DE2752608A1

DE2752608A1 - Verfahren zum herstellen einer gussform oder eines kernes

Info

Publication number: DE2752608A1
Application number: DE19772752608
Authority: DE
Inventors: John Bugg; David Epstein
Original assignee: White Sea and Baltic Co Ltd
Current assignee: White Sea and Baltic Co Ltd
Priority date: 1976-12-11
Filing date: 1977-11-25
Publication date: 1978-06-15
Also published as: NL7713647A; AU3007777A; PH13122A; FI773665A; MX148438A; AU513070B2; BE850375A; CH613641A5; PT67209B; AR213551A1; BR7708153A; NZ185535A; ES473304A1; DK522077A; SE7714038L; NO774232L; ZA776692B; GB1594208A; JPS5373418A; ES464920A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Gußform oder eines Kernes.

Normalerweise wird zur Herstellung einer Gußform oder eines Kernes ein Gemisch aus Formsand und Bindemittel in einer Form oder einem Kernkasten geformt, und anschliessend läßt man das Gemisch, vorzugsweise bei Raumtemperatur, sich abbinden. Häufig wird es bevorzugt, ein organisches Harzkondensat als Bindemittel zu verwenden, wobei dann das Gemisch ebenfalls einen sauren Katalysator umfaßen muß, um das Abbinden zu fördern. Normalerweise wird ein derartiges Gemisch hergestellt, indem der Katalysator einheitlich im Sand dispergiert und danach das Bindemittel hinzugefügt wird. Wenn die Mischung andersherum gebildet wird, indem der saure Katalysator zu einer vorher gebildeten Mischung von Bindemittel und Sand hinzugefügt wird, beginnt sofort ein lokalisiertes Abbinden des Bindemittels, wenn die Säure mit dem Gemisch in Kontakt kommt, so daß eine uneinheitliche Härtung auftritt.

Handelsübliche Gemische von Sand und Bindemittel, die geformt werden sollen, verhalten sich im wesentlichen wie Feststoffe und müssen in den Kern- oder Formkasten eingestampft oder anderweitig mechanisch hineingezwungen werden. In der GB-PS 1 085 651 und der US-PS 3 42I 600 offenbart Liass das Konzept der Herstellung einer strömungsfähigen Sand-Zusammensetzung, in der die wässrige Phase geschäumt wurde; als Ergebnis dessen konnte die Zusammensetzung dadurch geformt werden, daß sie lediglich in den Kasten gegossen wurde. Unglücklicherweise sind die von Liass beschriebenen besonderen Zusammensetzungen nicht völlig zufriedenstellend, auch dann nicht, wenn die Form geschüttelt wird. Beim Liass'Verfahren und den nachfolgenden Vorschlägen zur Herstellung strömungsfähiger Gemisch aus Formsand und einer geschäumten wässrigen Phase, scheint es

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generell als wünschenswert oder notwendig betrachtet zu werden, daß die verwendeten Materialien und Bedingungen des Vermischens derart sein sollten, daß der Schaum bald nach seiner Bildung und normalerweise schnell zusammenfällt, z.B. einige Sekunden oder Minuten nachdem er in die Porm oder in den Kernkasten gegossen wird. Deshalb fällt der Schaum in sich zusammen, bevor er abbinden kann und als Ergebniss dessen wird eine permeable Abbindungsstruktur erhalten, die im wesentlichen dichter und stärker ist, als sie erhalten würde, wenn der Schaum vor dem Abbinden nicht in sich zusammengefallen wäre. Ferner scheint bei diesen Verfahren die normale Reihenfolge des Vermischens von Sand, Bindemittel und Katalysator (d.h. Katalysator zuerst) im allgemeinen als notwendig akzeptiert worden zu sein, und tatsächlich sind die einzig bekannten Offenbarungen der Verfahren, bei denen die Säure zu einer vorgeformten fluiden Mischung von Sand und geschäumter wässriger Phase, die ein Bindemittel enthält, hinzugefügt wird, sind die Beispiele 12 und 13 der GB-PS 1 Oo 8^1, wo in der Beschreibung er wähnt wird, daß die Druckfestigkeit der Produkte dieser Beispiele schlechter als die Druckfestigkeit der Produkte der in der Beschreibung angegebenen anderen Beispiele ist (bei denen die Säure mit dem Sand vermischt wird , bevor das Bindemittel hinzugefügt wurde), obwohl mehr Säure verwendet wurde.

In der GB-PS 1 373 647 beschrieben wir, wie verbesserte Ergebnisse erreicht werden können, wenn die Zusammensetzungen ein Silan enthalten, wobei in diesen Verfahren der Schaum stabil ist, d.h. er fällt nicht in sich zusammen, bevor die Zusammensetzung abbindet, sondern die Schaumblasen fallen während des Abbindens zusammen. Derartige Verfahren sind äußerst vorteilhaft, da die Stabilität des Schaumes bewirkt, daß die Zusammensetzung sich akurat während des Abbindens an

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die Form anpaßt und nicht von den komplizierten Formen abweichend vor dem Abbinden zusammenschrumpft, wobei die in der Beschreibung erwähnten bevorzugten Zusammensetzungen unter Verwendung eines Silans und, vorzugsweise, eines Natriumlauryläthersulfat-Schaumbildungsmittels eine gute Gesamtfestigkeit und insbesondere eine gute Oberflächenglätte und -festigkeit ergeben. Das übliche Verfahren zur Bildung von Formgemischen wird in der o.g. Patentschrift beschrieben, wobei die Säure mit dem Sand vermischt wird, bevor das Bindemittel hinzugefügt wird.

Ein erstes erfindungswesentliches Merkmal des Verfahrens zum Herstellen einer Gußform oder eines Kernes liegt darin, daß ein strömungsfähiges Gemisch gebildet wird, das vor dem Abbinden gegen Zusammenfällen widerstandsfähig ist und einen Formsand sowie eine geschäumte wässrige Phase, enthaltend ein Harzkondensat, einen Schaumbildner und einen sauren Katalysator, umfaßt, daß das strömungsfähige Gemisch in eine Form oder einen Kernkasten gegossen wird und sich das Gemisch abbindet, wobei besonders vorteilhafte Ergebnisse erreicht werden, wenn das strömungsfähige Gemisch dadurch hergestellt wird, daß eine strömungsfähige Mischung aus Sand und einer geschäumten wässrigen Phase gebildet wird, die das Harzkondensat und den Schaumbildner enthält und anschließend dazu das saure Härungsmittel zugemischt wird. Auf diese Weise wird die Säure zu einer vorgeformten Mischung aus Sand- und Bindemittel hinzugefügt, im Gegensatz zu den üblichen Verfahren, bei denen die Säure mit dem Sand vermicht wird, bevor das Bindemittel hinzugegeben wird.

Wenn alle anderen Bedingungen konstant sind, ergibt diese neue Reihenfolge des Vermischens ein Gemisch mit verbesserter Ströraungsfähigkeit im Vergleich zu demjenigen Gemisch, das mit der üblichen Reihenfolge des Vermischens erhalten wird,

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so daß auf diese Weise das erfindungsgemäße Gemisch leichter in die Form oder in den Kern fließen kann und sich genauer dieser Form anpassen kann, ohne das mechanische Unterstützung, z.B. Einrammen oder Schütteln des Form- oder Kernkastens, notwendig ist. Dementsprechend werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Verdichtungstechniken angewandt, so daß der Form- oder Kernkasten während des gesamten Verfahrens immobil bleibt.

Der ürund für die bemerkenswerte Verbesserung der Fluidität bzw. Strömungsfähigkeit ist nicht bekannt, jedoch scheint die neue Reihenfolge des Vermischens überraschenderweise keine gute Strömungsfähigkeit bei den gewöhnlichen, instabileren Schäumen zu ergeben, die im wesentlichen sofort beim Eingießen in sich zusammenfallen und die von uns durchgeführten Versuche zeigen tatsächlich, daß sie häufig eine schlechtere Strömungsfähigkeit ergibt, als mit der üblichen Reihenfolge des Vermischens erhalten wird.

Ein weiterer überraschender erfindungsgemäßer Vorteil liegt darin, daß es möglich ist, die Menge aller Bestandteile im (Jemisch außer Sand, zu reduzieren, wodurch ein wesentlicher wirtschaftlicher Vorteil erreicht wird, ohne daß die Qualität des gehärteten Produkts schädlich beeinflußt wird, wobei diese Verringerung tatsächlich häufig zusammen mit der Verbesserung in der Qualität des Produktes erreicht werden kann. Deshalb ermöglicht die neue Reihenfolge des Vermischens, daß die Menge des Schaumbildungsmittels, die notwendig ist, um ein ausreichend strömungsfähiges Gemisch zu erzielen, verringert wird, und, da das Schaumbildungsmittel · nicht zur Festigkeit des gehärteten Gemisches beiträgt, sondern vielmehr eine Schwächung des Gemisches aufgrund des Abbruchs der Kontinuität des Harzes bewirken könnte, kann diese Verringerung in der Menge des Schaumbildungsmittels im Vergleich zu derjenigen, die bei der üblichen Reihenfolge

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des Vermischens notwendig ist, ein Produkt mit verbesserter Festigkeit liefern. Dementsprechend kann die Menge des Bindungsmittels auch etwas verringert werden, wobei immer noch ein Produkt mit gleicher oder besserer Festigkeit erhalten wird, im Vergleich zu denjenigen Produkten, die mit der üblichen Heihenfolge des Vermischens erhältlich sind, wobei ferner auf gleiche Weise noch eine Verringerung der Katalysatormenge möglich ist. Dadurch, daß die Reihenfolge des Vermischens bei der Herstellung einer stabilen strömungsfähigen Mischung umgekehrt wird, ist es möglich, eine viel größere Strömungsfähigkeit in der Mischung zu erreichen, oder weniger Schaumbildungsmittel zu verwenden und eine stärkere bzw. festere Mischung zu erhalten, oder, was generell bevorzugt wird, Steigerungen sowohl in der Strömungsfähigkeit als auch in der Festigkeit zu erzielen, begleitet durch eine Abnahme in der Menge des Schaumbildungsmittels und generell auch in einer Abnahme der Menge von Bindemittel und Katalysator.

Eine Anzahl von Schaumbildungsmitteln können strömungsfähige Gemischeergeben, die gegen ein Insioneusammenfallen vor dem Abbinden widerstandsfähig sind, einschließlich gewisser Fettsäureamidoalkylbetaine, z.B. ein Cocoamid-Alkylbetain, sowie gewisse substituierte Imidazoline, die unter dem Warenzeichen "Crodateric C" und "Crodateric L" verkauft werden, jedoch kann die Festigkeit der gehärteten Produkte mit diesen nicht so groß sein, wie es wünschenswert wäre, sogar wenn sie in der Zusammensetzung der GB-PS 1 373 6^7 verwendet werden, wobei günstigste Ergebnisse erhalten werden, wenn ein Lauryläthersulfat,im allgemeinen Natriumlauryläthersulfat, verwendet wird,

Geeignete Natriumlauryläthersulfate sind diejenigen, die erhalten werden, indem Laurylalkohol äthoxyliert wird, z.B. eine Kette von drei Äthoxygruppen und das Produkt anschließend sulphiert wird. Beispiele derartiger Stoffe

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werden von Lankro Chemicals unter dem Warenzeichen "Perlankrol ESD" verkauft sowie von Albright & Wilson Limited unter den Warermamen "Kmpimin KSN 27" und "Empimin KSN 60" verkauft. Sie besitzen sämtlich Industriequalität von Natriumlaurylathersulfat, basierend auf einem engen Fraktionsbereich (cut) von Laurylalkohol, "Periankrol ESU" und "Empimin KSN 27", 27*ige wässrige Losungen und "Empimin 60", eine 6o?ige wässrige Lösung, die ungefähr Io % ÄthanoL enthält.

Die Menge des Schaumbildungsmittels wird in Bezug zur Stabilität, die beim Uieiien gewünscht wird und in Bezug zur Auswahl des Schaumbildungsmittels und anderer Bestandteile in der Mischung ausgewählt. Allgemein beträgt die Menge von 0,0') bis o,b ίί, vorzugsweise 0,1 bis o,5 %, Trockengewicht bezogen auf das Gewicht des Formsandes. Im allgemeinen wird etwas mehr Schaumbildungsreagenz gebraucht, wenn der Harz ein Phenolharz ist, als wenn er z.B. ein Harnstofffcrmaldehyd und/oder Furfurylalkohol-Harz darstellt.

Die verwendeten Harzkondensate sind vorzugsweise Furfurylalkohol/Formaldehyd, Phenol/Formaldehyd und Harnstoff/ Formaldehyd-Harzkondensate, jedoch kann es vorteilhaft für den Bindemittelbestandteil sein, ebenfalls freien Furfurylalkohol zu enthalten. Die Harzkondensate sind gewöhnlich wasserlöslich und sind normalerweise im Handel erhältlich und werden in Form wässriger Zusammensetzungen verwendet, z.B. Lösungen, die 1 bis 5o Gew$ Wasser enthalten. Der wässrige Harzkondensat-Bestandteil wird normalerweise in einer Menge bis zu 5 %, bezogen auf das Gewicht des Formsandes verwendet, z.B. o,75 bis M,5 % Harzfeststoffe. Vorzugsweise werden 0,8 % bis 2 % verwendet, besonders bevorzugt 1 bis 1,75 % eines wässrigen Harzkondensates, welches normalerweise 2o % Wasser enthält, wenn das Harz Harnstof formaldehyd

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enthält und Io % Wasser, wenn das Harz Phenol formaldehyd enthält.

Um Erzeugnisse mit guter Festigkeit und besonders guter Oberflächenfestigkeit zu erhalten, wird es bevorzugt, ein Silan in das strömungsfähige Gemisch einzugeben, z.B. wie es in der GB-PS 1 373 617 beschrieben wird. Das Silan wird am besten in Harz aufgelöst, bevor das Harz mit dem Sand gemischt wird. Besonders, wenn das Harz kein Harnstoffformaldehyd-Harz ist, d.h., wenn es ein Phenol- und/oder Furfurylalkohol-Formaldehydharz ist, wird das Silan vorzugsweise mit dem Harz erst kurz bevor das Harz mit dem Sand gemischt wird, vermischt.

Das Silan muß derart sein, daß es die Festigkeit einer das Bindemittel enthaltenden Zusammensetzung verbessert, wobei einige Silane zur Verwendung mit einigen Bindemitteln mehr geeignet sind als andere. Im allgemeinen besitzt das Silan vorzugsweise die allgemeine Formel H¹Si(OR),, wobei R¹ eine C^-C' -Alkylengruppe darstellt, die an eine Amino-,

Epoxy-, Mercapto-, Hydroxy-, Hydroxy-CL-C -Alkylamino-,

¹ 6 Amino-Cj-Cg-Alkylamino-, Cp-C^-Alkenyl- oder ^C ₂~^C6~ Alkenylcarboxy-Gruppe gebunden ist und die Gruppen R gleich oder verschieden sein können, und aus C.-Cg-Alkyl und C₁-C^-Alkoxy-substituierten-C₁-C,-Alkyl ausgewählt werden. Die Menge des verwendeten Silans beträgt normalerweise o,o5 bis o,5 %, vorzugsweise o,l bis o,2 %_t bezogen auf das Gesamtgewicht der wässrigen Harzkondensatzusammensetzung und Silan.

Jegliche Säure, die als Härtungsmittel für das Harzkondensat dient, kann erfindungsgemäß verwendet werden und viele derartige saure Härtungsreagenzien sind bekannt. Bevorzugte Härtungsmittel enthalten ein oder mehrere Phosphorsäuren,

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Para-Toluolsulfonsäure und Schwefelsäure, wobei Gemische der beiden letzten besonder:; bevorzugt sind. Die Menge des Härtungsmitte1s, auf einer η i cht-wässrigen Basis, beträgt int al 1 gerne i neu Io b i:; ISo %, vorzugsweise bo bis 7S (Jew* , bezogen auf die Meng'¹ der Harz feststoffe, oder o, 3 bis ? %, bezöge" auf d;i:; Gewicht des Formsandes. Jedoch werden die Härtungsmittel bevorzugt als wässrige Lösungen, die generell IS bis Ίο % Wasser enthalten, eingeführt. Die Menge des wässrigen Hart, ungsrri t, te 1 r> beträgt im allgemeinen Io bis ISo λ, vorzugsweise So bis YS Ϊ, bezogen auf das wässrige llarzkonderisat CMJer o,S bis ;',S X, bezogen auf das iJewicht des KormsandfS.

Die erfindungsgemäi'. verwendete Wassernienge ist für den Erfolg kritisch. Kalis zuviel verwendet wird, über 2 % , kann die Strömungsfähigkeit des .Sandes ganz zufriedenstellend sein, jedoch die Kndfestigkeit des Produktes wird dann gänzlich unzufriedenste 1 lend sein. Falls zuwenig verwendet wird, was praktisch bedeutet, wenn weniger als o,9 oder 1 % verwendet wird, wird es unmöglich, ein strömungsfähiges Gemisch herzustellen, da eine geeignete aufgeschäumte wässrige Phase nicht existiert. Wasser wird normalerweise sowohl mit dem Ilarzkondensat als auch mit dem Härtungsmittel eingeführt, so daß vorzugsweise kein zusätzliches Wasser hinzugefügt wird.

Es hat sich nun überraschenderweise herausgestellt, möglicherweise aufgrund einiger Källe, zumindest bei der Veringerung in der Menge des Bindemittels, welches verwendet werden kann, daß die Menge des Wassers in der Gesamtmischung weit unter die 2 Ϊ-Grenze, die in unserer GB-PS 1 373 6*47 vorgeschlagen wird, verringert werden kann, wobei gleichfalls eine zufriedenstellende Strömungsfähigkeit erhalten wird. Während 1,3 bis 1,8 % häufig der angemessene Bereich für

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SAD ORIGINAL

viele Systeme darstellt, wenn das Bindemittel harnstofffrei ist und ein Kondensat von zwei oder mehreren Bestandteilen von Phenol, Formaldehyd und Furfurylalkohol darstellt, wird erfindungsgemäß eine noch niedrigere Wassermenge bevorzugt. Dementsprechend liegt ein zweiter Aspekt der Erfindung in einem Verfahren, daii dadurch gekennzeichnet ist, daii ein stromungsfähiges Gemisch gebildet wird, welches ein derartiges Bindemittel enthält und vorzugsweise ferner ein Silan, das gegen ein Zusammenfallen vor dem Abbinden stabil ist und bei dem die Gesamtwassermenge in der Mischung o,9 bis 1 ,') % beträgt, wobei o,9 bis 1,25 % besonders bevorzugt werden. Diese Mischung wird vorzugsweise durch die definierte Miscnungsreihenfolge geformt (Härtungsmittel zuletzt), jedoch ist dieses nicht wesentlich. Jegliches f'e intei liges zur Verwendung als Sand einer Gußform oder eines Kernes geeignete Material kann erfindungsgemäß verwendet werden, wobei üblicher Sand bevorzugt wird.

Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Gußform oder eines Kernes werden vorzugsweise der Sand, das Bindemittel , das Silan und das Schaumbildungsmittel unter derartigen Bedingungen und für eine ausreichende Zeitspanne miteinander vermischt, daß eine ausreichende Verteilung der Bestandteile und eine geschäumte wässrige Phase erhalten werden, daß anschließend der saure Katalysator hinzugefügt und eine weitere Vermischung durchgeführt wird, wonach das Gemisch dann in die Form gegossen wird. Die Dauer jeder Vermischungsstufe hängt u.a. von der Art der verwendeten Mischvorrichtung ab. Übliche Miachvorrichtungen sind zufriedenstellend. Die erste Misch-Stufe dauert häufig eine Sekunde bis 3 Minuten, z.B. eine bis 3o Sekunden in einem kontinuierlich arbeitenden Mischapparat oder eine bis .5 Minuten in einer Chargenmischvorrichtung, während die zweite Misch-Stufe nachdem oder während die Säure hinzugefügt wird, häufig eine

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bis neunzig Sekunden dauert, z.B. eine bis dreißig Sekunden in einem kontinuierlichen Mischapparat oder dreißig his neunzig Sekunden in einer Chargen-Mischvorrichtung.

bei den erfindungsgemäß bevorzugten Verfahren ist das Gemisch äußerst widerstandsfähig gegen ein Zusammenfallen vor dem Abbinden und als Krgebnis dessen ist es nicht notwendig, die Menge jedes Bestandteils derart kritisch auszuwählen, wie es bisher bei vielen üblichen Verfahren getan worden ist, wo der Schaum zusammenfallen soll oder zumindestens sehr schnell zusammenfällt. Ob der Schaum in sich zusammengefallen ist oder nicht, kann durch Messen der Permeabilität der gehärteten Form bestimmt werden, da, falls die Härtung abläuft, bevor irgendein wesentliches Zusammenfallen auftritt, die Permeabilität und die Dichte der Form niedrig sein werden, während demgegenüber, falls ein wesentliches Zusammenfallen des Schaums aufgetreten ist, bevor die Mischung mit dem Abbinden beginnt, die Dichte (und die Festigkeit) sowie die Permeabilität höher sein würden.

In folgenden werden erfindungsgemäße Beispiele beschrieben. Bei diesen Beispielen wird der Viskositäts-Wert als Zeit in Sekunden angegeben, während zwei Kilogramm Sand aus der Mischvorrichtung im weiter unten beschriebenen Versuch austropfen. Es ist wünschenswert, daß der Wert so niedrig wie möglich ist, da niedrige Werte eine niedrige Viskosität und deshalb ein Gemisch anzeigen, das leicht gegossen werden kann und sich genau an eine kompliziert geformte Form anpassen kann. Beim Viskositätsversuch wird ein Viskosimeter verwendet, der aus einem Weichstahlgefäß mit einer Bodenöffnung besteht. Das Gefäß besitzt die Form eines Zylinders mit 17o mm Durchmesser, I8o mm Höhe und endet am Boden mit einem 65 mm hohen Konus, der für eine Auslaß-

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öffnung abgeschnitten ist. Der Durchmesser der Auslaßöffnung beträgt 4 5 mm und wird durch eine Schließvorrichtung geschlossen, die elektrisch mit einer Stoppuhr verbunden ist. Im Inneren des Zylinders ist ein Hührer mit 8 Blättern um die senkrechte Welle herum angeordnet, der mit 85 Umdrehungen per Minute rotiert.

l>ie Mischvorrichtung dient dazu, eine Mischung von Uooo Gramm strömungsfähigen Sandes herzustellen. Nachdem das Gemisch fertig ist (nach 4 1/2 Minuten Vermischen) wird die Schließvorrichtung manuell geöffnet und die Stoppuhr in Bewegung gesetzt. Der Sand tropft in einen tarierten Behälter. Sein Boden ist 35o mm unterhalb der öffnung der Mischvorrichtung angeordnet. Der Behälter ist auf einer Skala angeordnet und besitzt eine Auffangsschale, die beim Gewicht von 2 kg Sand umkippt und elektrisch die Stoppuhr anhält, um den angezeigten Viskositätswert aufzuzeichnen.

Die Beispiele 1, 3, 11, 13, 15, 19, 2o und 21 sind erfindungsgemäße Beispiele, während die übrigen Beispiele dem Vergleich dienen.

Beispiele 1 bis ^

*4 kg Sand, Bindemittel (B), Schaumbildungsmittel (F) und t>o g (1,5 %) Härtungsmittel (C) wurden in den Mengen und der Heihenfolge, die in Tabelle 1 angegeben ist, im oben beschriebenen Gefäß gemischt und die Viskosität der Mischung wurde, wie oben beschrieben, gemessen. Das Bindemittel war Phenolformaldehydfurfurylalkohol-Bindemittel, das Io % Wasser und o,2 % Silan (ein Produkt, das als Alloo verkauft wird) enthält, das Schaumbildungsmittel war eine 27%ige Lösung von Natriumlauryläthersulfat, welches unter dem Handelsnamen "Perlankrol ESD" verkauft wird und das Härtungsmittel war eine Zusammensetzung, die 33,13 % Wassergehalt

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besitzt und aus M,5'< % l'arato J uolsul fonsäure, 1^ einer 77Xigen Schwefelsäure und 2, 3^ % Wasser gebildet wurde. Die Gesamtwassermenge in jedem Gemisch betrug etwa 1,^ %, bezogen auf das Sandgewicht·

In den Beispielen 2 und ^ wurden das Schaumbildungsmittel und der Katalysator zuerst, gründlich durch eine Schaufelmischvorrichtung für 2 \l? Minuten vermischt, wonach die wässrige Phase aufgeschäumt und das (Jemisch strömungsfähig ist, und anschließend wurden das Bindemittel und das Silan hinzugefügt und mit. der Schaufelmischvorrichtung für eine weitere Minute vermischt, wonach die Viskosität gemessen und das Gemisch ir. die Form odor den Kern gegossen und dem Abbinden überlassen wurde. Bei ρ ie Ie 1 bis 5 wurden in der gleichen Art ausgeführt, aul.'.er daii das Bindemittel, das Si lan und das Schaumbildungsreagenz mit dem Sand in der anfänglichen 2 112-Minuten-Mischdauer vermischt wurden und das Härtungsmittel für die letzte Minute des Vermischens hinzugefügt wurde. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Ein Vergleich des Beispiels 1 mit ? und ein Vergleich der Beispiele 3 mit 4 zeigt, daß dadurch, daß der Katalysator zum Schluß hinzugefügt wird, anstatt am Anfang, der Viskositätswert in diesen Beispielen fast halbiert wird; dieses ist ein Anzeichen für die profte Steigerung der erfindungsgemäß erhältlichen Strömungsfähigkeit.

	Bindemittel ( g %	1 1 1 1	.787b .7875 .75 .7')	B)	I¹ABHLLF.	I	o.9()?5 ο.9625 o.9 ο ,9	(F)	Reihenfol ge der Zu gabe	Viskosität
	71.5 71.5 7o 7o		HU				32		B + F;C F+C;B F+C;B	13 1/2 26 15 28
Bei spiel			98	Schaumbildner g
1 2 3 H	58.'j 38.';
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Bei jedem der Beispiele 1 bis ¹I wurde die Zusammensetzung in eine Form gegossen und nach dem Aushärten in der Form wurde ein Produkt erhalten, das eine gute Druckfestigkeit und ein sehr gutes Oberflächenfinish besitzt, jedoch eine niedrige Dichte aufweist.

Beispiele 5 bis 16

h kg Chelford-5o-Sand wurden mit dem in Beispiel 1 verwendeten Bindemittel und mit einem Schaumbildner sowie einer Säure in der Menge und der Reihenfolge, die in Tabelle II angegeben ist, in dem oben beschriebenen Gefäß vermischt und die Viskosität dieses Gemisches wurde wie ouen beschrieben gemessen. Die Säure (C) wurde mit dem Sand und dem Schaumbildner (F) vermischt, bevor das Bindemittel (B), C und F dadurch eingeführt wurden, daß 2 1/2 %, bezogen auf Sand, einer MoXigen Mischung einer 27Xigen Feststofflösung von Schaumbildner, 5o % einer 67%igen Feststoff-Paratoluolsulfonsäure, 8 % einer 77Xigen Schwefelsäure und 1,4 X Wasser hinzugefügt wurden, wobei 1,75 % Bindemittel nach 2 1/2 Minuten hinzugefügt wurde und das Produkt für weitere 1 1/2 Minuten vermischt wurde. Wenn das Bindemittel und der Schaumbildner zuerst zugegeben wurden, wurden 7o g (1,75 X) Bindemittel und 4o g (1 X ) des oberflächenaktiven Mittels hinzugefügt und nachdem 2 1/2 Minuten vermischt wurde, wurden 6o g (1 1/2X) der gleichen Säuremischung hinzugefügt und die Mischung wurde für weitere 1 1/2 Minuten vermischt.

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-At -

TABFLLF II

Bei spiel	Schaumbildner	He iheni'olge der Zugabe	Viscosität	Stabilität des Schaumes
5	Cordanol ShL	B+F;C	77	instabil
6	Il	c; + F ; B	nicht fluid
7	Armac C	B+F;C	35	instabil
8	Il	C* K; 15	151/2	stabiler
9	Armeen 121)	B + K;C	19	instabil
Io	I!	C+F;B	16	stabiler
11	Lorapon ΛΜ Bl5	B + F;C	16 1/2	stabil
12	tt	C*F;H	2o %	stabil
13	tmpicol FS B3	B + F;C	48	stabil
14	Il	C ₊ F ;B	58	weniger stabil
15	Fmpimin KSN 27	B+ F; C	13 1/2	stabil
16	It	C + F;B	18 1/2	stabil

CordanoL SBL 35 ist ein Fettsäure-Alkalnolamid-Sulphosuccinat.

Armac C ist ein Acetatsalz eines CV -C._Q-Kokosnußamins.

ο Io

Armeen 12 Ü ist ein 97Xiges Laurylamin.

Lorapon AM B13 ist ein Cocoamido-Alkyl-Betain.

Empicol ES B3 ist ein natriumäthoxylierter Laurylalkohol.

Empimin KSN 27 ist ein Natriumlauryläthersulfat.

Nachdem das Produkt der Beispiele 15 und 16 eingegossen und ausgehärtet worden ist, besaß es eine ausgezeichnete Festigkeit, es ist jedoch eindeutig, daß das Beispiel 15 das Gemisch mit der größten Strömungsfähigkeit ergab.

Beispiele 5, 7 und 9 verwendeten Oberflächenbehandlungsmittel und die Reihenfolge des Vermischens, wie sie in den Beispielen

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12 und 13 der UB-PS 1 U30 8Ml vorgeschlagen worden ist, welches die einzigen Offenbarungen sind, die wir kennen, die die Zugabe eines Härtungsmittels zu einer vorgeformten strömungsfähigen Mischung von Sand und einer geschäumten Phase, die Schaumbildner und Bindemittel enthält, zeigen, jedoch wird aus jedem dieser Beispiele deutlich, daß das strömungsfähige Gemisch tatsächlich instabil, wie oben beschrieben, war. Dieses kann auch nur erwartet werden, da es selbstverständlich ist, daß die GB-PS 1 Oo 84l ausschließlich instabile Schäume betrifft, ebenso wie es erforderlich ist, daß der Schaum im wesentlichen vollständig zusammenfällt, bevor der Sand abzubinden beginnt. Beispiel 6 zeigt, daß, wenn die Reihenfolge des Vermischens in Beispiel b umgekehrt wird, eine nicht-fluide Mischung erhalten wird, während Beispiel 8 und Io zeigen, daß, wenn die Reihenfolge des Vermischens in den Beispielen 7 bzw. 9 umgekehrt wird, ein stabilerer Schaum erhalten wird, der eine größere Strömungsfähigkeit als die Mischungen in den Beispielen 7 und 9 besitzt, d.h. die Zugabe des Härtungsmittels zu einer vorgeformten fluiden Mischung die Strömungsfähigkeit der Mischung verringert, wohingegen bei den erfindungsgemäßen stabilen Schäumen die Zugabe die Strömungsfähigkeit des Gemisches erhöht. In Beispiel 5 war die Strömungsfähigkeit des Systems so niedrig, daß die Form geschüttelt werden mußte. Beispiele 11 bis l6 ergeben sämtlich stabile Schäume und in jedem Fall wird deutlich, daß ein stabileres Gemisch erhalten wird, wenn das Härtungsmittel zuletzt hinzugefügt wird, im Gegensatz dazu, wenn es zuerst hinzupefügt wird.

Beispiel 17

In diesem Versuch wird Beispiel 13 der GB-PS 1 Ί30 8Hl genauer wiederholt als in den vorangehenden Beispielen.

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- Jo -

Die Gemische wurden gebildet, indem die gleiche Technik wie oben erwähnt aus folgender Rezeptur verwendet wurde:

^o Teile Sand

1 Teil Bindemittel (Ub% Harnstoffformaldehyd-Harz

plus bb % Furfurylalkohol) 1 Teil Katalysator (lH % Phosphorsäure, 18 %

Schwefelsäure, bü % Wasser) υ.ο5 Schaumbildner
o.ob Wasser

In den Versuchen A und B war der Schaumbildner Laurylamin· Acetat (Armac C) während in den Versuchen B und C der Schaumbildner 97Xiges Laurylamin (Armeen 12D) war. Die Ergebnisse sind wie folgt:

TABELLE III

Versuch	A	Reihenfolge des Vermischens	Viskosität	1/2
17	B	B+F;C	39	1/2
17	C	C + F;B	31	1/2
17	D	B +F;C	31
17	C + F;B	26

In sämtlichen Fällen war der Schaum instabil und die Zugabe des Härtungsmittels zum Schluß, anstelle es vor dem Bindungsmittel zuzugeben, machte das Gemisch weniger strömungsfähig.

Beispiele 18 bis 21

In diesen Beispielen wurden das Bindemittel und der Schaum-

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bildner sowie die Vorrichtung, wie sie im wesentlichen im Beispiel 1 beschrieben sind, verwendet; der Katalysator war Para-Toluolsulfonsäure und die Druckfestigkeit nach 24 Stunden wurde in pounds per square inch aufgezeichnet. Im Beispiel 18 wurde das Bindungsmittel zum Schluß hinzugefügt, während in den Beispielen 19 bis 21 das Härtungsmittel zum Schluß hinzugefügt wurde, wobei die Menge des Schaumbildners und des Härtungsmittels in den Beispielen 19 und 2o verringert wurde und in Beispiel 21 die Menge des Bindemittels ebenfalls reduziert wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV zusammengestellt. In Beispiel 8 beträgt die Wassermenge im Gemisch etwa 1,4 %\ sie beträgt in den anderen Beispielen jedoch ungefähr 0,9 bis 1,2 %.

TABELLE IV

3eispiel	18	19	2o	21
Bindemittel Schaumbildner Säure Para-Toluolsulfonsäure	1.75 % l.o 1.5 C+F;B	1.75 o.6 l.o B + P;C	1.75 o.7 l.o B+P;C	1.5 o.8 l.o B+F;C
Viskosität	21 3/4	23	18 1/2	17
Druckfestigkeit	32o	37o	35o	32o

Beispiel 19 zeigt, daß es durch erfindungsgemäßes Vermischen möglich ist, eine äußerst große Verringerung in der Menge des Schaumbildners und des Härtungsmittels zu erreichen, wobei nur ein äußerst geringer Anstieg in der Viskosität

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und jedoch ein bedeutender Anstieg in der Druckfestigkeit auftritt, während die Beispiele 2o und 21 zeigen, daß man bei einer etwas geringeren Abnahme in der Menge des Schaumbildners einen wünschenswerten Viskositätsabfall und eine verbesserte Druckfestigkeit erhalten kann, oder mit weniger Bindungsmittel eine gleiche Druckfestigkeit bei noch größerer Viskositätsverringerung erhalten kann.

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Claims

RA!=FAY A BOETSRS PAItIlTAIlWKLTE *ϊ Π Γ Λ Λ Λ HAMBURG-MÜNCHEN 2752608 DlPL-ING. VINOENZ ν. RAFFAV „,. ι, „or,-τ DIPL.-CHEM. DR. HANS D. BOETERS d"i. Nov. Iy Π POSTADRESSE: POSTFACH 41OO 2OOO HAMBURQ 13 THE WHITE SEA & BALTIC unsere akte: 2268/1O COMPANY LIMITED Patman House, George Lane, South Woodford, London E18 2 SA, England Verfahren zum Herstellen einer Gußform oder eines Kernes. Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen einer Gußform oder eines Kernes, dadurch gekennzeichnet, daß ein strömungsfähiges Gemisch gebildet wird, das vor dem Abbinden gegen Zusammenfallen widerstandsfähig ist und einen Formsand sowie eine geschäumte wässrige Phase, enthaltend ein Harzkondensat, einen Schaumbildner und ein saures Härtungsmittel, umfaßt,

daß das strömungsfähige Gemisch in eine Form oder einen Kernkasten gegossen wird und sich das Gemisch abbindet, wobei das fluide Gemisch dadurch hergestellt wird, daß eine strömungsfähige Mischung aus Sand und einer geschäumten wässrigen Phase gebildet wird, die das

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Harzkondensat und den Schaumbildner enthält und anschließend dazu das saure Härtungsmittel zugemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumbildner aus Fettsäureamidalkylbetainen, substituierten Imidazolinen und Lauryläthersulfaten ausgewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumbildner ein Natriumlauryläthersulfat ist, das 3 Äthoxygruppen enthält, wobei der Laurylanteil auf einem engen Fraktionsschritt (narrow cut) von Laurylalkohol basiert.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche l bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Härtungsmittel eine wässrige Lösung ist, die eine oder mehrere Phosphorsäuren, p-Toluolsulfonsäure und Schwefel· säure umfaßt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Silan mit dem Sand und dem Harzkondensat vermischt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fluide Gemisch hergestellt wird, indem eine fluide Mischung des Sandes und einer geschäumten wässrigen Phase gebildet wird, die bis zu 5 % eines wässrigen Harzkondensates umfaßt, das 1 - 3o % Wasser und eine oligomere Form von Formaldehyd mit einem oder mehreren Furfurylalkoholen, Phenol und Harnstoff, o,o5 - o,5 Gewjf eines Silane, bezogen auf das Gewicht des wässrigen Harzkondensates, enthält, das die allgemeine Formel R¹Si (OR)₅ besitzt, worin R¹ eine C₃-C₆ Alkylengruppe

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ist, die an eine Amino-, Epoxy-, Mercapto-, Hydroxy-, Hydroxy-C.-Cgalkylamino-, Amino-C.-Cg alkylamino-, Cp-Cg Alkenyl- oder eine Cp-Cg Alkenylcarboxy-Gruppe gebunden ist und die Gruppen R gleich oder verschieden sein können und aus C.-CgAlkyl, C.-CgAlkoxy-substituierten C.-CgAlkyl und Natriumlauryläthersulfat ausgewählt werden, und daß daran anschließend dazu das saure Härtungsmittel zugemischt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassermenge im fluiden Gemisch 1 - 2 t beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassermenge 1,3 - 1,8 t beträgt.

9. Verfahren zum Herstellen einer Gußform oder eines Kerns, dadurch gekennzeichnet, daß ein strömungsfähiges Gemisch gebildet wird, das vor dem Abbinden gegen Zusammenfallen widerstandsfähig ist und einen Formsand sowie eine geschäumte wässrige Phase, enthaltend ein Harzkondensat, einen Schaumbildner und ein saures Härtungsmittel, umfaßt, daß das strömungsfähige Gemisch in eine Form oder einen Kernkasten gegossen wird und sich das Gemisch abbindet, wobei die gesamte Wassermenge im fluiden Gemisch o,9 - 1,5 % beträgt und das Harzkondensat frei von Harnstoff ist und ein Kondensat von zwei oder mehreren Phenolen, Furfurylalkoholen und Formaldehyd darstellt.

10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Wassermenge o,9 - 1,25 % beträgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder Io, dadurch gekennzeichnet, daß Silan im Gemisch vorliegt.

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12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das fluide Gemisch hergestellt wird, indem eine fluide Mischung aus Sand und einer geschäumten wässrigen Phase gebildet wird, die das Harzkondensat und den Schaumbildner umfaßt, und daß dann dazu das saure Härtungsmittel zugemischt wird.

13· üußform oder Kern, dadurch gekennzeichnet, daß sie bzw. er nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1<? hergestellt worden ist.

809824/0632 Beschreibung: