DE69734315T2

DE69734315T2 - Bindemittel für giessformen und kerne

Info

Publication number: DE69734315T2
Application number: DE69734315T
Authority: DE
Inventors: K. Calvin JOHNSON; Kwok-Tuen Tse; S. Leonid ZARETSKIY; Brian E. Algar
Original assignee: Hexion Specialty Chemicals Inc
Current assignee: Hexion Inc
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2017-05-24
Also published as: AU3074297A; NO324093B1; EP0907619A4; ES2251024T3; AR008246A1; BR9710858A; WO1997049646A1; TR199802682T2; CA2257545C; IL127412A0; EP0907619B1; DE69734315D1; ATE305909T1; US6299677B1; EP0907619A1; JP2000513272A; AU717229B2; JP4315470B2; MY119185A; NO985752L

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen „nicht wärmegehärtete" anorganische Bindemittelsysteme für teilchenförmiges Material mit besonderer Verwendbarkeit bei der Herstellung von Formen, Kernen, Formkernen für Kunststoffgießformen oder anderen Formen, die für die Herstellung von Metall- und Nichtmetallteilen verwendet werden können.
Hintergrund der Erfindung
Bindemittel oder Bindemittelsysteme für Gießereikerne und -formen sind gut bekannt. Auf dem Gießereifachgebiet werden Kerne und Formen zur Herstellung von Metallgießlingen normalerweise aus einem Gemisch eines Zuschlagstoffmaterials, wie Sand, und einer bindenden Menge eines Bindemittelsystems hergestellt. Organische und anorganische Systeme werden gegenwärtig als Bindemittel in Gießformen aus einem Gemisch, das ein Zuschlagstoffmaterial, wie Sand, enthält, verwendet. Typischerweise wird das erhaltene Gemisch, nachdem das Zuschlagstoffmaterial und Bindemittel vermischt wurden, gestampft, geblasen oder anders zu der gewünschten Gestalt oder Mustern geformt und dann unter der Anwendung von Katalysator und/oder Wärme zu einem festen, gehärteten Zustand gehärtet.
In der Gießereiindustrie ist das Bindemittel typischerweise etwa 0,4 bis etwa 6 Gewichtsprozent von dem beschichteten Teilchen. Solche mit Bindemittel beschichteten Gießereiteilchenstoffe haben eine Teilchengröße im Bereich von USA Standard Testsiebzahlen von 16 bis 270 (d.h. eine Sieböffnung von 0,0469 inch bis 0,0021 inch; 0,2 bis 0,008 mm).
Typischerweise sind die teilchenförmigen Substrate für Gießanwendung granulärer, feuerfester Zuschlagstoff. Beispiele für feuerfeste Zuschlagstoffe schließen Siliziumdioxidsand, Chromitsand, Zirkoniumoxidsand, Olivinsand, usw. und Gemische davon ein. Für die Zwecke der Offenbarung der vorliegenden Erfindung werden solche Materialien als ein „Sand" oder „Gießereisand" bezeichnet.
Ungeachtet der Art des organischen Bindemittelsystems wird das zum Herstellen der gewünschten Formen verwendete organische Bindemittel während des Härtens und/oder Ausbrennens bei Metallgießtemperaturen flüchtig werden. Solche Verfahren erzeugen Rauch, Gerüche und zusätzliche unerwünschte und schädliche Emissionen, was dazu führen kann, dass man entsprechende örtliche und zentrale staatliche Vorgaben erfüllen muss. Ein weiterer Nachteil von organischen Bindemittelsystemen ist deren relativ kurze Lebensdauer. Um die Nachteile der organischen Systeme zu überwinden, wenden einige Gießereien anorganische Bindemittelsysteme an. Eine Art von anorganischem Bindemittel, die vielfach angewendet wird, ist eine wässrige Lösung eines Silikats, wie Natriumsilikat; d.h. Wasserglas (siehe US-Patent Nr. 4 226 277). Die Lösung enthält gewöhnlich 40-50 Gewichtsprozent eines Natriumsilikats mit einem Gewichtsverhältnis von SiO₂:Na₂O von 2,0:1 bis 3,2:1.
GB-A-1 429 803 betrifft ein Verfahren für die Herstellung von Silikatschäumen. WO-A-95/15229 betrifft die Verwendung von Lösungen von Natriumsilikat als ein Gießereibindemittel. EP-A-O 472 394 betrifft Gießereisandzusammensetzungen des zur Bildung von selbst härtenden Sandkernen und Formen zur Verwendung beim Metallgießen verwendeten Typs. DE-A-2856267 betrifft Bindemittel für Gießereikerne und Formen in Form von wässrigen Lösungen für Alkalisilikate. US-A-2 682 092 betrifft das Gießen von Metallen und die Behandlung von Formen zum Metallgießen. GB-A-1 283 301 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gießkernen und/oder -formen.
US-Patent Nr. 4 504 314 offenbart Vermischen von Alkalimetallsilikat, glycosylierten mehrwertigen Alkoholen und gegebenenfalls einem Oxyanionensalz mit Sand, und das erhaltene Gemisch wird zu einer Form oder zu einem Kern gegossen. Nach Herstellung wird dann Kohlendioxidgas durch die Form oder den Kern geblasen. Auf Grund der chemischen Reaktion zwischen dem Natriumsilikat und dem Kohlendioxid wird eine gebundene Form oder ein Kern gebildet.
In einem weiteren Verfahren, das als selbst härtendes Silikatverfahren betrachtet wird (oder das „Nicht-Wärmehärtungs"-Verfahren), beschrieben von Highfield et al., „The Mechanism, Control and Application of Self-Setting Sodium Silicate Binder Systems", AFS Transactions (1982) Band 90, Seiten 201-214, wird Härten (curing) oder Härten (hardening) der Silikatform durch Zusatz von organischen Estern als Katalysatoren in dem teilchenförmigen Gemisch ausgeführt.
US-Patent Nr. 4 416 694 offenbart eine Gießereisandzusammensetzung, die teilchenförmigen Sand, wässriges Natriumsilikat als Bindemittel und Alkylencarbonat als Härter umfasst.
US-Patent Nr. 4 983 218 offenbart, dass wässrige Lösungen von Alkalimetallsilikat unter Anwendung von Gemischen von Alkylencarbonaten und aliphatischen Alkoholen, wie Alkylendiolen, Polyalkylenglycolen, oder Hydroxyalkylethern gehärtet werden.
Obwohl die bindenden Eigenschaften der Silikate im Allgemeinen befriedigend sind, zeigen sie, wenn mit organischen Systemen verglichen, geringes Fließvermögen des Bindemittel/Zuschlagstoffgemisches auf Grund der hohen Viskosität des Silikats und relativ hohen Bindemittelanteile, die für hinreichende Festigkeit gefordert sind. Wenn zusätzlich Metallhärtungs- oder Gießtemperaturen unterzogen, werden die Silikate in der Regel miteinander verschmelzen, was es schwierig macht, die verbundenen Formen der Gießlinge durch mechanische Ausschlagverfahren zu entfernen. Den miteinander verschmolzenen Formen mangelt es somit an Wasserlöslichkeit, was deren Entfernung oder Auflösung durch Dispergieren in Wasser verhindert.
Ein zweites anorganisches System, das eine wässrige Lösung eines Polyphosphatglases umfasst, wird in WO 92/06808 offenbart. Diese Bindemittel, wenn gehärtet, zeigen befriedigende Festigkeit, ausgezeichnete Rehydratation und Zerfall der Zuschlagstoffform, nachdem Metallgießtemperaturen ausgesetzt wurde. Die Nachteile dieses Bindemittelsystems schließen ein: schlechte Feuchtigkeitsbeständigkeit, Erweichen des Zuschlagstoffsystems bei hohen Temperaturen, was deren Verwendung in Eisenlegierungsanwendungen beschränkt; und, wenn verglichen mit den organischen Bindemitteln, geringes Fließvermögen des Zuschlagstoffs, auf Grund relativ hoher Bindemittelanteile, die für hinreichende Festigkeiten erforderlich sind.
Ein drittes anorganisches System ist bekannt, das mit einem Hauptanteil von einem fein verteilten, feuerfesten Material, gemischt mit einem geringen Anteil eines trockenen Phosphats, zu dem anschließend ein geringer Anteil eines wässrigen Alkalimetallsilikats, wie in US-Patent Nr. 2 895 838 offenbart, gegeben wird, umfasst, um mit Gas härtbare Formen herzustellen. Diese Zusammensetzung wird chemisch mit einem gasförmigen Mittel, wie Kohlendioxid, umgesetzt, um die Zusammensetzung durch Umsetzen des Bindemittels mit einem Alkalimetallcarbonat, das beim Härten des anorganischen Systems mit Kohlendioxid gebildet wird, zu härten.
Ein weiteres bekanntes anorganisches Bindemittelsystem, das eine Kombination von Silikat und Polyphosphat einschließt, wird in der Arbeit von D.M. Kukuj et al., „Modification of Waterglass with Phosphorus Containing Inorganic Polymers" (anschließend „Kukuj et al.") offenbart. Das Verfahren zum Herstellen dieses Bindemittels beinhaltet Verarbeiten des Silikats und Polyphosphats bei höheren Temperaturen und Drücken als die Umgebung in einem Autoklaven, um eine chemische Reaktion der anorganischen Polymere zu veranlassen. Das Bindemittel wurde dann auf Sand aufgetragen und wurde unter Anwendung von CO₂ bei Umgebungstemperaturen gehärtet. Durch diese Arbeit konnte nur ein kleiner Anteil Polyphosphat in die Bindemittelherstellung eingearbeitet werden. Zusätzlich fanden Kukuj et al., dass das maximal feste System nur 5% Polyphosphatmodifizierungsmittel aufwies und die Festigkeit dramatisch abfiel, wenn das Bindemittel mehr als 7% Polyphosphat enthielt. Kukuj et al. fanden auch, dass kleine Zusätze von Polyphosphat in deren Bindemittel (etwa 1 bis 3%) eine dramatische Erhöhung der Viskosität des Bindemittels vor seiner Zugabe zu Zuschlagstoff verursachte. Somit schließen die Mängel dieses Systems ein: Hochtemperatur- und Hochdruckverarbeiten, das erforderlich ist, um das Bindemittel herzustellen; Bildung von neuen chemischen Verbindungen mit hoher Viskosität und geringerem Fließvermögen des Bindemittel/Zuschlagstoffsystems. Auch war, wie US-Patent Nr. 2 895 838, chemische Wechselwirkung des Bindemittelsystems mit dem Kohlendioxid enthaltenden Gas notwendig, um das System zu härten.
Kurzdarstellung der Erfindung
Es ist eine Hauptaufgabe der Erfindung, neue Bindemittelsysteme als ein Substitut für organische und anorganische Bindemittelsysteme, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, bereitzustellen.
Die Erfinder haben ausgedehnte Studien an Silikat/Phosphat/Katalysatorsystemen durchgeführt, und sie haben unerwartete Ergebnisse im Hinblick auf die in US-Patent Nr. 2 895 838 und von Kukuj et al. offenbarten Ergebnisse erreicht. Die Erfinder haben erfahren, dass bestimmte Siliziumdioxid/Soda-Verhältnisse zum Erreichen von anwendbaren Produkten vorteilhaft sind. Die Erfinder haben auch erfahren, dass die Anwendung von bestimmten Katalysatoren in dem „Nicht-Wärmehärtungs"-Verfahren dem Verfahren überlegene Flexibilität verleiht, damit nützliche Produkte erzielt werden, sodass die Bindemittelsysteme der vorliegenden Erfindung weder auf enge Siliziumdioxid/Soda-Verhältnisse, noch Silikat/Phosphat-Verhältnisse, begrenzt sind, sondern über einen breiten Verhältnisbereich wirksam sind.
Die neuen anorganischen Bindemittel- und Zuschlagstoffsysteme verschmelzen weder miteinander, noch erweichen sie bei hoher Temperatur, beispielsweise 500°C. Sie sind mit feuerfesten und Gießereisanden, die als Gießereiformen oder -kerne, in Kontakt mit geschmolzenem Metall, einschließlich Eisenmetallgießverfahren, angewendet werden, verwendbar. Darüber hinaus erzeugen die Bindemittelsysteme der vorliegenden Erfindung gute Festigkeitseigenschaften in Formen aus Zuschlagstoff, der mit dem Bindemittel der Erfindung gebunden ist. Die vorliegende Erfindung stellt vorteilhafterweise Bindemittel für Zuschlagstoff bereit, um Formen und Kerne zu erzielen, die nach Aussetzen einer Temperatur von bis zu 1400°C, beispielsweise Aussetzen der Temperatur im Bereich von 500 bis 1200°C, in Wasser zusammenfallen.
Die Phosphate können in situ, in Gegenwart von anderen Bestandteilen, beispielsweise Silikat und/oder Zuschlagstoff, durch Zusatz einer Phosphorsäure und Base, beispielsweise Natriumhydroxid, hergestellt und aus einem Phosphat in ein anderes in situ, durch Zusatz von Säure oder Base, umgewandelt werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bindemittelsystem herzustellen, das, wenn mit einem teilchenförmigen Material vermischt, verwendet werden kann, um anwendbare Formen mit befriedigenden Handhabungs- und Verarbeitungseigenschaften herzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Silikat-, Phosphat- und Katalysator enthaltende Bindemittelzusammensetzung herzustellen, die durch das „Nicht-Wärmehärtungs"-Verfahren härtbar ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung von Bindemittelzusammensetzungen, die Katalysator, Silikat und Phosphat enthält, herzustellen, welche, wenn mit einem teilchenförmigen Material vermischt, verwendet werden kann, um nutzbare Formen herzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Silikatbindemittelsystem herzustellen, das Phosphate und Katalysator für Metall-, beispielsweise Eisengießen, enthält.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Silikatbindemittelsystem herzustellen, das Phosphate und Katalysator für Nicht-Eisen- und Nicht-Metall-Formen enthält.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung von Bindemittelzusammensetzungen herzustellen, die Phosphat, Silikat und Katalysator für geformte Zuschlagstoffgießformen enthält, die nach Aussetzen der Gießtemperaturen von geschmolzenem Metall zum leichten Entfernen von geformter Gießform gute Ausschlage- oder In-Wasserzusammenfalleigenschaften zeigt.
Andere Aufgaben der Erfindung sind das Bereitstellen von Verfahren zur Herstellung und Verfahren zur Anwendung von neuen Bindemittelsystemen der Erfindung, um Probleme zu überwinden, die mit dem Stand der Technik verbunden sind, und um nützliche gehärtete Gießformen zu bilden, die als geschmolzenes Polymer und Metall kontaktierende Oberflächen, einschließlich Gieß- und Spritzformen, Gießereiformen, Kerne und Formkerne für Kunststoffgießformen, geeignet sind.
Diese und andere Gegenstände der Erfindung werden nach der Betrachtung der nachstehenden Beschreibungen und Beispiele deutlich.
Beschreibung der Erfindung im Einzelnen
Die Erfinder haben gefunden, dass anorganische Bindemittelsysteme, die aus Silikaten und Phosphaten zusammengesetzt sind, zum Binden von teilchenförmigem Material bei der Herstellung von beispielsweise Kernen, Formen, Formkernen für Kunststoffgießformen, Spanplatten, Kunststoffzusammensetzungen, Briketts, und dem Binden von anderen Formen, zur Erzeugung von Formen mit guter Festigkeit, mit verbesserter Zusammenfalleigenschaft und Löslichkeit in Wasser, sehr vielseitig sind. Die Erfinder haben gefunden, dass eine Vielzahl von Variablen in dem anorganischen Bindemittelsystem so eingestellt werden kann, dass ein Formulierer ein Produkt, welches ein Kunde benötigt, zuschneiden kann. Beispielsweise kann der Formulierer leicht relative Mengen von Silikat und Phosphat einstellen, um die Eigenschaften einer bestimmten geformten Gießform zu verändern. Zusätzlich kann die Anwendung von einem spezifischen Phosphat oder Silikat durch den Formulierer ausgewählt werden, um die gewünschten Ergebnisse zu erhalten. Zusätzlich können die Erfinder die Arbeitszeit von dem anorganischen Bindemittelsystem durch Auswahl eines geeigneten Katalysators variieren.
Man kann die mechanischen und Feuchtausschlageigenschaften von geformten Gießformen, die Schmelzmetalltemperaturen ausgesetzt sind, durch Anwenden der Bindemittel der Erfindung, anstelle eines Bindemittels, das 100 Silikat enthält, verbessern. Zusätzlich erlaubt die vorliegende Erfindung die Anwendung von Phosphat; wohingegen ein vollständiges Phosphatmaterial nicht gleich als ein Bindemittel in einem Nicht-Wärmehärtungssystem wirken würde. Diese Ergebnisse können auch mit größeren Mengen Phosphat, das in dem Bindemittelsystem vorliegt, erhalten werden, als den Mengen, die entweder in US-Patent Nr. 2 895 838 oder Kukuj et al., offenbart werden.
Silikate
Die in den erfindungsgemäßen Bindemitteln verwendeten Silikate können die verschiedenen Alkalimetallsilikate, einschließlich Kalium, Natrium und Lithium, einschließen. Andere Silikate, wie Ammoniumsilikate, können verwendet werden. Im Allgemeinen sind die Silikate kommerziell als Feststoffe oder wässrige Lösungen erhältlich. Durch die vorliegende Anmeldung sind die Silikate als eine Komponente des erfindungsgemäßen Bindemittels vorzugsweise wässrige alkalische Lösungen, die durch einen Feststoffgehalt von etwa 43 Gewichtsprozent charakterisiert sind, sofern nicht anders ausgewiesen. Ein festes Silikat kann gegebenenfalls verwendet werden.
Wasserglas; d.h. Natriumsilikat, gelöst in Wasser, welches das bevorzugte Alkalimetallsilikat darstellt, das in dem erfindungsgemäßen Bindemittel verwendet wird, kann durch die allgemeine Formel xSiO₂·yNa₂O charakterisiert werden. Wenn in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen angewendet, ist das zum Härten durch das Nicht-Wärmehärtungsverfahren vorgesehene Gewichtsverhältnis x und y; d.h. Siliziumdioxid/Soda, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, 1,1:1 bis 3,85:1, vorzugsweise 1,6:1 bis 3,3:1 und besonders bevorzugt 2,0:1 bis 2,7:1. Geringe Mengen an anderen Elementen, wie Erdalkalimetallen, Aluminium und dergleichen, können in variierenden Anteilen vorliegen. Der Wassergehalt von Natriumsilikatflüssigkeit kann in Abhängigkeit von den Eigenschaften, beispielsweise Viskosität, die durch den Endverbraucher erwünscht ist, variieren.
Phosphate
Kondensierte Phosphate sind Verbindungen mit mehr als einem Phosphoratom, worin die Phosphoratome nicht aneinander gebunden sind. Jedoch ist jedes Phosphoratom des Paars direkt an mindestens ein gleiches Sauerstoffatom, beispielsweise P-O-P, gebunden. Die allgemeine Klasse von kondensierten Phosphaten in der vorliegenden Anmeldung schließt lineare Polyphosphate, Metaphosphate, Pyrophosphate und Ultraphosphate ein.
Metaphosphate sind cyclische Strukturen, einschließlich der ionischen Einheit ((PO₃)_n)^n–, worin n mindestens 3 ist, beispielsweise (Na₃(PO₃)₃). Ultraphosphate sind kondensierte Phosphate, worin mindestens etwas von dem PO₄-Tetraeder 3 Ecken von Sauerstoffatomen teilen. Pyrophosphate haben ein Ion von (P₂O₇)^4–, beispielsweise Na_nH_4-n(P₂O₇), worin n 0 bis 4 ist.
Lineare Polyphosphate haben lineare P-O-P-Ketten und schließen eine ionische Einheit der allgemeinen Formel ((PO₃)_nO) ein, worin n die Kettenlänge darstellt, die im Bereich von 3 bis zu einigen Hundert ist, beispielsweise 500, in Abhängigkeit von der Anzahl der Kettenbrecher, beispielsweise vorliegendem H₂O. Kommerzielles Polyphosphat enthält im Allgemeinen Gemische von linearen Polyphosphaten und häufig auch Metaphosphaten, und ist durch eine mittlere Kettenlänge n_avg gekennzeichnet, die im Bereich von mindestens 3, typischerweise 3 bis etwa 45, liegt und auf 45 nur durch die Anforderungen des Markers begrenzt ist, vorzugsweise liegt der Durchschnitt im Bereich von 3 bis 32, besonders bevorzugt 4 bis 21. Eine bevorzugte Kategorie von Polyphosphat ist jene von amorphen, kondensierten Phosphaten, beispielsweise in Wasser lösliche Phosphatgläser.
Im Hinblick auf die vorstehenden Lehren könnte der Fachmann Gemische von Phosphaten, wie vorstehend definiert, herstellen und auch kleine Mengen (bis zu 10%) Modifizierungsmittelionen, wie Calcium, Magnesium, Zink, Aluminium, Eisen oder Bor, in löslichen Phosphaten einschließen und ein Phosphat, wie durch den Bereich der vorliegenden Erfindung abgedeckt, herstellen.
Es sollte angemerkt werden, dass die Phosphate direkt zu anderen Bestandteilen, beispielsweise Zuschlagstoff oder Silikate, gegeben werden können oder in situ mit anderen Bestandteilen erzeugt werden. Die Erzeugung in situ kann unter Anwendung von Säuren, beispielsweise beliebige von den Phosphorsäuren, oder Basen, beispielsweise Alkalihydroxide oder -oxide, ausgeführt werden. Beispielsweise könnten Phosphorsäure und Natriumhydroxid zusammen oder nacheinander zugesetzt werden, um ein Phosphat mit anderen Bindemittelbestandteilen in situ herzustellen. Es würde dem Fachmann aus dem Lesen der vorliegenden Offenbarung klar werden, dass die Basenhydroxidionen zugesetzt werden können, beispielsweise bereitgestellt durch zugesetztes Natriumhydroxid oder bereitgestellt durch Silikat. Phosphate können auch in situ zu anderen Phosphaten durch Zusatz von Base oder Säure umgewandelt werden. Beispielsweise kann Dinatriumphosphat zu Trinatriumphosphat durch Zusatz von Natriumhydroxid umgewandelt werden oder zu Mononatriumphosphat durch Zusatz von Phosphorsäure umgewandelt werden.
Die Phosphate können in fester Form oder als wässrige Lösungen verwendet werden. Der pH-Wert der wässrigen Lösungen kann sauer oder alkalisch sein. Für kondensierte Phosphate betrifft der pH-Wert Faktoren, wie die Kettenlänge des Phosphats.
Katalysator
Es wurde gefunden, dass eine Vielzahl von Katalysatoren teilchenförmige Proben, die mit den Zwei-Komponenten-Silikat/Phosphat-Bindemitteln vermischt werden, härten. Die Katalysatoren schließen einen Katalysator, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus aliphatischen Carbonaten, cyclischen Alkylencarbonaten, aliphatischen Carbonsäureestern, cyclischen Carbonsäureestern, Phosphatestern und Gemischen davon, ein.
Aliphatische Carbonate schließen jene mit der Formel I ein: R¹-O-(CO)-O-R² ,worin R¹ und R² gleich oder verschieden sein können und ausgewählt sind aus C₁-C₆-Alkyl. Die aliphatischen Carbonate haben vorzugsweise 3 bis 7 Kohlenstoffatome, wie Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Dipropylcarbonat oder Gemische davon.
Cyclische Alkylencarbonate schließen jene mit der Formel II ein:
worin R³ und R⁴ unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Wasserstoff und C₁-C₁₀-Alkyl. Bevorzugte cyclische Carbonate schließen Alkylencarbonat, wie Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Butylencarbonat oder Gemische davon, ein. Darüber hinaus kann es typischerweise, wenn ein Alkylencarbonat angewendet wird, das Nichtvorliegen von aliphatischem Alkohol geben.
Aliphatische Carbonsäureester sind aus einer aliphatischen Carbonsäureeinheit und einer aliphatischen Alkoholeinheit aufgebaut.
Die aliphatische Carbonsäureeinheit schließt Monocarbonsäure mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, typischerweise 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, und Dicarbonsäure mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, typischerweise 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, ein. (In der vorliegenden Beschreibung können die Alkyl- und Alkylengruppen verzweigt oder nicht verzweigt sowie gesättigt oder ungesättigt sein.)
Die aliphatische Alkoholeinheit schließt aliphatische Alkohole, aliphatische Polyole, Etheralkohole und Etherpolyole ein. Aliphatische Alkohole sind gesättigte oder ungesättigte Alkylalkohole mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, typischerweise 1 bis 6 Kohlenstoffatomen. Aliphatische Etheralkohole sind gesättigte Alkohole oder ungesättigte Alkohole mit der nachstehenden Formel III (a): R⁵-(OR⁶)_m-OH III(a),worin R⁵ eine gesättigte oder ungesättigte Alkyleinheit mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, typischerweise 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, darstellt, wobei jedes R⁶ unabhängig eine Alkyleneinheit mit 2 bis 4, linearen oder verzweigten, Kohlenstoffatomen darstellt und m eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist.
Aliphatische Polyole sind gesättigte oder ungesättigte Alkylpolyole mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, typischerweise 2 bis 6 Kohlenstoffatomen. Aliphatische Etherpolyole sind gesättigte oder ungesättigte Polyole mit der nachstehenden Formel III (b): R⁷-(OR⁸)_m-OH III(b),worin R⁷ eine gesättigte oder ungesättigte Alkyleinheit mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, typischerweise 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, darstellt, wobei jedes R⁸ unabhängig eine Alkyleneinheit mit 2 bis 4, linearen oder verzweigten, Kohlenstoffatomen darstellt und m eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist, mit der Maßgabe, dass mindestens einer von R⁷ oder R⁸ Hydroxysubstituiert ist, zusätzlich zu der in Formel III (b) gezeigten Hydroxygruppe.
Typische aliphatische Carbonsäureester schließen jene der Formel IV (a) ein:
worin a eine ganze Zahl von 0 bis 5 ist, b eine ganze Zahl von 1 bis 6 ist und R⁹ C₁-C₂₀-Alkylen darstellt. Y ist gesättigt und hat die Formel C_cH_2c-a-b+2, worin c eine ganze Zahl von 2 bis 20, typischerweise eine ganze Zahl von 2 bis 6, ist. Die Summe von a und b ist eine ganze Zahl von 1 bis maximal das Geringere von 6 oder c. Wenn beispielsweise a gleich 1 ist, b gleich 2 ist, c gleich 3 ist, ist Y gesättigt und R⁹ ist CH₂. Die Formel IV (a) gibt die nachstehende Struktur IV (b) wieder:
und Isomeren davon.
Gegebenenfalls können Verbindungen der Formel IV (a) eine oder mehrere Ethergruppen der Formel (OR⁶)_m zwischen Y und den Gruppen -OH oder -O(CO)R⁹H einschließen. Jedes R⁶ ist unabhängig eine Alkyleneinheit mit 2 bis 4 linearen oder ver zweigten Kohlenstoffatomen und jedes m ist unabhängig eine ganze Zahl von 1 bis 8. Beispiele für Ester der Formel IV (a), die auch Ethergruppen enthalten können, schließen Verbindungen der Formel IV (c) ein:
worin a, Y, R⁶, m und R⁹ wie vorstehend definiert sind.
Ein geeigneter Ester, nicht innerhalb von Formel IV (a), schließt Verbindungen der Formel V ein:
worin jedes R⁵ und R⁶ unabhängig wie vorstehend definiert sind, n = 0 bis 8 und R¹⁰ eine Bindung oder C₁-C₁₈-Alkylen, typischerweise C-an-C, darstellt.
Spezielle Carbonsäureester, die in der vorliegenden Erfindung angewendet werden, schließen Bernsteinsäuredimethylester, Glutarsäuredimethylester, Adipinsäuredimethylester, Monoacetin, Diacetin, Triacetin, Ethylenglycoldiacetat und Diethylenglycoldiacetat ein.
Cyclische Carbonsäureester sind jene mit der nachstehenden Formel VI:
worin x gleich 2 bis 10 ist und R¹² und R¹³ unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Wasserstoff und C₁-C₄-Alkyl. Die gebundenen wiederkehrenden Einheiten der Formel VII:
müssen nicht identisch sein. Typische cyclische Carbonsäureester schließen Propiolacton, Butyrolacton oder Caprolacton ein.
Phosphatester sind jene der nachstehenden Formel VIII: OP(OR¹⁴)₃ VIII,worin jedes R¹⁴ unabhängig ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus H, linearem oder verzweigtem C₁-C₁₆-Alkyl, -C₆H₅, -C₆H₄R¹⁵, worin R¹⁵ lineares oder verzweigtes C₁-C₁₂-Alkyl darstellt, und R¹⁶-C₆H₅, worin R¹⁶ lineares oder verzweigtes C₁-C₆-Alkylen darstellt, wobei meistens zwei Gruppen R¹⁴ H darstellen. Vorzugsweise ist jedes R¹⁴ Methyl oder Ethyl.
Im Allgemeinen sind etwa 5 bis etwa 25 Gewichtsprozent des Bindemittels Katalysator. Beispielsweise können typische Bindemittel etwa 8 bis etwa 20 Prozent Katalysator, auf das Gewicht des Bindemittels, einschließen. Vorzugsweise ist etwa 10 bis etwa 18 Gewichtsprozent des Bindemittels Katalysator.
Teilchenförmiger Stoff
Die Silikat/Phosphat-Bindemittelkomponenten können verwendet werden, um Formen von in Wasser löslichem, teilchenförmigem Material, hergestellt aus beispielsweise Kunststoffen, Erde, Holz und typischerweise einem feuerfesten Material, wie Siliziumdioxid, Zirkonium, Aluminiumoxid, Chromit, Schamotte, Olivin, Siliziumcarbid, Magnesit, Dolomit, Aluminiumsilikat, Mullit, Kohlenstoff, Forsterit, Chromerzmagnesit und Gemischen davon, zu formen. Die Form, der Kern oder Formkern für Kunststoffgießformen wird aus beliebigen der vorstehend ausgewiesenen Sande zum Formen von Produkten von Gießereiverwendungen oder anderen Metallformverwendungen zum Gießen von Produkten von beispielsweise Gusseisen, Messing, Bronze, Aluminium und anderen Legierungen und Metallen hergestellt. Die Formen, Kerne oder Formkerne für Kunststoffgießformen der vorliegenden Erfindung können auch zum Formen von Nichtmetallen, beispielsweise Kunststoffen oder Keramiken, verwendet werden. Sandformen, Kerne und Formkerne für Kunststoffgießformen sind dem Durchschnittsfachmann gut bekannt.
Das Bindemittel
Die Menge einer teilchenförmigen Bindemittelkomponente (Silikat- oder Phosphatkomponente) und die gesamte Bindemittelmenge, die zum Erzeugen einer Abformung, wie einer Form, eines Kerns oder Formkerns für Kunststoffgießformen, verwendet wird, hängt von den Festigkeitserfordernissen sowie dem Ausschlagvermögen und/oder Wasserzusammenfallerfordernissen der Form ab.
Die Summe an Gewichtsprozent des Bindemittels, bezogen auf das Gewicht des verwendeten teilchenförmigen Materials, zur Bildung einer Form wird durch die Menge des in den vereinigten Bindemittelkomponenten vorliegenden Feststoffs definiert, sofern nicht anders ausgewiesen. In der vorliegenden Erfindung ist Gewichtsprozent Feststoffe des Bindemittels, bezogen auf das Gewicht des teilchenförmigen Materials, 0,4-5,0%, vorzugsweise 0,4-2,5% und bevorzugter 0,5-2,0%.
Das Verhältnis von Silikat/Phosphat in dem von einer Silikatkomponente und Phosphatkomponente der Erfindung gebildetem Bindemittel ist etwa 97,5:2,5 bis etwa 40:60, vorzugsweise etwa 95:5 bis 60:40.
Additive
Additive werden für spezielle Erfordernisse verwendet. Die erfindungsgemäßen Bindemittelsysteme können eine breite Vielzahl von zusätzlichen Materialien einschließen. Solche Materialien schließen alkalische Hydroxide, beispielsweise NaOH, Wasser und verschiedene organische und anorganische Additive ein. NaOH (beispielsweise 45%ige–50%ige Lösungen) können in den erfindungsgemäßen Bindemitteln in Mengen von bis zu 10%-40%, auf das Gewicht (Lösungen), vorliegen. Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen wässrigen Bindemittel Wasser in einer Menge von etwa 40 bis etwa 70 Gewichtsprozent des gesamten wässrigen Bindemittels. Geringe Mengen anderer Additive, wie Tenside, können vorliegen. Die Tenside können anionisch, nichtionisch, kationisch, amphoter oder Gemische davon sein. Beispiele für in Wasser lösliche Tenside sind anionische Tenside, ausgewählt aus organischen Sulfaten, organischen Sulfonaten und organischen Phosphatestern, beispielsweise Kalium-2-ethylhexylphosphat. Bestimmte Tenside arbeiten auch als Steuerungsmittel des Fließvermögens. Ein typisches Steuerungsmittel des Fließvermögens schließt ein Mittel, vertrieben unter dem Handelsnamen PA 800K, vollständiger definiert als Kalium-2-ethylhexylphosphat, das kommerziell von LAKELAND LABORATORIES Ltd., Manchester, England, erhältlich ist, ein. Andere Steuerungsmittel des Fließvermögens schließen 2-Ethylhexylphosphat, DISPERSE-AYD W28 anionisches/nichtionisches Tensid, vertrieben von Daniel Products, Jersey City, NJ, USA, und DISPEX N40V, ein Natriumsalz von einem Polyacrylat, vertrieben von Allied Colloids, Suffolk, VA, USA, ein. Andere Additive schließen feuchtigkeitsbeständige Additive, Zusammenfallbarkeits- (oder Zerfall-)-Verstärker, Konservierungsmittel, Farbstoffe, Massemittel, Heißfestigkeitsadditive oder Fließverbesserer ein. Feuchtigkeitsbeständige Additive schließen Kaliumtetraborat, Zinkcarbonat, Zinkoxid, ein. Die Zusammenfallbarkeits- (oder Zerfall)-Verstärker schließen Zucker, beispielsweise Saccharose, Dextrin und Sägespäne, ein. Noch andere Additive schließen Formtrennmittel, Anhaftungsverstärker, beispielsweise Silane, Metallgussverbesserungsadditive, beispielsweise rotes Eisenoxid, schwarzes Eisenoxid oder Ton usw., ein. Feuerfeste Beschichtungen können zum Verbessern der Gießstoffe verwendet werden. Natürlich können die Additive in Kombination oder einzeln zugegeben werden.
Mischen des Bindemittels und teilchenförmigen Stoffs
Im Allgemeinen wird eine ausreichende Menge Katalysator zum Härten eines Bindemittels zu einem Gießereizuschlagstoff angemischt. Dann werden die Silikat- und Phosphatbindemittelkomponenten gleichzeitig oder getrennt zu dem Zuschlagstoff/Katalysatorgemisch gegeben. Somit ist eine Vorgehensweise Anmischen des wässrigen Phosphats mit dem Gießereizu schlagstoff/Katalysatorgemisch und dann Anmischung der alkalischen wässrigen Natriumsilikatlösung mit einem geeigneten Verhältnis an Siliziumdioxid zu Soda mit dem Gießereizuschlagstoff/Katalysator/Phosphatgemisch. Ein Fließmittel wird gegebenenfalls bei jeder Stufe während des Mischens zugesetzt. Die erhaltene Anmischung wird geformt und dann zur Bildung eines geformten Produkts, beispielsweise Sandkern oder Form, selbst härten lassen.
Alternativ kann eine feste Phosphatkomponente in den teilchenförmigen Stoff eingeschlossen sein, wird zuerst mit Wasser vermischt und dann eine wässrige alkalische Natriumsilikatlösung dazugegeben. Die Zusammensetzung wird gut vermischt. Der Katalysator kann bei jeder Stufe zur Herstellung dieses Gemisches angemischt werden. Vorzugsweise wird er jedoch vor der Silikatlösung zugesetzt.
In einer weiteren Alternative können die Silikat- und Phosphatkomponenten miteinander vorgemischt werden, um eine wässrige Lösung zu bilden und auch in diesem Zustand, bevor sie zu dem Sand gegeben werden, gelagert werden. In mindestens einigen Ausführungsformen ist eine vorgemischte Lösung ein klares (transparentes) Gemisch, mindestens vor dem Mischen mit dem Zuschlagstoff. Der Härtungskatalysator würde zu der wässrigen Lösung gleichzeitig, vorher oder nach dem Vermischen der vorgemischten Lösung mit dem Zuschlagstoff gegeben werden.
In einer noch weiteren Alternative können die Silikat-, Phosphat- und Zuschlagstoffkomponenten trocken vermischt und in jenem Zustand gelagert werden. Wenn fertig, können Wasser und Katalysator zu diesem trockenen Gemisch gegeben werden.
In einer weiteren Alternative können das Silikat, Phosphat und trockener Katalysator, beispielsweise Ethylencarbonat, trocken vermischt und in dem Zustand gelagert werden. Wenn fertig, können Wasser und Zuschlagstoff mit diesem trockenen Gemisch vermischt werden.
Als eine Alternative des Bereitstellens des Phosphats als einen getrennten Bestandteil kann er in situ durch Zusetzen von Phosphorsäure und einer Base als Bindemittelbestandteile, vor oder nach dem Vermischen mit Zuschlagstoff oder Silikat, gebildet werden. Darüber hinaus kann das Phosphat in dem Bindemittel zu einem anderen Phosphat in situ durch Zusatz von Säure oder Base verändert werden.
Das Verfahren zum Mischen von Bindemittel mit in Wasser unlöslichem, teilchenförmigem Stoff kann Modifizieren, falls erforderlich, des Siliziumdioxid/Soda-Verhältnis von dem Natriumsilikat durch Behandeln des Natriumsilikats mit einem alkalischen Mittel einschließen.
Nachdem das Bindemittel und der teilchenförmige Stoff vermischt wurden, wird das Gemisch zu einem Muster, zur Bildung einer Gießform eingeführt und die Form wird gehärtet. Im Allgemeinen wird Härten durch die Wirkung des Katalysators bei Umgebungstemperatur bewirkt. Jedoch kann das geformte Gemisch, falls erwünscht, erhitzt werden, um das Härten zu unterstützen.
Wenn das Gemisch gemäß dem „Nicht-Wärmehärtungs-"verfahren gehärtet werden soll, wird das Gemisch von Katalysator, Zuschlagstoffmaterial und Bindemittel geformt und einfach härten lassen. Dies bildet ein geformtes Produkt, wie einen Gießereikern oder -form.
Das beschichtete Teilchenmaterial zur Verwendung in einer Gießerei umfasst ein Sandteilchen und eine Harzbeschichtung. Das Teilchen, auf dem das Harz beschichtet wird, hat eine vorbeschichtete Größe in dem Bereich von USA Standard Testsiebzahlen von etwa 16 bis etwa 270, vorzugsweise etwa 30 bis etwa 110.
Die erfindungsgemäßen Bindemittelzusammensetzungen können mit einer breiten Vielzahl von teilchenförmigen Materialien angemischt sein. Mindestens eine bindende Menge der Bindemittelzusammensetzung sollte vorliegen, um die Sandteilchen zu beschichten und eine gleichförmige Anmischung des Sandes und Bindemittels bereitzustellen. Somit liegt ausrei chend Bindemittel vor, sodass, wenn die Anmischung wie gewünscht geformt und gehärtet wird, ein fester, gleichförmig geformter Gegenstand bereitgestellt wird, der im Wesentlichen gleichförmig durchgängig gehärtet ist, unter wodurch Bruch und Verformungen während des Handhabens des Formgegenstands, wie beispielsweise so hergestellte Sandformen oder Kerne, gering gehalten wird.
Innerhalb der Beschreibung und Ansprüche bedeutet der Begriff „Form" im generischen Sinne Gießformen, die sowohl Formen als auch Kerne dieser Erfindung in einer nicht begrenzenden Weise zu dem Vorangehenden einschließen. Darüber hinaus ist „Form" vorgesehen, verschiedene Muster zur Verwendung im Formungsfachgebiet, einschließlich Gieß- und Spritzformen, einzuschließen, sowie Schalenformen, einschließlich Schalenform bildende Elemente, zusätzlich zu einer kompletten Schalenformstruktur, die durch Anordnen von zwei oder mehreren komplementären dünnwandigen Schalenformelementen hergestellt wird. Folglich wird eingeschätzt, dass der Begriff „Form" verwendet wird, um im weitesten Sinne eine formende oder Gießen definierende Oberfläche einzuschließen und speziell Formen, Kerne und Formkerne für Kunststoffgießformen umfasst.
Die Erfindung wird weiterhin mit Bezug auf die nicht begrenzenden Beispiele erläutert, wie nachstehend angeführt:
Die Erfinder haben gefunden, dass „Knochen", die durch das Zwei-Komponenten-Silikat/Phosphat-Bindemittelsystem hergestellt wurden, erfolgreich durch das Nicht-Wärmehärtungsverfahren unter Anwendung von Katalysatoren gehärtet werden, die zu den Sand/Bindemittelgemischen in Mengen von bis zu etwa fünfundzwanzig Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, gegeben werden. Die Verfahren werden nachstehend beschrieben:
Vergleichsbeispiel 1 und Beispiele 1-2
Das in diesen Versuchen verwendete Bindemittelsystem umfasste Natriumsilikatflüssigkeit (SiO₂:Na₂O-Verhältnis 2,58 mit 44,5 Feststoffen) und eine 45-gewichtsprozentigen Lösung von Natriumpolyphosphat (BUDIT 4, mit einer mittleren Kettenlänge von 32). Diese flüssigen Komponenten wurden vor der Verwendung in einem 83,3:16,7-Gewichtsverhältnis vorgemischt. Dieses Bindemittel wurde in den erfindungsgemäßen Beispielen, die in Tabellen 2 und 3 gezeigt werden, verwendet.
3000 g WEDRON 530 Siliziumdioxidsand wurden in eine Hobart-Mischkugel gegeben. 10,5 g Katalysator (10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels) wurden zu dem Sand gegeben und 1 Minute vermischt. Solcher Katalysator schloss Diacetin (Diessigsäureglycerylester), Triacetin (Triessigsäureglycerylester) und zweibasige Säureester, vertrieben von DuPont unter der Bezeichnung DBE-9, (ein Gemisch von Bernsteinsäuredimethylester, Glutarat und Adipat) ein. Dann wurden 105 g des hergestellten Bindemittels zugegeben und für weitere zwei Minuten vermischt. Nach Vermischen wurde der harzbeschichtete Sand dann in 2 Zwölf-Kammern-Kerngefäße gefüllt zur Herstellung von Knochen. Eine Kunststofffolie wurde verwendet, um die Kerngefäße zu bedecken, um das Austrocknen der Oberfläche des Sandgemisches zu verhindern.
Die Oberflächenhärte der Knochen wurde beobachtet, um die Lebensdauer und die Abstreifzeit zu bestimmen. Die Lebensdauer ist die Menge an verfügbarer Zeit für den Ausführenden, um, nachdem der Katalysator und das Bindemittel mit dem Sand vermischt wurden, die gebildete Form herzustellen. Nachdem diese Zeit vergangen war, verlief die Reaktion zwischen dem Katalysator und dem Bindemittel zu weit, dass nutzbares Binden des Sandes stattfinden.
Die Abstreifzeit ist die Zeit, bei der die gebildete Form eine Festigkeit erreicht hat, die ausreichend ist, um aus der Form (Muster) entfernt zu werden, ohne Risiko von Bruch oder Verwerfung der gebildeten Form.
In Beispielen 1-2 und Vergleichsbeispiel 1 wurde die Zeit, die die Knochen zum Erreichen von Oberflächenhärte von 5 psi (34 kPa) benötigten, als Lebensdauer des harzbeschichteten Sandes definiert, und die Zeit, die die Knochen brauch ten zum Erreichen von Oberflächenhärte von 25 psi (0,17 MPa), wurde als die Abstreifzeit definiert.
Nachdem die Abstreifzeit bestimmt wurde, wurden die Knochen entfernt. Die Zugfestigkeit der Knochen wurde dann bei 4 Stunden und 24 Stunden bestimmt, sofern nicht anders ausgewiesen, nachdem der beschichtete Sand hergestellt wurde. Alle Zugfestigkeitsmessungen wurden mit einem Electronic Tensile Tester Modell ZGII-XS (Thwing-Albert Instrument Company, Philadelphia, PA) ausgeführt. Die Zugfestigkeitseigenschaften sind beim Entwickeln eines kommerziellen Bindemittelsystems kritisch. Es ist wesentlich, dass Kerne und Formen, die mit diesen Bindemitteln hergestellt wurden, ausreichend Festigkeit aufweisen, um während Kern- und Formherstellung und Handhabung manipuliert zu werden. Die Verdichtungsfestigkeit wurde bestimmt, nachdem die Knochen einer Temperatur von 925°C für 15 Minuten unterzogen wurden und für eine Stunde gekühlt wurden. Die in Tabelle 2 mitgeteilten Ergebnisse wurden mit den Knochen, die mit 100%igem Silikatbindemittelsystem, auch gehärtet mit dem Ester, hergestellt wurden, verglichen.
Die Parameter der Lebensdauer und Abstreifzeit in Tabelle 2 zeigen, dass Verändern des Katalysators die Härtungsgeschwindigkeit beeinflusst.
Tabelle 2 zeigt, Zugfestigkeiten der Phosphat-modifizierten Systeme von Beispielen 1 und 2 sind schwächer als von dem unmodifizierten Natriumsilikatsystem von Vergleichsbeispiel 1. Tabelle 2 zeigt auch, dass die Phosphat-modifizierten Systeme bessere Ausschlag-(Zusammenfall-)-Eigenschaften haben, als das unmodifizierte Natriumsilikatsystem, wie durch die viel niedrigere Verdichtungsfestigkeit ausgewiesen.

a. Der Katalysator bestand aus Gemischen von 15%igem Diacetin und 85%igem Triacetin (auf das Gewicht).
b. Zweibasige Säureesterprobe wurde als DBE-9 von E.I. DuPont de Nemours & Co., Wilmington, Delaware, USA, erhalten.
c. ND wird als nicht bestimmt definiert.
d. Die Knochen wurden aus dem Probekasten nach drei Stunden entfernt.

Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 2
3000 g WEDRON 530-Siliziumdioxidsand wurden in einer Hobart-Mischkugel angeordnet. 10,5 g Propylencarbonatkatalysator (10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels) wurden zu dem Sand gegeben und eine Minute vermischt. Dann wurden 105 g des Kombinationsbindemittels, hergestellt gemäß dem Verfahren von Beispiel 1, zugegeben und anschließend für weitere zwei Minuten vermischt. Anschließend wurde das Gemisch in zwei Zwölf-Hohlraum-Kernkisten verpackt, um Knochen herzustellen. Eine Kunststofffolie wurde verwendet, um die Kernbox zu bedecken, um Oberflächenaustrocknen des Sandgemisches zu verhindern.
Die Oberflächenhärte der Knochen wurde verfolgt. Die Lebensdauer und Abstreifzeit wurden wie vorstehend beschrieben bestimmt. Die Zugfestigkeit der Knochen wurde bei 2 Stunden und 24 Stunden, nachdem das Bindemittel mit dem Sand vermischt wurde, bestimmt. Die Verdichtungsfestigkeit wurde auch bestimmt, nachdem die Knochen einer Temperatur von 925°C für 15 Minuten unterzogen und eine Stunde gekühlt wurden. Die in Tabelle 3 angeführten Ergebnisse wurden mit Knochen, die mit einem 100%igen Silikatbindemittelsystem, auch gehärtet mit dem Carbonat, hergestellt wurden, verglichen.
Beispiele 4-12
Diese Beispiele bewerteten die Katalysatoren, vier Ester und ein Carbonat, die bei 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Harz, zugegeben wurden. Die verwendeten Katalysatoren waren Gemische von Diessigsäureethylenglycolester (EGDA), Diacetin (DA), Triacetin (TA), Propylencarbonat (PC) und einem Gemisch von zweibasigen Säureestern (DBE) (33% Bernsteinsäuredimethylester, 66% Glutarsäuredimethylester und weniger als 1% Adipinsäuredimethylester, erhältlich von Rhone-Poulenc Basic Chemicals, Staveley, Großbritannien). Der verwendete Sand war CONGLETON 60, hergestellt von Hepworth Limited, Birmingham, England. Das Bindemittel umfasste SB41 (Natriumsilikat, 42% Feststoffe, mit einem Siliziumdioxid/Soda-Verhältnis von 2,65, erhältlich von Crosfield Chemicals, Warrington, England), desionisiertes Wasser, BUDIT 7 (Natriumpolyphosphat mit einer mittleren Kettenlänge von 16, erhältlich von K&K Greeff, Manchester, England), und PA 800K (Kalium-2-ethylhexylphosphat, verwendet als ein Steuerungsmittel des Fließvermögens und erhältlich von Lakeland Laboratories Ltd., Manchester, England). Das flüssige Harz lag in einer Menge von 3%, bezogen auf das Sandgewicht, vor.
Das Testverfahren war wie nachstehend.
Das Kombinationsbindemittel wurde durch Vermischen von 70 Teilen (auf das Gewicht) von SB41 (einem Natriumsilikat mit einem Siliziumdioxid/Soda-Verhältnis von 2,65 und 42,3 Feststoffen) mit 16,5 Teilen (auf das Gewicht) von desionisiertem Wasser hergestellt. In dieser Lösung wurden 13,5 Teile (auf das Gewicht) BUDIT 7 gelöst und schließlich 0,8 Teile (auf das Gewicht) PA800K zugegeben und zur Bildung einer homogenen Lösung vermischt. Dieses Bindemittel wurde in den Beispielen von Tabellen 4 und 5 angewendet.
2500 g CONGLETON 60-Sand wurden in einer Mischkugel von einem Kenwood Chef Mischer eingewogen. Die Temperatur des Sandes wurde durch Trockenmischen oder kalte Sandzugabe auf 20°C eingestellt. Die erforderliche Menge an Katalysator (10 Gewichtsprozent des Harzes) wurde in einen Becher eingewogen und dann zu dem Sand überführt. Der Becher wurde dann mit drei Portionen Sand ausgespült, um zu sichern, dass der gesamte Katalysator in die Kugel überführt wurde. Der Katalysator wurde mit dem Sand 1 Minute vermischt, um ein gleichförmiges Sand/Katalysatorgemisch zu sichern.
Das Harz wurde in eine wegwerfbare 50 ml-Kunststoffspritze eingewogen. Mit dem laufenden Mischer wurde das Harz auf das Sand/Katalysatorgemisch innerhalb eines Zeitraums von 10 Sekunden eingespritzt. Die Mischergeschwindigkeit wurde auf maximal (300 U/min) für 30 Sekunden erhöht. Beschichteter Sand wurde verworfen und für die Lebensdauer- und Abstreifzeitmessungen verwendet und um Proben für Biegefestigkeitsmessungen herzustellen. Diese Messungen wurden bei 20°C ausgeführt.
In den Beispielen von Tabellen 4, 5, 6 und 7 wurden Lebensdauer- und Abstreifzeit durch ein etwas anderes Verfahren als in den Beispielen von Tabellen 2 und 3 gemessen. Für Lebensdauer- und Abstreifzeitmessungen wurde beschichteter Sand in einen Kunststofftrog (10-12 cm tief und 12-15 cm im Durchmesser) gegeben. Die Oberflächenhärte des gepackten Sandes in dem Kunststofftrog wurde periodisch, unter Anwendung eines Ridsdale Dietert Scratch Hardness Testers, verfolgt. Wenn die Oberflächenhärte des gepackten Sandes 3 Kratzhärteeinheiten erreichte, wurde die Zeit (von der Zeit, bei der das Harz zugegeben wurde) als die Lebensdauer aufgezeichnet. Die Oberflächenhärtemessung wurde fortgesetzt, bis eine konsistente Oberflächenhärteablesung oberhalb 50 erhalten wurde. Das teilweise gehärtete, gepackte Gemisch wurde sofort von dem Trog abgestreift. Die Oberflächenhärte an der Bodenfläche des gepackten Sandes wurde getestet, bis eine konsistente Oberflächenhärteablesung oberhalb 50 erhalten wurde. Die Zeit (von der Zeit, bei der das Harz zugegeben wurde) wurde als die Abstreifzeit notiert.
Für Biegefestigkeitsmessungen, bei der gleichen Zeit, wie der Kunststofftrog für die Lebensdauer- und Abstreifzeitmessungen gepackt wurde, wurde der beschichtete Sand in einen Probekasten gepackt, was Proben mit einer Abmessung von 18 cm, 2,25 cm und 2,25 cm ergab. Nachdem die Abstreifzeit bestimmt wurde, wurden aus Biegefestigkeitsmessungen hergestellte Stücke aus dem Probekasten entfernt. Zwei Proben wurden auf Biegefestigkeit mit 1 Stunde, 2 Stunden und 24 Stunden nach Abstreifen, unter Anwendung eines Tensometers, bezogen von T.C. Howden, Leaminton Spa, England, und ausgestattet mit biegsamen Klemmbacken mit einer Spanne von 15 cm, gemessen.
Tabelle 4 zeigt verschiedene Katalysatorgemische, die Abstreifzeiten von 12,5 bis 32 Minuten ergeben. Alle Biegefestigkeitsergebnisse waren ein Durchschnitt von 2 Werten, sofern nicht anders ausgewiesen. Tabelle 4 listet die Ge wichtsprozent Zusammensetzung des Katalysatorteils des Bindemittels auf.

a. Durchschnitt von 4 Messungen
b. Durchschnitt von 6 Messungen

Beispiele 13-18
Unter Anwendung des wie in Beispielen 4–12 vorstehend mit einem Anteil von 3 Gewichtsprozent, bezogen auf das Sandgewicht, und mit den Esterzusammensetzungen von Tabelle 5, bei einem Anteil von 10%, bezogen auf das Harzgewicht, hergestellten Bindemittels wurde die Wirkung des Variierens der Estergemische von Diacetin und Triacetin auf die Lebensdauer und Abstreifzeit in einem System bestimmt und in Tabelle 5 aufgeführt. Tabelle 5 listet die Gewichtsprozent Zusammensetzung des Katalysatorteils des Bindemittels auf.
Für alle von den vorstehenden Daten wird deutlich, dass ein System mit verschiedenen Lebensdauer- und Abstreifzeiteigenschaften bereitgestellt wurde, das für spezielle Anwendungen zugeschnitten werden kann. Tabellen 2 und 3 zeigen weiterhin, dass es verbesserte Ausschlageigenschaften gibt, nachdem die Form 925°C ausgesetzt wurde.
Beispiele 19-24 und Vergleichsbeispiel 3
Beispiele 19–24 und Vergleichsbeispiel 3 untersuchen die Wirkung des Veränderns des Natriumsilikat-zu-Natriumphosphatverhältnis. In diesen Beispielen wurde das Natriumphosphat zuerst in desionisiertem Wasser gelöst, zur Bildung einer 45-gewichtsprozentigen Lösung. Diese Lösung wurde dann in den geeigneten Verhältnissen mit der Natriumsilikatlösung (wie in Tabelle 6 gezeigt) vermischt. Dieses erhaltene Bindemittel wurde dann zu dem Gemisch von Sand und Katalysator gegeben. Der mit Bindemittel beschichtete Sand wurde auf Lebensdauer, Abstreifzeit, Biegefestigkeit und Wasserweichmachen, wie in Tabelle 6 berichtet, getestet.
Anmerkungen:

a. Natriumsilikat war SB41. Gesamtflüssigkeit Bindemittel-(Silikat und Phosphat)-Zugabe war 2,25, bezogen auf das Sandgewicht und die Propylencarbonatzugabe war 13,33, bezogen auf das Harz.
b. Natriumpolyphosphat war BUDIT 7, welches eine mittlere Kettenlänge von 16 aufweist. BUDIT 7 wurde in desionisiertem Wasser gelöst, unter Gewinnung einer 45-gewichtsprozentigen Lösung vor der Verwendung.
c. Durchschnitt von 2 Versuchen.
d. Biegefestigkeiten wurden 2 Stunden nach Herstellung der Probenstücke gemessen.
e. Biegefestigkeiten wurden 3 Stunden nach Herstellung der Probenstücke gemessen.
f. Biegefestigkeiten wurden 2,5 Stunden nach Herstellung der Probenstücke gemessen.
g. Biegefestigkeiten wurden 1,5 Stunden nach Herstellung der Probenstücke gemessen.
h. Wasserweichmachen wurde von einem Probenstück, erhitzt auf 925°C für 15 Minuten und dann auf Umgebungstemperatur abgekühlt, gemessen. ND ist gleich nicht bestimmt.

Für die Bewertung des Wasserweichmachens wurde die aus der Biegefestigkeitsmessung erhaltene, gebrochene Probe 15 Minuten in einem Ofen, gehalten bei 925°C, erhitzt. Nach Kühlen wurde ein Stück von jeder Probe in Wasser mit 20°C Wasser in eine Petrischale gelegt, sodass der Wasserspiegel 1/3–1/4 auf der Probe war. Die Oberfläche wurde kontinuierlich mit einem Metallspatel, bis die Oberfläche 2 mm oder so weich wurde, abgerieben. Diese Zeit wurde gemessen und wird in Tabelle 6 als ein Maß des Wasserweichmachens angeführt.
Zusätzlich zu den Daten in Tabelle 6 wurden Teile der wärmebehandelten Proben, die nicht zum Wasserweichmachen verwendet wurden, wenn kalt, auf physikalische Festigkeit durch einfaches Pressen in der Hand bewertet. Sie waren alle extrem weich, sodass keine mechanische Messung gemacht werden konnte. Unter Anwendung dieses subjektiven Tests waren alle Proben sehr ähnlich, ausgenommen Vergleichsbeispiel 3; der Silikatstandard war viel härter als die anderen Proben.
Beispiele 25-29
Beispiele 25-29 bestimmen die Wirkung des Veränderns des SiO₂:Na₂O-Verhältnisses von dem Natriumsilikat. Für diese Beispiele wurde das Verfahren der vorstehend beschriebenen Beispiele 19-24 wiederholt. Jedoch wurden Sandtests mit einem Bindemittelsystem von 70 Gewichtsprozent Natriumsilikat und 30 Gewichtsprozent BUDIT 7 durchgeführt. Natriumsilikat mit verschiedenen SiO₂:Na₂O-Verhältnissen wurde durch Zusetzen einer geeigneten Menge von 45-gewichtsprozentiger Natriumhydroxidlösung zu SB41 hergestellt. Die Bindemittelzugabe war 2,25%, bezogen auf das Sandgewicht, und Propylencarbonatzugabe war 13,33, bezogen auf das Harzgewicht. Die erhaltene Lebensdauer, Abstreifzeit, Biegefestigkeit und das Wasserweichmachen, gemessen für die hergestellten Proben, sind in Tabelle 7 angeführt.

a. Durchschnitt von 2 Versuchen.
b. Biegefestigkeiten wurden bei 1,5 Stunden nach Herstellung der Probenstücke bestimmt.
c. Wasserweichmachen wurde von einem Probenstück, erhitzt auf 925°C für 15 Minuten und dann auf Umgebungstemperatur abgekühlt, gemessen.

Die Daten von Tabelle 7 zeigen die ansteigende Alkalinität von den Silikat erhöhenden Arbeitszeiten, ohne wesentliches Beeinflussen der Biegefestigkeit bei 24 Stunden.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit speziellen Ausführungsformen davon und mit Bezug auf die hierin dargereichten Tabellen beschrieben wurde, wird deutlich, dass vie le Alternativen, Modifizierungen und Variationen dem Fachmann im Lichte der vorangehenden Beschreibung erkennbar werden. Beispielsweise können die erfindungsgemäßen Verfahren Erhitzen durch eine Heizlampe einschließen, um Wasser zu entfernen und/oder die Härtungsgeschwindigkeit zu beschleunigen. Entwässerung der Gießform kann auch während des Härtens durch In-Kontakt-Bringen der Gießform mit bewegter Luft angewendet werden. Vakuumentwässerung könnte ebenfalls verwendet werden. Jedoch ist es selbstverständlich, dass für die Zwecke dieser Beschreibung Luft als ein Inertgas betrachtet wird und mit beliebigem anderem Inertgas, wie Stickstoff, Argon, usw., oder Gemischen von Inertgasen ersetzt werden könnte. Die Temperatur der Luft oder von anderem Inertgas ist derart, dass Entwässerung erfolgt, und geeignete Ergebnisse wurden bei einer Temperatur der Umgebung bis 90°C und darüber erreicht. Vakuumunterstützung kann einzeln verwendet werden oder kann in Kombination mit den anderen Ausführungsformen verwendet werden, um Entwässerung zu erleichtern. Folglich ist vorgesehen, dass die vorliegende Erfindung alle solche Alternativen, Modifizierungen und Variationen, wie angeführt, welche innerhalb des Erfindungsgedankens und der hierzu beigefügten Ansprüche liegen, einschließt.

Claims

Bindemittelzusammensetzung, umfassend: ein Gemisch von einem Silikat, einem Phosphat und einem Katalysator, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus aliphatischen Carbonaten, cyclischen Alkylencarbonaten, aliphatischen Carbonsäureestern, cyclischen Carbonsäureestern, Phosphatestern und Gemischen davon; dadurch gekennzeichnet, dass das Phosphat ein Polyphosphat mit einer ionischen Einheit der Formel ((PO₃)_nO) darstellt, worin n eine mittlere Kettenlänge darstellt und zwischen 3 und 45 liegt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin der Katalysator mindestens ein aliphatisches Carbonat mit einer Formel I: R¹-O-(CO)-O-R² umfasst, worin R¹ und R² gleich oder verschieden sein können und ausgewählt sind aus C₁ bis C₆-Alkyl.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin der Katalysator mindestens ein cyclisches Alkylencarbonat mit einer Formel
worin R³ und R⁴ unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Wasserstoff und C₁ bis C₁₀-Alkyl. II umfasst.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin der Katalysator ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Butylencarbonat und Gemischen davon.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, umfassend die aliphatischen Carbonsäureester, wobei die aliphatischen Carbonsäureester das Reaktionsprodukt einer aliphatischen Carbonsäureeinheit und einer aliphatischen Alkoholeinheit sind, die aliphatische Carbonsäureeinheit ausgewählt ist aus Monocarbonsäure mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen und Dicarbonsäure mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, aliphatischen Polyolen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, Etheralkoholen der Formel III(a): R⁵-(OR⁶)_m-OH III(a),worin R⁵ eine gesättigte oder ungesättigte Alkyleinheit mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen darstellt, jedes R⁶ unabhängig eine Alkyleneinheit mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen darstellt und m eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist und Etherpolyolen der Formel III(b): R⁷-(OR⁸)_m-OH III(b),worin R⁷ eine gesättigte oder ungesättigte Alkyleinheit mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen darstellt, jedes R⁸ unabhängig eine Alkyleneinheit mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen darstellt und m wie in Formel III(a) definiert ist, mit der Maßgabe, dass mindestens einer von R⁷ und R⁸ zusätzlich zu der in Formel III(b) gezeigten Hydroxygruppe mit Hydroxy substituiert ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 5, worin der Katalysator mindestens einen aliphatischen Carbonsäureester der Formel IV(a) umfasst:
worin a eine ganze Zahl von 0 bis 5 ist, b eine ganze Zahl von 1 bis 6 ist, R⁹ C₁ bis C₂₀-Alkylen darstellt und Y C_cH_2c-a-b+2 darstellt, worin c eine ganze Zahl von 2 bis 20 ist, die Summe von a und b maximal 6 ist, gegebenenfalls mindestens eine Gruppe -OH der Formel IV(a) an Y über eine Ethergruppe der Formel (OR⁶)_m gebunden ist und gegebenenfalls mindestens eine Gruppe -(O-C(O)-R⁹-H) der Formel IV(a) an Y über eine weitere Ethergruppe der Formel (OR⁶)_m gebunden ist, worin jedes R⁶ unabhängig eine Alkyleneinheit mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen darstellt und jedes m unabhängig eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 6, worin der Katalysator mindestens einen Carbonsäureester der Formel IV(c) umfasst:
worin a eine ganze Zahl von 0 bis 5 ist, jedes R⁶ unabhängig eine Alkyleneinheit mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen darstellt, Y C_cH_2c-a+1 darstellt, worin c eine ganze Zahl von 2 bis 20 ist, m eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist und R⁹ C₁ bis C₂₀-Alkylen darstellt.
Zusammensetzung nach Anspruch 5, worin der Katalysator mindestens einen Carbonsäureester der Formel V umfasst:
worin jedes R⁵ und R⁶ unabhängig wie in Formel III(a) definiert sind, n=0 bis 8 und R¹⁰ eine Bindung oder C₁ bis C₁₈-Alkylen darstellt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin der Katalysator mindestens einen cyclischen Carbonsäureester der Formel VI umfasst:
worin x gleich 2 bis 10 ist und R¹² und R¹³ unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus H und C₁ bis C₄-Alkyl und Gemischen davon.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin der Katalysator mindestens einen Phosphatester mit einer Formel VIII umfasst: OP(OR¹⁴)₃ VIII,worin jedes R¹⁴ unabhängig ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus H, linearem oder verzeigtem C₁ bis C₁₆-Alkyl, -C₆H₅, -C₆H₄R¹⁵, worin R¹⁵ lineares oder verzweigtes C₁ bis C₁₂-Alkyl darstellt, und -R¹⁶-C₆H₅, worin R¹⁶ lineares oder verzweigtes C₁ bis C₆-Alkylen darstellt, wobei maximal zwei Gruppen R¹⁴ H darstellen.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin der Katalysator ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Bernsteinsäuredimethylester, Glutarsäuredimethylester, Adipinsäuredimethylester, Propiolacton, Butyrolacton, Caprolacton, Monoacetin, Diacetin, Triacetin, Ethylenglycoldiacetat, Diethylenglycoldiacetat und Gemischen davon.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin der Katalysator in Mengen von etwa 5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, vorliegt.
Zusammensetzung zur Herstellung von Formen aus teilchenförmigem Material, umfassend ein Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und teilchenförmiges Material.
Zusammensetzung nach Anspruch 13, worin das teilchenförmige Material Sand darstellt und der Sand in Mengen von 95-99,6 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vorliegt.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, worin das Silikat mindestens eines ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Alkalimetallsilikaten und Ammoniumsilikaten.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, worin das Silikat ein Verhältnis von SiO₂:Na₂O von 1,1:1 bis 3,85:1 aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 16, worin das Silikat ein Verhältnis von SiO₂:Na₂O von 2,0:1 bis 2,7:1 aufweist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, worin das Silikat Natriumsilikat umfasst und das Phosphat mindestens ein Polyphosphat, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Natriumpolyphosphat und Kaliumpolyphosphat, darstellt.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, worin die Phosphatkomponente des Bindemittels ein Natriumpolyphosphat darstellt.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, worin n zwischen 3 und 32, einschließlich, liegt.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, weiterhin umfassend ein Tensid.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, weiterhin umfassend ein in Wasser lösliches anionisches Tensid, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus organischen Sulfaten, organischen Sulfonaten, organischen Phosphatestern und Gemischen davon.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, worin das Silikat:Phosphat-Verhältnis etwa 97,5:2,5 bis etwa 40:60 auf das Gewicht, bezogen auf Feststoffe, ist.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, worin das Silikat:Phosphat-Verhältnis etwa 95:5 bis 60:40 auf das Gewicht, bezogen auf Feststoffe, ist.
Zusammensetzung, umfassend eine trockene Silikatkomponente, eine trockene Phosphatkomponente und einen Katalysator, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus aliphatischen Carbonaten, cyclischen Alkylencarbonaten, aliphatischen Carbonsäureestern, cyclischen Carbonsäureestern, Phosphatestern und Gemischen davon; dadurch gekennzeichnet, dass das Phosphat ein Polyphosphat mit einer ionischen Einheit der Formel ((PO₃)_n0) ist, worin n eine mittlere Kettenlänge darstellt und zwischen 3 und 45 liegt.
Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels, umfassend Mischen eines Silikats, eines Phosphats und eines Katalysators, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus aliphatischen Carbonaten, cyclischen Alkylencarbonaten, aliphatischen Carbonsäureestern, cyclischen Carbonsäureestern, Phosphatestern und Gemischen davon; dadurch gekennzeichnet, dass das Phosphat ein Polyphosphat mit einer ionischen Einheit der Formel ((PO₃)_nO) darstellt, worin n eine mittlere Kettenlänge darstellt und zwischen 3 und 45 liegt.
Verfahren nach Anspruch 26, worin der Katalysator mindestens ein Katalysator ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus (A) Alkylencarbonaten der Formel I: R¹-O-(CO)-O-R² I,worin R¹ und R² gleich oder verschieden sein können und ausgewählt sind aus C₁ bis C₆-Alkyl, (B) cyclischen organischen Carbonaten der Formel II
worin R³ und R⁴ unabhängig ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Wasserstoff und C₁ bis C₁₀-Alkyl, (C) aliphatischen Carbonsäureestern, wobei die aliphatischen Carbonsäureester, wobei die aliphatischen Carbonsäureester das Reaktionsprodukt einer aliphatischen Carbonsäureeinheit und einer aliphatischen Alkoholeinheit darstellen, die aliphatische Carbonsäureeinheit ausgewählt ist aus Monocarbonsäure mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen und Dicarbonsäure mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, die aliphatische Einheit ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus aliphatischen Alkoholen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, aliphatischen Polyolen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, Etheralkoholen der Formel III(a): R⁵-(OR⁶)_m-OH III(a),worin R⁵ eine gesättigte oder ungesättigte Alkyleinheit mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen darstellt, jedes R⁶ unabhängig eine Alkyleneinheit mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen darstellt und m eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist und Etherpolyolen der Formel III(b): R⁷-(OR⁸)_m-OH III(b),worin R⁷ eine gesättigte oder ungesättigte Alkyleinheit mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen darstellt, jedes R⁸ unab hängig eine Alkyleneinheit mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen darstellt und m wie in Formel III(a) definiert ist, mit der Maßgabe, dass mindestens einer von R⁷ oder R⁸ zusätzlich zu der in Formel III(b) gezeigten Hydroxygruppe mit Hydroxy substituiert ist, (D) cyclischem Carbonsäureester der Formel VI:
worin x gleich 2 bis 10 ist, R¹² und R¹³ unabhängig ausgewählt sein können aus der Gruppe, bestehend aus H und C₁ bis C₄-Alkyl und Gemischen davon und (E) Phosphatestern der Formel VIII: OP(OR¹⁴)₃ VIII,worin jedes R¹⁴ unabhängig ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus H, linearem oder verzweigtem C₁ bis C₁₆-Alkyl, C₆H₅, C₆H₄R¹⁵, worin R¹⁵ lineares oder verzweigtes C₁ bis C₁₂-Alkyl darstellt und -R¹⁶-C₆H₅, worin R¹⁶ lineares oder verzweigtes C₁ bis C₆-Alkylen darstellt, wobei maximal 2 Gruppen R¹⁴ H darstellen.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei der Katalysator ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Bernsteinsäuredimethylester, Glutarsäuredimethylester und Adipinsäuredimethylester, Propiolacton, Butyrolacton, Caprolacton, Monoacetin, Diacetin, Triacetin, Ethylenglycoldiacetat, Diethylenglycoldiacetat und Gemischen davon.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei der Katalysator ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Butylencarbonat und Gemischen davon.
Verfahren zum Binden von teilchenförmigen Materialien mit einem Bindemittel, umfassend: Bereitstellen der Zusammensetzung von Anspruch 13 oder Anspruch 14, Formen der Zusammensetzung und Härten lassen der Zusammensetzung.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei der Bereitstellungsschritt Zusetzen von mindestens einem Silikat, mindestens einem Phosphat und mindestens einem Katalysator zu dem teilchenförmigen Material zur Bildung der Zusammensetzung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei das Silikat und Phosphat vor dem Zusetzen des Katalysators zu dem teilchenförmigen Material zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 31, weiterhin umfassend Zusetzen von Wasser zu dem teilchenförmigen Material unter Bildung eines wässrigen Gemisches, wobei das teilchenförmige Material Gießereisand darstellt, das Silikat ein Natriumsilikat darstellt und das Natriumsilikat und Phosphat zu dem wässrigen Gemisch gegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 33, wobei der Formungsschritt Füllen des Gemisches in einen Formkasten umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 34, wobei das Bereitstellen der Zusammensetzung in-situ-Bildung des Phosphats umfasst.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei die in-situ-Bildung In-Kontakt-Bringen einer Phosphorsäure mit einer Base umfasst.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei die in-situ-Bildung In-Kontakt-Bringen eines Vorstufenphosphats mit einem Mitglied der Gruppe, bestehend aus einer Säure und einer Base, unter in-situ-Bildung des Phosphats umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 37, wobei die Zusammensetzung wässrig ist und durch Vermischen des teilchenförmigen Materials, des Silikats, des Phosphats und Wasser gebildet wird.
Im Wasser zusammenfallbare Form, umfassend: eine geformte Masse von Teilchen, wobei die einzelnen Teilchen der Masse mit einem Bindemittel aneinander gebunden sind, umfassend mindestens ein in Wasser lösliches Silikat und mindestens ein in Wasser lösliches Phosphat und mindestens einen Katalysator, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus aliphatischen Carbonaten, cyclischen organischen Carbonaten, aliphatischen Carbonsäureestern, cyclischen Carbonsäureestern, Phosphatestern und Gemischen davon, wobei das erhaltene Bindemittel in Wasser löslich ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Phosphat ein Polyphosphat mit einer ionischen Einheit der Formel ((PO₃)_nO) ist, worin n eine mittlere Kettenlänge darstellt und zwischen 3 und 45 liegt.
Form nach Anspruch 39, wobei die Form nach Aussetzen einer Temperatur im Bereich von 500°-1400°C in Wasser zusammenfallbar ist.
Form nach entweder Anspruch 39 oder Anspruch 40, wobei die Teilchen aus mindestens einem Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Magnesit, Dolomit, Aluminiumsilikat, Mullfit, Kohlenstoff, Forsterit, Chrom-erz-Magnesit, Zirkon, Ton, Chromit, Schamott und Olivin, hergestellt werden.
Form nach einem der Ansprüche 39 bis 41, wobei das Bindemittel die Form mit Trockenausschütteleigenschaften ausstattet.
Form nach einem der Ansprüche 39 bis 42, wobei n eine mittlere Zahl von 3 bis 32, einschließlich, ist.
Form nach Anspruch 43, wobei n 4 bis 21, einschließlich, ist.
Verfahren zur Herstellung eines Schmelzgusses, umfassend Bereitstellen einer Form nach einem der Ansprüche 39 bis 44 und Gießen eines geschmolzenen Metalls in die Form.
Verfahren zum Binden von teilchenförmigem Material mit einem Bindemittel, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines wässrigen Bindemittelsystems, umfassend ein Gemisch von mindestens einem Silikat, mindestens einem Phosphat, mindestens einem Katalysator, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus aliphatischen Carbonaten, cyclischen Alkylencarbonaten, aliphatischen Carbonsäureestern, cyclischen Carbonsäureestern, Phosphatestern und Gemischen davon und den zu bindenden teilchenförmigen Materialien; dadurch gekennzeichnet, dass das Phosphat ein Polyphosphat mit einer ionischen Einheit der Formel ((PO₃)_nO) ist, worin n eine mittlere Kettenlänge darstellt und zwischen 3 und 45 liegt und dadurch, dass der Bereitstellungsschritt in-situ-Bildung des Phosphats umfasst.