DE102019002802A1

DE102019002802A1 - Schlichtezusammensetzung, Verfahren zur Beschichtung einer Gießform, Verwendung der Schlichtezusammensetzung zur Beschichtung einer Gießform und Gießform

Info

Publication number: DE102019002802A1
Application number: DE102019002802.3A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Stötzel; Jörg Kroker
Original assignee: ASK Chemicals GmbH
Current assignee: ASK Chemicals GmbH
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2020-10-22
Also published as: KR20210152482A; MX2021012249A; CN113784809A; US20220212246A1; WO2020212433A1; BR112021018904A2; EP3956085A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schlichtezusammensetzung, umfassend: eine Feststoffkomponente, die einen ersten Feststoff umfasst, der im Temperaturbereich von etwa 150 bis etwa 1000 °C CO2abspalten kann, und der einen D50 Wert von höchstens etwa 10 µm aufweist. Ferner werden ein Verfahren zur Beschichtung einer Gießform, die Verwendung der Schlichtezusammensetzung zur Beschichtung einer Gießform sowie die beschichtete Gießform offenbart.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schlichtezusammensetzung, die Blattrippen im Eisen- und Schwermetallguss unterdrücken kann. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Beschichtung einer Gießform, die Verwendung der Schlichtezusammensetzung zur Beschichtung einer Gießform und die entsprechende Gießform.
Stand der Technik
Die meisten Erzeugnisse der Eisen-, Stahl- sowie der Nichteisenmetallindustrie durchlaufen zur ersten Formgebung Gießprozesse. Dabei werden die Schmelzflüssigwerkstoffe, Eisenmetalle bzw. Nichteisenmetalle, in geformte Gegenstände mit bestimmten Werkstückeigenschaften überführt. Für die Formgebung der Gussstücke müssen zunächst zum Teil sehr komplizierte Gießformen zur Aufnahme der Metallschmelze hergestellt werden. Die Gießformen werden unterteilt in verlorene Formen, die nach jedem Guss zerstört werden, sowie Dauerformen, mit denen jeweils eine große Anzahl von Gussstücken hergestellt werden können. Die verlorenen Formen bestehen meist aus einem feuerfesten, körnigen Formgrundstoff, der mit Hilfe eines härtbaren Bindemittels verfestigt wird.
Formen sind Negative, sie enthalten den auszugießenden Hohlraum, der das zu fertigende Gussstück ergibt. Die Innenkonturen des zukünftigen Gussstücks werden durch Kerne gebildet. Bei der Herstellung der Form wird mittels eines Modells des zu fertigenden Gussstücks der Hohlraum in den Formgrundstoff geformt. Innenkonturen werden durch Kerne dargestellt, die in einem separaten Kernkasten geformt werden.
Zur Herstellung der Gießformen können sowohl organische als auch anorganische Bindemittel eingesetzt werden, deren Aushärtung durch kalte oder heiße Verfahren erfolgen kann. Als kalte Verfahren bezeichnet man dabei Verfahren, bei denen die Aushärtung im Wesentlichen bei Raumtemperatur ohne Erhitzen der Formgrundstoffmischung erfolgt. Die Aushärtung erfolgt dabei meist durch eine chemische Reaktion, die beispielsweise dadurch ausgelöst werden kann, dass ein gasförmiger Katalysator durch die zu härtende Formgrundstoffmischung geleitet wird, oder indem der Formgrundstoffmischung ein flüssiger Katalysator zugesetzt wird. Bei heißen Verfahren wird die Formgrundstoffmischung nach der Formgebung auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt, um beispielsweise das im Bindemittel enthaltene Lösungsmittel auszutreiben, oder um eine chemische Reaktion zu initiieren, durch welche das Bindemittel durch Vernetzen ausgehärtet wird.
Die Herstellung der Gießformen kann dabei in der Weise verlaufen, dass der Formgrundstoff zunächst mit dem Bindemittel vermengt wird, sodass die Körner des Formgrundstoffs mit einem dünnen Film des Bindemittels überzogen sind. Die aus Formgrundstoff und Bindemittel erhaltene Formgrundstoffmischung kann dann in eine entsprechende Form eingebracht und gegebenenfalls verdichtet werden, um eine ausreichende Standfestigkeit der Gießform zu erreichen. Anschließend wird die Gießform ausgehärtet, beispielsweise indem sie erwärmt wird oder indem ein Katalysator zugegeben wird, der eine Aushärtungsreaktion bewirkt. Hat die Gießform zumindest eine gewisse Anfangsfestigkeit erreicht, so kann sie aus der Form entnommen werden.
Wie bereits erwähnt, werden Gießformen für die Herstellung von Metallkörpern häufig aus sogenannten Kernen und Formen zusammengesetzt. Dabei werden an die Kerne und Formen unterschiedliche Anforderungen gestellt. Bei Formen steht eine relativ große Oberfläche zur Verfügung, um Gase abzuleiten, die beim Abguss durch die Einwirkung des heißen Metalls entstehen. Bei Kernen steht meist nur eine sehr kleine Fläche zur Verfügung, über welche die Gase abgeleitet werden können. Bei zu starker Gasentwicklung besteht daher die Gefahr, dass Gas aus dem Kern in das flüssige Metall übertritt und dort zur Ausbildung von Gussfehlern führt. Oftmals werden die inneren Hohlräume daher durch Sandkerne erzeugt, welche durch Cold-Box-Bindemittel verfestigt wurden, also einem Bindemittel auf der Basis von Polyurethanen, während die äußere Kontur des Gussstücks durch kostengünstigere Formen dargestellt wird, wie eine Grünsandform, eine durch ein Furanharz oder ein Phenolharz gebundene Form oder durch eine Stahlkokille.
Für größere Formen werden meist organische Polymere als Bindemittel für den feuerfesten, körnigen Formgrundstoff verwendet. Als feuerfester, körniger Formgrundstoff wird häufig gewaschener, klassierter Quarzsand verwendet, aber auch andere Formgrundstoffe wie z. B. Zirkonsande, Chromitsande, Schamotten, Olivinsande, feldspathaltige Sande und Andalusitsande können eingesetzt werden. Die aus Formgrundstoff und Bindemittel erhaltene Formgrundstoffmischung liegt bevorzugt in einer rieselfähigen Form vor.
Gegenwärtig werden für die Herstellung von Gießformen vielfach organische Bindemittel, wie z. B. Polyurethan-, Furanharz- oder Epoxy-Acrylatbindemittel eingesetzt, bei denen die Aushärtung des Bindemittels durch Zugabe eines Katalysators erfolgt.
Die Auswahl des geeigneten Bindemittels richtet sich nach der Form und der Größe des herzustellenden Gussstücks, den Produktionsbedingungen sowie dem Werkstoff, der für den Guss verwendet wird. So werden bei der Herstellung kleiner Gussstücke, die in großen Zahlen hergestellt werden, oft Polyurethan-Bindemittel verwendet, da diese schnelle Taktzeiten und damit auch eine Serienherstellung ermöglichen.
Die Verwendung von Zweikomponenten-Polyurethan-Bindemitteln zur Kernherstellung hat in der Gießereiindustrie große Bedeutung erlangt. Eine Komponente enthält dabei ein Polyol mit mindestens zwei OH-Gruppen pro Molekül, die andere ein Polyisocyanat mit mindestens zwei NCO-Gruppen pro Molekül. Bei einer Form der Kernherstellung, dem sog. Cold-Box Verfahren, werden die beiden Komponenten zuerst gleichzeitig oder nacheinander mit einem geeigneten Formgrundstoff, z.B. Quarzsand, vermischt. Diese Mischung, die sog. Formgrundstoffmischung, wird anschließend in den Vorratsbehälter einer Kernschießmaschine überführt, von dort mit Hilfe von Druckluft in ein Formwerkzeug befördert und in diesem durch Einleiten eines gasförmigen niedrigsiedenden tertiären Amins als Katalysator ausgehärtet, so dass ein fester, selbsttragender Kern erhalten wird ( US 3,409,579 ). Als weitere Bestandteile kann der Formgrundstoff noch Additive enthalten, wie sie z.B. in EP 0 795 366 A1 beschrieben sind.
Als feuerfeste Formgrundstoffe können beispielsweise Quarz-, Zirkon- oder Chromerzsand, Olivin, Schamotte und Bauxit verwendet werden. Weiterhin können auch synthetisch hergestellte Formgrundstoffe eingesetzt werden, wie z.B. Aluminiumsilikathohlkugeln (sog. Microspheres), Glasperlen, Glasgranulat oder die unter der Bezeichnung „Cerabeads“ bzw. „Carboaccucast“ bekannten kugelförmigen keramischen Formgrundstoffe. Mischungen der genannten Formgrundstoffe sind ebenfalls möglich.
Um die Oberflächenbeschaffenheit der Gussstücke zu verbessern, können die Kerne und Formen vor der Verwendung mit einer Beschichtung, die als Schlichte bezeichnet wird, beschichtet werden.
Als zweckbestimmenden Anteil enthalten Schlichtezusammensetzungen konventionell mindestens einen Feuerfeststoff. Der Zweck dieses Feuerfeststoffs liegt hauptsächlich in der Beeinflussung der Oberfläche des zu beschichtenden Gussformkörpers, um den oben genannten Anforderungen hinsichtlich der Vermeidung von Sandfehlern, die zu Fehlern im Guss und zu Unsauberkeit des Gussteils führen, gerecht zu werden.
Beispielsweise kann in der Gießereitechnik der Feuerfeststoff die Sandporen eines Kern- oder Formteils verschließen, um das Eindringen des Gießmetalls zu verhindern.
Beispiele für Feuerfeststoffe sind Pyrophyllit, Zirkonsilikat, Andalusit, Schamotte, Eisenoxid, Kyanit, Bauxit, Olivin, Aluminiumoxid, Quarz, Talk, kalzinierte Kaoline (Metakaolin) und/oder Graphit alleine oder als Mischungen davon.
So beschreiben WO 2004/083321 A1 und EP 2 364 795 A1 die Verwendung von feinkörnigem Material, wie Metakaolin, das die Sandporen imprägnieren kann, und einem plättchenförmigen groben Pyrophyllit, das zu einer Abdeckung der Sandoberfläche führt und so zu einem guten Schutz sowohl gegen Blattrippen als auch Penetrationen führt.
Konventionellerweise umfasst eine Schlichtezusammensetzung eine Trägerflüssigkeit. Die festen Bestandteile der Schlichtezusammensetzung können mit der Trägerflüssigkeit eine Suspension bilden, wodurch die Feststoffbestandteile verarbeitbar werden und durch ein geeignetes Verfahren, wie z.B. Tauchen, auf den zu beschichtenden Körper aufgetragen werden können.
Allgemein wird beim Beschichten von porösen Stoffen das Auftragsverhalten der Beschichtungsmasse nicht nur durch die Rheologie der Beschichtungsmasse, sondern auch durch das Saugverhalten des porösen Körpers sowie durch das Rückhaltevermögen der Trägerflüssigkeit durch den Überzugsstoff beeinflusst. Hinsichtlich des Saugverhaltens poröser Körper ist zu bemerken, dass Substrate mit hydraulischen Bindemitteln wie Ton, Zement und Wasserglas die Trägerflüssigkeit in der Regel besonders stark aufsaugen.
Bei Beschichtungsmassen auf Basis eines wässrigen Systems ist der Einsatz von Stellmitteln, wie beispielsweise natürliche Schleime oder Zellulosederivate, bekannt. Diese bewirken zwar ein hohes Wasserrückhaltevermögen des Überzugstoffes, allerdings wird die Rheologie des Systems dahingehend negativ beeinflusst, dass die Beschichtungsmassen unvorteilhafte, geringere strukturviskose Eigenschaften aufweisen und zähflüssiger ablaufen. Dieses kann zu unerwünschten Anwendungsmerkmalen wie Tropfen- und Gardinenbildung sowie ungleichmäßigen Schichtstärken führen. Dabei ist insbesondere beim Tauchen als Aufbringungsmethode die Optimierung des Ablaufverhaltens der Beschichtungsmasse zur Erzielung von Konturenausbildung, gleichmäßiger Schichtdicke und geringer Tropfenbildung von Bedeutung.
Grundsätzlich sollte jede Beschichtungsmasse bei der Verarbeitung im homogenen Zustand gehalten werden, um ein Absetzen der Feststoffe der Suspension zu vermeiden. In Verbindung mit dem erforderlichen Auftragsverhalten sollen der rheologische Charakter sowie der Thixotropierungsgrad der komplexen Suspensionen den erwünschten Anforderungen entsprechen.
So werden beispielsweise quellfähig aktivierte Schichtsilikate in zahlreichen Gebieten der Technik als Verdickungsmittel für wasserhaltige Systeme eingesetzt. Unter Einsatz von Scherkräften werden dazu die Schichtsilikate in feinverteilter Form im System dispergiert, wobei sich die einzelnen Schichtplättchen weitgehend bis vollständig voneinander lösen und in dem System eine kolloidale Dispersion oder Suspension bilden, die zu einer Gelstruktur führt.
Ein Verfahren zur Herstellung von Gießformen und Kernen aus kunstharzgebundenem Formsand umfasst beispielsweise das Herstellen einer Grundform bzw. eines Grundkerns aus dem Formsand und das Aufbringen einer feuerfeste anorganische Bestandteile enthaltenden Schlichte zumindest auf diejenigen Oberflächen der/des Grundform/Grundkerns, die mit dem gegossenen Metall in Berührung kommen. Die Formbeschichtungen haben zum einen den Zweck, die Formteiloberfläche zu beeinflussen, das Gussstückaussehen zu verbessern, das Gussstück metallurgisch zu beeinflussen und/oder Gussfehler zu vermeiden. Ferner haben diese Beschichtungen oder Schlichten die Funktion, die Form vom flüssigen Metall beim Gießen chemisch zu isolieren, wodurch jegliche Haftung verhindert und die spätere Trennung von Form- und Gussteil ermöglicht wird. Darüber hinaus gewährleistet die Schlichte eine thermische Trennung von Form- und Gussstück. Die Wärmeübertragung kann gezielt genutzt werden, um das Abkühlen des Gussstücks zu beeinflussen. Bei der Fertigung von Cold-Box-Kernen treten in der Praxis immer wieder Probleme mit Expansionsfehlern des Sandes auf, die aufgrund des sogenannten Quarzsprungs der Umwandlung von α- in ß-Quarz und einer Längenausdehnung von etwa 1 % bei ca. 580 °C zu Spannungen in der Kernoberfläche führen. Hierdurch bedingt entstehen sogenannte Blattrippen (aufgerissene Kerne mit eingedrungenem Metall) oder Schülpen (abgesprengte Sandschicht), die zu einer erhabenen Gussoberfläche und an anderen Stellen zu Sandeinschlüssen führen.
Ein weiteres Thema ist die zunehmende Forderung von Automobilgießereien nach immer dünnwandigeren Gussteilen von 3 bis 5 mm mit einer hohen Maßgenauigkeit von 0,2 bis 0,3 mm. Da handelsübliche Schlichten zur Vermeidung von Gussfehlern im Automobilguss typischerweise mit einer Trockenschichtdicke von 0,2 bis 0,4 mm appliziert werden, stellt die hohe Schichtdicke eine Limitierung zur Verbesserung der Maßtoleranz dar. Sogenannte Tropfnasen oder Gardinenbildung führen zusätzlich beim Schlichteauftrag zu Problemen bei der Maßlichkeit und Dichtheit von dünnwandigen Gussteilen.
WO 2011/110798 A1 beschreibt eine Gießereibeschichtungszusammensetzung, umfassend einen flüssigen Träger, ein Bindemittel und einen teilchenförmigen feuerfesten Füllstoff, wobei der teilchenförmige feuerfeste Füllstoff eine erste relativ grobe Fraktion mit einer Teilchengröße von d > 38 µm und eine zweite relativ feine Fraktion mit einer Teilchengröße von d < 38 µm umfasst, wobei nicht mehr als 10 % des gesamten teilchenförmigen feuerfesten Füllstoffs eine Teilchengröße von 38 µm < d < 53 µm und 0 bis 50 % der zweiten relativ feinen Fraktion aus kalziniertem Kaolin besteht.
DE 10 2009 032 668 A1 beschreibt eine gebrauchsfertige Schlichte zur Herstellung von Formüberzügen auf verlorenen Formen bzw. auf Kernen für den Eisen- und Stahlguss, wobei die Schlichte einen gewichtsbezogenen Anteil von 0,001 % oder mehr und weniger als 1 % an anorganischen Hohlkörpern enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganischen Hohlkörper teilweise oder vollständig aus kristallinem Material bestehen.
WO 2006/063696 A1 beschreibt eine Schlichtezusammensetzung für Gießformen, umfassend eine Lösungsmittelkomponente und eine Feststoffkomponente, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffkomponente als Hauptbestandteil ein Gemisch aus Metakaolinit und Pyrophyllit umfasst.
EP 2 176 018 A1 beschreibt ein Verfahren zum Gießen von Vermicular- und Sphäro-Guss in einem SO₂ Epoxy gebundenen Sand, wo der Schwefel durch Carbonate daran gehindert wird, in der Randzone des Metalls eine Graphitentartung hervorzurufen. U.a. wird auch Erdalkalicarbonat genannt.
DE 10 2016 211 930 A1 beschreibt den Einsatz von Carbonaten und/oder Phosphaten in Kombination mit feuerfesten Füllstoffen, vorzugsweise auf säuregebundenen Sandformen zur Vermeidung des sogenannten weißen Belages.
WO 2011/075220 A1 beschreibt die Verwendung von Carbonaten als Additiv gegen Blattrippenbildung in der Sandmischung, wobei zwar keine Angabe der Korngrößenverteilung vorliegt, jedoch üblicherweise zur Reduzierung von Festigkeitsverlusten Körnungen von mehr als 50 µm verwendet werden.
Es war eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schlichtezusammensetzung bereitzustellen, welche die Herstellung von dünnwandigen Gussteilen mit einer hohen Maßtoleranz ermöglicht und einen guten Schutz gegen Blattrippen und Penetrationen gewährleistet.
Figurenliste

1: Schematische Seitenansicht eines Stufenkerns
2: Schematische Ansicht eines Stufenkerns von oben
3: Schematische Seitenansicht eines Domkerns

Zusammenfassung der Erfindung
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung die folgenden Punkte.

1. Eine Schlichtezusammensetzung, umfassend:
- eine Feststoffkomponente, die einen ersten Feststoff umfasst, der im Temperaturbereich von etwa 150 bis etwa 1000 °C CO₂ abspalten kann, und der einen D50 Wert von höchstens etwa 10 µm aufweist.
2. Die Schlichtezusammensetzung gemäß Punkt 1, wobei der erste Feststoff einen D99 Wert von höchstens etwa 30 µm und einen D90 Wert von höchstens etwa 20 µm aufweist.
3. Die Schlichtezusammensetzung gemäß Punkt 1 oder 2, wobei der erste Feststoff aus Carbonaten der Elemente der 2., 7., 8., 9., 10., 11. und 12. Gruppen des Periodensystems ausgewählt ist.
4. Die Schlichtezusammensetzung gemäß Punkt 3, wobei der erste Feststoff aus Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Dolomit, oder Eisencarbonat oder deren Mischungen ausgewählt ist.
5. Die Schlichtezusammensetzung gemäß Punkt 1 oder 2, wobei der erste Feststoff aus Stärke, insbesondere Reis- oder Haferstärke, ausgewählt ist.
6. Die Schlichtezusammensetzung gemäß einem der Punkte 1 bis 5, wobei die Schlichtezusammensetzung ferner eine Trägerflüssigkeit umfasst und wobei die Trägerflüssigkeit bevorzugt Wasser umfasst.
7. Die Schlichtezusammensetzung gemäß Punkt 6, wobei das Löslichkeitsprodukt des ersten Feststoffs in der Trägerflüssigkeit ausgedrückt als pK_L, bei 25 °C, mindestens etwa 4 beträgt.
8. Ein Verfahren zur Beschichtung einer Gießform, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
1. (a) Bereitstellen einer Gießform, gegebenenfalls mit einem oder mehreren Gießkernen bestückt, die eine Oberfläche umfasst, die einen Gießhohlraum definiert,
2. (b) Bereitstellen einer Schlichtezusammensetzung gemäß einem der Punkte 1 bis 7; und
3. (c) Aufbringen der Schlichtezusammensetzung auf mindestens einen Teil der Oberfläche, die den Gießhohlraum definiert.
9. Verfahren gemäß Punkt 8, wobei die Schlichtezusammensetzung ferner eine Trägerflüssigkeit umfasst und die Schlichtezusammensetzung nach Schritt (c) getrocknet wird.
10. Verfahren gemäß Punkt 8 oder 9, wobei die Schlichte mindestens 2 mm in die beschlichtete Oberfläche eindringt und die Schichtdicke der Schlichte nach dem Trocknen der Schlichte höchstens etwa 100 µm beträgt.
11. Verwendung einer Schlichtezusammensetzung gemäß einem der Punkte 1 bis 7 zur Beschichtung einer Gießform, wobei die Gießform, gegebenenfalls mit einem oder mehreren Gießkernen bestückt, eine Oberfläche umfasst, die einen Gießhohlraum definiert, und die Schlichtezusammensetzung auf mindestens einen Teil der Oberfläche, die den Gießhohlraum definiert, aufgebracht wird.
12. Verwendung gemäß Punkt 11, wobei die Schlichte mindestens 2 mm in die beschlichtete Oberfläche eindringt und die Schichtdicke der Schlichte nach dem Trocknen der Schlichte höchstens etwa 100 µm beträgt.
13. Eine beschichtete Gießform, gegebenenfalls mit einem oder mehreren Gießkernen bestückt, erhältlich nach dem Verfahren gemäß einem der Punkte 8 bis 10.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schlichtezusammensetzung, umfassend:

eine Feststoffkomponente, die einen ersten Feststoff umfasst, der im Temperaturbereich von etwa 150 bis etwa 1000 °C CO₂ abspalten kann, und der einen D50 Wert von höchstens etwa 10 µm aufweist.

Feststoffkomponente
Als Feststoffkomponente werden alle Komponenten, die nach dem Trocknen der gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzung als Feststoffe vorliegen, bezeichnet. Als Trocknungstemperatur kann in diesem Zusammenhang bspw. 120 °C angegeben werden.
Erster Feststoff
Die Korngrößenverteilung der einzelnen Bestandteile der Schlichtezusammensetzung und insbesondere des ersten Feststoffs kann anhand der Durchgangsanteile D99, D90, D50 und D10 bestimmt werden. Diese sind Maßzahlen für die Teilchengrößenverteilung. Hierbei bezeichnen die Durchgangsanteile D99, D90, D50 bzw. D10 die Anteile in 99 %, 90 %, 50 % bzw. 10 % der Teilchen, welche durch ein Sieb mit einer Maschenweite entsprechend der bezeichneten Korngrößefraktion hindurchgehen. Bei einem D50-Wert von beispielsweise 10 µm weisen 50% der Teilchen eine Größe von weniger als 10 µm auf. Die Korngröße und die Durchgangsanteile D99, D90, D50 und D10 können mittels Laserbeugungsgranulometrie gemäß ISO13320 bestimmt werden. Angegeben sind die Durchgangsanteile auf Volumen-Basis. Bei nicht kugelförmigen Teilchen wird eine hypothetische kugelförmige Korngröße errechnet und zugrunde gelegt.
Der D10 Wert des ersten Feststoffs beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform höchstens etwa 3 µm, stärker bevorzugt von etwa 0,1 µm bis etwa 3 µm, stärker bevorzugt von etwa 0,1 µm bis etwa 2 µm, besonders bevorzugt von etwa 0,1 µm bis etwa 1 µm.
Der D50 Wert des ersten Feststoffs beträgt höchstens etwa 10 µm, bevorzugt von etwa 0,5 µm bis etwa 10 µm, stärker bevorzugt von etwa 0,5 µm bis etwa 7 µm, besonders bevorzugt von etwa 0,5 µm bis etwa 6 µηι.
Der D90 Wert des ersten Feststoffs beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform höchstens etwa 20 µm, stärker bevorzugt von etwa 5 µm bis etwa 20 µm, weiter bevorzugt von etwa 5 µm bis etwa 15 µm), besonders bevorzugt von etwa 5 µm bis etwa 10 µηι.
Der D99 Wert des ersten Feststoffs beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform höchstens etwa 30 µm, stärker bevorzugt von etwa 5 µm bis etwa 30 µm, weiter bevorzugt von etwa 5 µm bis etwa 20 µm, besonders bevorzugt von etwa 5 µm bis etwa 15 µm.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind einer oder mehrere der obengenannten D10, D50, D99 und D90 Werte gleichzeitig erfüllt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind gleichzeitig die obengenannten D50, D99, D90 Werte und optional der D10 Wert erfüllt.
Die gewünschte Körnung kann eingestellt werden, indem der erste Feststoff zerkleinert wird, bis die gewünschte Körnung erreicht wird. Alternativ oder zusätzlich kann die gewünschte Körnung durch Sieben bereitgestellt werden. Bei synthetischen ersten Feststoffen ist es auch möglich, die Verfahrensparameter bei der Herstellung so einzustellen, dass die gewünschte Körnung erreicht wird.
Der erste Feststoff spaltet im Temperaturbereich von etwa 150 bis etwa 1000 °C, bevorzugt etwa 300 bis etwa 1000 °C, CO₂ ab. Dies kann bestimmt werden, indem der erste Feststoff in einer Stickstoff-Atmosphäre in einem Röhrenofen erhitzt wird und mittels Absorption in einer Waschflasche mit Kalkmilch und anschließender Filtration, Trocknung und gravimetrischer Bestimmung gemessen wird, ob bei mindestens einer Temperatur im genannten Bereich CO₂ emittiert wird. Der CO₂ Partialdruck sollte unter 0,01 bar liegen, um Fehler durch Gleichgewichtsbeeinflussung zu vermeiden. Die erfindungsgemäß geforderte Abspaltung von CO₂ umfasst somit nur die Zersetzung des ersten Feststoffs, wobei CO₂ entsteht, und nicht eine Verbrennung desselben.
Die chemische Zusammensetzung des ersten Feststoffs ist nicht besonders beschränkt, sofern der erste Feststoff in der Lage ist, wie gefordert, CO₂ abzuspalten.
In einer Ausführungsform ist der erste Feststoff aus Carbonaten der Elemente der 2., 7., 8., 9., 10., 11. und 12. Gruppen des Periodensystems ausgewählt. Vorzugsweise ist der erste Feststoff aus Carbonaten von Mg, Ca, Sr, Ba, Mn, Fe, Co, Ni, Cu und Zn ausgewählt, bevorzugt Mg, Ca, Mn, Fe, Cu und Zn, besonders bevorzugt Mg, Ca, Mn und Fe, noch stärker bevorzugt Mg, Ca und Fe.
Als Carbonate können auch Mischcarbonate der vorstehenden Elemente wie bspw. Calcium-Magnesium-Carbonat eingesetzt werden. Mischungen der vorstehend genannten Carbonate sind auch möglich.
Des Weiteren ist es selbstverständlich, dass die Carbonate nicht nur in Reinform, sondern auch in Form von natürlichen Mineralien verwendet werden können. Bei natürlichen Mineralien ist der Gehalt an Carbonaten der Elemente der 2., 7., 8., 9., 10., 11. und 12. Gruppen des Periodensystems bevorzugt mehr als etwa 50 Gew.-%, stärker bevorzugt mehr als etwa 70 Gew.-% und besonders bevorzugt mehr als 90 Gew.-%.
Calciumcarbonat
Calciumcarbonat CaCO₃ kann in Reinform oder in Form eines natürlichen Minerals wie Calcit (Kalkspat, Doppelspat), Aragonit und Vaterit verwendet werden. Bekannte natürliche Mineralien, die Calcit, Aragonit oder Vaterit enthalten, sind Kreide, Kalkstein und Marmor.
Calciumcarbonat kann synthetisch nach den auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren hergestellt werden. Unter anderem sind die Fällung mit Kohlendioxid, das Kalk-Soda-Verfahren und der Solvay-Prozess, bei dem Calciumcarbonat als Nebenprodukt der Ammoniak-Herstellung anfällt, bekannt.
Calciumcarbonat kommt in mehreren wasserfreien und auch zwei Hydrat-Modifikationen sowie weiteren amorphen Formen vor. Sie zerfallen ab etwa 600 °C in Calciumoxid und Kohlendioxid: CaCO₃ → CaO + CO₂
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Art des Calciumcarbonats nicht besonders beschränkt. Jedes bekannte Calciumcarbonat kann verwendet werden. Das Calciumcarbonat kann bevorzugt aus Calcit und Aragonit ausgewählt sein, stärker bevorzugt ist das Calciumcarbonat Calcit.
Magnesiumcarbonat
Magnesiumcarbonat MgCO₃ kann in Reinform oder in Form eines natürlichen Minerals wie Magnesit (Bitterspat), Barringtonit, Nesquehonit und Lansfordit verwendet werden.
Magnesiumcarbonat kann synthetisch nach den auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren hergestellt werden. Unter anderem ist die Fällung mit Kohlendioxid bekannt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Art des Magnesiumcarbonats nicht besonders beschränkt. Jedes bekannte Magnesiumcarbonat kann verwendet werden. Das Magnesiumcarbonat kann bevorzugt aus Magnesit, Magnesia Alba und Upsalit ausgewählt werden, besonders bevorzugt ist Magnesit.
Calcium-Maqnesium-Carbonat
Calciumcarbonate und Magnesiumcarbonat können als Mischcarbonate verwendet werden. Ein bekanntes Calcium-Magnesium-Carbonat ist Dolomit CaMg(CO₃)₂, der auch als Dolomitspat, Rautenspat und Perlspat vorkommt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Art des Calcium-Magnesium-Carbonats nicht besonders beschränkt, bevorzugt kann Dolomit verwendet werden.
Eisencarbonat
Eisencarbonat FeCO₃ kann in Reinform oder in Form eines natürlichen Minerals wie Siderit, Eisenkalk, Eisenspat, Spateisenstein, Chalybit und Stahlstein verwendet werden, bevorzugt wird Siderit verwendet. Alternativ kann Eisencarbonat synthetisch nach den auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren hergestellt werden.
Mangancarbonat
Mangancarbonat MnCO₃ kann in Reinform oder in Form eines natürlichen Minerals wie Rhodochrosit verwendet werden. Alternativ kann Mangancarbonat synthetisch nach den auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren hergestellt werden.
Zinkcarbonat
Zinkcarbonat ZnCO₃ kann in Reinform oder in Form eines natürlichen Minerals wie Smithsonit verwendet werden. Alternativ kann Zinkcarbonat synthetisch nach den auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren hergestellt werden.
Kupfercarbonat
Kupfercarbonat CuCO₃ kann in Form von basischen Verbindungen oder in Form eines natürlichen Minerals wie Malachit und Azurit verwendet werden. Alternativ kann Kupfercarbonat synthetisch nach den auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren hergestellt werden.

Die nachfolgende Tabelle gibt eine Übersicht über die Eigenschaften bevorzugter Carbonatverbindungen.

Verbindung	Abspaltung von CO₂ [°C]	Löslichkeitsprodukt pK_L
Calcit	898	8,48
Magnesit	650	8,03
Dolomit	800	17,09
Siderit	200	10,89
Zinkcarbonat	180	10,00
Kupfercarbonat	280	9,63
Malachit*	350-384	33,16
Rhodochrosit	350	10,39
*als CuCO₃ Cu(OH)₂

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Feststoff aus Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Dolomit, oder Eisencarbonat oder deren Mischungen ausgewählt.
In einer zweiten Ausführungsform ist der erste Feststoff aus Stärke, insbesondere Reis- oder Haferstärke, ausgewählt. Die Stärke sollte bevorzugt wie nachstehend beschrieben in der Trägerflüssigkeit unlöslich sein.
Die Schlichtezusammensetzung enthält in der gebrauchsfertigen Form vorzugsweise eine Trägerflüssigkeit. Es ist bevorzugt, wenn der erste Feststoff in der Trägerflüssigkeit unlöslich ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter „in der Trägerflüssigkeit unlöslich“ verstanden, dass der erste Feststoff bei 25 °C ein Löslichkeitsprodukt, ausgedrückt als pK_L, von mindestens etwa 4, bevorzugt mindestens etwa 6 aufweist. Das Löslichkeitsprodukt kann gemessen werden, indem man eine bestimmte Menge zu messender Substanz (z.B. 100 g) in eine bestimmte Menge Lösungsmittel (z.B. 1 Liter) mit einer Temperatur von 25 °C einmischt, die Flüssigkeit abfiltert, und den gelösten Anteil entweder durch Abdampfen des Lösungsmittels oder durch chemische Analyse der gelösten Substanz ermittelt.
Die Menge des ersten Feststoffs in der Feststoffkomponente ist nicht besonders beschränkt und kann von etwa 65 bis etwa 99 Gew.-%, bevorzugt etwa 80 bis etwa 99 Gew.-%, stärker bevorzugt etwa 90 bis etwa 99 Gew.-% betragen. Die Obergrenze der Menge des ersten Feststoffs in der Feststoffkomponente kann 90 Gew.-%, bevorzugt 95 Gew.-% betragen. Natürliche Mineralien enthalten häufig Mischungen von diversen chemischen Verbindungen. Falls ein natürliches Mineral eingesetzt wird, bezieht sich die vorstehend angegebene Menge des ersten Feststoffs auf die Menge der chemischen Verbindung(en), die im Temperaturbereich von etwa 150 bis etwa 1000 °C CO₂ abspalten können. Bei einem Dolomitgestein, das bspw. zu 90 Gew.-% aus Calcium-Magnesium-Carbonat und zu 10 Gew.-% aus anderen Bestandteilen, die nicht CO₂ abspalten können, besteht, würden bei der Berechnung der vorstehend angegebenen Menge nur die 90 Gew.-% Calcium-Magnesium-Carbonat berücksichtigt werden. Die 10 Gew.-% aus anderen Bestandteilen, die nicht CO₂ abspalten können, wären somit Teil der Feststoffkomponente, sofern diese bei der definierten Trocknung als Feststoffrückstand verbleiben.
Zweiter Feststoff
Die Feststoffkomponente kann neben dem ersten Feststoff auch einen zweiten Feststoff enthalten. Als zweiter Feststoff wird jeder Feststoff verstanden, der nicht in der Lage ist, CO₂ im Temperaturbereich von etwa 150 bis etwa 1000 °C abzuspalten.
Beispiele für den zweiten Feststoff umfassen Graphit, Glimmer, nicht quellfähige Aluminiumsilikate und quellfähige Schichtsilikate.
Graphit kann in einer Menge von 0 bis etwa 20 Gew.-%, bevorzugt von 0 bis etwa 10 Gew.-%, bezogen auf die Feststoffkomponente, enthalten sein.
Eine oder mehrere Arten von Glimmer können verwendet werden. Beispiele hierfür sind Muskovit oder Phlogopit-Glimmer. Glimmer können in einer Menge von 0 bis etwa 10 Gew.-%, bevorzugt von 0 bis etwa 5 Gew.-%, stärker bevorzugt von 0 bis etwa 2 Gew.-%, bezogen auf die Feststoffkomponente, enthalten sein.
Der zweite Feststoff kann ein oder mehrere nicht quellfähige Aluminiumsilikate enthalten. Als Beispiele hierfür lassen sich Pyrophyllit, Metakaolinit, Mullit, Kyanit oder Silimanit nennen. Bevorzugt werden Pyrophyllit und Metakaolinit eingesetzt. Nicht quellfähige Aluminiumsilikate können in einer Menge von 0 bis etwa 10 Gew.-%, bevorzugt von 0 bis etwa 5 Gew.-%, bezogen auf die Feststoffkomponente, enthalten sein.
Der D10 Wert des zweiten Feststoffs (ausgenommen die quellfähigen Schichtsilikate) beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform höchstens etwa 15 µm, bevorzugt von etwa 0,1 µm bis etwa 10 µm, besonders bevorzugt von etwa 0,1 µm bis etwa 8 µm, insbesonders bevorzugt von etwa 0,1 µm bis etwa 7 µm.
Der D50 Wert des zweiten Feststoffs (ausgenommen die quellfähigen Schichtsilikate) beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform höchstens etwa 50 µm, stärker bevorzugt von etwa 0,5 µm bis etwa 30 µm, weiter bevorzugt von etwa 0,5 µm bis etwa 25 µm, besonders bevorzugt von etwa 0,5 µm bis etwa 20 µm.
Der D90 Wert des zweiten Feststoffs (ausgenommen die quellfähigen Schichtsilikate) beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform höchstens etwa 100 µm, stärker bevorzugt von etwa 5 µm bis etwa 90 µm, weiter bevorzugt von etwa 5 µm bis etwa 80 µm, besonders bevorzugt von etwa 5 µm bis etwa 75 µm.
Der D99 Wert des zweiten Feststoffs (ausgenommen die quellfähigen Schichtsilikate) beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform höchstens etwa 250 µm), stärker bevorzugt von etwa 5 µm bis etwa 200 µm, weiter bevorzugt von etwa 5 µm bis etwa 150 µm, besonders bevorzugt von etwa 5 µm bis etwa 100 µm.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind eine oder mehrere der oben genannten D50, D99 und D90 Werte gleichzeitig erfüllt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die oben genannten D10, D50, D99 und D90 Werte gleichzeitig erfüllt.
Unter Quellfähigkeit versteht man die Eigenschaft von dispergierten Feststoffen in Lösemittel diese einzulagern und somit voluminöser zu werden. Hierdurch wird üblicherweise die Viskosität sehr stark erhöht.
In einer Ausführungsform umfasst der zweite Feststoff ein oder mehrere quellfähige Schichtsilikate, um das Absetzverhalten der Schlichtezusammensetzung zu reduzieren und die Rheologie zu steuern. Die quellfähigen Schichtsilikate sind nicht besonders beschränkt. Jedes dem Fachmann bekannte quellfähige Schichtsilikat kann verwendet werden, welches zur Einlagerung von Wasser zwischen den Schichten befähigt ist. Bevorzugt kann das quellfähige Schichtsilikat aus Attapulgit (Palygorskit), Ball Clay, Serpentinen, Kaolinen, Smektiten (wie Saponit, Montmorillonit, Beidellit und Nontronit), Vermiculit, Illit, Sepiolith, synthetisches Lithium-Magnesium Schichtsilikat LAPONITE RD und Gemischen davon ausgewählt sein, besonders bevorzugt Attapulgit (Palygorskit), Serpentine, Smektite (wie Saponit, Beidellit und Nontronit), Vermiculit, Illit, Sepiolith, synthetisches Lithium-Magnesium Schichtsilikat LAPONITE RD und Gemischen davon, insbesondere bevorzugt kann das quellfähige Schichtsilikat Attapulgit sein. Attapulgit wird bevorzugt verwendet wegen der Erhöhung der Fließgrenze.
Weiterhin ist die Korngröße der quellfähigen Schichtsilikate nicht besonders beschränkt, jegliche übliche Korngröße kann verwendet werden. Die für den zweiten Feststoff angegebenen D10, D50, D90 und D99 Werte gelten auch für die quellfähigen Schichtsilikate.
Der D10 Wert der quellfähigen Schichtsilikate beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform höchstens etwa 5 µm, stärker bevorzugt von etwa 0,1 µm bis etwa 5 µm), weiter bevorzugt von etwa 0,1 µm bis etwa 4 µm, besonders bevorzugt von etwa 0,1 µm bis etwa 3 µm.
Der D50 Wert der quellfähigen Schichtsilikate beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform höchstens etwa 30 µm, stärker bevorzugt von etwa 0,5 µm bis etwa 25 µm, weiter bevorzugt von etwa 0,5 µm bis etwa 20 µm, besonders bevorzugt von etwa 0,5 µm bis etwa 15 µηι.
Bevorzugt kann der D90 Wert der quellfähigen Schichtsilikate von höchstens etwa 50 µm, stärker bevorzugt von etwa 5 µm bis etwa 40 µm, weiter bevorzugt von etwa 5 µm bis etwa 30 µm, stärker bevorzugt von etwa 5 µm bis etwa 25 µm betragen.
Der D99 Wert der quellfähigen Schichtsilikate beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform höchstens etwa 100 µm, stärker bevorzugt von etwa 5 µm bis etwa 90 µm, weiter bevorzugt von etwa 5 µm bis etwa 80 µm, besonders bevorzugt von etwa 5 µm bis etwa 75 µm.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind eine oder mehrere der obengenannten D50, D99 und D90 Werte gleichzeitig erfüllt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind gleichzeitig die obengenannten D50, D99 und D90 Werte erfüllt.
Der Anteil der quellfähigen Schichtsilikate (insbesondere Attapulgit) in der Schlichtezusammensetzung ist nicht besonders beschränkt, bevorzugt kann dieser von etwa 0 bis etwa 5 Gewichtsteile, weiter bevorzugt von etwa 0,1 bis etwa 5 Gewichtsteile, besonders bevorzugt von etwa 0,1 bis etwa 4 Gewichtsteile, noch stärker bevorzugt von etwa 0,1 bis 2 Gewichtsteile, bezogen auf die Feststoffkomponente, enthalten.
Trägerflüssigkeit
Die Schlichtezusammensetzung kann zur Vereinfachung der Aufbringung eine Trägerflüssigkeit enthalten. Als Trägerflüssigkeit werden alle Bestandteile, die durch das Trocknen der gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzung verflüchtigt werden und nicht in der getrockneten Schlichte vorliegen, bezeichnet.
Die Schlichtezusammensetzung kann als trockenes Pulver, als Konzentrat, welches einen Teil der benötigten Menge an Trägerflüssigkeit enthält und vor der Anwendung mit weiterer Trägerflüssigkeit verdünnt werden soll, oder als gebrauchsfertige Schlichtezusammensetzung, die bereits die gewünschte Menge Trägerflüssigkeit enthält, bereitgestellt werden.
Die Trägerflüssigkeit kann von einem Fachmann gemäß der vorgesehenen Anwendung ausgewählt werden. Bevorzugt kann die Trägerflüssigkeit aus Wasser, Alkoholen wie beispielsweise aliphatischen C₁-C₅ Alkoholen, oder Gemischen davon ausgewählt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Trägerflüssigkeit Wasser, Methanol, Ethanol, n-Propanol, iso-Propanol, n-Butanol, oder Gemische davon, besonders bevorzugt Wasser, Ethanol, iso-Propanol oder Gemische davon, stärker bevorzugt kann die Trägerflüssigkeit Wasser sein.
Schlichtezusammensetzungen, deren Trägerflüssigkeit hauptsächlich aus Wasser besteht, werden üblicherweise Wasserschlichten genannt. Schlichtezusammensetzungen, deren Trägerflüssigkeit hauptsächlich aus Alkohol oder Alkoholgemischen besteht, werden Alkoholschlichten genannt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Trägerflüssigkeit etwa 0 bis etwa 100 Gew.-%, vorzugsweise etwa 30 bis etwa 100 Gew.-%, stärker bevorzugt etwa 60 bis etwa 100 Gew.-%, Wasser, und als weitere Komponente etwa 100 bis etwa 0 Gew.-%, bevorzugt etwa 70 bis etwa 0 Gew.-%, stärker bevorzugt etwa 40 bis etwa 0 Gew.-%, eines oder mehrerer vorstehend definierter Alkohole, bezogen auf die Trägerflüssigkeit. Erfindungsgemäß können sowohl reine Wasserschlichten als auch reine Alkoholschlichten als auch Wasser/Alkohol-Gemische eingesetzt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist Wasser die alleinige Trägerflüssigkeit. Alternativ ist es auch möglich, Schlichtezusammensetzungen herzustellen, deren Lösungsmittelkomponente aus Alkohol oder bei sogenannten Hybridschlichten zunächst nur aus Wasser besteht. Durch Verdünnen mit einem Alkohol oder einem Alkoholgemisch können diese Schlichten als Alkoholschlichten verwendet werden. Vorzugsweise werden hierbei Ethanol, Propanol, iso-Propanol und Gemische davon verwendet.
Bei Bedarf können weitere organische Lösungsmittel verwendet werden. Beispiele hierfür sind Essigsäurealkylester wie Essigsäureethylester und Essigsäurebutylester, und Ketone wie Aceton und Methylethylketon. Der Anteil der weiteren organischen Lösungsmittel ist nicht besonders beschränkt, bevorzugt kann dieser von etwa 0 bis etwa 10 Gew.-%, weiter bevorzugt von etwa 0 bis etwa 5 Gew.-%, besonders bevorzugt von etwa 0 bis etwa 1 Gew.-%, bezogen auf die Trägerflüssigkeit, betragen.
Der Anteil der Trägerflüssigkeit in der Schlichtezusammensetzung ist nicht besonders beschränkt, bevorzugt kann dieser 80 Gew.-% oder weniger, weiter bevorzugt 75 Gew.-% oder weniger, besonders bevorzugt 70 Gew.-% oder weniger, betragen.
Dementsprechend beträgt der Anteil der Feststoffkomponente in der Schlichtezusammensetzung bevorzugt etwa 20 Gew.-% oder mehr, weiter bevorzugt etwa 25 Gew.-% oder mehr, besonders bevorzugt etwa 30 Gew.-% oder mehr.
Bei der gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzung beträgt der Anteil der Trägerflüssigkeit bevorzugt von etwa 40 bis etwa 85 Gew.-%, weiter bevorzugt von etwa 45 bis etwa 85 Gew.-%, besonders bevorzugt von etwa 50 bis etwa 85 Gew.-%.
Dementsprechend beträgt der Anteil der Feststoffkomponente in der gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzung bevorzugt von etwa 15 bis etwa 60 Gew.-%, weiter bevorzugt von etwa 15 bis etwa 55 Gew.-%, besonders bevorzugt von etwa 15 bis etwa 50 Gew.-%.
Optionale Additive
Neben den vorstehenden Bestandteilen kann die Schlichtezusammensetzung übliche Additive wie Bindemittel, Netzmittel, Entschäumer, Pigmente, Farbstoffe und Biozidwirkstoffe enthalten.
Bindemittel
Die Aufgabe eines Bindemittels liegt vor allem darin, die Feststoffkomponente zu binden. Vorzugsweise zeichnet sich das Bindemittel durch eine irreversible Bindung aus und ergibt somit eine abriebfeste Beschichtung auf der Gießform. Die Abriebfestigkeit ist für die fertige Beschichtung von großer Bedeutung, da die Beschichtung bei mangelnder Abriebfestigkeit beschädigt werden kann. Insbesondere sollte das Bindemittel durch Luftfeuchtigkeit nicht rückerweichen. Erfindungsgemäß können alle Bindemittel verwendet werden, die konventionell bspw. in wässrigen und/oder Wasser-Alkohol-Systemen Anwendung finden. Als Bindemittel können beispielsweise wasserlösliche Stärken oder Dextrine, deren D50 Wert mehr als etwa 10 µm (bevorzugt mindestens etwa 15 µm) beträgt und die in der Trägerflüssigkeit löslich sind, Peptide, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetatcopolymere, Polyacrylsäure, Polystyrol, Polyvinylacetat-Polyacrylatdispersionen und Gemische davon eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Bindemittel eine Dispersion eines Alkydharzes, welches sowohl in Wasser als auch in niedrigen (bspw. C_1-4) Alkoholen, wie Ethanol, Propanol und Isopropanol, löslich ist. Beispiele für Alkydharze sind unmodifizierte wasserdispergierbare Alkydharze, basierend auf einem Naturöl oder deren Fettsäuren mit Polyalkoholen, wie sie beispielsweise in US 3,442,835 beschrieben sind, oder Isocyanat-modifizierte Alkydharze, wie sie beispielsweise in US 3,639,315 beschrieben und welche bevorzugt sind, oder Epoxid-Urethan-modifizierte Alkydharze gemäß DE 43 08 188 . Beispielsweise sind Produkte der NECOWEL-Reihe von ASK Chemicals GmbH, 40721 Hilden, Deutschland, verwendbar. Weitere bevorzugte Bindemittel sind Polyvinylalkohole und Polyvinylacetatcopolymere, insbesondere Polyvinylalkohole.
Unter „Bindemittel“ wird die bindend wirksame Komponente verstanden, die auch als Lösung oder Dispersion in verdünnter Form vorliegen kann.
Die Bindemittel werden vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 5 Gewichtsteile, stärker bevorzugt etwa 0,2 bis etwa 2 Gewichtsteile, bezogen auf alle Bestandteile der Schlichtezusammensetzung, verwendet.
Netzmittel
Als Netzmittel können vorzugsweise dem Fachmann bekannte anionische und nichtanionische Tenside mittlerer und hoher Polarität (HLB-Wert von 7 und höher) eingesetzt werden. Beispiele für Netzmittel, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind Dinatrium-dioctylsulfosuccinat, ethoxyliertes 2,5,8,11-Tetramethyl-6-dodecyn-5,8-diol, ethoxyliertes 2,4,7,9-Tetramethyl-5-decyn-4,7-diol oder Kombinationen von diesen, besonders bevorzugt kann ethoxyliertes 2,4,7,9-Tetramethyl-5-decyn-4,7-diol verwendet werden.
Die Netzmittel werden vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 1 Gewichtsteile, stärker bevorzugt von etwa 0,05 bis etwa 0,3 Gewichtsteile, noch stärker bevorzugt von etwa 0,1 bis etwa 0,3 Gewichtsteile, bezogen auf alle Bestandteile der Schlichtezusammensetzung, verwendet.
Entschäumer
Entschäumer oder Antischaummittel werden verwendet, um bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung und beim Auftragen derselben eine Schaumbildung zu verhindern. Schaumbildung beim Auftragen der Schlichtezusammensetzung kann zu einer ungleichmäßigen Schichtdicke und zu Löchern in der Beschichtung führen. Als Entschäumer können beispielsweise Silikon- oder Mineralöl verwendet werden. Bevorzugt kann der Entschäumer aus der FINASOL Produktreihe, kommerziell erhältlich von Total Deutschland GmbH, ausgewählt sein.
In der vorliegenden Schlichtezusammensetzung werden Entschäumer in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 1 Gewichtsteile, stärker bevorzugt von etwa 0,05 bis etwa 0,3 Gewichtsteile, noch stärker bevorzugt von etwa 0,1 bis etwa 0,2 Gewichtsteile, bezogen auf alle Bestandteile der Schlichtezusammensetzung, verwendet.
Pigmente und Farbstoffe
In der erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung können gegebenenfalls übliche Pigmente und Farbstoffe verwendet werden. Diese werden gegebenenfalls zugesetzt, um einen sichtbaren Kontrast, z.B. zwischen verschiedenen Schichten, zu erreichen beziehungsweise einen stärkeren Trenneffekt der Schlichte vom Guss zu bewirken. Beispiele für Pigmente sind rotes und gelbes Eisenoxid. Beispiele für Farbstoffe sind handelsübliche Farbstoffe wie die LUCONYL Produkte von BASF SE.
Die Farbstoffe und Pigmente werden üblicherweise in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 10 Gewichtsteile, vorzugsweise von etwa 0,05 bis etwa 5 Gewichtsteile, bezogen auf alle Bestandteile der Schlichtezusammensetzung, verwendet.
Biozidwirkstoffe
Die Schlichtezusammensetzung kann gegebenenfalls (vor allem wenn die Trägerflüssigkeit Wasser umfasst) ein oder mehrere Biozidwirkstoffe enthalten, um einen bakteriellen Befall zu verhindern und damit einen negativen Einfluss auf die Rheologie und die Bindekraft der Bindungsmittel zu vermeiden. Die Biozidwirkstoffe sind nicht besonders beschränkt, bevorzugt können diese aus der Gruppe bestehend aus Formaldehyd, Glutaraldehyd, Tetramethylolacetylendiharnstoff, 2-Methyl-4-isothiazolin-3-on (MIT), 5-Chlor-2-methyl-4-isothiazolin-3-on (CIT), 1,2-Benzisothiazolin-3-on (BIT), oder Gemischen davon, weiter bevorzugt aus 2-Methyl-4-isothiazolin-3-on (MIT), 1,2-Benzisothiazolin-3-on (BIT), oder Gemischen davon, ausgewählt werden.
Der Anteil der Biozidwirkstoffe in der Schlichtezusammensetzung ist nicht besonders beschränkt und hängt vom ausgewählten Biozidwirkstoff ab. Der Anteil kann bspw. von etwa 0,001 bis etwa 1,0 Gewichtsteile, bevorzugt von etwa 0,005 bis etwa 1,0 Gewichtsteile, stärker bevorzugt von etwa 0,007 bis etwa 1,0 Gewichtsteile, noch stärker bevorzugt von etwa 0,007 bis etwa 0,9 Gewichtsteile, besonders bevorzugt von etwa 0,007 bis etwa 0,8 Gewichtsteile, bezogen auf alle Bestandteile der Schlichtezusammensetzung, betragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst eine erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung etwa 10 bis etwa 60 Gewichtsteile Calciumcarbonat, und etwa 0,1 bis etwa 2 Gewichtsteile Attapulgit, bezogen auf die Feststoffkomponente. Des Weiteren enthält die Schlichtezusammensetzung etwa 0,2 bis etwa 2 Gewichtsteile Bindemittel, etwa 0,1 bis etwa 0,3 Gewichtsteile Netzmittel, etwa 0,1 bis etwa 0,2 Gewichtsteile Entschäumer, etwa 0,005 bis etwa 0,3 Gewichtsteile Biozidwirkstoff sowie als Differenz zu 100 Gewichts-% die Trägerflüssigkeit, besonders bevorzugt Wasser.
Herstellung der Schlichtezusammensetzung
Die erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzungen werden nach üblichen Verfahren hergestellt. Beispielsweise wird eine erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung hergestellt, indem ein Großteil der Trägerflüssigkeit (vorzugsweise die gesamte Menge der Trägerflüssigkeit) vorgelegt und hierin quellfähige Schichtsilikate (falls verwendet) durch Verwendung eines hochscherenden Rührers (z.B. etwa 400 bis etwa 2000 U/min) aufgeschlossen werden (Vormischung B in den Beispielen). Anschließend werden weitere Feststoffkomponenten, beispielsweise der erste Feststoff und (falls verwendet) Pigmente und Farbstoffe eingerührt, bis eine homogene Mischung entsteht. Die Reihenfolge der Zugabe spielt hierbei keine oder nur eine untergeordnete Rolle und kann von einem Fachmann leicht bestimmt werden. Zum Schluss werden (falls verwendet) Netzmittel, Entschäumer, Biozidwirkstoffe und Bindemittel eingerührt. Die Schlichtezusammensetzung wird bspw. bei einer Temperatur von vorzugsweise etwa 5 bis etwa 50 °C, stärker bevorzugt etwa 10 bis etwa 30 °C, mit einer Rührerdrehzahl von vorzugsweise etwa 400 bis etwa 2000 U/min, stärker bevorzugt etwa 1000 bis etwa 1500 U/min, und mit einer Zahnscheibe mit vorzugsweise d/D = etwa 0,3 bis etwa 0,7, stärker bevorzugt d/D = etwa 0,4 bis etwa 0,6 (d ist der Durchmesser der Zahnscheibe des Rührers; D ist der Durchmesser des Rührbehälters) hergestellt.
Die Eigenschaften der Schlichtezusammensetzung werden vorzugsweise als Imprägnierschlichte eingestellt, sodass der erste Feststoff in die Oberfläche der Gießform eindringen kann. Insbesondere ist bevorzugt, dass die Imprägniertiefe der Schlichtezusammensetzung mindestens etwa 2 mm beträgt, bevorzugt von etwa 2 mm bis etwa 20 mm, stärker bevorzugt von etwa 2 mm bis etwa 6 mm beträgt. Die Imprägniertiefe kann durch Schneiden gemessen werden.
Die Trockenschichtdicke der getrockneten Beschichtung, die sich aus der vorstehend beschriebenen Schlichtezusammensetzung ergibt, ist die Dicke der Schicht der getrockneten Schlichtezusammensetzung („Schlichte“), welche durch Trocknen der Schlichtezusammensetzung durch im Wesentlichen vollständiges Entfernen der Trägerflüssigkeit erhalten wurde. Bevorzugt kann die Trockenschichtdicke der Beschichtung höchstens etwa 100 µm, stärker bevorzugt von etwa 10 µm bis etwa 100 µm, noch stärker bevorzugt von etwa 10 µm bis etwa 50 µm betragen. Die Trockenschichtdicke der Beschichtung wird entweder vorzugsweise durch Bemaßen von Biegeriegeln vor und nach dem Schlichten (getrocknet) mit einer Mikrometerschraube oder durch Messung mit dem Naßschichtdickenkamm ermittelt. Man kann beispielsweise mit dem Kamm die Trockenschichtdicke bestimmen, indem man die Beschichtung an den Endmarken des Kamms solange wegkratzt, bis der Untergrund zum Vorschein kommt. An den Markierungen der Zähne kann man dann die Trockenschichtdicke ablesen. Man kann stattdessen auch die Naßschichtdicke im abgematteten Zustand (nachfolgend als Matt-Schichtdicke bezeichnet) nach DIN EN ISO 2808 messen, wobei dann die Trockenschichtdicke 70 bis 80% der Dicke der abgematteten Schicht beträgt. Eine „abgemattete“ Schicht ist eine nicht mehr fließfähige Schicht, in der der Lösungsmittelanteil so stark reduziert ist, dass die Oberfläche keinen Glanz mehr aufweist.
Bevorzugt beträgt die Imprägniertiefe der Schlichtezusammensetzung mindestens etwa 2 mm und die Trockenschichtdicke höchstens etwa 100 µm. Stärker bevorzugt beträgt die Imprägniertiefe der Schlichtezusammensetzung von etwa 2 mm bis etwa 20 mm (stärker bevorzugt von etwa 2 mm bis etwa 6 mm) und die Trockenschichtdicke von etwa 10 µm bis etwa 50 µm.
Die Viskosität der gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzung kann von etwa 10 sec bis etwa 16 sec, bevorzugt von etwa 10 sec bis etwa 13 sec, bestimmt nach DIN 53211; Auslaufbecher 4 mm, Ford-Cup eingestellt werden.
Die Dichte der gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzung kann bspw. von etwa 20 °Be bis etwa 50 °Be, besonders bevorzugt von etwa 25 °Be bis etwa 35 °Bé, bestimmt nach der Baume-Auftriebsmethode; DIN 12791, betragen.
Anwendung der Schlichtezusammensetzunq
Die erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung kann zur Beschichtung einer Gießform eingesetzt werden. Ein mögliches Verfahren umfasst die Schritte:

(a) Bereitstellen einer Gießform, die eine Oberfläche umfasst, die einen Gießhohlraum definiert,
(b) Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung;
(c) Aufbringen der Schlichtezusammensetzung auf mindestens einen Teil der Oberfläche, die den Gießhohlraum definiert; und
(d) Trocknen der Schlichtezusammensetzung.

Als Gießform werden alle Arten von Körpern bezeichnet, welche zur Herstellung von Gussformen notwendig sind. Die Gießformen sind nicht besonders beschränkt, es können alle in der Eisen-, Stahl- sowie Nichtmetallindustrie gebräuchlichen Gießformen verwendet werden, beispielsweise Kerne, Formen oder Kokillen. Die Gießformen können aus einem feuerfesten, körnigen Formgrundstoff, der mit Hilfe eines härtbaren Bindemittels verfestigt wird, bestehen. Der feuerfeste, körnige Formgrundstoff ist nicht besonders beschränkt, es kann jeder übliche Formgrundstoff verwendet werden. Bevorzugt kann der feuerfeste, körnige Formgrundstoff Quarzsand, Zirkonsand, Chromitsand, Schamotte, Bauxit, Olivinsand, feldspathaltiger Sand, Andalusitsand, Aluminiumsilikathohlkugeln (auch als „Microspheres“ bezeichnet), Glasperlen, Glasgranulat, die unter der Bezeichnung „Cerabeads“ bzw. „Carboaccucast“ bekannten kugelförmigen keramischen Formgrundstoffe oder Gemische davon umfassen. Insbesondere bevorzugt wird die erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung für Gießformen verwendet, die Quarzsand bzw. Anteile von Quarzsand als Formgrundstoff verwendet haben.
Die Körnung des Sandes soll von etwa 100 bis etwa 600 µm, bevorzugt von etwa 100 bis etwa 500 µm und am stärksten bevorzugt von etwa 200 bis etwa 400 µm liegen.
Das härtbare Bindemittel ist nicht besonders beschränkt. Jedes dem Fachmann bekannte härtbare Bindemittel kann verwendet werden. Bevorzugt können organische Bindemittel wie beispielsweise Polyurethan-, Furanharz- oder Epoxy-Acrylatbindemittel, anorganische Bindemittel, wie Wasserglas, oder Gemische davon verwendet werden, besonders bevorzugt können die Bindemittel auf PUR-Cold-Box-, Wasserglas-CO₂-, Resol-Methylformiat (MF), Resol-CO₂-, Furanharz, Phenolharz oder Wasserglas-Ester-Bindemitteln basieren, besonders bevorzugt sind Polyurethanbindemittel. Der Anteil des härtbaren Bindemittels in der Gießform ist nicht besonders beschränkt, das Bindemittel kann in jedem üblichen Anteil vorhanden sein. Bevorzugt beträgt der Anteil des Bindemittels von etwa 0,2 bis etwa 5 Gewichtsteile, weiter bevorzugt von etwa 0,3 bis etwa 4 Gewichtsteile, besonders bevorzugt von etwa 0,4 bis etwa 3 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile feuerfesten, körnigen Formgrundstoff. Die Schlichtezusammensetzungen eignen sich für alle denkbaren Anwendungen, bei denen eine Beschichtung von Gießformen mit Schlichten erwünscht ist. Als Beispiele für Gießformen, d.h. für Kerne und Formen im Gießereieinsatz, können Sandkerne genannt werden, die PUR Cold-Box-, Wasserglas-C0₂-, Resol-MF-, Resol-CO₂-, Furanharz-, Phenolharz- oder Wasserglas-Ester gebunden sind. Andere Beispiele für bevorzugte Gießformen, die mit den erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzungen beschichtet werden können, sind z.B. in „Formstoffe und Formverfahren", Eckart Flemming und Werner Tilch, Wiley-VCH, 1993, ISBN 3-527-30920-9, beschrieben.
Die Oberflächen der Gießform, gegebenenfalls mit einem oder mehreren Gießkernen bestückt, definieren einen Gießhohlraum, in dem das flüssige Metall eingeführt wird. Die Oberflächen einer Gießform können die Oberflächen eines Kerns oder einer Hohlform sein. Erfindungsgemäß können die Gießformen und -kerne ganz oder teilweise beschichtet werden. Vorzugsweise werden die Oberflächen der Gießform und -kerne beschichtet, die mit dem Gießmetall in Kontakt kommen.
Die Schlichtezusammensetzung wird zunächst in einer gebrauchsfertigen Form bereitgestellt. Falls sie als trockenes Pulver oder als Konzentrat vorliegt, wird Trägerflüssigkeit zugegeben, um die für das Aufbringen notwendige Konsistenz zu erreichen.
In einer Ausführungsform kann bspw. die Schlichtezusammensetzung in Form eines Kits (Mehrkomponentenpackung, die zwei oder mehrere Behältnisse für unterschiedliche Komponenten enthält) vorliegen. Dabei können die Feststoffkomponente und die Trägerflüssigkeit nebeneinander in getrennten Behältnissen vorliegen. Alle Bestandteile der Feststoffkomponente können dabei als pulverförmiges Feststoffgemisch in einem Behältnis vorliegen. Die Bestandteile der Feststoffkomponente können alternativ als mehrere getrennte Komponenten bereitgestellt werden. Gegebenenfalls zu verwendende weitere Komponenten, wie beispielsweise Bindemittel, Netzmittel, Entschäumer, Pigmente, Farbstoffe und Biozidwirkstoffe, können in diesem Kit zusammen mit den oben genannten Komponenten oder in einem oder mehreren getrennten Behältnissen vorliegen. Die Trägerflüssigkeit kann entweder die gegebenenfalls zusätzlich zu verwendenden Komponenten umfassen, beispielsweise in einem gemeinsamen Behältnis, oder sie kann getrennt von weiteren optionalen Bestandteilen in einem separaten Behältnis vorhanden sein. Zur Herstellung einer gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzung werden die geeigneten Mengen der Komponenten miteinander vermengt.
Typischerweise kann die Schlichtezusammensetzung als Wasserschlichte vorliegen. Alternativ kann auch durch Zugabe eines Alkohols aus dieser Wasserschlichte eine gebrauchsfertige Alkoholschlichte bereitgestellt werden.
Das Aufbringen und Trocknen mindestens einer Schicht einer Schlichtezusammensetzung auf mindestens einen Teil der Oberfläche, die den Gießhohlraum definiert, ist nicht besonders beschränkt. Es können hierzu alle in der Technik beschriebenen konventionellen Aufbringungsverfahren eingesetzt werden. Beispiele für bevorzugte Aufbringungsverfahren sind Tauchen, Fluten, Sprühen und Streichen. Konventionelle Aufbringungsverfahren sind bspw. in „Formstoffe und Formverfahren“, Eckart Flemming und Werner Tilch, Wiley-VCH, 1993, ISBN 3-527-30920-9 diskutiert.
Beim Tauchen als Aufbringungsverfahren wird die Gießform bspw. in ein Behältnis mit einer gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzung für etwa 1 Sekunde bis etwa 2 Minuten eingetaucht. Die Zeit, die das Ablaufen der überschüssigen Schlichtezusammensetzung nach dem Tauchen in Anspruch nimmt, richtet sich nach dem Ablaufverhalten der verwendeten Schlichtezusammensetzung. Nach einer ausreichenden Ablaufzeit wird die beschichtete Gießform einer Trocknung unterzogen.
Als Trocknungsverfahren können alle in der Technik konventionellen Trocknungsverfahren, wie beispielsweise Trocknenlassen an der Luft, Trocknung mit entfeuchteter Luft, Trocknen mit Mikrowellen- oder Infrarotstrahlung, Trocknen im Konvektionsofen, und dergleichen angewendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die beschichtete Gießform bei etwa 100 bis etwa 250 °C, stärker bevorzugt bei etwa 120 bis etwa 180 °C, in einem Konvektionsofen getrocknet. Bei der Verwendung von Alkoholschlichten wird die Schlichtezusammensetzung bevorzugt durch Abbrennen des Alkohols oder Alkoholgemischs getrocknet. Hierbei wird die beschichtete Gießform durch die Verbrennungswärme zusätzlich erwärmt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die beschichtete Gießform ohne weitere Behandlung an der Luft getrocknet.
Die erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung kann als Grundschicht verwendet werden. Die Trockenschichtdicke der Grundschicht beträgt bspw. höchstens etwa 100 µm, stärker bevorzugt von etwa 10 µm bis etwa 80 µm), noch stärker bevorzugt von etwa 10 µm bis 50 µm.
Erfindungsgemäß beschichtete Gießformen werden bevorzugt für die Herstellung von Metallkörpern eingesetzt. Sie sind besonders zur Herstellung von Motoren- und Motorkomponenten, Bremsscheiben, Turboladern, Abgaskrümmern und allgemeinen Maschinenkomponenten geeignet.
Bei einem Gießverfahren wird eine erfindungsgemäß beschichtete Gießform bereitgestellt, flüssiges Metall eingefüllt und die Gießform nach dem Erhärten des Metalls entfernt.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne diese einzuschränken.
BEISPIELE
Die folgenden Komponenten wurden eingesetzt:

Attapulgit: ATTAGEL 40 von BASF, 67063 Ludwigshafen, Deutschland D99 ca. 50 µm, D90 ca. 20 µm, D50 ca. 9 µm, D10 ca. 2 µm
Biozid: ACTICIDE F (N) (70 Gew:-% Tetramethylolacetylendiharnstoff) von Thor GmbH, 67346 Speyer, Deutschland
Entschäumer: FINASOL, Total Deutschland GmbH, 10117 Berlin, Deutschland
Netzmittel: SURFYNOL 440, Evonik Corporation, Allentown, PA 18195, USA
Bindemittel: POLYVIOL (25 Gew.-% Polyvinylalkohol)), Wacker AG, 81737 München, Deutschland
Graphit amorph: Georg H. Luh, 65396 Walluf, Deutschland D 99 ca. 90 µm, D90 ca. 60 µm, D50 ca. 18 µm, D10 ca. 7 µm
Glanzpudergraphit: Fa. Georg H. Luh GmbH, 65396 Walluf, Deutschland; C-Gehalt min. 85 Gew.-%, Asche max. 15 Gew.-% Kornverteilung bestimmt nach Laserbeugungsgranulometrie: D10 15 bis 30 µm, D50 80 bis 120 µm, D90 190 bis 250 µm
Ton: Kärlicher Blauton gelbbrennend T7001 KTS, Kärlicher Ton und Schamottewerke Mannheim GmbH & Co. KG, 56218 Mülheim-Kärlich, Deutschland; Chemische Analyse, in Gew.-% geglüht: SiO₂ 53,66, Al₂O₃ 37, TiO₂ 3,75, Fe₂O₃ 2,98, CaO 0,73, MgO 0,63, K₂O 0,75, Na₂O 0,07; Sedimentationsanalyse mittels Sedigraphmessung in Masse-%: <2,0 µm 95,7, Mineralanalyse in Masse-%: Kaolinit 70 bis 75, Illit 7,0, Montmorillonit 15 bis 20, Quarz 2,0, Fe-Ti-Minerale 3,0
Glimmer: Fa. Georg H. Luh GmbH, 65396 Walluf, Deutschland; chemische Analyse in Gew.-%: SiO₂ 43 bis 46, Al₂O₃ 33 bis 37, Fe₂O₃ 2 bis 5, K₂O 9 bis 11; Siebanalyse Durchgang durch Sieb 60 µm: 25 bis 64 Gew.-%
Calcinierter Kaolin: Satintone W, BASF Corporation, Charlotte, NC, USA D99 ca. 65,5 µm, D90 8,53 µm, D50 2,4 µm, D10 ca. 0,4 µm

Als erster Feststoff wurden die folgenden Komponenten untersucht:

Calciumcarbonat: ETIQUETTE VIOLETTE von Omya GmbH, 50679 Köln, Deutschland D99 ca. 15 µm, D90 ca. 8 µm, D50 ca. 3 µm, D10 ca. 1 µm
Dolomit: HELADOL10, Helawit GmbH, D-23829 Wittenborn, Deutschland D99 ca. 15 µm, D90 ca. 8 µm, D50 ca. 3 µm, D10 ca. 1 µm
Eisencarbonat: Cofermin Chemicals GmbH & Co. KG, D-45130 Essen, Deutschland wie erhalten 100 mesh = 150 µm micronisiert durch Vermahlung auf D 99 etwa 5 µm, D90 etwa 1,4 µm , D50 etwa 0,5 µm , D10 etwa 0,2 µm
Reisstärke: Hermann Kröner GmbH, D-49479 Ibbenbüren, Deutschland D50 = etwa 5 µm

Eine Schlichtezusammensetzung zur Beschichtung einer Gießform wurde wie folgt erhalten:
Der erste Feststoff wurde mit Vormischung A und B vereint und die Schlichte wurde mit zusätzlichem Wasser auf eine Auslaufviskosität von ca. 13 sec, bestimmt mit einem Tauchauslaufbecher nach DIN 53211 mit 4 mm Düse, eingestellt.

Gew.-% Vormischung A Vormischung B

Wasser 99,4 85,1

Netzmittel 0,6

Biozid 1,0

Bindemittel 9,0

Attapulgit 4,0

Entschäumer 0,9

Alle Zahlenangaben in Gew.-%
Domkern-Formkörper mit den Abmessungen Durchmesser 50 mm und Höhe 50 mm mit einem oberen Radius von 25 mm und Stufenkerne mit den Abmessungen R₁ = 63 mm/H₁ = 25 mm, R₂ = 54 mm/H₂ = 25 mm, R₃ = 45 mm/H₃ = 25 mm, R₄ = 37 mm/H₄ = 25 mm, R₅ = 28 mm/H₅ = 25 mm, R₆ = 21 mm/H₆ = 25 mm und R₇ = 12 mm/H₇ = 43 mm (wobei R_I der Radius und H_I die Höhe der i-ten Stufe sind) wurden aus Sand H32 von der Quarzwerke Gruppe mit 0,8 Gew.-% ASKOCURE 388 (erhältlich von ASK Chemicals, Hilden, Deutschland) und 0,8 Gew.-% ASKOCURE 666, jeweils bezogen auf den Sand, im Polyurethan Cold-Box Prozess durch Aminbegasung mit Dimethylethylamin hergestellt. Die in 1 gezeigte Stufe 0 des Domkerns wird eingeklebt und kommt deshalb nicht mit dem Metall in Berührung.
Anschließend wurden die Domkerne bzw. Stufenkerne 5 sec von Hand in die aufgerührte Schlichte getaucht und anschließend im Trockenofen bei 120 °C getrocknet.
Die getrockneten Kerne wurden an den Kernmarken und der Spiegelfläche durch Abreiben von der Schlichte befreit, damit keine Druckspannung entsteht und in die Gießform aus Wasserglas / Ester gehärtetem Sand H32 mittels ASKOBOND RAPID A (erhältlich von ASK Chemicals, Hilden, Deutschland) geklebt. Nach dem Schließen und Verspannen des Formpaketes mittels Schraubzwingen wurden die Abgüsse bei 1420 °C mit Grauguss GJL 200 vorgenommen.
Nach dem Abkühlen und Auspacken der Gussteile wurde der Hohlraum des Kerns sandgestrahlt (2 bar Druck) und einer Bewertung unterzogen.
Die Blattrippen wurden wie folgt bewertet:

Stufenkern: in der nachfolgenden Tabelle wurde die Anzahl der Blattrippen auf den jeweiligen Stufen angegeben.
Domkern: in der nachfolgenden Tabelle wurde die Blattrippenbildung mit Schulnoten von 1 bis 6 bewertet.

Erfindungsgemäße Beispiele Domkern
Erfindungsgemäße Beispiele: Stufenkern
Bei Verwendung des Stufenkerns, der in eine zylindrische Sandform mit einer Kavität von Durchmesser 150mm und einer Höhe von 200mm eingeklebt ist, sodass der „Fuß“ oben ist, nimmt das Volumenverhältnis von Metall zu Sandkern von der 1. Stufe (dem „Fuß“, R = 63 mm) stufenweise zu. Die Gießform wird vom Boden her gegossen. Die „Anzahl Blattrippen Step n“ gibt die Anzahl der Blattrippen an, die bei dem Stufenkernabguss auf der n-ten Stufe vorhanden sind.
Des Weiteren wurde als Vergleichsbeispiel ein Domkern und Stufenkern in Anlehnung an Patentanmeldung DE 10 2018 004 234.1 nach Herstellerangaben beschichtet.
Nicht erfindungsgemäßes Beispiel Domkern
Nicht erfindungsgemäßes Beispiel Stufenkern
Die Ergebnisse zeigen, dass die erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung bei sehr niedriger Matt-Schichtdicke von nur 25 bis 100 µm einen ausreichend hohen Blattrippenschutz im Domkerntest als auch bei dem Stufenkerntest zeigen. Für die Auswertung wurden beim Stufentest die Stufen 1 bis 5 bewertet, da diese von dem Wanddickenverhältnis Metall zu Sand den häufigsten und anspruchsvollen Anwendungen in Gießereien für automotive Teile entspricht. Hierbei übertrifft die Wirkung der erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung die Wirkung von konventionellen Schlichtezusammensetzungen gegen Blattrippenfehler, die mit hohen Schichtdicken von 300 bis 500 µm appliziert werden.
Es ist ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung den Verfahrensschritt der Sandadditivzugabe erspart und eine viel höhere Wirkstoffkonzentration in der Zone bereitstellt, wo diese Konzentration benötigt wird. Insbesondere bewirkt die Gasbildung einen sehr guten Schutz gegen sogenannte Blattrippen, die häufig bei Quarzsand durch die thermische Ausdehnung des Quarzsandes (Quarzsprung) und die unzureichenden thermischen Festigkeiten insbesondere bei Polyurethan-Cold-Box-Kernen festzustellen sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 3409579 [0010]
EP 0795366 A1 [0010]
WO 2004/083321 A1 [0016]
EP 2364795 A1 [0016]
WO 2011/110798 A1 [0024]
DE 102009032668 A1 [0025]
WO 2006/063696 A1 [0026]
EP 2176018 A1 [0027]
DE 102016211930 A1 [0028]
WO 2011/075220 A1 [0029]
US 3442835 [0093]
US 3639315 [0093]
DE 4308188 [0093]
DE 102018004234 [0136]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 2808 [0107]
„Formstoffe und Formverfahren“, Eckart Flemming und Werner Tilch, Wiley-VCH, 1993, ISBN 3-527-30920-9 [0114]

Claims

Eine Schlichtezusammensetzung, umfassend: eine Feststoffkomponente, die einen ersten Feststoff umfasst, der im Temperaturbereich von etwa 150 bis etwa 1000 °C CO₂ abspalten kann, und der einen D50 Wert von höchstens etwa 10 µm aufweist.
Die Schlichtezusammensetzung gemäß Anspruch 1, wobei der erste Feststoff einen D99 Wert von höchstens etwa 30 µm und einen D90 Wert von höchstens etwa 20 µm aufweist.
Die Schlichtezusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Feststoff aus Carbonaten der Elemente der 2., 7., 8., 9., 10., 11. und 12. Gruppen des Periodensystems ausgewählt ist.
Die Schlichtezusammensetzung gemäß Anspruch 3, wobei der erste Feststoff aus Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Dolomit, oder Eisencarbonat oder deren Mischungen ausgewählt ist.
Die Schlichtezusammensetzung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Feststoff aus Stärke, insbesondere Reis- oder Haferstärke, ausgewählt ist.
Die Schlichtezusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schlichtezusammensetzung ferner eine Trägerflüssigkeit umfasst und wobei die Trägerflüssigkeit bevorzugt Wasser umfasst.
Die Schlichtezusammensetzung gemäß Anspruch 6, wobei das Löslichkeitsprodukt der ersten Komponente in der Trägerflüssigkeit ausgedrückt als pK_L, bei 25 °C, mindestens etwa 4 beträgt.
Ein Verfahren zur Beschichtung einer Gießform, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (a) Bereitstellen einer Gießform, gegebenenfalls mit einem oder mehreren Gießkernen bestückt, die eine Oberfläche umfasst, die einen Gießhohlraum definiert, (b) Bereitstellen einer Schlichtezusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7; und (c) Aufbringen der Schlichtezusammensetzung auf mindestens einen Teil der Oberfläche, die den Gießhohlraum definiert.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die Schlichtezusammensetzung ferner eine Trägerflüssigkeit umfasst und die Schlichtezusammensetzung nach Schritt (c) getrocknet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Schlichte mindestens 2 mm in die beschlichtete Oberfläche eindringt und die Schichtdicke der Schlichte nach dem Trocknen der Schlichte höchstens etwa 100 µm beträgt.
Verwendung einer Schlichtezusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Beschichtung einer Gießform, wobei die Gießform, gegebenenfalls mit einem oder mehreren Gießkernen bestückt, eine Oberfläche umfasst, die einen Gießhohlraum definiert, und die Schlichtezusammensetzung auf mindestens einen Teil der Oberfläche, die den Gießhohlraum definiert, aufgebracht wird.
Verwendung gemäß Anspruch 11, wobei die Schlichte mindestens 2 mm in die beschlichtete Oberfläche eindringt und die Schichtdicke der Schlichte nach dem Trocknen der Schlichte höchstens etwa 100 µm beträgt.
Eine beschichtete Gießform, gegebenenfalls mit einem oder mehreren Gießkernen bestückt, erhältlich nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10.