DE2818828A1

DE2818828A1 - Haertungskatalysator-system fuer waessrige alkalisilicatloesungen

Info

Publication number: DE2818828A1
Application number: DE19782818828
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Blanc; Francois Meiller
Original assignee: Rhone Poulenc Industries SA
Current assignee: Rhone Poulenc Industries SA
Priority date: 1977-05-02
Filing date: 1978-04-28
Publication date: 1979-03-29
Also published as: BE866620A; NL174037C; CH630820A5; ES469309A1; FR2389409B1; FR2389409A1; NL7804617A; IT7822909A0; DE2818828C2; GB1587036A; JPS53144483A; US4213785A; IT1096188B

Description

DR. ING. F. WUESTlIO FF DK- K. ν. PECH MAIN

DU. ING. D. BEHRENS DIPI... ING. Ii. GOHTZ PATENTANWÄLTE

8OOO MÜNCHEN OO SCTIWEIOEHSTKASSE 2 telefon- (089) 00 20 51 TELEX 5 24 070

TELEGHAMME ϊ
ΡΒΟΓΕΟΤΡΑΙΕΝΤ JtÜNCHES

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Patentanmeldung

Anmelder: RHONE-POULENC INDUSTRIES

22, Avenue Montaigne, 75 Paris (Same) Frankreich

Titel: Härtungskatalysator-System für wäßrige Alkalisilicatlösungen

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DR. ING. F. WCTESTHOFF DU. 15. ν. PKClIMANN

I)R. ING. I). BEHRENS 131PIj. ING. R. GOETZ

PATENTANWÄLTE

8000 MÜNCHEN OO «CILWEIOEHSTKASSB 2 TELEFON ( 080 ) OO 20 51 : 5 24 070

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ΡΙΪΟΤΕΟΤ1ΆΤΕΝΤ MU NCIIES

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Anm.: Rhone-Poulenc Ind.

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Härter für Alkalisilicat und auf dessen Verwendung in der Gießerei-Industrie.

Aus der US-PS 3 137 046 ist bereits bekannt, zur Herstellung von Gießkernen und Gießformen ein ternäres Gemisch aus 93 bis 98 Gew.-Teilen Sand in der für die Gießerei-Industrie üblichen Qualität, 2 bis 7 Gew.-Teilen einer wäßrigen Alkalisilicatlösung sowie einer bezogen auf Silicat stöchiometrischen Menge eines Alkylencarbonate mit 2 bis 7 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe zu verwenden. Man erhält nach diesem Verfahren Formkörper mit befriedigenden mechanischen Eigenschaften.

Es ist weiterhin aus der FR-OS 2 264 608 bekannt, Dialkylester von Dicarbonsäuren (Formeln 1 der Tabellen I und II) zu verwenden. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß sie zu zulangen Abbindezeiten führen.

Es wurden nun Härter (oder Härtungs-Katalysatoren) aufgefunden, die unter gleichzeitiger Beibehaltung der guten mechanischen Eigenschaften der Gießformen und Gießkerne gleichzeitig eine kurze Abbindezeit und eine relativ lange Zeit der Verarbeitbarkeit (Topfzeit) sicherstellen, wobei natürlich die Zeit der Verarbeitbarkeit kürzer ist als die Äbbindezeit.

Erfindungsgemäß wurden Katalysatoren für das Aushärten von wäßrigen Alkalisilicatlösungen auf der Basis von Alkylencarbonaten entwickelt, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie zusätzlich

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Methylester von organischen Säuren enthalten. ?R1ftft?ft

Die Methylester organischer Säuren können Methylester von organischen Monocarbonsäuren sein, die gegebenenfalls weitere funktioneile Gruppen enthalten, beispielsweise Methyllactat. Infrage kommen weiterhin Dimethylester von organischen !!carbonsäuren wie aliphatischen o£ ,ο -Dicarbonsäuren mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen im Molekül, beispielsweise Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure und Adipinsäure.

Die cyclischen Alkylencarbonate weisen eine Alkylengruppe mit vorzugsweise 2 bis 10 Kohlenstoffatomen auf; üblicherweise werden als Carbonate Äthylencarbonat und Propylencarbonat verwendet.

Allgemein werden 4 bis 30 Gew.-Teilen Methylester einer organischen Säure auf 96 bis 70 Gew.-Teile Alkylencarbonat eingesetzt. Gegebenenfalls kann man dieses Gemisch mit einem Lösungsmittel verdünnen, das die Reaktionsfähigkeit oder -freudigkeit mit den Alkalisilicat steuert. Als derartige Lösungsmittel kommen aliphatisch© Polyole infrage, vorzugsweise Polyalkylenglykole wie Diäthylenglykol. Diese Lösungsmittel können beispielsweise in einer Menge von 2 bis 20 Gew.-Teilen auf 100 Gew.-Teile Härter aus Alkylencarbonat + Methylester eingesetzt werden.

Bei der Herstellung von Formen und Kernen für die Gießerei wendet man in der Praxis 0,4 bis 1,2 Gew.-Teile Härter an (Gemisch aus AlkylenoaFbonat + Methylester), vorzugsweise 0,5 bis 1 Gew.-Teile,auf 100 Gew.-Teile eines Gemisches aus 90 bis 97 Teile· '-and und 10 bis 3 Teilen einer Alkalisilicatlösung.

Nähere Angaben über die Beschaffenheit der Alkalisilicatlösung und des Sandes sind bereits in der Literatur zum Stand der Technik genannt, beispielsweise in den oben genannten US-PS 3 137 046 und FR-OS 2 264 608. Aus Gründen der praktischen Durchführung und der Wirtschaftlichkeit wird als Alkalisilicat vorzugsweise ein Natriumsilicat eingesetzt.

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Die Verfahren zur Herstellung von Gießformen und ausgehend von einer Zubereitung aus Sand, wäßriger Alkalisilicatlösung und Härter sind bereits bekannt, beispielsweise aus der US-PS 3 037 046 und der PR-OS 2 264 608. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Härters werden die bekannten Arbeitsverfahren nicht wesentlich verändert oder modifiziert. Insbesondere kann man bei Umgebungstemperatur arbeiten, die je nach Jahreszeit und Klima allgemein im Bereich von 0 bis 30 C schwankt. Die Steuerung im Hinblick auf die Abbindezeit erfolgt in der Weise, daß man-um bei abnehmender Temperatur eine etwa gleichbleibende Abbindezeit zu erreichen-den Anteil an Methylester gegenüber dem Alkylencarbonat erhöht.

Wie bereits gesagt, ermöglichen die erfindungsgemäßen Härter kurze Abbindezeiten und relativ lange Verarbeitungszeiten unter Beibehaltung der guten mechanischen Eigenschaften der abschließend erhaltenen Formkörper. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Härterkombination wurden mit Hilfe der folgenden Tests bestimmt:

Verarbeitungszeit bzw. Zeit der Verarbeitbarkeit (Topfzeit):

Dies ist die Zeitspanne)v/ährend der das Gemisch aus Sand, SiIicat und Härter aufbewahrt werden kann, bevor es für die Herstellung einer Gießform oder eines Gießkernes verwendet wird, ohne daß sich aus der Lagerung eine nachteilige Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften ergibt. Die Zeitspanne wird von dem Moment der Zugabe des Silicates zu dem Gemisch aus Sand und Härter gemessen. Die Zeit der Verarbeitbarkeit berechnet sich bis zu dem Moment, von dem an das Formen zu einem gehärteten Formkörper mit schlechteren mechanischen Eigenschaften führtj als sie bei unmittelbarem Gebrauch des Gemisches der drei Komponenten erzielt werden.

Abbindezeit:

Diese Zeitspanne wird von dem Moment der Zugabe des Silicates zu dem Vorgemisch aus Sand und Härter gerechnet. Das Gemisch

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aus Sand, Härter und Silicat wird in einen dichten Kunststoffsack gegeben, um die Einwirkung des in der Luft enthaltenen COp auszuschalten. Alle drei Minuten wird die Härte durch Drücken mit den Fingern geprüft und derjenige Moment bestimmt, an dem das Gemisch so hart ist, daß die Oberfläche des agglomerierten Sandes nicht mehr verändert werden kann.

Füllen der Form in zwei Zeittakten bzw. Stufen

In einer ersten Stufe wird die Form nur zur Hälfte und unter Rütteln mit dem Gemisch aus Sand, Härter und Silicat gefüllt. Dann läßt man diese erste Schicht 4 Minuten lang an der Luft der Werkhalle ruhen.

In einer zweiten Stufe oder einem zweiten Zeittakt nach Ablauf dieser 4 Minuten wird die Form ohne zu rütteln vollgefüllt; das Rütteln würde die Kohäsion bzw. den Zusammenhalt der ersten bereits in Reaktion befindlichen Schicht zerstören.

Nach dem Abbinden (15 bis 20 min) soll, wenn man die Form auf eine Kante fallen läßt, kein deutlicher Bruch an der Trennstelle der beiden Teile oder Phasen auftreten.

Zapfenfestigkeit

Die Form wird auf einmal gefüllt, wobei auf jeder Hälfte der Gesamtlänge ein gebogenes Kunststoffrohr (53 mm lang und 30 mm weit) 6 cm von der Oberfläche der Form ein- bzw. untergetaucht wird. Dann wird die Form einige Sekunden lang gerüttelt. Nach dem Abbinden (allgemein etwa 15 min) wird entformt und der Formkörper mit einer pneumatischen Hebevorrichtung mit zwei Zapfen, die in jedes gebogene Kunststoffrohr eingreifen, gehoben. Der

lassen nicht armierte Formkörper soll sich um seine Achse drehen, ohne daß auf der Höhe der gebogenen Rohre Risse oder Spalten auftreten.

Druckfestigkeit

Nach der Herstellung des Gemisches aus Sand, Härter und Silicat mit Hilfe eines Planetenrührwerks (Kenwood) v/urden innerhalb von 4 Minuten in einem Kasten mit Zapfen sechs Prüfkörper für die

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Bestimmung der Druckfestigkeit hergestellt. Diese Prüfkörper hatten einen Durchmesser von 5 cm und eine Höhe von 5 cm und wurden unter Luftabschluß gelagert, bevor ihre Druckfestigkeit in Zeitintervallen von 10 Minuten bis zu einer Stunde bestimmt wurde und zwar mit Hilfe des Prüfapparates + GF +, Typ SPDR. Wie in den vorangegangenen Tests wurde die Zeit von dem Moment der Zugabe des Silicates an gerechnet.

Die folgenden Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

In einem Planetenrührer Kenwood wurden bei einer Temperatur von 18 bis 20 C die Komponenten des Formsandes in der folgenden Reihenfolge zusammengegeben:

1 kg Sand Sifraco (AFA 53-57)

5 g Härter mit anschließend erstem Mischen während 1 min, 30 sj 35 g wäßrige Natriumsilicatlösung mit anschließendem zweiten Mischen während 45 s. Diese Natriumsilicatlösung setzte sich aus 55,2 % Wasser und 44,8 % Feststoff zusammen. Das Gewichtsverhältnis SiO₂/Na₂0 betrug 2,39; die Dichte der Lösung bei 20°C 1,525 und die Viskosität 600 cP. bei

Als Härter wurde ein Gemisch aus Propylencarbonat und Methyllactat in unterschiedlichen Gewichtsverhältnissen eingesetzt.

Der Sand war durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet:

spezifische Oberfläche 115 cm /g; Schüttdichte 1,5; Glühverlust 0,15 %. Er enthielt mindestens 99,7 % SiO₂ und maximal 0,1 % Ton sowie Spuren von Calciumcarbonat. Die Korngrößenverteilung lautete wie folgt:

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26 % zwischen

47 % zwischen

23 % zwischen

3 % zwischen

420 /um

420 und 300 ,um

300 und 210 ,um

210 und 150 ,um

150 und 105 /um

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Die Versuchsergebnisse bezüglich Verarbeitungszeit, Abbindezeit und Druckfestigkeit sind in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefaßt; die Messungen wurden bei einer Temperatur von 18 bis 20⁰C vorgenommen.

Ta belle 1

Zusammensetzung Topfzeit Abbinde- Druckfestigkeit (kg/cm )

des Härters zeit nach

(Gew.-Teile) (min) (min) 10min 15min 20min 30min 40min 1h

Propylencarbonat

+ 85 4 15 4 7

Methyllactat 15

Propylencarbonat

₊ 87 5

Methyllactat 17

Propylencarbonat

₊ 90 7 Methyllactat 10

15

17

13 18 27

11 17 26 30 10 14 24 29

Alle drei Ausführungsformen entsprachen außerdem in zufriedenstellender Weise dem Test bezüglich des Füllens der Form in zwei Stufen und dem Test bezüglich der Zapfenfestigkeit.

Es konnte weiterhin nachgewiesen werden, daß leichte Schwankungen der Eigenschaften des eingesetzten Natriumsilicats keinen merklichen Einfluß auf die Ergebnisse hatten. Im vorliegenden Falle konnte die Viskosität der wäßrigen Natriumsilicatlösung im Bereich von 550 bis 650 cP/20°C liegen, die Dichte 1,52 bis 1,53 betragen und das Gewichtsverhältnis Si0₂/Na₂0 2,37 bis 2,42 ausmachen.

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Beispiel 2

Es wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 verfahren, jedoch als Härter ein ternäres Geraisch aus Propylencarbonat, Dimethylmalonat und Diäthylenglykol eingesetzt. Die in den Versuchen ermittelten Zahlenwerte sind in der folgenden Tabelle 2 zusammengefaßt:

Tabelle

Zusammensetzung Topfzeit Abbinde- Druckfestigkeit (kg/cm ) des Härters nach

(Gew.-Teile) (min) (min) 10min 15min 20min 30min 40min 1h

Propylencarbonat

4- 85 Dimethylmalonat

_j_ 7 4 15 4 9 15 22 27

Diäthylenglykol 8

Propylencarbonat

4_ 90 6 16 3 7 12 19 23

Dimethylmalonat

Diäthylenglykol 5

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Claims

Patentansprüche

1. Härtungskatalysator-System für wäßrige Alkalisilicatlösungen auf der Basis von Alkylencarbonat, gekennzeich net durch einen Gehalt an einem Methylester einer organischen Säure und gegebenenfalls einem Lösungsmittel.

2. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Methylester Methyllactat oder Dimethylmalonat ist.

3. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, g e kennzeichnet durch 4 bis 30 Gew.-Teile Methylester auf 96 bis 70 Gew.-Teile Alkylencarbonat.

4. Verwendung der Katalysatoren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in Formsanden zur Herstellung von Gießformen und Gießkernen in einer Menge von 0,4 bis 1,2 Gew.-Teilen auf 100 Gew.-Teile eines Gemisches aus 90 bis 97 Teilen Sand und 10 bis 3 Teilen Alkalisilicatlösung.

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ORIGINAL INSPECTED