DE2205437A1

DE2205437A1 -

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Publication number: DE2205437A1
Application number: DE19722205437
Authority: DE
Priority date: 1971-02-03
Filing date: 1972-02-03
Publication date: 1972-08-10
Also published as: FR2124438A1; BE778898A; IT948429B; JPS5440490B1; GB1364343A; NL7201447A; US3734936A

Description

^ in Gußkern kann als ein Teil aus geformtem Sand und Bindemittelr.icitericü. aefiniert werden, der zur Ausbildung eines Innenteils eines Metallgußstücks benötigt wird. Ein Gußkern muß verschiedenen Anforderungen genügen. Er muß im allgemeinen sehr schnell härten, er rnui.-i der Wasch- und Verbrennungswirkung eines heißen Metallstroms widerstehen können, er muß das freie Entweichen von Gasen zulassen, or muß dem Metallgußstück eine Innenkontur verleihen, er muß eine gonügenae Zugfestigkeit aufweisen, damit er nicht zerbrochen wird, während or gehandhabt oder eingesetzt wird, und schließlich muß er leicht ausgeschüttelt werden können, nachdem das Metallgußstück erhärtet ist.

Um ulfjseri Erfordernissen zu genügen, ist auf dem Gebiet der GußtechnLk seit langern Sand mit einem geeigneten Bindemittel verwendet worden. Ein Bindemittel kann man als einen Teil der Gußkernmasse ijoi'inLoren, der ein Zusarrinionhaften der Sandteilchen bewirkt. In der

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nachfolgenden Beschrabung schliesst der Ausdruck "Bindemittel" alle organischen Bestandteile der Gußkernmasse ein.

Zahlreiche Bindemittel sind von der Industrie auf dem Gebiet der Gußtechnik benutzt worden. Eines der ältesten bekannten Bindemittel ist das Getreidekornölbindemittel. Der Hauptnachteil dieses Systems liegt in der erforderlichen langen Härtungszeit. Zur Zeit ist bei der Verwendung von automatischen Vorrichtungen mit hoher Geschwindigkeit ein schnell härtendes Bindemittel sehr erwünscht.

Ein anderer Kernbindemitteltyp wird aus phenolischen Harzen hergestellt. Wegen der hohen Kosten solcher Harze wird das Bindemittel nur zum Binden einer Hülle und nicht als in dem gesamten Kern wirkendes Bindemittel benutzt. Die Verwendung von Bindemitteln vom phenolischen Harztyp -führt zu Gußkernen, die die Neigung haben, einem Ausschütteln zu widerstehen, nachdem das Metallgußstück erhärtet ist, insbesondere beim Vergiessen von niedrig schmelzenden nicht-eisenhaltigen Leikerungen. Ausserdem könnten die erforderlichen Härtungszeit und die Zugfestigkeiten der erhaltenen Gußkerne verbessert werden.

Ein dritter Kernbindemitteltyp ist das Harnstoff-Formaldehyd-Getreide-Bindemittel. Dieses System erfordert, dass genügend Wasser vorhanden ist, damit der Gußkern genügend "grüne Festigkeit oder Naßfestigkeit" besitzt, um seine Form zu erhalten, bis er in einem Ofen angeordnet wird. Das Vorhandensein von Wasser in der erforderlichen Menge erhöht die Härtungszeit. Ausserdem führt dieses Bindemittel zu einem Kern, der bei Berührung mit bei hoher Temperatur schmelzenden Metallen, wie z.B. Gußeisen, zu schnell zusammenbricht. Ein anderes Problem ist bei dem aus diesem Bindemittel hergestellten Kern durch den Mangel an Feuchtigkeitsbeständigkeit gegeben. Der Mangel an Feuchtigkeitsbeständigkeit führt dazu, daß der Kern seine Festigkeit verliert, wenn er einer Atmosphäre mit hoher Feuchtigkeit ausgesetzt wird.

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Noch ein anderer Kernbindemitteltyp, der nach dem Stand der Technik bekannt ist, wird aus Furfurylalkohol und Harnstoff-Formaldehyd hergestellt, wie es z.B. in der USA-Patentsohrift 3 168 489 beschrieben ist. Diese Bindemittel wie auch die Harnstoff-Formaldehyd-Getreide-Bindemittel haben einen hohen Formaldehydgehalt,, wobei häufig so viel Harnstoff-Formaldehyd wie Furfurylalkohol oder Getreide vorhanden ist. Diese Bindemittel leiden unter der offensichtlichen Schwierigkeit, die durch das Bedienungspersonal gegeben ist, wenn eine grosse Menge von freiem Formaldehyd vorhanden ist. Daher besteht ein Bedürfnis, ein gutes Bindemittelsystem herstellen zu können, das nicht einen im wesentlichen hohen Formaldehydgehalt aufweist.

Die Erfindung stellt ein neues und neuartiges Verfahren zur Verfügung, durch das die Probleme und Schwierigkeiten, die mitden bekannten Verfahren verbunden waren, überwunden werden.

Ziel der Erfindung ist die Herstellung eines Gußkerns, der eine verbesserte Zugfestigkeit hat.

Nach einem anderen Ziel der Erfindung soll eine Kernmasse geschaffen werden, die sehr schnell härtet, so dass sie zusammen mit einer mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden automatischen Vorrichtung verwendet werden kann.

Nach noch einem anderen Ziel der Erfindung soll ein Gußkern hergestellt werden, der der Wärme von einem hoch schmelzenden Metall widerstehen kann und dennoch, nachdem das Metallgußstück erhärtet ist, leicht ausgeschüttelt werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Gußkerns aus Materialien, die im Vergleich zu vielen zur Zeit verwendeten Materialien relativ billig sind.

Nach noch einem weiteren Ziel der Erfindung soll ein Gußkern geschaffen werden, der seine Festigkeit in einer sehr feuchten Atmosphäre nicht verliert.

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Diese Ziele der Erfindung werden durch ein Veüiahren zur Herstellung einer Gußkernmasse erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man-

a) ein rnonomeres Bindemittelgemisch aus 2 bis 10 Gew.-^ eines wässrigen Harnstoff-Formaldehyd-Gemischs, 97*9875 bis 89,5 Gew.-^ Furfurylalkohol, Wobei das wässrige Harnstoff-Formaldehyd-Gemisch etwa 5 bis etwa 25 Gew.-% Wasser enthält, und aus 0,0125 bis 0,5 Gew.-% eines Silanbindemittels (Silan-coupling angent) der allgemeinen Formel

X-R¹-Si-(OR")₇

bildet, worin R¹ eine kurzkettige Alkylengruppe mit etwa 3 bis 6 Kohlenstoffatomen ist, R" ein Rest ist, der Aryl, Alkyl, substituiertes Aryl oder Heteroalkyl sein kann, und X eine reaktionsfähige Gruppe ist, die Amino, Mercapto, Epoxy oder Glycidoxy sein kann,

b) ein Gemisch aus Sand und saurem Katalysator bildet, wobei der Sand und der saure Katalysator in einem solchen Anteil vermischt werden, dass, wenn 0,5 bis 5 Gew.->^!i rnonomeres Bindemittel mit 99*5 bis 95 Gew.-% des Gemische aus Sand und saurem Katalysator vermischt werden, der saure Katalysator in einer Menge von

5 bis 50 Gew.-/£ des monomeren Bindemittels vorliegt, und

c) 0,5 bis 5 Gew.-% des monomeren Bindemittels mit 99,5 bis 95 Gew.-% des Gemischs aus Sand und saurem Katalysator vermischt.

Im spezielleren werden die Ziele der Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung einer Gußkernmasse erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man

a) ein monomeres Bindemittelgemisch aus 2 bis 10 Gew.-^ eines wässrigen Harnstoff-Formaldehyd-Gemischs, 97,9875 bis 89,5 Gew.-^ Furfurylalkohol, wobei das wässrige Harnstoff-Formaldehyd-Gemisch etwa 5 bis etwa 25 Gew.-% Wasser enthält, und 0,0125 bis 0,5 Gew.-^ eines Silanbindemittels der allgemeinen Formel

X-R¹-X-Si-(OR"),

bildet, worin R* eine kurzkettige Alkylengruppe mit etwa j5 bis 6 Kohlenstoffatomen, R" Aryl, Alkyl, substituiertes Aryl oder Hetero-

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alkyl ist und X Amino, Mei'capto, Epoxy oder Glycidoxy sein kann,

b) ein Gemisch aus 5700 bis 3979 Gewichtsteilen Sand und 1 bis 100 Gewichtsteilen von saurem Katalysator bildet und

c) 0,5 bis 5 Gew,->ü des monomeren Bindemittels mit 95 bis 99,5 Gew.->j des Gemischs aus Sand und saurem Katalysator vermischt.

Die Erfindung enthält die Verwendung von 2 bis 10 Gew.-% von wässrigem Harnstoff-Formaldehyd-Gemisch bei der Bildung eines monomeren Bindemittels.

Wässrige Harnstoff-Formaldehyd-Gemische sind im Handel erhältlich. Ein Beispiel ist ¹¹UtF. Concentrate 85", das von der Nitrogen Division von der Allied Chemical & Dyo Corporation, South Point, Ohio, verkauft wird. Ein anderes wässriges Harnstoff-Formaldehyd-Gemisch wird von E.I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, Delaware, hergestellt und unter der Bezeichnung "Urea-Formaldehyd 25-60" vertrieben. Andere Beispiele für wässrige Harnstoff-Formaldehyd-Gemische sind "Sta-Form 60" von Georgia-Pacific Company, Portland, Oregon, "UF-85" und "UF-78" von Borden Chemical Division, Borden, Inc., New York, New York, "Agrimine" von Reichhold Chemical Inc., White Piaines, New York, "Formourea 60" von Montecatini Edison, Italien, und "Formol 55" von Badische Anilin- & Soda-Fabrik, Deutschland. Es wird angenommen, dass der Formaldehyd, der Harnstoff und die von diesen irn Gleichgewichtszustand vorhandenen Reaktionsprodukte, die in aen wässrigen Harnstoff-Formaldehyd-Gomirjchen vorliegen, in den folgenden Gleichgewichtszuständen vorhanden sind}

NH₂CONH₂ + HCHO £ NHgCONHCHgOH
NH₀CONHCH₀OH + HCHO ^ HOCH₀NHCONHCH₀Oh HOCH₂NHCONHCH₂Oh + IICHO ^ HOCH₂NHCON(Ch₂OH)₂ HOCH₂NHCON(CH₂Oh)₂ + HCHO ^ (H0CH₂)₂NC0N(CH₂OIl)₂.

Di*. voriitehonden Formeln für die Gleichgewichtszustände erläutern, v<a5i unter dom Ausdruck "ein nicht-polymerisiertes wässriges Gei/,!:;ch von Formaldehyd, Harnstoff und Im Gleichgewichtszustand davon

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BAD ORiOJNAL

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vorlmndene Reaktionsprodukte" zu verstehen 1st.

Solche Harnstoffmoleküle in den vorstehend angegebenen Formeln für die Gleichgewichtszustände mit mehr als einem gebundenen Methylolrest werden manchmal als Polymethylolharnstoffe bezeichnet. Es ist schwer, zwischen den verschiedenen Polymethylolharnstoffen in den wässrigen Harnstoff-Formaldehyd-Gemischen zu unterscheiden. Aus diesem Grunde wird die Zusammensetzung der wässrigen Harnstoff-Formaldehyd-Lösung in Gewichtsprozenten Harnstoff und Formaldehyd angegeben. Eine typische Analyse eines wässrigen Harnstoff-Formaldehyd-Gemischs von Allied Chemical ("U.F. Concentrate-85") ergab 59 Gew.-% Formaldehyd, 26 Gew.-% Harnstoff und etwa 15 Gew.-% Wasser.

Das vorstehend beschriebene wässrige Harnstoff-Formaldehyd-Gemiscli kann etwa 5 bis etwa 25 Gew.-;£ Wasser enthalten.

Das hier beschriebene wässrige Harnstoff-Forrnaldehyd-Gemisch kann in einer Menge von 2 bis 10 Gew.-% vorhanden sein. Bei der oberen Konzentration des wässrigen Harnstoff-Formaldehyds, d.h. bei 10 % und darüber, beginnt, sich ein Formaldehydgeruch zu entwickeln, durch den das Bindemittel für Personen, die damit in Berührung kommen, ungeeignet ist. Nach der Erfindung wird daher ein wässri-

die ges Harnstoff-Formaldehyd-Gemisch verwendet, bei dem ernsten

Probleme nicht auftreten, die normalerweise mit der Verwendung von Formaldehyd verbunden sind.

Obwohl nach der Erfindung die Verwendung von gamma-Aminopropyltriäthoxysilan in dem monomeren Bindemittel der Erfindung bevorzugt wird, kommen andere geeignete Silanbindemittel in Betracht, zu denen z.B. die folgenden gehören:

gamma-Mercaptopropyltrimethoxysilan,

N-beta-(Aminoäthyl)-gamma-aminopropyltrimethoxysilan,

beta-0,4-Epoxyoyclohexyl)äthyltrimethoxysilan,

gamma-Glycldoxypropyltrimethoxysilan,

gamma-Aminopropyltriphenoxysilan,

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gamma-Aminopropyltribenzyloxysilan, gamma-Aminopropyltrifurfuroxysilan, gamma-Aminopropyltri(o-chlorphenoxy)silan,

gamma-Aminopropyltri(p-chlorphenoxy)silan und

gamma-Aminopropyltri(tetrahydrofurfuroxy)silan.

Das monomere Bindemittelgemisch der Erfindung enthält ausserdem 8-9,5 bis 97,9875 Gew.-% Furfurylalkohol. Es wird hervorgehoben, dass der FurfuryMkohol monomer sein muss, und zwar im Gegensatz zu polymerisiertem Furfurylalkohol, Furfurylalkoholharzen und kondensiertem Furfurylalkohol. Es wird ausserdem betont, dass das Bindemittelgemisch der Erfindung monomer ist und keine wesentlichen Mengen von polymerisierten Bestandteilen enthält.

Zu der Erfindung gehört das Herstellen eines Gemisclis aus Sand und saurem Katalysator, das mit dem monomeren Bindemittelgemisch vermischt werden soll. Der saure ,Katalysator muss mit dem Sand in einer solchen Menge vermischt werden, dass, wenn 0,5 bis 5 Gew.-^ monomeres Bindemittel mit 99,5 bis 95 Gew.-% des Gemischs aus dem Sand und dem sauren Katalysator vermischt werden, der saure Katalysator in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-% des monomeren Bindemittels vorhanden ist. Im allgemeinen kann dieses durch Vermischen von 37OO bis 3979 Gewichtsteilen Sand mit 1 bis 100 Gewichtsteilen von dem sauren Katalysator bewirkt werden. Die von dem sauren Katalysator in dem Gemisch aus Sand und Katalysator verwendete Menge schwankt innerhalb des angegebenen Bereichs je nach dem verwendeten Sandfcyp und ausserdem je nach den gewünschten Härtungseigenschaften. Sande mit einem hohen Tongehalt können einen grossen Säurebedarf haben und erfordern mehr sauren Katalysator. Im allgemeinen kann irgendein saurer Katalysator verwendet werden, wie z.B. Toluolsulfonsäure, Phosphorsäure, Ammoniumchlorid, Ammoniumtrichloracetat, Ammoniumphosphat, Ammoniumsulfat und Ammoniumnitrat. Eine Lösung aus 70 % Toluolsulfonsäure in Wasser oder eine 85 $ige Lösung von Phosphorsäure in Wasser sind besonders gut für eine Verwendung als Katalysator bei dem Verfahren der Erfindung geeignet.

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Bei Durchführung der Erfindung wird das monomere Bindemittelgemisch zuerst durch Vermischen der Komponenten, wie es oben beschrieben ist, hergestellt. Ausserdem werden der Sand und der saure Katalysator in dem obenbeschriebenen Mengenverhältnis zubereitet. Dann wird das monomere Bindemittelgemisch mit dem Gemisch aus Sand und saurem Katalysator vermischt. In diesem Gemisch macht das monomere Bindemittel 0,5 bis 5 Gew.-# des Gemischs aus, während das Gemisch aus Sand und saurem Katalysator die restlichen 99*5 bis 95 Gew.-% des Gemischs ausmacht.

Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele weiter¹ erläutert, aber nicht begrenzt. Die Beispiele 3> 5* 7 und 9 stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar.

In den Beispielen werden bestimmte Eigenschaften der Gußkerne vergleichen, um den durch die Erfindung erzielten Fortschritt aufzuzeigen. Wenn die Zugfestigkeit als Vergleichsmethode benutzt wurde, wurde der Test nach der Standardmethode durchgeführt, die in dem Abschnitt 13 von dem Foundry Sand Handbook, 7· Auflage, I963, von der American Foundry Society, Inc., Des Piaines, Illinois, beschrieben ist. Wenn die Ritzhärte als Vergleichsmethode genommen wurde, so wurde dieser Test nach dem Abschnitt 16 der gleichen Veröffentlichung durchgeführt.

Das bei jedem Versuch verwendete Harnstoff-Formaldehyd-Gemisch war ein Harnstoff-Formaldehyd-Konzentrat vom Typ 85.

Bei den Beispielen bei denen die Lebensdauer des Kerns vergleichend getestet wurde, wurde davon ausgegangen, dass die Lebensdauer die Anzahl Minuten ist, in der mehr als 6 Kompressionen auf eine Probe ausgeübt werden, um die gleiche Stauchlänge zu erreichen, wie es 3 Kompressionen ursprünglich erzielen würden.

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Beispiel 1

Eine bestimmte Menge Kieselsaures and. wurde abgewogen und beiseite gelegt. Danach wurde eine bestimmte Menge Furfurylalkoholbindemittel, die 2 Gew.-% Kieselsäuresand entsprach, abgemessen und beiseite gelegt. Danach wurde eine 70 ;£ige Lösung von· Toluolulfonsaure in Wasser, die 17 Gew.-% Furfurylalkoholbindemittel entsprach, mit dem Kieselsäuresand vermischt. Nachdem der Sand und die- Säure vollsbündig vermischt worden waren, wurde das Furfurylalkoholbindemittel vollständig eingemischt. Kerne wurden aus diesem Material hergestellt, die bei Umgebungstemperaturen 2 bis 5 Stunden härten konnten und dann über Nacht bei einer relativen· Feuchtigkeit von 23 % gehalten wurden. Ein aus diesem Gemisch

2 hergestellter Kern hatte eine Zugfestigkeit von 19,4 kg/cm und eine Ritzhärte von 92. Wenn dieses Material bei einer relativen Feuchtigkeit von 95 % über Nacht gehalten und aus diesem Material ein Gußkern hergestellt wurde, hatte dieser eine Zugfestigkeit von 5 kg/cm und eine Ritzhärte von 8j5. Die Lebensdauer eines aus diesem Gemisch hergestellten Kerns betrug 11 Minuten. Dieses ■ Beispiel erläutert nicht die Erfindung, sondern dient nur zum Vergleich eines Kerns, der mit einem Furfurylalkoholbindemittel hergestellt worden ist.

Beispiel 2

Das Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, dass das Furfurylalkoholbindemittel durch ein Bindemittel ersetzt wurde, das aus 95 Gew.-^ Furfurylalkohol und 5 Gew.-# wässrigem Harnstoff- -Formaldehyd bestand. Ausserdern wurde die Toluolsulfonsäuremenge auf 20 Govj.-ji uets Bindemittel« erhöht. Kerne wurden aus diesem Gemisch hergestellt und konnten bei Umgebungstemperaturen 2 bis Stunden härten und wurden dann über Nacht bei einer relativen Feuchtigkeit von j} % gehalten. Die Zugfestigkeit von einem dieser

γι Ο

Gußkei-ne be tug 5,7 kg/cm'¹", und die Ritzhärte war 83. Die Lebensdauer Uio.-Hii; Kernü betrug 13 Minuten. Dieses Beispiel erläutert ebenfalls nicht die Erfindung« .aonäorn dient nur zum Vergleich

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eines Kerns, der aus einem Bindemittel hergestellt worden ist, das nur Furfurylalkohol und wässrigen Harnstoff-Formaldehyd enthielt.

Beispiel 3

Eine bestimmte Menge Kieselsäuresand wurde abgewogen und beiseite gelegt. Danach wurde ein monomeres Bindemittel hergestellt, das aus etwa 97*9 Jo Furfurylalkohol, etwa 2 % wässrigem Harnstoff-Formaldehyd und 0,1 % gamma-Aminopropyltriäthoxysilan bestand. Eine Menge dieses Bindemittels, die 2 Gew.->^ Kieselsäuresand entsprach, wurde dann abgewogen und beiseite gelegt. Danach wurde eine 70 #ige Lösung von Toluolsulfonsäure in Wasser, die 17 Gew.-^ des monomeren Bindemittels entsprach, vollständig in den Kieselsäuresand eingemischt. Das Gemisch aus Sand und Säure wurde dann vollständig mit dem monomeren Bindemittel vermischt. Kerne wurden aus diesem Material hergestellt, die bei Umgebungstemperaturen 2 bis 3 Stunden härten konnten und dann über Nacht bei einer relativen Feuchtigkeit von 93 % gehalten wurden. Es wurde festgestellt, dass jeder dieser Gußkerne eine Zugfestigkeit von 21,4 kg/cm , eine Ritzhärte von 9² und eine Lebensdauer von 17 Minuten hatte. Dieses Beispiel liegt im Rahmen der Erfindung und erläutert eine besondere Ausführungsform der Erfindung.

Beispiel 4

Das Beispiel 2 wurde wiederholt mit der Ausnahme jeaoch, dassder Kieselsäuresand durch Seesand ersetzt wurde und das Bindemittel aus 92 % Furfurylalkohol unc! 8 % wässrigem Harns to ff-Formaldehyd bestand. Ausserdem wurde die Katalysatormc-nge auf 25 Gew.-% des Bindemittels erhöht. Ein Gußkern wurde aus die.f.ei:: Gemisch hergestellt, der bei Umgebungstemperaturen 2 bis 3 ο runden härten konnte und dann über Nacht bei einer relativen Feuchtigkeit von 95 ^:/o gehalten wurde. Es wurde festgestellt, clasö der Kern eine Zugfestigkeit von 11,3 kg/cm hatte. Dieses Beispiel erläutert nicht Uie Erfindung, sondern dient nur air» Beispiel für ein Binde-

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mittel, das nicht das gamma-Aminopropyltriäthoxysilan enthält, Beispiel 5

Das Beispiel 4 wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, dass 0,1 % des Furfurylalkohols durch 0,1 % gamma-Aminopropyltriäthoxysilan ersetzt wurde. Nachdem" der aus diesem Gemisch hergestellte Gußkern über Nacht bei einer relativen Feuchtigkeit von 93 % gehalten worden war, hatte er eine Zugfestigkeit von 19,3 kg/cm

Beispiel 6

Dus Beispiel 4 wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, dass der Seesand durch Kieselsäuresand ersetzt wurde und die Toluolsulfonsäure durch eine 85 $ige Lösung von Phosphorsäure in Wasser ersetzt wurde. Nachdem ein aus diesem Gemisch hergestellter Gußkern über Nacht bei einer relativen Feuchtigkeit von 93 % gehalten worden war, wurde festgestellt, dass er eine Zugfestigkeit von

3*9 kg/cm hatte. Nachdem ein aus diesem Gemisch hergestellter Gußkern über Nacht bei einer relativen Feuchtigkeit von 20 bis 30 % gehalten worden war, wurde festgestellt, dass er eine Zugfestigkeit von 26,2 kg/cm hatte. Wie das Beispiel 4 erläutert dieses Beispiel nicht die Erfindung, sondern dient nur zum Vergleich eines Gußkerns, der mit einem unterschiedlichen Säurekatalysator hergestellt worden ist.

Beispiel 7

Das Beispiel 6 wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, dass 0,4 % Furfurylalkohol durch 0,4 % gamma-AminopropyItriäthoxysilan ersetzt wurde. Nachdem ein aus diesem Gemisch hergestellter Gußkern über Nacht bei einer reaktiven Feuchtigkeit von 93 % gehalten

worden war, hatte er eine Zugfestigkeit von 28 kg/cm . Nachdem einaus diesem Gemisch hergestellter Gußkern über Nacht bei einer relativen Feuchtigkeit von 20 bis 30 yZ gehalten worden war, hatte

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er eine Zugfestigkeit von 40,9 kg/cm . Dieses Beispiel liegt im Rahmen der Erfindung und erläutert eine bevorzugte Ausführung form der Erfindung.

Beispiel 8.

Das Beispiel 6. wurde wiederholt mit der Ausnahm- jedoch, dass die Menge von dem sauren Katalysator auf 30 Gew.-% des Bindemittels erhöht wurde. Ein aus diesem Gemisch hergestellter Gußkern, der über Nacht bei einer relativen Feuchtigkeit von 93 % gehalten worden war, hatte eine Zugfestigkeit von 5*5 kg/cm¹". Ein aus diesem Gemisch hergestellter Gußkern, der über Nacht bei einer relativen Feuchtigkeit von 20 % gehalten worden war, hatte eine Zugfestigkeit von 29,3 kg/cm und eine Lebensdauer von 14 Minuten. Dieses Beispiel fällt nicht unter die Erfindung, sondern dient nur zum Vergleich eines Gußkerns, der aus einem Gemisch mit einem höheren Gehalt an saurem Katalysator hergestellt worden ist.

Beispiel 9

Das Beispiel 8 wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, dass 0,1J Furfurylalkohol durch 0,1 % gamma-Aminopropyltriätlioxysilan ersetzt worden war. Nachdem ein aus diesem Gemisch hergestellter Gußkern über Nacht beieiner relativen Feuchtigkeit von \\1 ;j gohalten worden war, hatte er eine Zugfestigkeit von 15,3 kg/cm¹¹". Nachdem ein aus diesem Gemisch hergestellter Gußkern über Nacht bei einer relativen Feuchtigkeit von 20 /o gehalten worden war, h; tte er eine Zugfestigkeit von 32,8 kg/cm und eine Lebensdauer von 27 Minuten. Dieses Beispiel liegt im Rahmen der Erfindung unu stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar.

Beispiel 10

Ein monomeres Bindemittelgemlsch wurde unter Verwenuunc verschiedener Gewichtsteile Furfurylalkohol, Harnstoff, Formaldehyd und gamma-Aininopropyltriäthoxysilan hergestellt. Iii.no Mungo von b'.-> y-

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iger Phosphorsäure in Wasser, die 25 Gew.-% des monomeren Bindemittels entsprach, wurde dann mit einer bestimmten Menge Wedron- -Kieselsäuresand vermischt. Dann wurden 2 Gew.-$ des monomeren
Bindemittels mit dem Gemisch aus Sand und Katalysator vermischt. Auo dem Gemisch wurden Gußkerne hergestellt, defy bei Umgebungstemperaturen 2 bis 3 Stunden härten konnten und dann über Nacht bei zwei verschiedenen relativen Feuchtigkeitsbereichen gehalten wurden. Die erhaltenen Ergebnisse werden in der Tabelle I wiedergegeben.

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Tabelle

Monomeres Binden:!tte!system (Gewichtsteile)

Versuch- Furfuryl-Nr. alkohol

wässriger Harn- gamma-Aminopr.0-stDf f-Formaldehyd pyltriäthoxy-

silan

Zugfestigkeit (kg/cm ) Härtung über Nacht

rel.F

26-54%
rel.F.

Freier Formaldehyd

1	100
2	99
3	98
4	97
5	92
6	99
7	98
8	97
9	92
10	99
11
12	97
	92

O
1
2

8
1
2

1
2

0,1

0,2

0,4

0,4 15

34,4

35

46,7

27,5

31,6

32,5
41,6

34,1

35,9
38,4

45

4,3 21,6 22,4 22,9

30,7 21,4 22,1 23,8 31,2 21,4 23,4

0,1

0,4 0,6 0,9 2,9

30,7

Q

Beispiel 11

Monomere Bindemittelgemische wurden unter Verwendung von 92 Gewichtsteilen Furfurylalkohol, 8 Gewichtsteilen von wäsaigem Harnstoff-Formaldehyd und 0,1 Gewichtsteil verschiedenen Silanbindernitteln hergestellt. Der bei jedem Versuch verwendete Silanbindemitteltyp wird in der Tabelle II angegeben. Eine Menge von 85 feiger Phosphorsäure in Wasser, die 25 Gew.-$ des monomeren Bindemittels entsprach, wurde dann mit einer bestimmten Menge Wedron- -Kieselsäuresand vermischt. Dann wurden.2 Gew.-% des monomeren Bindemittels mit dem Gemisch aus Sand und Katalysator vermischt. Aus dem Gemisch wurden Gußkerne hergestellt, die bei Umgebungstemperaturen 2 bis 5 Stunden härten konnten und dann über Nacht bei zwei verschiedenen relativen Feuchtigkeitsbereichen gehalten wurden. Die erhaltenen Ergebnisse werden in der Tabelle II wiedergegeben.

Tabelle II

Versuch Nr.

Silanbindemittel

Zugfestigkeit in kg/cm nach dem Härten über Nacht 52-50 %
rel.F.

rel.F.

14 keines 10,5

15 gamma-Aminopropyltribenzyloxysilan 36,6

16 gamma-Aminopropyltriphenoxysilan 39,4

17 gamma-Aminopropyltrifurfuroxysilan 40,1

18 gamma-Aminopropyltri(o-Chlorphenoxy)silan 40,1

19 gamma-Aminopropyltri(o-chlorphenoxy)silan Ύϊ >Ί>

28,8 28,1 28,8

29,5 24,6

Der Versuch 14 fällt nicht unter den Erfindungsbereich, sondern wurde als Beispiel für ein Bindemittel hergestellt, dass kein Silanbindemittel enthält.

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-lo

Beispiel 12

Andere monomere Bindemittelgemische wurden unter Verwendung von 92 Gewichtsteilen Furfurylalkohol, 8 Gewichtsteilen wässrigem Harnstoff-Formaldehyd und 0,1 Gewichtsteil' von verschiedenen Silanbindemitteln hergestellt. Der bei jedem Versuch verwendete Typ des Silanbindemittels wird in der Tabelle III angegeben. 5ine Menge 85 ^iger Phosphorsäure in Wasser, die 30 Gew.-^ des monomeren Bindemittels entsprach, wurde dann mit einer bestimmten Menge Wedron-Kieselsäuresand vermischt, Dann wurden 2 Gew.-^ des monomeren Bindemittels mit dem Gemisch aus Sand und Katalysator vermischt. Gußkerne wurden aus dem Gemisch hergestellt und konnten bei Umgebungsbedingungen 2 bis 3 Stunden härten und wurden dann über Nacht bei zwei verschiedenen relativen Feuchtigkeitsbereichen gehalten. Die Ergebnisse werden in der nachfolgenden Tabelle III wiedergegeben.

Tabelle III

Versuch
Nr.

Silanbindemitte1

Zugfestigkeit in kg/crn^r~ nach dem Härten über N ac lit 73-60 % 93 $~

rel.F. rel.F.

20 keines

21 gamma-Aminopropyltrläthoxysilan

8,4

19,7

22 gamrna-Mercaptopropyltriniethoxysilan 19,7

23 gamma-Glycidoxypropyltrimethoxysilan 21,8

5,6

18,3 18,3 17,6

Der Versuch 20 fällt nicht unter die Erfindung, sondern wurde als Beispiel für ein Bindemittel durchgeführt, das kein üilanbLnde:;dttel enthält.

Die obigen Beispiele erläutern l<3ar die Durchführung b,;w. den Effekt der Erfindung. Es ist zu ersehen, dass die Beispiele 1 und 2, bei denen die Bindemittel aus Furfurylalkohol und Furfurylalkohol-wässrl gem Harns toff-Formaldehyd bestanden, Zugfest if;kc i. tt>n von 'j kfv'cni^

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2
und 5,7 kg/orn und eine Lebensdauer von 11 Minuten und 15 Minuten haben. Wenn dem Bindemittel 0,1 % gamma-Aminopropyltriäthoxysilan zugegeben worden war, wie es in dem Beispiel 3 erläutert wird, erhöhte sich die Zugfestigkeit sprunghaft auf 21,4 kg/cm*" und die Lebensdauer auf 17 Minuten. Die ausserorüentlich starke Vergrösse-

p ρ

rung der Zugfestigkeit von 5*7 kg/cm auf über 21 kg/cm zeigt kli.r den aussergewöhnlichen Effekt der Erfindung.

Die Beispiele 4 und 5 erläutern die Verbesserung der Erfindung noch vielter. Das Beispiel 5 entspricht dem Beispiel 4 mit der Ausnahme jedoch, dass dem monomeren Bindemittel 0,1 % gamma-Aminopropyltriätnoxysilan zugegeben worden ist. Wiederum zeigt die Zugfestigkeit klar den mit der Erfindung erzielten Portschritt. Ohne Silari betruß die Zugfestigkeit 11,3 kg/cm . Mit dem Silan erhöhte sich die Zugfestigkeit auf 19,3 kg/ Vergrößerung der Zugfestigkeit entspricht.

erhöhte sich die Zugfestigkeit auf 19,3 kg/cm , was einer 71 folgen

Die Beispiele G und '( erläutern ebenfalls die hervorragende Verbesserung, Ίο durch dieErfindung erzielt wird, wenn ein unterschiedlicher wäurekatalysator benutzt wird und höhere Silanmengen verwendet werden. Diese Beispiele entsprachen sich mit der Ausn^iij; jedoch, uass das monomere Bindemittel des Beispiels ¹J 0,4 >j

enthält. Es ist zu ersehen, dass

tnonon Feuchtigkeitsgehalten durch das Silan die Zug-

2 ρ

von r:(j,^rd kg/cm auf 40,9 kg/cm bei niedrigerem Feuch-

o ρ

t tigkeitsgo.'io.lt und von 'j>,j kg/cm"" auf 28 kg/cm bei höheren Peuchtlgko.Ltogeh--.lten beim Härten erhöht wurde. Die letztere Erhöhung von Über 600 ·/> stellt einen weiteren Nachweis für den ausserordent lior:'-n lyffokt der Erfindung dar.

; lwr";:i oj.o ßeispMe 8 und 9 wird die durch die Erfindung erzielte

/oi'bo:;nerung noch weiter erläutert. Diese Beispiele entsprechen :.i'iii mit dor Ausnahme jedoch, dass das Beispiel 9 0,1 ^ gamma-

\ -/.i.iinopropyltriäthoxysilan in dem monomeren Bindemittel enthält.

Es irit au sehen, dass bei diesen Beispielen die Zugfestigkeit

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(iuron :>ilan (beim Härten bei hoher Feuchtigkeit) von 5j5 kg/cm j auf 15,3 kg/orn anatieg« Die Lebensdauer des Kerne wurde fast um

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das Doppelte, und zwar von 14 Minuten auf 2γ Minuten, gesteigert.

Das Beispiel 10 erläutert noch weiter den erheblichen Portschritt, eier üiit der Erfindung erzielt wird. Bei jedem Versuch dieses Beispiels ist zu ersehen, dass die neue und ungewöhnliche Kombination eier Erfindung zu einer wesentlichen Verbesserung gegenüber bekannten Gußtechniken führt. Die durch die Kombination von hohem Purfury!alkoholgehalt und massigem bis geringem Gehalt an wässrigem Harns toff-Formaldehyd in Verbindung mit gamrna-Aminopropyltrläthoxysilan erzielte Verbesserung ist klar ersichtlich. Die Gehalte an freiem Formaldehyd werden angegeben um zu zeigen, dass bei einem Gehalt von wässrigem Harnstoff-Formaldehyd über etwa 10 % der freie Formaldehyd nicht mehr ohne Bedeutung ist und dass der" Harnstoff-Formaldehyd-Gehalt daher begrenzt v/erden muss.

Durch die Beispiele 11 und 12 wird die durch die· Erfindung erzielte Verbesserung noch vielter erläutert. In diesen beiden Beispielen zeigt die Zugfestigkeit klar den durch die Erfindung erzielten Fortschritt. Ohne das Silan in den beiden Beispielen ist die Zugfestigkeit geringer als mit dem Silan.

Die obigen Beispiele lassen eindeutig erkennen, dass die Erfindung zu einem erheblichen Fortschritt auf dem Gebiet der Gußtechnik führt.

Zu den vielen Vorteilen, die durch die Erfindung erreicht werden, gehört auch, dass der Furfurylalkohol in situ in dem Sand verharzt wird und nicht verharzt werden muss, bevor der Furfurylalkohol in den Sand eingetragen wird. Diese einstufige Verfahrensweise, durch die zwei Stufen gleichzeitig erfasst werden, stellen zweifellos einen wirtschaftlichen Vorteil dar.

- Patentansprüche · 209833/0825

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Gußkernmasse, dadurch gekennzeichnet, dass man

a) ein monomeres Bindemittelgemisch aus 2 bis 10 Gew.-Jo eines wässrigen Harnstoff-Formaldehyd-Gemischs, 97,9875 bis 89,5 Gew.-^ Furfurylalkohol, wobei das wässrige Harnstoff-Formaldehyd-Gemisch etwa 5 bis 25 Gew.-% Wasser enthält, und aus 0,0125 bis 0,5 Gew.-% eines Silanbindemittels der allgemeinen Formel

X-R¹-Si-(OR")-,

bildet, worin R¹ eine kurzkettige Alkylengruppe mit etiva j5 bis 6 Kohlenstoffatomen ist, R" ein Rest ist, der Aryl, Alkyl, substituiertes Aryl oder Heteroalkyl sein kann, und X eine reaktionsfähige Gruppe ist, die Amino, Mercapto, Epoxy oder Glycidoxy sein kann,

b) ein Gemisch aus Sand und saurem Kfcalysator bildet, wobei der Sand und der saure Katalysator in einem solchen Anteil vermischt werden, dass, wenn 0,5 bis 5 Gew.-^ des monomeren Bindemittels mit 95 bis 99*5 Gew.-% des Gemischs aus Sand und saurem Katalysator vermischt werden, der saure Katalysator in einerMenge von

5 bis 50 Gew.-% des monomeren Bindemittels vorliegt, und

c) 0,5 bis 5 Gew.-^j des monomeren Bindemittels mit 95 bis 99,5 .~$ des Gemische aus Sand und saurem I&alysator vermischt.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das."-als Silanbindcniittel gamma-Aininopropyltriüthorcysilan, gai:n.;a-Mercapto propyltrinicthoxysi lan, N-beta-(Amiiioät:iyl)~[;;anima-aininopropyltrimethoxysilan, beta-(^,4-Epoxycyelohexyl)l'thyltrirnethoxysil; .n, gaiiina-Glycidoxypropyltriniethoxysilan, gamm-Amino propyltri phenoxy c"ilan, gamma-Arninopropyltriben^yloxysilun, ; :ai;ima-Ai:iinoprop^ ltrifurfui"'oxysilan, gar.imc.-Aiainopi-Opyltrlio-chloi'phenozyJciLun, ganirn·.*- Arninopropy ltri (p-chlorphenoxy) c j lan oder ganiinc-Aiiinopropy Itri (te trahydrofurfuroxy)silan verwendet.

y. Verfahren nach Anr.pi^ucli 1 οά-,α· Ίί, daäurcn gekennzeichnet, üauo üian al·.; üauren Ilatalysator Toluol.suliOnsauj.O verwendet.

k. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder ;j, dadurch gekennzeichnet, daüs man ein Gemisch aus yJOO bi^ 597'J Gev:iclitüteilen 3;.nd und 1 bis ICO Geviichtsteilen von dem ::auren Katalysator herstellt.

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