizwecke, wobei ein teilchenförmiges feuerfestes Material wie Sand und die Harzmasse zusammen mit irgendeinem notwendigen sauren Katalysator gemischt, die sich ergebende Mischung zu einem gewünschten Formstück oder gewünschten Formstücken geformt und das oder die Formstücke gehärtet werden.
709R8R/0740
DE19772733866 1976-07-28 1977-07-27 Harzmasse Withdrawn DE2733866A1 (de)

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GB3912076 1976-09-21

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CA1106530A (en) 1981-08-04
FR2359878B1 (de) 1980-06-13
JPS5650906B2 (de) 1981-12-02
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