DE874203C

DE874203C - Form- und Kernsandbindemittel

Info

Publication number: DE874203C
Application number: DER2440D
Authority: DE
Inventors: Emil Dr Dreher
Original assignee: Dr F Raschig GmbH
Current assignee: Dr F Raschig GmbH
Priority date: 1943-03-05
Filing date: 1943-03-05
Publication date: 1953-04-20

Description

Form- und Kernsandbindemittel Als Bindemittel für Sande zur Herstellung von Gießkernen und Gießformen wurden bisher hauptsächlich trocknende und halbtrocknende Öle, natürliche Harze, Peche, Destillationsrückstände verschiedenster Art, Stärke und Dextrin und andere Leimstoffe, Abkömmlinge der Cellulose, anorganische hydraulische Bindemittel, Ton u. dgl. sowie auch Ablaugen des Holzaufschlusses, letztere vielfach nach entsprechender Vermischung und Abwandlung, verwendet. Diese Bindemittel werden teilweise unverdünnt oder in Lösung oder Emulsion verarbeitet. Es gibt Bindemittel, die mir Wasser verdünnbar sind, sich also in Wasser lösen, aber auch solche, die nicht mit Wasser verträglich sind. Ferner gibt es Bindemittel, die schon an der Luft durch Lufttrocknung dem Sand eine gewisse Festigkeit verleihen, andere aber, die erst durch Einbrennen ihre Wirkung als Bindemittel zeigen. Meistens aber verlangen die Bindemittel für ihre endgültige, den Gießbeanspruchungen standhaltende Erhärtung eine mehr oder weniger hohe Erhitzung. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, als Bindemittel und Schlichte für Metallgießformen und Kerne besonders hergestellte und abgewandelte Phenolaldehvdkondensationsproduktegemeinsammit Graphit zu verwenden, um nämlich die sonst üblichen Verkrustungen an der Oberfläche zu vermeiden. Es ist weiter auch schon vorgeschlagen worden, den Formsand mit einer als Bindemittel wirkenden, in der Hitze kondensierbaren organischen Verbindung, die unter der Einwirkung des flüssigen Metalls verdampft, wie z. B. Alkvdharz, zu vermischen. Alle diese Kunstharze, die von ganz spezieller Natur und durch besondere Maßnahmen in ihrer Konstitution verändert sind, verlangen jedoch zu ihrer Verarbeitungsfähigkeit erhebliche Mengen anderer wertvoller Naturharze, Öle u. dgl. oder aber teure organische Lösungsmittel oder aber ganz besondere Verarbeitungsmaßnahmen. Diese Kuns@härze werden daher weniger als Formsandbindemittel verwendet als vielmehr zum Überzug bereits fertiger Kerne, die mit Hilfe anderer Bindemittel hergestellt sind.
Es würde nun gefunden, daß sich als Bindemittel zur Herstellung von Kernen und Formen für Gießereizwecke Mischkondensätionsprodükte aus Carbamiden, z. !B. Harnstoff, und Ketonen, z. B. Methyläthylketon mit Aldehyden, vor allem Formaldehyd; eignen, wenn die- Kondensation, die zu diesen Stoffen führt, auf eine Art und Weise durchgeführt wird, daß die eingesetzten Komponenten vollständig verharzt werden. Diese Reaktionsfähigkeit wird besonders mit Hilfe von organischen Basen und Alkalien, aber auch unter Umständen durch anorganische öder organische Säuren erreicht: Die erhältlichen Mschkondensationsprodukte besitzen die hervorragende Eigenschaft, leicht wasserlöslich zu sein, so daß sie in beliebigem Umfang mit Wasser verdünnt werden können. Aus diesen wäßrigen Lösungen, die übrigens praktisch in beliebiger Konzentration herzustellen sind; wobei bei einer beliebigen Konzentration je nach der Höhe des Kondensationsgrades die Viskosität verschieden groß ist, entstehen beim Erhitzen allein oder in Gemischen mit Sanden oder anderen Formmassen hydrophobe Kolloide von erheblicher Elastizität, Haftfähigkeit, Zähigkeit und Festigkeit. Selbstverständlich können diese wasserlöslichen Mischkondensationsprodukte auch mit anderen wasserlöslichen Bindemitteln vereint als Formsandbindemittel angewendet werden. Sie können aber auch mit nichtwasserlöslichen Bindestoffen, beispielsweise natürlichen Harzen, anderen Kunstharzen, Pechen sowie anorganischen hydraulischen Bindemitteln gemeinsam verarbeitet werden, wobei unter Umständen ihre gemeinsame Verarbeitung in Form: von Emulsionen möglich ist. Eine erhebliche Erleichterung der Anwendung dieser neuen Mischkondensationsprodukte bringt ihre gute Wasserlöslichkeit mit sich, die beispielsweise die Vermischung mit Zellstoffablaugen natürlicher oder veredelter Art erlaubt. Die neuen Mischkondensationsprodukte können natürlich auch in anderen Lösungen als in Wasser verwendet werden. Diese Zusätze und ihre Verarbeitungsform richten sich naturgemäß nach den vorliegenden Verhältnissen. Die Menge des jeweils zuzusetzenden Bindemittels zum Formsand richtet sich nach den gestellten Aufgaben. Durchschnittlich genügen 2 bis 3 % einer wäßrigen 40'/0-Lösung dieser erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mischköndensationsharze, bezögen auf die angewendete :Sandmenge, um eine technisch ausreichende Bruchfestigkeit der Gießkerne zu erzielen, die sogar noch über der mit gleicher Menge trocknender Öle erzielbaren Festigkeit liegt. Natürlich können von Fall zu Fall zur Erhöhung der Geschmeidigkeit oder zur Erhöhung der Grünfestigkeit oder zur Verringerung des Austrocknens Zusätze anderer geeigneter Stoffe gemacht werden. Die Verarbeitung der neuen Kernbindemittel geschieht in bekannter Weise und kann sowohl in neutralem, alkalischem öder saurem Zustand erfolgen. Zur Erreichung der nötigen Härte und Widerstandsfähigkeit ist es erforderlich, daß diese Kunstharze auf übliche Weise auf r30 bis 20o° C erhitzt werden. Die mit diesen neuen Bindemitteln hergestellten Gießkerne und Gießformen besitzen nach dem Einbrennen selbst bei geringen Zusätzen sehr hohe Bruchfestigkeit, große Härte und gute Kantenfestigkeit: Die erzielbaren Ergebnisse sind mit trockenen Ölen vergleichbar. Es ist natürlich auch möglich, diese Bindemittel gemeinsam mit anderen Stoffen zu verarbeiten, die nach ihrer Erhitzung ebenfalls hydrophob werden, die Kerne also wasserfest machen. .Die neuen Mischkondensationsprodukte können nicht nur als Bindemittel für den Sand benutzt werden; sondern ihre Lösungen können mit gutem Erfolg auch zur Oberflächenbehandlung von Kernen dienen. Man erzielt mit ihnen nach entsprechender Härtung sehr glatte und wasserbeständige Anstriche.
.Die Herstellung der erfindungsgemäß als Bindemittel vorgeschlagenen Mischkondensationsprodukte ist verhältnismäßig einfach und kann auf die bei der Kunstharzherstellung übliche Weise durchgeführt werden. Es konnte nachgewiesen werden, daß bei diesen Umsetzungen die Ketone nicht die Rolle als äldehydische Komponente übernehmen, sondern vielmehr mit dem Carbämid zusammen zum Umsatz mit den Aldehyden kommen. Gegenüber den reinen Carbamidaldehydkondensationsprodükten zeichnen sich diese Kunstharze auch bei niedrigem Umsetzungsverhältnis des Cärbamids mit dem Aldehyd durch gute Wasser- bzw. Klarlöslichkeit, hohe Lagerbeständigkeit in neutralem oder alkalischem Zustand sowie übrigens durch erheblich höhere Festigkeit aus. Die Mengenverhältnisse der genannten Kondensationskomponenten können je nach den Bedürfnissen verschieden sein. Es ist auch möglich, die Mischkondensation in Gegenwart anderer mit Aldehyden oder anderer mit Ketonen in Hinsicht auf Verharzung reagierbarer Stoffe, z. B. aromatischer verharzbarer Oxyverbindungen, Dicyandiamid, Triazine, durchzuführen. , Beispiel z Zunächst wird eine Harzlösung wie folgt hergestellt: 7209 Methyläthylketon, 60o g Harnstoff werden unter Wirkung von 140 ccm Tributylamin mit 3000 g 3o°/aigem Formaldehyd unter vermindertem Druck bei 7o bis 9o° C ro bis 2o Stunden kondensiert, bis praktisch vollständiger Umsatz erreicht ist und das Gemisch dickflüssig geworden ist. Alsdann wird unter vermindertem Druck Wasser abdestilliert. Hierbei gehen Spurenanderer Stoffe mit dem Wasser über. Die Eindampfung der FIarzmasse erfolgt auf diese Weise bei einer Temperatur von go bis ioo° C. Es entsteht so ein in der Wärme zähflüssiges, in der Kälte jedoch springhartes klares Harz, das einen pH-Wert von 7 bis 7,5 besitzt und sich beim Erwärmen mit Wasser in diesem leicht löst, also beliebig verdünnt werden kann.
5 Gewichtsteile einer q:oo/oigen wäßrigen neutralen Lösung des obigen Mischkondensationsproduktes, die bei gewöhnlicher Temperatur die Konsistenz. eines niedrigviskosen Standöles besitzt und stark klebrig ist, werden mit 95 Gewichtsteilen Monsheimer .Sand innig vermischt. Die Formmasse besitzt gute Plastizität und läßt sich gut formen. Die mit dieser Mischung hergestellten Kerne werden dann 11/z Stunden bei i50° C oder i Stunde bei 200° C im Ofen getrocknet und gehärtet. Die Prüfung der aus dieser Formsandmischung hergestellten Kerne ergibt eine genügende Grünfestigkeit und eine Bruchfestigkeit von ioo kg/qcm. Die Kerne besitzen nach dem Trocknen eine vorzügliche Wasserbeständigkeit. Dieselbe kann noch verbessert werden, wenn das Bindemittel mit einem PH-Wert kleiner als 7 eingesetzt wird.
Beispiele Zur Herstellung des Kondensationsproduktes werden 720g Methyläthylketon, d.oo g Harnstoff, 310 g Phenol mit 3000 g wäßrigem 3oo/oigem Formaldehyd mittels ioo ccm Triäthylamin, wie in Beispiel i beschrieben, umgesetzt. Das anfallende, zähe, klare und in Wasser leicht lösliche und beliebig verdünnbare, stabile, haltbare Harz wird auf eine 5oo/oige wäßrige Lösung verdünnt, die als Kernbindemittel dient.
q. Gewichtsteile dieserHarzlösung und 2 Gewichtsteile eines Bindemittels, bestehend aus basischen Kondensationsprodukten von Ligninsulfonsäuren mit Aldehyden sowie i Gewichtsteil Stearinpech werden mit 8o Gewichtsteilen trockenem Quarzsand und 13 Gewichtsteilen feuchtem Formsand innig vermischt. Die fertige Sandmischung stellt einen gut plastischen Kernsand dar, der in bezug auf das Stehvermögen der Kerne die größten Anforderungen erfüllt und auch keine störenden Austrocknungserscheinungen zeigt. Er wird dann auf die übliche Weise zu Kernen verarbeitet, und die Kerne werden anschließend bei 150 bis 200° C -im Ofen getrocknet, wodurch sie fest und widerstandsfähig gegen Feuchtigkeit werden. Die Bruchfestigkeit beträgt 8o bis i20 kg/qcm. Dieses Mischkondensationsharz kann in wäßriger Lösung als Anspritzöl verwendet werden.
B,eispiel3 Die Herstellung des Bindemittels geschieht auf folgende Weise: Soo g Methyläthylketon, 22o g Aceton, Soo g Harnstoff, 200 g Dicyandiamid sowie 3000g Formaldehyd, 3oo/oig, werden mittels 100 ccm io-n-Kalilauge, wie im Beispiel i beschrieben, kondensiert. Die Entfernung des Wassers wird wieder unter Vakuum vorgenommen, jedoch wird, wenn der größte Teil des Wassers übergegangen ist, zu der Mischung eine Lösung von i io g Zitronensäure in ioo ccm Wasser zugefügt. Dann wird noch einige Zeit bei 70° gereift und alsdann die Eindampfung auf übliche Weise vervollständigt. Das sich bildende Mischkondensationsharz wird auf eine 5oo/oige Lösung verdünnt, die als Kernbindemittel dient.
Gewichtsteile dieser Harzlösung werden mit 96 Gewichtsteilen Monsheimer Sand vermischt und die daraus hergestellten Kerne im Ofen bei 20o° C getrocknet. Die Kerne besitzen eine Bruchfestigkeit von 70 bis go kg/qcm. Sie besitzen .die gleiche Güte wie Kerne mit trocknenden Ölen als Binder.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Form- und Kernsandbindemittel sowie Überzugsmittel für fertige Kerne unter Verwendung von Carbamidliarzen, gekennzeichnet durch Mischkondensationsprodukte aus Carbamiden, Ketonen und Aldehyden, deren einzelne Bestandteile mit Hilfe von organischen Basen und Alkalien oder anorganischen oder organischen Säuren vollständig verharzt sind. z. Bindemittel nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Mitverwendung anderer mit Aldehyden reagierender Stoffe allein oder gemeinsam mit anderen ,Bindemitteln, Imprägniermitteln, Emulgatoren, Plastifizierungsmitteln und sonstigen Zusätzen. Angezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 1 777 9g8.