DE2832869A1 - Haertbares bindemittel fuer grosse giessereisandformen und verfahren zur herstellung solcher formen - Google Patents

Haertbares bindemittel fuer grosse giessereisandformen und verfahren zur herstellung solcher formen

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DE2832869A1
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alcohol
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Roger H Kottke
Scott S Menard
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Quaker Oats Co
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    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
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Description

!he* Quaker Oats Uompany, .Barrington, Illinois 6oo1o, V.St0A.
Härtbares Bindemittel für grobe Gießereisandforinen und Verfahren zur Herstellung solcher Formen.
j Die Erfindung bezieht sich auf ein Bindemittel zur Verwendung
bei der Herstellung von sehr großen Sandformen für die Herstellung von großen Gußstücken und auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Sandformen.
i'ypischerweise sind sogenannte Alkydölbindemittel auf diesem Gebiet benutzt worden, weil solche Bindemittel zu einem relativ langsamen Härten sowie zu einer Biegsamkeit führen, die ausreicht, das Trennen der Sandformen von den Modellen, von oder in denen sie gebildet werden, zu erleichtern. Furfurylalkoholharze bilden andererseits das Grundmaterial für eine große Vielfalt von sehr erfolgreichen Gießereibindemitteln, sind aber dennoch nicht in einem erheblichen Ausmaß für die Herstellung von äußerst großen Sandformen benutzt worden, wie z.B. solchen, die zur Herstellung von Schlackenkübeln für Hochöfen und dergl. eingesetzt werden,, Die Furfurylalkoholharze haben in gewissem Grade eine weitverbreitete Anwendung wegen der relativ schnellen ,Härtungsgeschwindxgkext gefunden, die bei Raumtemperatur unter Einsatz einer relativ kleinen Menge Katalysator aus starker
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BAD ORIGINAL
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Säure erzielt wird. Bei der Herstellung von äußerst großen Gießereisandformen jedoch würde die relativ schnelle Härtungsgeschwindigkeit, die bei'.Bindemitteln auf Basis von Furfurylalkohol oder Furfurylalkoholharz gegeben ist, im allgemeinen zu einem vorzeitigen. Erhärten oder Hartwerden des Sandgemischs und im allgemeinen zu einer Verarbeitungsdauer führen, die für die Praxis zu kurz ist. Wenn andererseits die Katalysatormengen bei Verwendung von vom Furfurylalkohol herstammenden Bindemitteln genügend verringert werden, um eine Verarbeitungszeit genügender Dauer zu erzielen,, die für die Herstellung sehr großer Sandformen geeignet ist9 ist die Härtungsgeschwindigkeit des Furfurylalkoholbindemittels im allgemeinen zu langsam, um ein vollständiges Härten innerhalb des bei der Gießerei gegebenen erforderlichen zeitlichen Rahmens zu erreichen und praktisch ist dann nicht genügend Katalysator zum vollständigen Härten innerhalb irgendeiner Zeitdauer vorhanden.
Demgegenüber leiden die Bindemittel auf Alkydharzbasis, obwohl sie langsamere Härtungsgeschwindigkeiten ergeben, unter mehreren Nachteilen. Z.B. sind praktisch die sogenannten "Alkydöl"-Bindeiuittel Gemische von Alkydharzen mit hohem Hydroxylgehalt oder einem chemisch modifizierten hoch ungesättigten Öl, wie z.B. Leinöl, mit Polyisocyanat und Metallionenkatalysator en 8 wie z.B. Kobaltnaphthenat8 Zinn-II-octoat, Zinn-II-naphthenat und Kobaltoctoat. Die Hydroxylteile stammen von einer Umsetzung von mehrwertigen Alkoholen, wie z.B.
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Pentaerythrit und Sorbit, mit den Ölen her. Die Herstellung dieser Bindemittel wird in den US-Patentschriften 3 426 831 und 3 225 5oo und der britischen Patentschrift 1 o73 843 erörtert. Diese komplexen Gemische unterliegen bei Raumtemperatur einer gewissen Härtung. Zur Erzielung einer vollständigen Härtung ist jedoch im allgemeinen ein Erwärmen erforderlich. Auch bei Raumtemperatur haben die mit Alkydbindemitteln überzogenen Sande jedoch einen ausgesprochenen Beiz- bzw. Farbgeruch, und dieser Geruch wird beim Erwärmen der Sandformen während des Härtungsvorgangs noch unangenehmer. Dieses Bindemittel führt in noch größerem Maße zu Gußfehlern als Furfurylalkoholbindemittelc Mechanische Methoden zur Sandrückgewinnung sind bei den'Alkydölen nicht so wirkungsvoll wie bei den aus Furfurylalkoholbindemitteln hergestellten Sandformen. ■
Gemäß der Erfindung ist gefunden worden^ daß ein Harz auf Furfurylalkoholbasis zur Herstellung von äußerst großen Gußstücken verwendet werden kann, wobei ein solches Bindemittel alle Vorteile der sogenannten "Alkydöl"-Bindemittelsysteme aber nicht die Nachteile der letzteren hat. So ergeben die Furfurylalkoholbindemittel der Erfindung eine langsame Härtungsgeschwindigkeit, woduroh Zeit zur Fabrikation gewährt . wird, gemeinsam mit.einer hohen Festigkeit naoh dem Härten, Außerdem führen diese Bindemittel zu einer Biegsamkeit beim Rohling und ermöglichen ein leichte^ Lösen aueh von Modellen schlechter Qualität. Ferner ist gemäß der Erfindung fes^gestelli
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worden, daß die Bindemittel auf Furfurylalkoholbasis als Alkydharzersatz eine geringere Rauchentwicklung während des Gießens ergeben, eine bessere Sandrückeewinnun^, ermöglichen und keine Hitzehärtung" zum vollständigen und geeigneten Härten erfordern»
Die Erfindung schlaft ein Gießereibindeiaittel vor, das monomeren Furfurylalkohol in einem Anteil τοη 45 bis einschließlich 85 y0, ein aromatisches ISster-substituiertes Diphenyl- und Poly* phenylgeniisch in einem Anteil von 5 bis einschließlich 5o γό und einen weiteren Alkohol in einem Anteil von 2 bis einschließlich 15 enthält, wobei alle Prozentangaben Gewichtsprozente sind, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels.
Die Erfindung schlägt außerdem ein Verfahren zur Herstellung von Gießereisandformen vor, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man
a. Gießereisand und einen Katalysator aus einer starken Säure mit einem pKa-Wert unter 2,3 zu einem Sand-Katalysator-Gemisch vermischt,
b. das erhaltene Sand-Katalysator-Gemisch mit einem Bindemittel vermischt, das monomeren Furfurylalkohol in einem Anteil von 45 bis einschließlich 85 %t ein aromatisches Ester-sub- etituierteö Diphenyl- und polyphenylgemisch in einem Anteil von 5 biß einschließlich ^o % und einen weiteren Alkohol in einem Anteil von 2 bis einschließlich 15 % enthält, wobei alle Prozentangaben Gewichtsprozente sind, bezogen auf das
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_ Q —
Gewicnt des Bindemittels,
und daß man das Bindemittel in einem Anteil von o,5 bis j 3 /u, bezogen auf das Gewicht des Sands, und den besagten Säurekatalysator in einem Anteil von 1o bis 75 yo, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, verwendet.
Der Alkydharzbindemittelersatz gemäß der Erfindung wird erhalten durch Vermischen von monomerem Furfurylalkohol in einem Anteil von 45 bis d5 >&',. bezogen auf das Gewicht des Bindemittels wobei etwa 65 % bevorzugt sind, mit Ester-substituierten Phenylgemischen, zu denen aromatische Diphenyl- und Polyphenylverbindungen gehören, in einem Anteil von" 5*-bis" 5o %, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, und mit einem anderen Alkohol in einem Anteil von 2 bis 15 Gew.-^o, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels. Das Bindemittel wird mit einem Katalysator aus starker Säure mit einem pKa-Wert unter 2,3 in einem Anteil von im allgemeinen 1o bis 75 /ö, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, jedoch vorteilhafter in einem Anteil in dem Bereich von 2o bis 6o Gew.-?6, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, gehärtet.
Gegebenenfalls kann ein Harnstoff-Formaldehyd-Bestandteil, wie z.B. ein Harnstoff-Forrnaldehyd-Sirup oder ein Harnstoff-Formaldehyd-Konzentrat, in einem Anteil von ο bis 3o Gew.-^, bezogen auf das Gewicht der Bindemittel,,benutzt werden. Die Harnstoff-Formaldehyd-Sirupe haben typischerweise einen höheren Stickstoff-
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- 1ο -
und einen niedrigeren .Formaldehydgehalt als Harnstoff-Formaldehyd-Konzentrate und werden im allgemeinen gegenüber den Harnstoff-Formaldehyd-Konzentraten bevorzugt.
Im allgemeinen sind die physikalischen Eigenschaften des .Bindemittels und der damit hergestellten gehärteten Sandformen gemäß der Erfindung durch relativ große Schwankungen des Furfurylalkoholgehalts in dem Bindemittel nicht besonders beeinflußbar. Im allgemeinen jedoch führen die höheren Furfurylalkoholgehalte, wie ZoB. von 80 % und mehr, zu Bindemitteln, die eine etwas kürzere Verarbeitungsdauer haben als die Bindemittel der Er-
findung mit relativ niedrigeren Furfurylalkoholkonzentrationen, ί
wie z.B. 45 ?£. :
Die für die Verwendung bei der Erfindung bevorzugten aromatisch-j
ι en Diphenyl- und Polyphenylverbindungen sind Garboxymethoxypolyphenyle und Polycarbomethoxydiphenyle, und diese werden vorzugsweise im Gemisch mit Benzylestern der Toluatfamilie , verwendet. Im Handel erhältliche Materialien mit diesen Kompo- ;
nenten gemäß der Erfindung sind irgendwelche unter der Bezeich- '
nung Terate (Handelsbezeichnung von Hercules, Incorporated) bekannten Produkte, insbesondere z.B„ Terate 131. Es wird angegeben, daß diese Materialien aromatische Erdölkohlenwasserstoffe sind, die bei der Herstellung von Dimethylterephthalat gebildet werden. Ähnliche iiaterialien sind auch als Tera/te 3o3, Terate Ιοί, Terate 121 und dergl. erhältlich.
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I Es wird angegeben, daß das als Terate 1o1 bekannte im Handel erhältliche Material etwa 3o % Polycarbomethoxyldiphenyle und 35 % öarbomethoxypolyphenyle enthält, so daß.etwa 60 % Carbo-
luethoxyl- oder Polycarbomethoxyldiphenyle oder -polyphenyle zur
ι
Verfügung stehen. Terate 121 soll den Angaben nach etwa 2o %
Polycarbomethoxyldiphenyle und 4o /0 Carbomethoxypolyphenyle j enthalten, während das als Terate 131 bekannte Material etwa j 1o % Polycarbomethoxyldiphenyle und 45 % öarbomethoxypolyphenyle I enthalten soll, so daß dieses letztere Material ebenfalls etwa j 60 % Garbomethoxydi- und -polyphenyle zur Verfugung stellt.
Zu dein "weiteren" Alkoholbestandteil gehören einwertige, zwei-
; wertige oder mehrwertige Alkohole, einschließlich z.B. Äthylen- ; glykol, Diäthylenglykol, Isooctylalkohol, Isobutylalkohol, ; Tetrahydrofurfurylalkohol, Propylenglykol, Glycerin, Isopropyl- ; alkohol, 1-Propanol, Butandiole, Pinacol und dergleichen.
! Es ist in der Gießereipraxis bekannt, bei der Herstellung von
! Gießereisandformen den Bindemitteln Silane zuzugeben, und es j ist festgestellt worden, daß irgendwelche der Silanadhäsionsmodifiziermittel, die auf diesem Gebiet in großem Umfange benutzt werden, mit dem Bindemittel und dem Verfahren der Erfindung verträglich sind» Im allgemeinen werden die Silane gemäß der Erfindung in einem Anteil von etwa o,15 bis o,3o %,
bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, zugegeben.
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Zu "bei dem Verfahren der Erfindung geeigneten Katalysatoren gehören starke Säure-Katalysatoren mit einem pKa-Wert unter
2,3· Solche Säure-Katalysatoren sind z.B. Phosphorsäure, irgend-j
ί eine aromatische Sulfonsäure, wie z.B. Toluolsulfonsäure, Benzolsulfonsäure, Kumolsulfonsäure und Kresolsulfonsäure. •Xylolsulfonsäure ist ebenfalls für die Erfindung geeignet. Der spezielle verwendete Katalysator hat einen gewissen Einfluß auf die Verarbeitungsdauer des Harzes gemäß der Erfindung, so daß z.B. bei Verwendung identischer Formulierungen in jedem Fall Benzolsulfonsäure eine Verarbeitungsdauer von 17 Minuten ergibt, während Phosphorsäure eine Verarbeitungsdauer von etwa 6o Minuten ergibt. Dieses wird in den nachfolgenden Beispielen ausführlicher erläutert.
Das Bindemittel der Erfindung wird in den herkömmlichen Konzentrationen für das Sandgemisch verwendet, z.B. von o,5'bis 3#o %. Der bevorzugte Bereich beträgt 1,o bis 1,5 %»
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele weiter erläutert, in denen alle Temperaturangaben in Celsiusgraden, all· "!Teile11.in Gewiohtsteilen und alle Prozente in Gewiohtsproeenten, bezogen auf das Gewicht des betreffenden Materials, angegeben werden.
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- 13 Beispiel 1
Dieses Beispiel soll ein Verfahren zur.Herstellung eines Bindemittels gemäß der Erfindung erläutern. Es wird ein Gemisch zubereitet, das enthält 65 'feile Furfurylalkohol, 7 Teile, iithylenglykol, 21 Teile Terate 131 (Handelsbezeichnung von Hercules, Incorporated),(so daß 2,1 Teile Polycarbomethoxyldiphenyle, 0,84 Teile Benzylester der Toluatfamilie und 9,5 Teile Oarbomethoxypolyphenyle zur Verfügung stehen) und 7 Teile Areotex 531 -Harnstoff-Formaldehyd-Sirup (Handelsbezeichnung von American Cyanamid, enthaltend 1,5 bis 2,ο fa freien Formaldehyd, pH von 8 bis 9 und mit einem Viskositätsbereich von 800 üis 12oo cP Dei 25 G). Las Gemisch wird auf eine Temperatur von 35 C erwärmt, um das Vermischen zu erleichtern,, Das Vermischen wird bis zum Erhalt einer homogenen Lösung fortgesetzt. Das Gemisch kann sich dann auf Raumtemperatur abkühlen, und ein im Handel erhältliches substituiertes Silan, A1160 Ureidosilan (Handelsbezeichnung von Union Carbide Chemicals & Plastics) (o,3 Teile) wird zugegeben, und das Vermischen wird für etwa 1 ο Minuten fortgesetzt. Das erhaltene Gemisch stellt ein Bindemittel zur Verwendung gemäß der Erfindung dar,
Beispiel 2
Dieses Beispiel erläutert die Verwendung eines Bindemittels
gemäß der Erfindung bei der Herstellung eines Säure-gehärteten Sandgemischs.
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-H-
Wedron 5o25-Gießereisand, AFS-Kornfeinheit Mr. 57 (3ooo Teile) und Toluolsulfonsäure (65/a'ige Lösung in Wasser, 9,4 Teile) werden durch Vermählen für 2 Minuten vermischt, so daß eine gleichmäßige Verteilung, der Säure in dem Gemisch erzielt wird. Ein Teil des nach dem .Beispiel 1 hergestellten flüssigen .Bindemittels;, (37S5 Teile) wird dann dem Sandgemisch zugesetzt, und dieses wird für 2 Hinuten vermählen.
Sobald das .Bindemittel auf dem säurekatalysierten Sandgemisch gleichmäßig verteilt ist, wird das katalysierte und mit dem .Bindemittel überzogene Sandgemisch einem Prüfstandversuch unterwarfenff während gleichzeitig Probenbiscuits zur Ermittlung der Zugfestigkeit (Querschnittsbereich von 2S54 cm) hergestellt werden. Als PrüfStanddauer wird im allgemeinen die Dauer ermittelt, in der die zum Zusammendrücken eines lose gefüllten vorbestimmten Volumens auf ein zuvor festgesetztes Volumen erforderliche Anzahl von Rammstößen das Doppelte der Anzahl von Raramstößen beträgtj die zu Beginn erforderlich sind, um das zuvor festgesetzte Volumen zu erreichen,
Die Umgebungstemperatur ist 24 Gs und die Sandteniperatur ist beim Vermischen 220O0 Das Sand-Bindemittel-Gemisch hat eine Prüfstanddauer von 70 Minuten«,
Die Zugfestigkeiten werden nach dem Lagern für 8-1/2 Stunden bei den in der Tabelle I angegebenen relativen Feuchten, nach
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einem beginnenden Härten über Nacht bei Umgebungstemperatur ■und der relativen Feuchte der Umgebung, gemessen.
Die in der Tabelle I angegebenen Zugfestigkeitswerte stellen in jedem Fall Mittelwerte von 6 Bestimmungen dar.
Tabelle I
Relative Feuchte Zugfestigkeit (kp/cm )/
Kratzhärte
37 % 26,7/65
9o % 18,6/63
Beispiel 3
■ Dieses Beispiel soll die Herstellung eines Säure-gehärteten j Sand-Bindemittel-Gemischs gemäß der Erfindung mit und ohne Zusatz eines Silans erläutern.
Zwei Ansätze von G-ießereisandgemisch werden folgendermaßen zubereitet: Gießereisand (3ooo Teile) und Toluolsulfonsäure (65%ige Lösung in Wasser, 11,25 Teile) werden durch Vermählen vermischt, so daß eine gleichmäßige Verteilung der Säure in dem Gemisch gegeben ist.
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Ein Bindemittel gemäß der Erfindung wird durch Vermischen von 60 Teilen Furfurylalkohol, 1o Teilen Äthylenglykql, 15 Teilen Areotex 581-Harnstoff-Formaldehyd-Sirup und 15 Teilen Terate 2o3 (Warenbezeichnung von Hercules, Incorporated) zubereitet. Terate 2o3 ist das Umesterungsprodukt von Diäthylenglykol und Terate Ιοί (Warenbezeichnung von Hercules, Incorporated). Terate Ιοί ist ein Gemisch, das 3o Teile Polycarbomethoxyldiphenyl, 25 Teile Benzylester der Toluatfainilie und 35 Teile Oarbomethox ylpolyphenyle enthält. Ein Teil dieses flüssigen Bindemittels wird dann in zwei aliquote 37j5 Gewichtsteile geteilt. In einen der aliquoten Teile werden o,3 Teile A1160 Ureidosilan (Warenbezeichnung von Union Carbide Chemicals & Plastics) (5o %'in Methanol) eingetragen. Dem anderen aliquoten Teil wird kein Süan zugegeben. Jeder entsprechende aliquote Bindemittelteil wird zu einem entsprechenden Sandgemisch gegeben, und die Q-emische werden getrennt vermählen« Nach dem gleichmäßigen Verteilen der Harze auf den Säure-katalysierten Sandgemisohen werden die betreffenden katalysierten und mit Bindemittel überzogenen Gemische den Versuchen zur Ermittlung der Prüfstanddauer und der Zugfestigkeit nach den in dem Beispiel 2 beschriebenen Methoden unterworfene
Die Zugversuche wurden nach dem Lagern über Nacht bei umgebender relativer Feuchte und dann dem Aussetzen der Hälfte der Proben einer hohen relativen Feuchte (94 /0 durchgeführt. Die in der Tabelle II angegebenen Zugfestigkeitswerte sind inj^dem Fall
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Mittelwerte von 6 .Bestimmungen.
Tabelle II
Silan Prüfstand- Zugfestigkeit (kp/cm l/Kratzhärte
Silan dauer (min) relative Feuchte
von 3o % 		relative
Feuchite
von 94 %
mit 4o 28,3/38 12,o/83
ohne ■ 55 11,2/74 2,3/88
Beispiel 4
Dieses Beispiel soll die Verwendung verschiedener Alkohole als Modifiziermittel in den Bindemitteln der Erfindung erläutern.
.Das Bindemittel wird bei jedem Test durch Vermischen nach dem Verfahren des Beispiels 3 von 6o Teilen Furfurylalkohol, 15 Teilen Areotex 581-Harnstoff-Formaldehyd-Sirup (Handelsbezeichnung von American Oyanamid) und 15 Teilen Terate 2o3 (Handelsbezeichnung von Hercules, Incorporated) hergestellt. Terate 2o3 ist das Umesterungprodukt von Diäthylenglykol und Terate 1o1 (Handelsbezeichnung von Heroules, Incorporated). Terate 1o1 ist ein Gemisch von 3o Teilen Polycarbomethoxyldiphenylen, 25 Teilen Benzylester der lolulabfamilie und 35 Teilen Garbomethoxypolyphenylen sowie Io Teilen eines Alkohols Tetrahydrofurfurylalkohol, Isooctylalkohol oder -Iaobutylalkohol bei den Tests 4-1, 4-2 und 4-3. Dann werden mit jedem ent-
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sprech.end.en Mndemittelgemisch, ο,3 aliquote Teile von A11 6o
Ureidosilan (5o }ί in Methanol) vermischt.
Das bei dem Test 4-1 verwendete Sand-Katalysator-Gemisch wird durch Yermahlen von 3ooo Teilen Wedron 5o25 Silioasand und
9s4 Teilen Toluolsulfonsäure (65>'oige Lösung in Wasser) hergestellt,, Das "Vermählen wird fortgesetzt, bis eine gleichmäßige Verteilung der Säure bei dem Gemisch erzielt wird.
Das bei dem Test 4-2 verwendete Sand-Katalysator-Gemisch wird durch Vermählen von 3ooo Teilen Wedron 5o25 Silicasand und
1Oj5 Teilen Phosphorsäure (85^ige lösung in Wasser) hergestellt, Das Vermählen wird fortgesetzts bis eine gleichmäßige Verteilung der Säure bei dem Gemisch erzielt wird»
Das bei dem Test 4-3 verwendete Sand-Katalysator-Gemisch wird durch Vermählen von 3ooo Teien Wedron 5o25 Silicasand und
1os5 Teilen Toluolsulfonsäure (65^ige lösung in Wasser) hergestellt. Das Vermählen wird fortgesetzt, bis eine gleichmäßige Verteilung der Säure bei dem Gemisch erzielt wird.
Dann werden jeweils 3755 Teile (d.h. aliquote Teile) .Bindemittel jedem betreffenden Sand-Katalysator-Gemisch zugegeben, und die Gemische werden getrennt vermählen» Nach dem gleichmäßigen Verteilen des Bindemittels auf dem Säure-katalysierten Sandgemisch werden die betreffenden katalysierten und mit
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Bindemittel überzogenen Gemische dem Prüfstanddauertest und nach dem Härten dem Test zur Ermittlung der Zugfestigkeit unterworfen. Die Zugfestigkeiten und die Prüfstanddauer werden nach den in dem Beispiel 2 beschriebenen Methoden bestimmt. Die Zugfestigkeitsversuche werden wie in dem Beispiel 3"durchgeführt» Die in der Tabelle III angegebenen erhaltenen Zugfestigkeitswerte stellen in jedem Fall Mittelwerte von 6 Bestimmungen dar.
Tabelle III
Test Alkohol
(Io Teile)
Prüfstand- Zugfestigkeit (kp/cm )/ dauer (min) Kratzhärte
relative
Feuchte von
relative Peuclt von 9o %
4-1 Tetrahydrofur-
furylalkohol		 115 26,o/9o
4-2 Isooctylalkohol 45 28,8/86
4-3 Isobutylalkohol 7o . 33,4/7o
Beispiel 5
9,8/79 2o,7/81 24,3/53
Dieses Beispiel soll einen Vergleich von einigen der verschiedenen Säurekatalysatoren ermöglichen, die die Bindemittel der Erfindung wirksam katalysieren.
Das Bindemittel wird bei jedem Versuch nach dem in dem Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt.
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Das Sand-Katalysator-Gemisch für jeden Versuch bei diesem Beispiel wird durch Vermischen von 3ooo Teilen Wedron 5o25 Silioasand und 11,25 Teilen Säure-Katalysator hergestellt. Der bei dem Test 5-1 verwendete Säure-Katalysator ist Phosphorsäure (85^ige Lösung in Wasser). Der bei dem Test 5-2 verwendete Katalysator ist Toluolsulfonsäure (65%ige Lösung in Wasser), und bei dem Test 5-3 wird Benzolsulfonsäure (75%ige Lösung in Wasser) verwendet. Die betreffenden Sandgemische werden getrennt vermählen, wobei das Vermählen fortgeführt wird, bis eine gleichmäßige Verteilung der Säure bei den Gemischen erreicht wird.
Dann werden jeweils 37,5 Teile (d.h. aliquote Teile) des Bindemittels jedem betreffenden Sand-Katalysator-Gemisch zugesetzt und die erhaltenen Gemische getrennt vermählen. Nach dem gleichmäßigen Verteilen des Bindemittels bei jedem Säurekatalysierten Sandgemisch werden die betreffenden katalysierten und mit Bindemittel überzogenen Gemische dem Prüfstanddauertest und nach dem Härten dem Test zur Ermittlung der Zugfestigkeit unterworfen. Die Zugfestigkeiten und die Prüfstanddauer werden nach den in dem Beispiel 2 beschriebenen Methoden ermittelt, und die Ergebnisse werden in der Tabelle IV tabellenförmig angegeben.
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Tabelle IV
lest Katalysator Prüfstand- Zugfestigkeit (kp/cm2)/Krat zhärt Beispiel 6 von 95 % .te
dauer (min) relative Feuchte relative Feuc 14,8/47
von 63 ^o 14,8/65
5-1 85*ige H3PO4 6o 2o,o/54 19,3/62
5-2 65?i)ige Toluol-
sulfonsäure		 5o 24,3/64
5-3 75^öige Benzol
sulf onsaure		 17 "'. 24,3/65
Dieses Beispiel soll den Effekt von wechselnden Anteilen der Ester-substituierten Diphenyl- und Polyphe.nylkompone.nten bei den Bindemitteln der Erfindung erläutern.
Bei dem Test 6-1 wird ein Bindemittel durch Vermischen nach dem [Verfahren des Beispiels 1 von 65 Teilen furfurylalkohol, 7
j Teilen iithylenglykol, 7 Teilen Areotex 581-Harnstoff-Formaldehyd-Sirup und 21 Teilen Terate 131 (so daß 2,15 Teile Polycarbojmethoxyldiphenyle, o,86 Teile Benzylester der Toluatfamilie und .9,68 Teile Carbomethoxypolyphenyle zur Verfügung stehen) her- ;gestellt. Das Bindemittel des Tests 6-2 wird durch Vermisohen von 65 Teilen Furfurylalkohol, 7 Teilen Äthylenglykol, 7 Teilen I Are ο tax 581-Harnstoff-Formaldehyd-Sirup tind 21 Teilen Terate 2o3 (Handelsbezeichnung von Hercules, Incorporated) — in dem Bei* spiel 3 genannt) hergestellt. Das Bindemittel des Tests 6-3
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wird durch. Vermischen von 65 Teilen Furfurylalkohol, 7 Teilen üthylenglykol, 7 Teilen Areotex 561-Harnstoff-Formaldehyd-Sirup und 21 Teilen Terate 3o3 (Handelsbezeichnung von Hercules, Incorporated) hergestellt. Terate 3o3 ist ein Umesterungsprodukt von Äthylenglykol und Terate 131» Terate 131 ist ein Gemisch, das 1o Teile Polycarbomethoxyldiphenyl, 4 Teile Benzylester der Toluatfamilie und 45 Teile Oarboraethoxypolyphenyl enthält. Dann werden o,3 Teile A116o Ureidosilan (Handelsbezeichnung von Union Carbide Chemicals & Plastios) jedem betreffenden Bindemittelgemisch zugegeben.
Das Sand- Katalysatoren-Gemisch für jeden Test wird nach dem in dem Beispiel 2 beschriebenen "Verfahren hergestellt.
Jeweils 37f5 Teile (d.h„ aliquote Teile) von jedem der Harzbindemittel werden einem entsprechenden Sand-Katalysator-Gemisch zugegeben und getrennt vermählen. Nach dem gleichmäßigen Verteilen des Bindemittels auf dem Säure-katalysierten Sandgemisch werden die katalysierten und mit dem Bindemittel überzogenen Gemische dem Prüfstanddauertest und nach dem Härten dem Test zur Ermittlung der Zugfestigkeit unterworfen. Die Zugfestigkeiten und die Prüfstanddauer werden nach den in dem Beispiel 2 beschriebenen Methoden ermittelt. Die in der Tabelle V angegebenen Zugfestigkeitswerte stellen in jedem Fall Mittelwerte von 6 Bestimmungen da:r0
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- 23 Tabelle V
Test Terate Prüfstand- Zugfestigkeit (kp/cni )/Kratzhärte
. dauer (min) relative Feuchte relative Feuchte von 5 Q % von 95 %
6-1 131 9o 28,1/58 2ö,o/58. 6-2 2o3 125 29,9/68 17,9/59 6-3 3o3 75 27,1/65 19,3/49
Beispiel 7
Dieses Beispiel soll einen Vergleich von Bindemitteln gemäß ': der Erfindung ermöglichen, die wechselnde Äthylenglykolkon-■ zentrationen enthaltene
Die Bindemittel werden durch Vermischen nach dem in dem Beispiel 1 beschriebenen Verfahren unter Verwendung der in der Tabelle VI angegebenen Komponenten in den dort angegebenen Anteilen hergestellt. Jedem Testbindemittel werden o,3 Teile A1160 Ureidosilan (Handelsbezeichnung von Union Carbide Chemicals & Plastics) (5o % in Methanol) zugegeben.
Das Gießereisand-Katalysator-Gemisch wird nach dem in dem Beispiel 2 beschriebenen Verfahren hergestellt, und das Bindemittel auf dem Sand ist in einem Anteil von 1,25 Teilen Bindemittel (bezogen auf den Sand) vorhanden. Die \Probenbisouits zur Ermittlung der Zugfestigkeit werden nach der in dem Bei-
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20328^9
- 24- spiel 2 angegebenen Methode hergestellt und getestet.
Die Prüfstanddauertests werden nach der in dem Beispiel 2 beschriebenen Methode durchgeführte Die in der Tabelle VI angegebenen Zugfestigkeitswerte stellen in jedem Fall Mittelwerte von 6 Bestimmungen dar.
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Furfuryl- Arχ des alkohol Terate (Teile)
2o3 2o3 2o3 2ο3 2ο3
65
65
(O
Terate-Kon- Harnsxoff- .ixnylenglykolzentraXion iOri/ialdehyd- konzentration (Teile) Sirup (i'eile) (i'eile)
Prüfsxanci dauer (ii*i
25
22,5
2o
17,5
15
1o 1o 1o 1o 1o
2,5 5
7,5 1o
65
12o 145
relative Jeucnxe
von oö vj
■in )/ICratznärte
2o,ü/54
1^,5/43
17,6/43
11,2/47
12,ü/55
relative Έ von 95 >"
15,1/45 13,o/43 13,o/44
9,5/42 11,6/42
O
CD
CD
131 131 131
23
24,5
13
7 7 7
5 7,5 1o
65 7ώ
2.6,4/bo
23,2/b5
Areoter 5S1-Harnstoff-F
19,o/56
16,5/55 16,2/40
.laenya-Dirup (iianaelsoezeichnurit, von American Jyt.
Terate 2o3 (HandelsDezeicnnunto von ±±ercules, Incorporaxea) isx ein Uiuesterun^sprodukt von Biäxhy-
lenglykol und ti er ate 1o1 (HanaeisDezeiciirrjr.o von Hercules, Incorporaxea). i'eraxe 1o1 enthalt
3o Teile Polj-carDoiuexhoxylaiprLenyle, 25 i'eile ßenzyleazex aer i'olaaxfauilie und 35 Teile · :
Carbomexnoxypolyphenjrle.
Terate 131 (HandelsDezeicnnun^ von Hercules, Incorporated) enxnälx 1o Teile Polycaroomethoxyldi-
phenyle, 4 Teile Benzylesxer aer Toluaxi'aiuilie und 45 Teile Carboiüethoxypolyphenyle. ■
liicht gemäß der Erfindung. Die ^eaildexen Sandformen hauen keine Plasxizität und sind daher für eine Verwendung ungeeignex.
CO CO
ro co σ> «ο
- 2b -
Beispiel ti
Dieses Beispiel erläutert den KinfluU von in dem 3an.d&emisch angewendeten wechselnden Bindemittelkonzeritratiorien.
Das Bindemittel wird nach dem in dem .Beispiel 3 oeschriebenen Verfahren hergestellt. Das Sand-iCatalys£itor-Gemisch für jeden Test wird duroü Vermählen von 3ooo feilen tfedron 5o25-Siind und 4-0 /o (bezogen auf das Gewicht des Bindemittels) Toluolsulfonsäure (65>oige Lösung in Wasser) hergestellt. Das Vermählen wird fortgesetzt, bis eine gleichmäßige Verteilung der Säure auf dem Gemisch erreicht wird.
Das Bindemittel in dem Gemisch wird in Anteilen von 36 Teilen, 45 Teilen und 54 !'eilen bei den Tests ü-1, β-2 und ti—3 einge- j setzt. ,
Die Prooenbiscuits zur Ermittlung der Zugfestigkeit werden i nach dem in dem Beispiel 2 beschriebenen Verfahren hergestellt. ■ Die Ergebnisse werden in der Tabelle VII angegeben.
Tabelle VII
Test °,ί Bindemittel, Prüfstand- Zugfestigkeit (kp/cm )/Kratzhdfte
bezogen auf dauer (min) relative Feuchte relative Feu den Sand von 3Q yi von 35 A
8-1 1,2 36 23,2/84 1o,5/79 8-2 1,5 3o 24,3/86 1o,9/7ö Q-3 1_j^ 2J3 26.7/B8 12,o/82
909810/0663
Beispiel 9
Dieses Beispiel soll den Einfluß einer Verwendung verschiedener Silane in den Bindemitteln der Erfindung erläutern. Die verwendeten Silane sind A116o Dreidosilan (5o % in Methanol), Warenbezeichnung von Union Carbide Chemicals & Plastics'), ein gamma-Ureidopropyltriäthoxysilan, und A11oo, ein gamma-Aminopropyltriäthoxysilan (Handelsbezeichnung von Union Carbide Chemicals ά Plastics).
Das Bindemittel bei jedem entsprechenden Test wird durch gesondertes Vermischen nach dem Verfahren des Beispiels 1 von 65 Teilen Furfurylalkohol, 7 Teilen Ä'thylenglykol, 7 Teilen Areotex 581-Harnstoff-Pormaldehyd-Sirup, 21 Teilen der in der Tabelle VIII angegebenen Terate-Präparate und o,3 Teilen Silanzusatz. hergestellt.
Bei den Tests 9-1 bis 9-3 wird ΑΙΙ00 gamma-Aminopropyltriäthoxysilan dem Bindemittel zugegeben und für 1o Hinuten verrührt, um das Silan in dem Bindemittel vollständig zu verteilen. Bei den Tests 9-4 bis 9-6 wird A1160 Ureidosilan dem Bindemittel zugegeben und für 1o Hinuten verrührt. Bei den TestB 9-1 und 9-4 ist der Terate-Zusatz Terate 131.
Bei den Tests 9-2 und 9-5 ist das verwendete Terate Terate 2ö3i und bei den Tests 9-3.und 9-6 ist der Terate-Zusatz Terate 3o3.
909810/0668
283286S
- 26 -
Die Katalysator-Sand-Gemische werden nach dem in dem Beispiel 6 beschriebenen Verfahren hergestellt.
Dann werden aus 37f5 Teilen bestehende aliquote Mengen von jedem betreffenden Bindemittel zu jedem betreffenden Sand-Katalysator-Gemisch gegeben, und die erhaltenen Gemische werden gesondert vermählen. Hach gleichmäßiger Verteilung des Bindemittels auf dem Säure-katalysierten Sandgemisch werden die katalysierten und mit Bindemittel überzogenen Gemische dein Prüfstanddauertest und nach dem Härten dem Zugfestigkeitstest nach der in dem Beispiel 2 beschriebenen Methode unterworfen,,
Die in der !tabelle VIII angegebenen Zugfestigkeitswerte stellen in jedem Fall Mittelwerte von 6 Bestimmungen dar.
909 8 1.0/0GG8
VIII
Test Silan(o,3 Teile) Terate Prüfstand-,
dauer (min)
9-1
9-2
9-3
9-4
9-5
9-6
A-II00 Δ-11οο Α-ΙΙ00 A-1100 A-II60 A-1100
131 6o 12,5/50
2o3 37 26,o/61
5o3 5o 16,9/^1
131 55 29,9/62
2o3 ÖO 29,5/o5
3o3 65 2d,1/63
A-110G -
Plastics)
A-116o - üreidosilan (5o Plastics)
in :,6χηεαΐθ1
Zugfestigkeit (iqo/ciu )/ICr;:,tznarte relative Feuchte relative i'eucnte von 3o -i . von, 95 ο ■
5,6/57
19,3/63 12,7/cn-
2o,o/i37
(Hi:iaeldofe3eic_nunfe von Union jcrDiae Ohemiccls &
von Union Jaroiae Jnemicals ob
Terate 131 (HandelsDeaeicnnun^ von Hercules, Incorporated) enthält Ί ο Teile CJarbomethoxyldipjaenyi, 4 Teile JBenaylester der Toluatfa;-ilie und 45 Teile OarDOiuetnoxypolyphenyle.
Terate 2o3 (Handelsbezeicnnung von Hercules, Incorporated) ist das Uuesterungsprodukt von Diäthylen^ly—ol und Terate 1o1 (Handelsbeseicnnujit, von Hercules, Incorporated)0 Terate 1o1 enthält 5o Teile PolycarDomethoxyldiphenyl, 25 Teile Benzylester der Toluatfamilie und 35 Teile QarDome.thoxypolypnenyle. Terate 3o3 (Hanaelsoezeichnung, von Hercules, Incorporated) ist das ümesterungsprodukt von jithylengly-ol und Terate 131 (HandelsDezeicnnung von Hercules, Incorporated). . ■ .
2832863
- 3ο -
jeispiel Io
es L>eiüpieL erl mtert den .^I'for.. t uor 7erwaiiauao biuur ceL tiv Oroufu ι eaoe /u.rlu.L-.yicU.iconol in einem Jindemi ttel eier
Das .Bindemittel wird nacn eiern in dem Beispiel 1 beschriebenen Verfahren durcn Vermischen von Jo teilen Furfurylalkohol, 5 feilen .athylenglykol, 5 !'eilen Areotex 5d1 - iiexns tof f -.Formaldehyd (vrareuDeüeichnunfc, von American CycUiamid) und 1o Teile i'orate 2o'ö (vieirenoezeiciinurie!, von Hercules, Incorporeited) hergestellt, i'erate 2o3 ist ein Uiuesterun^sprodukfc von JJiäthylen- ^lykoL una i!or:..te iu1 (,Λ-renDeüeichnuno von ilercules, incorpo-L'.-cuii). Jer-.. üe I <_> 1 untii-il t ju j.'uile x'ülycc.rüui-ifatnoxyldiphenyle, 'cL'j 'L'eile jeuzjiVlOij üwl1 uor l'o LiU".ö L.^niliw una yj l'oilo (J.'.raone t polyphenyle. Dem Gemisch v/erd&n o,3 i'eiie Allou ureido&ilcii (ilandelsoeaeiciinunu von Union Jaroide 'jnemiorla ώ Plastics)
Da,s !Jand-Katfc-lysator-Gemisch wird nacn dem in dem Beispiel 2 oeschrieueneri Verf^üren hergestellt.
in doiu Jiuid-Jindeui DGbl-üüiiiiöCii i;jt d£.ü riindüiui t tel auf dem Jana in einem Anteil von l,2ii l'eilen, bezogen auf das Gewicht des Sands, vorhanden. Da3 Sand-Mndemittel-Geraisch hat eine Prüfstanddauer von tjo i-Iinuten. Bei der relativen i'euchte der Um-
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BAD ORIGINAL
2832888
gebung haben die nach der Methode des Beisjjiels 2 getesteten Probenbiscuits zur Ermittlung der Zugfestigkeit eine mittlere
Zugfestigkeit von 25 kp/cin , und bei einer relativen Feuchte
von 95 /6 beträgt die mittlere Zugfestigkeit 24,6 kp/cm .
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Claims (1)

  1. " - - Patentansprüche
    1. Gießereibindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß es enthält monomeren Ta.rfv.vylalkohol in einem Anteil von 45 bis einschließlich d5 %, ein aromatisches Ester-substi"tuiertes Diphenyl- und Polyphenylgemisch in einem Anteil von 5 bis einschließlich 5o >fi und einen xfeiteren Alkohol in einem Anteil von 2 bis einschließlich 15 jfe» wobei alle Prozentangaben Gev/ichtsprozente sind, bezogen auf das Gev/icht des BindemittelsP
    2. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Furfurylalkohol in einem .anteil von etwa 65 fö vorhanden ist
    ^„Bindemittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurofo äaü es außerdem einen Harnstoff-Foriftaldeiiyd^BestancLisil ia j einem Anteil von 0 bis 3o Gew»-ya beaogsa. auf das öewiokt ü&ß Bindemi ttel s j, enthalte
    BAD ORIGINAL
    ö o 9 81 ö / o 6 a a
    2632869
    4» Bindemittel naoh Anspruch 1g 2 oder 3S dadurch gekennzeichnet, daß das Ester-substituierte Phenylgemisch eine Mischung von Carbomethoxypolyphenyl und Polycarbomethoxydiphenyl enthält.
    5. Bindemittel nach Anspruch 4s dadurch gekennzeichnet» daß es Benzylester der Toluatfamilie enthält,
    6«, Bindemittel nach einem.der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet9 daß der !«/eitere Alkohol Äthylenglykol, Diäthylenglykol;, Isooctylalkohol8 Isobutylalkohol, Tetrahydrofurfurylalkoüol, Propylenglykolp Glycerin, Isopropylalkohol3 1-Propanolj Butandiol oder Pinacol ist»
    7„ Verfahren zur Herstellung von Gießereisandformen, dadurcn
    gekennzeichnet; daß man
    a„ Gießereisand und einen Katalysator aus einer starken Säure mit einem pKa-v/ert unter 2S3 zu einem Sand-Katalysator-Gemisch vermischts
    be das erhaltene Sand-Katalysator-Gemisch mit einem Bindeiiittel vermischtj> das monomeren Furfurylalkohol in einem Anteil von 45 bis einschließlich 85 %„ ein aromatisches Estersubstituiertes Diphenyl·= und Polyphenyl^emiscn in eineia Anteil von 5 bis einschließlich 5o ,-a und einen weiteren Alkohol in eir*.em Anteil von 2 bis einschließlich Λο ,, enthalt, wobei alle Probenύβ (fäv/icxifcsproaence sind, oezo0eu
    . auf das Gewicht des Bindemittels, und daß man das Bindemittel in einem Anteil von o,5 Ms 3 f0, bezogen auf das Gewicht des Sands, und den besagten Säure-Katalysator in einem Anteil ,von 1o "bis 75 %t bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, verwendet. ■
    8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bindemittel in einem Anteil von 1 bis einschließlich 1»52t und den Katalysator in einem Anteil von 2 bis einschließlich 60 Gew.-%t bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, verwendet.
    9. Verfahren anch Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Furfurylalkohol in jeinem Anteil von etwa 65 % enthält.
    10. Verfahren nach Anspruch 7» 8 oder 9, daduroh gekenng 8lohnet* daß das Bindemittel außerdem einen Harnstoff-Formaldehyd-Be-* standteil in einem Anteil von 0 bis 3o Gew.-%,bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, enthält.
    11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9» daduroh gekennzeichnet, daß das Ester-substituierte ©henylgemisoh eine Mischung von Carbomethoxypolyphenyl und Polyoarbomethoxydlphenyl enthält. ·
    009810/0669
    12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das i Bindemittel Benzylester der Toluatfamilie enthält.
    13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Alkohol Ä'thylenglykol, Diäthylenglykol, Isooctylalkohol, Isobutylalkohol, Tetrahydrofurfurylalkohol, Propylenglykol, Glycerin, Isopropylalkohol, 1-Propanol, Butandiol oder Pinacol ist.
    0981D/066B
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