Kalthärtendes Bindemittel für Giessereikerne und -formen und dessen Verwendung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein kalthärtendes Bindemittel für Giessereikerne und -formen, das ein kalthärtbares Kunstharz enthält.
Für die Herstellung von Formen und Kernen werden in der Giesserei in grossem Umfang kalthärtende auf Basis von Kunstharzen hergestellte Bindemittel verwendet, die bei Anwesenheit eines sauren Härters aushärten. Zu den für diese Zwecke geeigneten kalthärtbaren Kunstharzen gehören beispielsweise solche, die durch Umsetzung von Formaldehyd mit Phenol oder Formaldehyd mit Harnstoff oder Formaldehyd mit Melamin erhalten werden. Diese Formaldehydharze können als solche hergestellt und verwendet werden, es können aber auch Mischungen dieser einzelnen Harze erzeugt werden und Verwendung finden. Ferner sind auch Produkte, die durch gemeinsame Umsetzung von Formaldehyd mit Phenol, Harnstoff und/oder Melamin erhalten werden, verwendbar.
Ausserdem ist es bekannt bei der Herstellung von Formen und Kernen als kalthärtende Bindemittel solche der oben erwähnten Harztypen, die jedoch mit mindestens einer weiteren Komponente modifiziert wurden, einzusetzen. Als modifizierende Komponente kann beispielsweise Furfurylalkohol dienen. Diese Modifikatoren können entweder in den fertigen Harzen als Lösungsmittel und/oder Verdünnungsmittel enthalten sein, oder sie können bereits bei den zu den Harzen führenden Umsetzungen mit zur Reaktion gebracht werden.
Wenn zur Herstellung von Formen und Kernen kalthärtbare Kunstharze als Bindemittel verwendet werden, so bringt dies den bedeutenden Vorteil mit sich, dass nach erfolgter Härtung keine Ofentrocknung erforderlich ist. Jedoch müssen die Bindemittel auch eine ausreichende mechanische Festigkeit der mit ihrer Hilfe hergestellten Formen und Kerne gewährleisten und in dieser Hinsicht entsprechen die bisher verwendeten kalthärtenden Bindemittel der Kunststoffklasse nicht allen Anforderungen. Beispielsweise tritt bei der Verwendung von phenolharzhaltigen Bindemittel häufig ein Kernbruch auf, der dann eine entsprechende Flickarbeit erfordert.
Es ist bekannt zur Herstellung von Kernen sogenannte Kernöle, das sind beispielsweise pflanzliche trocknende Öle, Polymerisate ungesättigter Petroleumfraktionen oder Fischöle als Bindemittel zu verwenden, und ferner Verbesserungen derartiger Bindemittel durch den Zusatz bestimmter Silane zu erwirken. Ferner ist es bekannt Hydrolysate gewisser Silane als selbständige Bindemittel, d. h. ohne Mitverwendung von Kunstharzbindemitteln bei der Herstellung von Gie ssereiformen zu verwenden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein kalthärtendes Bindemittel für Giessereikerne und Giessereiformen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es ein siliciumfreies kalthärtendes Kunstharz und ausserdem ein Silan der allgemeinen Formel
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enthält, worin die Reste R für eine Methyl- oder Äthylgruppe stehen und R' einen organischen Rest bedeutet, der mindestens eine Epoxygruppe aufweist.
Vorzugsweise werden Silane der oben angegebenen Formel verwendet, in denen der Rest R' über eine Kohlenstoff-Siliziumbindung an das Siliziumatom gebunden ist, wobei der Rest R' vorzugsweise nur aus Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen aufgebaut ist. Besonders vorteilhaft sind Silane, in denen der Rest R' frei von C-C-Doppelbindungen ist. Beispielsweise kann dieser Rest eine -COHI-Gruppierung oder eine geradkettige -C3Hs-Gruppierung aufweisen, mit der er an das Siliziumatom gebunden ist. Besonders vorteilhaft sind Silane, in denen der Rest R' mindestens 6 und höchstens 8 Kohlenstoffatome aufweist.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des erfindungsgemässen Bindemittels zur Herstellung von Giessereikernen und -formen die dadurch gekennzeichnet ist, dass man das Bindemittel mit einem Giessereisand und einem sauren Härtungsmittel vermischt, die Mischung formt und die Giessereikerne und/oder -formen erhärten lässt.
Es ist bereits bekanntgeworden, spezielle Silane, die frei von Epoxygruppen sind, als Zusatzstoffe zu verwenden, um eine Verbesserung der Festigkeitseigenschaften von mit Hilfe von kalthärtenden Kunstharzbildern hergestellten Giessereiformen und -kernen zu erzielen. Es wird hiezu auf die deutsche Auslegeschrift Nr. 1 252853 sowie die britische Patentschrift Nummer 876 033 verwiesen. Die in diesen beiden genannten Patentschriften erwähnten Silane sind jedoch nicht nur frei von Epoxygruppen, sondern sie weisen ausserdem zwingend einen Gehalt an freien Hydroxylgruppen und/oder endständigen Aminogruppen auf.
Bei einem Vergleich dieser bekannten Silane mit den in den erfindungsgemässen Bindemitteln enthaltenen Silanen stellte es sich heraus, dass die in den erfindungsgemässen Bindemitteln enthaltenen Silane bedeutend wirksamer zur Verbesserung der Festigkeit der Kerne und Formen, die mit kalthärtenden Kunstharzbindern hergestellt wurden, sind.
Wie bereits erwähnt, werden als tetra-organo-Silane der angegebenen Formel in den erfindungsgemässen Bindemitteln vorzugsweise solche verwendet, in denen der Rest R' mindestens 6 und vorzugsweise höchstens 8 Kohlenstoffatome aufweist. Als besonders vorteilhafte Verbindungen dieser Klasse seien diejenigen Silanderivate genannt, in denen der Rest R' eine Gruppe der Formel
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oder eine Gruppe der Formel
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ist. Insbesondere ist es günstig, wenn ausserdem sämtliche OR-Reste des organo-Silans OCH3-Gruppen sind.
Die erfindungsgemässen Bindemittel enthalten vorzugsweise 0,01 bis 3 Gew.%, insbesondere 0,05 bis 2 Gew.% an Silanen, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels. Bezogen auf die fertig gebundenen Formkörper beträgt dann der Silangehalt beispielsweise 0,0001 bis 0,1 Gew.%, insbesondere 0,0002 bis 0,06 Gewichtsprozent.
Die Erfindung soll nun anhand eines speziellen Beispiels näher erläutert werden.
Beispiel
In 100 kg eines in bekannter Weise aus Phenol und Formaldehyd im molaren Verhältnis 1 : 1,5 durch Umsetzung in alkalischem Medium gewonnenen flüssigen Resols werden 0,25 kg eines Tetraorganosilans der Formel
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(Silan A 187 der Union Carbide) gelöst.
Mit diesem Bindemittel werden aus mittelfeinem reinem Quarzsand Sandkerne hergestellt. Es wurden 2 Gew.% Bindemittel verwendet und es erfolgte ein Zusatz von 20 Gew.%, berechnet auf das Bindemittel, an p-Toluolsulfonsäure (70%ige wässrige Lösung) als Härter. Die Probekerne ergaben mit und ohne Silanzusatz die folgenden Festigkeitswerte:
ohne Silan mit Silan
Biegefestigkeit kg/cm2 nach 6 Stunden 18 28 nach 24 Stunden 27 50
Zugfestigkeit kg/cm2 nach 6 Stunden 8 15 nach 24 Stunden 11 23
Scherfestigkeit kg/cm2 nach 6 Stunden 8,5 > 10 nach 24 Stunden 10,0 > 10 PATENTANSPRUCH I
Kalthärtendes Bindemittel für Giessereikerne und -formen, dadurch gekennzeichnet, dass es ein siliciumfreies kalthärtbares Kunstharz, und ausserdem ein Silan der Formel
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enthält, worin die Reste R für Methyl- oder Äthyl- gruppen stehen und R' einen organischen Rest bedeutet, der mindestens eine Epoxygruppierung aufweist.
UNTERANSPROCHE
1. Bindemittel nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kohlenstoffatom des Restes R' an das Siliziumatom gebunden ist.
2. Bindemittel nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Rest R' nur aus Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen aufgebaut ist.
3. Bindemittel nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Rest R' frei von olefinischen Doppelbindungen und C-C-Dreifachbindungen ist.
4. Bindemittel nach Patentanspruch I oder einem der Unteransprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rest R' mindestens 6 und höchstens 8 Kohlenstoffatome aufweist.
5 Bindemittel nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rest R' die Formel
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aufweist.
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Cold-curing binder for foundry cores and molds and their use
The present invention relates to a cold-setting binder for foundry cores and molds, which contains a cold-setting synthetic resin.
For the production of molds and cores, cold-curing binders based on synthetic resins are used to a large extent in the foundry, which harden in the presence of an acidic hardener. Cold-curing synthetic resins suitable for this purpose include, for example, those obtained by reacting formaldehyde with phenol or formaldehyde with urea or formaldehyde with melamine. These formaldehyde resins can be produced and used as such, but mixtures of these individual resins can also be produced and used. Furthermore, products which are obtained by the joint reaction of formaldehyde with phenol, urea and / or melamine can also be used.
It is also known to use cold-curing binders of the above-mentioned types of resin in the production of molds and cores, which, however, have been modified with at least one further component. Furfuryl alcohol, for example, can serve as the modifying component. These modifiers can either be contained in the finished resins as solvents and / or diluents, or they can already be brought into reaction with the reactions leading to the resins.
If cold-curing synthetic resins are used as binders for the production of molds and cores, this has the significant advantage that no oven drying is required after curing. However, the binders must also ensure sufficient mechanical strength of the molds and cores produced with their help, and in this respect the cold-curing binders of the plastics class used up to now do not meet all requirements. For example, when using phenolic resin-containing binders, a core breakage often occurs, which then requires a corresponding patchwork.
It is known to use so-called kernel oils, for example vegetable drying oils, polymers of unsaturated petroleum fractions or fish oils, as binders for the production of kernels, and to improve such binders by adding certain silanes. It is also known hydrolysates of certain silanes as independent binders, d. H. Can be used in the manufacture of foundry molds without the use of synthetic resin binders.
The present invention relates to a cold-curing binder for foundry cores and foundry molds, which is characterized in that it is a silicon-free cold-curing synthetic resin and also a silane of the general formula
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contains, in which the radicals R stand for a methyl or ethyl group and R 'stands for an organic radical which has at least one epoxy group.
Preference is given to using silanes of the formula given above in which the R 'radical is bonded to the silicon atom via a carbon-silicon bond, the R' radical preferably being composed only of carbon, hydrogen and oxygen atoms. Silanes in which the radical R 'is free of C-C double bonds are particularly advantageous. For example, this radical can have a —COHI grouping or a straight-chain —C3Hs grouping with which it is bonded to the silicon atom. Silanes in which the radical R 'has at least 6 and at most 8 carbon atoms are particularly advantageous.
The invention further relates to the use of the binder according to the invention for the production of foundry cores and molds, which is characterized in that the binder is mixed with a foundry sand and an acidic hardening agent, the mixture is shaped and the foundry cores and / or molds are allowed to harden.
It has already become known to use special silanes that are free from epoxy groups as additives in order to improve the strength properties of foundry molds and cores produced with the aid of cold-curing synthetic resin images. Reference is made to the German Auslegeschrift No. 1 252853 and British Patent No. 876 033. However, the silanes mentioned in these two patent specifications are not only free from epoxy groups, but they also necessarily contain free hydroxyl groups and / or terminal amino groups.
When comparing these known silanes with the silanes contained in the binders according to the invention, it was found that the silanes contained in the binders according to the invention are significantly more effective for improving the strength of the cores and molds produced with cold-curing synthetic resin binders.
As already mentioned, the tetra-organo-silanes of the formula given in the binders according to the invention are preferably those in which the radical R 'has at least 6 and preferably at most 8 carbon atoms. Particularly advantageous compounds of this class are those silane derivatives in which the radical R 'is a group of the formula
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or a group of the formula
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is. In particular, it is advantageous if all OR radicals of the organosilane are also OCH3 groups.
The binders according to the invention preferably contain 0.01 to 3% by weight, in particular 0.05 to 2% by weight, of silanes, based on the weight of the binder. The silane content is then, for example, 0.0001 to 0.1% by weight, in particular 0.0002 to 0.06% by weight, based on the finished bonded shaped bodies.
The invention will now be explained in more detail using a specific example.
example
In 100 kg of a liquid resol obtained in a known manner from phenol and formaldehyde in a molar ratio of 1: 1.5 by reaction in an alkaline medium, 0.25 kg of a tetraorganosilane of the formula are obtained
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(Silane A 187 from Union Carbide).
This binding agent is used to produce sand cores from medium-fine, pure quartz sand. 2% by weight of binder were used and 20% by weight, calculated on the binder, of p-toluenesulfonic acid (70% aqueous solution) as hardener was added. The test cores with and without the addition of silane gave the following strength values:
without silane with silane
Flexural strength kg / cm2 after 6 hours 18 28 after 24 hours 27 50
Tensile strength kg / cm2 after 6 hours 8 15 after 24 hours 11 23
Shear strength kg / cm2 after 6 hours 8.5> 10 after 24 hours 10.0> 10 PATENT CLAIM I
Cold-curing binder for foundry cores and molds, characterized in that it is a silicon-free cold-curing synthetic resin, and also a silane of the formula
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contains, in which the radicals R represent methyl or ethyl groups and R 'represents an organic radical which has at least one epoxy group.
SUBSCRIBED
1. Binder according to claim I, characterized in that one carbon atom of the radical R 'is bonded to the silicon atom.
2. Binder according to claim I, characterized in that the radical R 'is composed only of carbon, hydrogen and oxygen atoms.
3. Binder according to claim I, characterized in that the radical R 'is free of olefinic double bonds and C-C triple bonds.
4. Binder according to claim I or one of the dependent claims 1 to 3, characterized in that the radical R 'has at least 6 and at most 8 carbon atoms.
5 Binder according to dependent claim 4, characterized in that the radical R 'has the formula
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having.
** WARNING ** End of DESC field could overlap beginning of CLMS **.