DE3402255A1 - Binder medium for foundry moulding sands - Google Patents
Binder medium for foundry moulding sandsInfo
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Abstract
Description
Bindemittel für GießereiformsandeBinder for foundry molding sands
Die Erfindung gemäß Hauptanmeldung P 33 05 361 betrifft polymere Bindemittel für wärmeaushärtende Gießereiformsande auf Acrylatbasis gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.The invention according to main application P 33 05 361 relates to polymeric binders for thermosetting foundry molding sands based on acrylate according to the generic term des Claim.
Die vorliegende Erfindung bezweckt eine weitere Ausgestaltung der polymeren Bindemittel gemäß der Hauptanmeldung unter Verwendung von nichtradikalis.ch vernetzungsfähigen, radikalisch polymerisierbaren, funktionellen Monomeren, die durch Reaktion untereinander oder über multifunktionelle, nichtradikalische Vernetzungsreagentien bei Temperaturen oberhalb +oOOC zur Vernetzung befähigt sind (als Bindemittel der copolymerisierenden Monomeren B)) in solchen Mengen, daß der Gesamtanteil der vernetzenden Agentien 0,3 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 20 Gew.-, bezogen auf das Copolymerisat P ausmacht.The present invention aims at a further embodiment of the polymeric binders according to the main application using nichtradikalis.ch crosslinkable, radically polymerizable, functional monomers that by reaction with one another or via multifunctional, non-radical crosslinking reagents are capable of crosslinking at temperatures above + oOOC (as a binder of copolymerizing monomers B)) in such amounts that the total proportion of crosslinking Agents 0.3 to 30% by weight, preferably 0.5 to 20% by weight, based on the copolymer P matters.
Derartige nichtradikalisch vernetzende Monomere sind an sich bekannt. Die Vernetzung kann z.B. über eine Kondensationsreaktion (unter Eliminierung von Wasser, Amin, Formaldehyd), oder Addition (nucleophiler Reste z.B. an eine Epoxid- oder Isocyanat-Funktion) bewirkt werden.Such non-free-radically crosslinking monomers are known per se. The crosslinking can e.g. via a condensation reaction (with elimination of Water, amine, formaldehyde), or addition (nucleophilic residues e.g. to an epoxy or isocyanate function).
Im Hinblick auf die vorgesehene Anwendung für wärmeaushärtende Gießereifomnsande soll die Vernetzung erst oberhalb 600C eintreten. Die erfindungsgemäß als nicht radikalisch vernetzungsfähige funktionelle Monomere in Frage kommenden Monomeren umfassen somit neben den im Hauptpatentgesuch genannten Acryl- und Methacrylsäureestern, -amiden Gruppen der Copolymerisate B) und den Carbonsäuren der Formel I des Hauptpatentgesuchs, solche radikalisch polymerisierbaren Monomeren, die eine der Vernetzungsreaktion zugängliche Hydroxy-, Epoxy-, N-Methylolamido-Gruppe und geeignete Derivate derselben enthalten.With regard to the intended application for thermosetting foundry sands networking should only occur above 600C. According to the invention as not radically crosslinkable functional monomers eligible monomers thus include, in addition to the acrylic and methacrylic acid esters mentioned in the main patent application, - amide groups of the copolymers B) and the carboxylic acids of the formula I of the main patent application, those radically polymerizable Monomers involved in the crosslinking reaction accessible hydroxy, epoxy, N-methylolamido groups and suitable derivatives thereof contain.
Als geeignete Derivate der N-Methylolacryl- und Methacrylamide seien insbesondere die mit Aminen, Amiden und insbesondere Alkoholen (vgl. H. Rauch-Puntigam, T. Völker, "Acryl- und Methacrylverbindungen1,, Springer-Verlag, Berlin, 1967, S. 79ff) gebildeten erwatmt. Die N-Methyloläther können beispielsweise gemäß US-P 2 866 770 hergestellt werden. Die nichtradikalisch vernetzungsfähigen, funktionellen Monomeren sind vorzugsweise Derivate der Acryl- und/oder der Methacrylsäure; sie entsprechen vorzugsweise der Formel I worin R' Wasserstoff oder Methyl und A einen Rest wobei R" für einen gegebenenfalls ungesättigten Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen oder eine andere verkappte Methylolverbindung steht, oder einen Rest -Q-B-Z wobei Q für Sauerstoff oder einen Rest -R", worin R" die obige Bedeutung besitzt, B für eine gegebenenfalls verzweigte Kohlenwasserstoffbrücke mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen und Z für eine Hydroxy- oder eine Gruppe oder eine Gruppe -N'''H, worin R"' für Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen steht, bedeutet.Suitable derivatives of N-methylolacrylamides and methacrylamides are in particular those with amines, amides and especially alcohols (cf. H. Rauch-Puntigam, T. Völker, "Acryl- und Methacrylverbindungen1 ,, Springer-Verlag, Berlin, 1967, p. The N-methylol ethers can be prepared, for example, in accordance with US Pat. No. 2 866 770. The functional monomers which cannot be crosslinked by free radicals are preferably derivatives of acrylic and / or methacrylic acid; wherein R 'is hydrogen or methyl and A is a radical where R "stands for an optionally unsaturated alkyl radical having 1 to 8 carbon atoms or another blocked methylol compound, or a radical -QBZ where Q stands for oxygen or a radical -R", where R "has the above meaning, B for an optionally branched hydrocarbon bridge with 2 to 8 carbon atoms and Z for a hydroxy or a group or a group -N '''H, in which R''' is hydrogen or an alkyl radical having 1 to 6 carbon atoms.
Voraussetzung für die Vernetzung unter den angegebenen Bedingungen ist selbstverständlich, daß jeweils wenigstens zwei Partner, davon mindestens einer in Form des nichtradikalisch vernetzungsfähigen, funktionellen Monomeren innerhalb des Copolymerisats P vorliegen, die ab 600C mittels einer Kondensations-, oder Additionsreaktion eine Vernetzung der .Polymeren bewirken.Prerequisite for networking under the specified conditions It goes without saying that at least two partners, at least one of them in the form of the functional monomer which cannot be crosslinked by free radicals within of Copolymer P are present, which from 600C by means of a condensation or addition reaction cause crosslinking of the polymers.
Als zweiter und weiterer Partner kann dann ein an sich bekanntes multifunktionelles, nichtradikalisches Vernetzungsreagenz, das mindestens zwei Hydroxy-, Amino-, Epoxy- oder geblockte Isocyanatogruppen im Molekül enthält, angewendet werden. In der Regel sind die genannten funktionellen Gruppen auf einer abstandhaltenden Kohlenwasserstoffkette mit mindestens 2 und bis zu 20 Kohlenstoffatomen fixiert, wobei die Zahl der funktionellen Gruppen höchstens gleich der Zahl der Ketten-Kohlenstoffatome ist. Somit liegt das Molgewicht der multifunktionellen, nichtradikalischen Vernetzungsreagentien vorzugsweise unterhalb 1000.A well-known multifunctional, non-radical crosslinking reagent that contains at least two hydroxy, amino, epoxy or contains blocked isocyanato groups in the molecule. Usually are the functional groups mentioned on a spacing hydrocarbon chain with at least 2 and up to 20 carbon atoms fixed, the number of functional Groups is at most equal to the number of chain carbon atoms. So that lies Molecular weight of the multifunctional, non-radical crosslinking reagents are preferred below 1000.
Als Richtwert kann davon ausgegangen werden, daß die vernetzungsfähigen Partner im Verhältnis 10 : 1 bis vorzugsweise 1 : 1 vorliegen.As a guideline, it can be assumed that the networkable Partner in a ratio of 10: 1 to preferably 1: 1.
Die erfindungsgemäß einzusetzenden, nichtradikalisch vernetzungsfähigen, funktionellen Monomeren der vorliegenden Erfindung werden technisch als Bestandteil der Komponente B) des Copolymerisats P gemäß Hauptpatentgesuch behandelt, d.h.The inventively to be used, non-radically crosslinkable, functional monomers of the present invention are technically used as an ingredient the component B) of the copolymer P treated according to the main patent application, i.e.
die Herstellung der wäßrigen Dispersion der Copolymerisate P kann, wie im Hauptpatentgesuch beschrieben, vorgenommen werden.the preparation of the aqueous dispersion of the copolymers P can, as described in the main patent application.
Auch die Herstellung des gebrauchsfertigen Formsandgemisches, sowie die Herstellung eines Gießereiformkörpers, sowie die endgültige Herstellung eines Gußstücks aus Metall können in Übereinstimmung mit den Beispielen 2-4 des Hauptpatentgesuchs vorgenommen werden.Also the production of the ready-to-use molding sand mixture, as well the production of a foundry molded body, as well as the final production of one Metal casting can in accordance with Examples 2-4 of the main patent application be made.
Die multifunktionellen, nichtradikalischen Vernetzungsreagentien mit mindestens zwei Isocyanato-Gruppen im Molekül, werden vorzugsweise als "geblockte" Isocyanatverbindungen angewendet. Dazu gehören insbesondere die Additionsprodukte von Diisocyanaten mit Polyolen, beispielsweise von 2,4 bzw.The multifunctional, non-radical crosslinking reagents with at least two isocyanato groups in the molecule, are preferably called "blocked" Isocyanate compounds applied. These include in particular the addition products of diisocyanates with polyols, for example of 2.4 or
bis 2,6-Toluylendiisocyanat mit einem dreiwertigen Alkohol, beispielsweise CH3CH2C(CH20H)3, die mit Phenol zu den Phenylurethanen reagieren.to 2,6-tolylene diisocyanate with a trihydric alcohol, for example CH3CH2C (CH20H) 3, which react with phenol to form the phenyl urethanes.
Derartige Produkte sind z.B. unter der Bezeichnung DESMODUR (Bayer AG) in; Handel Die erfindungsgemäß hauptsächlich in Betracht zu ziehenden Kondensations- bzw. Additionsreaktionen umfassen vorzugsweise die folgenden Reaktanten bzw. funktionellen Einheiten: am Monomeren: am multifunktionellen nichtradikalischen Vernetzungsreagenz: a) - COOR e) HOCH R = Alkyl b) - COOH f) HO - CH2 -c) - CH2OH h) Verkapptes (geblocktes) Poly -Isocyanat wobei insbesondere die Reaktionsweisen a) mit c), d), e), f), g) oder b) mit c), d), e), f), g), h) oder d) mit e), f), g), h) zur Vernetzung beitragen können.Such products are, for example, under the name DESMODUR (Bayer AG) in; Trade The condensation or addition reactions to be considered mainly according to the invention preferably comprise the following reactants or functional units: on monomers: on multifunctional non-radical crosslinking reagent: a) - COOR e) HOCH R = alkyl b) - COOH f) HO - CH2 -c) - CH2OH h) Blocked (blocked) poly-isocyanate wherein in particular the reaction modes a) with c), d), e), f), g) or b) with c), d), e), f), g), h ) or d) can contribute to networking with e), f), g), h).
Für eine effektive Vernetzung ist das Vorhandensein gleichmolarer Mengen an beiden Reaktionspartnern bekanntlich nicht unbedingt erforderlich. In der Regel sind die Partner für die Vernetzungsreaktion im molaren Verhältnis 1 : 1 bis 1 : 20 vorhanden.For effective networking, the presence is more evenly molar As is known, amounts of both reactants are not absolutely necessary. In As a rule, the partners for the crosslinking reaction are in a molar ratio of 1: 1 to 1:20 available.
Als Vertreter der multifunktionellen Vernetzungsreagentien seien z.B. genannt Polyepoxyverbindungen wie z.B. BisphenolA-Epichlorhydrin-Epoxiharze (wie z.B. EPIKOTE 1001# der Shell Chemie, verkappte Polyisocyanate (z.B. DESMODUR A p der Bayer AG), Polyole wie z.B. Polyethylenglykole' Polyether- und Polvesterglykole, aber auch niedermolekulare Vertreter wie Inosit, Trimeth.ylolpropan [1,1, 1-Tris (hydroxymethyl) propan].As representatives of the multifunctional crosslinking reagents, e.g. called polyepoxy compounds such as bisphenol A epichlorohydrin epoxy resins (such as e.g. EPIKOTE 1001 # from Shell Chemie, blocked polyisocyanates (e.g. DESMODUR A p from Bayer AG), polyols such as polyethylene glycols, polyether and poly eve glycols, but also low molecular weight representatives such as inositol, trimeth.ylolpropane [1,1, 1-tris (hydroxymethyl) propane].
Beispiel 1 In einem mit Rückflußkühler, Rührwerk und Zulaufgefäß versehenen Witt'schen Topf werden bei 800C 4,2 g Ammoniumperoxodisulfat und 1,05 g Natriumlaurylsulfat in 4300 g dest.Example 1 In one provided with a reflux condenser, stirrer and feed vessel Witt's pot is at 800C 4.2 g of ammonium peroxodisulfate and 1.05 g of sodium lauryl sulfate in 4300 g dist.
Wasser gelöst.Dissolved in water.
In diese Lösung wird unter Rühren bei 800C innerhalb von 4 Stunden eine zuvor aus 900 g Methacrylsäure 360 g Ethylacrylat 360 g Methylmethacrylat 180 g Hydroxyethylacrylat 42 g Polyoxyethylen-Sorbitan-Monooleat und 3,6 g 2-Ethylhexylthioglykolat hergestellte Monomeren-Enulgatormischung zugetropft und anschließend 2 Std. bei 800C gehalten.This solution is stirred at 80 ° C. within 4 hours a previously made from 900 g methacrylic acid 360 g ethyl acrylate 360 g methyl methacrylate 180 g of hydroxyethyl acrylate, 42 g of polyoxyethylene sorbitan monooleate and 3.6 g of 2-ethylhexyl thioglycolate produced monomer-enulsifier mixture was added dropwise and then 2 hours at 800C held.
Nach Abkühlen auf Raumtemperatur Filtration über ein feinmaschiges Siebgewebe aus rostfreiem Stahl.After cooling to room temperature, filtration through a fine-meshed Screen mesh made of stainless steel.
Die niedrigviskose Dispersion hat einen Trockengehalt von 30 %.The low-viscosity dispersion has a dry content of 30%.
Beispiel 2 Man verfährt wie bei Beispiel 1.Example 2 Proceed as in Example 1.
Vorlage: 4,2 g Ammoniumperoxodisulfat 1,05 g Natriumlaurylsulfat 4250 g dest. Wasser Zulauf: 900 g Methacrylsäure 504 g Ethylacrylat 306 g Methylmethacrylat 90 g N-Methylolmethacrylamid 3,6 g 2-Ethylhexylthioglykolat 42 g Polyoxyethylen-Sorbitan-Monooleat 60 g dest. Wasser Es resultiert eine niedrigviskose Dispersion mit einem Trockengehalt von ca. 30 %.Submission: 4.2 g ammonium peroxodisulfate 1.05 g sodium lauryl sulfate 4250 g least water Feed: 900 g methacrylic acid 504 g ethyl acrylate 306 g methyl methacrylate 90 g N-methylol methacrylamide 3.6 g 2-ethylhexyl thioglycolate 42 g polyoxyethylene sorbitan monooleate 60 g dist. Water The result is a low viscosity Dispersion with a dry content of approx. 30%.
Beispiel 3 Man verfährt wie in Beispiel 2, jedoch werden anstelle von 90 g N-Methylolmethacrylamid, 90 g N-Butoxymethylmethacrylamid eingesetzt.Example 3 The procedure is as in Example 2, but instead of 90 g of N-methylol methacrylamide and 90 g of N-butoxymethyl methacrylamide were used.
Es resultiert eine niedrigviskose Dispersion mit einem Trockengehalt von ca. 30 %.The result is a low-viscosity dispersion with a dry content of approx. 30%.
Beispiel 4 Herstellung des gebrauchsfertigen Formsandgemisches Bei Raumtemperatur werden in einem Zwangsmischer 97 kg Gießereiform-Quarzsand mit 3 Gew.-T. einer wäßrigen Acrylharzdispersion, enthaltend 30 % des Copolymerisats P nach den Beispielen 1, 2 oder 3 gemischt. Es wird auf diese Weise ein gebrauchsfertiges, genügend rieselfähiges Gießerei-Formsandgemisch erhalten.Example 4 Preparation of the ready-to-use molding sand mixture Bei 97 kg of foundry mold quartz sand with 3 Parts by weight an aqueous acrylic resin dispersion containing 30% of the copolymer P mixed according to Examples 1, 2 or 3. In this way it becomes a ready-to-use, get enough pourable foundry molding sand mixture.
Beispiel 5 Herstellung eines Gießereiformkörpers (hier Gießereikern) aus dem Gemischgefäß nach Beispiel 4.Example 5 Production of a foundry body (here foundry core) from the mixing vessel according to Example 4.
In eine Eiserform, die eine Temperatur von 150 - 2000C aufweist, wird das Formsandgemisch gemäß Beispiel 4 mittels Druckluft "eingeschossen". Die gefüllte Form wird etwa 0,5 bis 3 Minuten auf oben genannte Temperatur gehalten. Danach wird die Form heiß geöffnet und der Gießereikern entnommen.In an Eiserform, which has a temperature of 150-2000C, is the molding sand mixture according to Example 4 "shot in" by means of compressed air. The filled The mold is held at the above-mentioned temperature for about 0.5 to 3 minutes. After that, will the mold opened while hot and the foundry core removed.
Er ist vollkommen stabil, formtreu und manipulierbar.It is completely stable, true to shape and can be manipulated.
Beispiel 6 Herstellung eines GuRstückes aus Metall In eine Kastenform für den Eisenguß wird der Formkörper gemäß Beispiel 3 eingebracht und fixiert. Der Guß wird in Eisen ausgeführt. Nach Erkalten resultiert ein Metallgußstück mit einem Hohlraum mit den Maßen des Kernes gemäß Beispiel 3. Der Kern ist vollkommen zerfallen. Es trat beim Kontakt mit dem flüssigen Eisen keine Gasbildung auf. Das Gußteil war praktisch porenfrei.EXAMPLE 6 Production of a GuR piece from metal In a box shape for iron casting, the molded body according to Example 3 is introduced and fixed. Of the Casting is done in iron. After cooling, a metal casting results with a Cavity with the dimensions of the core according to Example 3. The core has completely disintegrated. No gas formation occurred on contact with the liquid iron. The casting was practically pore-free.
Beispiel 7 Formsandherstellung unter Anwendung multifunktioneller, n ichtrad ikal ischer Vernetzer 3 kg trockener Quarzsand zur Herstellung von Gießereiformen werden mit 3 g (0,1 Gew.-%) eines feingepulverten (Teilchengröße ca. 20 vm ), festen Epoxiharzes (festes BisphenolA-Epichlorhydrin-Epoxiharz/Epoxid-Aquivalentgewicht 450 - 500 gt Viskosität bei 250C, 1,2 - 1,7 Poise, Erweichungstemperatur: 50 - 700C, Fandelsprodukt EPIKOTE 100'(R)der Shell Chemie) mit Hilfe eines Zwangsmischers bei Raumtemperatur innig vermischt. Anschließend werden 90 g ( = 3 Gew.-%) einer wäßrigen Dispersion gemäß Beispiel 1 oder Beispiel 1 des Hauptpatentgesuchs homogen untergemischt.Example 7 Molding sand production using multifunctional, non-radical crosslinker 3 kg dry quartz sand for the production of foundry molds are with 3 g (0.1 wt .-%) of a finely powdered (particle size approx. 20 µm), solid Epoxy resin (solid bisphenol A-epichlorohydrin-epoxy resin / epoxy equivalent weight 450 - 500 gt Viscosity at 250C, 1.2 - 1.7 poise, softening temperature: 50 - 700C, trade product EPIKOTE 100 '(R) from Shell Chemie) with the help of a compulsory mixer intimately mixed at room temperature. Then 90 g (= 3 wt .-%) of one aqueous dispersion according to Example 1 or Example 1 of the main patent application homogeneous mixed in.
In eine Eisenform, die eine Temperatur von 150 - 2000C aufweist, wird das Formsandgemisch mittels Druckluft eingeschossen. Die so gefüllte Form wird ca. 0,5 - 3 Minuten bei der oben gennanten Temperatur gehalten. Danach wird die Form heiß geöffnet und der Gießereikern entnommen. Er ist vollkommen stabil, formtreu und manipulierbar.In an iron mold that has a temperature of 150-2000C the molding sand mixture shot in using compressed air. The form filled in this way will be approx. Maintained at the above mentioned temperature for 0.5 - 3 minutes. After that the shape opened hot and removed from the foundry core. It is completely stable, true to shape and manipulable.
Beispiel 8 Es wird wie im vorstehenden Beispiel verfahren, außer daß an Stelle des Epoxiharzes ein geblocktes, festes Isocyanat (Produkt DESMODUR A g stabil, der Bayer AG s.oben) eingesetzt wird.Example 8 Proceed as in the previous example, except that Instead of the epoxy resin, a blocked, solid isocyanate (product DESMODUR A g stable, from Bayer AG, see above) is used.
Man erhält ebenfalls stabile, formtreue und manipulierbare Formkerne.Stable, dimensionally accurate and manipulable mold cores are also obtained.
Claims (6)
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1985
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