DE2750294A1 - Alkalisilikat enthaltende bindemittel - Google Patents
Alkalisilikat enthaltende bindemittelInfo
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Description
Beschreibung
Die Erfindung betrifft alkalisilikathaltige Bindemittel, insbesondere
zur Verwendung bei der Herstellung von Formen und Kernen für den Metallguß.
Es ist allgemein üblich, wäßrige^ Alkalisilikat enthaltende
Lösungen, insbesondere Natriumsilikatlösungen, als Bindemittel für den Sand zur Herstellung von Formen und Kernen für
den Metallguß zu verwenden. Diese Lösungen enthalten üblicherweise 40 bis 50 Gew.% Natrxumsilikat mit einem SiO-:Na_O-Verhältnis
von 2,0:1 bis 3,0:1. Bei einem Verfahren wird die Natriumsilikatlösung mit Sand vermischt, und das so erhaltene
Gemisch wird zu Formen oder Kernen verformt. Anschließend wird gasförmiges Kohlendioxid durch die Form oder den Kern
geblasen, so daß aufgrund der chemischen Reaktion zwischen dem Natriumsilikat und dem Kohlendioxid eine gebundene Form
oder ein gebundener Kern entsteht. Bei einem anderen Verfahren wird ein sogenannter Härter, welcher beispielsweise ein
Gemisch aus Diacetin und Triacetin sein kann, mit dem Natriumsilikat und dem Sand vermischt, worauf das Gemisch zu einer
Form oder einem Kern ausgeformt wird, welcher beim Stehen aufgrund der chemischen Reaktion zwischen dem Härter und dem
Natriumsilikat aushärtet.
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Ein Nachteil beider Verfahren besteht darin, daß die Formen und Kerne nach dem Guß sich nur schwer brechen lassen, um sie
von den erstarrten Gußstücken zu entfernen. Dies kann von besonderem Nachteil sein im Fall von Kernen komplizierter
Form, oder auch dann, wenn die Formen und Kerne zur Herstellung von Gußstücken aus Metallen Verwendung finden, welche
bei hohen Temperaturen gegossen werden, z.B. beim Stahlguß. Es sind deshalb in der Vergangenheit zahlreiche Vorschläge
gemacht worden, dem Gemisch aus Sand und Natriumsilikat bestimmte Stoffe, sogenannte Bruchmittel zuzusetzen, welche
das Zerbrechen oder Zerstören der Sandformen und -kerne nach dem Guß erleichtern.
Zu den verwendeten Bruchmitteln gehören verschiedene Kohlenhydrate
sowie kohlenhydrathaltige Stoffe wie Cellulosederivate, Stärken und Zucker, z.B. Sucrose und Dextrose.
Es ist bekannt, bei der Herstellung von Papierwaren Klebstoffe zu verwenden, welche ein Alkalisilikat und ein boratbehandeltes
Dextrin enthalten (vergl. US-PS 3 433 691). Das boratbehandelte Dextrin wird durch Zugabe eines Alkaliborats
zu einer wäßrigen Dextrindispersion hergestellt, bei welcher es sich um ein kolloidales Gemisch handelt, welches durch
Hydrolyse von Stärke gebildet wird. Derartige Zusammensetzungen weisen eine äußert niedrige Löslichkeit in Wasser auf,
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und die Zusammensetzungen lassen sich schwer handhaben, weil das Dextrin sich von den übrigen Bestandteilen der Zusammensetzung
abtrennt und aufschwimmt. Das Aufschwimmen des Dextrins
kann durch Zusatz von Quellton verhindert werden, doch die dann entstehende Zusammensetzung ist äußerst viskos (vergl. beispielsweise
US-PS 3 767 440). Eine derartige Zusammensetzung würde sich zur Verwendung als Formsandbindemittel nicht eignen.
Es ist weiterhin aus der GB-PS 1 309 606 bekannt, als Formsandbindemittel
eine Alkalisilikatlösung zu verwenden, welche als Zusatz ein homogenes, flüssiges, polymeres Kondensationsprodukt
enthält, welches durch gemeinsames Erhitzen eines reduzierenden Zuckers mit Harnstoff und Formaldehyd gebildet wird,
wobei beispielsweise Bcrax als Mittel zur Einstellung des
pH-Werts Verwendung finden kann. Borax kann auch einem Formsand zugesetzt werden, welcher eine wäßrige Alkalisilikatlösung
wie das erwähnte Zusatzmittel als Härter für die Alkalisilikatlösung enthält. Die empfohlene Zugabemenge beträgt
3 bis 12 Gew.% Alkalisilikat und Zusatz. Eine derartige Zugabemenge ist zu hoch, um den Borax in der Alkalisilikatlösung
wirksam zu lösen; wenn jedoch der Borax in niedrigeren Konzentrationen zur Regelung des pH-Wertes Verwendung findet,
dient er nur dann einem nützlichen Zweck, wenn er den Bestandteilen des Zusatzes zugefügt wird. Es kommt hinzu,
daß das Kohlenhydrat seine Eigenschaften als Kohlenhydrat verliert, wenn es dem Zusatzmittel zugesetzt wird.
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Es wurde nunmehr gefunden, daß sich Komplexverbindungen aus bestimmten Oxyanionsalzen, insbesondere Boraten, mit Kohlenhydraten
vorteilhafterweise zusammen mit Alkalisilikaten als Formsandbindemittel verwenden lassen.
Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein Bindemittel in Form einer wäßrigen Lösung mit Gehalt an einem Alkalisilikat und einem
Kohlenhydrat, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Kohlenhydrat ein im wesentlichen wasserlösliches Kohlenhydrat
aus der Gruppe der Glykane, der Glykanoligosaccharide, der Glykanitole, der Glykanitolderivate der Oligosaccharide, der
Monosaccharide und der Disaccharide sowie deren Derivaten ist und daß das Bindemittel ferner ein Oxyanion des Bors,
Zinns, Germaniums, Tellurs oder Arsens enthält, welches mit dem Kohlenhydrat eine wasserlösliche Komplexverbindung zu
bilden vermag.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
von Produkten aus gebundenem, feinteiligem Material, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine Mischung aus
dem feinteiligen Material und dem erfindungsgemäßen Bindemittel herstellt und das Gemisch in die gewünschte Gestalt bringt·
Das bevorzugte Alkalisilikat ist Natriumsilikat. Das SiO9:
Na2O-Verhältnis des Natriumsilikats kann in weiten Grenzen
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schwanken, z.B. zwischen 2,0:1 und 3,5:1, doch sind Natriumsilikate
mit einem Verhältnis von 2,0:1 bis etwa 2,5:1 bevorzugt.
Gemische von zwei oder mehreren Kohlenhydraten und/oder zwei oder mehreren Oxyanionen können Verwendung finden.
Glykane sind polymere Derivate von Monosacchariden mit oder ohne reduzierende Zucker-Endgruppen. Der Monosaccharidbestandteil
kann eine Aldose oder eine Ketose sein. Beispiele von Glykanen sind Glukane (Polymere der Glucose), Xylane (Polymere
der Xylose) und Gluco-xylane (Copolymere der Glucose und
Xylose).
Im allgemeinen sind hochmolekulare Glykane, wie z.B. Stärke, Amylose und Amylopectin ungeeignet zur Verwendung in den erfindungsgemäßen
Bindemitteln, da sie in Wasser nicht löslich sind. Geeignete Glykane stehen als Bestandteile von Stärkehydrolysaten
oder Glycosesirups zur Verfügung.
Glykan-Oligosaccharide sind Derivate von Glykanen, welche durch Säurebehandlung oder Enzymbehandlung oder andere Methoden der
Spaltung der Glykosidbindungen in dem Ausgangsglykan erhalten
werden. Geeignete Glykan-Oligosaccharide stehen als Bestandteile
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von Stärkehydrolysate!! und Glycosesirups zur Verfügung.
Glykanitole sind Produkte, welche durch die Reduktion von Glykanen erhalten werden. Der Monosaccharidbestandteil des
Glykans kann eine Aldose oder eine Ketose sein. Während der Herstellung eines Glykanitols kann die stereochemische Konfiguration
der substituierten Aldose- oder Ketoseendgruppe erhalten bleiben, oder es kann eine Umwandlung in das entsprechende
Polyolderivat stattfinden. So kann die Reduktion einer substituierten reduzierenden Endgruppe, beispielsweise
einer substituierten Glucoseendgruppe, in einem Stärkedextrin unter Aufrechterhaltung der Konfiguration unter Bildung eines
substituierten Glucitol- (z.B. Sorbitol-)derivats oder unter teilweiser Umkehr zu einem substituierten Mannitolderivat
stattfinden, bei welchem die Konfiguration des Kohlenstoffatoms 2 geändert ist. Geeignete Glykanitole stehen als
Bestandteile von hydrierten Stärkehydrolysaten zur Verfügung.
Glykanitolderivate von Oligosacchariden sind Produkte, welche durch die Reduktion von Glykan-Oligosacchariden erhalten
werden und beispielsweise als Bestandteile von hydrierten Stärkehydrolysaten zur Verfügung stehen. Andere Beispiele
für Glykanitolderivate von Oligosacchariden sind Derivate
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von Disacchariden wie Maltitol (abgeleitet von Maltose) und
Lactitol (abgeleitet von Lactose).
Beispiele für geeignete Monosaccharide sind u.a. Glucose, Mannose und Fructose. Beispiele für geeignete Disaccharide
sind u.a. Sucrose, Maltose und Lactose.
Beispiele für geeignete Monosaccharidderivate sind u.a. Hexitole, welche durch die Reduktion der entsprechenden
Hexosen erhalten werden; beispielsweise bildet sich Sorbitol bei der Reduktion von Glucose oder Gulose und Mannitol
bei der Reduktion von Mannose. Pentitole entstehen bei der Reduktion der entsprechenden Pentosen, beispielsweise wird
Xylitol bei der Reduktion von Xylose erhalten.
Im Handel erhältliche kohlenhydrathaltige Stoffe, welche
ein oder mehrere Kohlenhydrate enthalten können, lassen sich verwenden. Beispiele für solche Stoffe sind Melasse
aus der Sucroseraffination, Molke aus der Milchverarbeitung, Invertzucker oder teilweise invertierter Zucker,
bei welchem es sich um ein Gemisch aus Sucrose, Fructose und Glucose handelt, sowie die oben bereits erwähnten GIucosesirupe.
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Kohlenhydratderivate, deren Struktur außer an der reduzierenden Endgruppe durch Verfahren wie Veretherung, Veresterung
oder Oxydation verändert ist, lassen sich ebenfalls einsetzen, Beispiele für solche Derivate sind oxydierte Stärkesirupe,
Stärkeester sowie Stärkecarboxyalkyläther.
Die bevorzugten Kohlenhydrate sind "stabilisierte" Kohlenhydrate, deren Reduktionsvermögen beseitigt ist, um die Kohlenhydrate
in alkalischen Medien praktisch stabil zu machen.
Stabilisierte Kohlenhydrate lassen sich durch Hydrierung oder andere Verfahren gewinnen, welche das Reduktionsvermögen beseitigen,
beispielsweise Verätherung, Veresterung oder Oxydation, oder durch Umsetzung mit Harnstoff oder einem Harnstoff
derivat.
Beispiele für stabilisierte Kohlenhydrate sind Glykanitole, Glykanitolderivate von Oligosacchariden, Hexitole und Pentitole.
Die bevorzugten stabilisierten Kohlenhydrate sind die stabilisierten
Stärkehydrolysate, welche in den britischen Patentanmeldungen 37 884/75 und 33 873/76 beschrieben sind. Diese
stabilisierten Stärkehydrolysate lassen sich aus Stärkehydrolysaten mit einem Dextroseäquivalent von 5 bis 100, Vorzugs-
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weise 5 bis 75 und besonders bevorzugt zwischen 10 und 40 herstellen.
Das Dextroseaquivalent ist definiert als das Reduktionsvermögen, d.h. der Gehalt an reduzierendem Zucker in
einem Stärkehydrolysat, ausgedrückt als D-Glucose, bezogen auf Trockenbasis. Das Stärkehydrolysat läßt- sich durch selektive
Oxydation, durch Umsetzung mit Harnstoff oder einem Harnstoff derivat, oder durch Hydrieren stabilisieren. Das bevorzugte
Verfahren ist die katalytische Hydrierung mit Wasserstoff. Nach der Stabilisierung ist das Dextroseaquivalent des
Stärkehydrolysate auf weniger als 5, vorzugsweise weniger als 2 und insbesondere weniger als 0,5 erniedrigt.
Das Oxyanion kann dem Mittel in Form eines Oxyanionsalzes zugesetzt
werden, oder ein Oxyanionsalz kann in situ durch Umsetzung mit einer das Oxyanion enthaltenden Säure oder einem
Oxid und zugesetztem Alkali oder dem in dem Alkalisilikat enthaltenen Alkali gebildet werden.
Beispiele für geeignete Oxyanionsalze sind die Alkalioxyanionsalze
wie Natriummetaborat, Natriumtetraborat, Natriumpentaborat, Natriumgermanat, Natriumstannat, Natriumtellurit und
Natriumarsenit. Von den Oxyanionsalzen des Zinns, Tellurs und Arsens sind die Stannate, Tellurite bzw. Arsenite bevorzugt.
Die besonders bevorzugten Oxyanionsalze sind die Alkaliborate,
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da sie ohne weiteres zur Verfügung stehen und preiswert sind.
Beispiele für in situ gebildete Oxyanionsalze sind ein durch Umsetzung zwischen Borsäure oder Boroxid und einem Alkali, wie
z.B. dem Alkali des Alkalisilikats, gebildetes Alkaliborat sowie ein durch Umsetzung zwischen Germaniumdioxid und einem Alkali
entstandenes Alkaligermanat.
Es ist deutlich, daß für jedes gegebene Kohlenhydrat ein oder mehrere Oxyanionsalze existieren können, welche optimale Ergebnisse
liefern und daß dann diese Salze vorzugsweise aus der Gruppe der zur Verfügung stehenden Oxyanionsalze ausgewählt
werden sollten.
Das Bindemittel kann dem feinteiligen Material mittels getrennter Zugaben von wäßriger Alkalisilikatlösung, wäßriger Kohlenhydratlösung
und Oxanionsalzlösung zugefügt werden oder jeweils zwei der Lösungen oder alle drei können vorher miteinander
vermischt werden. Ein vorheriges Mischen des Oxyanionsalzes mit der wäßrigen Kohlenhydratlösung oder mit der wäßrigen
Alkalisilikatlösung sowie getrennte Zugabe des dritten Bestandteils oder ein Vormischen aller drei Bestandteile sind bevorzugt.
Die für die Zugabe des Bindemittels gewählte Arbeitsweise hängt jedoch zu einem gewissen Ausmaß von dem jeweils verwendeten
Kohlenhydrat ab, da bestimmte Kohlenhydrate, z.B. Kohlen-
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hydrate mit Gehalt an reduzierenden Zuckern, mit Alkalisilikaten reagieren und deshalb mit dem Alkalisilikat nicht vorher vermischt
und gelagert werden können. Wenn das Kohlenhydrat und das Alkalisilikat für die Lagerung nicht vorgemischt werden
können, dann kann es günstig sein, einen Teil des Oxyanionsalzes in dem Alkalisilikat zu lösen und einen anderen Teil in
einer wäßrigen Kohlenhydratlösung.
Üblicherweise enthält das Bindemittel 16 bis 47 Gew.% Alkalisilikat
und 2 bis 45 Gew.% Kohlenhydrat.
Der Mindestgehalt an Oxyanion liegt in der Größenordnung von 0,1 Gew.%, bezogen auf das wäßrige Bindemittel, während der
Höchstgehalt an Oxyan.on durch die Löslichkeitsgrenze des gegebenen Oxyanionsalzes in der wäßrigen Bindemittelzusammensetzung
bestimmt wird und deshalb erheblich schwanken kann. Gehalte an Oxyanionsalzen bis zu 5 Gew.%, bezogen auf das
wäßrige Bindemittel, sind typisch.
Vorzugsweise reicht die vorhandene Oxyanionmenge»aus, um praktisch
das gesamte vorhandene Kohlenhydrat zu komplexieren.
Die bevorzugten Bindemittel enthalten 26 bis 45 Gew.% Alkalisilikat,
3 bis 27 Gew.% Kohlenhydrat und 0,5 bis 2,0 Gew.% Oxyanionsalz.
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Die tatsächliche Zusammensetzung für eine bestimmte Kombination aus Alkalisilikat, Kohlenhydrat und Oxyanion hängt von
einer Anzahl von Faktoren wie der Art des Kohlenhydrats, dem Ausmaß der gegenseitigen Löslichkeit der drei Bestandteile,
dem Alkalioxid:SiO„-Verhältnis im Alkalisilikat und der Art
des Oxyanions ab.
Wie zuvor angegeben, weist das Bindemittel drei wesentliche Bestandteile auf, doch können selbstverständlich weitere Bestandteile
vorhanden sein, vorzugsweise in verhältnismäßig geringeren Mengen, beispielsweise Farbzusätze oder an sich
bekannte Zusätze zur Verbesserung des Oberflächenfinish der
Metallgußstücke.
Die erfindungsgemäßen Bindemittel können zum Binden verschiedenster
feinteiliger Materialien dienen, doch eignen sie sich insbesondere zum Binden feinteiliger keramischer Stoffe wie
Quarz-, Olivin-, Chromit- und Zirkonsand zur Herstellung von Gußformen oder -kernen. Nach der Herstellung können die Form
oder der Kern durch Einleiten von gasförmigem Kohlendioxid oder durch ein chemisches Härtungsmittel für das Alkalisilikat
gehärtet werden, beispielsweise kann eine Mischung von Glycerinacetaten dem Sandbindemittel zugefügt werden, bevor
die Formen oder Kerne hergestellt werden.
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Die verbesserten Bindemittel gemäß Erfindung weisen eine Reihe von Vorteilen auf, wenn sie zur Herstellung von Gußformen oder
-kernen benutzt werden.
Wenn Formen und Kerne durch Begasen mit Kohlendioxid gehärtet werden, läßt sich die Begasungszeit im Vergleich zur bislang
üblichen Praxis vermindern, was zu einer Einsparung von Kohlendioxid führt und gleichzeitig die Gefahr des "Überbegasens"
im Vergleich zu anderen Silikatbindemitteln vermindert. Darüber hinaus zeigen die Formen und Kerne unmittelbar nach dem Begasen
und nach dem Lagern entweder unter trockenen oder feuchten Bedingungen eine erhöhte Festigkeit, doch sind die
"Bruch"-Eigenschaften, d.h. die Möglichkeiten zum Zerbrechen und Entfernen der Formen und Kerne nach Erstarren des Gußmetalls,
trotz der erhöhten Festigkeitswerte nicht beeinträchtigt.
Sowohl bei einer Aushärtung mittels Kohlendioxidbegasung als auch bei chemischer Härtung des silikatgebundenen Sands ist
es möglich, die Menge an Natriumsilikat gegenüber der bislang üblichen Praxis zu vermindern. Sowohl die Brucheigenschaften
des mittels Natriumsilikat gebundenen Sandes als auch das Oberflächenfinish
der Metallgußstücke bei Verwendung eines derartigen Formsands werden durch den Natriumoxidgehalt des Natriumsilikatbindemittels
beeinflußt. Eine Verminderung der eingesetzten Natriumsilikatmenge bietet deshalb nicht nur wirt-
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schaftliche Vorteile aufgrund der Einsparung an Natriumsilikat, sondern resultiert gleichzeitig in besseren Brucheigenschaften
der Sandformen und führt zu einem verbesserten Oberflächenfinish der hergestellten Metallgußstücke. Darüber
hinaus läßt sich der Sand leichter für eine erneute Verwendung aufarbeiten, wenn der Restgehalt an Natriumoxid im Sand
nach dem Guß niedriger ist.
Die folgenden Beispiele sollen zur Erläuterung der Erfindung dienen; sie zeigen die Verwendung verschiedener Kohlenhydrate
und Oxyanionen.
Drei Bindemittel wurden wie folgt hergestellt:
1. 20 Gew.% hydrierter Stärkehydrolysatsirup (ein Gemisch
aus Glykanitolen, Glykanitolderivaten von Oligosacchariden,
reduzierten Monosacchariden und reduzierten Disacchariden), welcher aus Kartoffelstärke erhalten worden
war und ein Dextroseäquivalent von etwa 30 vor der Hydrierung und und von etwa 0,005 nach der Hydrierung
sowie einen Stärkehydrolysatgehalt von 65 Gew.% aufwies, wurden mit 80 Gew.% einer wäßrigen Natriumsilikatlösung
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mit einem SiO2:Na2O-Verhältnis von 2,4:1 und einem Natriumsilikatgehalt
von 46 Gew.% vermischt.
2. 10 Gew.% eines wasserhaltigen Natriummetaborats wurden in 100 Gewichtsteilen des Stärkehydrolysatsirups gelöst
und zur Herstellung des Bindemittels 1 verwendet. 20 Gew.% der so erhaltenen Lösung wurden mit 80 Gew.% der Natriumsilikatlösung
vermischt, welche zur Herstellung des Bindemittels 1 Verwendung fand.
3. 7,5 Gewichtsteile wasserfreies Natriumtetraborat wurden in 100 Gewichtsteilen des Stärkehydrolysatsirups gelöst,
welcher zur Herstellung des Bindemittels 1 diente. 20 Gew.% der erhaltenen Lösung wurden mit 80 Gew.% der Natriumsilikatlösung
vermischt, welche zur Herstellung des Bindemittels 1 diente.
Als Ergebnis einer chemischen Reaktion zwischen dem Stärkehydrolysat
und dem Natriummetaborat bzw. dem Natriumtetraborat trat eine Viskositätserhöhung des Stärkehydrolysatsirups
ein, wobei die Bindemittel 2 und 3 eine höhere Viskosität aufwiesen als das Bindemittel 1. Um eventuelle Einflüsse der Bindemittelviskosität
auf die Testergebnisse auszuschließen, wurde die Viskosität der Bindemittel mit Wasser einheitlich
auf 1200 cP, gemessen mit einem Brookfield LVF-Viskosimeter,
eingestellt.
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3,5 Gewichtsteile der jeweiligen Bindemittel wurden mit Gewichtsteilen Quarzsand (AFS-Feinheit Nr. 44) vermischt. Die
Sand/Bindemittelgemische wurden anschließend zur Herstellung von standardisierten AFS-Zylinderkernen mit einer Höhe von
50 mm und einem Durchmesser von 50 mm verwendet. Die Kerne wurden unterschiedlich lange mit Kohlendioxidgas bei 25°C,
einem Leitungsdruck von 0,35 kg/cm und einer Strömungsgeschwindigkeit
von 5,5 l/Min, begast.
Die Druckfestigkeitswerte der so erhaltenen Testzylinder wurden
anschließend gemessen
(a) an Proben unmittelbar (d.h. innerhalb von 10 Sekunden) nach der Begasung,
(b) an Proben nach 24-stündiger Lagerung unter einer verhältnismäßig
trockenen Laboratoriumsatmosphäre,
(c) an Proben nach 24-stündiger Lagerung unter feuchten Bedingungen (relative Feuchtigkeit 90 % bei 25 bis 27°C).
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
80ΘΘ20/0Θ96
5 | 10 | 20 | 30 | 60 | 120 |
27 | 45 | 90 | 113 | 145 | 156 |
317 | 230 | 214 | 140 | 84 | 72 |
164 | 139 | 117 | 130 | 108 | 115 |
28 | 51 | 102 | 142 | 191 | 198 |
460 | 424 | 288 | 221 | 183 | 141 |
216 | 207 | 180 | '140 | 120 | 111 |
48 | 82 | 138 | 183 | 208 | 212 |
513 | 442 | 331 | 253 | 192 | 174 |
247 | 247 | 196 | 139 | 122 | 121 |
Begasungszeit
(Sekunden)
(Sekunden)
Binde- nach Begasung
mittel 1 trockene Lagerung
feuchte Lagerung
mittel 1 trockene Lagerung
feuchte Lagerung
Binde- nach Begasung
mittel 2 trockene Lagerung
feuchte Lagerung
mittel 2 trockene Lagerung
feuchte Lagerung
Binde- nach Begasung
mittel 3 trockene Lagerung
feuchte Lagerung
mittel 3 trockene Lagerung
feuchte Lagerung
Diese Ergebnisse zeigen, daß die Begasungszeit nicht nur die Festigkeit
unmittelbar nach der Begasung, sondern auch die Festigkeit nach 24-stündiger Lagerung beeinflußt. Zur Erzielung einer
Festigkeit von 100 p.s.i. unmittelbar nach der Begasung unter Verwendung des Bindemittels 1 ist eine Begasungszeit von ungefähr
25 Sekunden erforderlich, während sich eine Festigkeit von etwa 170 p.s.i. nach 24-stündiger trockener Lagerung ergibt.
Im Vergleich dazu erfordert Bindemittel 2 nur ungefähr 20 Sekunden
und führt zu einer Festigkeit von ungefähr 290 p.s.i. nach 24-stündiger trockener Lagerung, während Bindemittel 3 nur ungefähr
15 Sekunden erfordert und zu einer Festigkeit von ungefähr 375 p.s.i. nach 24-stündiger trockener Lagerung führt.
1 p.s.i. entspricht 0,07 kg/cm
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Die Verwendung der Bindemittel 2 und 3 führt somit zu einer Einsparung von Kohlendioxid und liefert verbesserte Festigkeitswerte
sowohl nach trockener als auch feuchter Lagerung.
Drei Bindemittel wurden wie folgt hergestellt:
4. 20 Gew.% einer 70 Gew.%-igen wäßrigen Lösung von Sorbitol wurden mit 80 Gew.% einer wäßrigen Natriumsilikatlösung
mit einem SiO-iNa-O-Verhältnis von 2,4:1 und einem
Natriumsilikatgehalt von 46 Gew.% vermischt.
5. 10 Gewichtsteile wasserhaltiges Natriummetaborat wurden in 100 Gewichtsteilen der Sorbitollösung, welche zur Herstellung
des Bindemittels 4 diente, gelöst. 20 Gew.% der gebildeten Lösung wurden mit 80 Gew.% der Natriumsilikatlösung
vermischt, welche zur Herstellung des Bindemittels 4 diente.
6. 7,5 Gewichtsteile wasserfreies Natriumtetraborat wurden in 100 Gewichtsteilen der Sorbitollösung gelöst, welche
zur Herstellung des Bindemittels 4 diente. 20 Gew.% der gebildeten Lösung wurden mit 80 Gew.% der Natriumsilikatlösung
vermischt, welche zur Herstellung des Bindemittels 4 diente.
Θ09820/ΟΘ96
Das Bindemittel 4 wies eine Viskosität von 660 cP, das Bindemittel
5 eine Viskosität von 710 cP und das Bindemittel 6 eine Viskosität von 1060 cP auf.
3,5 Gewichtsteile der jeweiligen Bindemittel wurden mit 1OO Gewichtsteilen Quarzsand (AFS-Feinheit Nr. 44) vermischt. Die
Sand/Bindemittelmischungen wurden zur Herstellung von standardisierten AFS-Zylinderkernen mit einer Höhe von 50 mm und einem
Durchmesser von 5O mm verwendet. Die Kerne wurden unterschiedlich lange mit Kohlendioxid bei 24,5 bis 25,0°C bei einem Leitungsdruck
von 0,35 kg/cm und einer Strömungsgeschwindigkeit von 5,5 l/Min, begast.
Die Druckfestigkeiten der Kerne wurden anschließend gemessen:
(a) an Proben unmittelbar (d.h. innerhalb von 10 Sekunden) nach dem Begasen,
(b) an Proben nach: 24-stündiger Lagerung an verhältnismäßig
trockener Laboratoriumsatmosphäre (relative Feuchtigkeit 50 bis 55 % bei 17,0 bis 20,O0C),
(c) an Proben nach 24-stündiger Lagerung unter feuchten Bedingungen
(relative Feuchtigkeit 90 bis 95 % bei 24,5 bis 25,O0C).
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt
.
809820/0898
Bindemittel 4
Bindemittel
Bindemittel
Begasungszeit (Sekunden)
nach Begasung trockene Lagerung feuchte Lagerung
nach Begasung trockene Lagerung feuchte Lagerung
nach Begasung trockene Lagerung feuchte Lagerung
5 | 10 | 20 | 30 | 60 | 120 |
58 | 98 | 158 | 186 | ||
447 | 325 | 262 | 205 | 125 | 103 |
158 | 158 | 175 | 170 | 162 | 187 |
32 | 72 | 1O5 | 159 | 171 | |
442 | 342 | 253 | 205 | 147 | 105 |
172 | 175 | 170 | 160 | 140 | 172 |
49 | 88 | 124 | 156 | 165 | |
482 | 420 | 28O | 24O | 115 | 105 |
195 | 200 | 180 | 185 | 185 | 212 |
Die Bindemittel 4, 5 und 6 lieferten hinsichtlich der Druckfestigkeitswerte
der Kerne nach trockener oder feuchter Lagerung ähnliche Ergebnisse, doch waren die Bindemittel 5 und 6 dem Bindemittel
4 bezüglich der Begasungsdauer überlegen. Zur Erzielung einer Festigkeit von 100 p.s.i. unmittelbar nach dem Begasen waren
bei Verwendung des Bindemittels 4 31 Sekunden, bei Verwendung des Bindemittels 5 jedoch nur 28 und bei Verwendung des
Bindemittels 6 nur 23 Sekunden notwendig.
Das Bindemittel 7 wurde wie folgt hergestellt:
10 Gewichtsteile Natriumstannat wurden in 9 Gewichtsteilen
Wasser dispergiert, und die gebildete wäßrige Dispersion wurde
809820/0696
mit 1OO Gewichtsteilen des Starkehydrolysatsirups vermischt,
welcher zur Herstellung des Bindemittels 1 in Beispiel 1 diente. Die Viskosität des Stärkehydrolysatsirup/Natriumstannatgemisches
betrug 2000 cP. 20 Gew.% des Gemisches wurden mit 80 Gew.% der Natriumsilikatlösung vermischt, welche zur Herstellung
des Bindemittels 1 in Beispiel 1 diente. Wasser wurde zu dem gebildeten Gemisch zugefügt, um die Viskosität auf 1470 cP
zu erniedrigen.
Das Bindemittel 7 wurde mit dem Bindemittel 1 unter Anwendung der Testbedingungen des Beispiels 1 verglichen. Die Begasungstemperatur betrug 25,0 bis 25,5°C, die Lagerung unter trockenen
Bedingungen erfolgte bei einer relativen Feuchtigkeit von 52 bis 56 % bei 22 bis 23°C und die Lagerung unter feuchten
Bedingungen bei 90 bis 95 % relativer Feuchtigkeit und 23 bis 24°C.
Unter den Testbedingungen erforderte das Bindemittel 1 eine Begasungsdauer von 21 Sekunden zur Erzielung einer Festigkeit
unmittelbar nach dem Begasen von 100 p.s.i., während das Bindemittel 7 nur 17,5 Sekunden erforderte. Die erreichbaren Höchstfestigkeitswerte
und die Festigkeiten nach trockener und feuchter Lagerung waren für beide Bindemittel ähnlich, obwohl das
Bindemittel 7 weniger eigentliches Bindemittel enthielt als das Bindemittel 1. Aufgrund des niedrigeren tatsächlichen
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275Ü29A
Bindemittelgehaltes wird mit dem Bindemittel 7, verglichen mit dem Bindemittel 1, weniger Natriumoxid in den Formsand
eingeschleppt, wenn beide Bindemittel, wie in diesem Beispiel beschrieben, eingesetzt werden.
Zwei Bindemittel wurden wie folgt hergestellt:
8. 20 Gew.% eines hydrierten Stärkehydrolysatsirups wurden mit 80 Gew.% einer wäßrigen Natriumsilikatlösung mit
einem SiO_:Na2O-Verhältnis von 2,2:1 und einer Viskosität
von 770 cP (gemessen in einem Brookfield RVF-Viskosimeter) vermischt.
Der hydrierte Stärkehydrolysatsirup war aus Maisstärke hergestellt, wies ein Dextroseäquivalent von etwa 33
vor der Hydrierung und von weniger als 0,2 nach der Hydrierung auf.
Der Feststoffgehalt des Sirups war mit Wasser von 75
auf 68 Gew.% erniedrigt worden, bevor der Sirup mit der Natriumsilikatlösung vermischt wurde.
809820/0896
9. 7,5 Gewichtsteile wasserfreies Natriumtetraborat wurden in 1CXD Gewichtsteilen des Stärkehydrolysatsirups gelöst,
welcher zur Herstellung des Bindemittels 8 diente. Der Feststoffgehalt des Sirups war zuvor mit Wasser von 75
auf 68 Gew.% erniedrigt worden. 20 Gew.% der gebildeten Lösung wurden mit 80 Gew.% der Natriumsilikatlösung vermischt,
welche zur Herstellung des Bindemittels 8 Verwendung fand.
Die Viskosität der beiden Bindemittel wurde durch Zugabe von Wasser auf 770 cP (gemessen mit einem Brookfield LVF-Viskosimeter)
eingestellt.
Das Bindemittel 9 wurde in Vergleich zu dem Bindemittel 8 getestet,
wobei das Verfahren des Beispiels 1 Anwendung fand. Die Begasungstemperatur lag bei 20,5 bis 21,5 C, die trockene
Lagerung erfolgte bei einer relativen Feuchtigkeit von 47 bis 51 % bei 19 bis 22°C und die feuchte Lagerung bei einer relativen
Feuchtigkeit von 90 bis 95 % bei 210C.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.
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5 | 10 | 20 | 30 | 60 | 120 |
30 | 58 | 78 | 1O9 | 136 | |
650 | 371 | 292 | 203 | 118 | 96 |
139 | 153 | 121 | 96 | 85 | 76 |
— | 34 | 79 | 118 | 165 | 194 |
789 | 631 | 459 | 359 | 217 | 139 |
211 | 182 | 182 | 149 | 125 | 132 |
Begasungszeit
(Sekunden)
(Sekunden)
Binde- nach Begasung
mittel 8 trockene Lagerung
feuchte Lagerung
mittel 8 trockene Lagerung
feuchte Lagerung
Binde- nach Begasung
mittel 9 trockene Lagerung
feuchte Lagerung
mittel 9 trockene Lagerung
feuchte Lagerung
Das Bindemittel 9 war dem Bindemittel 8 hinsichtlich der Begasungszeit
und der erreichbaren Festigkeit überlegen, und die das Bindemittel 9 enthaltenden Kerne zeigten auch bessere Lagerungseigenschaften
unter trockenen sowie feuchten Lagerungsbedingungen. Zur Erzielung einer Festigkeit unmittelbar nach der
Begasung von 100 p.s.i. bei Verwendung des Bindemittels 8 waren 47 Sekunden notwendig, während bei Verwendung des Bindemittels
9 24 Sekunden ausreichten. Bei trockener Lagerung nach 24 Stun den zeigten die Bindemittel 8 enthaltenden Kerne eine Festigkeit
von 140 p.s.i. (gegenüber einer Festigkeit von 1OO p.s.i. unmittelbar
nach der Begasung), während bei gleichen Bedingungen die das Bindemittel 9 enthaltenden Kerne eine Druckfestigkeit
von 420 p.s.i. aufwiesen.
Zwei Bindemittel wurden wie folgt hergestellt:
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10. 20 Gew.% hydrierter Starkehydrolysatsirup, hergestellt
aus Maisstärke und mit einem Dextroseäquivalent von weniger als 0,1 und einem Stärkehydrolysatgehalt von ungefähr
65 Gew.% wurden mit 80 Gew.% einer wäßrigen Natriumsilikatlösung mit einem SiO2:Na2O-Verhältnis von
2,2:1 und einer Viskosität von 770 cP bei 20,0°C (gemessen mit einem Brookfield RVF-Viskosimeter) vermischt.
11. 7,5 Gewichtsteile wasserfreies Natriumtetraborat wurden
in 100 Gewichtsteilen des Stärkehydrolysatsirups gelöst, welcher zur Herstellung des Bindemittels 10 diente. 20
Gew.% der gebildeten Lösung wurden mit 80 Gew.% der Natriumsilikatlösung vermischt, welche zur Herstellung des
Bindemittels 10 diente.
Das Stärkehydrolysat, welches zur Herstellung der Bindemittel 10 und 11 Verwendung fand, wies ein Dextroseäquivalent von ungefähr 55 vor der Hydrierung auf.
Die Viskosität der beiden Bindemittel wurde durch Verdünnung mit Wasser auf 770 cP eingestellt.
Die Bindemittel 10 und 11 wurden unter Anwendung der Testbedingungen
des Beispiels 1 miteinander verglichen.
809820/DSdB
Die Begasungstemperatur betrug 24 bis 25°C, die trockene Lagerung erfolgt bei 48 bis 52 % relativer Feuchtigkeit bei 16 bis
20°C, die Lagerung unter feuchten Bedingungen bei 90 bis 95 % relativer Feuchtigkeit bei 26°C.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
5 | 10 | 20 | 30 | 60 | 120 |
— _ | _ _ | 45 | 69 | 117 | 150 |
504 | 386 | 228 | 164 | 122 | 70 |
143 | 128 | 128 | 108 | 122 | 114 |
__ | 45 | 69 | 114 | 150 | |
660 | 526 | 450 | 342 | 284 | 220 |
192 | 183 | 143 | 143 | 147 | 147 |
Begasungszeit
(Sekunden)
(Sekunden)
Binde- nach Begasung
mittel 10 trockene Lagerung
feuchte Lagerung
mittel 10 trockene Lagerung
feuchte Lagerung
Binde- nach Begasung
mittel 11 trockene Lagerung
feuchte Lagerung
mittel 11 trockene Lagerung
feuchte Lagerung
Die Bindemittel 10 und 11 gaben bezüglich der Begasungsgeschwindigkeit
und der erreichbaren Festigkeit unmittelbar nach der Begasung vergleichbare Ergebnisse. Bei Verwendung der beiden Bindemittel
war jeweils eine Begasungszeit von ungefähr 45 Sekunden erforderlich, um eine Anfangsfestigkeit von 100 p.s.i. zu erzielen.
Das Bindemittel 11 liefert jedoch nach der Lagerung weit überlegene Festigkeitswerte. Bei Verwendung des Bindemittels 11
erhöht sich eine Anfangsfestigkeit nach der Begasung von 100 p.s.i. auf 290 p.s.i. nach trockener Lagerung und 145 p.s.i. nach
809820/089B
275U294
feuchter Lagerung, während beim Bindemittel 10 sich eine Festigkeit
unmittelbar nach der Begasung von 1OO p.s.i. auf nur 130 p.s.i. nach trockener Lagerung und nur 116 p.s.i. nach feuchter
Lagerung erhöht.
Zwei Bindemittel wurden wie folgt hergestellt:
Die Bindemittel 12 und 13 wurden wie die Bindemittel 10 und 11
hergestellt, wobei jedoch ein anderes hydriertes Stärkehydrolysat Verwendung fand, welches aus Maisstärke hergestellt war
und ein Dextroseäguivalent von weniger als 0,15 sowie einen
Stärkehydrolysatgehalt von 63 Gew.% aufwies. Das zur Herstellung der Bindemittel 12 und 13 dienende hydrierte Stärkehydrolysat
enthielt überwiegend hydrierte Maltose.
Die Viskosität der Bindemittel 12 und 13 wurde durch Verdünnen
mit Wasser auf 76O cP eingestellt.
3,5 Gewichtsteile der Bindemittel 12 und 13 wurden mit 1OO
Gewichtsteilen Quarzsand (AFS-Feinheit Nr. 44) vermischt. Die Sand/Bindemittelmischungen wurden anschließend verwendet, um nach dem AFS-Standard zylindrische Kerne mit einer Höhe von
Gewichtsteilen Quarzsand (AFS-Feinheit Nr. 44) vermischt. Die Sand/Bindemittelmischungen wurden anschließend verwendet, um nach dem AFS-Standard zylindrische Kerne mit einer Höhe von
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50 und einem Durchmesser von 50 mm herzustellen. Die Kerne wurden unterschiedlich lange mit Kohlendioxid bei 21 bis 22°C,
einem Leitungsdruck von 0,35 kg/cm und einer Strömungsgeschwindigkeit von 5,5 l/Min, begast.
Die Druckfestigkeitswerte der hergestellten Kerne wurden anschließend
an Proben unmittelbar nach dem Begasen, d.h. innerhalb von 10 Sekunden bestimmt.
Die Ergebnisse finden sich in der folgenden Tabelle.
Begasungszeit (Sekunden)
Binde- nach Begasung mittel 12
Binde- nach Begasung mittel 13
20 30 60 120 78 120 168 171
96 138 168
Obwohl die erreichbaren Festigkeitswerte ähnlich waren, ist die Härtungsgeschwindigkeit für das Bindemittel 13 günstiger. Bei
Verwendung des Bindemittels 12 sind für eine Festigkeit von 1OO p.s.i. unmittelbar nach der Begasung 25 Sekunden erforderlich,
während bei Einsatz des Bindemittels 13 21 Sekunden ausreichen, was hinsichtlich des Kohlendioxidverbrauchs eine Einsparung
von 16 % entspricht.
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Das Bindemittel 14 wurde wie folgt hergestellt:
7,5 Gewichtsteile wasserfreies Natriumtetraborat wurden in 100 Gewichtsteilen einer Lösung von Maltitol gelöst. 20 Gewichtsteile
dieses Gemisches wurden mit 80 Gewichtsteilen einer wäßrigen Natriumsilikatlösung mit einem SiO„:Na~O-Verhältnis
von 2,2:1 und einer Viskosität von 440 cP bei 20,00C (gemessen mit einem Brookfield RVF-Viskosimeter) vermischt.
Die Viskosität des gebildeten Bindemittels wurde mit Wasser auf 750 cP eingestellt.
Das Bindemittel 14 wurde mit dem Bindemittel 19 verglichen, wobei die Testmethoden des Beispiels 1 Anwendung fanden. Die
Druckfestigkeitswerte der Proben wurden verglichen
(a) unmittelbar nach der Begasung, d.h. innerhalb von 10 Sekunden,
(b) nach 24-stündiger Lagerung unter einer verhältnismäßig trockenen Laboratoriumsatmosphäre.
Die Gastemperatur betrug 21,0 C, und die trockene Lagerung
erfolgte bei einer relativen Feuchtigkeit von 48 bis 51 % bei 18 bis 20°C.
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Die erhaltenen Ergebnisse sind der in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.
Druckfestigkeit (p.s.i.)
14 | Begasungszeit (Sekunden) |
5 | 10 | 20 | 30 | 60 | 120 | |
Binde mittel |
9 | nach Begasung trockene Lagerung |
108 564 |
156 464 |
210 376 |
234 314 |
234 280 |
243 256 |
Binde mittel |
nach Begasung trockene Lagerung |
75 750 |
135 636 |
222 513 |
240 450 |
276 306 |
281 284 |
|
Es ist deutlich, daß das Bindemittel 14 etwa die gleichen Ergebnisse
liefert wie das Bindemittel 9.
Das folgende Bindemittel wurde hergestellt:
15. 9,9 Gew.% Borsäure wurden in 100 Gewichtsteilen eines hydrierten Stärkehydrolysatsirups gelöst, welcher aus
Maisstärke erhalten worden war, ein Dextroseäquivalent von weniger als 0,2 aufwies und dessen Stärkehydrolysatgehalt
bei ungefährt 63 Gew.% lag. 20 Gew.% der so gebildeten Lösung wurden mit 80 Gew.% einer wäßrigen Natriumsilikatlösung
mit einem SiO-:Na2O-Verhältnis von
2,2:1 und einer Viskosität von 710 cP bei 20,00C (gemessen
mit einem Brookfield RVF-Viskosimeter) vermischt.
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16. 9,9 Gewichtsteile Borsäure und 3,3 Gewichtsteile Natriumhydroxid
wurden in 1OO Gewichtsteilen des hydrierten Stärkehydrolysatsirups gelöst, welcher zur Herstellung
des Bindemittels 15 Verwendung fand. 20 Gew.% der gebildeten Lösung wurden mit 80 Gew.% der Natriumsilikatlösung
vermischt, welche zur Herstellung des Bindemittels 15
diente.
17. 5,5 Gewichtsteile Boroxid wurden in 1OO Gewinhtsteilen
des hydrierten Stärkehydrolysatsirups gelöst, welcher zur Herstellung des Bindemittels 15 diente. 20 Gew.% der so
gebildeten Lösung wurden mit 80 Gew.% der Natriumsilikatlösung vermischt, welche zur Herstellung des Bindemittels
15 Verwendung fand.
18. 5,5 Gewichtsteile Boroxid und 3,14 Gewichtsteile Natriumhydroxid
wurden in 1OO Gewichtsteilen des hydrierten Stärkehydrolysatsirups gelöst, welcher zur Herstellung des
Bindemittels 15 diente. 20 Gew.% der gebildeten Lösung wurden mit 80 Gew.% der Natriumsilikatlösung vermischt,
welche zur Herstellung des Bindemittels 15 Verwendung fand.
Die Viskosität der Bindemittel 15 bis 18 wurde auf 750 cP eingestellt.
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Das hydrierte Stärkehydrolysat, welches zur Herstellung der Bindemittel 15 bis 18 diente, wies ein Dextroseäquivalent vor
der Hydrierung von ungefähr 33 auf.
Die Bindemittel 15 bis 18 wurden mit den Bindemitteln 8 und 9 unter Anwendung der Testverfahren des Beispiels 1 verglichen.
Die Druckfestigkeitswerte der Kerne wurden unmittelbar, d.h. innerhalb von 10 Sekunden, nach dem Begasen ermittelt. Die Gastemperatur
betrug 210C.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
8 | Begasungszeit (Sekunden) |
Begasung | 5 | 10 | 20 | 3O | 60 | 120 | |
Binde mittel |
9 | nach | Begasung | — | 36 | 72 | 105 | 141 | 138 |
Binde mittel |
15 | nach | Begasung | 30 | 60 | 123 | 168 | 222 | 232 |
Binde mittel |
16 | nach | Begasung | 33 | 60 | 123 | 177 | 237 | 243 |
Binde mittel |
17 | nach | Begasung | 30 | 54 | 117 | 162 | 225 | 252 |
Binde mittel |
18 | nach | Begasung | 33 | 60 | 123 | 165 | 222 | 240 |
Binde mittel |
nach | 33 | 58 | 123 | 183 | 234 | 234 | ||
809820/0896
Die Begasungszeiten sowie die erreichbaren Festigkeiten für die Bindemittel 9 und 15 bis 18 sind vergleichbar und durchgehend
denen des Bindemittels 8 deutlich überlegen.
Ferner ergibt sich, daß die Art, in welcher das Borat dem Bindemittel
zugefügt wird, die verbesserten Ergebnisse für die Bindemittel nicht beeinflußt. Die Bindemittel 9 und 15 bis
wiesen etwa die gleiche Boratkonzentration auf, ausgedrückt in Gewichtsteilen Bor.
Die folgenden Mittel wurden hergestellt:
19. 7,5 Gewichtsteile wasserfreies Natriumtetraborat wurden in 100 Gewichtsteilen des hydrierten Stärkehydrolysatsirups
gelöst, welcher zur Herstellung des Bindemittels 8 diente. Die Viskosität der gebildeten Lösung wurde von
4500 cP auf 1100 cP erniedrigt.
0,7 Gewichtsteile des Mittels 19 wurden mit 100 Gewichtsteilen Quarzsand (AFS-Feinheit Nr. 44) vermischt. 2,8 Gewichtsteile
einer wäßrigen Natriumsilikatlösung mit einem SiO2tNa-O-Verhältnis
von 2,2:1 und einer Viskosität von 440 cP wurden anschließend mit dem gleichen Sand vermischt.
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3,5 Gewichtsteile des Bindemittels 9 wurden mit 100 Gewichtsteilen Quarzsand vermischt.
Diese beiden Bindemittel/Sandmischungen wurden unter Anwendung der Testverfahren des Beispiels 1 miteinander verglichen. Die
Druckfestigkeitswerte der Proben wurden unmittelbar, d.h. innerhalb
von 10 Sekunden nach dem Begasen ermittelt. Die Gastemperatur betrug 210C.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.
Begasungszeit (Sekunden)
Binde- nach Begasung mittel 9
Bindemittel 19 nach Begasung + Natriumsilikat
5 10
20 30 60 120
33 66 33 57
111 147 192 225
111 138 201 222
Es ergibt sich, daß die durch das Bindemittel 9 erzielte Verbesserung
auch dann erreicht wird, wenn das Bindemittel dem Sand in zwei Teilen, nämlich in Form des Mittels 19 und Natriumsilikat
zugesetzt wird.
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Das folgende Bindemittel wurde hergestellt:
20. 3,5 Gewichtsteile Germaniumdioxid und 2,4 Gewichtsteile Natriumhydroxid wurden in 100 Gewichtsteilen des hydrierten
Stärkehydrolysats gelöst, welches zur Herstellung des Bindemittels 8 diente. 20 Gew.% der gebildeten Lösung
wurden mit 80 Gew.% der Natriumsilikatlösung vermischt,
welche zur Herstellung des Bindemittels 8 Verwendung fand. Die Viskosität des erhaltenen Bindemittels wurde
durch Zugabe von Wasser auf 700 cP gebracht.
Das Bindemittel 20 wurde mit dem Bindemittel 8 unter Anwendung der Testbedingungen des Beispiels 1 verglichen. Die Gastemperatur
lag bei 25,0 bis 25,5°C, die trockene Lagerung erfolgte bei einer relativen Feuchtigkeit von 48 bis 51 % bei 19 bis
210C, die Lagerung unter feuchten Bedingungen bei einer relativen
Feuchtigkeit von 90 bis 95 % bei 25°C.
Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.
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Druckfestigkeit (p.s.i.)
5 | 10 | 20 | 30 | 6O | 120 |
30 | 51 | 1O5 | 132 | 158 | |
715 | 642 | 378 | 270 | 128 | 128 |
200 | 172 | 143 | 122 | 100 | 108 |
36 | 75 | 117 | 168 | 195 | |
820 | 757 | 575 | 4OO | 300 | 200 |
228 | 212 | 212 | 172 | 135 | 114 |
Becjasungszeit
(Sekunden)
(Sekunden)
Binde- nach Begasung
mittel 20 trockene Lagerung
feuchte Lagerung
mittel 20 trockene Lagerung
feuchte Lagerung
Binde- nach Begasung
mittel 8 trockene Lagerung
feuchte Lagerung
mittel 8 trockene Lagerung
feuchte Lagerung
Das Bindemittel 20 war dem Bindemittel 8 hinsichtlich der Härtungsgeschwindigkeit
und der erreichbaren Festigkeit überlegen, und die das Bindemittel 20 enthaltenden Kerne wiesen auch bessere
Eigenschaften nach Lagerung unter trockenen und feuchten
Bedingungen auf. Zur Erzielung einer Festigkeit von 100 p.s.i. unmittelbar nach der Begasung sind bei Verwendung des Bindemittels
8 29 Sekunden, bei Verwendung des Bindemittels 20 nur 25 Sekunden erforderlich. Nach einer Lagerung von 24 Stunden
zeigten die bis zu einer Festigkeit von 100 p.s.i. begasten, das Bindemittel 8 enthaltenden Kerne eine Druckfestigkeit von
278 p.s.i. nach trockener Lagerung und von 124 p.s.i. nach feuchter Lagerung, während die vergleichbaren Kerne unter Verwendung
des Bindemittels 20 Druckfestigkeiten von 485 p.s.i. nach trockener und 188 p.s.i. nach feuchter Lagerung zeigten.
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7 b O 2 ϋ Α
Die folgenden Bindemittel wurden hergestellt:
21. 7,5 Gewichtsteile Natriumarsenit wurden in 100 Gewichtsteilen des hydrierten Stärkehydrolysateirups gelöst, welcher
zur Herstellung des Bindemittels 8 diente.
20 Gewichtsteile der erhaltenen Lösung wurden mit 80 Gewichtsteilen
der Natriumsilikatlösung vermischt, welche zur Herstellung des Bindemittels 8 Verwendung fand.
Die Viskosität des erhaltenen Bindemittels wurde durch Zugabe von Wasser auf 75O cP eingestellt.
Das Bindemittel 21 wurde unter Anwendung der Testbedingungen des Beispiels 1 mit dem Bindemittel 8 verglichen, wobei die
Begasungstemperatur bei 21,5 bis 22,O°C lag.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.
Begasungszeit (Sekunden)
Binde- nach Begasung mittel 8
Binde- nach Begasung mittel 21
10
45
39 84
20 30 60 120
81 105 126 144
118 147 153 156
809820/0896
2 7 5 O 2 ü 4
Es ist deutlich, daß bei Verwendung des Bindemittels 21 die Druckfestigkeit wesentlich schneller zunimmt. So erreicht man
eine Druckfestigkeit von 100 p.s.i. mit dem Bindemittel 21
nach ungefähr 15 Sekunden, mit dem Bindemittel 8 jedoch erst nach 28 Sekunden.
Die folgenden Mittel wurden hergestellt:
23. Eine wäßrige Lösung von Glucose mit einem Glucosegehalt von 65 Gew.%.
24. 7,5 Gewichtsteile wasserfreies Natriumtetraborat wurden in 100 Gewichtsteilen des Mittels 23 gelöst.
25. 10 Gewichtsteile wasserfreies Natriumtetraborat wurden in 100 Gewichtsteilen des Mittels 23 gelöst.
26. 10 Gewichtsteile wasserhaltiges Natriummetaborat wurden in 100 Gewichtsteilen des Mittels 23 gelöst.
1 Gewichtsteil der Zusammensetzungen 23 bis 26 wurde jeweils mit 100 Gewichtsteilen Quarzsand (AFS-Feinheit 44) vermischt, worauf
2,5 Gewichtsteile einer wäßrigen Natriumsilikatlösung mit
809820/0896
einem SiO-iNa-O-Verhältnis von 2,4:1 und einer Viskosität von
2OOO cP bei 20,0°C (gemessen mit einem Brookfield RVF-Viskosimeter)
zugefügt wurden. Die Sand/Bindemittelmischungen wurden anschließend verwendet, um nach dem AFS-Standard zylindrische
Kerne von 50 nun Höhe und 50 mm Durchmesser herzustellen. Die Kerne wurden unterschiedlich lange mit Kohlendioxid bei 25°C,
einem Leitungsdruck von 0,35 kg/cm und einer Strömungsgeschwindigkeit von 5,5 l/Min, begast. Die Druckfestigkeitswerte der
so erhaltenen Kerne wurden anschließend gemessen
(a) an Proben unmittelbar nach dem Begasen, d.h. innerhalb von 10 Sekunden,
(b) an Proben nach 24-stündiger Lagerung an relativ trockener Laboratoriumsatmosphäre,
(c) nach 24-stündiger Lagerung bei 9O % relativer Feuchtigkeit
bei 25 bis 27°C.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle enthalten:
809820/0896
Begasungszeit
(Sekunden) 5 _K> _2O 30 60 120
Zusammen- nach Begasung — 63 102 138 180 177
setzung 23 trockene Lagerung 150 104 56 53 45 29
+ Natrium- feuchte Lagerung 96 96 1OO 1O4 108 122
silikat
Zusammen- nach Begasung 39 69 132 150 177 177
setzung 24 trockene Lagerung 280 125 56 45 36 36
+ Natrium- feuchte Lagerung 114 122 156 13O 156 143
silikat
Zusammen- nach Begasung 51 75 132 150 174 171
setzung 25 trockene Lagerung 320 253 200 125 40 40
+ Natrium- feuchte Lagerung 125 135 125 130 122 128
silikat
Zusammen- nach Begasung 48 75 135 156 189 207
setzung 26 trockene Lagerung 280 187 100 74 64 43
+ Natrium- feuchte Lagerung 179 164 143 143 156 164 silikat
Diese Ergebnisse zeigen, daß die Zusammensetzungen 24 bis 26 die
Geschwindigkeit der Verfestigung beim Begasen erhöhen. Die Zusammensetzung 26 erhöht auch die erreichbare Festigkeit. Die Lagerungseigenschaften der Kerne wurden bei Verwendung der Mittel
24 bis 26 für den größten Teil der Begasungsdauer ebenfalls verbessert. In dieser Beziehung sind die Mittel 25 und 26 deutlich
besser als das Mittel 24. So sind zur Erzielung einer Festigkeit von 100 p.s.i. unmittelbar nach der Begasung Zeiten von
19, 15, 13,5 und 13,5 Sekunden für die Mittel 23 bis 26 erfor-
Geschwindigkeit der Verfestigung beim Begasen erhöhen. Die Zusammensetzung 26 erhöht auch die erreichbare Festigkeit. Die Lagerungseigenschaften der Kerne wurden bei Verwendung der Mittel
24 bis 26 für den größten Teil der Begasungsdauer ebenfalls verbessert. In dieser Beziehung sind die Mittel 25 und 26 deutlich
besser als das Mittel 24. So sind zur Erzielung einer Festigkeit von 100 p.s.i. unmittelbar nach der Begasung Zeiten von
19, 15, 13,5 und 13,5 Sekunden für die Mittel 23 bis 26 erfor-
809820/0896
derlich. Die Begasungszeiten führen zu Festigkeiten nach trokkener
Lagerung von 58, 80, 240 und 150 p.s.i. und zu Festigkeiten
nach feuchter Lagerung von ungefähr 90, 125, 128 und 155 p.s.i. für die Bindemittel 23 bis 26.
Die folgenden Mittel wurden hergestellt:
27. Ein Stärkehydrolysatsirup, welcher ein Gemisch von Glykanen,
Glykan-Oligosacchariden, Monosacchariden und Disacchariden enthielt, und ein Dextroseaquivalent von 53 bis 55
aufwies, enthielt ungefähr 6O Gew.% Stärkehydrolysat.
28. 7,5 Teile wasserfreies Natriumtetraborat wurden in 100
Gewichtsteilen des Stärkehydrolysats entsprechend dem Mittel 27 gelöst.
Die Viskosität des Mittels 27 betrug 7OO cP bei 20,00C, und
die Viskosität des Mittels 28 wurde durch Verdünnung mit Wasser auf diesen Wert gebracht.
Die Mittel 27 und 28 wurden unter Anwendung des Testverfahrens des Beispiels 13 und unter Verwendung der Natriumsilikatlösung
Beispiels 13 miteinander verglichen.
809820/0896
Die Druckfestigkeitswerte der Kerne wurden bestimmt
(a) unmittelbar nach dem Begasen,
(b) nach 24-stündiger Lagerung an verhältnismäßig trockener Laboratoriumsatmosphäre.
Die Ergebnisse sind nachfolgend zusammengefaßt.
Druckfestigkeit (p.s.i.)
Begasungszeit
(Sekunden) 5 10 20 30 60
Zusammen- nach Begasung -- — 48 60 99 setzung trockene Lagerung 534 420 284 212 86
27 + Natriumsilikat
Zusammen- nach Begasung -- 33 60 86 111 setzung trockene Lagerung 6O7 564 420 336 303
28 + Natriumsili
kat
kat
Das Mittel 28 führt zu einer schnelleren Verfestigung beim Begasen
als das Mittel 27, obwohl die erreichbaren Festigkeiten ähnlich sind. Darüber hinaus sind die Lagerungseigenschaften
des Mittels 28 deutlich besser als die des Mittels 27. So erfordert Mittel 28 eine Begasungszeit von 41 Sekunden zur Erzielung
einer Festigkeit von 100 p.s.i. und führt zu einer Fe-
809820/0895
stigkeit nach der Lagerung von 310 p.s.i. Das Mittel 27 erfordert demgegenüber 61 Sekunden Begasung, wobei die Festigkeit
bei der Lagerung auf 86 p.s.i. abnimmt.
Die folgenden Bindemittel wurden hergestellt:
29. 20 Gew.% einer wäßrigen Sucroselösung mit einem Gehalt von 65 Gew.% Sucrose wurden mit 80 Gew.% einer wäßrigen
Natriumsilikatlösung mit einem SiO-iNa^O-Verhältnis von
2,4:1 und einer Viskosität von 2000 cP bei 20,O0C vermischt.
30. 7 Gewichtsteile wasserfreies Natriumtetraborat wurden in 100 Gewichtsteilen der Sucroselösung gelöst, welche
zur Herstellung des Bindemittels 29 diente. 20 Gew.% der erhaltenen Lösung wurden mit 80 Gew.% der Natriumsilikatlösung
vermischt, welche zur Herstellung des Bindemittels 29 Verwendung fand.
Die Viskositäten der Bindemittel 29 und 30 wurden durch Verdünnung
mit Wasser auf 9OO cP bei 20,00C erniedrigt.
809820/0896
Die Bindemittel wurden wie folgt miteinander verglichen:
3,5 Gewichtsteile jedes Bindemittels wurden mit 100 Gewichtsteilen Quarzsand (AFS-Feinheit 44) vermischt. Die erhaltenen
Sand/Bindemittelmischungen wurden verwendet, um, wie in Beispiel 13 beschrieben, Testkerne herzustellen. Die Druckfestigkeitswerte
der Proben wurden unmittelbar nach dem Begasen ermittelt.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zu finden.
Begasungszeit (Sekunden)
Bindemit- nach Begasung tel 29
Bindemit- nach Begasung tel 30
5 10
20 30 60 120
30 54
81 118 174 210
105 126 180 204
Diese Ergebnisse zeigen, daß zwar die erreichbaren Festigkeitswerte ähnlich sind, daß jedoch das Bindemittel 30 eine schnellere
Festigkeitszunahme gibt als das Bindemittel 29. Zur Erzielung einer Festigkeit von 100 p.s.i. unmittelbar nach der
Begasung erfordert das Bindemittel 29 24 Sekunden, das Binde-30 jedoch nur 19 Sekunden.
809820/0896
Das folgende Bindemittel wurde hergestellt:
31. 5 Gewichtsteile Natriumtellurit wurden in 100 Gewichtsteilen des hydrierten Stärkehydrolysatsirups gelöst, welcher
zur Herstellung des Bindemittels 8 diente. 20 Gewichtsteile der so gebildeten Lösung wurden mit 80 Gewichtsteilen
der Natriumsilikatlösung vermischt, welche zur Herstellung des Bindemittels 8 Verwendung fand. Die Viskosität
des erhaltenen Bindemittels wurde durch Verdünnen mit Wasser auf 750 cP gebracht.
Das Bindemittel 31 wurde mit dem Bindemittel 8 verglichen, wobei das Testverfahren des Beispiels 1 Anwendung fand.
Die Begasungstemperatur lag bei 22 C.
Unter den Testbedingungen erforderte das Bindemittel 8 eine Begasungszeit
von 31 Sekunden zur Erzielung einer Festigkeit von 100 n.s.i. unmittelbar nach der Begasung, während für das
Bindemittel 31 nur 24 Sekunden erforderlich waren, obwohl die erreichbaren Festigkeitswerte vergleichbar waren.
Bindemittel 31 nur 24 Sekunden erforderlich waren, obwohl die erreichbaren Festigkeitswerte vergleichbar waren.
ugs:bü
809820/0896
Claims (15)
- UEXKÜLL & 3TOLBERC.BESELERSTHAT.SE 4 JOOO HAMBURG 52PATENTANWÄLTEOR. JD FRHR. von UEXKÜLL OR. ULRICH GRAF STOLBERG DIPL.-ING. JÜRGEN SUCHANTKEFOSECO INTERNATIONAL LIMITEDLong Acre, Nechells
Birmingham B7 5JR
England(Prio: 11. November 1976 GB 47651/76 und - 2. März 1977 - GB 8852/77 - 14359)CO-OPERATIEVE VERKOOP-EN PRODUCTIEVERE-NIGING VAN AARDAPPELMEEL EN DERIVATEN "ALVEBE" G.A.Beneden, Oosterdiep 27, Veendam / HollandHamburg, 8. November 1977Alkalisilikat enthaltende BindemittelPatentansprüche1. Bindemittel in Form einer wäßrigen Lösung mit Gehalt an einem Alkalisilikat und einem Kohlenhydrat, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenhydrat ein im wesentlichen wasserlösliches Kohlenhydrat aus der Gruppe der Glykane, der Glykanoligosaccharide, der Glykanitole, der Glykanitolderivate der Oligosaccharide, der Monosaccharide und der Disaccharide sowie deren Derivaten ist809820/0896- 2 - 2 7 b U /! y Aund daß das Bindemittel ferner ein Oxyanion des Bors, Zinns, Germaniums, Tellurs oder Arsens enthält, welches mit dem Kohlenhydrat eine wasserlösliche Komplexverbindung zu bilden vermag.2. Bindemittel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalisilikat Natriumsilikat ist.
- 3. Bindemittel gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Natriumsilikat ein SiO,, :Na~O-Verhältnis von
2,0:1 bis 2,5:1 aufweist. - 4. Bindemittel gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxyanion in Form eines Oxyanionsalzes in einer Menge von bis zu 5 Gew.%, bezogen auf die gesamte Bindemittelzusammensetzung, vorliegt.
- 5. Bindemittel gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenhydrat ein Monosaccharid, nämlich Glucose, Mannose oder Fructose ist.
- 6. Bindemittel gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenhydrat ein Disaccharid,
nämlich Sucrose, Maltose oder Lactose ist.809870/0696- 3 - 2 7 b U ^ a A - 7. Bindemittel gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenhydrat ein Stärkehydrolysat, ein hydriertes Stärkehydrolysat, ein Glycosesirup, Melasse, Molke, Invertzucker, ein teilweise invertierter Zucker, eine oxydierte Stärke, ein Stärkeester oder ein Carboxyalkylather von Stärke ist.
- 8. Bindemittel gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenhydrat zur Beseitigung seiner reduzierenden Eigenschaften behandelt worden ist, so daß es in alkalischen Medien im wesentlichen stabil ist.
- 9. Bindemittel gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das stabilisierte Kohlenhydrat einer katalytischen Hydrierung unterworfen worden ist.
- 10. Bindemittel gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das stabilisierte Kohlenhydrat ein Hexitol oder Pentitol ist.
- 11. Bindemittel gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das stabilisierte Kohlenhydrat ein Stärkehydrolysat mit einem Dextroseäquivalent von weniger als 5 ist.809820/0896
- 12. Bindemittel gemäß den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxyanion in Form eines Alkaliborats, -stannats, -germanats, -tellurits oder -arsenits zugegen ist.
- 13. Bindemittel gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxyanion in Form von Natriummetaborat, Natriumtetraborat, Natriumpentaborat, Natriumstannat oder
Natriumarsenit zugegen ist. - 14. Bindemittel gemäß den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es durch Vermischen von 26 bis 45 Gew.% Alkalisilikat, 3 bis 27 Gew.% Kohlenhydrat und 0,5 bis 2,0 Gew.% eines Oxyanionsalzes hergestellt ist.
- 15. Verfahren zur Herstellung von Produkten aus gebundenem feinteiligem Material, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mischung aus dem feinteiligen Material und einem
Bindemittel gemäß den Ansprüchen 1 bis 14 herstellt und das Gemisch in die gewünschte Gestalt bringt.809820/0898
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