PL113270B2 - Moulding and core sand mix - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest masa formierska i rdzeniowa do wyrobu form i rdzeni odlewniczych.Znane w odlewnictwie masy formierskie i rdzeniowe ze spoiwem zawierajacym aktywne grupy wodorotle¬ nowe utwardzane poliizocyjanianami charakteryzuja sie obok wielu zalet, jak duza wytrzymalosc i stosunkowo mala gazotwórczosc pewnymi wadami, sposród których najpowazniejsza jest powolny czestokroc proces wiazania.W celu przyspieszenia procesu wiazania tych mas zachodzi koniecznosc stosowania bardzo aktywnych, ale równoczesnie toksycznych ukladów katalizujacych, na przyklad przedmuchiwanie amina (opis patentowy polski nr 65 687, opis patentowy Republiki Federalnej Niemiec nr 1 804 138).Znane jest takze przedmuchiwanie masy amoniakiem i pochodnymi, jak metyloamina, dwumetyloamina, trójmetyloamina, etyloamina, dwuetyloamina, trójetyloamina (opisy patentowe Republiki Federalnej Niemiec nr 1 608 337, 2 114 515, 2 039 330, 2 348 226).Obok przedmuchiwania czystymi aminami stosuje sie tez ich mieszaniny z dwutlenkiem wegla (opis patentowy Republiki Federalnej Niemiec nr 1 608 338), oraz z powietrzem (opis patentowy Republiki Federalnej Niemiec nr 2 039 330).Stosuje sie przedmuchiwanie masy para wodna, dodawanie wody lub przedmuchiwanie azeotropem trójety- loamina-woda-aceton (opisy patentowe Republiki Federalnej Nimiec nr 2 040 437 i 2 039 330).Ze wzgledu na to, ze uzycie toksycznych gazów stwarza duze trudnosci w uszczelnieniu oprzyrzadowania oraz z neutralizacja pozostalosci gazowych i jednoczesnie istotnie podwyzka koszty przygotowania nas formier¬ skich, stosuje sie do zwiekszenia szybkosci wiazania mas sluzacych do wytwarzania duzych form i rdzeni plynne lub stale katalizatory - na przyklad nafteniany zwlaszcza kobaltu, olowiu i cynku (opisy patentowe Republiki Federalnej Niemiec nr 1 608 337, 2 114 515, 1 907 590,1 299 373 , 1 608 338, Wielkiej Brytanii nr 1 312 567, opis patentowy polski nr 79 815, opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki Pólnocnej nr 3 429 848), dwulaurynian dwubutylocyny (opisy patentowe Republiki Federalnej Niemiec nr 2 114 515, 2 011 365, opis patentowy Wielkiej Brytanii nr 1 312 567, opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki Pólnocnej2 113270 nr 3 429 848) oraz organiczne i nieorganiczne nadtlenki (opisy patentowe Republiki Federalnej Niemiec nr 1 608 337, 1 907 590, 1 299 373, opis patentowy nr 81 466, oraz 79 815).Wymienione zwiazki chemiczne, a takze imidazole np. 2-metyloimidazol (polskie zgloszenie patentowe nr P-184 756, opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki Pólnocnej nr 3 152 094, opis patentowy Wielkiej Brytanii nr 997 395 oraz opis patentowy Holandii nr 651 395) znane sa jako katalizatory do syntery poliureta¬ nów. Jesli jednak podczas syntezy poliuretanów katalizatory te cechuje duza aktywnosc, to w przypadku mas formierskich nie wykazuja one tych wlasciwosci.Masy formierskie przygotowane z tymi katalizatorami charakteryzuje nieoczekiwanie powolne wiazanie oraz mala zywotnosc. Wynika to z faktu, ze masa formierska stanowi specyficzny uklad napelniony, w którym napelniaczem jest nieobojetny chemicznie piasek, najczesciej kwarcowy, w ilosci od 98 do 98,5%. Piasek kwarco¬ wy zawiera znaczna ilosc nastepujacych zanieczyszczen chemicznych: alkalia - do 1%, weglany - do 1%, zwiazki zelaza - do 4%,v woda - do 0,3% (L.Lewandowski „Materialy formierskie", Panstwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa - Kraków 1971, W.Sakwa, T.Wachelko- „Teoriai praktyka technologii materialów formierskich", (Wydawnictwo Slaskie 1970). Te chemiczne zanieczyszczenia piasku przekraczaja czesto ilosc spoiwa - zywicy poliestrowej stosowanej w ilosci od 0,75 do 1,2% oraz utwardzacza - poliizocyjaniami uzywanego najczesciej w ilosciach od 0,3 do 0, Kazde z wymienionych zanieczyszczen chemicznych rozpatrywane jako oddzielny ijedyny dodatek do ukladu zywica poliestrowa/izocyjanian wywiera odmienny, opisany ponizej wplyw na przebieg reakcji grup izocyjanianowych i hydroksylowych. Alkalia powoduja z reguly przyspiesenie procesu poliaddycji (W.Olczyk- „Poliuretany", Wydawnictwa Naukowo-Techniczne,Warszawa 1968).Jednak badania dotyczace nie czystych poliuretanów, lecz mas formierskich ze spoiwami organicznymi, w tym takze z zywicami poliestrowymi wiazanymi izocyjanianami wykazuja zdecydowanie negatywny wplyw alkaliów na predkosc wiazania masy i jej koncowe wytrzymalosci (J.Dlezek - „Grundeigenschaften der Quarz- sanden fur Formsandmischungen mit organischen Bindemitteln" 41 Miedzynarodowy Kongres Odlewniczy, Liege 1974, W.Tilch- „Giessereitechnik", nr 4/1976, H.Siepmann - „Giesserei", nr 21/1974, J.Nitsche, D.Boenisch - „Giesserei", nr 21/1970, R.Mollckoff- „Giesserei", nr 18/1973).Woda reagujac z grupami izocyjanianowymi zmniejsza czynna ilosc izocyjanianu. Powstajace podczas tej reakcji dwutlenek wegla usadawia sie w mostkach wiazan powodujac oslabienie ich wytrzymalosci. Czesc wytworzonego dwutlenku wegla wchodzac w reakcje z woda higroskopijna piasku oraz woda zawarta w zywicy powoduje wytworzenie kwasu weglowego. Powoduje to w konsekwencji spowolnienie reakcji grup izocyjaniano¬ wych i hydroksylowych wskutek zakwaszenia srodowiska (H.L.Heiss, F.P.Combs,P.G.Gemeinhardt, J.H.Sauders, E.£.Hardg - Industrial and Engineering Chemistry, 51/1959, Olczyk. — poliuretany", Wydawnictwo Naukowo- Techniczne, Warszawa, 1968).Zwiazki zelaza, zwlaszcza Fe4"" wplywaja szczególnie negatywnie na wytrzymalosc masy (J.Dlezek - 41 Miedzynarodowy Kongres Odlewniczy, Liege 1974).Takze grupy hydroksylowe wystepujace na powierzchni piasku moga wchodzic w reakcje z grupami izo¬ cyjanianowymi. Znacznie rozwinieta powierzchnia piasku, na której rozlozone sa wymienione powyzej domiesz¬ ki chemiczne sprzyja zwiekszeniu sily i szybkosci ich oddzialywania na proces poliaddycji.Proces wiazania mieszaniny skladajacej sie z tak znacznej ilosci reagentów, których oddzielne oddzialywa¬ nie opisano powyzej, przebiega zawsze w kierunku nieoczekiwanym, co stwierdza cytowana literatura przedmiotu oraz prezentowane ponizej badania wlasne autorów.Badania przeprowadzono dla ukladu napelnionego zawierajacego 98% piasku kwarcowego, 0,75% zywicy poliestrowej (L()H=210) oraz 0,75% poliizocyj anianu o zawartosci 35% wagowych grup izocyjanianowych.Jako miare postepu reakcji przyjeto wytrzymalosc na sciskanie po czasie 1, 2, 3 i 5 godzin dla róznych zawartosci przyspieszaczy. Dla porównania podano w tablicy 1 przebieg procesu sieciowania masy bez dodatku przyspieszacza.Z przedstawionych danych wynika, ze zastosowanie w masie formierskiej wiazanej ukladem zywica poli¬ estrowa/izocyjanian przyspieszacza znanego jako skuteczny srodek w syntezie poliuretanów, czestokroc nie tylko nie powoduje widocznego przyspieszenia procesu wiazania masy, lecz dodatkowo ten proces hamuje.W trakcie obszernych badan nad opracowaniem masy ze spoiwem poliestrowym utwardzanym izocyjania¬ nem, pozbawionej opisanych niedogodnosci okazalo sie, ze nieoczekiwane efekty w postaci bardzo korzystnego wplywu na przebieg procesu sieciowania dalo zastosowanie znanego w syntezie poliuretanów przyspieszacza.Istota masy formierskiej i rdzeniowej wedlug wynalazku polega na zastosowaniu do niej przyspieszacza w postaci 2-metyloimidazolu w ilosci od 0,02 do 5,0 czesci wagowych spoiwa, korzystnie zas od 0,6 do 0,8 czesci wagowych spoiwa. Zaleta masy wedlug wynalazku jest bardzo szybki proces wiazania w poczatkowym okresie oraz duza zywotnosc masy.113270 Tablica 1 Wplyw róznych przyspieszaczy na szybkosc wiazania masy formierskiej ripT ^~ 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9^ Przyspieszacz nazwa Masa bez dodatku Poliester NCO _ 2 Poliizocyjanian OH 1 dwuetanoloamina trójetanoloamina 2-aminoe tyloetanoloamina morfolina piperydyna piperazyna 2-metylo-S-nitroimidazol N-butylodwue tanoloamina oktenian cyny zawartosc % 0,2-0.6 0,2-0,6 0,2-0,6 0,2-0,4 0,6 0,2-0,6 0,2 0,6 0,6 0,2 0,4 | 1 0 0,2 0,1 0,2 0 0 0,2 0,3 0,3 0,2 0,2 0,4 Wytrzymalosc na sciskanie •0,980665-102 kPa po czasie (godz) 2 0,45 0,4 0,4 0,5 0,5 0,6 0,4 0,5 0,5 0,5 0,4 0,7 3 — 0,7 0,7 0,7 0,8 0,8 0,9 0,7 0,9 0,9 0,8 0,7 1,2 5 1,5 1,3 1,3 1.8 1,6 1,6 1,3 2,5 1,9 1,8 1.4 1,8 | Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykladzie wykonania.Masa formierska wedlug wynalazku ma sklad: 1) piasekkwarcowy - 100 czesci wagowych 2) zywica poliestrowa (liczba hydroksylowa = 210 mg KOH/g, lepkosc w 25°G = 1000cP) - 0,8 czesci wagowych 3) toluilenodwuizocyjanian - 0,8 czesci wagowych 4) 2-metyloimidazol - 0,8% w stosunku do spoiwa Masa ta osiaga nastepujace wlasnosci wytrzymalosciowe: Rlh= l-2-0,980665-102kPa c R^h = 4 - 5 • 0,980665-102 kPa R*h = 7- 8 -0,980665-102 kPa "4h R^n = 25 - 40 • 0,980665-102 kPa Natomiast masa zawierajaca dodatek znanego katalizatora, która ma skladjak ponizej: 1) piasekkwarcowy - 100 czesci wagowych 2) zywica poliestrowa (liczba hydroksylowa = 210 mg KOH/g, lepkosc w 25°C = 1000-10~3 Pa-s - 0,8 czesci wagowych 3) toluilenodwuizocyjanian - 0,8 czesci wagowych 4) 3% roztwór naftenianukobaltu - 0,1 czesci wagowych uzyskuje nastepujace wlasnosci wytrzymalosciowe: Rjh = 0,7 - 0,9 • 0,980665-102 kPa R^h= 2,5 - 3,2 • 0,980665-102 kPa R^h = 6 - 7 • 0,980665-102 kPa ?4h R^ = 30 -40 • 0,980665-102 kPa /113270 Zastrzezenie patentowe Masa formierska i rdzeniowa skladajaca sie ze znanych ogólnie materialów ogniotrwalych, spoiwa z aktyw¬ nymi grupami wodorotlenowymi, zwiazków poliizocyjanianowych oraz przyspieszacza w postaci pochodnej imidazolowej, znamienna tym, ze jako pochodna imidazolowa zawiera 2-metyloimidazol w ilosci od 0,02 do 5,0 czesci wagowych spoiwa, korzystnie zas od 0,6 do 0,8 czesci wagowych spoiwa.Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120+18 Cena 45 zl PL

Claims (2)

1. Zastrzezenie patentowe 1. Masa formierska i rdzeniowa skladajaca sie ze znanych ogólnie materialów ogniotrwalych, spoiwa z aktyw¬ nymi grupami wodorotlenowymi, zwiazków poliizocyjanianowych oraz przyspieszacza w postaci pochodnej imidazolowej, znamienna tym, ze jako pochodna imidazolowa zawiera
2. 2. -metyloimidazol w ilosci od 0,02 do 5,0 czesci wagowych spoiwa, korzystnie zas od 0,6 do 0,8 czesci wagowych spoiwa. Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120+18 Cena 45 zl PL