DE2818828C2

DE2818828C2 - Härtungskatalysatorgemisch-System für wäßrige Alkalisilicatlösungen

Info

Publication number: DE2818828C2
Application number: DE2818828A
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Antony Blane; Francois Palaiseau 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: 1981-11-19
Also published as: US4213785A; JPS53144483A; FR2389409B1; FR2389409A1; ES469309A1; IT7822909A0; BE866620A; NL174037C; IT1096188B; NL7804617A; CH630820A5; GB1587036A; DE2818828A1

Description

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Aus der US-PS 31 37 046 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 Alkylencarbonats mit 2 bis 7 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe zu verwenden. Man erhält nach diesem Verfahren Formen mit befriedigenden mechanischen Eigenschaften.

Es ist weiterhin aus der FR-PS 22 64 508 bekannt, Dialkylester von Dicarbonsäuren (Formeln 1 der Tabellen I und II) zu verwenden. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß sie zu untragbar langen Abbindezeiten führen.

Die erfindungsgemäß zu lösende Aufgabe besteht nun darin, Härter für Formstoffe auf der Basis von Alkalisilicat und Sand zu bringen, die die Herstellung von Formen und Kernen guter mechanischer Eigenschaften gestatten, jedoch gegenüber den bekannten Formstoffen sich durch kurze Abbindezeit und relativ lange Zeit der Verarbeitbarkeit auszeichnen.

Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch ein Härtungskatalysatorgemisch mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.

Die Methylester organischer Säuren können Methylester von organischen Monocarbonsäuren sein, die gegebenenfalls weitere funktionell Gruppen enthalten, beispielsweise Methyliactat. Infrage kommen weiterhin Dimethylester von organischen Dicarbonsäuren wie aliphatischen α,ω-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. b">

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 aliphatische 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 und Methylester eingesetzt werden.

Bei der Herstellung von Formen und Kerner, für die Gießerei wendet man in der Praxis 0,4 bis 1,2 Gew.-Teile Härter an (Gemisch aus Alkylencarbonat und Methylester), vorzugsweise 0,5 bis 1 Gew.-Teile, auf 100 Gew.-Teile eines Gemisches aus 90 bis 97 Teilen Sand 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 31 37 046 und FR-PS 22 64 608. Aus Gründen der praktischen Durchführung und der Wirtschaftlichkeit wird als Alkalisilicat vorzugsweise ein Natriumsilicat eingesetzt

Die Herstellung von Gießformen und Gießkernen aus einem Gemisch von Sand, wäßriger Alkalisilicatlösung und Härter ist bekannt beispielsweise aus der US-PS 3137 046 und der FR-PS 22 64 608. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Härtergemischs werden die bekannten Formverfahren wesentlich erleichtert da man bei Umgebungstemperatur arbeiten kann, die je nach Jahreszeit und Klima im allgemeinen zwischen 0 und 30⁰C liegen kann. Die Einstellung der 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 Härtergemische kurze Abbindezeiten und relativ lange Verarbeitungszeiten unter Beibehaltung der guten mechanischen Eigenschaften der erhaltenen Formen und Kerne. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Härtergemische ergeben sich auf folgenden Untersuchungen:

1.) Zeit der Verarbeitbarkeit (Topfzeit)

Dies ist die Zeitspanne, während der die Formstoffe aus Sand, Silicat und Härtergemisch aufbewahrt werden können, bevor sie für die Formverfahren verwendet werden, ohne daß sich aus der Lagerung eine Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften der Formteile ergibt. Die Zeitspanne wird von dem Moment der Zugabe des Silicates zu der Mischung aus Sand und Härtergemisch bis zu dem Moment gemessen, von dem an die gehärteten Formteile schlechtere mechanische Eigenschaften besitzen, als sie bei unmittelbarer Verarbeitung der Formstoffe erzielt werden.

2.) Abbindezeit

Diese Zeitspanne wird von dem Moment der Zugabe des Silicates zu der Mischung aus Sand und Härtergemisch gerechnet. Die Formstoffe aus Sand, Härtergemisch und Silicat werden in einen dichten Kunststoffsack gegeben, um die Einwirkung des in der Luft enthaltenen CO2 auszuschalten. Alle drei Minuten wird die Härte durch Drücken mit den Fingern geprüft und derjenige Moment bestimmt, an dem sie so hart sind, daß sich ihre Oberfläche nicht mehr ändert.

3.) Füllen des Formkastens in zwei Stufen

In einer ersten Stufe wird der Formkasten nur zur Hälfte und unter Rütteln mit dem Formstoff aus Sand, Härtergemisch und Silicat gefüllt Dann läßt man diese erste Schicht 4 min an der Luft der Werkhalle ruhen.

In einer zweiten Stufe nach diesen 4 min wird der Formkasten ohne Rütteln vollgefüllt; das Rüttein 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 Grenzfläche der beiden Teile auftreten.

4.) Zapfenfestigkeit

Der Formkasten wird auf einmal gefüllt, wobei in jede Hälfte der Gesamtlänge ein gebogenes Kunststoffrohr (53 mm lang und 30 mm weit) 6 cm von der Oberfläche eingelegt ist. Dann wird einige Sekunden lang gerüttelt Nach dem Abbinden (allgemein etwa 15 min) wird entformt und die Form mit einer pneumatischen Hebevorrichtung mit zwei Zapfen, die in die beiden Kunststoffrohre eingreifen, angehoben. Die nicht armierte Form soll sich um ihre Achse drehen lassen, ohne daß auf der Höhe der gebogenen Rohre Risse auftreten.

5.) Druckfestigkeit

Nach der Herstellung des Formstoffs aus Sand, Härtergemisch und Silicat mit Hilfe eines Planetenrührwerks werden innerhalb von 4 min in einem Kasten mit Zapfen sechs Prüfkörper (0 5 cm, Höhe 5 cm) für die Bestimmung der Druckfestigkeit hergestellt und unter Luftabschluß gelagert; die Druckfestigkeit wird alle 10 min bis zu einer Stunde bestimmt Wie in den vorangegangenen Tests wird die Zeit von dem Moment der Zugabe des Silicates an ge^rechnet

Die folgenden Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

In einem Planetenrührer wurden bei 18 bis 20" C die Komponenten des Formstoffs in der folgenden Reihenfolge zusammengegeben:

1 kg Sand;

5 g Härtergemisch mit anschließend erstem Mischen während 90 s;

35 g wäßrige Natriumsilicatlösung mit anschließendem zweiten Mischen während 45 s.

Die Natriumsilicatlösung setzte sich aus 55,2% Wasser und 44,8% Feststoff zusammen. Das Gewichtsverhältnis SiO2:Na₂O betrug 239; bei 20⁰C war die Dichte 1,525 g/cm³ und die Viskosität 600 m Pa · s.

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

Der Sand hatte eine spezifische Oberfläche von 115cinVg, Schüttdichte von 1,5 g/cm³ und einen Glühverlust von 0,15%. Er enthielt mindestens 99,7% S1O2 und maximal 0,1% Ton sowie Spuren
Calciumcarbonat

Siebanalyse:

1% > 420 μπι

26% 300-420 μπι

47% 210-300 μπι

23% 150-210 μπι

3% 105-150 μπι

Die Versuchsergebnisse bezüglich Verarbeitungszeit (Topfzeit), Abbindezeit und Druckfestigkeit sind in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefaßt; die Messungen wurden bei 18 bis 20° C vorgenommen.

Tabelle 1

Härter
(Gew.-Teile)

Topfzeit Abbinde- Druckfestigkeit (N/cm²) nach

zeit
(min) (min) 10 min 15 min 20 min 30 min 40 min 1 h

Propylencarbonat 85
+ Methyllactat 15
Propylencarbonat 87
+ Methyllactat 17

Propylencarbonat 90
+ Methyllactat 10

4	15	40	70	130	180	270	310
5	15	30	60	110	170	260	300
7	17	10	50	100	140	240	290

Alle drei Härtergemische entsprachen außerdem in zufriedenstellender Weise den obigen Untersuchungen 3.) und 4.).

Es konnte weiternin nachgewiesen werden, daß leichte Schwankungen der Eigenschaften des eingesetzten Natriumsilicats keinen merklichen Einfluß auf die

60 Ergebnisse hatten. Die Viskosität der wäßrigen Natriumsilicatlösung konnte im Bereich von 550 bis 650 mPa · s [20⁰C] liegen, die Dichte 1,52 bis 1,53 g/cm³ betragen und das Gewichtsverhältnis S1O2: Na2O 2,37 bis 2,42 ausmachen.

Beispiel 2

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

Tabelle 2

Härter Tapfzeit Abbinde- Druckfestigkeit (N/cnr) nach

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

Propylencarbonat 85 + Dimethylmalonat 7 + Diüthylenglykol 8 4 15 40 90 150 220 270

Propylencarbonat 90 + Dimethylmalonat 5 + Diäthylenglykol 5 6 16 30 70 120 190 230

Claims

Patentansprüche:

1. Härtungskata'ysatorgemisch für wäßrige Alkalisilicatlösungen auf der Basis von Alkylencarbonat, gekennzeichnet durch 4 bis 30Gew.-Teile eines Methylesters einer organischen Säure und 96 bis 70 Gew.-Teile Alkylencarbonat.

Z Härtungskatalysatorgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Methylester einer organischen Säure Methyliactat oder Dimethylalonat enthält

3. Härtungskatalysatorgemisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es auf 100 Gew.-Teile von Alkylencarbonat und Methylester 2 bis 20 Gew.-Teile PoIyalkyleqgJxfcol als Lösungsmittel enthält

4. Verwendung des Gemischs 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.