DE2750294A1

DE2750294A1 - Alkalisilikat enthaltende bindemittel

Info

Publication number: DE2750294A1
Application number: DE19772750294
Authority: DE
Inventors: Raymond Douglas George; John Stevenson
Original assignee: Foseco International Ltd; Cooperative Avebe UA
Current assignee: Foseco International Ltd; Cooperative Avebe UA
Priority date: 1976-11-11
Filing date: 1977-11-10
Publication date: 1978-05-18
Also published as: JPS5439327B2; BR7707554A; CA1099854A; ATA809877A; ES464063A1; NL183135B; AT368730B; NL7712461A; MX147520A; NL183135C; GB1566417A; AR215273A1; DE2750294C2; US4194918A; SE7712621L; TR20291A; SE438798B; AU509697B2; FR2370537A1; AU3057677A

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.

Beispiel 1

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.

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Druckfestigkeit (p.s.i.)

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)

Binde- nach Begasung
mittel 1 trockene Lagerung
feuchte Lagerung

Binde- nach Begasung
mittel 2 trockene Lagerung
feuchte Lagerung

Binde- nach Begasung
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.

Beispiel 2

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.

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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 .

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Druckfestigkeit (p.s.i.)

Bindemittel 4

Bindemittel

Begasungszeit (Sekunden)

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.

Beispiel 3

Das Bindemittel 7 wurde wie folgt hergestellt:

10 Gewichtsteile Natriumstannat wurden in 9 Gewichtsteilen Wasser dispergiert, und die gebildete wäßrige Dispersion wurde

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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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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.

Beispiel 4

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.

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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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Druckfestigkeit (p.s.i.)

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)

Binde- nach Begasung
mittel 8 trockene Lagerung
feuchte Lagerung

Binde- nach Begasung
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.

Beispiel 5

Zwei Bindemittel wurden wie folgt hergestellt:

809820/0896

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.

Druckfestigkeit (p.s.i.)

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)

Binde- nach Begasung
mittel 10 trockene Lagerung
feuchte Lagerung

Binde- nach Begasung
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.

Beispiel 6

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

809820/0896

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

Druckfestigkeit (p.s.i.)

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.

809820/0896

Beispiel 7

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.

809820/0896

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.

Beispiel 8

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.

809820/0896

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.

809820/0896

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.

Druckfestigkeit (p.s.i.)

	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.

Beispiel 9

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.

809820/0896

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

Druckfestigkeit (p.s.i.)

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.

809820/0636

Beispiel 10

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)

Binde- nach Begasung
mittel 20 trockene Lagerung
feuchte Lagerung

Binde- nach Begasung
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.

809820/0896

7 b O 2 ϋ Α

Beispiel 11

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.

Druckfestigkeit (p.s.i.)

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.

Beispiel 12

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

Druckfestigkeit (p.s.i.)

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-

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.

Beispiel 13

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

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-

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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.

Beispiel 14

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

Druckfestigkeit (p.s.i.)

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

Beispiel 15

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.

ugs:bü

809820/0896

Claims

UEXKÜLL & 3TOLBERC.

BESELERSTHAT.SE 4 JOOO HAMBURG 52

PATENTANWÄLTE

OR. JD FRHR. von UEXKÜLL OR. ULRICH GRAF STOLBERG DIPL.-ING. JÜRGEN SUCHANTKE

FOSECO INTERNATIONAL LIMITED

Long 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 / Holland

Hamburg, 8. November 1977

Alkalisilikat enthaltende Bindemittel

Patentansprüche

1. 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 ist

809820/0896

- 2 - 2 7 b U /! y A

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.

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.

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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.

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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.

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