CH621497A5

CH621497A5 - Sand mixture for producing moulds and cores

Info

Publication number: CH621497A5
Application number: CH1063576A
Authority: CH
Inventors: Hubert Koegler; Kurt Scholich
Original assignee: Ashland Suedchemie Kernfest
Priority date: 1975-08-21
Filing date: 1976-08-20
Publication date: 1981-02-13
Also published as: AT341125B; BE845398A; ATA646175A

Description

**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.

PATENTANSPRÜCHE
1. Sandmischung für das Herstellen von Formen und Kernen nach dem Cold-Box- oder Pep-Set-Verfahren, die als wesentliche Bestandteile Sand und Bindemittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass sie Zusätze von Estern und/oder Anhydriden in Mengen von 0,01 bis 2,0 Gewichtsprozent, bezogen auf die Sandmenge, und/oder von 3 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die Bindemittelmenge, enthält.

2. Sandmischung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz aus Estern und/oder Anhydriden von Dicarbonsäuren gebildet ist.

3. Sandmischung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz durch Ester der Palmitin-, Stearin-, Abietin- und/oder Phthalsäure gebildet ist.

4. Sandmischung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz durch Ester und/oder Anhydride der Di- bzw. Tetrahydroabietinsäure, Linolsäure, Linolensäure, Rizinensäure, Adipinsäure, Oxybenzoesäure, Maleinsäure und/oder Pimelinsäure gebildet ist.

5. Sandmischung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ester und/oder Anhydride, in organischen Lösungsmitteln gelöst, dem Bindemittel zugesetzt sind.

6. Sandmischung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz aus den Estern und/oder Anhydriden der Abietinsäure und/oder der Ölsäure im Gemisch mit freien Fett- und/oder Harzsäuren, gelöst in Testbenzin, besteht.

7. Sandmischung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz durch Ester von ein- oder mehrwertigen Alkoholen, beispielsweise von Glycerin oder Pentaerythrit, mit einer der in den Patentansprüchen 2 bis 4 genannten Säuren gebildet ist.

8. Verfahren zum Aushärten einer Sandmischung nach Patentanspruch in Gegenwart eines alkalischen Katalysators gehärtet wird.

9. Verfahren nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandmischung mittels tertiärer Amine in einem Luft- oder anderen Gasstrom ausgehärtet wird.

10. Verfahren nach Patentanspruch 8 zum Aushärten einer Sandmischung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandmischung unter Zugabe von alkalisch reagierenden, organischen, flüssigen Katalysatoren bei Zimmertemperatur ausgehärtet wird.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sandmischung zum Herstellen von Kernen und Formen in kalten Formwerkzeugen nach dem sogenannten Cold-Box-Verfahren oder mittels selbsthärtender Polyurethanbinder (Pep-Set-Verfahren).

Bei den Bindemitteln für Sandformen und -kernen auf Basis von Polyurethanen, die durch Umsetzung von Phenolharzen mit Polyisocyanaten erhalten werden, ist der Ausschluss von Wasser bei der Herstellung von Sandmischungen von entscheidender Bedeutung. Trotzdem ist man nach Herstellung der Formen und Kerne gezwungen - will man eine Wasserschlichte aufbringen -, diese Formstoffe mit Wasser in Berührung zu bringen. Hierbei zeigt es sich, dass diese Polyurethanbinder durch das in der Schlichte enthaltene Wasser angegriffen und in der Festigkeit zum Teil so beeinträchtigt werden, dass die Anwendung von Wasserschlichten nicht möglich ist. Bei Verwendung von Alkoholschlichten zeigen sich diese Nachteile nicht. Aber aus Gründen des Umweltschutzes ist es wünschenswert, in zunehmendem Masse Wasserschlichten einzusetzen.

Die unter den Bezeichnungen Cold-Box- und Pep-Set-Verfahren bekanntgewordenen Prozesse basieren auf der Verwendung von wasserfreien Sandmischungen unter Zusatz von einer Polyolkomponente, die mit einem Isocyanat entweder durch Begasen mit einem flüchtigen Amin, Luft, CO2 und/oder einen Inertgasstrom oder unter Verwendung eines flüssigen organischen Katalysators hergestellt werden.

Die Wasserempfindlichkeit solcher Sandmischungen macht sich deswegen besonders nachteilig bemerkbar, weil Kerne und Formen - um eine glatte Oberfläche zu bekommen - geschlichtet oder geschwärzt werden müssen. Diese Schlichte besteht aus einer wässrigen Aufschlämmung, deren feste Bestandteile vorzugsweise aus anorganischen und organischen Stoffen, wie Quarzsand, Zirkonmehl, Ton, Graphit oder Koksmehl bestehen und die geringen Mengen wasserlöslicher Bindemittel enthalten. Der Schlichteüberzug kann durch Tauchen der Kerne in die Aufschlämmung oder durch Besprühen oder Bestreichen aufgebracht werden. Bei der anschliessenden Trocknung an der Luft oder im Ofen erleidet der Kern oder die Form einen erheblichen Festigkeitsverlust. Es bestand daher der Wunsch, auch bei den nach dem obengenannten Verfahren herzustellenden Formen und Kernen Wasserschlichten anzuwenden.

Die DE-PS 1 583 521 beschreibt als Bindemittel für Giessereiformen im wesentlichen wasserfreie und in einem organischen Lösungsmittel lösliche Phenolharze, die mit Polyisocyanaten in Gegenwart eines tertiären Amins umgesetzt werden.

Dieses Verfahren wird im allgemeinen als Cold-Box-Verfahren bezeichnet. Obgleich dieses Verfahren bereits einen enormen technologischen Vorteil erbracht hat, konnten durch die vorliegende Erfindung kaum noch erwartete Verbesserungen erzielt werden und die oben angeführten Probleme gelöst werden.

Es wurde nämlich festgestellt, dass die oben geschilderten Nachteile vermieden werden können, wenn dem in organischen Lösungsmitteln löslichen Phenolharz und/oder dem Polyisocyanat direkt oder der daraus hergestellten Sandmischung 3 bis 50 Gew.%, bezogen auf die eingesetzte Harzmenge, oder 0,01 bis 2,0 Gew. %, bezogen auf die Sandmenge, Ester und/oder Anhydride, gegebenenfalls in Mischung mit freien Fettsäuren und/oder Harzsäuren, zugesetzt werden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach eine Sandmischung für das Herstellen von Formen und Kernen nach dem Cold-Box- oder Pep-Set-Verfahren, die als wesentliche Bestandteile Sand und Bindemittel enthält, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Zusätze von Estern und/oder Anhydriden in Mengen von 0,01 bis 2,0 Gew. %, bezogen auf die Sandmenge, und/oder von 2 bis 50 Gew. %, bezogen auf die Bindemittelmenge, enthält. Vorteilhaft werden die Zusätze durch Ester und/oder Anhydride von Dicarbonsäuren gebildet.

Als für die erfindungsgemässen Sandmischungen geeignete Zusätze sind beispielhaft zu nennen: Ester und/oder Anhydride der Abietinsäure, Di- bzw. Tetrahydroabietinsäure, Ölsäure Linolsäure Linolensäure, Rizinensäure, Phthalsäure, Adipinsäure, Oxybenzoesäure, Maleinsäure, Pimelinsäure u. dgl.

Bei der Alkoholkomponente des Esters kann es sich um einwertige Alkohole, aber auch mehrwertige Alkohole, wie beispielsweise Glycerin und Pentaerythrit, handeln. Es ist an sich nicht wichtig, diese Ester- bzw. Anhydride in ihrer reinen Form dem Form- oder Kernsandgemisch zuzusetzen, sondern es können auch freie Harzsäuren, beispielsweise bis zu Mengen von 30% und freie Fettsäuren, beispielsweise bis zu 10% gegenwärtig sein, wie z. B. Ölsäure, Linolensäure, Linolsäure,
Palmitinsäure, Stearinsäure, Tallölfettsäure, Sojaölfettsäure, Leinölsäure.

Die Zusätze können als solche oder gelöst in organischen Lösungsmitteln, wie Cyclohexanon, Testbenzine od. dgl. den Sandmischungen zugegeben sein. So haben sich Sandmischun gen bewährt, bei denen der Zusatz aus den Estern und/oder

Anhydriden der Abietinsäure und/oder der Ölsäure im Gemisch mit freien Harzfettsäuren, gelöst in Testbenzin, besteht.

Bei Vorliegen eines Polymethans als Bindemittel für den Formsand beträgt die erhaltene Menge Ester und/oder Anhydride vorteilhaft von 3 bis 50 Gew. % bezogen auf das Polyurethanbindemittel.

Weiters wird eine Sandmischung bevorzugt, in der die zugesetzten Ester und/oder Anhydride von Fett- und Harzsäuren in der Sandmischung in Mengen von 0,01 bis 2 Gew. %, bezogen auf die Sandmenge, enthalten sind.

Wie schon oben kurz angedeutet, ist es möglich, bei der Zubereitung bzw. Herstellung der erfindungsgemässen Sandmischungen so vorzugehen, dass die Zusätze den Ausgangsprodukten für das Bindemittel, also dem Phenolharz und/oder dem Polyisocyanat, zugesetzt werden. Die Zusätze können aber auch dem unter Einsatz dieser Verbindungen hergestellten Sandgemisch selbst beigefügt werden.

Beim Aushärten der erfindungsgemässen Sandmischungen wird vorteilhaft in der Weise verfahren, dass die Polyurethanbindemittel enthaltenden Sandmischungen nach Zusatz der Ester und/oder Anhydride mittels tertiären Aminen in einem Luft- oder anderen Gasstrom ausgehärtet werden.

Eine andere Variante besteht darin, die Polyurethan-Bindemittel enthaltenden Sandmischungen nach Zusatz der Ester und/oder Anhydride der Fett- und Harzsäuren und der freien Carbonsäuren unter Zugabe von alkalisch reagierenden, organischen, flüssigen Katalysatoren bei Zimmertemperatur auszuhärten.

Mit der erfindungsgemässen Sandmischung durchgeführte Versuche zeigten folgende Ergebnisse:
Durch Zusatz eines Gemisches von Phthalsäureestern in einer Menge von 30 Gew.% zu einem herkömmlichen Cold Box-Binder, der zu einer Sandmischung verarbeitet und dann ausgehärtet wurde, wurden Festigkeitssteigerungen von ursprünglich 47 kp/cm2 (ohne Esterzusatz) auf 60 kp/cm2 erzielt.

Ausserdem hat sich die Verarbeitungszeit der erfindungsgemässen Sandmischung im Vergleich zu einer Sandmischung ohne Esterzusatz um 50 erhöht.

Bei einem anderen Versuch wurde einer Sandmischung, die normales Cold-Box-Harz enthielt, 0,3 Gew. % einer 60 %igen Lösung aus Testbenzin und Fettsäure sowie Harzsäure-Estern mit 20% freien Harzsäuren und 5% freien Fettsäuren sowie 35% Unverseifbarem zugesetzt, wodurch die Festigkeit daraus hergestellter Kerne, gemessen als Biegefestigkeit, von 47 kp/cm2 auf 52 kp/cm2 anstieg. Nach dem Behandeln der Kerne mit einer Wasserschlichte und anschliessender Ofentrocknung bei 200 C wurde eine Festigkeitssteigerung auf 77 kp/cm2 erreicht, während die Festigkeit der Sandmischung, die das erfindungsgemäss zuzugebende Zusatzmittel nicht enthielt, auf 30 kp/cm2 absank.

Somit ergibt sich bei der erfindungsgemässen Sandmischung der Vorteil, dass auch beim Cold-Box-Verfahren die wesentlich umweltfreundlicheren und nicht brennbaren Wasserschlichten eingesetzt werden können und eine zusätzliche Festigkeitssteigerung der Kerne ermöglicht wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Sandmischung für das Herstellen von Formen und Kernen nach dem Cold-Box- oder Pep-Set-Verfahren, die als wesentliche Bestandteile Sand und Bindemittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass sie Zusätze von Estern und/oder Anhydriden in Mengen von 0,01 bis 2,0 Gewichtsprozent, bezogen auf die Sandmenge, und/oder von 3 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die Bindemittelmenge, enthält.
2. Sandmischung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz aus Estern und/oder Anhydriden von Dicarbonsäuren gebildet ist.
3. Sandmischung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz durch Ester der Palmitin-, Stearin-, Abietin- und/oder Phthalsäure gebildet ist.
4. Sandmischung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz durch Ester und/oder Anhydride der Di- bzw. Tetrahydroabietinsäure, Linolsäure, Linolensäure, Rizinensäure, Adipinsäure, Oxybenzoesäure, Maleinsäure und/oder Pimelinsäure gebildet ist.
5. Sandmischung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ester und/oder Anhydride, in organischen Lösungsmitteln gelöst, dem Bindemittel zugesetzt sind.
6. Sandmischung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz aus den Estern und/oder Anhydriden der Abietinsäure und/oder der Ölsäure im Gemisch mit freien Fett- und/oder Harzsäuren, gelöst in Testbenzin, besteht.
7. Sandmischung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz durch Ester von ein- oder mehrwertigen Alkoholen, beispielsweise von Glycerin oder Pentaerythrit, mit einer der in den Patentansprüchen 2 bis 4 genannten Säuren gebildet ist.
8. Verfahren zum Aushärten einer Sandmischung nach Patentanspruch in Gegenwart eines alkalischen Katalysators gehärtet wird.
9. Verfahren nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandmischung mittels tertiärer Amine in einem Luft- oder anderen Gasstrom ausgehärtet wird.
10. Verfahren nach Patentanspruch 8 zum Aushärten einer Sandmischung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandmischung unter Zugabe von alkalisch reagierenden, organischen, flüssigen Katalysatoren bei Zimmertemperatur ausgehärtet wird.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sandmischung zum Herstellen von Kernen und Formen in kalten Formwerkzeugen nach dem sogenannten Cold-Box-Verfahren oder mittels selbsthärtender Polyurethanbinder (Pep-Set-Verfahren).

Bei den Bindemitteln für Sandformen und -kernen auf Basis von Polyurethanen, die durch Umsetzung von Phenolharzen mit Polyisocyanaten erhalten werden, ist der Ausschluss von Wasser bei der Herstellung von Sandmischungen von entscheidender Bedeutung. Trotzdem ist man nach Herstellung der Formen und Kerne gezwungen - will man eine Wasserschlichte aufbringen -, diese Formstoffe mit Wasser in Berührung zu bringen. Hierbei zeigt es sich, dass diese Polyurethanbinder durch das in der Schlichte enthaltene Wasser angegriffen und in der Festigkeit zum Teil so beeinträchtigt werden, dass die Anwendung von Wasserschlichten nicht möglich ist. Bei Verwendung von Alkoholschlichten zeigen sich diese Nachteile nicht. Aber aus Gründen des Umweltschutzes ist es wünschenswert, in zunehmendem Masse Wasserschlichten einzusetzen.

Die unter den Bezeichnungen Cold-Box- und Pep-Set-Verfahren bekanntgewordenen Prozesse basieren auf der Verwendung von wasserfreien Sandmischungen unter Zusatz von einer Polyolkomponente, die mit einem Isocyanat entweder durch Begasen mit einem flüchtigen Amin, Luft, CO2 und/oder einen Inertgasstrom oder unter Verwendung eines flüssigen organischen Katalysators hergestellt werden.

Die Wasserempfindlichkeit solcher Sandmischungen macht sich deswegen besonders nachteilig bemerkbar, weil Kerne und Formen - um eine glatte Oberfläche zu bekommen - geschlichtet oder geschwärzt werden müssen. Diese Schlichte besteht aus einer wässrigen Aufschlämmung, deren feste Bestandteile vorzugsweise aus anorganischen und organischen Stoffen, wie Quarzsand, Zirkonmehl, Ton, Graphit oder Koksmehl bestehen und die geringen Mengen wasserlöslicher Bindemittel enthalten. Der Schlichteüberzug kann durch Tauchen der Kerne in die Aufschlämmung oder durch Besprühen oder Bestreichen aufgebracht werden. Bei der anschliessenden Trocknung an der Luft oder im Ofen erleidet der Kern oder die Form einen erheblichen Festigkeitsverlust. Es bestand daher der Wunsch, auch bei den nach dem obengenannten Verfahren herzustellenden Formen und Kernen Wasserschlichten anzuwenden.

Die DE-PS 1 583 521 beschreibt als Bindemittel für Giessereiformen im wesentlichen wasserfreie und in einem organischen Lösungsmittel lösliche Phenolharze, die mit Polyisocyanaten in Gegenwart eines tertiären Amins umgesetzt werden.

Dieses Verfahren wird im allgemeinen als Cold-Box-Verfahren bezeichnet. Obgleich dieses Verfahren bereits einen enormen technologischen Vorteil erbracht hat, konnten durch die vorliegende Erfindung kaum noch erwartete Verbesserungen erzielt werden und die oben angeführten Probleme gelöst werden.

Es wurde nämlich festgestellt, dass die oben geschilderten Nachteile vermieden werden können, wenn dem in organischen Lösungsmitteln löslichen Phenolharz und/oder dem Polyisocyanat direkt oder der daraus hergestellten Sandmischung 3 bis 50 Gew.%, bezogen auf die eingesetzte Harzmenge, oder 0,01 bis 2,0 Gew. %, bezogen auf die Sandmenge, Ester und/oder Anhydride, gegebenenfalls in Mischung mit freien Fettsäuren und/oder Harzsäuren, zugesetzt werden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach eine Sandmischung für das Herstellen von Formen und Kernen nach dem Cold-Box- oder Pep-Set-Verfahren, die als wesentliche Bestandteile Sand und Bindemittel enthält, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Zusätze von Estern und/oder Anhydriden in Mengen von 0,01 bis 2,0 Gew. %, bezogen auf die Sandmenge, und/oder von 2 bis 50 Gew. %, bezogen auf die Bindemittelmenge, enthält. Vorteilhaft werden die Zusätze durch Ester und/oder Anhydride von Dicarbonsäuren gebildet.

Als für die erfindungsgemässen Sandmischungen geeignete Zusätze sind beispielhaft zu nennen: Ester und/oder Anhydride der Abietinsäure, Di- bzw. Tetrahydroabietinsäure, Ölsäure Linolsäure Linolensäure, Rizinensäure, Phthalsäure, Adipinsäure, Oxybenzoesäure, Maleinsäure, Pimelinsäure u. dgl.

Bei der Alkoholkomponente des Esters kann es sich um einwertige Alkohole, aber auch mehrwertige Alkohole, wie beispielsweise Glycerin und Pentaerythrit, handeln. Es ist an sich nicht wichtig, diese Ester- bzw. Anhydride in ihrer reinen Form dem Form- oder Kernsandgemisch zuzusetzen, sondern es können auch freie Harzsäuren, beispielsweise bis zu Mengen von 30% und freie Fettsäuren, beispielsweise bis zu 10% gegenwärtig sein, wie z. B. Ölsäure, Linolensäure, Linolsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Tallölfettsäure, Sojaölfettsäure, Leinölsäure.

Die Zusätze können als solche oder gelöst in organischen Lösungsmitteln, wie Cyclohexanon, Testbenzine od. dgl. den Sandmischungen zugegeben sein. So haben sich Sandmischun gen bewährt, bei denen der Zusatz aus den Estern und/oder **WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**.