DE2117774A1 - Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Zusatzes für Silicatbindemittel - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines flüssigen Zusatzes für SilicatbindemittelInfo
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- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
- B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
- B22C1/167—Mixtures of inorganic and organic binding agents
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Description
Beschreibung zu der Patentanmeldung
Ealph Matalon, 432 Cherry Hill Boulevard, Cherry Hill,
: New Jersey, USA
betreffend:
■bindemittel
Die Erfindung betrifft Zusätze zu Silicat-Bindemitteln,
Bindemittel . und damit hergestellte Gießformen.
Metalle, wie Leichtmetallegierungen, Aluminium, Bronze, graues Gußeisen, Stähle u.a. werden mit Hilfe von Gießformen,
wie Kernen und Hohlformen hergestellt, die aus Teilchen von Formsand, wie Olivin, Siliciumoxid, Chromit u.a.
hergestellt sind, die durch ein geeignetes Bindemittel zusammengehalten werden. Ein in der Hüttenindustrie weitverbreitetes
Bindemittel ist Natriumsilicat oder Wasserglas. Kerne und Formen, für die ein derartiges Bindemittel verwendet
wird, besitzen jedoch verhältnismäßig geringe Zugfestigkeit
und niedrige Kratzfestigkeit. Darüber hinaus werden Kerne und
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Formen, bei denen -Natriumsilicat als Bindemittel verwendet
wird, unter der Hitze beim Gießen von hochschmelzenden Metallen, wie Stählen, die im allgemeinen bei einer Temperatur
von 159O bis 1650°C gegossen werden, verformt, da Natriumsilicat
eine thermoplastische Substanz ist. Kerne und Formen, bei denen eine Kombination aus Natriumsilicat oder Wasserglas
und einem Zucker als zusammengesetztes Bindemittel für den Formsand verwendet wird, besitzen den Nachteil,
daß sie hygroskopisch sind und eine sogar noch geringere Zugfestigkeit besitzen, als solche Kerne und Formen, die nur
mit Hilfe von Natriumsilicat als Bindemittel hergestellt
worden sind. Die Kerne, bei denen entweder Wasserglas oder Gemische aus Wasserglas mit üblichen Zusätzen als Bindemittel
für den Formsand verwendet/werden ,besitzen auch den Nachteil,
daß der Sand während des Gießvorgangs sintert und daher die Entfernung der Kerne nach dem Gießen schwierig ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Gießformen
herzustellen, die mit Hilfe eines verbesserten silicathaltigen Bindemittels für den Formsand hergestellt werden. Derartige
Kerne und Formen sollen eine bessere Zugfestigkeit und
Kratzfestigkeit oder Sitzhärte besitzen. Die Kerne sollen nach dem Gießen leicht entfernt werden können und beim Herstellen
nicht an den Kernkästen kleben bleiben. Die Kerne und Formen sollen gute mechanische Eigenschaften während
der Lagerung bewahren und beim Gießen von Metallen soll die Freisetzung von schädlichen Gerüchen und die Gasbildung oder
Gasporenbildung in den Gußstücken vermieden werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft verbesserte Zusätze zu
silicathaltigen Bindemitteln für die feuerfesten Sandteilchen der Gießkerne und Formen sowie verbesserte silicathaltige
Bindemittel.
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Die erfindungsgemäßen Zusätze zu Silicafbindemitteln enthalten
das flüssige polymere Reaktionsprodukt aus einem erhitzten Gemisch von Substanzen,«deren pH-Wert vor dem
Erhitzen auf ungefähr 5 "bis 6 eingestellt worden ist. Die
Bestandteile des erhitzten Gemisches umfassen einen reduzierenden Zucker, Harnstoff, Formaldehyd und Wasser. Die Mengen
dieser Bestandteile in dem erhitzten Gemisch sind ungefähr 44 bis ungefähr 77 Gew.-% reduzierender Zucker, ungefähr 5
bis ungefähr 22 Gew.-% Harnstoff, ungefähr 4 bis ungefähr 19 Gew.-% Formaldehyd, und ungefähr 9 bis ungefähr 16 Gew.-%
Wasser.
Typische Beispiele für reduzierende Zucker, die verwendet werden können, sind u.a. Nonosaccharide und Disaccharide,
wie Dextrose und handelsübliche Glucose, die durch Hydrolyse von Kohlenhydraten hergestellt worden ist, Fructose, Galactose,
Mannose, Levulose, Lactose, Maltose u.a. sowie deren Gemische mit höheren Sacchariden, wie sie sich in Getreidesirup
(Maisquellwasser) f.inden. Nicht-reduzierende Zucker, wie
Saccharose, können als Zuckerkomponente für die Zusätze zu
Sxlxcatbindemitteln nicht verwendet werden,- da derartige Zucker nicht mit dem Harnstoff und dem Formaldehyd reagieren
und das Härten der Formen und Kerne, die mit Hilfe eines solchen Gemisches hergestellt worden sind, führt nur zu
einer äußeren Härtung, aber nicht zu einer Härtung in der Tiefe.
Paraformaldehyd 'kann anstelle von Formaldehyd ebenfalls verwendet
werden.
Obwohl die allgemeinen Mengen für die einzelnen Bestandteile, die für die erfindungsgemäßen Zusätze zu Silicatbxndemitteln
verwendet werden, oben angegeben sind, variieren die jeweils
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geeigneten Mengen und werden innerhalb der oben angegebenen Bereiche gewählt. Die speziellen Mengen hängen von einer
Vielzahl von Paktoren ab, wie dem Verhältnis von Bindemittelzusatz
zu Wasserglas, das in dem zusammengesetzten Bindemittel für den Formsand -der Kerne und Formen verwendet wird,
dem mit Hilfe der Kerne und Formen zu gießenden Metall, dem speziellen verwendeten reduzierenden Zucker u.a. Im allgemeinen
werden der Harnstoff und der Formaldehyd in im wesentlichen gleichen Mengen verwendet. Wenn größere Mengen
des reduzierenden Zuckers verwendet werden, wird ein PoIysaccharid
gegenüber einem Monosaccharid bevorzugt, um eine Kristallbildung zu verhindern.
Wie oben erwähnt, wird der pH-Wert des Gemisches der Bestandteile vor dem Erhitzen zur Bildung des flüssigen polymeren
Reaktionsproduktes oder des Zusatzes auf ungefähr 5 bis 6
eingestellt. Das kann leicht dadurch erreicht werden, daß man kleine Mengen, z.B. in der,Größenordnung von ungefähr 2
bis ungefähr 6 Gew.-% von einem oder mehreren Reagentien zur Einstellung des pH-Wertes, wie z.B. Natriumhydroxid,
Borax, Milchsäure, Caprinsäure und Maleinsäureanhydrid verwendet .
Die Fließfähigkeit des flüssigen polymeren Reaktionsproduktes oder des Zusatzes wird durch die in dem Gemisch der Komponenten
vor und nach dem Erhitzen vorhandenen Wassermenge reguliert. Diese Fließfähigkeit kann außerdem durch Zugabe von kleinen
Mengen, z.B. in der Größenordnung von ungefähr 2 bis ungefähr 6 Gew.-% eines oder mehrerer zusätzlicher Flüssigmacher,
wie Cyclohexanol, Hexylenglykol, Butylcellosolv, Furfurylalkohol u.a. zu dem Gemisch der Bestandteile eingestellt
werden.
Die Kalthärtungseigenschaften des Zusatzes zu dem ßilicat-
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pr- τ.
Bindemittel werden dadurch verbessert, daß ein mehrwertiges
Phenol in dem Gemisch vorhanden ist, aus dem der Zusatz hergestellt wird. Das mehrwertige Phe*nol, wie Resorcin,
Phloroglucin, Pyrogallol u.a. wird normalerweise in einer Menge von ungefähr 0 bis ungefähr 1 Gew.-% verwendet.
Größere Mengen an mehrwertigem Phenol werden normalerweise nicht verwendet, da derartige Mengen dazu führen können,
daß der erfindungsgemäße Zusatz oder das flüssige polymere Reaktionsprodukt fest wird und nicht mehr als homogene
Flüssigkeit erhalten bleibt, die beim Lagern stabil ist und nicht kristallisiert.
Der Zusatz zu dem Silicatbxndemittel kann hergestellt werden, indem man die Ausgangsmaterialien dafür in einer beliebigen
Reihenfolge zusammengibt und vermischt und anschließend das Gemisch unter Normaldruck oder unter Anwendung von erhöhtem
Druck bei ungefähr 110 bis ungefähr 1160C ungefähr 15 bis
ungefähr 120 Minuten lang miteinander vermischt, so daß ein homogenes flüssiges polymeres ReaktiQ-jisprodukt entsteht. Es
ist vorzuziehen, die Bestandteile in der folgenden Reihenfolge miteinander zu vermischen: Reduzierender Zucker,
Reagens zur Einstellung des pH-Wertes, mehrwertiges Phenol (soweit vorhanden), Formaldehyd, Harnstoff, weiteres Reagens
zur Einstellung des pH-Wertes, zusätzlicher Flüssigmacher (soweit vorhanden) und Wasser, so daß vor dem Erhitzen ein
dicker Sirup entsteht.
Gemische, die wie oben angegeben zur Herstellung des erfindungsgemäßen flüssigen polymeren "ßeaktionsproduktes
oder Zusatzes zu dem Silicatbindemittei verwendet werden, sind in den folgenden Beispielen angegeben.
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TABELLE I ·
Gew.-%
- | -. | - | - | 76,1 | 63,7 |
43,7 | 52,0 | 62,3 | 71,1 | — | — |
21,8 | 17,2- | 13,8 | 9,4 | 5,2 | 8,2 |
18,3 | 14,2 | 11,4 | 7,4 | 4,4 | 8,2 |
10,0 | 12,0 | 10,5 | 9,1 | 12,8 | 18,3 |
6,2 | 4,6 | 2,0 | 3,0. | 1,5 | 1,2 |
- | — | - | - | — | 0,4 |
" Maltose
Glucose
Harnstoff
Formaldehyd
Wasser
Glucose
Harnstoff
Formaldehyd
Wasser
Reagens zur Einstellung
ψ des pH-Wertes und zusätzlicher Flüssigmacher
ψ des pH-Wertes und zusätzlicher Flüssigmacher
Resorcin
Gesamt . 100 100 100 100 100
Die erfindungsgemäßen Gießformen, d.h. die Kerne oder Hohlformen sind geformte Massen aus einem Material, das Formsand
und ein gehärtetes Bindemittel enthält. Das Bindemittel ist ein gehärtetes Gemisch aus dem erfindungsgemäßen Zusatz
zu dem SilicatMndemittel bzw. dem flüssigen polymeren
Reaktionsprodukt und Wasserglas oder Natriumsilicat. Die
Kerne oder Formen enthalten ungefähr 99 "bis ungefähr 95 Gew.-%
' Formsand und ungefähr 1 "bis ungefähr 5 Gew.-% des gehärteten
Bindemittels. Das Bindemittel enthält den erfindungsgemäßen Zusatz "bzw. das flüssige polymere Reaktionsprodukt und
Natriumsilicat in einem Gewientsyerhältnis von ungefähr
vorzugsweise 1,5:1
0,5"«1"bis ungefähr 4: y. Das Natnumsilicat oder Wasserglas besitzt ein Verhältnis von Na2O:SiOp von ungefähr 1:2,4 bis ungefähr 1:3,22.
0,5"«1"bis ungefähr 4: y. Das Natnumsilicat oder Wasserglas besitzt ein Verhältnis von Na2O:SiOp von ungefähr 1:2,4 bis ungefähr 1:3,22.
Typische Formsande, die für die erfindungsgemäßen Kerne und Formen verwendet v/erden können, sind Siliciumoxid-, Zirkon-}
Ohromit, Olivinsande u.a. Typische Beispiele für Wasserglas
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oder Natriumsilicat sind K Natriumsilicat mit einer spezifischen
Dichte von 41° Be und einem Pe st st off gehalt von
37,6 % und EU Natriumsilicat mit einer spezifischen Dichte von 52° Be und einem Feststoffgehalt von 47 %. Das N Natriumsilicat
besitzt ein Verhältnis von Na2OrSiO2 von 1:3,22
und das RU Natriumsilicat hat ein Gewichtsverhältnis von
von 1:2,4.
Das Bindemittel für die Kerne und Formen kann ferner ungefähr 3 bis ungefähr 12 Gew.-% Borax, bezogen auf das Gewicht von
Wasserglas oder Natriumsilicat, enthalten. Durch die Gegenwart von Borax wird es möglich, daß das Bindemittel kalt
härtet, ohne daß Kohlendioxid zum Härten der Kerne oder Formen verwendet wird. Es hat sich gezeigt, daß Bindemittel
für Formsande, die aus Wasserglas und Borax ohne den erfindungsgemäßen Zusatz bestehen, nicht kalt härten.
Verschiedene Zusätze, wie Graphit, Pech, Olivinstaub, Borsäure, Eisenoxid-und andere in der Gießerei übliche
Zusätze können in dem feuerfesten Sandgemisch verwendet werden, um die Qualität der Kerne und Formen oder die Oberflächenbeschaffenheit
des darin hergestellten Formlings zu verbessern.
Die Kerne und Formen können hergestellt werden, indem man in beliebiger Reihenfolge den Formsand»das Natriumsilicat
,den erfindungsgemäßen Zusatz zu dem Silicatbindemittel
und^ soweit verwendet, Borax, miteinander vermischt.
Das Gemisch wird mit Hilfe eines Musters geformt und anschließend gehärtet, indem man es z.B. 8 Minuten auf
232 C erhitzt oder es ungefähr 5 bis ungefähr 10 see lang
Kohlendioxid unter einem Druck von 4,54 kg aussetzt. Wie oben erwähnt, härtet das Gemisch in der Kälte in Abwesenheit
von Kohlendioxid, wenn Borax in dem Bindemittel ent-
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halten ist.
Die erfindungsgemäßeii Kerne und Formen sind' gekennzeichnet
durch eine verbesser^Zugfestigkeit, Kratzfestigkeit oder
Ritzhärte und leichte Entfernbarkeit, nachdem Metall darin gegossen worden ist. Sie sind ferner gekennzeichnet durch gute
Lagereigenschaften und mechanische Eigenschaften und man
kann damit Formlinge herstellen, ohne daß es zu einer Gasbildung oder Gaslochbildung kommt und ohne daß schädliche
Geruchsstoffe freigesetzt werden.
Der Zusatz zu dem Silicatbindemittel und das Wasserglas werden
vor der Verwendung getrennt aufbewahrt, da das Gemisch instabil wäre oder die Bestandteile miteinander reagieren
würden, wenn sie als Einheit zusammen verpackt würden, im Gegensatz zu Bindemitteln aus Wasserglas und nicht-reduzierenden
Zuckern, wie Saccharose, die zusammen verpackt werden können, da sie nicht miteinander reagieren und daher
stabil bleiben.
Messing und Aluminium können mit Hilfe von Kernen und Formen bei 1150 bzw. 732° gegossen werden, wobei ausgezeichnete
Oberflächen erhalten werden. Formlinge aus grauem Gußeisen können mit Hilfe der Kerne und Formen bei Gießtemperatüren
von 1370 C erhalten werden und ausgezeichnete Formlinge
können aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt bei Temperaturen von 1593 bis 165O°C erhalten werden.
PATENTANSPRÜCHE:
- 9 1Q9iUWi193
Claims (2)
1) Verfahren zur Herstellung"eines flüssigen polymeren
"Zusatzes für Silicafbindemittel, dadurch gekennzeichnet , daß man ein Gemisch aus ungefähr
44 bis 77 Gew.-% eines reduzierenden Zuckers, ungefähr 5
bis 22 Gew.-% Harnstoff, ungefähr 4 bis ungefähr 19 Gew.-%
Formaldehyd, ungefähr 9 bis ungefähr 16 Gew.-% Wasser und ungefähr O bis ungefähr 1 Gew.-% eines mehrwertigen Phenols
mit einem pH-Wert von ungefähr 5 bis 6 unter Erwärmen zur Reaktion bringt.
2) Verwendung des nach Anspruch 1 erhaltenen Zusatzes
für Silicatbindemittel bei der Herstellung von Gießformen.
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1 (H) 3 W* / 1 1 9 3
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US2850270A | 1970-04-14 | 1970-04-14 |
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Publication Number | Publication Date |
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FR (1) | FR2086062B1 (de) |
GB (1) | GB1309606A (de) |
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- 1971-03-29 CA CA108928A patent/CA935951A/en not_active Expired
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- 1971-04-13 JP JP2280971A patent/JPS5129089B1/ja active Pending
- 1971-04-14 FR FR7113191A patent/FR2086062B1/fr not_active Expired
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EP0029196A1 (de) * | 1979-11-17 | 1981-05-27 | Henkel Kommanditgesellschaft auf Aktien | Bindemittel auf Basis von Alkalimetallsilikatlösungen und deren Verwendung |
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FR2086062A1 (de) | 1971-12-31 |
GB1309606A (en) | 1973-03-14 |
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