NO801382L - Bindemiddel paa urethanbasis for anvendelse ved fremstilling av stoepeformer og -kjerner - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår harpiksbindemidler bestående av blandinger av polyoler og isocyanaturethanpolymerer. Disse bindemidler lar seg herde ved hjelp av kjente urethankatalysatorer, innbefattende en gassformig katalysator. I hen-

hold til et annet aspekt angår oppfinnelsen herdbare urethanbindemidler som er anvendbare for sammenbinding av partikkelformige faste materialer. Spesielt angår oppfinnelsen urethanbindemidler av den ikke-sammensmeltende type ("no-bake" type) og av kaldformtypen ("cold box"type), i hvilke det benyttes en isocyanaturethanpolymer som isocyanatreaktant eller -komponent. Bindemidlene har evne til å binde sand eller andre støpeballastmaterialer for dannelse av former eller kjerner for støping av metaller, spesielt aluminium og andre lettmetaller, som støpes ved relativt lav temperatur. De kjerner og former som fremstilles under anvendelse av disse bindemidler, oppviser meget god nedbrytbarhet eller utrystningsevne når de anvendes ved lave støpetemperaturer.

"Cold box"-urethanbindemidler for anvendelse ved binding av ballastmaterialer for fremstilling av støpekjerner og -former er kjent i faget. Eksempelvis beskrives i US patentskrift nr. 3 409 579 et slik "cold box"-bindemiddel og dets anvendelse for fremstilling av kjerner og former for støpeformål.

Videre er "no-bake"-urethanbindemidler kjent i faget for anvendelse ved binding av ballastmaterialer for fremstilling av støpekjerner og -former. US'patentskrift nr. 3 676 392 gir et eksempel på slikt "no-bake"-bindemiddel og anvendelse av dette for fremstilling av kjerner og former for støpeformål.

I støperiindustrien har det lenge foreligget et behov for et "no-bake"- og "cold box"-bindemiddel som er anvendbart for fremstilling av kjerner og former for støping av lettmetaller, såsom aluminium og magnesium. Med de tidligere

kjente "no bake"- og "cold box"-bindemidler var det således ikke mulig å oppnå kjerner og former for støping av disse lettmetaller, med nødvendige kjerne- og formegenskaper samt god utrystningsevne. Når en tilstrekkelig mengde bindemiddel anvendes for å oppnå anvendbar fasthet og mot-standsdyktighet mot abrasjon, kommer kjerner og former ikke

til å brytes ned i tilstrekkelig grad ved støpetemperaturene for lettmetaller. De oppviser med andre ord dårlige utrystnirigs-egenskaper. Et problem i forbindelse med støping av lettmetaller har vært å finne et bindemiddel som på den ene side gir sterke, ikke-skjøre kjerner og former, men som på den annen side brytes ned tilstrekkelig ved støpetemperaturen for'aluminium og magnesium til at utrystningen kan skje greitt.

Det er et mål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et støpebindemiddel på urethanbasis under anvendelse av en polyolkomponent og en polyisocyanatkomponent i blanding, hvor polyisocyanatkomponenten er en isocyanaturethanpolymer dannet ved kombinasjon av en polyol med et polyisocyanat. Blandingen kan herdes med en gassformig katalysator eller med andre urethankatalysatorer. For tydelighets skyld vil uttrykket "polyhydroxyforbindelse" bli benyttet for å beskrive polyol-reaktanten ved dannelsen av en isocyanaturethanpolymer. Uttrykket "polyol" vil benyttes for den reaktant (som også

vil bli betegnet som Del I) som inngår i den reaksj.on ved hvilken.støpebindemiddelet dannes. Det vil således sees at uttrykkene "<p>olyhydroxyforbindelse" og "polyol" omfatter samme klasse av kjemiske forbindelser.

Det er ytterligere et mål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et "no-bake"- og "cold box"-urethan-bindemiddel som kan anvendes for fremstilling av sandkjerner og -former som oppviser god fasthet og gode ikke-smuldrende egenskaper, men likevel brytes godt ned ved lave støpetempera-turer, dvs.understøpetemperaturene for ferrometaller. Kjernene og formene ifølge oppfinnelsen oppviser en kombinasjon av god fasthet og gode utrystningsegenskaper ved støpetemperaturene. for lettmetaller, såsom aluminium og magnesium.

Det har vist seg at en isocyanaturethanpolymer som er reaksjons<p>roduktet av en polyhydroxyforbindelse og et polyisocyanat, kan kombineres med en polyol for dannelse av et

"no bake"- og "cold box"-urethanbindemiddel som ved blanding med sand eller andre hensiktsmessige støpematerialer eller - ballastmaterialer og herdning danner kjerner og former med utmerkede bearbeidelsesegenskaper, dvs. fasthet, motstand-dyktighet mot abras.jon og ikke-oppsmuldring. Disse egenskaper er koblet sammen med utmerkede utrystningsegenskaper ved

anvendelse forstøping av ikke-ferrometaller. Denne kombinasjon av gode arbeidsegenskaper og utmerkede utrystningsegenskaper er spesielt bemerkelsesverdig når bindemidlet anvendes for fremstilling av kjerner beregnet for anvendelse ved lavtemperaturstøping. En katalysator kan anvendes for å herde komponentene i bindemiddelsystemet. Hensiktsmessige katalysatorer for en "cold box"-prosess for fremstilling av kjerner og former er gassformige tertiære aminer eller aminer som kan tilføres i dampform. Trimethylamin, dimethyl-ethylamin og triethylamin er foretrukne katalysatorer. En katalysator, som kan være valgt blant kjente urethankatalysatorer, anvendes også som komponent i "no-bake"-bindemiddelsystemet.

Harpiksmaterialene ifølge oppfinnelsen er anvendbare som to-komponentmaterialer eller -systemer. Den første komponent er en polyol. Komponent nr. 2 er en isocyanaturethanpolymer, som er en spesifikk type polyisocyanatforbindelse. Begge de to komponenter foreligger i flytende form og er vanligvis oppløsninger med organiske oppløsningsmidler. Ved tidspunktet for anvendelse, dvs. når urethanbindemidlet ' dannes, blir polyolkomponenten og isocyanaturethanpolymer-komponenten blandet sammen og anvendt for det påtenkte for-mål. Ved "no bake"- støpeapplikasjoner, dvs. ved anvendelse av materialene som bindemiddel for kjerner og former, er det hensiktsmessig først å blande den ene av komponentene med et støpeballastmateriale, såsom sand. Deretter tilsettes den annen komponent, og når det er oppnådd en homogen for-deling av bindemidlet på ballastmaterialet, bibringes den erholdte støpeblanding den ønskede form.

Flytende aminkatalysatorer og. metalliske katalysatorer som det er kjent å anvende innen urethanteknologien, finner anvendelse ved "no-bake"-utførelsen. Gjennom valg av hensiktsmessig katalysator kan betingelsene for kjernefrem-stillingsprosessen, f.eks.arbeidstid og avskallingstid, justeres etter ønske. Gassformige aminkatalysatorer, som det er kjent å anvende innen "cold box"-teknologien, kan også benyttes. Det egentlige herdetrinn kan avstedkommes ved at man suspenderer en tertiær amin i en inert gasstrøm og bringer gasstrømmen inneholdende tertiære amin til å passere gjennom formen, under tilstrekkelig høyt trykk til å trenge inn i formdetaljene, inntil harpiksen er blitt herdet. Bindemidlene ifølge oppfinnelsen krever kun meget kort herdetid for oppnåelse av en tilfredsstillende strekkfasthet, hvilket ut fra et kommersielt synspunkt utgjør et meget verdifullt bidrag til teknikken på området. Optimale herdetider bestemmes lett eksperimentelt. Da bare katalytiske konsentrasjoner av det tertiære amin er tilstrekkelig for å oppnå herdning, er det vanligvis tilstrekkelig med en meget fortynnet strøm for å oppnå, herdningen. Konsentrasjoner av det tertiære amin som overstiger den konsentrasjon som er nødvendig for å oppnå herdning, er imidlertid ikke skadelige for det utherdede produkt. Inerte gasstrømmer, såsom f.eks. luft, carbondioxyd eller nitrogen, inneholdende fra 0,ol til 20 volum% tertiært amin, kan anvendes. Normalt kan gassformige tertiære aminer bringes til å passere gjennom formen som sådanne eller i fortynnet form. Anvendbare tertiære aminer er gassformige tertiære aminer, såsom trimethylamin. Imidlertid er normalt væskeformige tertiære aminer, såsom triethylamin,like anvendelige enten de benyttes i flyktig form eller de suspenderes i et gassformig medium og deretter bringes til å passere gjennom formen. Selv om ammoniakk, primære aminer og sekundære aminer oppviser en viss aktivitet med henyn til å avstedkomme reaksjon ved romtemperatur, er de klart mindre anvendelige enn de tertiære aminer. Funksjonelt sett inkluderes substi-tuerte aminer, såsom dimethylethanolamin, innenfor rammen av tertiære aminer, og også slike kan anvendes som herdere. Funksjonelle grupper som ikke forstyrrer virkningen av det tertiære amin, er hydroxylgrupper, alkoxygrupper, amino- og alkylaminogrupper, ketoxygrupper, thiogrupper og lignende.

De isocyanaturethanpolymerer ■ som anvendes for å danne urethanbindemidlene ifølge oppfinnelsen fremstilles normalt ved en urethanreaksjon som reaksjonsproduktet av en polyhydroxyf orbindelse og et polyisocyanat.■ Når uttrykket "isocyanaturethanpolymer" anvendes i dette tilfelle, er det for å identifisere slike reaksjonsprodukter, men det er dog ikke begrenset spesifikt til slike fremstillingsmåter. Isocyanaturethanpolymerer er tidligere kjent i faget og omtales i blant i litteraturen som forpolymerer eller addukter.

Kjente uréthanstøpebindemidler, såvel av "no-bake"-type som av "cold box"-typen, dannes ved omsetning mellom en polyol og et polyisocyanat. Bindemidlet som anvendes i henhold til oppfinnelsen, kan også fremstilles ved omsetning med en polyol og et polyisocyanat. Polyisocyanatkomponenten er av en spesiell type som, som tidligere omtalt, betegnes isocyanaturethanpolymer. Denne type isocyanat dannes ved omsetning mellom et isocyanat og en polyhydroxyforbindelse, hvorunder der dannes en urethan-forbindelse som inneholder uomsatte isocyanatgrupper. Denne reaksjon "beskytter" eller "blokkerer" OH-gruppene i polyhydroxyforbindelsen og etterlater frie isocyanatgrupper i reaksjonsproduktet. Disse frie isocyanatgrupper er naturligvis tilgjengelige for reaksjon med 0H-grupper som er tilstede i en polyol.

Reaksjonen som er beskrevet i det foranstående avsnitt, kan illustreres ved hjelp av den følgende generelle formel:

Som ovenfor omtalt er det viktigste og overraskende særtrekk ved støpebindemidlet ifølge oppfinnelsen dets evne til å danne støpekjerner og -former som lett lar :seg bryte ned eller skake ut fra . støpte detalj er av lettmetaller. Det har lenge foreligget problemer i forbindelse med utrystning av kjerner fra slike støpestykker. Det virker som om et bindemiddel, for at det skal kunne danne kjerner og former med god nedbrytbarhet, må ha innebygget visse molekylstrukturer som'på grunn ..av sin bindingsstyrke fungerer som svake lenker, som muliggjør en enkel nedbrytning. Det antas at årsaken til at isocyanat-urethanpolymerene ifølge oppfinnelsen oppviser evne til å

danne lett nedbrytbare kjerner og former er tilstedeværelsen av visse varmeustabile molekylstrukturer eller bindinger i bindemidlet. Fremstillingen av isocyanaturethanpolymerer og deres anvendelse som en komponent i et støpebindemiddel resulterer i innlemmelse av visse av disse varmeustabile grupper, f.eks. Cl^-grupper og -O-(ether), i bindemidlet. Polyisocyanater

som vanligvis anvendes for fremstilling av uréthanstøpebinde-midler, såvel av "no-bake"-type som av "cold box"-typen, inne-, holder■grupper med høyere kohesiv energi enn de grupper som innlemmes i den her beskrevne isocyanaturethanpolymer.

På grunnlag av de ovenstående teorier kan. man trekke den konklusjon at den polyhydroxyforbindelse som anvendes som reaktant ved dannelsen av en isocyanaturethanpolymerforbindelse i støpebindemidlet, bør inneholde eller lede til dannelse av en isocyanaturethanpolymer som i polymerhovedkjeden oppviser en varmeustabil strukturenhet. Polyhydroxyforbiridelser som har vist seg å være anvendbare fordi de innlemmer slike ustabile enheter, er f.eks. glycoler, glyceroler, carbohydrater, poly-esterpolyoler, polyetherpolyoler, aminbaserte polyoler, dioler, trioler, vinyl- eller acrylpolymerer med hydroxyfunksjonalitet og lignende. Utrystningsstudier,som beskrives i detalj i de nedenstående eksempler, viser at bindemidler i hvilke isocyanaturethanpolymerer utgjør en komponent, oppviser evne til å nedbrytes ved støpetemperaturen for lettmetaller. Termogravometrisk analyse og bibeholdt trykkfasthet er ytterligere testmetoder som er blitt benyttet, og som indikerer den relative grad av bindemiddelnedbrytning.

Blant de foretrukne polyoler kan nevnes glycerol og diethylenglycol. Fagmannen på området vil forstå at mulig-heten for å anvende visse isocyanaturethanpolymerer dannet gjennom omsetning av de ovennevnte polyhydroxyforbindelser beror på en nøyaktig stabilisering av polymeren, hvilket inne-bærer at polymerer bibeholdes som en oppløsning. Videre foreligger det trolig en praktisk begrensning med hensyn til valget av polyhydroxyforbindelse. Økende mblekylvekt for polyhydroxyforbindelsen resulterer i høyere polymerviskositet. Da polymeren anvendes for overtrekking av sand, og da homogen overtrekking av sanden etterstrebes, kreves det et materiale med god flyteevne.

Det polyisocyanat som omsettes med de ovenfor beskrevne polyhydroxyforbindelser for dannelse av de her beskrevne isocyanaturethanpolymerer, må være tilstede i slike mengder

i forhold til antallet hydroxylgrupper i polyolen at minst én isocyanatgruppe kan forbli uomsatt, samtidig som samtlige tilstedeværende OH-grupper i polyhydroxyforbindelsen blir

blokkert. Et bredt utvalg av polyisocyanater.kan anvendes. Eksempler på slike polyisocyanater er difenylmethendiiso-cyanat, methylen-bis-(cyclo-hexylisocyanat) og isoforondiiso-cyanat. Det er imidlertid særlig fordelaktig å anvende tolylendiisocyanat, som i fortsettelsen vil bli betegnet TDI. At TDI foretrekkes skyldes det forhold at forbindelsens to isocyanatgrupper ikke er like reaktive. Den ene av isocyanatgruppene har meget større tilbøyelighet til å reagere med en hydroxylgruppe i polyolen enn den annen isocyanatgruppe. Den selektive reaktivitet for isocyanatgruppene i TDI muliggjør fremstilling av en isocyanaturethanpolymer med forholdsvis veldefinert struktur. Som det lett vil forståes, kan den- erholdte isocyanaturethanpolymer, når isocyanatgruppen ikke er selektivt reaktive, ha en mindre fastlagt struktur på

grunn av evnen til brodannelse. Selv om også slike struk-turer kan anvendes, er de ikke foretrukne. Også isoforendiiso-cyanat har den ovenfor beskrevne selektive reaktivitet og er derfor et foretrukket polyisocyanat.

Nedenfor skisseres to reaksjoner som illustrerer visse foretrukne fremgangsmåter for fremstilling av isocyanaturethan-polymerene ifølge oppfinnelsen.

Som ovenfor omtalt er det viktig å velge mengdene eller molforholdene for de reaktanter som danner isocyanaturethanpolymeren, på en slik måte at alle OH-grupper blok-keres og frie isocyanatgrupper bibeholdes, når polymeren dannes. Fagmannen på området vil lett kunne bestemme detmol-' forhold som kreves for å blokkere OH-grupper og for å er-holde uomsatte isocyanatgrupper i isocyanaturethanpolymeren.

Reaksjonsbetingelsene for fremstillingen av isocyanat-urethanpolymerene er kjent. Når polymeren skal anvendes som støpebindemiddél, foretrekkes det at omsetningen utføres i et reaksjonsmedium ved noe forhøyet temperatur (40 - 4 5°C) i nærvær av en urethankatalysator. Når polymeren er blitt dannet, kan det være hensiktsmessig å avdrive reaksjonsmediet under anvendelse av vakuum for å fjerne oppløsningsmiddel og katalysatorer. Visse isocyanaturethanpolymerer er å få på

markedet.

Den ved. fremstillingen av bindemidlet benyttede polyolkomponent kan være en hvilken som helst polyol som er kjent for å kunne anvendes ved fremgangsmåter for fremstilling støpeformer og kjerner. Særlig foretrukne er de polyoler som

er kjent som PEP-harpikser, og som beskrives i US patent-

skrift nr. 3 485 797. Også andre fenoliske polyoler er anvendbare. Likeledes er polyetherpolyoler og aminpolyoler anvendbare. Da det er isocyanaturethanpolymeren som gir bindemidlet dets utrystningsegenska<p>er, er det ingen teo-retiske ulemper forbundet med typen av polyol som anvendes ved fremstillingen av støpebindemidlet.

Det har vist seg å kunne være nyttig å blande en polyol med en annen polyol. Også her foretrekkes det å anvende hydroxygruppeholdige fenolharpikser ifølge US patentskrift nr. 3 485 797, hvilke er kjent innen støperiindustrien som PEP-harpikser, som en komponent i en .slik blanding.r

Den annen komponent i det nye bindemiddel innbefatter

de ovenfor beskrevne isocyanaturethanpolymerer.

Isocyanaturethanpolymeren, som kan betraktes som polyisocyanatkomponenten, anvendes vanligvis i omtrent støkiometrisk mengde, dvs. i tilstrekkelig stor konsentrasjon til fullstendig å reagere med polyolkomponenten. Det er imidler tid mulig innenfor visse grenser å avvike fra denne mengde, og i enkelte tilfeller kan det herigjennom oppnåes fordeler. Isocyanaturethanpolymeren anvendes i form av en oppløsning, i et organisk oppløsningsmiddel, hvor oppløsnings-midlet er tilstede i en mengde av inntil 80 vekt% av opp-løsningen, avhengig av isocyanaturethanpolymeren. I visse tilfeller kan reaksjonsmediet som anvendes ved fremstillingen av isocyanaturethanpolymeren, tjene som oppløsningsmiddel eller som del av oppløsningsmidlet.

Selv om det oppløsningsmiddel som anvendes i kombinasjon med enten polyolen eller isocyanaturethanpolymeren eller for begge de to komponenter, ikke i noen nevne-verdig grad deltar i reaksjonen mellom isocyanaturethanpolymeren og polyolen kan den dog påvirke reaksjonen. Således begrenser ulikheten i polaritet mellom isocyanaturethanpolymeren og polyolen valget av oppløsningsmiddel i hvilke begge

.de to komponenter er oppløselige eller med hvilke begge i de to komponenter er blandbare. En slik blandbarhet er nød-vendig for å oppnå fullstendig reaksjon og herdning av bindemidlet ifølge oppfinnelsen. Polare oppløsningsmidler er gode oppløsningsmidler for polyolen. Det er derfor hensiktsmessig å anvende oppløsningsmidler eller kombinasjoner av opp-løsningsmidler hvor oppløsningsmidlet er oppløsningsmidlene for polyolen og for isocyanaturethanpolymeren som, når de blandes, er forlikelige med hverandre. Foruten ut fra for-likelighet velges oppløsningsmidlene for enten polyolen eller isocyanaturethanpolymeren slik at det oppnåes lav viskositet, svak lukt, høyt kokepunkt og inerte forhold. Eksempler på slike oppløsningsmidler er benzen, toluen, xylen, ethylbenzen og blandinger av disse. Foretrukne aromatiske oppløsningsmidler er oppløsningsmidler og blandinger av slike med høyt aromatinnhold og et kokepunkt i området fra 138° til 385°C. De polare oppløsningsmidler bør ikke være ekstremt

r polare, slik at de blir uforlikelige når.de anvendes sammen med det aromatiske oppløsningsmiddel. Egnede polare oppløs-ningsmidler er generelt slike som i faget klassifiseres som

koblende oppløsningsmidler. Som eksempler på slike kan nevnes furfural, Cellosolve-acetat, glycoldiacetat, butyl-Cellosolve-acetat, isoforon og lignende. Også visse reaktive polyoler kan anvendes som oppløsningsmiddel.

Silaner med den generalle formel:

hvor R er et hydrocarbonradikal og fortrinnsvis et alkylradikal med 1-6 carbonatomer, og R er et alkydradikal, et alkylradikal, et alkoxysubstituert alkylradikal eller et alkylaminosubstituert alkylradikal, hvor alkylgruppene har 1-6 carbonatomer har potensiell verdi som tilsetnings-middel for dette bindemiddel.

Bindemiddelkomponentene kombineres og blandes deretter med sand eller lignende støpeballastmateriale for dannelse av støpeblandingen, eller også kan støpeblandingen.: dannes ved at komponentene én for én blandes med ballastmaterialet. Metoder for å fordele bindemidlet på ballastmaterialpartik-lene er velkjente for fagmannen på området. Støpeblandingen kan eventuelt inneholde andre bestanddeler, såsom jernoxyd, malte linfibere, trecerealer, bek, ildfast mel og lignende. Ballastmaterialet, f.eks. sand, er vanligvis hovedbestand-delen,og bindemiddelandelen utgjør en relativt liten mengde. Selv om den anvendte sand fortrinnsvis utgjøres av tørr sand, kan en viss mengde fuktighet tolereres.

Som ovenfor angitt må den utmerkede utrystningsevne eller evne til å bryte sammen for kjerner fremstilt under anvendelse av bindemidlet ifølge oppfinnelsen, ansees å være en betydningsfull og overraskende ny erkjennelse. Bindemidlene ifølge oppfinnelsen brytes lett ned, hvilket mulig-gjør fraskillelse av kjernen fra det støpte metall. For støping ved lav temperatur, f.eks. ved 980°C eller lavere, har utrystningen vært et stort problem. Vanligvis støpes ikke-ferrometaller såsom aluminium og magnesium ved disse temperaturer. Dersom bindemidlet ikke brytes ned, innebærer'dette store vanskeligheter i forbindelse med fjerningen av sandet fra støpegodset. Således krever kjerner som oppviser en liten grad av utrystningsevne eller evne til å bryte sammen, dvs. en liten grad av bindemiddelnedbrytning, lengere tid og mer energi for fjerning av sanden fra støpegodset. Anvendelsen av bindemidlene ifølge oppfinnelsen resulterer

i mange tilfeller i praktisk talt u brystning uton at noen energi behøver tilføres utenfra. Ved mange kommersielle applikasjoner er dog energitilførsel utenfra fordelaktig eller nødvendig. Den anvendte mengde energi er imidlertid betydelig mindre enn den mengde energi som nu kreves for å fjerne kjerner, som er bundet med tidligere kjente bindemidler, fra lettmetallstøpegods. Forbedringen med hensyn til utrystningsevne kan tilskrives tilstedeværelsen av isocyanaturethanpolymeren i bindemidlet. Som det vil forståes av fagmannen på området er en kjernes evne til å utrystes i en viss grad avhengig av den mengde bindemiddel som anvendes for å

binde sandpartiklene sammen til en sammenhengende form.

Den anvendte prosentandel bindemiddel, beregnet på sandens vekt, avhenger av hvilke kjerneegenskaper man ønsker bindemiddelsystemet skal gi. Som det lett vil forståes, vil en økning i mengden av bindemiddel i systemet vanligvis ledsages av en økning i kjernens strekkfasthet. Følgelig kan bindemiddelmengden varieres innenfor rimelige grenser for oppnåelse av de ønskede egenskaper. Et foretrukket mengde-område for bindemidlet er i henhold til oppfinnelsen 0,7 - 2,5%, beregnet på.sandens vekt. Det kan dog være mulig å

anvende så lite som 0,5% og så mye som 10% bindemiddel og

likevel oppnå egenskaper som er fordelaktige ved visse applikasjoner . Det er imidlertid også erfart at-når bindemiddelmengden

øker, kan graden av utrystning avta ved de større bindemiddel-m engder.

Graden av utrystning har også vist seg å ha sammenheng med den temperatur bindemidlet utsettes for. Det virker som om bindemidlet må utsettes for en viss temperatur for at det skal svekkes og for at utrystning skal kunne skje. Jo høyere støpetemperaturen er, desto mer sannsynlig er det at utryst-ningsevnen tiltar. Det er å merke at kjernens eller formens' tykkelse er en faktor som regulerer den temperatur bindemidlet utsettes for. Når kjernen er meget tykk, kan f.eks.

det indre av kjernen utsettes for en tilstrekkelig høy temperatur til at bindemidlet skal nedbrytes og for at utrystning skal kunne skje.

Oppfinnelsen illustreres ytterligere ved hjelp av de følgende eksempler, hvor alle deler er vektdeler og alle prosentandeler er regnet på vektbasis, såfremt ikke annet er angitt.

Eksempel■ 1

En isocyanaturethanpolymer ble fremstilt ved omsetning av 1 molekvivalent glycerin med 2,9 molekvivalenter tolylendiisocyanat. Ekvivalensforholdet NCO/OH er 1,95:1. Det anvendte TDI besto av 80% 2,4-isomer og 20% 2,6 isomer. Dibutyltinndilaurat ble anvendt for å katalysere reaksjonen. 0,07 % katalysator ble benyttet, beregnet på mengden av TDI. Reaksjonen ble utført i et reaksjonsmedium som besto av Cellosolve-acetat.

For utførelse av reaksjonen ble en blanding av TDI, oppløsnings-middel og katalysator anbragt i et reaksjonskar. Polyolen ble

satt til denne blanding. Reaksjonen forløp ved 50 C i 3

timer og 15 minutter, hvoretter temperaturen ble hevet til 80° - 85°C og reaksjonen fikk fortsette i 3 timer. Produktet ble så tillatt å avkjøles. Produktet ble testet med hensyn til innholdet av ikke-flyktig materiale. Mengden ble målt til 59,8%. Dette tilsvarer en teoretisk mengde ikke-flyktig materiale på 60%. Produktets viskositet var'6,6 St. Oppløs-ningen var klar for anvendelse' som støpebindemiddel forfrem-stilling av kjerner og former. Oppløsningen er betegnet Del II. En polyoloppløsning, basert på en fenolharpiks som markeds-føres under varemerket ISOCURE ^308, ble anvendt. Polyol-oppløsningen betegnes Del I. For å oppnå fullstendig reaksjon med polyolens hydroxylgrupper ble en nær støkiometrisk mengde av Del II benyttet.

Wedron 5010-sand (vasket og tørket, finkornet kiseldioxydsand, AFSGFN.66) ble anbragt i et egnet blandeapparat. Del I ble blandet med sanden inntil det var erholdt et homogent belegg. Del II ble satt til den belagte sand og ble blandet med denne inntil det var erholdt en homogen sandblanding. Det ble benyttet en total mengde bindemiddel (liké store mengder av Del I og Del II) på 2 vekt%, beregnet på sandmengden.

Blandingen av sand, polyol og isocyanaturethanpolymer ble blåst inn i et konvensjonelt kjernehulrom for fremstilling av testkjerner i form av standardiserte strekkfasthetsbriketter, som gjerne kalles "hundeben" ("dog bones"). Hundeben-testkjernene ble herdet ved at de ble utsatt for en tertiær aminkatalysator. Aminkatalysatoren, dimethylethy1-amin, ble suspendert i carbondioxyd, en inert bærergass. Kjernene ble utsatt for aminkatalysatoren i ca. 1 sekund (gasstid), og aminkatalystoren ble fjernet ved gjennomblåsing med luft i 4 sekunder og fjernet fra kassen. Strekkfasthetsverdiene i kg/cm 2 var 2,8 ved uttagningen fra kassen, 8,3 etter 1 time, 10,2 etter 3 timer og 12,7 etter at prøvestykket hadde fått stå natten over (ca. 24 timer). "Hundeben"-kjernene ble anvendt ved utrystningsstudier med støpestykker av aluminium. Syv strekkfasthetsbriketter (hundeben) ble anordnet i en form. Formen inneholdt et gittersystem. Formen var konstruert slik at den ga hule støpestykker med en metall tykkelse på ca. 6,4 mm på alle sider. En åpning ved den ene ende av støpestykket var anordnet for fjerning av kjernen fra støpestykket. Smeltet aluminium av temperatur ca. 700°C fremstilt ut fra aluminiumbarrer ble hellet i formen. Etter av-kjøling i ca. 1 time ble aluminiumstøpestykkene brukket løs fra gittersystemet og fjernet fra formen for utskaknings-eller utrysningsforsøk.

Utrystningsforsøk utføres således at man plasserer

et støpestykke i en 3,8 liters beholder. Beholderen plasseres på en rystemekanisme og utsettes for rystelser i 5 minutter. Vekten av den sandkjerne som fjernes fra støpestykket på denne måte sammenlignes med den opprinnelige vekt av sandkjernen,

og den prosentvise utrystning beregnes. Sandrester i støpe-stykket etter den ovenfor beskrevne utrystning skrapes ut,

og også"disse veies. Den med det ovenfor beskrevne isocyanaturethanbindemiddel bundne sandkjerne oppviste en utrystning på 11%. Det er å merke at den ovenfor beskrevne utrystnings-test ikke er noen standardtest. Patentinnehaveren kjenner ikke til noen standardtest for måling av denne egenskap. Den anvendte test gir en pålitelig forestilling om nedbrytnings^evnen for et bindemiddel og er anvendbar for sammenligning av bindemidlers evne til å nedbrytes.For de angitte prosentinn-hold gjelder naturligvis en viss feilmargin, men verdiene er likevel så pålitelige at man får en klar indikasjon av ned-brytbarheten.

Eksempler 2- 9

Under anvendelse av de i eksempel 1 beskrevne fremgangsmåter ble testkjerner fremstilt og testet for aluminium-støpegods under anvendelse av de komponenter og metoder som er angitt og beskrevet nedenfor:

E ksempel 10

En isocyanaturethanpolymer ble fremstilt ved omsetning av 1 molekvivalent glycerol med 2,9 molekvivalenter tolylendiisocyanat. Ekvivalens forholdet NCO til OH var 1,95:1,0.

Det anvendte TDI inneholdt 80% 2,4-isomer og 20% 2,6-isomer. Dibutyltinndilaurat ble benyttet for å katalysere reaksjonen. 0,05% katalysator ble benyttet, beregnet på den anvendte mengde TDI. Reaksjonen ble utført i et reaksjonsmedium bestående av Cellosolve-acetat (40%). For utførelse av reaksjonen ble en blanding av TDI, oppløsningsmiddel og katalysator satt til et reaksjonskar. Til denne blanding ble så. polyolen tilsatt. Reaksjonen forløp ved 51° - 54°C i 1,5.4 timer, hvoretter temperaturen ble hevet til 79° - 82°C og reaksjonen ble tillatt å fortsette i 3,9 timer. Produktet ble så.tillatt å avkjøles. Produktet ble testet med hensyn til innhold av ikke-flyktig materiale. Mengden ble funnet å være 58,4%. Dette tilsvarer en teoretisk mengde ikke-flyktig materiale på 60%. Produktets viskositet var 11,9 St. Oppløsningen var klar for anvendelse som støpebindemiddel -for fremstilling av kjerner og former. Denne oppløsning betegnes Del II. En polyoloppløsning, basert på en fenolharpiks med varemerket "Pep Set 1505 iible anvendt. Polyoloppløsningen betegnes Del I.

Ikke-sammenbakende ("no bake") kjerner ble fremstilt ut fra de ovenfor beskrevne komponenter Del I og Del II som angitt i det følgende- Wedron 5010-sand (vasket og tørket, finkornet kiseldioxydsand AFSGFN 66) ble anbragt i et egnet blandeapparat. Del I og katalysatoren (0,5% n-methylimidazo1, beregnet på vekten av Del I) ble blandet med sanden inntil det var erholdt et homogent overtrekk. Del II ble satt til den overtrukkede sand, og det ble foretatt blanding inntil det var erholdt en homogen sandblanding. Det ble benyttet en mengde polyisocyanat som var nær den støkiometriske mengde men litt større enn denne, for å oppnå fullstendig reaksjon med polyolens hydroxylgrupper. Det ble benyttet 2% bindemiddel (like mengder av Del I og II), beregnet på den anvendte sand-mengde.

Blandingen av sand, polyol og polyisocyanat ble anbragt i en kjernekasse, og standardiserte strekkfasthetsbriketter, av den typen som betegnes "hundeben", ble fremstilt. Det ble oppnådd en arbeidstid på 5 minutter og en avskalningstid på 6 minutter. Strekkfasthetsverdiene etter 1 time, 3 timer og

24 timer (natten over) var henholdsvis 5,8 kg/cm 2 , 10,2 kg/cm 7 2

og 17,7 kg/cm .

"Hundeben"-kjernene ble benyttet ved utrystningsstudier med aluminiumstøpegods. Syv strekkfasthetsbriketter (hundeben) ble anordnet i en form. Formen inneholdt et gittersystem.

Formen var konstruert slik at den ga hule støpestykker med en metalltykkelse på ca. 6,4 mm på alle sider. En åpning ved den ene av endene av støpestykket var anordnet for fjerning av kjernen fra støpestykket. Smeltet aluminium av temperatur ca. 700°C, som var fremstilt ut fra aluminium-blokker, ble hellet i formen. Etter avkjøling i ca. 1 time ble aluminiumstøpestykkene brukket av fra gittersystemet og fjernet fra formen for utrystningsforsøk.

Utrystningsforsøk utføres således at man plasserer

et støpestykke i en 3,8 liters beholder. Beholderen plasseres på en rystemekanisme og utsettes for rystelser i 5 minutter. Vekten av den sandkjerne som fjernes fra støpestykket på denne måte sammenlignes med den opprinnelige vekt av sandkjernen, og den prosentvise utrystning beregnes. Sandrester i støpe-stykket etter den ovenfor beskrevne utrystning skrapes ut, og også disse veies. Sandkjernen, som var sammenbundet med det ovenfor beskrevne polyol- og isocyanaturethanbindemiddel, viste seg å oppvise en utrystning på 77%.

Eksenpler. 11 - 13

r

Under anvendelse av de i eksempel 10 beskrevne fremgangsmåter ble det fremstilt testkjerner, som ble testet med aluminiumstøpestykker under anvendelse av de nedenfor angitte komponenter og metoder:

Claims (1)

1. Bindemiddel som .er anvenbart for fremstilling av former og kjerrer for anvendelse ved støping av lettmetaller, hvilke formdeler lar seg nedbryte etter støpingen av lettmetallene, karakterisert ved at den i blanding omfatter en polyolkomponent, en isocyanatkomponent innbefattende en isocyanaturethanpolymer,samt en herder.

2. Bindemiddel ifølge krav 1, karakterisert ved at polyolkomponenten innbefatter en fenolharpiks med den generelle formel:

hvor R er hydrogen eller en fenolisk substituent i metha-stilling i forhold til hydroxylgruppen i fenolen, m og n er tall hvis sum er minst 2, idet forholdet mellom m og n er minst 1, og X er hydrogen eller en methylolgruppe, idet mol-forholdet methylolgruppe .-hydrogen er minst 1.

'3. Bindemiddel ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at isocyanaturethanpolymeren er reaksjonsproduktet av en polyhydroxyforbindelse og et polyisocyanat, hvor molekvivalenten av NCO-grupper i polyisocyanatet overstiger molekvivalenten av OH-grupper i polyhydroxyforbindelsen.

4. Bindemiddel ifølge krav 3, karakterisert ved at polyisocyanatkomponenten innbefatter tolylendiisocyanat.

5. Bindemiddel ifølge krav 3, karakterisert ved at polyhydroxyforbindelsen innbefatter glycerol.

6. Bindemiddel ifølge krav 3, karakterisert ved at polyhydroxyforbindelsen innbefatter diethylenglycol.

7. Bindemiddel ifølge krav 3, karakterisert ved at polyhydroxyforbindelsen innbefatter trimethyloipropan.

8. Bindemiddel ifølge krav 1-7, karakterisert ved at herderen innbefatter en urethankatalysator.

9. Bindemiddel ifølge krav 1 - 7, karakterisert ved at herderen innbefatter et tertiært amin som er gassformig ved romtemperatur.

10. Fremgangsmåte ved forming av formdeler for anvendelse ved støping av lettmetaller, hvilke formdeler lar seg nedbryte etter støpingen av lettmetallene, karakterisert ved at man: a) former en støpeblanding ved at man på et ballastmateriale fordeler en bindende mengde av inntil 10%, beregnet på vekten av ballastmaterialet, av et bindemiddel som i blanding omfatter en polyolkomponent og en isocyanatkomponent, idet iso-cyanatkomponentén innbefatter en isocyanaturethanpolymer, b) former støpeblandingen til en ønsket formdel, og c) bringer den formede støpeblanding i kontakt med et tertiært amin som er gassformig ved romtemperatur, inntil bindemidlet er blitt herdet.

11. Fremgangsmåte ved forming av formdeler for anvendelse ved støping av lettmetaller, hvilke formdeler lar seg nedbryte, etter støpingen av lettmetallene, karakterisert ved at man: a) former en støpeblanding ved at man på et ballastmateriale fordeler en bindende mengde av inntil 10%, beregnet på vekten av ballastmaterialet, av et bindemiddel som i blanding omfatter en polyolkomponent og en isocyanatkomponent samt en herder, idet isocyanatkomponenten innbefatter en isocyanaturethanpolymer , b) former støpeblandingen til en ønsket formdel, og c) lar formdelen, herde.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 10 eller 11, karakterisert ved at der som isocyanaturethanpolymer anvendes reaksjonsproduktet av en polyhydroxyforbindelse og et polyisocyanat, hvor molekvivalenten av NCO-grupper i polyisocyanatet overstiger molekvivalenten OH-grupper i polyhydroxyforbindelsen.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, . karakterisert ved at polyisocyanatkomponenten innbefatter tolylendiisocyanat.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at polyhydroxyf orbindelsen innbefatter glycerol.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at polyhydroxyforbindelsen innbefatter diethylenglycol.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at polyhydroxyforbindelsen innbefatter tri- •methylolpropan.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at polyolkomponenten innbefatter en fenolharpiks med den generelle formel:

hvor R er hydrogen eller en fenolisk substituent i metha-stilling i forhold til hydroxylgruppen i fenolen, m og n er tall hvis sum er minst 2, idet forholdet mellom m og n er minst 1, og X er hydrogen eller en methylolgruppe, idet mol-forholdet methylolgruppe:hydrogen er minst 1.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 11 - 17, karakterisert ved at der som herder anvendes en urethankatalysator. r 19. Fremgangsmåte ved støping av lettmetallartikler, hvilke formes under anvendelse av formdeler som brytes ned etter støpningen av metallpartiklene, karakterisert ved at man: a) former en stø pedel i henhold til krav 13, b) oppvarmer et lettmetall inntil dette smelter og kan støpes, c) støper lettmetallet under anvendelse av formdelen, d) lar det støpte metall størkne, og e) bryter ned formdelen og fjerner den nedbrutte formdel fra den støpte lettmetallartikkel.