SE415451B - For en kollherdbar formsandblandning avsett bindemedel baserat pa karbamid-formaldehydharts med ett medifieringsmedel for reglering av bindningsformagan samt forfarande for framstellning av bindemedlet - Google Patents

Description

_79Û01l+6~7 tiska användningen av sådana kända blandningar har emellertid vi- sat sig vara mycket problematisk på grund av en avsevärd ökning av dessa blandningars'kostnad till följd av att furfurylalkohol är svår att anskaffa och dyrbar att framställa, vilket härrör från att förrådet av utgångsmaterial för framställning av furfu- rylalkohol är begränsat och att processtekniken för framställning av furfurylalkohol är komplicerad och medför en lång processtid och användningen av mycket dyrbara katalysatorer, såsom koppar- kr0mat.- 7 Det huvudsakliga syftet med uppfinningen är att välja så- dana tillsatser till en på karbamid-formaldehydharts baserad form- sandblandning, som ger blandningen en hög termisk och mekanisk hållfasthet utan att väsentligen öka blandningens tillverknings- kostnad, samt att åstadkomma ett förfarande för framställning av ett sådant bindemedel och en formsandblandning. ' Detta uppnås medelst ett bindemedel för en på karbamid-form- aldehydharts baserad formsandblandning med ett dennas bindningsför- måga reglerande modifieringsmedel, varvid man, enligt uppfinningen, som modifieringsmedel använder en emulsion, som innehåller dels en tung skifferhartsfraktion, som har en densitet av minst 1,01 g/cm3, dels ett organiskt lösningsmedel, som kan lösa kolhaltiga beståndsdelar i nämnda hartsfraktion, dels en emulgator och dels vatten, så att bindemedlet innehåller följande beståndsdelar räk- nat i viktprocent: karbamid-formaldehydharts 65-90 tungskifferhartsfraktion 3-15 organiskt lösningsmedel l-8 emulgator 0,2-1,5 vatten _ 5-20, varvid samtliga beståndsdelar tas i ett inbördes blandningsför- hållande, vid vilket en homogen "olja i vatten"-emulsion av första rangen bildas.

Fördelen med föreliggande uppfinning är att det genom uppfin- ningen.framställda bindemedlet för en formsandblandning icke krä- ver användningen av svåranskaffbar furfurylalkohol och samtidigt bibehåller de termiska hållfasthetsegenskaperna hos karbamid-form- aldehydhartshaltiga bindemedel med furfurylalkoholtillsats. Det bör dessutom observeras, att bindemedlet med sammansättningen en- ligt uppfinningen är betydligt mer plastiskt vid höga temperaturer '7900146-7 än kända, på karbamid-formaldehydharts baserade bindemedel.

Den tunga skifferhartsfraktionen kan utgöras av en produkt, som erhålles vid behandling av skiffer i en gasgeneratorugn vid en temperatur av 500°C.

Som den tunga skifferhartsfraktionen kan man som icke be- gränsande exempel använda en produkt, som erhålles vid behandling av estnisk skiffer och innehåller fenolgrupper och ca 86-90% kol.

Kokstalet är 45-55%. Denna produkt uppvisar följande fysikaliska och kemiska egenskaper: 1. Densitet ' 1,01-1,28 g/cm3 2. sugna-viskositet vid so°c 10-20 3. Brenken-flamningspunkt, OC högst 90 4. Fukthalt, % högst 3,5 5. Mekaniska föroreningsämnen, % i högst 2,5 6. Svavelhalt, % högst 1,5 7. Totalt syratal 1,6-5,6 8. Halt av organiska syror, räknat på KOH-halten, % 0,01-0,35.

Den tunga fraktionens s.k. gruppsammansättning (i viktpro- cent): asfaltener 15,74 hartser 20 oljor 42,26 aromatiska kolväten i fenolserien 22; Lösningsmedlet utgöres av organiska vätskor, t.ex. white spi- rit, fotogen och dieselbränsle, varvid halten lösningsmedel i den optimala utföringsformen av bindemedlet enligt uppfinningen varierar mellan 1 och 8 viktprocent.

Emulgatorn i bindemedlet enligt uppfinningen utgöres av yt- aktiva ämnen av anjon-, katjon- och nonjonogen typ, vilka kan vara alkylarylsulfater, alkylarylsulfonater, hydroxietylerade fenoler, merkaptaner, fettaminer med kedjor med stor längd. Det bästa resul- tatet uppnås, då emulgatorn i bindemedlet utgöres av en blandning av natriumsalter av alkylarylsulfonsyror med 8-12 kolatomer i al- kylradikalen. Ett annat ytaktivt ämne kan utgöras av en blandning av natriumsalter av alkylsulfonsyror med alkylrester med 12-18 kol- atomer. För att uppnå bästa möjliga resultat är det lämpligt att halten ytaktiva ämnen är 0,2-1,5 viktprocent. Om halten ytaktiva ämnen i bindemedlet överstiger 1,5 viktprocent eller understiger _i790Û146-7 0,2 viktprocent, blir formsandblandningens hâllfasthet lägre vid kallhärdningen vid användning av bindemedlet enligt uppfinningen.

Emulgàtorn i bindemedlet för den kallhärdbara formsand- blandningen kan dessutom utgöras av oorganiska hydrofila pulverfor- miga material, t.ex. eldfast lera, bentonit, CaC03, Al2O3 och BaSO4, vilka införes i en mängd av 0,2-1,5 viktprocent. Om dessa pulver- formiga material införes i en mängd understigande 0,2 viktprocent, försämras bindemedelsfördelningen över eldfasta fyllmedelskorn i formsandblandníngen. Då halten av nämnda material överstiger 1,5 viktprocent, minskar bindemedlets viskositet avsevärt samtidigt som bindemedlets reaktionsförmåga blir lägre. _ För att bereda en formsandblandning innehållande ett fyll- medel, en härdare, ett bindemedel och vatten, användes bindemedlet enligt uppfinningen vid ett nedan angivet inbördes blandningsför- hållande mellan blandningens beståndsdelar (i viktdelar): u fyllmedel i 1oo bindemedel 2-5 hårdare ' o , 3-1 vatten 0,5-l.

Vid beredningen av bindemedlet enligt uppfinningen blandas den tunga skifferhartsfraktionen omsorgsfullt med ett organiskt lösningsmedel och en emulgator i närvaro av vatten under lågt tryck tills en homogen emulsion "olja i vatten" av första rangen bildats, varefter karbamid-formaldehydharts införes och omrörningen får fort- gå tills en homogen produkt bildats, varvid ingående komponenter väljes i sådana viktproportioner att bindemedlet komer att inne- hålla 65-90 viktprocent karbamid-formaldehydharts 3-15 viktprocent tung skifferhartsfraktion l-8 viktprocent organiska lösningsmedel 0,2-1,5 viktprocent emulgator och _ 5-20 viktprocent vatten.

Bíndemedlet kan framställas genom omröring av den tunga skifferhartsfraktionen, lösningsmedlet och emulgatorn vid ett varv- tal av 400 - 600 varv per minut, en temperatur av 40 - 7G°C och ett tryck av 0,5 atm under 40 - 50 minuter i ett reaktionskärl.

I den så erhållna blandningen införes sedan karbamid-formaldehyd- .J 7900146-7 5 fharts, varefter omröringen får fortsätta under samma betingel- ser under 40-50 min.

I det färdiga bindemedlet införas vatten för att ge bin- demedlet den önskade densiteten. Enligt uppfinningen användes bindemedlet med en densitet av 1,15-1,2 g/cmj. _ Om man ej disponerar över ett reaktionskärl, kan binde- medlet framställas i en godtycklig behållare genom att blanda vatten, lösningsmedlet, skifferbarts och emulgeringsmedlet vid ett varvtal av 400-600 varv/min vid 40-7000, varefter man i den beredda blandningen inför karbamid-formaldehydnartset och fortsätter omröringen under en tid av 40-50 min.

Uppfinningen beskrives närmare nedan i anslutning till särskilda, icke begränsande utföringsexempel på framställning av bindemedlet för en kallhärdbar formsandblandning, samt själ- va formsandblandningen innehållande ett sådant bindemedel.

Exempel 1 För att framställa ett bindemedel enligt uppfinningen använde man följande beståndsdelar (i viktprocent): karbamid-formaldehydharts 65 tung skifferhartsfraktion . 15 white spirit 8 detergent (alkylarylsulfonat) 1,5 vatten 10,5.

Bindemedlet framställdes genom tillämpning av den ovan beskrivna processtekniken under användning av ett reaktions- kärl, i vilket man blandade den tunga skifferhartsfraktionen, lösningsmedlet och emulgeringsmedlet vid ett omrörarvarvtal av 500 varv/min vid en temperatur av 5000 under ett tryck av 0,5 atm i 45 min. I den beredda blandningen infördes i vatten utspätt karbamid-formaldebydharts. Blandningen om- rördes under samma betingelser i 40-45 min.

Det så framställda bindemedlet bade en densitet av 1, 18 g/cmj.

Viskositeten uppmätt 1 en tratt med en diameter av 4 mm motsvarade 70 sek.

Exempel 2 För att framställa ett bindemedel enligt uppfinningen användes följande beståndsdelar i viktprocent: ,v9eo14e-v_ 6 F karbamíd-formaldehydbarts ' 90 tung sxiffernartšfraktion t. 3 white spirit * 1 alkylarylsulfonat t 0,2 vatten _ 5,8 Bindemedlets densitet var 1,2-1,25,g/cm).

Viskositeten uppmätt i en tratt med en diameter av 4 mm mot- o svarade 90 sek: _ Bindemedlet framställdes på samma sätt som beskrivits i exempel 1.

Exempel ål _ Förtframställning av ett bindemedel enligt uppfinningen användes följande beståndsdelar i viktprocent: xarbamia-formaiaenyanarts I 70 tung skifferhartsfraktion 0 10 fotogen #' 5 sulfonat » e 0,6 vatten 14,5.

Bindemedlet framställdes i en tillsluten behållare genom blandning av vatten, ett lösningsmedel, en tung skifferhartsfrak-p tion.och ett emulgeringsmedel vid ett omrörarvarvtal av 600 varv/ /min i 40 min vid en temperatur av 6000. Den så beredda bland- 0 ningen försattes sedan med karbamid-formaldehydharts, varefter omröringen fortsatte under en tid av 50 min._ Det så framställ- da bindemedlet hade en densitet av 1,18 g/cmj, Viskositeten uppmätt i en tratt med en diameter av 4 mm motsvarade 70-75 sek.

Exempel 4 För framställning av ett bindemedel enligt uppfinningen användes följande beståndsdelar i viktprooent: karbamid-formaldehydharts 70 tung skifferhartsfraktion ' 4 fotogen 5 hydrofilt pulverformigt ämne 1 vatten _' 20.

Bindemedlet framställdes på exakt samma sätt som beskrivits i exempel 3 med undantag av att blandningen omrördes under en tid av 45 min efter det att vatten tillsatts.

Det framställda bindemedlets densitet var 1,14 g/cmj.

Viskositeten uppmätt i en tratt med en diameter av 4 mm motsva- rade 60-70 sek. 79001 !+6-7 7 F l de föregående utföringsexemplen har angivits optimalt gynnsamma kompositioner för framställning av bindemedlet. Man har kunnat konstatera att man kan använda andra blandningsför- hállanden mellan beståndsdelarna förutsatt att man genom an- vändning av nämnda beståndsdelar erhâller en homogen emulsion av typen "olja i vatten" av första rangen och att ett sådant bindemedel säkerställer framställningen av en fermsenablena- ning av hög kvalitet.

För att kunna framställa en kallhärdbar formsandbland- ning försattes blandningen med bindemedlet, som beskrivas i ett av de föregående utföringsexemplen eller som har den en- ligt uppfinningen föreslagna sammansättningen, i en mängd av 2-5 viktprocent, räknat på fyllmedlets vikt. Om halten bin- , demedel i blandningen understiger 2 viktprocent uppnås icke den önskade hàllfastheten på grund av att en sadan mängd binde- medel icke är tillräcklig för att kunna behandla fyllmedlets yta. Icke heller är det lämpligt att halten bindemedel i blandningen överstiger 5 viktprocent, eftersom hâllfastheten icke ökar väsentligen, medan blandningens gasbildningsförmâ- ga blir högre och dessutom härdningstiden blir längre.

För framställning av en formsandblandning enligt uppfin- ningen kan man använda ett godtyckligt eldfast fyllmedel, som i regel användes för framställning av inom gjuteriteknik an- vändbara formsandblandningar. Fyllmedlet utgöres oftast av kvartssand. Man kan dessutom med fördel använda olivin, krom- magnesit, distensilimanit etc.

Som härdare för framställning av en kallhärdbar formsand- blandning meddet enligt uppfinningen föreslagna bindemedlet an- vändes s.k. syramaterial, t.ex. organiska och oorganiska syror, bl.a. fosforsyra, saltsyra, svavelsyra, sulfonsyror, t.ex. iparatoluensulfonsyra, oxalsyra etc samt sura salter, t.ex. ammoniumklorid, Järnklorid (FeCl3) och kombinerade pärdare, t.ex. en blandning av saltsyra och järnklorider, dvs FeCl2 _oeh Feçlñ.

Nedan anges nägra utföringsexempel på framställning av en kallhärdbar formsandblandning under användning av bindemed- let enligt uppfinningen. _ En blandning framställdes genom att man införde fosfor- syra i kvartssand, omrörde under 1-2 min och därefter införde bindemedlet och vatten och fortsatte omröringen under 1-2 min. 7900146-7 8 r - Av den så beredda blandningen framställdes gjutformar och kärnor på godtyckligt känt sätt.o Exemgel 5 ' ' _ För framställning av en formsandblandning användes föl- jande beståndsdelar i viktdelar: kvartssand 100 -bindemedel enligt exempel 1 2 60-procentig fosforsyra 0,3 vatten I 1 Den_framställda formsandblandningen uppvisade en bruks- tid av 10~15 min. Härdningstiden för provkroppar med en dia-_ imeter av 50 mm och en höjd av 50 mm var 15-17 min. De av den- na blandning framställda provkropparnas tryckhàllfasthet i kp/cma var: efter 1 timme 3-5,5 efter 5 timmar¶ - 5-6 efter 24 timmar ' 14-17 .

Den termiska hàllfastheten hos formsandblandningen inne- hållande bindemedlet enligt uppfinningen bestämdes i beroende av resrnäiifastheten hos de till en temperatur av 8oo-9oo°c uppvärmda provkropparna.

Den av blandningen framställda provkropparnas termiska tryckhâllfasthet låg vid 1,8 kp/omg.

Exemgel 6 _ _ 1 För framställning av en formsandblandning användes föl- jande beståndsdelar (i viktdelar). kvartssand 100 bindemedel enligt exempel 2 5 50-procentig fosforsyra 1 vatten 1 0,5 .

'Blandningen hade en brukstid av 10-12 min.

Provkropparnas härdningstid var 15-17 min.

Den av blandningen framställda provkrøpparnas tryckhåll- fasthet i kp/cm2 var: _ efter 1 timme 12-15 efter 3 timmar 18-25 efter 24 timmar 50-60 . Érovkropparnas termiska tryckhållfasthet var 4 kp/cm2. 7900146-7 F Exemgel 7 För framställning av en formsandblandning användes föl- jande beståndsdelar (1 v1ktae1ar)= kvartssand 2 100 bindemedel enligt exempel 1 3,5 härdade (Fecl , FeCl2 och saltsyralösning med samman- 0 sättningen Feclj . 6H2o looo g/liter, Feclz 50-50 g/liter och H01 ao-50 g/liter med en densitet av 1,17-1,18 g/em5)o,5 vatten 0,5 Blandningen hade en brukstid av 8-10 min. Provkroppar- nas härdningstid var 15-17 min. Tryckhållfastheten i kp/omg var: efter 1 timme i2fi5 efter 5 timmar 22-24 efter 24 timmar 56-58.

Den termiska tryckhàllfastheten var 4 kp/cm2.

Exemgel 8 För framställning av en formsandblandning användes föl- fjande beståndsdelar i viktdelar: kvartssand 100 bindemedel enligt exempel 5 ' 4,5 hårdare (60-procentig ortofosforsyra) 0,7 vatten __ 0,3 Blandningen hade en brukstid av 12-15 min. Provkroppar- .nas härdningstid var 17-20 min.

Tryckhällfastheten i kp/omg var: efter 1 timme 0 13-14 efter_3 timmar 20-22 efter 24 timmar 47-52 Provkropparnas termiska tryckhållfasthet var 3,5 kp/cma.

Exemgel 2 ' _ För framställning av en formsandblandning användes föl- jande bestàndsdelar i viktdelar: kvartssand _ 100 bindemedel enligt exempel 4 5 hårdare -1 vatten 0,j 79001464 10 F Blandningen hade en brukstid av 12-15 min. Härdningsti- den var 18-20 min. Tryckhâllfastheten i kp/cmz var: efter 1 timme 15-17 efter 3 timmar 22-24 efter 24 timmar 55-55 Den termiska tryokhållfastheten var 4,5 kp/cm2.

För att demonstrera fördelarna med föreliggande uppfin- _ ning framför de pända, på karbamid-formaldehydharts baserade bindemedlen jämfördes egenskaperna hos nämnda harts med bin- demedlet enligt uppfinningen. I Man provade bindemedlen vad avser deras termiska håll- fasthet genom en metod för bestämning av ett s.k; kokstal.

Ett 10 g vägande prov av bindemedlet infördes i en porslins- degel, som placerades i en stàldegel med look. Stâldegeln tillslöts medelst en kåpa. Under degeln placerades en brän- nare ooh provstycket kalcinerades vid en temperatur av GUOOC tills koksrestens vikt blivit konstant. Kokstalet beräknades som förhållandet mellan koksrestens vikt och vikten av prov- 'stycket av det bindemedel, som skall kontrolleras (i viktpro- cent).

Den kallhärdbara formsandblandningens termiska hållfast~ het bestämdes i beroende av resthâllfastheten hos de till en temperatur av 800°C uppvärmda provkroppar, som framställts av den formsandblandning, som provades.

De vid provningen erhållna resultaten redovisas i nedan- stående tabell. 2 T a b e l l Binaemeaei Koxstai, ningenX)enligt O exempel 5 vid 800 C Karbamid-formaiaehydnarts 214 o, f; Bindemedel enligt uppfinningen 25 _ e 2 1,8 X) Man provade blandningar med följände sammansättning i viktdelar: kvartsand 100 bindemedel ' 60-procentig fosforsyra PON t. b' Vatten 7900146-7 11 , __ _W F Tabellen visar att den termiska oeständighetcn hos bin- demedlet enligt uppfinningen och hållfastheten hos formsand- blandningen innehållande detta bindemedel är i det närmaste dubbelt så höga som karbamid-formaldehydhartsets termiska be- ständighet respektive hållfasthet.

Ehuru uppfinningen är beskriven i anslutning till föref dragna utförin¿sformer, är det för fackmän inom detta tekni- kens_omrâde klart, att modifikationer och förbättringar kan, vara tänkbara utan att man frångàr uppfinningstanken som de- finieras av bifogade patentkrav. I stället för den tunga fraktionen av produkten från behandlingen av skiffer i gas- generatorugnar kan man exempelvis använda andra produkter från skifferbehandling och i stället för kvartssand kan man “använda fyllmedel av andra typer. Det är dessutom tydligt, att man kan använda andra hårdare än de som angivits ovan.

Claims (7)

'7900146-7 Patentkrav

1. ; För en kallhärdbar formsandblandning avsett bindemedel baserat påkafiæmnírformaldehydharts med ett modifieringsmedel för reglering av bindningsförmågan, k ä n n e t e c k n a t av att man' som modifieringsmedel använder en emulsion, som innehåller dels en tung skifferhartsfraktion med en densitet av minst 1,01 g/cm3, dels ett organiskt lösningsmedel, som kan lösa kolhaltiga beståndsdelar i nämnda skifferhartsfraktion, dels en emulgator och dels vatten, så att bindemedlet innehåller följande beståndsdelar räknat i vikt- procent: . karbamid-formaldehydharts 65-90 tung skifferhartsfraktion ' 3-15 organiskt lösningsmedel l-8 emulgator 0,2-1,5 Vatten 5-20 varvid samtliga beståndsdelar tas i ett inbördes blandningsförhållan- de, vid vilket en homogen "olja i vatten"-emulsion av första rangen bildas.

2. Bindemedel enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t. av att man som den tunga skifferhartsfraktionen använder en produkt, som erhålles vid behandling av skiffer i en gasgeneratorugn._

3. Bindemedel enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att ett ytaktivt ämne tjänstgör som emulgator.

4. Bindemedel enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att man som ytaktivt ämne använder alkylarylsulfonater.

5. Bindemedel enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att "emulgatorn utgöres av oorganiska, hydrofila, pulverformiga ämnen. å

6. Förfarande för framställning av ett bindemedel enligt krav l, k ä n n e tåe c k n a tå av att man omsorgsfullt blandar en tung skifferhartsfraktion, ett organiskt lösningsmedel och en emulgator i närvaro av vatten under lågt tryck tills en homogen "olja i vatten"- emulsion av första rang bildats, därefter inför ett karbamid-formal- dehydharts och fortsätter omröringen tills en homogen produkt bildats, varvid ingående komponenter väljes i sådana viktproportioner att bin- demedlet kommer att innehålla 65-90 viktprocent karbamid-formaldehyd- harts, 3-15 viktprocent-tung skifferhartsfraktion, l-8-viktprocent organiskt lösningsmedel, 0,2-1,5 viktprocent emulgator och 5-20 vikt- procent vatten. J u 7900146-'7

7. Pörfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att bindemedlet framställes vid en temperatur av 40-70°C. 8; Förfarande enligt krav 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda låga tryck ligger mellan 0,3-0,5 atm. '7900146"7o Sammandrag .Ett bindemedel pa basis av karbamic-formaldeäydharcs och innehållande ett modifierin¿smede1, som är avsett att reglera hartsets bindningsförmà¿a och som, enligt uppfin- ningen, utgöres av en emulsion innehållande dels en tunå skifferhartsfraktion med en densitet av minst 1,01 g/emš, dels ett organiskt lösningsmedel, som kan lösa kolhaltiga beståndsdelar i nämnda fraktion, dels ett emulgeringsmedel och dels vatten. Emulsionens olika beståndsdelar användes i ett inbördes blandningsförhållande, vid vilket en emulsíon av typen "olja i vatten" bildas. Som den tunga skifferharts- fraktionen kan man exempelvis använda en produkt, som erhål- les vid behandling av skiffer i gasgeneratorugnar. Uppfinningen avser vidare dels ett förfarande för framställning av ett sådant bindemedel, vilket förfarande grundar sig på användning av lågt tryck, och dels en kom-_ position av en på nämnda bindemedel baserad formsandbland- ning._ _ o)