EP4178742A1 - Moulding material for producing cores and method for curing same - Google Patents

Moulding material for producing cores and method for curing same

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EP4178742A1
EP4178742A1 EP21762591.2A EP21762591A EP4178742A1 EP 4178742 A1 EP4178742 A1 EP 4178742A1 EP 21762591 A EP21762591 A EP 21762591A EP 4178742 A1 EP4178742 A1 EP 4178742A1
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EP
European Patent Office
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molding material
component
binder
material according
resin component
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Pending
Application number
EP21762591.2A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Daniel HOLSTEIN
Sandra ESCHRICH
Thomas GALLERT
Tina HERTEL
Robin GOLDACKER
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Bindur GmbH
Original Assignee
Bindur GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • C08G18/76Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic
    • C08G18/7657Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic containing two or more aromatic rings
    • C08G18/7664Polyisocyanates or polyisothiocyanates cyclic aromatic containing two or more aromatic rings containing alkylene polyphenyl groups

Definitions

  • the invention relates to a molding material for producing cores in the cold box process.
  • This molding material includes natural and/or ceramic sand and a two-component polyurethane binding agent that is free of phenol and phenol derivatives.
  • the invention relates to a method for curing this molding material.
  • the molding material can be cured in the cold box process by gassing with tertiary amines in short cycle times.
  • the possibility of replacing phenolic urethane resin binders that have been used up to now means that considerable emissions advantages are achieved in the case of binder burn-off caused by casting.
  • cold-box processes Gassing-hardening processes for core production in non-heated core boxes are generally referred to as cold-box processes.
  • the PU cold box process phenolic urethane cold box or polyurethane cold box
  • the abbreviation “cold box process” is also used within the scope of this disclosure document when talking about the gassing-hardening PU cold box process.
  • the cores are generally made with a special core shooter.
  • the molding material which consists of a mixture of basic molding material, resin and hardener, is introduced into an unheated core box and compressed using compressed air from the machine's shooting head.
  • the molding material is hardened by passing an amine-carrier gas mixture through the core box.
  • the carrier gas is generally Air, but can also be an inert gas such as nitrogen or argon. Then excess amine is flushed out of the core box with compressed air.
  • the molding material core obtained in this way has a sufficiently high initial strength to be removed from the core box without distortion.
  • the core is post-cured until the molding material has reached its so-called ultimate strength.
  • the hardening of the molding material catalyzed by tertiary amines enables short core production cycle times, so that the process is primarily used for large series and automated processes in foundries.
  • Cold box binders are two-component binders consisting of a polyol-containing resin component and an isocyanate-containing hardener component, which react to form the polyurethane when the molding material hardens.
  • Cold box binders currently on the market generally consist, as described in US Pat. No. 3,409,579 A, of phenol-formaldehyde resins in a solvent as the polyol component and a hardener component of an aromatic polyisocyanate in a suitable solvent.
  • the solvents used are usually volatile aromatic hydrocarbons.
  • Volatile, tertiary amines such as triethylamine in gaseous form are used to quickly harden the molding material in the core box.
  • Phenol-formaldehyde resins are hydroxy-functional polyols formed by the condensation of mono- or polyhydric phenols with aldehydes, especially formaldehyde. The reaction proceeds with acidic catalysis in such a way that so-called novolaks are formed, and with base catalysis to form resol resins.
  • the core box is heated to 40 to 80 °C, which results in faster binder crosslinking on the outside of the core. Strength and moisture resistance of the cores are thus compared to the regular Cold box process significantly increased.
  • Volatile, tertiary amines such as trimethylamine, triethylamine, dimethylethylamine or dimethylpropylamine are used as amines for catalysis in the cold box process.
  • EP 2 106310 B1 describes mixtures of at least two tertiary amines, mostly as a combination of higher and lower boiling amines, as being advantageous for handling and curing the molding material. The amount of amine required is reduced compared to using the higher boiling point amine, while the odor load is lower than when the low boiling point amine alone is used.
  • Phenolic resin-based cold-box binders contain various additives and additives in addition to the components that are essential for curing: phenolic resin, polyisocyanate and catalyst. Acidic additives are added to the components to ensure that the molding material has a long processing life.
  • phosphorus halides such as phosphoryl chloride are used for this purpose.
  • chlorosilanes to increase the lifetime of the sand is described in DE 3405 180 A1.
  • the disadvantage here is that chlorine-containing compounds can decompose with the release of hydrochloric acid. This is hazardous to health and also corrosively attacks the surrounding metal parts.
  • a variant that is less harmful to health is described in DE 102012201 971 A1.
  • Mixtures of methanesulfonic acid, phosphoric acid esters and silanes are added to the isocyanate-containing component, which allows the sand to be extended and its storage stability to be increased.
  • the open time of cold-box binders based on phenolic resin and isocyanate can be extended to up to 4 hours by adding phosphorus-containing acids and derivatives thereof.
  • adhesion promoters such as alkoxysilanes are used to improve the adhesive effect of the binder in the refractory filler and the storage stability of the core obtained.
  • DE 2906052 A describes a cold box binder in which the resin component comprises a phenolic resin which is diluted with a mixture of aromatic hydrocarbon and a phosphate and/or carbonate ester.
  • This solvent variation achieves an increased curing speed and increased heat resistance of the cores.
  • the aromatic solvents which are hazardous to health, could not be dispensed with completely.
  • DE 19542752 A1 discloses the use of rapeseed methyl ester or dibasic ester as a thinner for the resin and/or hardener component of a cold box binder, as a result of which aromatic hydrocarbons that are harmful to health can be completely replaced during processing.
  • rapeseed methyl ester are a good Separation effect between mold and core as well as low outgassing during casting are described.
  • alkyl silicates are used as solvents for phenolic resin and isocyanates, in particular tetraethyl orthosilicate. This avoids the emission load that comes from the aromatic solvents otherwise used, without any disadvantages for the other binder properties. Casting properties are even improved as the thermal resistance of cores and molds is very high and lower gas pressure development is observed.
  • alkyl silicates also have disadvantages. They contaminate the acidic solution in the downstream amine scrubber through gel formation and can release finely divided white silicate particles during processing of the molding material, which are released into the air as suspended matter.
  • tetraethyl silicate has an intensely pungent odor and is classified as an eye and respiratory tract irritant and harmful if inhaled.
  • WO 2011008362 A1 describes a cold box system in which the resin consists of a phenolic resin, polyetherpolyol, polyesterpolyol, an aminopolyol or mixtures thereof, phenolic resins being preferred.
  • Solvents are necessarily used in resin and/or hardener cycloalkanes, which are said to bring about positive properties such as improved casting quality. Only a binder containing phenolic resin is disclosed in the examples.
  • the other polyol types are listed in the descriptive part, but their actual suitability is not proven with examples.
  • the phenolic resins themselves or their production-related unavoidable monomer content of the toxic CMR substances formaldehyde and phenol, which can be carcinogenic, mutagenic or toxic to reproduction, pose a significant burden on the environment and the health of the processor in all steps of molding, through casting to landfilling of the molding material.
  • a number of publications list efforts to avoid their release.
  • the phenol content is reduced by using modified phenolic resins.
  • free hydroxy functions of the phenolic resin units are linked or substituted by esters of orthosilicic acid and its polymers.
  • the advantages are, among other things, reduced odor nuisance, fewer pollutant emissions and increased thermal resistance.
  • some phenol is replaced by cresols (methylphenol), which are not CMR substances but are still toxic.
  • a further disadvantage of phenolic resin-based cold box systems is a high tendency to casting defects due to so-called veining or hot cracking in gray and steel castings. These casting defects can be partially avoided by organic (wood flour) or inorganic mold material additives (iron oxide). However, the additives themselves cause undesired effects. The emission load during casting is significantly increased by organic additives and gas-induced casting defects therefore occur more frequently.
  • the inorganic additives on the other hand, accumulate in the regenerated sand and thus lower the sintering point of the molding material, which is undesirable with regard to the casting and can also lead to casting defects.
  • part of the phenolic resin is replaced with aliphatic or aromatic polyether alcohols in order to reduce the tendency towards casting defects when using cores produced in the cold box process.
  • phenol and benzyl alcohol derivatives with a low molecular weight are also necessary.
  • the resin component used continues to consist largely of phenol-based substances.
  • WO 001990005155 A1 describes a polyurethane binder based on phenol-formaldehyde resin and polyisocyanate which, by adding 2.0 to 8.0% polyester polyol based on the weight of the phenolic resin component, has improved decomposition properties of a molding material produced therewith. It is therefore particularly suitable for casting with low-melting metals such as aluminium. Furthermore, a flattening of the molding material by gaseous amines according to the cold box process is described.
  • cold box can also be used for other gas-curing processes, for example urea-formaldehyde or phenol-formaldehyde resins that are cured with sulfur dioxide.
  • DE 102005024334 A1 discloses a multi-component system consisting of epoxy resin, an unsaturated ethylene compound, a saturated fatty acid and radical initiators, which is cured with sulfur dioxide.
  • the epoxy resins used are mostly based on bisphenol A, which has been shown to damage fertility in humans and is therefore no longer allowed to be used in the manufacture of everyday objects.
  • cores that were produced using the SO 2 cold box process deform under thermal stress, which is an undesirable effect when the cores are oven-dried after so-called sizing.
  • Another gas-hardening molding material process is based on sodium silicate binders. These water glasses, which are often modified, can be hardened in the molding material by gassing with CO 2 in relatively short cycle times.
  • the water glass C0 2 process which was developed by Leo Petrzela in 1947, is considered to be the first gassing-hardening cold box process.
  • water glass-based binders are their silicate, non-organic structure. This means that no pollutants are emitted through VOC release or combustion during molding and casting.
  • silicate binders had to contend with massive disadvantages in the casting process. When subjected to thermal stress in the cast, they show a softening point that can lead to distortion of the cast part. In addition, they accumulate quickly in the recycled molding material and thus lead to an undesirable reduction in the sintering point in the recycled molding material.
  • the high pH value of used sands to be landfilled due to their strongly basic properties, leads to classification in unfavorable and cost-intensive landfill classes.
  • the low flowability of the molding materials restricts the ability to shoot, especially of filigree core elements, which also makes it difficult to handle thin-walled moldings due to the comparatively low strength, especially when removing the casting molds.
  • the shelf life is limited in the case of increased humidity.
  • WO 2009056320 A1 describes surface-active surfactants, such as fatty acid sulfates, sulfonates or phosphates, which increase the flowability of the molding material.
  • Organic substances are often used to promote the decomposition properties of silicate mold materials during casting. These burn during pouring. The resulting pores in the molding material structure are intended to improve the ability of the molding material to be cored out of the cast part.
  • Typical examples of such decomposition additives are residual products from the sugar industry, such as molasses or syrup, and from the cellulose processing industry, in particular the tall oil described in DD 13105 A5. However, these lead to increased emissions during casting.
  • Inorganic additives can also be used to positively influence the decomposition behavior of the molding material. For example, DE 102013 111 626 A1 discloses oxidic boron compounds and DE 102017 107531 A1 describes particulate phyllosilicates, which also improve coreability after casting.
  • WO 002009004086 A1 discloses what is known as an alternative cold box process which contains a glycerol ester, a saccharide, a polyol, a crude oil or mixtures of these compounds as reactive polyol components in the binder. This avoids emissions of harmful substances such as phenol, formaldehyde and aromatic solvents. Curing takes place with water or a water-amine mixture at temperatures of preferably more than 80° C. in order to reduce exposure to the amine gas at the workplace. Water is obviously necessary as a reactant for curing, which is why one cannot speak of a cold box system in the classic sense.
  • WO 002009065015 A1 describes a bio-based binder system in which saccharides obtained from corn syrup and molasses react with isocyanates in order to bind a basic mold material to foundry molding compounds in a self-curing process.
  • aliphatic monoalcohols and polyols such as ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol, hexane-1,6-diol, 2-methyl-1,3-propanediol, glycerol, mannitol, sorbitol , Diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycols, polypropylene glycols and butylene, dibutylene and polybutylene glycols are mentioned as further hydroxy-functional components.
  • the shelf life of cold box binders is extended by using a polyurethane-based binder whose resin component was obtained by condensation of aliphatic ketones with formaldehyde.
  • This binder does not use phenols as hydroxy-functional resin components, but the use of aromatic solvents is described to reduce the viscosity of the resin to humiliate.
  • WO 002000040351 A1 describes a polyurethane binder which is made up of a polyol component consisting of a polyether polyol, glycol and aromatic polyester polyol with 5 to 35% based on the total mass of the polyol component, an organic polyisocyanate component and a liquid amine catalyst and is contained in the self-curing cold resin procedure can be applied.
  • a polyol component consisting of a polyether polyol, glycol and aromatic polyester polyol with 5 to 35% based on the total mass of the polyol component, an organic polyisocyanate component and a liquid amine catalyst and is contained in the self-curing cold resin procedure can be applied.
  • phenolic resins such as benzyl ether resins can be present in the polyol component at up to 15% by weight.
  • the molding materials used to date in foundries for the production of cores in the cold box process have in common that their binders are based on phenolic resins and polyisocyanates. These enable the molding material to be cured by gassing with volatile amines in very short cycle times. Depending on the amount of molding material to be hardened, cycle times of 30 to 90 seconds are common.
  • the use of phenolic resins entails considerable emissions in the production of mold material and in particular in the pyrolytic decomposition of the binder during casting. In the process, a significant proportion of the monomers from which the phenolic resins are made are released. In particular, substances that are hazardous to health and have a workplace limit value, such as phenol and phenol derivatives, formaldehyde and BTEX compounds, are emitted.
  • aliphatic polyols can also be used on the resin side instead of the aromatic phenolic resins for self-curing molding material binders.
  • Polyether polyols in particular are used here, but they are not reactive enough to achieve the cycle times that are usual in the cold box process through amine gassing. The cycle times achieved with this are regularly several minutes.
  • the object on which the present invention is based is to develop a molding material that hardens with amine gas, in which the resin component of the binder is completely free of phenol and phenol derivatives and, in addition to rapid flattening and high molding material strength, also a low BTEX, phenol and emission of phenol derivatives when the molding material binder burns off as a result of casting.
  • the object of the invention is achieved with a molding material having the features of claim 1.
  • This molding material can be hardened by supplying amine gas and is suitable for the production of cores using the cold box process. Further developments are specified in the claims dependent on claim 1.
  • the molding material according to the invention comprises at least one two-component, phenol- and phenol-derivative-free binder based on polyurethane and one or more refractory pourable fillers.
  • other non-phenolic polyols are used instead of phenols and phenol derivatives, which have a similarly high reactivity as the Have phenolic resins.
  • the binder contains a resin component as a mixture of one or more branched aliphatic or aromatic polyester polyols built up from branched aliphatic or aromatic diol or triol starters with one or more side chains and substituted or unsubstituted aliphatic and/or aromatic di- and/or Tricarboxylic acids or their anhydrides, and/or one or more polycarbonate alcohols with equivalent weights of 250 to 4000 g/eq and hydroxy functionalities of 2 to 4 as hydrogen-active compounds with respect to isocyanates, the branched polyester polyol(s) and/or polycarbonate alcohols of the resin Component of the binder have a proportion in the range of 35 to 100 wt .-% of the resin component, and a hardener com component with one or more polyisocyanates.
  • the mixture can contain further compounds with hydroxyl and/or mercapto and/or amino and/or carbamide groups which are hydrogen-active in relation to isocyanates.
  • the resin component contains hydrogen-active individual compounds with regard to isocyanate, the resin component having an average functionality of 1.8 to 4.0 with regard to all of these hydrogen-active individual compounds, and optionally additives such as one or more diluents and optionally one or more liquid catalysts affecting the polymerization.
  • the hardener component comprises one or more isocyanates, which preferably have at least functionality 2, and can also contain one or more diluents as additives.
  • the number of specific functional groups in the relevant molecule is referred to here as the functionality of a compound. In the case of isocyanates, functionality refers to the number of NCO groups in a molecule.
  • the compounds that are hydrogen-active with respect to isocyanates such as the polyols, the sum of OH, NH and SH groups in a molecule is taken as the functionality designated.
  • the other individual compounds that are hydrogen-active with regard to isocyanates can be selected from one or more substance classes, such as polyester polyols, polycarbonate alcohols, polyether alcohols, polyether polyester alcohols, polythiols,
  • Aminopolyether alcohols alcohols with two or more functions, amines and carbamide compounds.
  • the hydrogen-active compounds mentioned advantageously have OH, SH and NH functionalities of 1.5 to 8 and equivalent weights of 9 to 2000 g/val, based in each case on the hydrogen-active individual compounds. Two or more of these compounds are preferably incorporated into the resin component.
  • the individual constituents of the resin component are chosen so that the resin component in relation to the totality of the isocyanate hydrogen-active individual compounds has an average functionality of 2.2 to 3.5.
  • the combination of two-functional compounds with higher-functional compounds has proven to be advantageous for optimum polymer crosslinking.
  • Polyester polyols composed of a branched aliphatic or aromatic diol and triol starter with one or more side chains which are not hydrogen-active with respect to isocyanates, and substituted or unsubstituted aliphatic and/or aromatic di- and/or tricarboxylic acids or their anhydrides.
  • the resin component of the molding material contains branched polyester polyols and/or polycarbonate alcohols, preferably in a proportion of 40 to 80% by weight. While polyester polyols based on linear diols or triols already result in a high reactivity of the binder when gassed with amine, it is possible with the described polyester polyols based on branched diols or triols to achieve molding material curing speeds that are comparable to those of phenolic resin-based binders in the molding material to come close.
  • the or at least some of the side chains of a branched polyester polyol of the molding material can be selected from the following substance classes: from aliphatics, aromatics, aldehydes, ketones, carboxylic acid esters, ethers, amines, alkyl halides, nitriles, nitrogen, oxygen and sulfur heterocycles and carboxamides.
  • Suitable starters for the branched polyester polyols described have the following structure: , where the radicals R n include the following chemical structures:
  • R 1 H, (CH 2 ) O-5 0H, OH, aliphatic, ether, aromatic, heterocycle,
  • R 2 aliphatic, ether, aromatic, heterocycle, carboxylic acid ester, carboxamide, haloalkane, amine, nitrile, ketone, aldehyde or combinations thereof,
  • R 3 H, (CH 2 ) O-5 OH, OH, aliphatic, ether, aromatic, heterocycle,
  • R 4 H, aliphatic, ether, aromatic, heterocycle, carboxylic acid ester,
  • divalent starters according to the described
  • Structural formula are with a C2 distance of the hydroxy functions 2-phenyl-1,2-propanediol, 1,2-propanediol, 1,2-butanediol, 1,2-pentanediol, 1,2-hexanediol, 1,2-heptanediol, 1 ,2-octanediol, 1,2-decanediol, 3-bromo-1,2-propanediol, 1,4-dibromo-
  • Polycarbonate alcohols are built up from carbonates such as dimethyl carbonate, ethylene carbonate or dipentyl carbonate and divalent crosslinkers, for example 1,3-propanediol, neopentyl glycol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol or trimethylolpropane (TMP).
  • Low-viscosity polycarbonate alcohols that are easy to process contain various types of crosslinkers.
  • carbon dioxide is polymerized with epoxides such as propylene oxide, the resulting polyols having a carbon dioxide content of up to 50%.
  • the proportion of the above-described branched polyester polyols and/or polycarbonate alcohols in the resin components is preferably from 35 to 100% by weight and particularly preferably from 40 to 80% by weight.
  • the branched polyester polyols and the polycarbonate alcohols show an advantageous resistance to hydrolysis compared to other polyol types, which leads to good storage stability of the foundry cores and good resistance to aqueous sizes.
  • branched polyester polyols and polycarbonate alcohols are particularly suitable as crosslinking polyols for the production of the resin component.
  • polystyrene resin polystyrene resin
  • Desmophen® VPLS from Covestro®
  • Oxyester® from Evonik®
  • Kuraray® polyol from Kuraray®
  • DuranolTM by Asahi Kasei®
  • Placcel® by Daicel®
  • Converge® Polyol by Saudi Aramco®
  • Durez®-Ter by Sumitomo Bakelite®
  • Eternacoll® by Ube®
  • Nippolan® by Tosoh® Oxymer® by Perstorp®
  • Polyol CA ® from Chanda Chemical® and Hoopol® from Synthesia®.
  • Durez®-Ter S1015-35, S1015-62, S1015-120, S1016-55, S1016-110, S1016-120, S1063-35, S1063-55, S1063-72, S1063-120, S1063-210, S1151- 22 S1157-40 S1160-35 EP092-30 S2000-55 S2000-120 S2000-250 S2001-120 S2005-55 S2006-55 S2006-120 S2006-250 Eternacoll® PH- 50, PH-100, PH-200, PH-300, Nippolan® 982R and Oxymer® M112, HD112, HD56, Polyol CA® 6010, 6020, 6040, 6050, 6410, 6420, 6440-N, Hoopol® F-601 , F-690, F-10201, F-10670, F-20013 and F-9690.
  • Unbranched aromatic or aliphatic polyester poles are also used. These are, for example, Hoopol® from Synthesia®, Boltorn® and Capa® from Perstorp®, Polyol CA® from Chanda Chemical®, Desmophen® from Covestro®, Diexter® and Isoexter® from Coim®, Domopol® from Helios®, Durez®- Ter from Sumitomo Bakelite®, Dynacoll® from Evonik®, Elapol® from Elachem®, K-POL® from King Industries®, Kuraray® Polyol from Kuraray®, Lupraphen® and Sovermol® from BASF®, Petopurol® from Petopur®, Placcel ® by Daicel®, Polios® by Purinova®, Polyol SP® by Caspian Chemical®, Rexin® by Sapici®, Stepanpol® by Stepan®, Terate® by Invista®, Terol® by Huntsman®, TRI-REZ
  • polyol compounds are two- to five-functional polyether alcohols.
  • Such polyols are, for example, Voranol® from Dow Chemical®, Desmophen® from Covestro®, Lupranol® from BASF®, Isoter® from Coim®, Puranol® from Jiahua®, Lipoxol® from Sasol®, polyglycol from Clariant® and polyols from Perstorp ®.
  • the Thioplast® types from Akzo Nobel® and the Thiocure® range from Bruno Bock have proven themselves as hydrogen-functional, sulphur-containing additives.
  • Polyetherdiamines such as Jeffamine® D-400 and D-230 from Huntsman® or compounds such as diglycolamine can be used as NH-functional compounds.
  • Diols such as ethylene glycol, 1,3-propanediol, 2-butyl-2-ethylpropanediol, 2-methyl-1,3-propanediol,
  • the binders are processed with or without additional catalytic support.
  • liquid or solid tertiary amine catalysts and/or metal-based catalysts or organometallic compounds which accelerate the polyurethane reaction are advantageously used as catalysts.
  • the following catalysts have a boiling point greater than 120 °C and are included as part of the resin component and/or added to the molding material as an individual component.
  • Organotin, organobismuth, organozinc, organopotassium and organoaluminum compounds and tertiary nitrogen-containing substances such as dimethylcyclohexylamine, N-substituted pyrrolidones, N-substituted imidazoles, diazabicyclooctane and triazine derivatives are suitable as catalysts.
  • Suitable metal-based catalysts are for example the Kosmos® and DABCO® types from Evonik®, TIB KAT® from TIB® Chemicals, K-Kat® products from King Industries®, the Borchi® Kat series from Borchers® and Tytane® by Borica.
  • a comprehensive selection of catalysts with tertiary nitrogen is offered by BASF with the Lupragen® series, Lanxess® with Addocat® types, Momentive with Naix® types, Evonik® with Tegoamin® and DABCO® types, and Huntsman® with the Jeffcat® range.
  • Particularly suitable isocyanates of the hardener component of the molding material according to the invention are oligomers or polymeric derivatives of the basic type of 2,4'- and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate and/or oligomers or polymeric derivatives of the type of 2,4'- and 4, 4'-dicyclohexylmethane diisocyanates and/or oligomeric or polymeric derivatives of hexamethylene diisocyanate and/or isophorone diisocyanate and/or its derivatives, as well as the aromatic, aliphatic and cycloaliphatic isocyanates prepared in a prepolymer process and their oligomers and polymers.
  • Oligomeric and polymeric derivatives of isocyanates include carbodiimides, isocyanurates, biurets, uretdiones, and uretonimines. Preferably they have Isocyanates have at least a functionality of 2.0 and are liquid at room temperature.
  • isocyanate prepolymers can be used in the hardener component. These are produced by pre-crosslinking difunctional or polyfunctional polyols in a stoichiometric deficiency with suitable aliphatic and/or aromatic and/or cycloaliphatic isocyanates. These prepolymer components preferably contain a residual content of free isocyanate groups of 15 to 30%, particularly preferably 18 to 25%.
  • the isocyanate content of the hardener component in the molding material is advantageously chosen in relation to the hydrogen-active compounds of the resin component in such a way that free NCO groups of the hardener component and OH and/or NH and/or SH Groups of the resin component are present in a molar ratio of 0.8 to 1.2.
  • Suitable isocyanates for binders of a molding material according to the invention include Lupranat® types from the BASF® product range, Desmodur® types from Covestro®, Voranate® types and Isonate® types from Dow Chemical®, Vestanat® Types from Evonik®, the Suprasec® series from Huntsman®, TolonateTM types from Vencorex®, Polurene® types and Hydrorene® types from Sapici® or also Ongronat® types from Wanhua®.
  • the suitable isocyanates mentioned above include, in particular, Lupranat® M 70 R, Lupranat® MM 103, Lupranat® M 105, Lupranat® MIP, Lupranat® M 10 R, Lupranat® M 20 S, Desmodur® 44 V 70 L, Desmodur® 44 V 20 L, Desmodur® CD-S, Desmodur® DN, Desmodur® I, Desmodur® W/1 , Vestanat® IPDI, Vestanat® H12MDI, Vestanat® TMDI, Vestanat® HT 2500/LV, Suprasec® 2030, Suprasec® 2085 , Tolonate® HDB LV, Tolonate® HDT LV, Ongronat® 3800, Ongronat® CR-30-20, Ongronat® CR-30-40, Ongronat® CR-30-60, Voranate® M229 and Voranate® M600.
  • the binder components of the molding materials according to the invention are preferably through with the aim of good processability Thinner added.
  • diluents are, for example, fatty acid esters based on renewable raw materials, such as transesterification products from vegetable oils, especially their methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl and ethylhexyl esters.
  • fatty acid esters from natural oils are rapeseed methyl esters, the palm and soya methyl esters from Cremer®, the Priolube® types from Croda®, the DUB® products from Stearinerie Dubois®, and the RADIA® esters from Oleon®.
  • Oxsoft® and Oxblue® esters from Oxea® dibasic esters from Du Pont®, Softenol® esters from Sasol®, the Jayflex® products from Exxon®, those with Freeflex ® dibenzoate esters from Caffaro® or plasticizers from BASF®, such as Flexamoll® DINCFI or Plastomoll®.
  • suitable cyclic and non-cyclic carbonates, such as propylene carbonate are the Jeffsol® variants of Fluntsman®.
  • organosilicates in particular alkyl silicates and alkyl silicate oligomers, are tetraethyl silicate, tetra-n-propyl silicate and mono-, di- and trialkyl silicates from Wacker®, Evonik® and Dow Corning®.
  • the Flarz component of the binder has 45 to 100% by weight, preferably 70 to 90% by weight, of hydrogen-active compounds and the Flarter component of the binder has 60 to 100% by weight, preferably 75 to 90% by weight. polyisocyanates.
  • the two-component binders described in combination with refractory and pourable fillers are suitable for producing a molding material according to the invention.
  • These natural and ceramic foundry sands are commonly referred to as basic molding materials. They include quartz sands of various origins and grain shapes, chromite sand, zircon sand, olivine sand, R sand, magnesia, alkali and alkaline earth halides, aluminum silicates such as J sand and Kerphalite®, synthetic sands such as Cerabeads®, fireclay, M sand, Alodur ®, bauxite sand, silicon carbide, expanded and foam glass, fly ash and other special sands.
  • the preferred mean grain size is in the range from 0.1 to 0.9 mm.
  • the binder and catalyst content in the mold material must be optimized taking into account the respective grain spectrum and the specific sand weight and is preferably 0.3 to 4.0% binder, based on the mold base material, and 0.001 to 2.5% catalyst, based on the resin component, discontinued.
  • the invention is not limited to these settings and amounts.
  • the amine gas-hardening molding material can be produced from one or more refractory pourable fillers at 96.0 to 99.7% and a binder at 0.3 to 4.0% in a batch or continuous mixer.
  • the resin and hardener components of the binder can be added in a mixing ratio of 2.5:1 to 1:2.5, depending on the respective recipe. However, for practical use in foundries, it has proven to be useful to formulate the binder systems in such a way that they can be used in a mixing ratio of 1:1, based on the mass.
  • the molding material is then introduced from a storage vessel into a core tool by applying compressed air at 2 to 7 bar and compressed, then cured in the core tool by a carrier gas-amine mixture, which preferably contains volatile, tertiary amines.
  • the temperature of the carrier gas/amine mixture is preferably in the range from 15 to 100.degree. After another flushing process with the carrier gas, the hardened molded part can be removed from the core tool without distortion be expelled.
  • Suitable volatile tertiary amines are trimethylamine, triethylamine (TEA), dimethylethylamine (DMEA), diethylmethylamine (DEMA), dimethylpropylamine (DMPA), dimethylisopropylamine (DMIPA) or mixtures of several amines.
  • the amines used are bases and have a pK B of 1 to 10, preferably 2 to 5.
  • the carrier gas is generally air but can also be an inert gas such as nitrogen or argon.
  • a molding material according to the invention does not contain any harmful aromatic solvents. Instead, preference is given to using fatty acid esters based on renewable raw materials, synthetic carboxylic acid esters, aliphatic carbonates and/or organic silicon compounds which do not contain any volatile components.
  • the binders and the molding materials themselves have advantageous processing properties such as odorlessness, low vapor pressure, low viscosity, good flowability, rapid hardening processes and high flexural strength.
  • the cores and molds produced with the molding materials described lead to advantageous casting properties and good disintegration. During casting, emissions of volatile organic compounds such as aromatic hydrocarbons and formaldehyde are also significantly reduced compared to binders based on phenol-formaldehyde resin.
  • FIG. 1 A comparison of binder emissions among pyrolytic
  • FIG. 1 shows a comparison of the emissions from binders (Examples 1 and 7, see below), which can be used in a molding material according to the invention, with a commercial, non-inventive, phenolic resin-based cold box binder (Example A2).
  • the measurements provide information about the chemical compounds formed during thermal decomposition of the binder under pyrolytic conditions. These are broken down as a percentage of the total quantity of emission products and classified according to substance class. For this purpose, measurements were carried out using the pyrolysis GC-FID or the pyrolysis GC/MS method at a decomposition temperature of 900°C. This method is established for the laboratory investigation of the pyrolytic decomposition products of polymers, such as the binders investigated here.
  • the present invention also shows benefits in terms of casting quality. Casting defects caused by the molding material are a major problem in iron and steel casting. A frequently occurring casting defect in iron casting is the so-called leaf rib. It arises because the quartz sand used as the basic molding material undergoes a modification change due to heating at 573 °C due to casting.
  • Molding materials according to the invention show a significant improvement compared to the binders used hitherto with regard to the casting defect tendency of the resulting cast part. This was examined and documented in detail for the blade vein casting defect described above. For this purpose, so-called dome cores are manufactured using the cold-box process, which, due to their geometry, provoke the development of the blade vein casting defect. Depending on the quality of the resulting casting, the casting defect tendency of the molding materials used can be classified.
  • compositions of the binders used in Examples 1 to 16 are shown below. All percentages [%] in this document are always to be understood as percentages by weight, unless a different definition is made in the explanatory text.
  • Example 1 Example 2: Example 3:
  • Example 6 Example 7:
  • the binders of the present invention are generally composed of a resin component consisting of a) polyester polyols, b) polycarbonate alcohols c) polyether polyols, d) short-chain crosslinkers and e) thinners, and also an isocyanate-containing hardener component.
  • polyester polyols in the resin component were varied from 0% to 74%, the polycarbonate alcohols from 0% to 46% and the sum of the polyester polyols and polycarbonate alcohols from 42% to 74%.
  • dihydric aliphatic alcohols such as ethylene glycol or 1,3-propanediol and trihydric representatives such as trimethylolpropane have been used by way of example.
  • water as a carbon-free substance or aromatic crosslinkers such as 2,2'-[1,3-phenylenebis(oxy)]bisethanol were also used. Combinations of these are also listed.
  • Fatty acid methyl esters with C16 to C18 fatty acids and/or dibasic esters were mostly used as diluents, but tetraethyl orthosilicate and caprolactone were also used.
  • the isocyanate content of the hardener component varied between 75% and 89%.
  • a hardener component was used in which 82 parts by weight of the MDI oligomer were reacted with 10 parts by weight of polyether polyol to give a prepolymer. Therefore, this hardener component already shows a slight development of the polymer network.
  • delimitation example A1 contains neither polyester polyols nor polycarbonate alcohols in the resin component.
  • the resin component consists exclusively of polyether polyols, short-chain crosslinkers, thinners and catalytically active additives.
  • the hardener component consists of isocyanate and thinner. As in the examples of the invention are no phenolic components and contain formaldehyde.
  • example A2 contains neither polyester polyols nor polycarbonate alcohols in the resin component. It is a classic example of the phenol formaldehyde resin based cold box binders currently used in foundries.
  • the total equivalent weights given relate to the groups which are hydrogen-active towards isocyanate. They were calculated from the weight percentages and equivalent weights of the individual ingredients.
  • the total equivalent weights also referred to as average equivalent weights, are calculated, for example, from the percentage content of OH and/or SH and/or NH groups in the individual components, taking into account their mass fractions in the mixture.
  • the viscosities of the components were determined using a Brookfield rotational viscometer in accordance with DIN EN ISO 2555:2018-09 in the unit mPas.
  • the binder test was based on method A described in VDG leaflet P73.
  • the molding material mixture was produced in a paddle mixer from 100 parts by weight quartz sand H32 and 0.8 parts by weight resin component and hardener component or from 100 parts by weight chromite and each 0.4 parts by weight resin component and hardener component.
  • three test specimens each measuring 22.4 x 22.4 x 185 mm were injected into the introduced shaping core tool and then cured according to the process conditions below with a carrier gas-amine mixture.
  • the molding material strengths of the test specimens obtained in this way are determined as a function of time using the LRu-2e universal strength testing apparatus from Multiserw.
  • the strength of the cores when they are removed from the core tool and then when the cores are cast is relevant. These correspond to the immediate strength or final strength (24-hour value) of the test specimens.
  • the warp-free handling and storability of the core removed from the core tool is important.
  • this is the case with a flexural strength of the test specimens of 100 N/cm 2 .
  • a flexural strength value of the test specimens of >280 N/cm 2 is considered favorable as the ultimate strength after 24 hours. This ensures that cores hardened in the cold box process can be used from light metal castings to cast steel.
  • Test specimens were shot at a shooting pressure of 4 bar with the molding material mixtures, which were produced according to the above-mentioned method, and gassed with tertiary amine at 0.5 bar and then flushed with air.
  • the amount of amine as well as the flushing time will vary according to the processes used:
  • Method 1 mass of DMEA per mass of molding material: 0.0045; rinsing time: 90 s; quartz sand H32;
  • Method 2 mass of DMEA per mass of molding material: 0.0045; rinsing time: 60 s; quartz sand H32;
  • Method 3 mass of DMEA per mass of molding material: 0.0045; rinsing time: 30 s; quartz sand H32; Method 4: mass of DMEA per mass of molding material: 0.0030; rinsing time: 90 s; quartz sand H32;
  • Method 5 mass of DMEA per mass of molding material: 0.0060; rinsing time: 120 s; quartz sand H32;
  • Method 6 mass of DMEA per mass of molding material: 0.0090; rinsing time: 300 s; quartz sand H32;
  • Process 7 mass of DMPA per mass of mold material: 0.0045; rinsing time: 90 s; quartz sand H32;
  • Method 8 mass of DMEA per mass of mold material: 0.0045; rinsing time: 90 s; chrome it.
  • molded material test specimens could be cured in accordance with methods 1 to 7 using amounts of amine customary in the cold box method. A suitability of the molding materials according to the invention for use in the cold box process was thus demonstrated.
  • example A1 which is not according to the invention.
  • the associated molding material test specimens could not be cured.
  • Test specimens could only be obtained by further increasing the amine mass used per molding material mass to 0.009 and the gassing time to 300 seconds.
  • these showed neither sufficient removal strengths nor final strengths.
  • Molded materials with the non-inventive binder Example A1 are therefore not suitable for use in the cold box process because the cycle times and amounts of amine are well outside the range required in the cold box process.
  • Table 1 shows the flexural strength of the standard test specimens in the cold box method.
  • the dome cores for assessing the inclination of the leaf veins were produced by mixing 100 parts by weight of quartz sand H32 and 0.8 parts by weight each of resin and hardener component in a paddle mixer and then introducing the molding material mixture into the dome core mould.
  • a school grading system is used here, which takes into account the number of leaf veins and their width and height. With a rating of 1, no veins may appear, with a rating of 2 only slight approaches to veining, with a rating of 3, a few veins or a slight one Expression, with grade 4 a medium number or clear development of the leaf veins, with grade 5 many or very pronounced leaf veins and with grade 6 very many or very pronounced leaf veins.
  • binders used according to the invention in Examples 1, 2 and 14 there were only weakly pronounced deposits of leaf veins (rating 2).
  • comparative example A2 phenolic resin binder CB
  • a significantly higher number and greater expression and branching of leaf veins were observed (rating 4).

Abstract

The invention relates to a moulding material for producing cores using the cold box method, comprising the following components: a two-component, phenol- and phenol-derivative-free, polyurethane-based binder, containing a resin component, having one or more branched aliphatic or aromatic polyester polyols, formed by branched aliphatic or aromatic diol or triol starters with one or more side chains, as well as substituted or unsubstituted aliphatic and/or aromatic di- and/or tri-carboxylic acids or anhydrides thereof and/or one or more polycarbonate alcohols with equivalent weights of 250 to 4000 g/val and hydroxyl functionalities of 2 to 4 as compounds that are hydrogen-active relative to isocyanates, wherein the branched polyester polyols and/or polycarbonate alcohols of the resin component of the binder have a proportion in the region of 35 to 100 wt.% of the resin component; and a curing component, having one or more polyisocyanates; as well as one or more refractory, loose-fill filling materials. The invention also relates to a method for curing a moulding material of this type. The moulding material can be cured in the cold box method via a gas application with tertiary amines in short cycles. The option of replacing usual phenolic urethane resin binders achieves considerable emission advantages in casting-related binder burn-off.

Description

Formstoff zur Herstellung von Kernen und Verfahren zu dessen Härtung Molding material for the production of cores and process for its hardening
Die Erfindung betrifft einen Formstoff zur Herstellung von Kernen im Cold-Box- Verfahren. Dieser Formstoff umfasst natürliche und/oder keramische Sande und ein zweikomponentiges, phenol- und phenolderivatfreies Polyurethan- Bindemittel. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Härtung dieses Formstoffes. Der Formstoff lässt sich im Cold-Box-Verfahren durch Begasung mit tertiären Aminen in kurzen Taktzeiten aushärten. Durch die Möglichkeit, bisher gängige Phenolurethanharz-Bindemittel zu ersetzen, werden erhebliche Emissionsvorteile beim gussbedingten Bindemittelabbrand erzielt. The invention relates to a molding material for producing cores in the cold box process. This molding material includes natural and/or ceramic sand and a two-component polyurethane binding agent that is free of phenol and phenol derivatives. Furthermore, the invention relates to a method for curing this molding material. The molding material can be cured in the cold box process by gassing with tertiary amines in short cycle times. The possibility of replacing phenolic urethane resin binders that have been used up to now means that considerable emissions advantages are achieved in the case of binder burn-off caused by casting.
Begasungshärtende Verfahren zur Kernfertigung in nichtbeheizten Kernkästen werden allgemein als Cold-Box-Verfahren bezeichnet. Vor allem das PU-Cold- Box-Verfahren (Phenol-Urethan-Cold-Box oder Polyurethan-Cold-Box) hat sich seit seiner Einführung in den 1960er Jahren durchgesetzt. Es ist derzeit das weitverbreitetste Kernherstellungsverfahren, wodurch es im Gießerei- Sprachgebrauch schlichtweg unter dem Begriff „Cold-Box“ verwendet wird. Im Rahmen dieser Offenlegungsschrift wird der Einfachheit halber ebenfalls die Kurzform „Cold-Box-Verfahren“ genutzt, wenn vom begasungshärtenden PU- Cold-Box-Verfahren die Rede ist. Gassing-hardening processes for core production in non-heated core boxes are generally referred to as cold-box processes. In particular, the PU cold box process (phenolic urethane cold box or polyurethane cold box) has become established since its introduction in the 1960s. It is currently the most widespread core manufacturing process, which is why it is simply used under the term "cold box" in foundry parlance. For the sake of simplicity, the abbreviation “cold box process” is also used within the scope of this disclosure document when talking about the gassing-hardening PU cold box process.
Die weite Verbreitung des Verfahrens geht auf Prozessvorteile wie sehr geringe Aushärtezeiten kombiniert mit hohen Formstofffestigkeiten und guten Gussergebnissen zurück. Die Kerne werden im Allgemeinen mit einer speziellen Kernschießmaschine hergestellt. Der Formstoff, der aus Formgrundstoff, Harz und Härter gemischt wird, wird mittels Druckluft aus dem Schießkopf der Maschine in eine ungeheizte Kernbüchse eingebracht und verdichtet. Die Härtung des Formstoffs erfolgt, indem ein Amin-Trägergas- Gemisch durch die Kernbüchse geleitet wird. Das Trägergas ist im Allgemeinen Luft, kann aber auch ein Inertgas wie Stickstoff oder Argon sein. Anschließend wird überschüssiges Amin mit Druckluft aus der Kernbüchse gespült. Der so erhaltene Formstoff-Kern besitzt eine ausreichend hohe Anfangsfestigkeit, um verzugfrei aus der Kernbüchse entnommen zu werden. Während der Lagerung bis zum Abguss erfolgt eine Nachhärtung des Kerns bis der Formstoff seine sogenannte Endfestigkeit erreicht hat. The widespread use of the process is due to process advantages such as very short curing times combined with high molding material strength and good casting results. The cores are generally made with a special core shooter. The molding material, which consists of a mixture of basic molding material, resin and hardener, is introduced into an unheated core box and compressed using compressed air from the machine's shooting head. The molding material is hardened by passing an amine-carrier gas mixture through the core box. The carrier gas is generally Air, but can also be an inert gas such as nitrogen or argon. Then excess amine is flushed out of the core box with compressed air. The molding material core obtained in this way has a sufficiently high initial strength to be removed from the core box without distortion. During storage until casting, the core is post-cured until the molding material has reached its so-called ultimate strength.
Die durch tertiäre Amine katalysierte Härtung des Formstoffs ermöglicht geringe Taktzeiten der Kernfertigung, so dass das Verfahren vor allem für Großserien und automatisierte Prozesse in Gießereien eingesetzt wird. The hardening of the molding material catalyzed by tertiary amines enables short core production cycle times, so that the process is primarily used for large series and automated processes in foundries.
Cold-Box-Bindemittel sind Zweikomponenten-Bindemittel, die aus einer polyolhaltigen Harz-Komponente und einer isocyanathaltigen Härter- Komponente bestehen, welche formstoffhärtend zum Polyurethan reagieren. Cold box binders are two-component binders consisting of a polyol-containing resin component and an isocyanate-containing hardener component, which react to form the polyurethane when the molding material hardens.
Derzeitig am Markt befindliche Cold-Box-Bindemittel bestehen im Allgemeinen, wie in US 3409579 A beschrieben, aus Phenol-Formaldehyd-Harzen in einem Lösungsmittel als Polyolkomponente sowie einer Härter-Kom ponente aus einem aromatischen Polyisocyanat in einem geeigneten Lösungsmittel. Die verwendeten Lösungsmittel sind üblicherweise flüchtige aromatische Kohlenwasserstoffe. Zur raschen Aushärtung des Formstoffs in der Kernbüchse werden leichtflüchtige, tertiäre Amine, wie zum Beispiel Triethylamin im gasförmigen Zustand eingesetzt. Phenol-Formaldehyd-Harze sind hydroxyfunktionelle Polyole, die durch Kondensation von ein- oder mehrwertigen Phenolen mit Aldehyden, insbesondere Formaldehyd, gebildet werden. Die Reaktion verläuft sauer katalysiert derart, dass sogenannte Novolake entstehen, und basisch katalysiert unter Bildung von Resol-Harzen. Cold box binders currently on the market generally consist, as described in US Pat. No. 3,409,579 A, of phenol-formaldehyde resins in a solvent as the polyol component and a hardener component of an aromatic polyisocyanate in a suitable solvent. The solvents used are usually volatile aromatic hydrocarbons. Volatile, tertiary amines such as triethylamine in gaseous form are used to quickly harden the molding material in the core box. Phenol-formaldehyde resins are hydroxy-functional polyols formed by the condensation of mono- or polyhydric phenols with aldehydes, especially formaldehyde. The reaction proceeds with acidic catalysis in such a way that so-called novolaks are formed, and with base catalysis to form resol resins.
In einer Weiterentwicklung, dem sogenannten Cold-Box-Plus-Verfahren, wird der Kernkasten auf 40 bis 80 °C erhitzt, wodurch eine schnellere Bindervernetzung an der Außenseite des Kerns erreicht wird. Festigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit der Kerne werden damit gegenüber dem regulären Cold-Box-Verfahren deutlich erhöht. In a further development, the so-called Cold Box Plus process, the core box is heated to 40 to 80 °C, which results in faster binder crosslinking on the outside of the core. Strength and moisture resistance of the cores are thus compared to the regular Cold box process significantly increased.
Als Amine zur Katalyse werden im Cold-Box-Verfahren leichtflüchtige, tertiäre Amine wie Trimethylamin, Triethylamin, Dimethylethylamin oder Dimethylpropylamin verwendet. In der EP 2 106310 B1 werden Mischungen aus mindestens zwei tertiären Aminen, meist als Kombination höher und niedrig siedender Amine, als vorteilhaft für Handhabung und die Aushärtung des Formstoffs beschrieben. Die benötigte Aminmenge wird im Vergleich zur Verwendung des höher siedenden Amins herabgesetzt, während die Geruchsbelastung geringer ist als bei ausschließlicher Verwendung des niedrig siedenden Amins. Volatile, tertiary amines such as trimethylamine, triethylamine, dimethylethylamine or dimethylpropylamine are used as amines for catalysis in the cold box process. EP 2 106310 B1 describes mixtures of at least two tertiary amines, mostly as a combination of higher and lower boiling amines, as being advantageous for handling and curing the molding material. The amount of amine required is reduced compared to using the higher boiling point amine, while the odor load is lower than when the low boiling point amine alone is used.
Phenolharz-basierte Cold-Box-Bindemittel enthalten, neben den für die Aushärtung unerlässlichen Bestandteilen Phenolharz, Polyisocyanat und Katalysator, diverse Additive und Zuschlagstoffe. Um eine lange verarbeitungsoffene Zeit des Formstoffs sicher zu stellen, werden den Komponenten saure Additive zugesetzt. In der US 4540724 A finden dafür Phosphorhalogenide wie Phosphorylchlorid Anwendung. Die Verwendung von Chlorsilanen zur Erhöhung der Sandlebenszeit wird in der DE 3405 180 A1 beschrieben. Nachteilig hierbei ist, dass sich chlorhaltige Verbindungen unter Freisetzung von Salzsäure zersetzen können. Diese ist gesundheitsgefährdend und greift zudem auch noch die umgebenden Metallteile korrosiv an. Eine weniger gesundheitsschädliche Variante wird in der DE 102012201 971 A1 beschrieben. Der isocyanathaltigen Komponente werden Mischungen aus Methansulfonsäure, Phosphorsäureestern und Silanen zugesetzt, die eine Verlängerung der Sandlebenszeit und eine Erhöhung der Lagerstabilität ermöglichen. Phenolic resin-based cold-box binders contain various additives and additives in addition to the components that are essential for curing: phenolic resin, polyisocyanate and catalyst. Acidic additives are added to the components to ensure that the molding material has a long processing life. In US Pat. No. 4,540,724 A, phosphorus halides such as phosphoryl chloride are used for this purpose. The use of chlorosilanes to increase the lifetime of the sand is described in DE 3405 180 A1. The disadvantage here is that chlorine-containing compounds can decompose with the release of hydrochloric acid. This is hazardous to health and also corrosively attacks the surrounding metal parts. A variant that is less harmful to health is described in DE 102012201 971 A1. Mixtures of methanesulfonic acid, phosphoric acid esters and silanes are added to the isocyanate-containing component, which allows the sand to be extended and its storage stability to be increased.
Laut der WO 001985004603 A1 kann die verarbeitungsoffene Zeit von Cold- Box-Bindemitteln auf Phenolharz-Isocyanat-Basis durch die Zugabe von phosphorhaltigen Säuren und deren Derivaten auf bis zu 4 Stunden verlängert werden. Gemäß der DE 4327292 A1 werden Haftvermittler wie Alkoxysilane genutzt, um die Klebwirkung des Bindemittels im feuerfesten Füllstoff und die Lagerstabilität des erhaltenen Kernes zu verbessern. According to WO 001985004603 A1, the open time of cold-box binders based on phenolic resin and isocyanate can be extended to up to 4 hours by adding phosphorus-containing acids and derivatives thereof. According to DE 4327292 A1, adhesion promoters such as alkoxysilanes are used to improve the adhesive effect of the binder in the refractory filler and the storage stability of the core obtained.
In verschiedenen Entwicklungsstufen der Phenolharz-basierten Cold-Box- Bindemittelsysteme wurde ein wesentlicher Einfluss der Verdünner von Harz- und Härter-Komponenten auf Aushärtegeschwindigkeiten und Festigkeiten beschrieben. Durch den Austausch von aromatischen, leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffe als Lösungsmittel wurde, wie in der WO 002016038156 A1 erläutert, außerdem versucht, die Umweltverträglichkeit der Bindemittel, insbesondere die BTX-Emission, zu verbessern. In various stages of development of the phenolic resin-based cold box binder systems, a significant influence of the thinners of resin and hardener components on curing speeds and strength was described. As explained in WO 002016038156 A1, an attempt was also made to improve the environmental compatibility of the binder, in particular the BTX emission, by replacing aromatic, highly volatile hydrocarbons as the solvent.
In der DE 2906052 A wird ein Cold-Box-Bindemittel beschrieben, bei dem die Harz-Komponente ein Phenolharz umfasst, das mit einer Mischung aus aromatischem Kohlenwasserstoff und einem Phosphat- und/oder Carbonatester verdünnt wird. Durch diese Lösungsmittel-Variation werden eine erhöhte Aushärtegeschwindigkeit und eine gesteigerte Warmfestigkeit der Kerne erzielt. Auf die gesundheitsgefährdenden aromatischen Lösungsmittel konnte nicht vollständig verzichtet werden. DE 2906052 A describes a cold box binder in which the resin component comprises a phenolic resin which is diluted with a mixture of aromatic hydrocarbon and a phosphate and/or carbonate ester. This solvent variation achieves an increased curing speed and increased heat resistance of the cores. The aromatic solvents, which are hazardous to health, could not be dispensed with completely.
In der US 3905934 A wurden zur Verringerung der Geruchsbelastung durch aromatische Kohlenwasserstoffe verschiedene Dialkylphthalate als Lösungsmittel eingesetzt. Zahlreiche Vertreter dieser Substanzklasse wurden inzwischen allerdings als reproduktionstoxisch eingestuft. Im Weiteren bleibt die Aromatenlast gegenüber bisher verwendeten Bindemitteln nahezu unverändert hoch. In US Pat. No. 3,905,934 A, various dialkyl phthalates were used as solvents to reduce the odor pollution caused by aromatic hydrocarbons. However, numerous representatives of this class of substances have now been classified as toxic to reproduction. Furthermore, the aromatic load remains almost unchanged compared to the binders previously used.
Die DE 19542752 A1 offenbart die Verwendung von Rapsmethylester oder Dibasischem Ester als Verdünner für die Harz- und/oder Härter-Komponente eines Cold-Box-Bindemittels, wodurch bei der Verarbeitung gesundheitsschädliche aromatische Kohlenwasserstoffe vollständig ersetzt werden können. Als weitere Vorteile von Rapsmethylester werden eine gute Trennwirkung zwischen Form und Kern sowie eine geringe Ausgasung beim Guss beschrieben. DE 19542752 A1 discloses the use of rapeseed methyl ester or dibasic ester as a thinner for the resin and/or hardener component of a cold box binder, as a result of which aromatic hydrocarbons that are harmful to health can be completely replaced during processing. As other benefits of rapeseed methyl ester are a good Separation effect between mold and core as well as low outgassing during casting are described.
In der DE 19925115 A1 werden Alkylsilikate als Lösungsmittel für Phenolharz und Isocyanate verwendet, insbesondere Tetraethylorthosilikat. Dadurch wird die Emissionslast vermieden, die den sonst verwendeten aromatischen Lösungsmitteln entstammt, ohne dass sich Nachteile für die sonstigen Bindereigenschaften ergeben. Die Gusseigenschaften werden sogar verbessert, da die thermische Beständigkeit von Kernen und Formen sehr hoch ist und eine niedrigere Gasdruck-Entwicklung beobachtet wird. Alkylsilikate bringen allerdings, wie in der WO 2011008362 A1 dargelegt, auch Nachteile mit sich. So verunreinigen sie durch Gelbildung die saure Lösung im nachgeschalteten Aminwäscher und können bei der Formstoffverarbeitung feinverteilte weiße Silikat-Partikel freisetzen, die als Schwebstoffe in die Luft übergehen. Darüber hinaus weist Tetraethylsilikat einen intensiv stechenden Geruch auf und ist als äugen- und atemwegsreizend sowie gesundheitsschädlich beim Einatmen eingestuft. In DE 19925115 A1, alkyl silicates are used as solvents for phenolic resin and isocyanates, in particular tetraethyl orthosilicate. This avoids the emission load that comes from the aromatic solvents otherwise used, without any disadvantages for the other binder properties. Casting properties are even improved as the thermal resistance of cores and molds is very high and lower gas pressure development is observed. However, as explained in WO 2011008362 A1, alkyl silicates also have disadvantages. They contaminate the acidic solution in the downstream amine scrubber through gel formation and can release finely divided white silicate particles during processing of the molding material, which are released into the air as suspended matter. In addition, tetraethyl silicate has an intensely pungent odor and is classified as an eye and respiratory tract irritant and harmful if inhaled.
In der DE 102015201 614 A1 wird beschrieben, dass klassische Polyurethan- Bindemittel aromatische Substanzen in beiden Komponenten enthalten, nämlich das Phenolharz und Diphenylmethandiisocyanat. Deshalb werden beim Abguss BTEX-Aromaten wie Benzol, Toluol und Xylole freigesetzt. Diese Emissionslast kann durch Verringerung der Bindermenge im Formstoff reduziert werden. Damit geht ein geringerer Gehalt an Stickstoff im Binder und ein verringertes Risiko zum Auftreten Stickstoff-induzierter Gussfehler wie sogenannter Pinholes einher. Weiterhin sorgen Alkylsilikate und Dibasische Ester als Lösungsmittel von Harz- und Härter-Komponente für eine geringere BTEX-Emission und weniger Geruchsbelastung. DE 102015201 614 A1 describes that classic polyurethane binders contain aromatic substances in both components, namely the phenolic resin and diphenylmethane diisocyanate. BTEX aromatics such as benzene, toluene and xylenes are therefore released during casting. This emission load can be reduced by reducing the amount of binder in the molding material. This is accompanied by a lower nitrogen content in the binder and a reduced risk of nitrogen-induced casting defects such as so-called pinholes occurring. Furthermore, alkyl silicates and dibasic esters as solvents for resin and hardener components ensure lower BTEX emissions and less odor pollution.
Die WO 2011008362 A1 beschreibt ein Cold-Box-System, bei dem das Harz aus einem Phenolharz, Polyetherpolyol, Polyesterpolyol, einem Aminopolyol oder Gemischen daraus besteht, wobei Phenolharze bevorzugt werden. Als Lösungsmittel werden notwendigerweise in Harz und/oder Härter Cycloalkane verwendet, die positive Eigenschaften wie verbesserte Gussqualität bewirken sollen. In den Beispielen wird ausschließlich ein Phenolharzhaltiger Binder offenbart. Die anderen Polyol-Typen werden zwar im beschreibenden Teil aufgeführt, ihre tatsächliche Eignung wird allerdings nicht mit Beispielen belegt. WO 2011008362 A1 describes a cold box system in which the resin consists of a phenolic resin, polyetherpolyol, polyesterpolyol, an aminopolyol or mixtures thereof, phenolic resins being preferred. When Solvents are necessarily used in resin and/or hardener cycloalkanes, which are said to bring about positive properties such as improved casting quality. Only a binder containing phenolic resin is disclosed in the examples. The other polyol types are listed in the descriptive part, but their actual suitability is not proven with examples.
Neben den Lösungsmitteln stellen auch die Phenolharze an sich, beziehungsweise ihre produktionsbedingt unvermeidlichen Monomerengehalte an den giftigen CMR-Stoffen Formaldehyd und Phenol, welche kanzerogen, mutagen beziehungsweise reproduktionstoxisch wirken können, eine erhebliche Belastung der Umwelt und der Gesundheit der Verarbeiter in allen Schritten von Abformung, über Guss bis hin zur Deponierung des Formstoffs, dar. Eine Reihe von Schriften listet Bemühungen auf, deren Freisetzung zu vermeiden. In addition to the solvents, the phenolic resins themselves, or their production-related unavoidable monomer content of the toxic CMR substances formaldehyde and phenol, which can be carcinogenic, mutagenic or toxic to reproduction, pose a significant burden on the environment and the health of the processor in all steps of molding, through casting to landfilling of the molding material. A number of publications list efforts to avoid their release.
Gemäß der DE 102008055042 A1 wird die Verringerung des Phenolgehalts durch Verwendung modifizierter Phenolharze erreicht. Dabei werden freie Hydroxyfunktionen der Phenolharzeinheiten durch Ester der Orthokieselsäure und ihrer Polymere verknüpft oder substituiert. Als Vorteile ergeben sich daraus unter anderem verringerte Geruchsbelästigung, weniger Schadstoffemissionen und erhöhte thermische Beständigkeit. Im Weiteren wird zum Teil Phenol durch Kresole (Methylphenol) ersetzt, die zwar keine CMR-Stoffe, aber dennoch giftig sind. According to DE 102008055042 A1, the phenol content is reduced by using modified phenolic resins. In this case, free hydroxy functions of the phenolic resin units are linked or substituted by esters of orthosilicic acid and its polymers. The advantages are, among other things, reduced odor nuisance, fewer pollutant emissions and increased thermal resistance. Furthermore, some phenol is replaced by cresols (methylphenol), which are not CMR substances but are still toxic.
In der DE 102018 100694 A1 werden Kombinationen aus ß-Dicarbonyl- Verbindung und einer a-Carbonyl-Carboxyl-Verbindung, insbesondere Glyoxylsäure, als sogenannter Formaldehydfänger in Phenolharzen des Benzylethertyps eingesetzt. Somit kann der Anteil an freiem Formaldehyd auf unter 0,01 % reduziert werden. Durch Zugabe von Glyoxylsäure wird die Stabilität des Phenolharzes nicht beeinträchtigt und der Gehalt freien Formaldehyds bleibt verhältnismäßig niedrig. Allerdings gehen stark reduzierte Gehalte an freiem Formaldehyd im Allgemeinen mit einem Festigkeitsverlust des ausgehärteten Formstoffs einher. Laut der DE 102006037288 B4 können die Gehalte an freiem Phenol und Formaldehyd durch die Beimischung von Cardol und/oder Cardanol oder deren Derivaten deutlich reduziert werden. Gleichzeitig weisen die aus diesen Harzen hergestellten Formkörper eine hohe thermische Stabilität auf. In DE 102018 100694 A1, combinations of β-dicarbonyl compound and an α-carbonyl-carboxyl compound, in particular glyoxylic acid, are used as so-called formaldehyde scavengers in phenolic resins of the benzyl ether type. This means that the proportion of free formaldehyde can be reduced to less than 0.01%. The addition of glyoxylic acid does not affect the stability of the phenolic resin and the free formaldehyde content remains relatively low. However, greatly reduced levels of free formaldehyde are generally associated with a loss of strength in the cured molding material. According to DE 102006037288 B4, the contents of free phenol and formaldehyde can be significantly reduced by adding cardol and/or cardanol or their derivatives. At the same time, the moldings produced from these resins have high thermal stability.
Die Reduzierung des Formaldehydanteils eines phenolischen Harzes, das sowohl im No-Bake- als auch im Cold-Box-Verfahren eingesetzt werden kann, wurde in der DE 69207275 T2 durch Einbringen aliphatischer Hydroxylverbindungen wie Ethylenglykol, Propylenglykol, 1,3-Propandiol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Glycerin, Sorbit und Polyetherpolyolen mit einer Hydroxylzahl größer 200 erreicht. The reduction of the formaldehyde content of a phenolic resin, which can be used both in the no-bake and in the cold-box process, was described in DE 69207275 T2 by introducing aliphatic hydroxyl compounds such as ethylene glycol, propylene glycol, 1,3-propanediol, diethylene glycol, triethylene glycol, glycerin, sorbitol and polyether polyols with a hydroxyl number greater than 200.
Als weiterer Nachteil Phenolharz-basierter Cold-Box-Systeme ist eine hohe Gussfehlerneigung durch sogenannte Blattrippen- oder Heißrissbildung im Grau- und Stahlguss bekannt. Durch organische (Holzmehl) oder anorganische Formstoffadditive (Eisenoxid) können diese Gussfehler zum Teil vermieden werden. Die Additive verursachen allerdings ihrerseits unerwünschte Effekte. Durch organische Additive wird die Emissionslast beim Guss deutlich erhöht und es kommt daher zum verstärkten Auftreten gasinduzierter Gussfehler. Die anorganischen Additive hingegen reichern sich im Regeneratsand an und erniedrigen so den Sinterpunkt des Formstoffs, was in Bezug auf den Guss unerwünscht ist und ebenfalls zu Gussfehlern führen kann. A further disadvantage of phenolic resin-based cold box systems is a high tendency to casting defects due to so-called veining or hot cracking in gray and steel castings. These casting defects can be partially avoided by organic (wood flour) or inorganic mold material additives (iron oxide). However, the additives themselves cause undesired effects. The emission load during casting is significantly increased by organic additives and gas-induced casting defects therefore occur more frequently. The inorganic additives, on the other hand, accumulate in the regenerated sand and thus lower the sintering point of the molding material, which is undesirable with regard to the casting and can also lead to casting defects.
In der DE 2348226 A1 wird zur Verringerung der Gussfehlerneigung bei Verwendung von im Cold-Box-Verfahren hergestellten Kernen ein Teil des Phenolharzes gegen aliphatische oder aromatische Polyetheralkohole ausgetauscht. Um eine ausreichend hohe Reaktionsgeschwindigkeit zu erzielen, sind zusätzlich Phenol- und Benzylalkohol-Derivate mit geringem Molekulargewicht notwendig. Die verwendete Harz-Komponente besteht größtenteils weiterhin aus phenolbasierten Substanzen. In der WO 001990005155 A1 wird ein Polyurethan-Bindemittel auf Basis von Phenol-Formaldehyd-Harz und Polyisocyanat beschrieben, das durch die Zugabe von 2,0 bis 8,0 % Polyesterpolyol basierend auf dem Gewicht der Phenolharzkomponente verbesserte Zerfallseigenschaften eines damit hergestellten Formstoffs aufweist. Daher eignet sich dieser insbesondere für den Guss mit niedrig-schmelzenden Metallen wie Aluminium. Weiterhin wird eine Flärtung des Formstoffs durch gasförmige Amine nach dem Cold-Box- Verfahren beschrieben. In DE 2348226 A1, part of the phenolic resin is replaced with aliphatic or aromatic polyether alcohols in order to reduce the tendency towards casting defects when using cores produced in the cold box process. In order to achieve a sufficiently high reaction rate, phenol and benzyl alcohol derivatives with a low molecular weight are also necessary. The resin component used continues to consist largely of phenol-based substances. WO 001990005155 A1 describes a polyurethane binder based on phenol-formaldehyde resin and polyisocyanate which, by adding 2.0 to 8.0% polyester polyol based on the weight of the phenolic resin component, has improved decomposition properties of a molding material produced therewith. It is therefore particularly suitable for casting with low-melting metals such as aluminium. Furthermore, a flattening of the molding material by gaseous amines according to the cold box process is described.
Der Begriff Cold-Box kann auch für weitere gashärtende Verfahren verwendet werden, zum Beispiel Harnstoff-Formaldehyd- oder Phenol-Formaldehyd- Harze, die mit Schwefeldioxid gehärtet werden. In der DE 102005024334 A1 wird ein mehrkomponentiges System, bestehend aus Epoxidharz, einer ungesättigten Ethylen-Verbindung, einer gesättigten Fettsäure und Radikalstartern offenbart, das mit Schwefeldioxid ausgehärtet wird. Die verwendeten Epoxidharze basieren meist auf Bisphenol A, das beim Menschen nachgewiesenermaßen die Fruchtbarkeit schädigt und daher zur Herstellung von Alltagsgegenständen nicht mehr verwendet werden darf. Des Weiteren deformieren Kerne, die im S02-Cold-Box-Verfahren hergestellt wurden, bei thermischer Belastung, was bei der Ofen-Trocknung der Kerne nach der sogenannten Beschlichtung einen unerwünschten Effekt darstellt. The term cold box can also be used for other gas-curing processes, for example urea-formaldehyde or phenol-formaldehyde resins that are cured with sulfur dioxide. DE 102005024334 A1 discloses a multi-component system consisting of epoxy resin, an unsaturated ethylene compound, a saturated fatty acid and radical initiators, which is cured with sulfur dioxide. The epoxy resins used are mostly based on bisphenol A, which has been shown to damage fertility in humans and is therefore no longer allowed to be used in the manufacture of everyday objects. Furthermore, cores that were produced using the SO 2 cold box process deform under thermal stress, which is an undesirable effect when the cores are oven-dried after so-called sizing.
Ein weiteres gashärtendes Formstoff-Verfahren basiert auf Natriumsilikat- Bindemitteln. Diese häufig modifizierten Wassergläser lassen sich im Formstoff durch C02-Begasung in verhältnismäßig niedrigen Taktzeiten härten. Das Wasserglas-C02-Verfahren, welches bereits 1947 von Leo Petrzela entwickelt wurde, gilt als das erste begasungshärtende Cold-Box-Verfahren. Another gas-hardening molding material process is based on sodium silicate binders. These water glasses, which are often modified, can be hardened in the molding material by gassing with CO 2 in relatively short cycle times. The water glass C0 2 process, which was developed by Leo Petrzela in 1947, is considered to be the first gassing-hardening cold box process.
Bei diesem begasungshärtenden Verfahren zur Herstellung von Gießereiformen und -kernen wird durch Einleiten von Kohlenstoffdioxid in die Alkalisilikat-haltige Formstoffmischung eine chemische Aushärtung erreicht. Die Bildung eines Si02-Gels, welches für die eigentliche Festigkeit verantwortlich ist, findet im Zeitraum von Sekunden bis wenigen Minuten statt, sodass eine hochtaktige Produktion ermöglicht wird. In den 1950er und 1960er Jahren war das Wasserglas-C02-Verfahren weit verbreitet, wurde jedoch mit dem Aufkommen des Polyurethan-Cold-Box-Verfahrens rasch verdrängt. In this gassing-hardening process for the production of foundry molds and cores, chemical hardening is achieved by introducing carbon dioxide into the mold material mixture containing alkali silicate. The formation of a Si0 2 gel, which is responsible for the actual strength, takes place in the A period of seconds to a few minutes takes place, so that high-speed production is made possible. In the 1950s and 1960s, the water glass C0 2 process was widespread, but was quickly displaced with the advent of the polyurethane cold box process.
Zu den Vorteilen von wasserglasbasierten Bindemittel zählt ihre silikatische, nicht-organische Struktur. Somit werden bei Abformung und Guss keine Schadstoffe durch VOC-Freisetzung oder Verbrennung emittiert. One of the advantages of water glass-based binders is their silicate, non-organic structure. This means that no pollutants are emitted through VOC release or combustion during molding and casting.
Lange Zeit hatten silikatische Binder mit massiven Nachteilen im Gussprozess zu kämpfen. So zeigen sie bei thermischer Belastung im Guss einen Erweichungspunkt, der zum Verzug des Gussteils führen kann. Außerdem reichern sie sich schnell im Formstoff-Regenerat-Kreislauf an und führen damit zu einer ungewünschten Sinterpunktserniedrigung im Formstoff-Regenerat. Nicht zuletzt führt der hohe pH-Wert von zu deponierenden Altsanden durch ihre stark basischen Eigenschaften zur Einordnung in ungünstige und kostenintensive Deponieklassen. Die geringe Fließfähigkeit der Formstoffe schränkt die Schießbarkeit vor allem von filigranen Kernelementen ein, was zusätzlich durch die vergleichsweise niedrigen Festigkeiten, besonders bei der Entnahme der Gießformen, eine Handhabbarkeit dünnwandiger Formkörper erschwert. Weiterhin ist die Lagerfähigkeit bei erhöhter Luftfeuchtigkeit zeitlich begrenzt. For a long time, silicate binders had to contend with massive disadvantages in the casting process. When subjected to thermal stress in the cast, they show a softening point that can lead to distortion of the cast part. In addition, they accumulate quickly in the recycled molding material and thus lead to an undesirable reduction in the sintering point in the recycled molding material. Last but not least, the high pH value of used sands to be landfilled, due to their strongly basic properties, leads to classification in unfavorable and cost-intensive landfill classes. The low flowability of the molding materials restricts the ability to shoot, especially of filigree core elements, which also makes it difficult to handle thin-walled moldings due to the comparatively low strength, especially when removing the casting molds. Furthermore, the shelf life is limited in the case of increased humidity.
Diese chemisch bedingten Nachteile wurden verstärkt in den vergangenen Jahren durch Modifikation und Additivierung der silikatischen Bindemittel abgemildert oder behoben. These chemically related disadvantages have been increasingly mitigated or eliminated in recent years by modifying and adding additives to the siliceous binder.
In der WO 2009056320 A1 werden oberflächenaktive Tenside, wie Fettsäuresulfate, -sulfonate oder -phosphate beschrieben, die die Fließfähigkeit des Form Stoffs erhöhen. WO 2009056320 A1 describes surface-active surfactants, such as fatty acid sulfates, sulfonates or phosphates, which increase the flowability of the molding material.
Die Festigkeiten der Gießformen können gemäß DE 102012 103705 A1 erhöht werden, indem durch thermische Nachbehandlung überschüssiges Wasser aus dem Formstoff verdrängt wird. Weiterhin kann nach der eigentlichen Formstoffhärtung überschüssiges Kohlendioxid aus dem Kern ausgetrieben werden, indem mit einem Gas, das weniger Kohlenstoffdioxid enthält als jenes, das zum Aushärten verwendet wurde, gespült wird. Damit wird die unerwünschte Bildung von festigkeitsmindernden Nebenprodukten vermieden. According to DE 102012 103705 A1 be increased by displacing excess water from the molding material through thermal post-treatment. Furthermore, after the actual curing of the mold material, excess carbon dioxide can be expelled from the core by purging with a gas that contains less carbon dioxide than that used for curing. This avoids the undesired formation of strength-reducing by-products.
Um die Zerfallseigenschaften silikatischer Formstoffe beim Guss zu fördern, werden oftmals organische Stoffe eingesetzt. Diese verbrennen beim Abguss. Durch die so entstehenden Poren im Formstoffgefüge soll die Entkernbarkeit des Formstoffs aus dem Gussteil verbessert werden. Typische Beispiele für solche Zerfallsadditive sind Restprodukte der Zuckerindustrie, wie Melasse oder Sirup und der Cellulose-verarbeitenden Industrie, insbesondere das in der DD 13105 A5 beschriebene Tallöl. Allerdings führen diese zu erhöhten Emissionswerten beim Guss. Es können auch anorganische Additive verwendet werden, um das Zerfallsverhalten des Formstoffs positiv zu beeinflussen. So werden beispielsweise in der DE 102013 111 626 A1 oxidische Borverbindungen offenbart und in der DE 102017 107531 A1 partikuläre Schichtsilikate beschrieben, die ebenfalls die Entkernbarkeit nach dem Guss verbessern. Organic substances are often used to promote the decomposition properties of silicate mold materials during casting. These burn during pouring. The resulting pores in the molding material structure are intended to improve the ability of the molding material to be cored out of the cast part. Typical examples of such decomposition additives are residual products from the sugar industry, such as molasses or syrup, and from the cellulose processing industry, in particular the tall oil described in DD 13105 A5. However, these lead to increased emissions during casting. Inorganic additives can also be used to positively influence the decomposition behavior of the molding material. For example, DE 102013 111 626 A1 discloses oxidic boron compounds and DE 102017 107531 A1 describes particulate phyllosilicates, which also improve coreability after casting.
Aufgrund der vorgenannten Nachteile alternativer gashärtender Verfahren bleibt das Polyurethan-Cold-Box-Verfahren zur hochfrequenten Kernherstellung in der Gießerei unangefochten. Auch hier gibt es bereits Tendenzen, das bisher vorherrschende Phenol-Formaldehyd-Flarz in der Flarz-Kom ponente des Bindemittels durch physiologisch unbedenklichere Verbindungen zu ersetzen. Due to the aforementioned disadvantages of alternative gas-curing processes, the polyurethane cold box process for high-frequency core production in the foundry remains unchallenged. Here, too, there are already tendencies to replace the previously prevalent phenol-formaldehyde resin in the resin component of the binder with physiologically harmless compounds.
Ein Cold-Box-Bindemittel, das vollständig auf phenolische Bestandteile verzichtet, wird in der US 5688857 A beschrieben. Als Flarz-Kom ponente werden Diole oder Triole mit maximal vier Kohlenstoffatomen, zum Beispiel Ethylenglykol, beansprucht. Diese werden im Gemisch mit Wasser, gegebenenfalls einem Lösungsmittel und gegebenenfalls maximal 30 % Polyetherpolyol, Polyesterpolyol, Amin-basierten Polyolen oder Phenolharz verwendet. US Pat. No. 5,688,857 A describes a cold-box binder that dispenses entirely with phenolic components. Diols or triols with a maximum of four carbon atoms, for example ethylene glycol, are claimed as Flarz components. These are mixed with water, optionally a solvent and optionally a maximum of 30% polyether polyol, polyester polyol, amine-based polyols or phenolic resin.
In der WO 002009004086 A1 wird ein sogenanntes alternatives Cold-Box- Verfahren offenbart, das als reaktive Polyolbestandteile im Bindemittel einen Glycerinester, ein Saccharid, ein Polyol, ein Rohöl oder Gemische dieser Verbindungen enthält. So werden Emissionen gesundheitsgefährdender Stoffe wie Phenol, Formaldehyd und aromatische Lösungsmittel vermieden. Die Aushärtung erfolgt mit Wasser oder einem Wasser-Amin-Gemisch bei Temperaturen von bevorzugt mehr als 80 °C, um die Arbeitsplatzbelastung durch das Amingas zu reduzieren. Offensichtlich ist zur Aushärtung das Wasser als Reaktant notwendig, weshalb nicht von einem Cold-Box-System im klassischen Sinne gesprochen werden kann. WO 002009004086 A1 discloses what is known as an alternative cold box process which contains a glycerol ester, a saccharide, a polyol, a crude oil or mixtures of these compounds as reactive polyol components in the binder. This avoids emissions of harmful substances such as phenol, formaldehyde and aromatic solvents. Curing takes place with water or a water-amine mixture at temperatures of preferably more than 80° C. in order to reduce exposure to the amine gas at the workplace. Water is obviously necessary as a reactant for curing, which is why one cannot speak of a cold box system in the classic sense.
In der WO 002009065015 A1 wird ein biobasiertes Bindersystem beschrieben, bei dem aus Maissirup und Melasse gewonnene Saccharide mit Isocyanaten reagieren, um einen Formgrundstoff zu Gießerei-Formmassen in einem selbsthärtenden Verfahren zu binden. Unter Ausschluss phenolischer oder sonstiger aromatischer Verbindungen werden aliphatische Monoalkohole und Polyole wie Ethylenglykol, 1 ,2-Propylenglykol, 1,3-Propylenglykol, Hexan-1,6- diol, 2-Methyl-1 ,3-propandiol, Glycerin, Mannitol, Sorbitol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Polyethylenglykole, Polypropylenglykole sowie Butylen-, Dibutylen- und Polybutylenglykole als weitere hydroxyfunktionelle Bestandteile genannt. WO 002009065015 A1 describes a bio-based binder system in which saccharides obtained from corn syrup and molasses react with isocyanates in order to bind a basic mold material to foundry molding compounds in a self-curing process. With the exclusion of phenolic or other aromatic compounds, aliphatic monoalcohols and polyols such as ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol, hexane-1,6-diol, 2-methyl-1,3-propanediol, glycerol, mannitol, sorbitol , Diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycols, polypropylene glycols and butylene, dibutylene and polybutylene glycols are mentioned as further hydroxy-functional components.
Eine Verlängerung der Lagerfähigkeit von Cold-Box-Bindemitteln wird gemäß der DE 2039330 C3 durch die Verwendung eines polyurethanbasierten Bindemittels, dessen Harz-Komponente durch Kondensation aliphatischer Ketone mit Formaldehyd erhalten wurde, erreicht. Dieses Bindemittel verzichtet auf Phenole als hydroxyfunktionelle Harzbestandteile, allerdings wird der Einsatz aromatischer Lösungsmittel beschrieben, um die Viskosität des Harzes zu erniedrigen. According to DE 2039330 C3, the shelf life of cold box binders is extended by using a polyurethane-based binder whose resin component was obtained by condensation of aliphatic ketones with formaldehyde. This binder does not use phenols as hydroxy-functional resin components, but the use of aromatic solvents is described to reduce the viscosity of the resin to humiliate.
Die WO 002000040351 A1 beschreibt ein Polyurethan-Bindemittel, das aus einer Polyolkomponente, bestehend aus einem Polyetherpolyol, Glykol und aromatischen Polyesterpolyol mit 5 bis 35 % bezogen auf die Gesamtmasse der Polyolkomponente, einer organischen Polyisocyanatkomponente sowie einem flüssigen Aminkatalysator aufgebaut ist und im selbsthärtenden Kaltharz- Verfahren angewendet werden kann. Obwohl als Vorteil des Bindemittels die Abwesenheit von freiem Phenol und Formaldehyd genannt wird, können phenolische Harze wie Benzyletherharze mit bis zu 15 Gewichts-% in der Polyolkomponente enthalten sein. WO 002000040351 A1 describes a polyurethane binder which is made up of a polyol component consisting of a polyether polyol, glycol and aromatic polyester polyol with 5 to 35% based on the total mass of the polyol component, an organic polyisocyanate component and a liquid amine catalyst and is contained in the self-curing cold resin procedure can be applied. Although the absence of free phenol and formaldehyde is cited as an advantage of the binder, phenolic resins such as benzyl ether resins can be present in the polyol component at up to 15% by weight.
Der weit überwiegende Teil der vorgenannten Offenlegungen fußen auf Formstoffbindemitteln, deren Harz-Komponente entweder aus Phenolharzen aufgebaut ist oder aromatische Verbindungen als Verdünner/Lösungsmittel und/oder Additive enthält. The vast majority of the disclosures mentioned above are based on molding material binders whose resin component is either made up of phenolic resins or contains aromatic compounds as diluents/solvents and/or additives.
Bisher in Gießereien eingesetzten Formstoffen zur Herstellung von Kernen im Cold-Box-Verfahren ist gemein, dass ihre Bindemittel auf Phenolharzen und Polyisocyanaten aufgebaut sind. Diese ermöglichen eine Aushärtung des Formstoffs durch Begasung mit flüchtigen Aminen in sehr kurzen Taktzeiten. Abhängig von der Menge des zu härtenden Formstoffs sind hierbei Taktzeiten von 30 bis 90 Sekunden gängig. Der Einsatz von Phenolharzen bringt aber erhebliche Emissionen bei der Formstoffherstellung und insbesondere bei der pyrolytischen Zersetzung des Bindemittels während des Gusses mit sich. Dabei wird ein erheblicher Teil der Monomere, aus denen die Phenolharze aufgebaut sind, freigesetzt. Insbesondere gesundheitsgefährdende und mit einem Arbeitsplatz-Grenzwert belegte Stoffe wie Phenol und Phenolderivate, Formaldehyd und BTEX-Verbindungen werden emittiert. The molding materials used to date in foundries for the production of cores in the cold box process have in common that their binders are based on phenolic resins and polyisocyanates. These enable the molding material to be cured by gassing with volatile amines in very short cycle times. Depending on the amount of molding material to be hardened, cycle times of 30 to 90 seconds are common. However, the use of phenolic resins entails considerable emissions in the production of mold material and in particular in the pyrolytic decomposition of the binder during casting. In the process, a significant proportion of the monomers from which the phenolic resins are made are released. In particular, substances that are hazardous to health and have a workplace limit value, such as phenol and phenol derivatives, formaldehyde and BTEX compounds, are emitted.
Um diese Stoffe bei der thermischen Zersetzung des Formstoff-Bindemittels möglichst nicht freizusetzen, müssen die Phenolharze und aromatischen Lösungsmittel des Bindemittels durch andere, nicht gesundheitsschädliche Stoffe ersetzt werden. Da Bindemittel basierend auf Phenolharzen und Polyisocyanaten gegenüber Begasung mit Aminen hochreaktiv sind und sich die Reaktion zu den gewünschten Polyurethan-Polymeren ausgesprochen schnell vollziehen, ist die Substitution der Phenolharze in Formstoffbindemitteln für das Cold-Box-Verfahren nicht trivial. In order to avoid releasing these substances during the thermal decomposition of the molding material binder, the phenolic resins and aromatic solvents of the binder must be replaced by other, non-hazardous ones Substances are replaced. Since binders based on phenolic resins and polyisocyanates are highly reactive to gassing with amines and the reaction to form the desired polyurethane polymers takes place extremely quickly, substituting phenolic resins in molding binders for the cold box process is not trivial.
Die DE 69331 286 T2 und die DE 102015 118428 A1 offenbaren, dass für selbsthärtende Formstoff-Bindemittel auch aliphatische Polyole anstelle der aromatischen Phenolharze auf der Flarzseite eingesetzt werden können. Dabei finden vor allem Polyetherpolyole Anwendung, die allerdings nicht reaktiv genug sind, um die im Cold-Box-Verfahren üblichen Taktzeiten durch Amin-Begasung zu erzielen. Die hiermit erzielten Taktzeiten liegen regelmäßig bei mehreren Minuten. DE 69331 286 T2 and DE 102015 118428 A1 disclose that aliphatic polyols can also be used on the resin side instead of the aromatic phenolic resins for self-curing molding material binders. Polyether polyols in particular are used here, but they are not reactive enough to achieve the cycle times that are usual in the cold box process through amine gassing. The cycle times achieved with this are regularly several minutes.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen durch Amingas härtenden Formstoff zu entwickeln, bei dem die Harz- Komponente des Bindemittels vollständig Phenol- und Phenolderivat-frei aufgebaut ist und dabei neben schneller Flärtung und hohen Formstofffestigkeiten auch eine niedrige BTEX-, Phenol- und Phenolderivat- Emission beim gussbedingten Abbrand des Formstoffbindemittels mit sich bringt. The object on which the present invention is based is to develop a molding material that hardens with amine gas, in which the resin component of the binder is completely free of phenol and phenol derivatives and, in addition to rapid flattening and high molding material strength, also a low BTEX, phenol and emission of phenol derivatives when the molding material binder burns off as a result of casting.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Formstoff mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Dieser Formstoff ist durch Amingaszufuhr härtbar und zur Herstellung von Kernen im Cold-Box-Verfahren geeignet. Weiterbildungen sind in den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen angegeben. The object of the invention is achieved with a molding material having the features of claim 1. This molding material can be hardened by supplying amine gas and is suitable for the production of cores using the cold box process. Further developments are specified in the claims dependent on claim 1.
Der erfindungsgemäße Formstoff umfasst dabei mindestens ein zweikomponentiges, phenol- und phenolderivatfreies Bindemittel auf Polyurethan-Basis sowie einen oder mehrere feuerfeste schüttfähige Füllstoffe. Konzeptionsgemäß werden anstelle von Phenolen und Phenolderivaten andere nichtphenolische Polyole eingesetzt, die eine ähnlich hohe Reaktivität wie die Phenolharze aufweisen. The molding material according to the invention comprises at least one two-component, phenol- and phenol-derivative-free binder based on polyurethane and one or more refractory pourable fillers. According to the concept, other non-phenolic polyols are used instead of phenols and phenol derivatives, which have a similarly high reactivity as the Have phenolic resins.
Das Bindemittel enthält eine Harz-Komponente als Gemisch von einem oder mehreren verzweigten aliphatischen oder aromatischen Polyesterpolyolen, aufgebaut aus verzweigten aliphatischen oder aromatischen Diol- oder Triol- Startern mit einer oder mehreren Seitenketten sowie substituierten oder unsubstituierten aliphatischen und/oder aromatischen Di- und/oder Tri- Carbonsäuren oder deren Anhydriden, und/oder einem oder mehreren Polycarbonatalkoholen mit Äquivalentgewichten von 250 bis 4000 g/val und Hydroxyfunktionalitäten von 2 bis 4 als in Bezug auf Isocyanate wasserstoffaktive Verbindungen, wobei das oder die verzweigten Polyesterpolyole und/oder Polycarbonatalkohole der Harz-Komponente des Bindemittels einen Anteil im Bereich von 35 bis 100 Gew.-% an der Harz- Komponente haben, sowie eine Härter-Kom ponente mit einem oder mehreren Polyisocyanaten. Das Gemisch kann darüber hinaus weitere in Bezug auf Isocyanate wasserstoffaktiven Verbindungen mit Hydroxy- und/oder Mercapto- und/oder Amino- und/oder Carbamidgruppen enthalten. The binder contains a resin component as a mixture of one or more branched aliphatic or aromatic polyester polyols built up from branched aliphatic or aromatic diol or triol starters with one or more side chains and substituted or unsubstituted aliphatic and/or aromatic di- and/or Tricarboxylic acids or their anhydrides, and/or one or more polycarbonate alcohols with equivalent weights of 250 to 4000 g/eq and hydroxy functionalities of 2 to 4 as hydrogen-active compounds with respect to isocyanates, the branched polyester polyol(s) and/or polycarbonate alcohols of the resin Component of the binder have a proportion in the range of 35 to 100 wt .-% of the resin component, and a hardener com component with one or more polyisocyanates. In addition, the mixture can contain further compounds with hydroxyl and/or mercapto and/or amino and/or carbamide groups which are hydrogen-active in relation to isocyanates.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Harz- Komponente in Bezug auf Isocyanat wasserstoffaktive Einzelverbindungen, wobei die Harzkomponente bezüglich der Gesamtheit dieser wasserstoffaktiven Einzelverbindungen eine durchschnittliche Funktionalität von 1,8 bis 4,0 aufweist, sowie gegebenenfalls Zusätze wie einen oder mehrere Verdünner und gegebenenfalls einen oder mehrere die Polymerisation beeinflussende flüssige Katalysatoren. Die Härter-Kom ponente umfasst ein oder mehrere Isocyanate, die vorzugsweise mindestens die Funktionalität 2 besitzen, und kann weiterhin als Zusätze einen oder mehrere Verdünner enthalten. Als Funktionalität einer Verbindung wird hier die Anzahl bestimmter funktioneller Gruppen im betreffenden Molekül bezeichnet. Im Falle von Isocyanaten bezieht sich die Funktionalität auf die Anzahl an NCO-Gruppen in einem Molekül. Für die in Bezug auf Isocyanate wasserstoffaktiven Verbindungen, wie die Polyole, wird die Summe an OH-, NH- und SH-Gruppen in einem Molekül als Funktionalität bezeichnet. According to a preferred embodiment of the invention, the resin component contains hydrogen-active individual compounds with regard to isocyanate, the resin component having an average functionality of 1.8 to 4.0 with regard to all of these hydrogen-active individual compounds, and optionally additives such as one or more diluents and optionally one or more liquid catalysts affecting the polymerization. The hardener component comprises one or more isocyanates, which preferably have at least functionality 2, and can also contain one or more diluents as additives. The number of specific functional groups in the relevant molecule is referred to here as the functionality of a compound. In the case of isocyanates, functionality refers to the number of NCO groups in a molecule. For the compounds that are hydrogen-active with respect to isocyanates, such as the polyols, the sum of OH, NH and SH groups in a molecule is taken as the functionality designated.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Formstoffs können die weiteren in Bezug auf Isocyanate wasserstoffaktiven Einzelverbindungen aus einer oder mehreren Substanzklassen ausgewählt werden, wie zum Beispiel aus Polyesterpolyolen, Polycarbonatalkoholen, Polyetheralkoholen, Polyetherpolyesteralkoholen, Polythiolen,According to an advantageous embodiment of the molding material according to the invention, the other individual compounds that are hydrogen-active with regard to isocyanates can be selected from one or more substance classes, such as polyester polyols, polycarbonate alcohols, polyether alcohols, polyether polyester alcohols, polythiols,
Aminopolyetheralkoholen, zwei- und höherfunktionellen Alkoholen, Aminen sowie Carbamid-Verbindungen. Die genannten wasserstoffaktiven Verbindungen besitzen vorteilhaft OH-, SH- und NH-Funktionalitäten von 1,5 bis 8 und Äquivalentgewichte von 9 bis 2000 g/val, jeweils bezogen auf die wasserstoffaktiven Einzelverbindungen. Es werden vorzugsweise zwei oder mehrere dieser Verbindungen in die Harz-Komponente eingebracht. Aminopolyether alcohols, alcohols with two or more functions, amines and carbamide compounds. The hydrogen-active compounds mentioned advantageously have OH, SH and NH functionalities of 1.5 to 8 and equivalent weights of 9 to 2000 g/val, based in each case on the hydrogen-active individual compounds. Two or more of these compounds are preferably incorporated into the resin component.
Um hohe Formstofffestigkeiten und kurze Aushärtungszeiten zu erzielen, haben sich diese Gemische wasserstoffaktiver Verbindungen als im Sinne der Erfindung vorteilhaft erwiesen. Es wird während der Polyurethan-Reaktion eine optimale Vernetzung innerhalb des Polyadditionsproduktes erreicht, was zu hohen Festigkeiten des Formstoffs durch eine optimale Klebwirkung führt. Als besonders geeignet haben sich dafür Harz-Komponenten mit einem durchschnittlichen Äquivalentgewicht von 90 bis 220 g/val, bezogen auf die wasserstoffaktiven Bestandteile, herausgestellt. Dieses durchschnittliche Äquivalentgewicht berechnet sich aus dem prozentualen Gehalt an OH- und/oder SH- und/oder NH-Gruppen der Einzelkomponenten unter Berücksichtigung ihrer Massenanteile im Gemisch. Es wird in den später folgenden Beispielen als das Gesamtäquivalentgewicht der Komponente bezeichnet. In order to achieve high molding material strength and short curing times, these mixtures of hydrogen-active compounds have proven to be advantageous for the purposes of the invention. Optimal crosslinking within the polyaddition product is achieved during the polyurethane reaction, which leads to high strength of the molding material due to an optimal adhesive effect. Resin components with an average equivalent weight of 90 to 220 g/val, based on the hydrogen-active constituents, have proven to be particularly suitable for this purpose. This average equivalent weight is calculated from the percentage content of OH and/or SH and/or NH groups in the individual components, taking into account their mass fractions in the mixture. It is referred to as the total equivalent weight of the component in the examples below.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Einzelbestandteile der Harz-Komponente so gewählt, dass die Harzkomponente betreffend die Gesamtheit der in Bezug auf Isocyanat wasserstoffaktiven Einzelverbindungen eine durchschnittliche Funktionalität von 2,2 bis 3,5 aufweist. Für eine optimale Polymer-Vernetzung hat sich die Kombination von zweifunktionellen mit höherfunktionellen Verbindungen als vorteilhaft erwiesen. Als besonders vorteilhaft für eine schnelle Begasungshärtung des erfindungsgemäßen Formstoffs haben sich bei Einsatz einer Harzkomponente, die ein oder mehrere verzweigte Polyesterpolyole und/oder ein oder mehrere Polycarbonatalkohole aufweist, solche Polyesterpolyole erwiesen, die aus einem verzweigten aliphatischen oder aromatischen Diol- und Triol-Starter mit einer oder mehreren Seitenketten, die nicht bezüglich Isocyanaten wasserstoffaktiv sind, sowie substituierten oder unsubstituierten aliphatischen und/oder aromatischen Di- und/oder Tricarbonsäuren oder deren Anhydriden aufgebaut sind. Die Harz-Komponente des Formstoffs enthält verzweigte Polyesterpolyole und/oder Polycarbonatalkohole bevorzugt in einem Anteil von 40 bis 80 Gew.-%. Während Polyesterpolyole auf Basis von linearen Diolen oder Triolen bereits eine hohe Reaktivität des Bindemittels bei Amin-Begasung mit sich bringen, gelingt es mit den beschriebenen Polyesterpolyolen auf Basis verzweigter Diole oder Triole Formstoff-Härtungsgeschwindigkeiten zu erzielen, die denen von Phenolharz-basierten Bindemitteln im Formstoff nahe kommen. According to an advantageous embodiment of the invention, the individual constituents of the resin component are chosen so that the resin component in relation to the totality of the isocyanate hydrogen-active individual compounds has an average functionality of 2.2 to 3.5. The combination of two-functional compounds with higher-functional compounds has proven to be advantageous for optimum polymer crosslinking. Polyester polyols composed of a branched aliphatic or aromatic diol and triol starter with one or more side chains which are not hydrogen-active with respect to isocyanates, and substituted or unsubstituted aliphatic and/or aromatic di- and/or tricarboxylic acids or their anhydrides. The resin component of the molding material contains branched polyester polyols and/or polycarbonate alcohols, preferably in a proportion of 40 to 80% by weight. While polyester polyols based on linear diols or triols already result in a high reactivity of the binder when gassed with amine, it is possible with the described polyester polyols based on branched diols or triols to achieve molding material curing speeds that are comparable to those of phenolic resin-based binders in the molding material to come close.
Die oder zumindest einige der Seitenketten eines verzweigten Polyesterpolyols des Formstoffs können aus den folgenden Substanzklassen ausgewählt werden: aus Aliphaten, Aromaten, Aldehyden, Ketonen, Carbonsäureestern, Ethern, Aminen, Alkylhalogeniden, Nitrilen, Stickstoff-, Sauerstoff- und Schwefel-Heterocyclen sowie Carbonsäureamiden. The or at least some of the side chains of a branched polyester polyol of the molding material can be selected from the following substance classes: from aliphatics, aromatics, aldehydes, ketones, carboxylic acid esters, ethers, amines, alkyl halides, nitriles, nitrogen, oxygen and sulfur heterocycles and carboxamides.
Geeignete Starter der beschriebenen verzweigten Polyesterpolyole weisen folgende Struktur auf: , wobei die Reste Rn folgende chemische Strukturen umfassen: Suitable starters for the branched polyester polyols described have the following structure: , where the radicals R n include the following chemical structures:
• R1 = H, (CH2)O-50H, OH, Aliphat, Ether, Aromat, Heterocyclus,• R 1 = H, (CH 2 ) O-5 0H, OH, aliphatic, ether, aromatic, heterocycle,
Carbonsäureester, Carbonsäureamid, Halogenalkan, Amin, Nitril, Keton, Aldehyd oder Kombinationen daraus, carboxylic acid ester, carboxamide, haloalkane, amine, nitrile, ketone, aldehyde or combinations thereof,
• R2 = Aliphat, Ether, Aromat, Heterocyclus, Carbonsäureester, Carbonsäureamid, Halogenalkan, Amin, Nitril, Keton, Aldehyd oder Kombinationen daraus, • R 2 = aliphatic, ether, aromatic, heterocycle, carboxylic acid ester, carboxamide, haloalkane, amine, nitrile, ketone, aldehyde or combinations thereof,
• R3 = H, (CH2)O-5OH, OH, Aliphat, Ether, Aromat, Heterocyclus,• R 3 = H, (CH 2 ) O-5 OH, OH, aliphatic, ether, aromatic, heterocycle,
Carbonsäureester, Carbonsäureamid, Halogenalkan, Amin, Nitril, Keton, Aldehyd oder Kombinationen daraus, carboxylic acid ester, carboxamide, haloalkane, amine, nitrile, ketone, aldehyde or combinations thereof,
• R4 = H, Aliphat, Ether, Aromat, Heterocyclus, Carbonsäureester,• R 4 = H, aliphatic, ether, aromatic, heterocycle, carboxylic acid ester,
Carbonsäureamid, Halogenalkan, Amin, Nitril, Keton, Aldehyd oder Kombinationen daraus, und die Methylenverknüpfungen 0 bis 5 Kohlenstoffe aufweisen können (x, y, z = 0 bis 5). Beispiele für zweiwertige Starter gemäß der beschriebenencarboxylic acid amide, haloalkane, amine, nitrile, ketone, aldehyde, or combinations thereof, and the methylene linkages can have 0 to 5 carbons (x,y,z = 0 to 5). Examples of divalent starters according to the described
Strukturformel sind mit einem C2-Abstand der Hydroxyfunktionen 2-Phenyl-1 ,2- propandiol, 1 ,2-Propandiol, 1 ,2-Butandiol, 1 ,2-Pentandiol, 1 ,2-Hexandiol, 1,2- Heptandiol, 1 ,2-Octandiol, 1 ,2-Decandiol, 3-Brom-1 ,2-propandiol, 1,4-Dibrom-Structural formula are with a C2 distance of the hydroxy functions 2-phenyl-1,2-propanediol, 1,2-propanediol, 1,2-butanediol, 1,2-pentanediol, 1,2-hexanediol, 1,2-heptanediol, 1 ,2-octanediol, 1,2-decanediol, 3-bromo-1,2-propanediol, 1,4-dibromo-
2.3-butandiol, 3-Chlor-1 ,2-propandiol, 2,3-Butandiol, Hydrobenzoin, Pinacol; mit einem C3-Abstand der Hydroxyfunktionen 2-Methyl-1 ,3-propandiol, 2,4- Pentandiol, 2, 2-Dimethyl-1 ,3-propandiol (Neopentylglykol), 2,2-Diethyl-1 ,3- propandiol, 2-Methyl-2-propyl-1 ,3-propandiol, 2-Butyl-2-ethyl-1 ,3-propandiol, 2,2-Dibutyl-1 ,3-propandiol, 2,2-Diisobutyl-1 ,3-propandiol, 3-Methyl-1 ,3- butandiol, 1 ,3-Butandiol, 1 ,3-Octandiol, 1 ,3-Nonandiol, 2,2-Dibenzyl-1,3- propandiol, 2-Phenyl-1 ,3-propandiol, 1-Phenyl-1 ,3-propandiol, 2-Benzyloxy-1 ,3- propandiol, 2,2-Bis(brommethyl)-1 ,3-propandiol, Diethylbis(hydroxymethyl)- malonat, 2-Ethyl-1 ,3-hexandiol, 2,2,4-Trimethyl-1 ,3-pentandiol, 2,4-Dimethyl-2,3-butanediol, 3-chloro-1,2-propanediol, 2,3-butanediol, hydrobenzoin, pinacol; with a C3 distance of the hydroxyl functions 2-methyl-1,3-propanediol, 2,4-pentanediol, 2,2-dimethyl-1,3-propanediol (neopentyl glycol), 2,2-diethyl-1,3-propanediol, 2-methyl-2-propyl-1,3-propanediol, 2-butyl-2-ethyl-1,3-propanediol, 2,2-dibutyl-1,3-propanediol, 2,2-diisobutyl-1,3- propanediol, 3-methyl-1,3-butanediol, 1,3-butanediol, 1,3-octanediol, 1,3-nonanediol, 2,2-dibenzyl-1,3-propanediol, 2-phenyl-1,3- propanediol, 1-phenyl-1,3-propanediol, 2-benzyloxy-1,3-propanediol, 2,2-bis(bromomethyl)-1,3-propanediol, diethylbis(hydroxymethyl)malonate, 2-ethyl-1, 3-hexanediol, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol, 2,4-dimethyl
2.4-pentandiol, 2-Methyl-2,4-pentandiol (Hexylenglykol); mit einem C4-Abstand der Hydroxyfunktionen 2-Methyl-1 ,4-butandiol, 1 ,4-Pentandiol, 2,5-Hexandiol,2,4-pentanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol (hexylene glycol); with a C4 distance of the hydroxy functions 2-methyl-1,4-butanediol, 1,4-pentanediol, 2,5-hexanediol,
2.5-Dimethyl-2,5-hexandiol, 2,7-Dimethyl-3,6-octandiol, 2,3-Dibromo-1 ,4- butandiol; mit einem C5-Abstand der Hydroxyfunktionen 3-Methyl-1,5- pentandiol, 2,4-Diethyl-1 ,5-pentandiol, 1 ,5-Hexandiol, 2,4-Diethyl-1,5- pentandiol. Beispiele für dreiwertige Starter gemäß der beschriebenen Strukturformel sind 3-Methyl-1 ,3,5-pentantriol, Trimethylolpropan, Trimethylolethan, 1 ,2,3-Pentantriol. Zur Herstellung der Polyesterpolyole eigenen sich beispielsweise die Carbonsäuren Fumarsäure, Maleinsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Zitronensäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Tetrahydrophthalsäure, Apfelsäure, Weinsäure, Tatronsäure, Asparaginsäure, Glutaminsäure, Oxalessigsäure sowie gegebenenfalls deren Anhydride. Ebenso vorteilhaft ist der Einsatz von einem oder mehreren aliphatischen und/oder aromatischen Polycarbonatalkoholen mit einem Äquivalentgewicht von 250 bis 4000 g/val und Hydroxyfunktionalitäten von 2 bis 4 in der Harz-Komponente. Polycarbonatalkohole werden aus Carbonaten wie Dimethylcarbonat, Ethylencarbonat oder Dipentylcarbonat und zweiwertigen Vernetzern, zum Beispiel 1 ,3-Propandiol, Neopentylglykol, 1 ,4-Butandiol, 1,5- Pentandiol, 1,6-Hexandiol, oder Trimethylolpropan (TMP) aufgebaut. Niedrigviskose, gut verarbeitbare Polycarbonatalkohole enthalten verschiedene Vernetzertypen. In alternativen Syntheserouten wird Kohlendioxid mit Epoxiden wie Propylenoxid polymerisiert, wobei die erhaltenen Polyole bis zu 50 % Kohlenstoffdioxid-Gehalt aufweisen. Die zuvor beschriebenen verzweigten Polyesterpolyole und/oder Polycarbonatalkohole weisen in den Harz- Komponenten vorzugsweise einen Anteil von 35 bis 100 Gew.-% und besonders bevorzugt 40 bis 80 Gew.-% auf. Neben ihrer hohen Härtungsgeschwindigkeit zeigen die verzweigten Polyesterpolyole und die Polycarbonatalkohole eine vorteilhafte Hydrolyse-Beständigkeit gegenüber anderen Polyoltypen, die zu einer guten Lagerstabilität der Gießereikerne und einer guten Beständigkeit gegenüber wässrigen Schlichten führt. Als vernetzende Polyole für die Herstellung der Harz-Komponente eignen sich wie zuvor beschrieben insbesondere verzweigte Polyesterpolyole und Polycarbonatalkohole. Diese Polyole sind beispielsweise Desmophen® VPLS von Covestro®, Oxyester® von Evonik®, Kuraray® Polyol von Kuraray®, Duranol™ von Asahi Kasei®, Placcel® von Daicel®, Converge® Polyol von Saudi Aramco®, Durez®-Ter von Sumitomo Bakelite®, Eternacoll® von Ube®, Nippolan® von Tosoh®, Oxymer® von Perstorp®, Polyol CA® von Chanda Chemical® und Hoopol® von Synthesia®. Verwendet werden beispielsweise Desmophen® C 1100, C 1200, C 2102, C 2202, C XP 2760, C XP 2613, VP LS 2249/1 , VP LS 2328, Oxyester® EP-HS 2272, Kuraray® Polyol C-590, C-1090, C-2090, C-3090, F-510, F-1010, F-2010, F-3010, P-510, P-1010, P-2010, P-3010, P-4010, P-5010, P-6010, Duranole™ T5650 E, T5650 J, T5651 , T5652, G3450, G3452, G4772, Placcel® CD 205 PL, CD 220 PL, Converge® Polyol 212-10, 212-20, CPX-2001-112, 2501-56, 2502-56,2,5-dimethyl-2,5-hexanediol, 2,7-dimethyl-3,6-octanediol, 2,3-dibromo-1,4- butanediol; with a C5 distance of the hydroxyl functions 3-methyl-1,5-pentanediol, 2,4-diethyl-1,5-pentanediol, 1,5-hexanediol, 2,4-diethyl-1,5-pentanediol. Examples of trivalent starters according to the structural formula described are 3-methyl-1,3,5-pentanetriol, trimethylolpropane, trimethylolethane, 1,2,3-pentanetriol. The carboxylic acids fumaric acid, maleic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, citric acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, tetrahydrophthalic acid, malic acid, tartaric acid, tatric acid, aspartic acid, glutamic acid, oxaloacetic acid and optionally are suitable for the production of the polyester polyols their anhydrides. Equally advantageous is the use of one or more aliphatic and/or aromatic polycarbonate alcohols with an equivalent weight of 250 to 4000 g/val and hydroxy functionalities of 2 to 4 in the resin component. Polycarbonate alcohols are built up from carbonates such as dimethyl carbonate, ethylene carbonate or dipentyl carbonate and divalent crosslinkers, for example 1,3-propanediol, neopentyl glycol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol or trimethylolpropane (TMP). Low-viscosity polycarbonate alcohols that are easy to process contain various types of crosslinkers. In alternative synthesis routes, carbon dioxide is polymerized with epoxides such as propylene oxide, the resulting polyols having a carbon dioxide content of up to 50%. The proportion of the above-described branched polyester polyols and/or polycarbonate alcohols in the resin components is preferably from 35 to 100% by weight and particularly preferably from 40 to 80% by weight. In addition to their high curing speed, the branched polyester polyols and the polycarbonate alcohols show an advantageous resistance to hydrolysis compared to other polyol types, which leads to good storage stability of the foundry cores and good resistance to aqueous sizes. As described above, branched polyester polyols and polycarbonate alcohols are particularly suitable as crosslinking polyols for the production of the resin component. These polyols are, for example, Desmophen® VPLS from Covestro®, Oxyester® from Evonik®, Kuraray® polyol from Kuraray®, Duranol™ by Asahi Kasei®, Placcel® by Daicel®, Converge® Polyol by Saudi Aramco®, Durez®-Ter by Sumitomo Bakelite®, Eternacoll® by Ube®, Nippolan® by Tosoh®, Oxymer® by Perstorp®, Polyol CA ® from Chanda Chemical® and Hoopol® from Synthesia®. Desmophen® C 1100, C 1200, C 2102, C 2202, C XP 2760, C XP 2613, VP LS 2249/1, VP LS 2328, Oxyester® EP-HS 2272, Kuraray® Polyol C-590, C -1090, C-2090, C-3090, F-510, F-1010, F-2010, F-3010, P-510, P-1010, P-2010, P-3010, P-4010, P-5010 , P-6010, Duranole™ T5650 E, T5650 J, T5651 , T5652, G3450, G3452, G4772, Placcel® CD 205 PL, CD 220 PL, Converge® Polyol 212-10, 212-20, CPX-2001-112, 2501-56, 2502-56,
Durez®-Ter S1015-35, S1015-62, S1015-120, S1016-55, S1016-110, S1016-120, S1063-35, S1063-55, S1063-72, S1063-120, S1063-210, S1151-22, S1157-40, S1160-35, EP092-30, S2000-55, S2000-120, S2000-250, S2001-120, S2005-55, S2006-55, S2006-120, S2006-250, Eternacoll® PH-50, PH-100, PH-200, PH-300, Nippolan® 982R und Oxymer® M112, HD112, HD56, Polyol CA® 6010, 6020, 6040, 6050, 6410, 6420, 6440-N, Hoopol® F-601, F-690, F-10201, F-10670, F-20013 und F-9690. Durez®-Ter S1015-35, S1015-62, S1015-120, S1016-55, S1016-110, S1016-120, S1063-35, S1063-55, S1063-72, S1063-120, S1063-210, S1151- 22 S1157-40 S1160-35 EP092-30 S2000-55 S2000-120 S2000-250 S2001-120 S2005-55 S2006-55 S2006-120 S2006-250 Eternacoll® PH- 50, PH-100, PH-200, PH-300, Nippolan® 982R and Oxymer® M112, HD112, HD56, Polyol CA® 6010, 6020, 6040, 6050, 6410, 6420, 6440-N, Hoopol® F-601 , F-690, F-10201, F-10670, F-20013 and F-9690.
Auch unverzweigte aromatische oder aliphatische Polyesterpole kommen zum Einsatz. Diese sind beispielsweise Hoopol® von Synthesia®, Boltorn® und Capa® von Perstorp®, Polyol CA® von Chanda Chemical®, Desmophen® von Covestro®, Diexter® und Isoexter® von Coim®, Domopol® von Helios®, Durez®-Ter von Sumitomo Bakelite®, Dynacoll® von Evonik®, Elapol® von Elachem®, K-POL® von King Industries®, Kuraray® Polyol von Kuraray®, Lupraphen® und Sovermol® von BASF®, Petopurol® von Petopur®, Placcel® von Daicel®, Polios® von Purinova®, Polyol SP® von Caspian Chemical®, Rexin® von Sapici®, Stepanpol® von Stepan®, Terate® von Invista®, Terol® von Huntsman®, TRI-REZ® Polyol von Geo Speciality® sowie WorleePol® von Worlee®. Unbranched aromatic or aliphatic polyester poles are also used. These are, for example, Hoopol® from Synthesia®, Boltorn® and Capa® from Perstorp®, Polyol CA® from Chanda Chemical®, Desmophen® from Covestro®, Diexter® and Isoexter® from Coim®, Domopol® from Helios®, Durez®- Ter from Sumitomo Bakelite®, Dynacoll® from Evonik®, Elapol® from Elachem®, K-POL® from King Industries®, Kuraray® Polyol from Kuraray®, Lupraphen® and Sovermol® from BASF®, Petopurol® from Petopur®, Placcel ® by Daicel®, Polios® by Purinova®, Polyol SP® by Caspian Chemical®, Rexin® by Sapici®, Stepanpol® by Stepan®, Terate® by Invista®, Terol® by Huntsman®, TRI-REZ® polyol by Geo Specialty® and WorleePol® by Worlee®.
Verwendet werden Hoopol® F-390, F-1360-A, F-4350, F-4361, F-4395, F-5321, Boltorn® P1000, Capa® 2043, 2047A, 3022, 3031, Polyol CA® 5010, Desmophen® 1652, Diexter® DG5307, PL50375, Isoexter 4531,Hoopol® F-390, F-1360-A, F-4350, F-4361, F-4395, F-5321, Boltorn® P1000, Capa® 2043, 2047A, 3022, 3031, Polyol CA® 5010, Desmophen® 1652, Diexter® DG5307, PL50375, Isoexter 4531,
Durez®-Ter S1153-240, S1153-300, F1049, K-POL® 8211,Durez®-Ter S1153-240, S1153-300, F1049, K-POL® 8211,
Kuraray® Polyol N-2010, Lupraphen® 1901/1, 5610/1, 5619/1, 6601/3, Petopurol® 260, 300, Placcel® 205, 303, 305, 410, Polios® 250, 300, 420, Polyol SP®-320GA, Rexin® DP412, HSP 50, Stepanpol® PC-5130-160, PDP-70, PS 2352, PS 3152 T 401, Terate 7541 LOV-MP, HT 5511, TRI-REZ® Polyol 1220A, 1230-60 sowie WorleePol® 165. Kuraray® Polyol N-2010, Lupraphen® 1901/1, 5610/1, 5619/1, 6601/3, Petopurol® 260, 300, Placcel® 205, 303, 305, 410, Polios® 250, 300, 420, polyol SP®-320GA, Rexin® DP412, HSP 50, Stepanpol® PC-5130-160, PDP-70, PS 2352, PS 3152 T 401, Terate 7541 LOV-MP, HT 5511, TRI-REZ® Polyol 1220A, 1230- 60 and WorleePol® 165.
Weiterhin vorteilhaft geeignete Polyol-Verbindungen sind zwei- bis fünffunktionelle Polyetheralkohole. Solche Polyole sind zum Beispiel Voranol® von Dow Chemical®, Desmophen® von Covestro®, Lupranol® von BASF®, Isoter® von Coim®, Puranol® von Jiahua®, Lipoxol® von Sasol®, Polyglykol von Clariant® sowie Polyole von Perstorp®. Besonders geeignet sind beispielsweise Voranol® CP 260, CP 6055 und P400, Desmophen® 1262 BD, 1300 BT, 1380 BT, 4051 B, 5031 BT, 21 AP25, Lupranol® 1000/1, 1100, 1200, 2043, 2070, 2072, 2090, 2095, 3300, 3423, 3424, 3504/1, 3505/1, Isoter® 804SA, 803SA, 809SA, 840G, 860T, Puranol® R3776, F3020, G303, G305, TMP850 und Polyol 3165, 3380, 4640, 4290. Als wasserstofffunktionelle schwefelhaltige Zusätze haben sich die Thioplast®-Typen der Firma Akzo Nobel® und die Thiocure®-Palette der Firma Bruno Bock bewährt. Als NH-funktionelle Verbindungen können Polyetherdiamine wie Jeffamine® D-400 und D-230 von Huntsman® oder auch Verbindungen wie Diglykolamin verwendet werden. Als mehrwertige kurzkettige Alkohole, vorzugsweise mit einem maximalen Molgewicht von 200 g/mol, kommen Diole wie Ethylenglykol, 1 ,3-Propandiol, 2-Butyl-2-ethylpropandiol, 2-Methyl-1 ,3-propandiol,Also advantageously suitable polyol compounds are two- to five-functional polyether alcohols. Such polyols are, for example, Voranol® from Dow Chemical®, Desmophen® from Covestro®, Lupranol® from BASF®, Isoter® from Coim®, Puranol® from Jiahua®, Lipoxol® from Sasol®, polyglycol from Clariant® and polyols from Perstorp ®. Particularly suitable are, for example, Voranol® CP 260, CP 6055 and P400, Desmophen® 1262 BD, 1300 BT, 1380 BT, 4051 B, 5031 BT, 21 AP25, Lupranol® 1000/1, 1100, 1200, 2043, 2070, 2072, 2090, 2095, 3300, 3423, 3424, 3504/1, 3505/1, Isoter® 804SA, 803SA, 809SA, 840G, 860T, Puranol® R3776, F3020, G303, G305, TMP850 and Polyol 3165, 3380, 4680, 4605/1 The Thioplast® types from Akzo Nobel® and the Thiocure® range from Bruno Bock have proven themselves as hydrogen-functional, sulphur-containing additives. Polyetherdiamines such as Jeffamine® D-400 and D-230 from Huntsman® or compounds such as diglycolamine can be used as NH-functional compounds. Diols such as ethylene glycol, 1,3-propanediol, 2-butyl-2-ethylpropanediol, 2-methyl-1,3-propanediol,
Neopentylglykol, 1,4-Butandiol, Diethylenglykol, 1,5-Pentandiol, 2,2,4-Trimethylpentan-1 ,3-diol, 3-Methyl-1 ,5-pentandiol, 2-Methyl-2,4- pentandiol, 1 ,6-Hexandiol und 2-Ethylhexan-1 ,3-diol, Triole wie Glycerin, Trimethylolpropan, Triethanolamin, Tetrole wie Pentaerythrit oder Di(trimethylolpropan) sowie Einfach- und Mehrfachzucker wie Glucose, Saccharose und Sorbit zum Einsatz. Je nach Zusammensetzung der Harz- und Härter-Komponenten und je nach gewünschter Verarbeitungszeit im Kernherstellungsprozess werden die Bindemittel mit oder ohne zusätzliche katalytische Unterstützung verarbeitet. Hierfür werden vorteilhafterweise flüssige oder feste tertiäre Amin-Katalysatoren und/oder Metall-basierte Katalysatoren beziehungsweise die Polyurethanreaktion beschleunigende metallorganische Verbindungen als Katalysatoren eingesetzt. Im Unterschied zu den in der Amingas-Härtung genutzten leichtflüchtigen Verbindungen weisen die folgenden Katalysatoren einen Siedepunkt von größer 120 °C auf und werden als Teil der Harz- Komponente in dieser vorgelegt und/oder als Einzelkomponente zum Formstoff hinzugefügt. Als Katalysatoren eignen sich Organozinn-, Organobismuth-, Organozink-, Organokalium- und Organoaluminium-Verbindungen sowie tertiären Stickstoff enthaltende Substanzen wie Dimethylcyclohexylamin, N-substituierte Pyrrolidone, N-substituierte Imidazole, Diazabicyclooctan und Triazin-Derivate. Geeignete Metall-basierte Katalysatoren sind zum Beispiel die Kosmos®- und DABCO®-Typen von Evonik®, TIB KAT® von TIB® Chemicals, K-Kat®-Produkte von King Industries®, die Borchi® Kat-Reihe von Borchers® und Tytane® von Borica. Eine umfassende Auswahl an Katalysatoren mit tertiärem Stickstoff bieten die BASF mit der Lupragen®-Reihe, Lanxess® mit Addocat®-Typen, Momentive mit Naix®-Typen, Evonik® mit Tegoamin®- und DABCO®-Typen, sowie Huntsman® mit der Jeffcat®-Reihe an. Neopentyl glycol, 1,4-butanediol, diethylene glycol, 1,5-pentanediol, 2,2,4-trimethylpentane-1,3-diol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 1,6-hexanediol and 2-ethylhexane-1,3-diol, triols such as glycerol, trimethylolpropane, triethanolamine, tetrols such as pentaerythritol or di(trimethylolpropane) and mono- and polysugars such as glucose, sucrose and sorbitol are used. Depending on the composition of the resin and hardener components and the desired processing time in the core manufacturing process, the binders are processed with or without additional catalytic support. For this purpose, liquid or solid tertiary amine catalysts and/or metal-based catalysts or organometallic compounds which accelerate the polyurethane reaction are advantageously used as catalysts. In contrast to the volatile compounds used in amine gas curing, the following catalysts have a boiling point greater than 120 °C and are included as part of the resin component and/or added to the molding material as an individual component. Organotin, organobismuth, organozinc, organopotassium and organoaluminum compounds and tertiary nitrogen-containing substances such as dimethylcyclohexylamine, N-substituted pyrrolidones, N-substituted imidazoles, diazabicyclooctane and triazine derivatives are suitable as catalysts. Suitable metal-based catalysts are for example the Kosmos® and DABCO® types from Evonik®, TIB KAT® from TIB® Chemicals, K-Kat® products from King Industries®, the Borchi® Kat series from Borchers® and Tytane® by Borica. A comprehensive selection of catalysts with tertiary nitrogen is offered by BASF with the Lupragen® series, Lanxess® with Addocat® types, Momentive with Naix® types, Evonik® with Tegoamin® and DABCO® types, and Huntsman® with the Jeffcat® range.
Als Isocyanate der Härter-Kom ponente des erfindungsgemäßen Formstoffs eignen sich insbesondere Oligomere oder polymere Derivate vom Grundtyp des 2,4'- und 4,4'-Diphenylmethandiisocyanates und/oder Oligomere oder polymere Derivate vom Typ des 2,4'- und 4,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanates und/oder oligomere oder polymere Derivate des Hexamethylendiisocyanates und/oder Isophorondiisocyanat und/oder dessen Derivate, außerdem die in einem Prepolymer-Verfahren dargestellten aromatischen, aliphatischen und cycloaliphatischen Isocyanate sowie deren Oligomere und Polymere. Oligomere und polymere Derivate von Isocyanaten sind unter anderem Carbodiimide, Isocyanurate, Biurete, Uretdione und Uretonimine. Vorzugsweise haben die Isocyanate mindestens die Funktionalität 2,0 und liegen bei Raumtemperatur flüssig vor. Weiterhin können Isocyanat-Prepolymere in der Härter-Kom ponente eingesetzt werden. Diese werden durch eine Vorvernetzung von di- oder mehrfunktionellen Polyolen im stöchiometrischen Unterschuss mit geeigneten aliphatischen und/oder aromatischen und/oder cycloaliphatischen Isocyanaten hergestellt. Diese Prepolymer-Komponenten enthalten vorzugsweise einen Restgehalt an freien Isocyanatgruppen von 15 bis 30 %, besonders bevorzugt von 18 bis 25 %. Sie weisen eine Viskosität von maximal 900 mPas, vorzugsweise 300 bis 600 mPas, bei 20 °C auf. Dies ermöglicht eine gute Durchmischung der Härter-Kom ponente mit dem Formgrundstoff. Der Isocyanat-Anteil der Härter-Kom ponente im Formstoff ist vorteilhafterweise in Bezug auf die Wasserstoff-aktiven Verbindungen der Harz-Komponente so gewählt, dass freie NCO-Gruppen der Härter-Komponente und OH- und/oder NH- und/oder SH-Gruppen der Harz-Komponente in einem Stoffmengenverhältnis von 0,8 bis 1 ,2 vorliegen. Geeignete Isocyanate für Bindemittel eines erfindungsgemäßen Formstoffs sind unter anderem Lupranat®-Typen aus der Produktpalette der Firma BASF®, Desmodur®-Typen von der Firma Covestro®, Voranate®-Typen und lsonate®-Typen der Firma Dow Chemical®, Vestanat®-Typen der Firma Evonik®, die Suprasec®-Reihe von Huntsman®, Tolonate™-Typen der Firma Vencorex®, Polurene®-Typen und Hydrorene®-Typen von Sapici® oder auch Ongronat®-Typen der Firma Wanhua®. Zu den oben genannten geeigneten Isocyanaten zählen insbesondere Lupranat® M 70 R, Lupranat® MM 103, Lupranat® M 105, Lupranat® MIP, Lupranat® M 10 R, Lupranat® M 20 S, Desmodur® 44 V 70 L, Desmodur® 44 V 20 L, Desmodur® CD-S, Desmodur® DN, Desmodur® I, Desmodur® W/1 , Vestanat® IPDI, Vestanat® H12MDI, Vestanat® TMDI, Vestanat® HT 2500/LV, Suprasec® 2030, Suprasec® 2085, Tolonate® HDB LV, Tolonate® HDT LV, Ongronat® 3800, Ongronat® CR-30-20, Ongronat® CR-30- 40, Ongronat® CR-30-60, Voranate® M229 und Voranate® M600. Particularly suitable isocyanates of the hardener component of the molding material according to the invention are oligomers or polymeric derivatives of the basic type of 2,4'- and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate and/or oligomers or polymeric derivatives of the type of 2,4'- and 4, 4'-dicyclohexylmethane diisocyanates and/or oligomeric or polymeric derivatives of hexamethylene diisocyanate and/or isophorone diisocyanate and/or its derivatives, as well as the aromatic, aliphatic and cycloaliphatic isocyanates prepared in a prepolymer process and their oligomers and polymers. Oligomeric and polymeric derivatives of isocyanates include carbodiimides, isocyanurates, biurets, uretdiones, and uretonimines. Preferably they have Isocyanates have at least a functionality of 2.0 and are liquid at room temperature. Furthermore, isocyanate prepolymers can be used in the hardener component. These are produced by pre-crosslinking difunctional or polyfunctional polyols in a stoichiometric deficiency with suitable aliphatic and/or aromatic and/or cycloaliphatic isocyanates. These prepolymer components preferably contain a residual content of free isocyanate groups of 15 to 30%, particularly preferably 18 to 25%. They have a maximum viscosity of 900 mPas, preferably 300 to 600 mPas, at 20.degree. This enables good mixing of the hardener component with the basic molding material. The isocyanate content of the hardener component in the molding material is advantageously chosen in relation to the hydrogen-active compounds of the resin component in such a way that free NCO groups of the hardener component and OH and/or NH and/or SH Groups of the resin component are present in a molar ratio of 0.8 to 1.2. Suitable isocyanates for binders of a molding material according to the invention include Lupranat® types from the BASF® product range, Desmodur® types from Covestro®, Voranate® types and Isonate® types from Dow Chemical®, Vestanat® Types from Evonik®, the Suprasec® series from Huntsman®, Tolonate™ types from Vencorex®, Polurene® types and Hydrorene® types from Sapici® or also Ongronat® types from Wanhua®. The suitable isocyanates mentioned above include, in particular, Lupranat® M 70 R, Lupranat® MM 103, Lupranat® M 105, Lupranat® MIP, Lupranat® M 10 R, Lupranat® M 20 S, Desmodur® 44 V 70 L, Desmodur® 44 V 20 L, Desmodur® CD-S, Desmodur® DN, Desmodur® I, Desmodur® W/1 , Vestanat® IPDI, Vestanat® H12MDI, Vestanat® TMDI, Vestanat® HT 2500/LV, Suprasec® 2030, Suprasec® 2085 , Tolonate® HDB LV, Tolonate® HDT LV, Ongronat® 3800, Ongronat® CR-30-20, Ongronat® CR-30-40, Ongronat® CR-30-60, Voranate® M229 and Voranate® M600.
Die Bindemittelkomponenten der erfindungsgemäßen Formstoffe, also Harz und Härter, sind mit dem Ziel einer guten Verarbeitbarkeit vorzugsweise durch Verdünner ergänzt. Solche Verdünner sind zum Beispiel Fettsäureester auf Basis nachwachsender Rohstoffe, wie Umesterungsprodukte von Pflanzenölen, vor allem deren Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, Isobutyl- und Ethylhexylester. Weiterhin geeignet sind synthetische Mono-, Di- und Tricarbonsäureester, Organosilikate, Sulfonsäureester, nicht-cyclische Alkane/Paraffine als Fraktionen aus der Erdölaufbereitung, Phosphorsäureester, cyclische und nicht-cyclische Carbonate und/oder nicht hydroxyfunktionell endständige Polyether. Beispiele für Fettsäureester aus natürlichen Ölen sind Rapsmethylester, die Palm- und Sojamethylester der Firma Cremer®, die Priolube®-Typen der Firma Croda®, die DUB®-Produkte von Stearinerie Dubois®, sowie die RADIA®-Ester der Firma Oleon®. Für die Anwendungsmöglichkeiten synthetischer Carbonsäureester stehen die Produktpaletten der Oxsoft®- und Oxblue®-Ester der Firma Oxea®, Dibasische Ester von Du Pont®, Softenol®-Ester der Firma Sasol®, die Jayflex®-Produkte von Exxon®, die mit Freeflex® bezeichneten Dibenzoatester von Caffaro® oder Weichmacher der BASF®, wie Flexamoll® DINCFI oder Plastomoll® zur Verfügung. Beispiele für geeignete cyclische und nicht-cyclische Carbonate wie Propylencarbonat sind die Jeffsol®-Varianten von Fluntsman®. Geeignete Organosilikate, insbesondere Alkylsilikate und Alkylsilikatoligomere, sind zum Beispiel Tetraethylsilikat, Tetra-n-propylsilikat sowie Mono-, Di- und Trialkylsilikate der Firmen Wacker®, Evonik® und Dow Corning®. The binder components of the molding materials according to the invention, ie resin and hardener, are preferably through with the aim of good processability Thinner added. Such diluents are, for example, fatty acid esters based on renewable raw materials, such as transesterification products from vegetable oils, especially their methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl and ethylhexyl esters. Also suitable are synthetic mono-, di- and tricarboxylic acid esters, organosilicates, sulfonic acid esters, non-cyclic alkanes/paraffins as fractions from petroleum processing, phosphoric acid esters, cyclic and non-cyclic carbonates and/or non-hydroxy-terminated polyethers. Examples of fatty acid esters from natural oils are rapeseed methyl esters, the palm and soya methyl esters from Cremer®, the Priolube® types from Croda®, the DUB® products from Stearinerie Dubois®, and the RADIA® esters from Oleon®. The product ranges of Oxsoft® and Oxblue® esters from Oxea®, dibasic esters from Du Pont®, Softenol® esters from Sasol®, the Jayflex® products from Exxon®, those with Freeflex ® dibenzoate esters from Caffaro® or plasticizers from BASF®, such as Flexamoll® DINCFI or Plastomoll®. Examples of suitable cyclic and non-cyclic carbonates, such as propylene carbonate, are the Jeffsol® variants of Fluntsman®. Examples of suitable organosilicates, in particular alkyl silicates and alkyl silicate oligomers, are tetraethyl silicate, tetra-n-propyl silicate and mono-, di- and trialkyl silicates from Wacker®, Evonik® and Dow Corning®.
Durch intensive Vermischung der Einzelbestandteile für Flarz- oder Härter- Komponente des Bindemittels bei Raumtemperatur und unter Feuchtigkeitsausschluss erhält man die jeweiligen Komponenten mit verarbeitungsfreundlichen Viskositäten von 200 bis 900 mPas bei 20 °C für die Flarz-Kom ponente und 100 bis 600 mPas bei 20 °C für die Flärter-Kom ponente. Die Flarz-Kom ponente des Bindemittels weist 45 bis 100 Gew.-%, bevorzugt 70 bis 90 Gew.-% wasserstoffaktive Verbindungen und die Flärter-Kom ponente des Bindemittels 60 bis 100 Gew.-%, bevorzugt 75 bis 90 Gew.-% Polyisocyanate auf. Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Formstoffs eignen sich die beschriebenen Zweikomponenten-Bindemittel in Kombination mit feuerfesten und schüttfähigen Füllstoffen. Diese natürlichen und keramischen Gießereisande werden gemeinhin auch als Formgrundstoffe bezeichnet. Sie umfassen Quarzsande verschiedener Herkunft und Kornform, Chromitsand, Zirkonsand, Olivinsand, R-Sand, Magnesia, Alkali- und Erdalkali-Halogenide, Aluminiumsilikate, wie J-Sand und Kerphalite®, synthetische Sande wie Cerabeads®, Schamotte, M-Sand, Alodur®, Bauxitsand, Siliciumcarbid, Bläh- und Schaumgläser, Flugasche und andere Spezialsande. Dabei liegt die bevorzugte mittlere Korngröße im Bereich von 0,1 bis 0,9 mm. Der Bindemittel und Katalysatorgehalt im Formstoff muss dabei unter Beachtung des jeweiligen Kornspektrums sowie des spezifischen Sandgewichtes optimiert sein und wird vorzugsweise von 0,3 bis 4,0 % Bindemittel, bezogen auf den Formgrundstoff, und 0,001 bis 2,5 % Katalysator, bezogen auf die Harz-Komponente, eingestellt. Die Erfindung ist nicht auf diese Einstellungen und Mengen beschränkt. Intensive mixing of the individual components for the Flarz or hardener component of the binder at room temperature and with the exclusion of moisture results in the respective components with processing-friendly viscosities of 200 to 900 mPas at 20 °C for the Flarz component and 100 to 600 mPas at 20 °C C for the Flarter component. The Flarz component of the binder has 45 to 100% by weight, preferably 70 to 90% by weight, of hydrogen-active compounds and the Flarter component of the binder has 60 to 100% by weight, preferably 75 to 90% by weight. polyisocyanates. The two-component binders described in combination with refractory and pourable fillers are suitable for producing a molding material according to the invention. These natural and ceramic foundry sands are commonly referred to as basic molding materials. They include quartz sands of various origins and grain shapes, chromite sand, zircon sand, olivine sand, R sand, magnesia, alkali and alkaline earth halides, aluminum silicates such as J sand and Kerphalite®, synthetic sands such as Cerabeads®, fireclay, M sand, Alodur ®, bauxite sand, silicon carbide, expanded and foam glass, fly ash and other special sands. The preferred mean grain size is in the range from 0.1 to 0.9 mm. The binder and catalyst content in the mold material must be optimized taking into account the respective grain spectrum and the specific sand weight and is preferably 0.3 to 4.0% binder, based on the mold base material, and 0.001 to 2.5% catalyst, based on the resin component, discontinued. The invention is not limited to these settings and amounts.
Der amingashärtende Formstoff lässt sich aus einem oder mehreren feuerfesten schüttfähigen Füllstoffen zu 96,0 bis 99,7 % und einem Bindemittel zu 0,3 bis 4,0 % in einem Chargen- oder Durchlaufmischer hersteilen. Die Harz- und Härter-Kom ponente des Bindemittels können in Abhängigkeit von der jeweiligen Rezeptur im Mischungsverhältnis 2,5:1 bis 1:2,5 eingebracht werden. Für die praktische Anwendung im Gießereibetrieb hat es sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, die Bindemittelsysteme so zu formulieren, dass sie im Mischungsverhältnis 1:1, bezogen auf die Masse, eingesetzt werden können. Der Formstoff wird dann aus einem Vorratsgefäß durch Druckluftbeaufschlagung von 2 bis 7 bar in ein Kernwerkzeug eingebracht und verdichtet, anschließend im Kernwerkzeug durch ein Trägergas-Amin-Gemisch, das bevorzugt leichtflüchtige, tertiäre Amine beinhaltet, gehärtet. Dabei liegt die Temperatur des Trägergas-Amin-Gemisches vorzugsweise im Bereich von 15 bis 100 °C. Nach einem weiteren Spülvorgang mit dem Trägergas kann das gehärtete Formteil verzugfrei aus dem Kernwerkzeug entnommen oder ausgestoßen werden. The amine gas-hardening molding material can be produced from one or more refractory pourable fillers at 96.0 to 99.7% and a binder at 0.3 to 4.0% in a batch or continuous mixer. The resin and hardener components of the binder can be added in a mixing ratio of 2.5:1 to 1:2.5, depending on the respective recipe. However, for practical use in foundries, it has proven to be useful to formulate the binder systems in such a way that they can be used in a mixing ratio of 1:1, based on the mass. The molding material is then introduced from a storage vessel into a core tool by applying compressed air at 2 to 7 bar and compressed, then cured in the core tool by a carrier gas-amine mixture, which preferably contains volatile, tertiary amines. The temperature of the carrier gas/amine mixture is preferably in the range from 15 to 100.degree. After another flushing process with the carrier gas, the hardened molded part can be removed from the core tool without distortion be expelled.
Als leichtflüchtige, tertiäre Amine eignen sich beispielsweise Trimethylamin, Triethylamin (TEA), Dimethylethylamin (DMEA), Diethylmethylamin (DEMA), Dimethylproplyamin (DMPA), Dimethylisopropylamin (DMIPA) oder Mischungen aus mehreren Aminen. Die verwendeten Amine sind Basen und weisen einen pKB -Wert von 1 bis 10 auf, vorzugsweise von 2 bis 5. Das Trägergas ist im Allgemeinen Luft, kann aber auch ein Inertgas wie Stickstoff oder Argon sein. Examples of suitable volatile tertiary amines are trimethylamine, triethylamine (TEA), dimethylethylamine (DMEA), diethylmethylamine (DEMA), dimethylpropylamine (DMPA), dimethylisopropylamine (DMIPA) or mixtures of several amines. The amines used are bases and have a pK B of 1 to 10, preferably 2 to 5. The carrier gas is generally air but can also be an inert gas such as nitrogen or argon.
Nachteile der bisherigen Cold-Box-Bindersysteme, wie frei werdende Formaldehyd- und Phenol-Dämpfe bei der Kernherstellung oder durch eine Kondensationsreaktion freigesetztes, störendes Wasser, werden bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Formstoffmischung vermieden. Disadvantages of the previous cold-box binder systems, such as formaldehyde and phenol vapors released during core production or disruptive water released by a condensation reaction, are avoided when using a molding material mixture according to the invention.
Weiterhin beinhaltet ein erfindungsgemäßer Formstoff keine gesundheitsschädlichen aromatischen Lösemittel. Es werden stattdessen bevorzugt Fettsäureester auf Basis nachwachsender Rohstoffe, synthetische Carbonsäureester, aliphatische Carbonate und/oder organische Siliziumverbindungen verwendet, die keine leichtflüchtigen Komponenten beinhalten. Die Bindemittel sowie die Formstoffe selbst weisen vorteilhafte Verarbeitungseigenschaften wie Geruchlosigkeit, niedrigen Dampfdruck, geringe Viskosität, gute Fließfähigkeit, schnelle Härtungsverläufe sowie hohe Biegefestigkeiten auf. Die mit den beschriebenen Formstoffen hergestellten Kerne und Formen führen zu vorteilhaften Gusseigenschaften und einem guten Zerfall. Beim Abguss sind zudem die Emissionen an flüchtigen organischen Verbindungen, wie aromatischen Kohlenwasserstoffen und Formaldehyd, im Vergleich zu Phenol-Formaldehyd-Harz-basierten Bindemitteln deutlich reduziert. Furthermore, a molding material according to the invention does not contain any harmful aromatic solvents. Instead, preference is given to using fatty acid esters based on renewable raw materials, synthetic carboxylic acid esters, aliphatic carbonates and/or organic silicon compounds which do not contain any volatile components. The binders and the molding materials themselves have advantageous processing properties such as odorlessness, low vapor pressure, low viscosity, good flowability, rapid hardening processes and high flexural strength. The cores and molds produced with the molding materials described lead to advantageous casting properties and good disintegration. During casting, emissions of volatile organic compounds such as aromatic hydrocarbons and formaldehyde are also significantly reduced compared to binders based on phenol-formaldehyde resin.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figur 1 und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Es zeigt die Figur 1: einen Vergleich der Bindemittel-Emissionen unter pyrolytischenFurther details, features and advantages of configurations of the invention result from FIG. 1 and the following description of exemplary embodiments. It shows the Figure 1: A comparison of binder emissions among pyrolytic
Zersetzungsbedingungen von für die Erfindung geeigneten Bindemitteln (Beispiele 1 und 7) mit einem nicht erfindungsgemäßen Cold-Box-Bindemittel (Beispiel A2) auf Phenol-Formaldehyd-Harz-Basis. Decomposition conditions of binders suitable for the invention (Examples 1 and 7) with a cold box binder not according to the invention (Example A2) based on phenol-formaldehyde resin.
In Figur 1 ist ein Vergleich der Emissionen von Bindemitteln (Beispiele 1 und 7, siehe unten), die in einem erfindungsgemäßen Formstoff einsetzbar sind, mit einem handelsüblichen, nicht erfindungsgemäßen, Phenolharz-basierten Cold- Box-Bindemittel (Beispiel A2) gezeigt. Die Messungen geben Auskunft über die bei thermischer Zersetzung der Bindemittel unter pyrolytischen Bedingungen gebildeten chemischen Verbindungen. Diese werden als prozentualer Anteil an der Gesamtmenge der Emissionsprodukte und nach Substanzklassen geordnet aufgeschlüsselt. Hierfür wurden Messungen mit dem Pyrolyse-GC-FID- respektive dem Pyrolyse-GC/MS-Verfahren bei 900°C Zersetzungstemperatur durchgeführt. Diese Methodik ist zur laborseitigen Untersuchung der pyrolytischen Zersetzungsprodukte von Polymeren, wie den hier untersuchten Bindemitteln, etabliert. Sie liefert mithin eine gute Näherung der unter realen Gussbedingungen zu erwartenden Emissionen durch thermische Zersetzung der Bindemittel im Formstoff. Bei gleicher eingesetzter Bindemittel-Menge zeigen sich erhebliche Unterschiede bei Zusammensetzung und Stoffmenge der gebildeten Stoffklassen zwischen den für die Erfindung einsetzbaren Bindemitteln aus Beispiel 1 und Beispiel 7 gegenüber dem nicht erfindungsgemäßen, Phenolharz-basierten Cold-Box-Bindemittel, siehe Beispiel A2. Insbesondere der Anteil an leichtflüchtigen Aromaten (BTEX) und Phenolen ist im Falle der Phenolharz-basierten Bindemittel erheblich höher als bei Bindemitteln nach Beispielen 1 und 7. Da chemische Verbindungen insbesondere dieser Stoffklassen als gesundheitsgefährdend und/oder CMR- Stoffe nach CLP-Verordnung eingestuft sind, nach TRGS 900 und TRGS 910 mit einem Arbeitsplatzgrenzwert belegt sind und die gestattete Freisetzung gemäß TA Luft nach § 48 BImSchG ebenfalls begrenzt ist, ergibt sich für die für die Erfindung einsetzbaren Bindemittel nach Beispielen 1 und 7 ein signifikanter Emissionsvorteil. Überraschenderweise zeigt die vorliegende Erfindung auch Vorteile in Bezug auf die Gussqualität. Formstoffbedingte Gussfehler sind ein großes Problem im Eisen- und Stahlguss. Ein häufig auftretender Gussfehler im Eisenguss ist die sogenannte Blattrippe. Sie entsteht, weil der als Formstoffgrundstoff verwendete Quarzsand durch gussbedingte Erwärmung bei 573 °C eine Modifikationsänderung durchläuft. Diese Wandlung vom sogenannten Tiefquarz in den sogenannten Flochquarz geht mit einer sprunghaften Vergrößerung des spezifischen Volumens des Formstoffs einher. Diese Volumenänderung führt zu Rissen im Formstoff, in die die Schmelze eindringt. Es bilden sich Blattrippen auf dem Gussteil. Die Effekte des sogenannten Quarzsprungs können durch die Plastizität des Bindemittels vermindert oder abgefangen werden, so dass der Formstoff unter den Gussbedingungen nicht reißt. Bisher verwendete phenolharzhaltige Cold-Box- Bindemittel sind nicht in der Lage, Blattrippen-Bildung zu verhindern. Formstoffen mit diesen Bindemitteln werden erhebliche Mengen chemischer Additive zugesetzt, um die Blattrippenbildung beim Guss zu reduzieren. FIG. 1 shows a comparison of the emissions from binders (Examples 1 and 7, see below), which can be used in a molding material according to the invention, with a commercial, non-inventive, phenolic resin-based cold box binder (Example A2). The measurements provide information about the chemical compounds formed during thermal decomposition of the binder under pyrolytic conditions. These are broken down as a percentage of the total quantity of emission products and classified according to substance class. For this purpose, measurements were carried out using the pyrolysis GC-FID or the pyrolysis GC/MS method at a decomposition temperature of 900°C. This method is established for the laboratory investigation of the pyrolytic decomposition products of polymers, such as the binders investigated here. It therefore provides a good approximation of the emissions to be expected under real casting conditions due to thermal decomposition of the binders in the molding material. With the same amount of binder used, there are significant differences in the composition and amount of substance of the classes of substances formed between the binders from example 1 and example 7 that can be used for the invention compared to the non-inventive, phenolic resin-based cold box binder, see example A2. In particular, the proportion of volatile aromatics (BTEX) and phenols is significantly higher in the case of phenolic resin-based binders than in binders according to Examples 1 and 7. Since chemical compounds in particular of these substance classes are classified as hazardous to health and/or CMR substances according to the CLP regulation , according to TRGS 900 and TRGS 910 are assigned a workplace limit value and the permitted release according to TA Luft according to § 48 BImSchG is also limited, results for the for the invention usable binder according to Examples 1 and 7 a significant emission advantage. Surprisingly, the present invention also shows benefits in terms of casting quality. Casting defects caused by the molding material are a major problem in iron and steel casting. A frequently occurring casting defect in iron casting is the so-called leaf rib. It arises because the quartz sand used as the basic molding material undergoes a modification change due to heating at 573 °C due to casting. This change from so-called deep quartz to so-called braided quartz is accompanied by a sudden increase in the specific volume of the molding material. This volume change leads to cracks in the molding material, into which the melt penetrates. Leaf ribs form on the cast part. The effects of the so-called quartz crack can be reduced or intercepted by the plasticity of the binder, so that the molding material does not crack under the casting conditions. Cold box binders containing phenolic resin used to date are not able to prevent leaf vein formation. Molding materials with these binders have significant amounts of chemical additives added to reduce veining during casting.
Erfindungsgemäße Formstoffe zeigen eine signifikante Verbesserung gegenüber den bisher genutzten Bindemitteln in Bezug auf die Gussfehlerneigung des resultierenden Gussteils. Dies wurde im Detail für den zuvor beschriebenen Gussfehler Blattrippe eingehend untersucht und dokumentiert. Dazu werden sogenannte Domkerne im Cold-Box-Verfahren hergestellt, die aufgrund ihrer Geometrie die Ausprägung des Gussfehlers Blattrippe provozieren. Je nach Güte des resultierenden Gusses lässt sich die Gussfehlerneigung der verwendeten Formstoffe klassifizieren. Molding materials according to the invention show a significant improvement compared to the binders used hitherto with regard to the casting defect tendency of the resulting cast part. This was examined and documented in detail for the blade vein casting defect described above. For this purpose, so-called dome cores are manufactured using the cold-box process, which, due to their geometry, provoke the development of the blade vein casting defect. Depending on the quality of the resulting casting, the casting defect tendency of the molding materials used can be classified.
Im Folgenden sind die Zusammensetzungen der verwendeten Bindemittel in den Beispielen 1 bis 16 dargestellt. Alle prozentualen Angaben [%] in dieser Schrift sind stets als Gewichtsprozent zu verstehen, es sei denn, es wird eine hiervon abweichende Definition im erläuternden Text vorgenommen. Die CAS- Nummer (engl. CAS Registry Number, CAS = Chemical Abstracts Service) ist ein internationaler Bezeichnungsstandard für chemische Stoffe, wobei für jeden bekannten chemischen Stoff eine eindeutige CAS-Nummer existiert. The compositions of the binders used in Examples 1 to 16 are shown below. All percentages [%] in this document are always to be understood as percentages by weight, unless a different definition is made in the explanatory text. The CAS registry number (CAS = Chemical Abstracts Service) is an international standard for naming chemical substances, whereby a unique CAS number exists for every known chemical substance.
Beispiel 1: Beispiel 2: Beispiel 3: Example 1: Example 2: Example 3:
Beispiel 4: Beispiel 5: Example 4: Example 5:
Beispiel 6: Beispiel 7: Example 6: Example 7:
Beispiel 8: Beispiel 9 Example 8: example 9
Beispiel 10 Beispiel 11 Example 10 Example 11
Beispiel 12 Beispiel 13 Example 12 Example 13
Beispiel 14 Beispiel 15 Example 14 Example 15
Beispiel 16 Example 16
Beispiel A1 (nicht erfindungsgemäß) Example A1 (not according to the invention)
Beispiel A2 (nicht erfindungsgemäß) Example A2 (not according to the invention)
Die Bindemittel der vorliegenden Erfindung setzen sich im Allgemeinen aus einer Harz-Komponente bestehend aus a) Polyesterpolyolen, b) Polycarbonatalkoholen c) Polyetherpolyolen, d) kurzkettigen Vernetzern und e) Verdünnern, sowie einer isocyanathaltigen Härter-Kom ponente zusammen. The binders of the present invention are generally composed of a resin component consisting of a) polyester polyols, b) polycarbonate alcohols c) polyether polyols, d) short-chain crosslinkers and e) thinners, and also an isocyanate-containing hardener component.
In den dargelegten Beispielen wurden diese Bestandteile variiert, um eine breite Anwendbarkeit der generellen Rezeptur darzulegen. So wurden die Anteile der Polyesterpolyole in der Harz-Komponente von 0 % bis 74 %, der Polycarbonatalkohole von 0 % bis 46 % sowie die Summe der Polyesterpolyole und Polycarbonatalkohole von 42 % bis 74 % variiert. In the examples presented, these components were varied in order to demonstrate the broad applicability of the general recipe. Thus, the proportions of the polyester polyols in the resin component were varied from 0% to 74%, the polycarbonate alcohols from 0% to 46% and the sum of the polyester polyols and polycarbonate alcohols from 42% to 74%.
Auf Seiten der kurzkettigen Vernetzer sind beispielhaft zweiwertige aliphatische Alkohole wie Ethylenglykol oder 1 ,3-Propandiol und dreiwertige Vertreter wie Trimethylolpropan verwendet worden. Aber auch Wasser als kohlenstofffreie Substanz oder aromatische Vernetzer wie 2,2'-[1 ,3-Phenylenbis(oxy)]bisethanol kamen zum Einsatz. Ebenfalls sind Kombinationen dieser angeführt. Als Verdünner kamen zumeist Fettsäuremethylester mit C16- bis C18-Fettsäuren und/oder Dibasischer Ester zum Einsatz, aber auch Tetraethylorthosilikat und Caprolacton. On the part of the short-chain crosslinkers, dihydric aliphatic alcohols such as ethylene glycol or 1,3-propanediol and trihydric representatives such as trimethylolpropane have been used by way of example. However, water as a carbon-free substance or aromatic crosslinkers such as 2,2'-[1,3-phenylenebis(oxy)]bisethanol were also used. Combinations of these are also listed. Fatty acid methyl esters with C16 to C18 fatty acids and/or dibasic esters were mostly used as diluents, but tetraethyl orthosilicate and caprolactone were also used.
Auf Seiten der Härter-Kom ponente wurde der Isocyanatgehalt im Bereich von 75 % bis 89 % variiert. Im Beispiel 14 wurde eine Härter-Komponente verwendet, bei der 82 Gewichtsteile des MDI-Oligomers mit 10 Gewichtsteilen Polyetherpolyol zu einem Prepolymer umgesetzt wurden. Daher weist diese Härter-Komponente bereits eine leichte Ausbildung des Polymernetzwerks auf. The isocyanate content of the hardener component varied between 75% and 89%. In Example 14, a hardener component was used in which 82 parts by weight of the MDI oligomer were reacted with 10 parts by weight of polyether polyol to give a prepolymer. Therefore, this hardener component already shows a slight development of the polymer network.
Nicht erfindungsgemäß enthält das Abgrenzungsbeispiel A1 weder Polyesterpolyole noch Polycarbonatalkohole in der Harz-Komponente. Hier besteht die Harz-Komponente ausschließlich aus Polyetherpolyolen, kurzkettigen Vernetzern, Verdünnern sowie katalytisch aktiven Additiven. Die Härter-Komponente besteht aus Isocyanat und Verdünner. Wie in den erfindungsgemäßen Beispielen sind keine phenolischen Bestandteile und Formaldehyd enthalten. Not according to the invention, delimitation example A1 contains neither polyester polyols nor polycarbonate alcohols in the resin component. Here, the resin component consists exclusively of polyether polyols, short-chain crosslinkers, thinners and catalytically active additives. The hardener component consists of isocyanate and thinner. As in the examples of the invention are no phenolic components and contain formaldehyde.
Ebenfalls nicht erfindungsgemäß enthält Beispiel A2 weder Polyesterpolyole noch Polycarbonatalkohole in der Harz-Komponente. Es ist ein klassisches Beispiel für die derzeit in Gießereien eingesetzten, Phenol-Formaldehyd-Harz basierten Cold-Box-Bindemittel. Also not according to the invention, example A2 contains neither polyester polyols nor polycarbonate alcohols in the resin component. It is a classic example of the phenol formaldehyde resin based cold box binders currently used in foundries.
Die angegebenen Gesamtäquivalentgewichte beziehen sich bei der Harz- Komponente auf die gegenüber Isocyanat wasserstoffaktiven Gruppen. Sie wurden aus den prozentualen Gewichtsanteilen und Äquivalentgewichten der Einzelbestandteile berechnet. Die auch als durchschnittliche Äquivalentgewichte bezeichneten Gesamtäquivalentgewichte berechnen sich beispielsweise jeweils aus dem prozentualen Gehalt an OH- und/oder SH- und/oder NH-Gruppen der Einzelkomponenten unter Berücksichtigung ihrer Massenanteile im Gemisch. In the case of the resin component, the total equivalent weights given relate to the groups which are hydrogen-active towards isocyanate. They were calculated from the weight percentages and equivalent weights of the individual ingredients. The total equivalent weights, also referred to as average equivalent weights, are calculated, for example, from the percentage content of OH and/or SH and/or NH groups in the individual components, taking into account their mass fractions in the mixture.
Auf Seiten der Härter-Kom ponente sind die angegebenen Gesamtäquivalentgewichte auf die enthaltenen Isocyanat-Gruppen bezogen. Diese wurden gemäß ISO 14896:2009 experimentell bestimmt. On the part of the hardener component, the total equivalent weights given are based on the isocyanate groups present. These were determined experimentally according to ISO 14896:2009.
Die Viskositäten der Komponenten wurden mit einem Rotationsviskosimeter der Firma Brookfield gemäß DIN EN ISO 2555:2018-09 in der Einheit mPas ermittelt. The viscosities of the components were determined using a Brookfield rotational viscometer in accordance with DIN EN ISO 2555:2018-09 in the unit mPas.
Die Bindemittelprüfung erfolgte in Anlehnung an das im VDG-Merkblatt P73 beschriebenen Verfahren A. Die Herstellung der Formstoffmischung erfolgte in einem Flügelmischer aus 100 Gewichtsteilen Quarzsand H32 und jeweils 0,8 Gewichtsteilen Harz-Komponente und Härter-Kom ponente oder aus 100 Gewichtsteilen Chromit und jeweils 0,4 Gewichtsteilen Harz-Komponente und Härter-Kom ponente. Mithilfe der Kernschießmaschine LUT der Firma Multiserw wurden jeweils drei Prüfkörper mit den Maßen 22,4 x 22,4 x 185 mm durch sogenanntes Schießen des fließfähigen Formstoffs mittels Druckluft in das formgebende Kernwerkzeug eingebracht und anschließend gemäß der unten genannten Verfahrensbedingungen mit einem Trägergas-Amin-Gemisch gehärtet. The binder test was based on method A described in VDG leaflet P73. The molding material mixture was produced in a paddle mixer from 100 parts by weight quartz sand H32 and 0.8 parts by weight resin component and hardener component or from 100 parts by weight chromite and each 0.4 parts by weight resin component and hardener component. Using the LUT core shooter from Multiserw, three test specimens each measuring 22.4 x 22.4 x 185 mm were injected into the introduced shaping core tool and then cured according to the process conditions below with a carrier gas-amine mixture.
Von den so erhaltenen Prüfkörpern werden die Formstofffestigkeiten mit dem Universalfestigkeitsprüfapparat LRu-2e der Firma Multiserw zeitabhängig bestimmt. The molding material strengths of the test specimens obtained in this way are determined as a function of time using the LRu-2e universal strength testing apparatus from Multiserw.
In der Praxis einer jeden Gießerei sind die Festigkeiten der Kerne bei der Entnahme aus dem Kernwerkzeug sowie anschließend beim sogenannten Abguss der Kerne relevant. Diese entsprechen der Sofortfestigkeit beziehungsweise der Endfestigkeit (24-Stunden-Wert) der Prüfkörper. Für Erstgenannte ist die verzugfreie Handhabbarkeit und Lagerfähigkeit des aus dem Kernwerkzeug entnommenen Kerns von Bedeutung. Diese ist erfahrungsgemäß bei einer Biegefestigkeit der Prüfkörper von 100 N/cm2 gegeben. Als Endfestigkeit nach 24 Stunden wird ein Biegefestigkeitswert der Prüfkörper von >280 N/cm2 als günstig erachtet. Damit ist eine Anwendbarkeit von im Cold-Box-Verfahren gehärteten Kernen vom Leichtmetallguss bis hin zum Stahlguss gewährleistet. In the practice of every foundry, the strength of the cores when they are removed from the core tool and then when the cores are cast is relevant. These correspond to the immediate strength or final strength (24-hour value) of the test specimens. For the former, the warp-free handling and storability of the core removed from the core tool is important. Experience has shown that this is the case with a flexural strength of the test specimens of 100 N/cm 2 . A flexural strength value of the test specimens of >280 N/cm 2 is considered favorable as the ultimate strength after 24 hours. This ensures that cores hardened in the cold box process can be used from light metal castings to cast steel.
Mit den Formstoffmischungen, welche nach oben genanntem Verfahren hergestellt wurden, wurden bei einem Schießdruck von 4 bar Prüfkörper geschossen, die bei 0,5 bar mit tertiärem Amin begast und anschließend mit Luft gespült wurden. Die Aminmenge sowie die Spüldauer variieren entsprechend der angewandten Verfahren: Test specimens were shot at a shooting pressure of 4 bar with the molding material mixtures, which were produced according to the above-mentioned method, and gassed with tertiary amine at 0.5 bar and then flushed with air. The amount of amine as well as the flushing time will vary according to the processes used:
Verfahren 1: Masse DMEA pro Masse Formstoff: 0,0045; Spüldauer: 90 s; Quarzsand H32; Method 1: mass of DMEA per mass of molding material: 0.0045; rinsing time: 90 s; quartz sand H32;
Verfahren 2: Masse DMEA pro Masse Formstoff: 0,0045; Spüldauer: 60 s; Quarzsand H32; Method 2: mass of DMEA per mass of molding material: 0.0045; rinsing time: 60 s; quartz sand H32;
Verfahren 3: Masse DMEA pro Masse Formstoff: 0,0045; Spüldauer: 30 s; Quarzsand H32; Verfahren 4: Masse DMEA pro Masse Formstoff: 0,0030; Spüldauer: 90 s; Quarzsand H32; Method 3: mass of DMEA per mass of molding material: 0.0045; rinsing time: 30 s; quartz sand H32; Method 4: mass of DMEA per mass of molding material: 0.0030; rinsing time: 90 s; quartz sand H32;
Verfahren 5: Masse DMEA pro Masse Formstoff: 0,0060; Spüldauer: 120 s; Quarzsand H32; Method 5: mass of DMEA per mass of molding material: 0.0060; rinsing time: 120 s; quartz sand H32;
Verfahren 6: Masse DMEA pro Masse Formstoff: 0,0090; Spüldauer: 300 s; Quarzsand H32; Method 6: mass of DMEA per mass of molding material: 0.0090; rinsing time: 300 s; quartz sand H32;
Verfahren 7: Masse DMPA pro Masse Formstoff: 0,0045; Spüldauer: 90 s; Quarzsand H32; Process 7: mass of DMPA per mass of mold material: 0.0045; rinsing time: 90 s; quartz sand H32;
Verfahren 8: Masse DMEA pro Masse Formstoff: 0,0045; Spüldauer: 90 s; Chrom it. Method 8: mass of DMEA per mass of mold material: 0.0045; rinsing time: 90 s; chrome it.
Für die Beispiele 1 bis 16 konnten mit im Cold-Box-Verfahren üblichen Aminmengen gemäß den Verfahren 1 bis 7 Formstoffprüfkörper ausgehärtet werden. Eine Eignung der erfindungsgemäßen Formstoffe für die Anwendung im Cold-Box-Verfahren wurde somit belegt. For Examples 1 to 16, molded material test specimens could be cured in accordance with methods 1 to 7 using amounts of amine customary in the cold box method. A suitability of the molding materials according to the invention for use in the cold box process was thus demonstrated.
Anders verhält es sich beim nicht erfindungsgemäßen Beispiel A1. Die zugehörigen Formstoffprüfkörper konnten trotz beschleunigender Additive und einer leicht erhöhten Amingasmenge sowie längerer Spüldauer nicht gehärtet werden. Erst durch die weitere Erhöhung der eingesetzten Aminmasse pro Formstoffmasse auf 0,009 und der Begasungsdauer auf 300 Sekunden konnten Prüfkörper erhalten werden. Diese zeigten jedoch weder ausreichende Entnahmefestigkeiten noch Endfestigkeiten. Formstoffe mit den nicht erfindungsgemäßen Bindemittel Beispiel A1 eignen sich daher somit nicht für den Einsatz im Cold-Box-Verfahren, weil Taktzeiten und Aminmengen deutlich außerhalb des im Cold-Box-Verfahren erforderlichen Bereichs liegen. The situation is different in example A1, which is not according to the invention. Despite accelerating additives and a slightly increased amount of amine gas as well as a longer rinsing time, the associated molding material test specimens could not be cured. Test specimens could only be obtained by further increasing the amine mass used per molding material mass to 0.009 and the gassing time to 300 seconds. However, these showed neither sufficient removal strengths nor final strengths. Molded materials with the non-inventive binder Example A1 are therefore not suitable for use in the cold box process because the cycle times and amounts of amine are well outside the range required in the cold box process.
Daraus wird deutlich, dass die Anwendung eines polyurethanbasierten Bindemittels, dessen Flarz aus aliphatischen, phenol- und formaldehydfreien Bestandteilen aufgebaut ist, im Cold-Box-Verfahren eines Polyesterpolyols und/oder eines Polycarbonatalkohols bedarf. Darüber hinaus ist es möglich, der Flarz-Kom ponente eine Vielzahl von Polyetherpolyolen, kurzkettigen Vernetzern oder Verdünnern hinzuzufügen und verfahrensgerechte Leistungsfähigkeiten der resultierenden Bindemittel zu erhalten. Ebenso zeigen die Beispiele, dass Variationen des Amingases sowie der Verfahrensparameter zu vergleichbaren Ergebnissen führen. It is clear from this that the use of a polyurethane-based binder, the fluff of which is made up of aliphatic, phenol- and formaldehyde-free components, requires a polyester polyol and/or a polycarbonate alcohol in the cold box process. In addition, it is possible to add a large number of polyether polyols, short-chain crosslinkers, to the Flarz component or add diluents and get process-ready performances of the resulting binders. The examples also show that variations in the amine gas and in the process parameters lead to comparable results.
Die Tabelle 1 zeigt die Biegefestigkeiten der Normprüfkörper im Cold-Box- Verfahren. Table 1 shows the flexural strength of the standard test specimens in the cold box method.
Tabelle 1 Table 1
* Begasungsgerät Lab-Jet, Lüber-GmbH * Lab-Jet gassing unit, Lüber-GmbH
Die Domkerne zur Beurteilung der Blattrippenneigung wurden durch Vermischen von 100 Gewichtsteilen Quarzsand H32 und jeweils 0,8 Gewichtsteilen Harz- und Härter-Kom ponente im Flügelmischer und anschließendes Einbringen der Formstoffmischung in die Domkernform hergestellt. Der Domkern entspricht einem Zylinder (Durchmesser = 48 mm, Höhe = 25 mm) mit aufgesetzter Halbkugel. Die Aushärtung erfolgte durch Aminbegasung gemäß Verfahren 1 mit dem Begasungsgerat Lab-Jet der Lüber- GmbH. Nach Einkleben der Domkerne in eine entsprechende Form erfolgte der Abguss mit Gusseisen bei einer Schmelzetemperatur von 1350 °C. Zur Bewertung der Blattrippenneigung ist eine Vielzahl von nicht standardisierten Verfahren bekannt. Hier wird ein Schulnotensystem verwendet, bei dem die Anzahl der Blattrippen sowie deren Breite und Höhe berücksichtigt werden. Bei Note 1 dürfen keine Blattrippen auftreten, bei Note 2 nur leichte Ansätze von Blattrippen, bei Note 3 wenige Blattrippen beziehungsweise eine leichte Ausprägung, bei Note 4 eine mittlere Anzahl beziehungsweise deutliche Ausprägung der Blattrippen, bei Note 5 viele beziehungsweise stark ausgeprägte Blattrippen und bei Note 6 sehr viele beziehungsweise sehr stark ausgeprägte Blattrippen. Bei den erfindungsgemäß eingesetzten Bindemitteln der Beispiele 1 , 2 und 14 zeigten sich nur schwach ausgeprägte Ansätze von Blattrippen (Note 2). Beim Vergleichsbeispiel A2 (Phenolharzbinder CB) hingegen wurden eine deutlich höhere Anzahl sowie stärkere Ausprägung und Verzweigung an Blattrippen beobachten (Note 4). The dome cores for assessing the inclination of the leaf veins were produced by mixing 100 parts by weight of quartz sand H32 and 0.8 parts by weight each of resin and hardener component in a paddle mixer and then introducing the molding material mixture into the dome core mould. The dome core corresponds to a cylinder (diameter = 48 mm, height = 25 mm) with an attached hemisphere. Curing took place by gassing with amine according to process 1 with the gassing device Lab-Jet from Lüber-GmbH. After gluing the dome cores into a corresponding mold, they were cast with cast iron at a melt temperature of 1350 °C. A large number of non-standard methods are known for assessing the inclination of leaf veins. A school grading system is used here, which takes into account the number of leaf veins and their width and height. With a rating of 1, no veins may appear, with a rating of 2 only slight approaches to veining, with a rating of 3, a few veins or a slight one Expression, with grade 4 a medium number or clear development of the leaf veins, with grade 5 many or very pronounced leaf veins and with grade 6 very many or very pronounced leaf veins. In the case of the binders used according to the invention in Examples 1, 2 and 14, there were only weakly pronounced deposits of leaf veins (rating 2). In the case of comparative example A2 (phenolic resin binder CB), on the other hand, a significantly higher number and greater expression and branching of leaf veins were observed (rating 4).
Liste von in den Tabellen verwendeten Abkürzungen (ohne chemische Formelzeichen) List of abbreviations used in the tables (without chemical symbols)
CMR CMR-Stoffe besitzen eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften: C = canzerogen (kanzerogen), M =mutagen (erbgutverändernd), R = reproduktionstoxischCMR CMR substances have one or more of the following properties: C = carcinogenic (carcinogenic), M = mutagenic (mutagenic), R = toxic to reproduction
(fortpflanzungsgefährdend) (toxic for reproduction)
DABCO Diazabicyclo[2.2.2]octan DABCO diazabicyclo[2.2.2]octane
DEMA Diethylmethylamin DEMA diethylmethylamine
DMEA N,N-Dimethylethylamin DMEA N,N-dimethylethylamine
DMIPA Dimethylisopropylamin DMIPA dimethylisopropylamine
DMPA N,N-Dimethylpropylamin DMPA N,N-dimethylpropylamine
H32 Halterner Quarzsandsorte (Korngrößenbereich) H32 Halterner quartz sand type (grain size range)
MDI Diphenylmethandiisocyanat MDI diphenylmethane diisocyanate
MG Molekulargewicht in [g/mol] MG molecular weight in [g/mol]
PEG Polyethylenglykol PEG polyethylene glycol

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Formstoff zur Herstellung von Kernen im Cold-Box-Verfahren, umfassend folgende Bestandteile: 1. Molding material for the production of cores in the cold box process, comprising the following components:
>- ein zweikomponentiges, phenol- und phenolderivatfreies Bindemittel auf Polyurethan-Basis enthaltend eine Harz-Komponente, umfassend ein oder mehrere verzweigte aliphatische oder aromatische Polyesterpolyole, aufgebaut aus verzweigten aliphatischen oder aromatischen Diol- oder Triol-Startern mit einer oder mehreren Seitenketten sowie substituierten oder unsubstituierten aliphatischen und/oder aromatischen Di- und/oder Tri-Carbonsäuren oder deren Anhydriden und/oder ein oder mehrere Polycarbonatalkohole mit Äquivalentgewichten von 250 bis 4000 g/val und Hydroxyfunktionalitäten von 2 bis 4 als in Bezug auf Isocyanate wasserstoffaktive Verbindungen, wobei das oder die verzweigten Polyesterpolyole und/oder Polycarbonatalkohole der Harz-Komponente des Bindemittels einen Anteil im Bereich von 35 bis 100 Gew.-% an der Harz-Komponente haben, und eine Härter-Kom ponente, umfassend ein oder mehrere Polyisocyanate, - A two-component, phenol and phenol derivative-free binder based on polyurethane containing a resin component comprising one or more branched aliphatic or aromatic polyester polyols, built up from branched aliphatic or aromatic diol or triol starters with one or more side chains and substituted or unsubstituted aliphatic and/or aromatic di- and/or tri-carboxylic acids or their anhydrides and/or one or more polycarbonate alcohols with equivalent weights of 250 to 4000 g/val and hydroxy functionalities of 2 to 4 as hydrogen-active compounds with respect to isocyanates, wherein the or the branched polyester polyols and/or polycarbonate alcohols of the resin component of the binder have a proportion in the range from 35 to 100% by weight of the resin component, and a hardener component comprising one or more polyisocyanates,
>- sowie einen oder mehrere feuerfeste schüttfähige Füllstoffe. >- and one or more refractory pourable fillers.
2. Formstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Harz- Komponente des zweikomponentigen Bindemittels in Bezug auf Isocyanat wasserstoffaktive Einzelverbindungen enthält, wobei die Harzkomponente bezüglich der Gesamtheit dieser wasserstoffaktiven Einzelverbindungen eine durchschnittliche Funktionalität von 1,8 bis 4,0 aufweist, sowie als Zusatz/Zusätze einen oder mehrere Verdünner und gegebenenfalls einen oder mehrere die Polymerisation beeinflussende Katalysatoren umfasst und die Härter-Kom ponente ein oder mehrere Isocyanate, die mindestens die Funktionalität 2 besitzen, sowie als Zusatz einen oder mehrere Verdünner umfasst. 2. Molding material according to claim 1, characterized in that the resin component of the two-component binder contains, in relation to isocyanate, hydrogen-active individual compounds, the resin component having an average functionality of 1.8 to 4.0 with respect to the totality of these hydrogen-active individual compounds, and as Additive(s) one or more thinners and optionally comprises one or more catalysts affecting the polymerization and the hardener component comprises one or more isocyanates which have at least functionality 2, and as an additive one or more diluents.
3. Formstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flarzkom ponente des zweikomponentigen Bindemittels weitere in Bezug auf Isocyanat wasserstoffaktive Einzelverbindungen enthält, die aus einer oder mehreren Substanzklassen ausgewählt sind, umfassend Polyetheralkohole, Polyesterpolyole, Polycarbonatalkohole, Polyetherpolyesteralkohole, Polythiole, Aminopolyetheralkohole, zwei- und höherfunktionelle Alkohole, Amine und Carbamid-Verbindungen, mit einer OH-, SH- und NFI-Funktionalität von 1,5 bis 8 und Äquivalentgewichten von 9 bis 2000 g/val der wasserstoffaktiven Einzelverbindungen. 3. Molding material according to Claim 1 or 2, characterized in that the Flarzkom component of the two-component binder contains further individual compounds which are hydrogen-active in relation to isocyanate and which are selected from one or more substance classes, comprising polyether alcohols, polyester polyols, polycarbonate alcohols, polyether polyester alcohols, polythiols, aminopolyether alcohols, difunctional and higher functional alcohols, amines and carbamide compounds with an OH, SH and NFI functionality of 1.5 to 8 and equivalent weights of 9 to 2000 g/val of the hydrogen-active individual compounds.
4. Formstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Seitenketten eines verzweigten Polyesterpolyols des Formstoffs ausgewählt sind aus Aliphaten, Aromaten, Aldehyden, Ketonen, Carbonsäureestern, Ethern, Aminen, Alkylhalogeniden, Nitrilen, Stickstoff-, Sauerstoff- und Schwefel- Fleterocyclen sowie Carbonsäureamiden. 4. Molding material according to one of claims 1 to 3, characterized in that side chains of a branched polyester polyol of the molding material are selected from aliphatics, aromatics, aldehydes, ketones, carboxylic acid esters, ethers, amines, alkyl halides, nitriles, nitrogen, oxygen and sulfur Fleterocycles and carboxylic acid amides.
5. Formstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die verzweigten Polyesterpolyole und/oder Polycarbonatalkohole der Flarz-Komponente des Bindemittels einen Anteil im Bereich von 40 bis 80 Gew.-% an der Flarz-Komponente haben. 5. Molding material according to one of claims 1 to 4, characterized in that the or the branched polyester polyols and/or polycarbonate alcohols of the fluff component of the binder have a proportion in the range of 40 to 80% by weight of the fluff component.
6. Formstoff nach einem der Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelverbindungen der Flarz-Komponente des gashärtenden Formstoffs so kombiniert sind, dass eine durchschnittliche Wasserstoff-Funktionalität von 2,2 bis 3,5 resultiert. 6. Molding material according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the individual compounds of the Flarz component of the gas-hardening mold material are combined in such a way that an average hydrogen functionality of 2.2 to 3.5 results.
7. Formstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Isocyanate der Flärter-Komponente des gashärtenden Formstoffs Oligomere oder polymere Derivate vom Grundtyp des 2,4'- und 4,4'-Diphenylmethandiisocyanates und/oder oligomere oder polymere Derivate vom Typ des 2,4'- und 4,4'- Dicyclohexylmethandiisocyanates und/oder oligomere oder polymere Derivate des Hexamethylendiisocyanates mit gegebenenfalls ganz oder partiell blockierten Isocyanatgruppen und/oder Isophorondiisocyanat und/oder dessen Derivate sind. 7. Molding material according to one of claims 1 to 6, characterized in that the isocyanates of the flärter component of the gas-curing molding material are oligomers or polymeric derivatives of the basic type of 2,4'- and 4,4'-diphenylmethane diisocyanate and/or oligomeric or polymeric derivatives of the 2,4'- and 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate type and/or oligomeric or polymeric derivatives of hexamethylene diisocyanate with optionally fully or partially blocked isocyanate groups and/or isophorone diisocyanate and/or its derivatives.
8. Formstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Isocyanate der Härter-Komponente vollständig oder partiell aus vorvernetzten Reaktionsprodukten mit einem stöchiometrischen Unterschuss an wasserstoffaktiven Verbindungen bestehen, wobei die Vorvernetzung durch die Reaktion mit di- oder mehrfunktionellen Polyolen herbeigeführt wird und ein Restgehalt an freien Isocyanatgruppen im Bereich von 15 bis 30 %, vorzugsweise von 18 bis 25 %, resultiert. 8. Molding material according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the isocyanates of the hardener component consist entirely or partially of pre-crosslinked reaction products with a stoichiometric deficiency of hydrogen-active compounds, the pre-crosslinking being brought about by the reaction with difunctional or polyfunctional polyols and a residual content of free isocyanate groups in the range from 15 to 30%, preferably from 18 to 25%.
9. Formstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Isocyanat-Anteil der Härter-Komponente in Bezug zu den wasserstoffaktiven Verbindungen der Harz-Komponente derart gewählt ist, dass freie NCO-Gruppen der Härter-Komponente und OH- und/oder NH- und/oder SH-Gruppen der Harz-Komponente in einem Stoffmengenverhältnis von 0,8 bis 1,2 vorliegen. 9. Molding material according to one of claims 1 to 8, characterized in that the isocyanate content of the hardener component is selected in relation to the hydrogen-active compounds of the resin component such that free NCO groups of the hardener component and OH and /or NH and/or SH groups of the resin component are present in a molar ratio of 0.8 to 1.2.
10. Formstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Harz-Komponente des Bindemittels 45 bis 100 Gew.-%, bevorzugt 70 bis 90 Gew.-% wasserstoffaktive Verbindungen aufweist und die Härter-Kom ponente des Bindemittels 60 bis 100 Gew.-%, bevorzugt 75 bis 90 Gew.-% Polyisocyanate aufweist. 10. Molding material according to one of claims 1 to 9, characterized in that the resin component of the binder is 45 to 100% by weight, preferably 70 to 90% by weight, of hydrogen-active compounds and the hardener component of the binder has 60 to 100% by weight, preferably 75 to 90% by weight, of polyisocyanates.
11. Formstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Harz-Komponente des Bindemittels tertiäre Amine und/oder die Polyurethanreaktion beschleunigende metallorganische Verbindungen als Katalysatoren enthalten kann. 11. Molding material according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the resin component of the binder can contain tertiary amines and/or organometallic compounds which accelerate the polyurethane reaction as catalysts.
12. Formstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Harz- und Härter-Komponente des Bindemittels einen oder mehrere Verdünner aufweisen, wobei diese ausgewählt sind aus den Substanzklassen Fettsäureester auf Basis nachwachsender Rohstoffe, synthetische Mono-, Di- und Tricarbonsäureester, Organosilikate, Sulfonsäureester, Paraffine, Phosphorsäureester, cyclische und nicht-cyclische Carbonate und nicht hydroxyfunktionell endständige Polyether. 12. Molding material according to one of claims 1 to 11, characterized in that the resin and hardener components of the binder have one or more diluents, these being selected from the substance classes fatty acid esters based on renewable raw materials, synthetic mono-, di- and Tricarboxylic acid esters, organosilicates, sulfonic acid esters, paraffins, phosphoric acid esters, cyclic and non-cyclic carbonates and non-hydroxy-terminated polyethers.
13. Formstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als der Füllstoff oder die Füllstoffe Quarzsand, Chromit, Zirkonsand, Olivinsand, R-Sand, Magnesia, Alkali- und Erdalkali-Halogenide, Aluminiumsilikate, wie J-Sand und Kerphalite, synthetische Sande wie Cerabeads, Schamotte, M-Sand, Alodur, Bauxitsand und Siliciumcarbid, Bläh- und Schaumgläser, Flugasche und andere Spezialsande eingesetzt ist/sind und dabei eine mittlere Korngröße von 0,1 bis 0,9 mm aufweist/aufweisen. 13. Molding material according to one of claims 1 to 12, characterized in that as the filler or fillers quartz sand, chromite, zircon sand, olivine sand, R-sand, magnesia, alkali metal and alkaline earth metal halides, aluminum silicates such as J-sand and kerphalite , synthetic sands such as cerabeads, chamotte, M-sand, Alodur, bauxite sand and silicon carbide, expanded and foam glass, fly ash and other special sands are used and have an average grain size of 0.1 to 0.9 mm.
14. Formstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der gashärtende Formstoff gemischt ist aus einem oder mehreren feuerfesten schüttfähigen Füllstoffen zu 96,0 bis 99,7 % und einem Bindemittel zu 0,3 bis 4,0 %. 14. Molding material according to one of claims 1 to 13, characterized in that the gas-hardening molding material is mixed from one or more refractory, pourable fillers at 96.0 to 99.7% and a binder at 0.3 to 4.0%.
15. Verfahren zur Härtung eines Formstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem 15. A method for curing a molding material according to any one of claims 1 to 14, wherein
>- der Formstoff aus einem Vorratsgefäß durch Druckluftbeaufschlagung von 0,5 bis 10,0 bar in ein Kernwerkzeug eingebracht und verdichtet wird, >- the molding material is brought from a storage vessel into a core tool and compressed by applying compressed air at a pressure of 0.5 to 10.0 bar,
>- anschließend im Kernwerkzeug durch ein Trägergas-Amin- Gemisch, das bevorzugt leichtflüchtige, tertiäre Amine beinhaltet, gehärtet wird, wobei die Temperatur des Trägergas-Amin- Gemisches vorzugsweise im Bereich von 15 °C bis 100 °C liegt, und >- is then cured in the core tool by a carrier gas-amine mixture, which preferably contains volatile, tertiary amines, the temperature of the carrier gas-amine mixture preferably being in the range from 15° C. to 100° C., and
>- nach einem weiteren Spülvorgang mit Luft das gehärtete Formteil aus dem Kernwerkzeug entnommen oder ausgestoßen wird. >- After another flushing process with air, the hardened molded part is removed from the core tool or ejected.
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