NO180330B

NO180330B - Fremgangsmåte for fremstilling av en formet artikkel av harpiksavbundet sand

Info

Publication number: NO180330B
Application number: NO891444A
Authority: NO
Inventors: S Raja Iyer; Calvin K Johnson; Richard C Cooke
Original assignee: Borden Inc; Acme Resin Corp
Priority date: 1988-04-08
Filing date: 1989-04-07
Publication date: 1996-12-23
Also published as: JPH01262042A; SG119392G; MY103993A; BR8806482A; EP0336534B1; NO891444L; GR3005252T3; AU8363991A; US5082876A; AU627665B2; KR890015801A; AU2775289A; EP0336534A1; KR970003115B1; TR25358A; NO891444D0; ZA891690B; DE68902160T2; UY23586A1; ES2042995T3

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av slike artikler som støpeformer og kjerner laget av sand som er blandet med et alkalisk fenolharpiksbindemiddel, hvor sanden omfatter et høyt nivå av gjenvunnet sand. Ved denne oppfinnelse anvendes spesielle bindemiddel-løsninger som tilveiebringer høyere strekkfasthet for artikler produsert av dem.

Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av en formet artikkel av en harpiks-avbundet sand, hvor minst 40% av sanden i artikkelen er gjenvunnet sand. Det karakteristiske ved fremgangsmåten fremgår av krav 1.

Ved produksjon av støpeformer og kjerner fra sand hvor det anvendes et herdbart bindemiddel, er resirkulering av sanden noe som er økonomisk viktig å ta i betraktning.

Sand-gjenvinning er den fysiske, kjemiske eller termiske behandling av et ildfast-aggregat slik at den kan anvendes om igjen. Ideelt er det intet tap av betydning av dens opprinnelige nyttige egenskaper som kreves for den aktuelle bruk.

I typiske støperi-operasjoner blir sanden samlet opp etter at et støpestykke er tatt ut fra en tømt form. Denne sand omfatter

løse sandkorn, sandagglomerater og klumper av avbundet sand. Alle disse blir nedbrutt ved mekaniske innretninger til frittstrømmende granuler. Disse granuler siktes slik at det produseres gjenvunnet sand som er ferdig for bruk om igjen. Dette er den enkleste form for sand-gjenvinning. Den gjenvunne sand fra denne prosess har i alminnelighet lag av brente og delvis brente bindemiddelfilmer som fremdeles kleber til den. Mengden av et slikt tilstedeværende organisk lag kan bestemmes ved en tap-på-antennelses (L.O.I)-bestemmelse.

Den granulære sand kan forarbeides videre for fjerning av bindemiddel-restlaget enten ad mekanisk vei (sandskrubbere) eller termal vei (en roterende ovn).

Det er således tre behandlinger som er tilgjengelige for gjenvinning av sand. Disse inkluderer mekaniske, våt- og varme-behandlingsprosesser. Den mekaniske behandlingsprosess involverer typisk å utsette sandgranulene for knusing, skrubbing eller andre typer av mekanisk sliping for å tilveiebringe partikler av ønsket størrelse, fjerne bindemiddelrester, tilveiebringe nye sand-overflater og/eller fjerne finstoff. Utstyret og prosessen som anvendes kan være avhengig av den ønskede partikkelstørrelse og j evnhet.

Våtbehandlings-prosessene involverer vasking av sandgranulene med vann, avrenning av vaskevannet og tørking av den vaskede sand.

I varmebehandlings-prosesser blir sanden oppvarmet til en temperatur på ca. 120°C eller høyere, slik at bindemiddelresten blir dekomponert eller brent.

De mekaniske behandlingsprosesser og varmebehandlings-prosesser har ikke vist seg særlig effektive med hensyn til å forbedre avbindingsegenskapene til gjenvunnet sand oppnådd fra støperikjerner og -former hvor bindemidlet er en ester-herdet alkalisk fenolharpiks.

Det er ønskelig å forsterke avbindingsaffiniteten og evnen hos brukt sand, gjenvunnet fra støperibruk, som er blitt avbundet med en ester-herdet alkalisk fenolharpiks, spesielt en sterkt alkalisk fenolharpiks, i den grad at bruksnivåer for slik gjenvunnet sand kan være så høy som 60% til 80% eller 90% i vekt i påfølgende støperioperasjoner.

Det er nå oppdaget at løsninger av alkaliske fenolharpikser med faststoffinnhold i området fra 33 til 47 vekt%, basert på vekten av løsningen, gir overlegne avbindingsegenskaper for brukt, gjenvunnet sand, sammenlignet med dem som oppnås ved anvendelse av lignende harpiksbindemiddel-løsninger ved konvensjonelle, høyere faststoffinnhold, og at nevnte harpiksløsninger med lavere faststoffinnhold oppnår høyere strekkfastheter for harpiks-avbundne sandartikler slik som støperiformer eller kjerner laget av gjenvunnet sand.

US-patenter 4.474.904 (R.I. 1-1757), 4.468.359 (R.I. 1-1803) og 4.426.467 (R.I. 1-1804) har spesifisert flere trekk ved de respektive alkaliske, ester-herdbare fenolharpiks-bindemidler som ble ansett nødvendig for at de skulle kunne brukes med hell i støperiet, inklusive relativt høye faststoff-innhold, d.v.s. over 50%.

Foreliggende oppfinnelse beror på anvendelse av løsninger av alkaliske fenolharpiks-bindemidler som er herdbare med herdemidler som har esterfunksjonalitet, for avbinding av sand hvorav minst

40 vekt%, og fortrinnsvis 50-100 vekt%, mest foretrukket minst

60 til 80 vekt%, omfatter gjenvunnet sand, f.eks. sand som er gjenvunnet fra støperiformer hvor kappen er trukket av, eller fra kjerner, og gjenvunnet. Oppfinnelsen er nyttig for brukt sand som er blitt gjenvunnet og har "resterende alkalitet" som beskrevet nedenunder.

Harpiksbindemiddel-løsningene som anvendes ved oppfinnelsen omfatter fra 33 og opp til 47 vekt% faststoff, basert på vekten av løsning, fortrinnsvis 35 til 45%, og mest foretrukket 38 til 42%. Dette vil si at harpiksbindemiddel-løsningene som er nyttige ved utførelse av foreliggende oppfinnelse har faststoffinnhold på fra 33 til 47% og fortrinnsvis fra 35 til 45%. Faststoffinnholdet bestemmes ved å oppvarme en 1,5 g prøve ved 135°C i 3 timer og så bestemme vekten av resten. Vekten av resten angis som faststoff-innhold. Denne metode for bestemmelse av faststoffinnholdet ble brukt for alle slike bestemmelser som er rapportert i denne beskrivelse. Bindemiddel-løsningene har generelt Brookfield-viskositetsverdier på 15 cP til 150 cP, bestemt ved hjelp av et Brookfield-viskosimeter modell RVF med spindel nr. 1 ved 20 opm og ved 25°C. Disse alkaliske fenolharpiks-bindemidler kan herde ved romtemperatur med herdemidler som har esterfunksjonalitet.

Det "effektive" faststoffinnhold i bindemiddel-løsningen i råmaterial-blandingen er fra 33 til 47 vekt%, basert på vekten av nevnte løsning. Dette "effektive faststoff"-innhold oppnås ved anven-delse av de beskrevne bindemiddel-løsninger eller ved anvendelse av en mer konsentrert bindemiddel-løsning (d.v.s. én som har et høyere faststoffinnhold enn 33 opp til 47%) med fortynningsvann, når råmaterialblandingen dannes.

I tillegg anvendes råmaterialblandingene for å danne støperi-former eller -kjerner. For dette formål formes en råmaterialblanding, som beskrevet ovenfor, til den ønskede konfigurasjon. Bindemidlet tillates deretter å herde. Fenolharpiksen er en alkalisk sådan, og et herdemiddel med esterfunksjonalitet vil initiere herding under omgivelsesbetingelser. Utførelsesformene av denne fremgangsmåte inkluderer også forming av en blanding av sand og bindemiddel-løsning og gassing av denne blanding med et esterfunksjonelt herdemiddel i damp- eller gass-form, slik at harpiksen herder.

Betegnelsen "gjenvunnet sand" slik den her benyttes, refererer til sand som er blitt formet til en harpiks-avbundet fasong med et alkalisk harpiksbindemiddel, deretter gjenvunnet for bruk om igjen i form av fritt-strømmende sandgranuler. Disse fritt-strømmende granuler har rester av det alkaliske bindemiddel som er festet til overflaten.

Oppfinnelsen ble utviklet for anvendelse sammen med brukt sand som på forhånd var blitt avbundet med et esterherdet alkalisk fenolbindemiddel. Slik på forhånd avbundet sand, når den er gjenvunnet, kan bli brukt omigjen slik den er sammen med et ester-herdbart alkalisk fenolharpiksbindemiddel, men de harpiks-avbundne artikler som således dannes, er generelt karakterisert ved strekkfasthetsverdier som er lavere enn hva som er ønskelig. Dette menes å være forårsaket av nærvær, på de brukte sandkorn, av en rest. Denne rest synes å bestå av flere forskjellige komponenter, men den som er av betydning med hensyn til å ha innvirkning på strekkfastheten, menes å være et alkalisilikat. Hvis det alkaliske fenolharpiks-bindemiddel som tidligere var benyttet, var en kaliumfenolharpiks, så ville resten omfatte kaliumsilikat. Andre alkaliske silikater menes å bli produsert av andre alkaliske harpikser.

Mens identiteten til resten, som menes å være på overflatene av sandkornene, ikke er kjent med visshet, tilveiebringer foreliggende oppfinnelse et praktisk hjelpemiddel for å anvende gjenvunnet brukt sand med en ester-herdbar alkalisk fenolharpiks for å danne harpiks-avbundne sandfasonger som har akseptable strekkfasthetsverdier, til tross for nærvær av slike rester. Oppfinnelsen viser seg feilaktig å være enkel når den er kjent, men var ikke lett å utvikle: den innebærer anvendelse av ester-herdbare alkaliske fenolharpiks-bindemidler i vandige løsninger ved lavt faststoffinnhold, d.v.s. fra 33 til 47%, fortrinnsvis fra 35 til 45% i vekt. For lettvint henvisning i det følgende refereres den gjenvunne sand, som oppfinnelsen er anvendelig på, til som sand gjenvunnet fra en fasong som tidligere var avbundet med et alkalisk bindemiddel eller som sandgranuler som har restalkalitet, eller som sand som på sin overflate har en vann-fjernbar rest. Det menes også at minst en del av resten på overflaten av sanden er alkalisk silikatmateriale. Følgelig kunne den gjenvunne sand også bli referert til som sand som på sin overflate har rester som omfatter et alkalisk silikat. Disse alternative uttrykk for referanse til den gjenvunne sand er passende på grunn av usikkerhet med hensyn til grunnen til de dårlige strekkfastheter som observeres med gjenvunnet, tidligere alkaliharpiks-avbundet sand, selv om det ikke er noen uvisshet angående forbedringen i strekkverdier som oppnås under anvendelse av foreliggende oppfinnelse.

Gjenvunnet sand kan tillages for anvendelse i utførelse av oppfinnelsen ved mekaniske og varmegjenvinnings-prosesser, slik de nå er kjent på fagområdet. Slike prosesser kan anvendes for å produsere gjenvunne sandgranuler av en størrelse som svarer til en siktfordeling på ca. 25-140, som definert i American Foundrymen Society's Handbook, "Molds and Cores", s. 4.2-4.5. En vibrerende mølle er typisk det mekaniske hjelpemiddel som anvendes for å danne de fritt-strømmende sandgranuler som følger utrysting av den løse sand fra en støpeform.

Støperisand eller andre ildfaste materialer som anvendes ved produksjon av støperiformer og -kjerner er generelt silisium-dioksyd-sand, kvarts, kromitt-sand, zirkonium-sand eller olivin-sand, og kan være strand-sand, innsjø-sand, sand fra sandbanker, men mange andre slike materialer kunne bli anvendt.

Det er viktig å identifisere kilden for bindemiddelrestene som er til stede på den gjenvunne sand for å bestemme hva slags gjenvinnings- og påfølgende bruks-prosesser som vil gi de beste resultater. Bindemiddelrester som viser seg å ha en skadelig effekt på affiniteten til gjenvunnet sand for et fenolharpiks-bindemiddel spesielt er de rester som finnes på sand som er brukt i en støpeform eller kjerne avbundet ved ester-herdede alkaliske fenolharpikser påført i en vandig løsning etter metallstøping. Slike bindemidler er ofte blitt herdet med herdemidler som har esterfunksjonalitet, som det her refereres til som "esterherdende midler". Spesifikke eksempler på "esterherdende midler" blir beskrevet mer spesielt nedenunder. Der hvor disse herdemidler anvendes, størkner bindemidlet typisk og herder under omgivelsesbetingelser.

Den gjenvunne brukte sand, som oppfinnelsen befatter seg med, er sand som tidligere er blitt avbundet med en fenolharpiks oppnådd ved omsetning av en fenol, f.eks. fenol, kresoler, resorcinol, 3,5-xylenol, bisfenol A, andre substituerte fenoler, eller blandinger derav, med slike aldehyder som formaldehyd, acetaldehyd eller furfuraldehyd. Foretrukne reaktanter er fenol og formaldehyd benyttet i et molforhold mellom fenol og formaldehyd som ligger i området fra 1:1 til 1:3 og mer foretrukket 1:1,5 til 1:2,8.

Foretrukne alkaliske materialer som anvendes for å kondensere disse fenolharpikser inkluderer natriumhydroksyd, kaliumhydroksyd, litiumhydroksyd og blandinger derav, idet kaliumhydroksyd er mest foretrukket. En del av det alkaliske materiale kan tilveiebringes ved å benytte, istedenfor en del av alkalimetallhydroksydet, et toverdig metallhydroksyd, f.eks. magnesiumhydroksyd og kalsium-hydroksyd. De foretrukne alkaliske fenolharpikser har et alkali: fenol-molforhold i området 0,2:1 til 1,2:1.

De mer vanlig benyttede alkaliske fenolharpiks-bindemidler vil ha en Brookfield-viskositet på 75-250 cP, ved en konsentrasjon på 53-58% i vann, under anvendelse av et Brookfield-viskosimeter modell RVF med spindel nr. 1 ved 20 opm og ved 25°C. Bindemiddel-løsningene som anvendes ved oppfinnelsen har faststoffinnhold på 33 til 47 vekt%, fortrinnsvis 35 til 45 vekt%, mest foretrukket

38 til 42 vekt%.

Egnede fenolharpikser har generelt en vektmidlere molekylvekt større enn ca. 500 og mindre enn ca. 2500, mer foretrukket større enn ca. 700, mest foretrukket i området 700 til 2000, bestemt ved gelgjennomtrengnings-kromatografi (GPC). I den foretrukne GPC-metode, som her benyttes, oppløses harpiksprøven i tetrahydrofuran (THF), nøytraliseres så med IN saltsyre. Det således dannede salt fjernes ved filtrering, og den filtrerte overstående flytende harpiksløsning kjøres på et GPC-apparat for å bestemme MV. Apparatet inkluderte en Waters modell 6000A-pumpe, en Waters modell R401 differansial-brytningsindeks-detektor, en Waters modell 730 Data Modul, PL Gel am 10 /im kolonner, porøsiteter henholdsvis IO<4>, 500 og 50 Ångstrøm-enheter, og en Rheodyne modell 7 0-10 prøve-sløyfe-injektor utstyrt med en 100 /il sløyfe og et 0,5 pim in-line-filter beliggende mellom injektoren og den første kolonne.

For å bestemme MV for en vandig alkalisk resol er metoden som folger.

Oppløs 1 g harpiks i 10 ml metanol. Juster pH til 7 på et pufret pH-meter med IN saltsyre. Tilsett 10 ml ustabilisert THF og fortsett røringen for å sikre at all harpiks er i løsning. Tillat eventuelt utfelt salt å sette seg og overfør 500 /il av den overstående væske til en 5 ml prøveglassbeholder. Fjern løsnings-midlet under vakuum i minimum av tid (ca. 5 min.) og ved en temperatur på 35°C. Tilsett 1 ml mobil fase og filtrer.

Primær kalibrering av kolonnene utføres med fenol, og de oligomerer som dannes ved omsetning av 2,4<1->dihydroksydifenylmetan med formaldehyd ved et molforhold på 1-5:1 med svovelsyre-katalysatorer og en temperatur på 120°C i 30 min. Dette gir enkelt-topper for opp til 8-ring-forbindelser (MV 850). Over dette ekstrapoleres kalibreringskurven.

Så snart kolonnene er kalibrert med primære standarder, kan harpikser kjøres og deres vektmidlere molekylvekter bli oppnådd. Én av disse prøver kan velges som sekundær standard for å kontrollere dag-til-dag oppbinding ikke bare av retensjonstider, men av beregnede molekylvektgjennomsnitt.

En standard harpiksløsning bør bli injisert hver gang GPC-systemet startes, og gjentas inntil overensstemmende retensjonstider og molekylvekter blir oppnådd. Hvis kalibreringen er tilfredsstillende, så kan prøver kjøres. Hvis resultatene er overensstemmende, men varierer fra dem som er forventet, og det ikke er noen lekkasjer eller innfangede luftbobler i systemet, så bør kolonnene bli rekalibrert med primære standarder.

Noen av de foretrukne fenolharpikser som anvendes ved fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse er de sterkt alkaliske fenolharpikser som f.eks. beskrevet i US-patenter nr. 4.474.904 og 4.468.359. Det bemerkes at i disse patenter er alkalitetsinnholdet i harpiksene uttrykt på bakgrunn av molforholdet mellom kaliumhydroksyd og fenol, og at kaliumhydroksyd er beskrevet som det mest foretrukne alkali. Molforholdet KOH:fenol for de foretrukne kalium-alkaliske harpikser for anvendelse ved utførelse av foreliggende oppfinnelse faller i området fra ca. 0,2:1 til ca. 1,2:1.

Den bindemiddel-løsning som er anvendelig ved utførelse av foreliggende oppfinnelse er fortrinnsvis en vandig løsning av en alkalisk fenol/formaldehyd-harpiks hvor

(i) faststoffinnholdet er i området fra 33 til 47%, fortrinnsvis 35-45% og mer foretrukket 38-42%, (ii) den vektmidlere molekylvekt (MV) er 500-2500, fortrinnsvis 700-2000 og mer foretrukket 800-1700, (iii) formaldehyd:fenol-molforholdet er fra 1:1 til 3:1, fortrinnsvis 1,2:1 til 2,6:1, (iv) alkali:fenol-molforholdet er fra 0,2:1 til 1,2:1, fortrinnsvis 0,6:1 til 1,2:1, (v) det anvendte alkali omfatter natriumhydroksyd, kaliumhydroksyd og blandinger av dem, (vi) løsningen eventuelt inneholder et silan i en mengde av 0,05-3,0 vekt% regnet på den vandige harpiksløsning, og (vii) harpiksen kan herdes ved romtemperatur med C^j-alkylformiater, organiske estere dannet av C.,-C10-karboksylsyrer og én- og flerverdige alkoholer og lavmolekylære laktoner inklusive butyrolakton, propiolakton, kaprolakton og blandinger derav.

Imidlertid kan fenolharpiksen også være en_sur eller nøytral harpiks, hvis vandige løsning gjøres alkalisk enten før eller på samme tid som det esterfunksjonelle herdemiddel settes til harpiksløsningen. Ellers gjelder parameterverdiene (i) til (iii) og (vi) til (vii), og etter tilsetning av kilden for alkalitet til harpiksen gjelder også parameterverdiene (iv) og (v) for de mer foretrukne utførelsesformer.

Der hvor bindemiddel-løsningen inkluderer et silan, tilsatt for det formål å forbedre strekkfastheten til støpeformene eller kjernene som produseres av dem, kan silankonsentrasjonen være så lav som 0,05 vekt%, basert på vekten av bindemiddel-løsningen. Høyere konsentrasjoner av silan gir større forbedringer i styrke opp til mengder på ca. 0,6 vekt% basert på vekten av bindemiddel-løsningen. Anvendelse av silankonsentrasjoner ved høyere nivåer, selv om det er nyttig, foretrekkes ikke, på grunn av høyere omkostninger. I tillegg, fordi ett foretrukket silan som ofte anvendes er et aminoalkylalkoksysilan, som inneholder nitrogen, kan anvendelse av overskudd av silan øke risikoen for nålestikk-defekter i støpestykket, og av denne grunn anvendes ikke mengder over 3 vekt% basert på vekten av bindemiddel-løsning.

Et silan, hvis det anvendes, er vanligvis effektivt med hensyn til å øke strekkfastheten til støperiformen eller kjerne-produktet. Passende silaner inkluderer slike som tilsvarer formel R1 Si (OR) n, hvor R<1> er en C2-C6-alkylengruppe, bundet til en amino-, epoksy-, merkapto, glycidoksy-, ureido-, hydroksy-, hydroksy-C.,-C6-, alkylamino-, amino-C^-C^-alkyl- amino-, C2-C6-alkenyl- eller C2-C6-alkenylkarboksy-gruppe, og gruppene R kan være like eller forskjellige og er valgt blant C,-C8-alkyl- og C^-C^-alkoksy-substituerte C^-C^-alkylgrupper.

Også inkludert er slike aminoalkylalkoksysilaner som har den generelle formel

H2N(CH2)n Si (OR1^ (R2) x

hvor n er et helt tall på 2-4, R<1> er en alkylgruppe med 1-4 karbonatomer og fenyl, R<2> er en alkylgruppe med 1-4 karbonatomer og x er 0 eller 1. Spesifikke eksempler på slike silaner som tilsvarer en av de ovennevnte formler inkluderer:

gamma-aminopropyltrimetoksysilan,

gamma-aminoprolyltrietoksysilan (Silan A-1100),

gamma-aminobutyltrietoksysilan,

gamma-aminopentyltrietoksysilan,

gamma-aminopropyldietoksymetylsilan,

gamma-aminopropyldietoksyetylsilan,

gamma-aminopropyldietoksyfenylsilan,

delta-aminobutyldietoksyfenylsilan,

delta-aminobutyldietoksymetylsilan og

delta-aminobutyldietoksyetylsilan.

De alkaliske fenolharpiksbindemiddel-løsninger som er nyttige ved utførelse av foreliggende oppfinnelse kan herdes med ester-herdemidler. Slike som er foretrukket inkluderer laktoner, organiske karbonater, karboksylsyreestere og blandinger derav. Disse typer viser esterfunksjonaliteten som er nødvendig for "ester-herding" av fenolharpiksen.

Generelt er lavmolekylære laktoner egnet, f.eks. gammabutyro-lakton, valerolakton, kaprolakton, /3-propiolakton, £ -bu ty r ol akt on, /3-isobutyrolakton, /3-isopentylakton, gamma-isopentylakton og delta-pentylakton. Karboksylsyreestere som er egnet inkluderer slike med kort og middels kjedelengde, d.v.s. ca. C,-C10-alkyl, enverdige eller flerverdige alkoholer med kort eller middels lengde, d.v.s. C1-C10-karboksylsyrer. Spesifikke karboksylsyreestere inkluderer n-butylacetat, etylenglykoldiacetat, triacetin (glycerol-triacetat), dimetylglutarat og dimetyladipat.

Av de organiske karbonater inkluderer de som er egnet, propylenkarbonat, etylenglykolkarbonat, glycerolkarbonat, 1,2-butandiolkarbonat, 1,3-butandiolkarbonat, 1,2-pentandiolkarbonat og 1,3-pentandiolkarbonat.

Bindemidlet kan også bli herdet ved gassing med et esterfunksjonelt herdemiddel, f.eks. en lavmolekylær karboksylsyre-ester, fortrinnsvis et av C^-Cj-alkylformiatene, inklusive metylformiat og etylformiat. Gassings-herdemidlet blir fortrinnsvis dispergert i en bærergass som en damp eller en aerosol. Denne bærergass må være inert ved det at den bør ikke reagere med alkylformiat-herdemidlet eller ha en ugunstig effekt på herde-reaksjonen eller en annen egenskap ved produktet. Passende bærergass-eksempler inkluderer luft og nitrogen.

Den relative flyktighet for alkylformiatene forenkler deres anvendelse som gassings-herdemidler. Dette er spesielt tilfelle for metylformiat som er en flyktig væske med kokepunkt ved atmosfæretrykk på ca. 31,5°C. Ved omgivelsestemperaturer er den tilstrekkelig flyktig til at passering av en bærergass gjennom det flytende metylformiat gir en konsentrert metylformiat-damp. Etyl-og propylformiater er mindre flyktige enn metylesteren, da de har kokepunkter i området 54-82°C ved atmosfæretrykk.

Konsentrasjonen av formiatester i bærergassen er fortrinnsvis minst 0,2 vol%. Den totale mengde av alkylformiat som anvendes, vil typisk være fra 10 til 110%, fortrinnsvis 15-35%, i vekt av fenolharpiksløsningen. Den tid som kreves for adekvat gassing er avhengig av størrelsen og kompleksiteten av kjernen eller støpe-formen og av den spesielle harpiks som anvendes. Den kan være så kort som 0,1 sek., men er mer vanlig i området fra 1 sek. til 1 min. Gassingsmetodene er beskrevet mer spesielt i US-patent-skrift nr. 4.468.359.

Bindemiddel-løsningene som anvendes ved oppfinnelsen er spesielt egnet for avbinding av gjenvunnet sand. Gjenvunnet sand skjelnes fra ny eller pristinsand ved det at den er gjenvunnet fra en støperiform eller -kjerne som kappen er fjernet fra etter bruk i en metallstøpeprosess. Det er den varme som merkes under metall-støpingen som menes å utvikle bindemiddelrestene som menes å være ansvarlige for å redusere strekkverdiene til harpiks-avbundne fasonger laget av den gjenvunne sand med ester-herdbare alkaliske fenolharpiks-bindemidler, og det kan være kilden til restalkalitet.

Også innen omfanget av oppfinnelsen anvendes råmaterial-blandinger som omfatter en bindemiddel-løsning, sand og et herdemiddel. Minst 40 vekt% av den brukte sand er gjenvunnet sand, generelt 50-100%, fortrinnsvis 60% eller mer. Egnet gjenvunnet sand og andre komponenter for råmaterialblandingen er slike som er beskrevet ovenfor.

Således omfatter bindemiddel-løsningen i disse råmaterial-blandinger fortrinnsvis en høy-alkalisk fenolharpiks i løsning, anvendt i en mengde som er tilstrekkelig til å binde sanden med den klebemiddelbinding som er nødvendig for anvendelse ved fremstilling av en støperiform eller -kjerne. Mengden av bindemiddel-løsning er typisk i området fra 0,5 til 8 vekt% av harpiksløsning, basert på vekten av den anvendte sand, når faststoffinnholdet i harpiksløsningen er fra 33 og opp til 47%. Foretrukne mengder av bindemiddel-løsningen faller generelt under ca.2 vekt% av den anvendte sand.

Den tredje komponent i disse råmaterialblandinger er et herdemiddel valgt fra gruppen som består av laktoner, karboksylsyreestere, organiske karbonater og blandinger derav, som herder bindemidlet ved omgivelsestemperatur. Herdemidlet er til stede i en mengde som er tilstrekkelig til å herde nevnte bindemiddel, med foretrukne konsentrasjoner av herdemiddel som faller i området fra ca. 10 til 110 vekt% basert på vekten av bindemiddel-løsning.

Råmaterialblandingen kan dannes ved å kombinere og blande disse komponenter for å tilveiebringe en i det vesentlige ensartet blanding. Dette kan oppnås med enkle laboratoriemiksere, kontinuerlige høyhastighetsmiksere eller annet konvensjonelt utstyr. Alternativt kan sand- og bindemiddel-blandingen bli blandet og dannet til en ønsket fasong, og herdemidlet kan innføres i gass- eller damp-form. Når råmaterialblandingen er ferdig ved gassing av en blanding av sand og herdbart bindemiddel med et herdemiddel, er herdemidlet fortrinnsvis et C^-Cj-alkylformiat, anvendt i en mengde av ca. 10 til 110 vekt% basert på vekten av herdbar bindemiddel-løsning.

Bindemiddel-løsningen i råmaterialblandingen har et "effektivt" faststoffinnhold på fra 33 til 47 vekt% basert på den totale vekt av bindemiddel-løsning deri pluss eventuelt løsningsmiddel som er satt til råmaterialblandingen som fortynner bindemiddel-løsningen. Egnede løsningsmidler kan være vann eller et organisk løsningsmiddel som er løselig i vann, f.eks. metanol, etanol, en glykol, furfurylalkohol, blandinger av disse og lignende.

Denne "effektive" faststoffkonsentrasjon for bindemiddel-løsningen kan oppnås ved å benytte en bindemiddel-løsning med lavt faststoff eller ved å benytte en bindemiddel-løsning med høyt faststoff i kombinasjon med et separat løsningsmiddel som til-settes og som vil redusere faststoffinnholdet i bindemiddel-løsningen. Så snart fortynningsløsningsmidlet og bindemiddel-løsningen settes til sanden og blandes, vil et "effektivt" faststoffinnhold på 33 til 47% bli realisert, og en forbedring i avbindingsegenskaper vil bli realisert i forhold til råmaterial-blandinger som inneholder gjenvunnet sand og bindemiddel-løsninger ved konvensjonelle faststoffinnhold på over 50 yekt%.

Frem<g>angsmåte for fremstilling av støperikierner og - former, hvor det gjøres effektiv bruk avgienvunnet sand

En råmaterialblanding som beskrevet ovenfor blir fremstilt ved å kombinere og blande sand, en bindemiddel-løsning og herdemiddel. Et fortynningsløsningsmiddel kan også innføres for å tilveiebringe det nødvendige "effektive" faststoffinnhold for bindemiddel-løsningen i råmaterialblandingen.

Råmaterialblandingen blir så formet til ønsket fasong før herding. For å få den ønskede fasong kan alle komponentene i råmaterialblandingen, d.v.s. sand, bindemiddel-løsning og herdemiddel, bli blandet og etterpå formet. Alternativt kan sanden og bindemiddel-løsningen bli blandet, formet og etterpå gasset med et esterfunksjonelt herdemiddel. Bindemidlet stivner og herder ved omgivelsesbetingelser.

Eksempler

Foreliggende oppfinnelse skal nå illustreres ved de følgende eksempler. I disse eksempler, og ellers i beskrivelsen, er alle deler og forhold i vekt, og alle temperaturer er i °C med mindre annet uttrykkelig er angitt.

Eksempel 1

Fremstilling av bindemiddel- løsninger med lavt faststoffinnhold

I dette eksempel fremstilles bindemiddel-løsninger for vurdering, ut fra en kommersielt tilgjengelig ester-herdbar alkalisk fenolharpiks-bindemiddel-løsning, ALpHASET 9000 harpiks som selges av Borden, Inc. Denne bindemiddel-løsning refereres til i disse eksempler som "standardharpiks 1".

Harpiksløsninger A til E, fremstilt av standardharpiks 1 ved fortynning, har forskjellig faststoffinnhold som er nyttig ved utførelse av foreliggende oppfinnelse. Kontrollharpiks 1 er en bindemiddel-løsning som har et 30,2% faststoffinnhold, d.v.s. under det nyttige område som er foreskrevet for utførelse av oppfinnelsen.

ALpHASET 9000 harpiksbindemiddel-løsningen som anvendes (standardharpiks 1) hadde et faststoffinnhold på ca. 54 vekt%. Denne harpiks oppnås ved omsetning av fenol og formaldehyd i et fenol:formaldehyd-molforhold på ca. 1:1,8. Kaliumhydroksyd:fenol-molf orholdet for denne harpiks er ca. 0,85:1. Harpiksløsningen inneholder gamma-aminopropyltrietoksysilan i en mengde av ca.

0,4 vekt% basert på vekten av harpiksløsningen. Brookfield-viskositeten til denne harpiksløsning falt innen området fra ca. 100 til ca. 150 cP, målt på et Brookfield-viskosimeter modell RVF med spindel nr. 1, ved 20 opm og ved 25°C.

Mengdene av standardharpiks 1 og vann som anvendes for å produsere bindemiddel-løsningene av harpiksløsninger A til E resp. kontrollharpiks 1, er angitt nedenunder i tabell 1, sammen de resulterende faststoffinnhold, alle bestemt ved den metode som er beskrevet ovenfor. For å lage harpiks C ble standardharpiks 1 ytterligere fortynnet med 5,3 vekt%, basert på den totale vekt av bindemiddel-løsningen, av en 40%ig løsning i vann av gamma-aminopropyltrietoksysilan, for oppnåelse av et endelig vanninnhold på 21,1%.

Disse harpiksløsninger anvendes i de etterfølgende eksempler for å produsere testkjerner.

Eksempel 2

Fremstilling av ytterligere bindemiddelløsninger med lavt faststoffinnhold

I dette eksempel ble det fremstilt en bindemiddel-løsning for vurdering, av en annen kommersielt tilgjengelig ester-herdbar alkalisk fenolharpiks-bindemiddel-løsning, BETASET 9500, som selges av Borden, Inc. Denne harpiks ble fremstilt ved omsetning av fenol og formaldehyd i et molforhold på ca. 1:2 og med et kaliumhydroksyd:fenol-molforhold for denne harpiks på ca. 0,8:1. Denne harpiksbindemiddel-løsning inneholder gamma-aminopropyltrietoksysilan i mengden ca. 0,4 vekt%. Brookfield-viskositeten til denne harpiksbindemiddel-løsning falt i området fra ca. 75 til 100 cp, bestemt ved den metode som er beskrevet i eksempel 1. Denne bindemiddel-løsning hadde et faststoffinnhold på ca. 57% og betegnes som "standardharpiks 2".

Harpiks F, fremstilt ved fortynning av standardharpiks 2, representerer en bindemiddel-løsning for anvendelse ved oppfinnelsen. Harpiks F ble fremstilt slik at den inneholdt 77,7 vekt% av standardharpiks 2-løsning og 22,3 vekt% tilsatt vann. Faststoffinnholdet for harpiks F var 44,3%.

Både harpiks F og standardharpiks 2 ble anvendt ved fremstilling av testkjerner i påfølgende eksempler for å illustrere noen av de foretrukne utførelsesformer av denne oppfinnelse.

Eksempel 3

Fremstilling av en bindemiddel- løsning med lavt faststoffinnhold hvor harpiksen er kondensert med blandede alkalier av natrium og kalium

I dette eksempel ble bindemiddel-løsningen fremstilt som følger. Ca. 27,3 vektdeler fenol ble veid i en trehalskolbe utstyrt med rører, termometer og kjøler. Til denne trehalskolbe ble det tilsatt ca. 14,9 vektdeler av en 50%ig natriumhydroksyd-løsning i vann. Innholdet ble blandet, og etter tilsetning av natriumhydroksydet ble ca. 34,9 vektdeler av en 50%ig formaldehyd-løsning i vann tilsatt i løpet av et tidsrom ved 65 "C. Så snart alt formaldehyd var tilsatt, ble temperaturen hevet til ca. 92°C inntil viskositeten nådde 800 cP til 1000 cP. Temperaturen ble så nedsatt til ca. 72°C til 74°C, og blandingen ble omsatt videre inntil en viskositet på ca. 8000 til 9000 cP ble oppnådd.

Etter at denne viskositet var oppnådd, ble harpiksløsningen avkjølt, og ca. 14,4 deler vann, 3,8 vektdeler etanol, samt 2 vektdeler av en 50%ig kaliumhydroksydløsning i vann ble tilsatt og blandet. Mens løsningen avkjølte seg, ble ca. 0,8 vekt% av Silan A-1100 tilsatt. Denne ferdige bindemiddel-løsning hadde en viskositet på ca. 163 cP, målt ved den metode som ble anvendt i eksempel 1, et faststoffinnhold på 51% og en geltid på ca. 9 min. 40 sek. Denne bindemiddel-løsning blir identifisert i eksemplene her som "kontrollharpiks 2".

Harpiks G ble fremstilt ved å fortynne kontrollharpiks 2 for å danne en bindemiddel-løsning for anvendelse ved oppfinnelsen. Harpiks G var sammensatt av ca. 80 vekt% av kontrollharpiks 2 og 20 vekt% av tilsatt vann og hadde et faststoffinnhold på 37,3 vekt%.

Eksempel 4

Fremstilling av testkjerner med gjenvunnet sand

Dette eksempel viser anvendelse av bindemiddel-løsninger med lavt faststoffinnhold ved dannelse av testkjerner med gjenvunnet sand og sammenligner strekkfasthetene til disse testkjerner med dem som oppnås ved anvendelse av lignende harpiksbindemiddel-løsninger som har mer vanlige faststoffinnhold.

Ved fremstilling av testkjernene ble en sandmengde på

ca. 1500 til 2500 g satt til en Hobart-kjøkkenmikser for hver test og kontrollprøve som er beskrevet nedenunder. Sanden ble bragt til en temperatur på ca. 25°C, og ca. 1,5 vekt% av en bindemiddel-løsning, basert på sandvekten, ble satt til sanden og blandet inn i ca. 1 min. Bindemiddel-løsningen og sanden som ble benyttet i hver test og kontrollprøve er beskrevet mer spesielt nedenunder.

Etter innblandingen i bindemiddel-løsningen ble ca. 25 vekt% triacetin-herdemiddel, basert på vekten av anvendt bindemiddel-løsning, tilsatt og blandet inn i 4 0 sek. til.

Etter blanding ble råmaterialblandingen som således var produsert, anvendt umiddelbart for å danne standard American Foundrymen Society's 2,54 cm hundeben-strekkverdi-briketter i en Dietert 696 kjernekasse. Kjernene ble herdet ved romtemperatur, og prøvene ble brukket opp ved følgende tilnærmede intervaller: 1 time, 2 timer, 4 timer og 24 timer, etter fremstilling av kjernene. Strekkstyrkemålinger ble gjort ved hjelp av en Dietert Universal Sand Strength Machine 400-1, utstyrt med Tensile Core Strenght Accessory 610-N. Gjennomsnittsverdier for ca. 3 til 4 strekkstyrkemålinger ble bestemt.

Den gjenvunne sand som ble brukt i dette eksempel var gjenvunnet fra støperiformer og -kjerner som var brukt ved støping av jern eller stål. Den gjenvunne sand inneholdt en bindemiddelrest som stammet fra en ALpHASET 9000 harpiks som var herdet med triacetin-herdemiddel. Støperiformene eller -kjernene, som den gjenvunne sand ble oppnådd fra, ble befridd for kappen etter bruk i en metallstøpeprosess ved å vibrere støpeformen eller kjernen for å løsne sand og oppbryte eventuelle store klumper med en vibrerende mølle. De fritt-strømmende sandgranuler som ble oppnådd, ble underkastet tørrsliping i en enhet produsert av Redford Carver Foundry Products, Sherwood, Oregon. Den oppnådde sand hadde partikkelstørrelser som tilsvarte en American Foundrymen's Society's siktfordeling på ca. 48,7 Grain Fineness og et tap ved antennelsesverdi (LOI) på 0,80.

For_ å illustrere fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse ble det laget testkjerner ved å anvende den gjenvunne sand sammen med de bindemiddel-løsninger som er beskrevet i eksempel 1 som harpiks A og standardharpiks 1, for å tilveiebringe henholdsvis test A og kontrollprøve A. Råmaterialblandinger og testkjerner ble fremstilt som beskrevet ovenfor, og de gjennomsnittlige strekkfasthetsverdier for disse testkjerner er rapportert nedenunder i tabell 2, sammen med prosent forbedring som ble observert i strekkstyrker hos hundeben laget i overensstemmelse med oppfinnelsen (d.v.s. hundeben fra test A). Antall timer som er rapportert i tabellen representerer timer etter at testkjernene ble laget.

Dataene i tabell 2 viser at test A-bindemiddel-løsningen, som har faststoffinnhold under konvensjonelle nivåer, dvs. under 45%, tilveiebragte forbedrede strekkfasthetsverdier for testkjerner laget av gjenvunnet sand.

Eksempel 5

Fremstilling av testkjerner med pristinsand

Dette eksempel sammenligner strekkfastheten til testkjerner laget med (1) en konvensjonell bindemiddel-løsning og (2) en bindemiddel-løsning med faststoffinnhold under 45%, sammen med pristinsand.

Testkjerner ble laget i overensstemmelse med den metode som er beskrevet i eksempel 4. Den anvendte pristinsand ble vasket og tørket og hadde en partikkelstørrelse som tilsvarte en American Foundrymen Society's siktfordeling på ca. 52 Grain Fineness.

Bindemiddel-løsningene som ble anvendt var de som er beskrevet i eksempel 1 som harpiks A og standardharpiks 1. De ble anvendt for å tilveiebringe henholdsvis test B og kontroll B. Testkjernene inneholdt ikke noe gjenvunnet sand som sådan. Dette eksempel illustrerer ikke foreliggende oppfinnelse, men tas med for sammen-ligningsformål. Etter oppnåelse av råmaterialblandingene i overensstemmelse med metodene i eksempel 4 ble testkjerner laget og testet som beskrevet i eksempel 4. De gjennomsnittlige strekkfasthetsverdier som er beregnet ut fra de observerte verdier er rapportert i tabell 3, med prosent endringer (tap) i strekkfasthetsverdier angitt for testkjernene som ble laget med det her beskrevne bindemiddelmateriale.

Dataene i tabell 3 illustrerer at lavere faststoffinnhold i bindemiddel-løsninger av alkaliske fenolharpiks-bindemidler gir lavere og mindre tilfredsstillende strekkfastheter for testkjerner produsert av pristinsand.

Eksempel 6

Fremstilling av testkjerner med en alternativ gjenvunnet sand

Dette eksempel illustrerer at forbedringen i strekkfasthet som ble oppnådd med bindemiddel-løsninger som er beskrevet, ikke er begrenset til en spesiell type gjenvunnet sand.

Testkjerner ble laget under anvendelse av de bindemiddel-løsninger som er beskrevet i eksempel 1 som harpiks B, harpiks C og standardharpiks 1 slik at man fikk henholdsvis test C, test D og kontroll C. Disse testkjerner ble laget og testet som beskrevet i eksempel 4.

Den gjenvunne sand ble gjenvunnet fra støperiformer og

-kjerner anvendt for støping av metall fra et annet støperi enn den gjenvunne sand som ble benyttet i eksempel 4. Det bindemiddel som var anvendt ved fremstilling av disse støpeformer og kjerner var en Alphaset 9000 alkalisk fenolharpiks herdet med triacetin. Sanden ble mekanisk gjenvunnet fra støperiformene og -kjernene ved en American Foundrymen's Society siktstørrelse-fordeling på ca. 55,2 Grain Fineness. Den hadde en LOI på 1,14.

De gjennomsnittlige verdier for strekkfasthetene til testkjernene som ble laget ved hjelp av denne gjenvunne sand er vist nedenunder i tabell 4.

Dataene i tabell 4 illustrerer at forbedringer i strekkfasthet kan oppnås med bindemiddel-løsninger med lavt faststoff-innhold med gjenvunnet sand fra forskjellige kilder.

Eksempel 7

Fremstilling av testkjerner med gjenvunnet sand/ pristinsandblandinger

Det ble fremstilt testkjerner med blandinger av gjenvunnet og pristinsand hvor det ble benyttet bindemiddel-løsninger ved lavt faststoffinnhold og ved konvensjonelt faststoffinnhold, for å illustrere fordelene ved foreliggende oppfinnelse når man arbeider med en blanding av pristinsand og gjenvunnet sand.

Det ble laget testkjerner ved anvendelse av den bindemiddel-løsning som er beskrevet i eksempel 1, som harpiks B og standardharpiks 1 slik at man fikk henholdsvis test E og kontroll D. Den anvendte sand var en 80:20 blanding av gjenvunnet:pristinsand. Pristinsanden var vasket og tørket silisumdioksydsand. Disse testkjerner ble fremstilt og testet som beskrevet i eksempel 4. Den gjenvunne sand ble oppnådd fra et annet støperi enn kilden for den gjenvunne sand som er beskrevet i eksemplene 4 og 6. Den gjenvunne sand ble gjenvunnet fra støperiformer og -kjerner som ble anvendt ved støping av jern eller stål. Disse støperiformer og -kjerner inneholdt en bindemiddelrest fra et Alphaset 9000 harpiksbindemiddel som var herdet med triacetin, som beskrevet i eksempel 4.

Støperiformene eller -kjernene ble befridd for kappen etter fjerning av støpestykket og rystet for fjerning av løse sand-partikler. Sanden ble så gjenvunnet mekanisk. Blandingen av pristinsand og gjenvunnet sand hadde en størrelsefordeling som tilsvarte en AFS siktfordeling på ca. 39,56 Grain Fineness og hadde en LOI på 0,369.

De gjennomsnittlige verdier for strekkfasthetene og prosent forbedringer som ble oppnådd ved å anvende bindemiddel-løsninger som her beskrevet, er rapportert nedenunder i tabell 5.

Dataene i tabell 5 illustrerer at de bindemiddel-løsninger som her er beskrevet gir forbedrede strekkfastheter for støperi-kjerner eller -former laget av blandinger av gjenvunnet sand og pristinsand.

Eksempel 8

Testkjerner fremstilt ved en dampherdemetode

Damp-herdede testkjerner ble fremstilt ved hjelp av herdbare bindemiddel-løsninger med lavt faststoffinnhold-og mer konvensjonelt faststoffinnhold, for å illustrere at fordelene ved foreliggende oppfinnelse kan realiseres med dampherdemetoder.

For å fremstille testkjernene ble ca. 1500-2500 g gjenvunnet sand, som anvendt i eksempel 4, tilsatt i en Hobart-kjøkkenmikser. Denne gjenvunne sand ble bragt til en temperatur på ca. 25°C. Bindemiddel-løsninger beskrevet i eksempel 2 som harpiks F og standardharpiks 2 ble benyttet i henholdsvis test F og kontroll E. For test F ble 1,8 vekt% harpiksløsning, basert på vekten av sand, satt til sanden og blandet i 2 min. I kontroll E ble 1,5 vekt%, basert på vekten av sanden, satt til sanden og blandet i 2 min.

Da blandingen var fullstendig, ble den gjenvunne blanding av sand og bindemiddel-løsning blåst med en Redford Carver Core Blowei (handelsnavn tilhørende Dependable Foundry Eguipment Co., Sherwood, Oregon) ved et lufttrykk på 551,6 kPa overtrykk i 1/2 sek. inn i en 3-hulroms-kjernekasse, for å produsere Standard American Foundrymen Society's 2,54 cm hundeben-strekkverdi-briketter. Kjernekassen ble så gasset i 5 sek. med metylformiatdamper utviklet i en CerJet Gas Generator (handelsnavn tilhørende Dependable Foundry Equipment, Sherwood, Oregon). Etter gassing herdet kjernene under omgivelsesbetingelser. Strekkfasthets-målinger ble gjort ved hjelp av en Dietert universal sand-styrkemaskin 400-1, utstyrt med Tensile Core Strength Accessory 610-N.

Selv om mengden av harpiks som ble anvendt i test F var større enn for kontroll E, var prosent harpiksfaststoff basert på sandvekt høyere for kontroll E (0,855) enn for test F (0,797).

De gjennomsnittlige verdier for strekkfasthetene til testkjernene som ble laget er angitt nedenunder i tabell 6.

Forbedringen i strekkfasthet som ble oppnådd med bindemiddel-løsningen med lavt faststoffinnhold indikerer at fordelene ved foreliggende oppfinnelse kan realiseres når gjenvunnet sand benyttes i en dampherde-produksjonsmetode.

Eksempel 9

Fremstilling av testkjerner under anvendelse av bindemiddellosninqer ved faststoffinnhold under 3 3 vekt%

Dette eksempel illustrerer de nedre grenser for faststoffinnholdet i bindemiddel-løsninger. En sammenligning gjøres mellom strekkfastheter for testkjerner fremstilt av bindemiddel-løsninger som her beskrevet, og slike som har lavere faststoffinnhold, dvs. under ca. 33%.

Testkjerner ble laget ved hjelp av de bindemiddel-løsninger som er beskrevet i eksempel 1 som harpiks D, harpiks E og kontrollharpiks 1 for å tilveiebringe henholdvis test Gl, test G og kontroll G. Råmaterialblandingene ble fremstilt som beskrevet i eksempel 4 og herdet med triacetin. Den anvendte gjenvunne sand var som beskrevet i eksempel 4. Gjennomsnittlige verdier for strekkfasthet ble oppnådd fra 3-4 målte verdier og er rapportert i tabell 7 nedenunder.

Dataene i tabell 7 illustrerer at anvendelse av bindemiddel-løsninger som har faststoffinnhold som er så lavt som 30-31 vekt%, har en ugunstig effekt på strekkegenskaper til testkjerner laget med 100% gjenvunnet sand.

Eksempel 10

Fremstilling av testkjerner med bindemiddelløsninaer med lavt faststoffinnhold laget med blandede alkalier

Dette eksempel illustrerer at fordelene ved foreliggende oppfinnelse kan realiseres med bindemiddel-løsninger som har harpikser kondensert med en blanding av natrium- og kalium-alkalier. Det gjøres en sammenligning mellom strekkfastheter for testkjerner fremstilt med en bindemiddel-løsning som her beskrevet og et bindemiddel med et mer konvensjonelt faststoff-innhold.

Testkjerner ble laget med de harpikser som er definert i eksempel 3 som harpiks G og kontrollharpiks 2 for å tilveiebringe henholdsvis test H og kontroll H. Den gjenvunne sand var den samme sand som er beskrevet i eksempel 4. Disse testkjerner ble fremstilt og testet som beskrevet i eksempel 4. Gjennomsnittlige strekkfasthetsverdier ble oppnådd fra 3 eller 4 målinger og er rapportert i tabell 8 nedenunder.

Dataene i tabell 8 illustrerer at forbedringer i strekkfasthet kan oppnås hvor fenolharpiks-bindemidlet lages med en blanding av natrium- og kalium-alkalier.

Eksempel 11

Fremstilling av testkjerner

med en to- komponent- bindemiddelløsning

Dette eksempel viser anvendelse av en to-komponent-bindemiddel-løsning ved forming av testkjerner, og de forbedringer i strekkfasthet som oppnås derved. Den gjenvunne sand var den samme sand som er beskrevet i eksempel 4.

To-komponent-bindemiddel-løsningen i dette eksempel omfattet (1) standardharpiks 1 og (2) en mengde av fortynningsvann satt til sanden. Strekkfasthetene til de oppnådde kjerner ble sammenlignet mot testkjerner oppnådd ved anvendelse av standardharpiks 1 uten tilsatt fortynningsvann.

Testkjernene ble fremstilt og testet som beskrevet i eksempel 4. Ca. 1,5 vekt% standardharpiks 1 ble satt til den gjenvunne sand for kontroll I og test I. I test I ble 0,2 vekt% vann, basert på den opprinnelige vekt av den gjenvunne sand, satt til den gj envunne sand som en separat komponent.~

Gjennomsnittlige strekkfasthetsverdier ble oppnådd fra 3 eller 4 målinger laget for hver kontroll og test, og de er rapportert nedenunder i tabell 9.

Dataene i tabell 9 viser at forbedrede strekkfastheter kan oppnås i testkjerner hvor den herdbare bindemiddel-løsning er sammensatt av to komponenter og faststoffinnholdet for de kombinerte komponenter faller under 50 vekt%. Mens vann ble anvendt som den annen komponent og fortynningsmiddel i dette eksempel, kunne det like godt være en silanløsning som ville være forventet å resultere i en ytterligere, del-forbedring i strekkfasthet.

Konklusjon

I ovenstående beskrivelse og i eksemplene har bindemidlet vært en vandig løsning av en ester-herdbar alkalisk fenolharpiks. Sammenlignbare resultater kan oppnås når bindemidlet er en sur eller nøytral fenolharpiks, og herdemidlet og en kilde for alkalitet settes til harpiks/sand-miksen enten sammen eller separat. Kilden for alkalitet må gjøre bindemiddel-løsningen alkalisk for å gjøre esterherding effektiv.

Claims

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en formet artikkel av en harpiks-avbundet sand, hvor minst 40% av sanden i nevnte artikkel er gjenvunnet sand, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter å kombinere (a) sand hvorav minst 40 vekt% er gjenvunnet sand, hvor den gjenvunne sand inneholder en alkalisk harpiksbindemiddelrest, idet resten er blitt igjen på overflatene av den gjenvunne sand, etter at sanden på forhånd er blitt bundet i en formet artikkel ved hjelp av en esterherdet alkalisk fenolharpiks og gjenvunnet fra den formede artikkel i form av frittstrømmende sandgranuler, (b) en løsning av en alkalisk fenolharpiks som er herdbar ved omgivelsestemperatur med et herdemiddel som har esterfunksjonalitet, og hvor løsningen har et faststoffinnhold i området fra 33 til 47 vekt%, og (c) et herdemiddel som har esterfunksjonalitet som kan forårsake harpiksen til å herde ved omgivelsestemperatur, og å forme og tillate nevnte formede artikkel å herde.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at harpiksløsningen omfatter en vandig løsning av en alkalisk fenol/formaldehyd-harpiks hvor (i) den vektmidlere molekylvekt (MV) er 500-2500, (ii) formaldehyd:fenol-molforholdet er fra 1:1 til 3:1, (iii) alkali:fenol-molforholdet er fra 0,2:1 til 1,2:1, (iv) det anvendte alkali omfatter natriumhydroksyd, kaliumhydroksyd eller blandinger av dem, (v) løsningen eventuelt inneholder et silan i en mengde av 0,05-3,0 vekt% av nevnte vandige harpiksløsning, og hvor (vi) harpiksen herdes ved omgivelsestemperatur med C^- C^ alkylformiater, organiske estere dannet av c±~ c±q~ karboksylsyrer og énverdige og flerverdige alkoholer, og laktoner med lav molekylvekt inklusive butyrolakton, propiolakton, kaprolakton og blandinger derav.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at minst 60% av sanden i nevnte artikkel er gjenvunnet sand.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at løsningen av alkalisk fenolharpiks har et faststoffinnhold i området fra 35 til 45 vekt%.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at sanden har restalkalitet.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at sanden på sin overflate har en vann-fjernbar rest.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at sanden på sin overflate har restmateriale som omfatter alkalisk silikatmateriale.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at harpiksløsningen omfatter en vandig løsning av en alkalisk fenol/formaldehyd-harpiks hvor (i) den vektmidlere molekylvekt (MV) er 700-2000, (ii) formaldehyd:fenol-molforholdet er fra 1,2:1 til 2,6:1, (iii) alkali:fenol-molforholdet er fra 0,6:1 til 1,2:1, (iv) det anvendte alkali omfatter natriumhydroksyd, kaliumhydroksyd eller blandinger av dem, (v) løsningen eventuelt inneholder et silan i en utstrekning av 0,5-3,0 vekt% av nevnte vandige harpiksløsning, og hvor (vi) harpiksen herdes ved omgivelsestemperatur med C^-C-j-alkylformiater, organiske estere dannet av ci~ c10~ karboksylsyrer og énverdige og flerverdige alkoholer, samt laktoner med lav molekylvekt inklusive butyrolakton, propiolakton, kaprolakton og blandinger derav.