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DE1239436B - Binding agent for the production of sand cores for foundry purposes - Google Patents

Binding agent for the production of sand cores for foundry purposes

Info

Publication number
DE1239436B
DE1239436B DEQ652A DEQ0000652A DE1239436B DE 1239436 B DE1239436 B DE 1239436B DE Q652 A DEQ652 A DE Q652A DE Q0000652 A DEQ0000652 A DE Q0000652A DE 1239436 B DE1239436 B DE 1239436B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
parts
weight
urea
mixture
furfuryl alcohol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEQ652A
Other languages
German (de)
Inventor
Lloyd Hubert Brown
David Derby Watson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Quaker Oats Co
Original Assignee
Quaker Oats Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Quaker Oats Co filed Critical Quaker Oats Co
Publication of DE1239436B publication Critical patent/DE1239436B/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G16/00Condensation polymers of aldehydes or ketones with monomers not provided for in the groups C08G4/00 - C08G14/00
    • C08G16/02Condensation polymers of aldehydes or ketones with monomers not provided for in the groups C08G4/00 - C08G14/00 of aldehydes
    • C08G16/025Condensation polymers of aldehydes or ketones with monomers not provided for in the groups C08G4/00 - C08G14/00 of aldehydes with heterocyclic organic compounds
    • C08G16/0256Condensation polymers of aldehydes or ketones with monomers not provided for in the groups C08G4/00 - C08G14/00 of aldehydes with heterocyclic organic compounds containing oxygen in the ring
    • C08G16/0262Furfuryl alcohol
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/20Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents
    • B22C1/22Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents of resins or rosins
    • B22C1/2233Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents of resins or rosins obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S524/00Synthetic resins or natural rubbers -- part of the class 520 series
    • Y10S524/906Multipackage compositions

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)

Description

DEUTSCHES 'MTW> PATENTAMTGERMAN 'MTW> PATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Deutsche Kl.: 31 b1 -1/20 German class: 31 b1 -1/20

Nummer: 1 239 436Number: 1 239 436

Aktenzeichen: Q 652 VI a/31 b1File number: Q 652 VI a / 31 b1

1 239 436 Anmeldetag: 11.April 19611 239 436 filing date: April 11, 1961

Auslegetag: 27. April 1967Open date: April 27, 1967

Die Erfindung betrifft Bindemittel, enthaltend Furfurylalkohol, Formaldehyd und einen sauren Katalysator, zum Herstellen von Sandkernen für Gießereizwecke. The invention relates to binders containing furfuryl alcohol, formaldehyde and an acidic catalyst, for the production of sand cores for foundry purposes.

Ein Gießkern kann als geformtes Teil aus Sand und Bindemittel bezeichnet werden, das als Hilfsmittel zur Ausbildung von Innenflächen eines Gußkörpers aus Metall dient. Ein Gießkern muß mehreren Forderungen genügen: er muß gewöhnlich sehr schnell härten, gegenüber der Wasch- und Brennwirkung eines Stroms aus heißem Metall beständig sein, den freien Austritt von Gasen zulassen, als Innenkörper seine Form dem Metallguß aufprägen, eine so große Zugfestigkeit aufweisen, daß er während des Hantierens und seiner Anwendung nicht zerbricht, und schließlich nach dem Erstarren des Gußkörpers aus Metall leicht ausrüttelbar sein.A casting core can be referred to as a molded part made of sand and binder, which is used as an aid is used to form the inner surfaces of a cast body made of metal. A casting core must have several Requirements are sufficient: it usually has to harden very quickly, in relation to the washing and burning effects to be resistant to a stream of hot metal, to allow gases to escape freely, as an inner body impress its shape on the cast metal, have such a high tensile strength that it during the Handling and its application does not break, and finally after the solidification of the cast body be easily shaken out of metal.

Um einigen dieser Erfordernisse zu genügen, wird beim Metallguß seit langem Sand mit einem Bindemittel verwendet. Als Bindemittel kann der Teil der Gießkernzusammensetzung bezeichnet werden, der die Haftung zwischen den Sandteilchen bewirkt. In der folgenden Beschreibung wird der Ausdruck »Bindemittel« oder »Binder« so gebraucht, daß alle organischen Bestandteile der Gießkernzusammensetzung darunter fallen.To meet some of these requirements, sand has long been used in metal casting with a Binder used. The part of the casting core composition can be referred to as the binding agent, which causes the adhesion between the sand particles. In the following description, the expression "Binder" or "Binder" used in such a way that all organic constituents of the casting core composition fall under it.

Für den Metallguß werden bereits die verschiedensten Bindemittel verwendet. Einer der ältesten bekannten Binder ist der Kornmehl-Kernöl-Binder. Der hauptsächliche Nachteil dieses Systems ist in der erforderlichen langen Härtungszeit zu erblicken. In Verbindung mit den heute üblichen, mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden automatischen Anlagen sind jedoch rasch härtende Bindemittel sehr erwünscht. A wide variety of binders are already used for metal casting. One of the oldest known binder is the grain flour kernel oil binder. The main disadvantage of this system is in the required long curing time to be seen. In connection with today's usual, at high speed working automatic systems, however, fast-curing binders are very desirable.

Eine andere Art von Kernbindern wird aus Phenolharzen hergestellt. Auf Grund der hohen Kosten solcher Harze wird der Binder lediglich zum Binden einer Schale verwendet und wirkt nicht als Bindemittel innerhalb des gesamten Kerns. Durch die Verwendung von Bindemitteln vom Phenolharztyp erhält man Gießkerne, die dazu neigen, beim Rütteln nach dem Erstarren des Metallgußstücks nicht herauszufallen, insbesondere wenn es sich um den Guß von niedrigschmelzenden Nichteisenlegierungen handelt. Ferner lassen die erforderliche Härtungszeit und die Zugfestigkeiten der gebildeten Gießkerne zu wünschen übrig.Another type of core binder is made from phenolic resins. Due to the high cost of such Resins, the binder is only used to bind a shell and does not act as a binder within the entire core. Obtained through the use of phenolic resin type binders casting cores that tend not to fall out when vibrating after the metal casting has solidified, especially when it comes to the casting of low-melting non-ferrous alloys. Furthermore, the required hardening time and the tensile strengths of the casting cores formed leave something to be desired left over.

Eine dritte Art von Kernbindern sind die Harnstoff-Formaldehyd-Kornmehl-Binder. Bei diesem System ist es nötig, daß Wasser in ausreichender Menge zugegen ist, um dem Gießkern eine genügende »Grün-Bindemittel zum Herstellen von Sandkernen
für Gießereizwecke
A third type of core binders are the urea-formaldehyde-grain flour binders. With this system it is necessary that water is present in sufficient quantity to give the casting core a sufficient green binding agent for the production of sand cores
for foundry purposes

Anmelder:Applicant:

The Quaker Oats Company,
Chicago, JH. (V. St. A.)
The Quaker Oats Company,
Chicago, JH. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dr. I. M. Maas, Patentanwalt,
München 23, Ungererstr. 25
Dr. IM Maas, patent attorney,
Munich 23, Ungererstr. 25th

Als Erfinder benannt:
Lloyd Hubert Brcwn, Crystal Lake, JU.;
David Derby Watson,
Barrington, JlL (V. St. A.)
Named as inventor:
Lloyd Hubert Brcwn, Crystal Lake, JU .;
David Derby Watson,
Barrington, JlL (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V. St. v. Amerika vom 11. Juli 1960(41 752)V. St. v. America July 11, 1960 (41 752)

»5 oder Naßfestigkeit« zu verleihen, damit er seine Form beibehält, bis er in einen Ofen eingebracht wird. Durch die Gegenwart von Wasser in den erforderlichen Mengen wird die Härtungszeit erhöht. Außerdem wird mit diesen Bindern ein Kern gebildet, der bei der Berührung mit hochschmelzenden Metallen, z. B. Grauguß, zu leicht zerfällt. Eine weitere mit den mit diesem Bindemittel erzeugten Kernen verbundene Schwierigkeit ist der Mangel an Feuchtigkeitsbeständigkeit. Dieser Mangel führt dazu, daß der Kern in einer Atmosphäre mit hohem Feuchtigkeitsgehalt an Festigkeit einbüßt.To give "5 or wet strength" so that it will hold its shape until it is put in an oven. The presence of water in the required quantities increases the hardening time. aside from that a core is formed with these binders, which when in contact with refractory metals, z. B. gray cast iron, disintegrates too easily. Another associated with the cores produced with this binder Difficulty is the lack of moisture resistance. This deficiency leads to the core in loses strength in an atmosphere with high moisture content.

Es ist daher das Ziel der Erfindung, einen Kern mit verbesserter Zugfestigkeit herzustellen.
Das erfindungsgemäße Bindemittel ist gekennzeichnet durch zwei getrennt verpackte Mischungen, deren erste 5 bis 50 Gewichtsteile Furfurylalkohol und 90 bis 35 Gewichtsteile eines nicht polymerisierten, höchstens etwa 15 Gewichtsprozeent Wasser enthaltenden wäßrigen Gemisches aus Formaldehyd, Harnstoff und beim Gleichgewicht vorliegenden Reaktionsprodukten daraus, und deren zweite 1 bis 3 Gewichtsteile eines sauren Katalysators und so viel Harnstoff, daß ein Molverhältnis von verfügbarem Harnstoff zu verfügbarem Formaldehyd in den vereinigten Mischungen von etwa 1:1,5 bis 1:2,5 vorliegt, enthält und die zusammen für 3000 bis 10 000 Gewichtsteile Sand ausreichen.
It is therefore the object of the invention to produce a core with improved tensile strength.
The binder according to the invention is characterized by two separately packaged mixtures, the first of which is 5 to 50 parts by weight of furfuryl alcohol and 90 to 35 parts by weight of an unpolymerized aqueous mixture of formaldehyde, urea and the reaction products thereof present at equilibrium, and contains no more than about 15 percent by weight of water, and the second is 1 up to 3 parts by weight of an acidic catalyst and urea sufficient to provide a molar ratio of available urea to available formaldehyde in the combined mixtures of about 1: 1.5 to 1: 2.5, and together for 3000 to 10,000 parts by weight of sand sufficient.

709 577/277709 577/277

Der in dem Bindemittel enthaltene Katalysator ist vorzugsweise ein Ammoniumsalz einer starken Säure, insbesondere Ammoniumchlorid.The catalyst contained in the binder is preferably an ammonium salt of a strong acid, especially ammonium chloride.

Das Molverhältnis von verfügbarem Harnstoff zu verfügbarem Formaldehyd in den vereinigten Mischungen beträgt vorzugsweise 1: 2,0 bis 1:2,5.The molar ratio of available urea to available formaldehyde in the combined mixtures is preferably 1: 2.0 to 1: 2.5.

Ferner hat es sich als günstig erwiesen, wenn die erste Mischung den Furfurylalkohol in einer Menge von 25 bis 50 Gewichtsteilen enthält.Furthermore, it has proven to be advantageous if the first mixture contains the furfuryl alcohol in an amount Contains from 25 to 50 parts by weight.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält die zweite Mischung außerdem 0,5 bis 7,0 Gewichtsteile wäßrigen Ammoniaks, berechnet als 29gewichtsprozentiger Ammoniak.According to one embodiment of the invention, the second mixture also contains 0.5 to 7.0 parts by weight aqueous ammonia, calculated as 29 weight percent ammonia.

Nach einer weiteren Ausführungsform, wobei der Katalysator Ammoniumchlorid ist, enthält die zweite Mischung Aluminiumstearat in einer Menge von 1 bis 5 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts von Harnstoff und Ammoniumchlorid in der zweiten Mischung.In a further embodiment, where the catalyst is ammonium chloride, the second contains Mixture of aluminum stearate in an amount of 1 to 5 percent by weight of the total weight of urea and ammonium chloride in the second mixture.

Nach einer weiteren Ausführungsform enthält die zweite Mischung 12 bis 25 Gewichtsteile Wasser.According to a further embodiment, the second mixture contains 12 to 25 parts by weight of water.

Gemäß der britischen Patentschrift 832 999 werden für Kernbindemittel FurfurylalkohoIpolymerisate und Furfurylalkohol-Formaldehyd-Harze verwendet. Derartige Stoffe bestehen weitgehend aus Furanringen, die durch Methylenbrücken miteinander verbunden sind. Die erfindungsgemäßen Bindemittel führen dagegen bei der Kernherstellung zu mit Furfurylalkohol modifizierten Harnstoffharzen, d. h., das Grundnetz wird durch Kondensationspolymerisation von Dimethylolharnstoff aufgebaut. Furfurylalkohol wird in irgendeiner Weise in dieses Netz eingebaut.According to British Patent 832 999, furfuryl alcohol polymers are used for core binders and furfuryl alcohol-formaldehyde resins are used. Such substances largely consist of furan rings, which are connected to one another by methylene bridges. The binders according to the invention lead in contrast to urea resins modified with furfuryl alcohol during core production, d. h., that The basic network is built up by condensation polymerization of dimethylolurea. Furfuryl alcohol is built into this network in some way.

Auf Grund dieses Unterschiedes ist es bei den erfindungsgemäßen Bindemitteln möglich, Ammoniumchlorid als Katalysator zu verwenden. Stoffe der gemäß der britischen Patentschrift verwendeten Art werden durch Ammoniumchlorid nicht wirksam katalysiert, sondern erfordern starke Säuren. Bei den erfindungsgemäßen Bindemitteln wirkt Ammoniumchlorid als latenter Katalysator: es verändert die Harnstoffkomponente des Bindemittels bei Zimmertemperatur praktisch nicht, seine katalytische Wirkung springt jedoch bei erhöhten Temperaturen an. Deshalb ist die zweite Mischung des erfindungsgemäßen Gießkernbindemittels bei gewöhnlichen Temperaturen während langer Zeit lagerfähig, ohne daß die Gefahr besteht, daß in einem heißen Kernkasten keine rasche Härtung der Gesamtmischung eintritt. Die bekannten Harze härten bei gewöhnlichen Temperaturen sehr rasch, sind daher praktisch nicht lagerfähig und müssen jeweils zum Zeitpunkt der tatsächlichen Verwendung hergestellt werden, was in Gießereien recht unpraktisch ist.Because of this difference, it is possible with the binders according to the invention to use ammonium chloride to use as a catalyst. Substances of the kind used in accordance with the British patent specification are not effectively catalyzed by ammonium chloride, but require strong acids. Both binders according to the invention, ammonium chloride acts as a latent catalyst: it changes the Urea component of the binder practically does not have a catalytic effect at room temperature however, it starts at elevated temperatures. Therefore, the second mixture is that of the present invention Cast core binder can be stored for a long time at normal temperatures without the There is a risk that the mixture as a whole will not harden rapidly in a hot core box. The known resins cure very quickly at normal temperatures and are therefore practically impossible to store and must be manufactured at the time of actual use, what in foundries is quite impractical.

Ein weiterer beträchtlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Bindemittel gegenüber den bekannten ist in ihren ausgezeichneten Eigenschaften beim Ausriitteln zu erblicken, insbesondere wenn sie für leichtere Metalle und Legierungen verwendet werden, die verhältnismäßig niedrige Schmelztemperaturen besitzen,Another considerable advantage of the binders according to the invention over the known ones is to be seen in their excellent properties when pulling out, especially when they are used for lighter ones Metals and alloys are used that have relatively low melting temperatures,

ao wie Aluminium. ao like aluminum.

Ein Maß für das Ausrütteln ist die Zeit, die ein Kern braucht, um unter einer gegebenen Belastung infolge des Ausbrennens des Bindemittels zusammenzubrechen. Eine kurze Zusammenbrechzeit ist inA measure of shudder is the time it takes a core to stand under a given load collapse as a result of the binder burning out. A short breakdown period is in

as hohem Maße erwünscht, insbesondere wenn es sich um mit hohen Geschwindigkeiten arbeitende Produktionsmethoden handelt. (Hierbei wird als selbstverständlich vorausgesetzt, daß die übrigen Eigenschaften den Minimalanforderungen genügen.)as is highly desirable, especially when it comes to high-speed production methods acts. (It is assumed here as a matter of course that the other properties meet the minimum requirements.)

Bei den bekannten Harzen ist die Zusammenbrechzeit übermäßig lang, insbesondere bei den niedrigeren Temperaturen, wie sie bei niedrigschmelzenden Metallen angewandt werden.
Es wird angenommen, daß Formaldehyd, Harnstoff und daraus beim Gleichgewicht gebildete Reaktionsprodukte, wie sie in wäßrigen Harnstoff-Formaldehyd-Gemischen (im folgenden als wäßrige H.-F.Gemische bezeichnet) vorliegen, durch folgende Gleichgewichtsformeln ausgedrückt werden können:
With the known resins, the breakdown time is unduly long, especially at the lower temperatures used with low melting point metals.
It is assumed that formaldehyde, urea and the reaction products formed therefrom at equilibrium, as are present in aqueous urea-formaldehyde mixtures (hereinafter referred to as aqueous H.-F. mixtures), can be expressed by the following equilibrium formulas:

NH2CONH + HCHO =^= NH2CONHCH2OH Nh2CONHCH2OH + HCHO HOCH2NHCONHCH2OH HOCH2NHCONHCH2OH + HCHO HOCH2NHCON (CH2OH)2 Hoch2NHCON(CH2OH)2 + HCHO =?= (HOCH2)2NCON (CH2OH)2 NH 2 CONH + HCHO = ^ = NH 2 CONHCH 2 OH Nh 2 CONHCH 2 OH + HCHO HIGH 2 NHCONHCH 2 OH HIGH 2 NHCONHCH 2 OH + HCHO HIGH 2 NHCON (CH 2 OH) 2 high 2 NHCON (CH 2 OH) 2 + HCHO =? = (HIGH 2 ) 2 NCON (CH 2 OH) 2

Die vorstehenden Gleichungen erläutern den verwendeten Ausdruck »ein nicht polymerisiertes wäßriges Gemisch aus Formaldehyd, Harnstoff und beim Gleichgewicht vorliegende Reaktionsprodukte daraus«. Diejenigen Harnstoffmoleküle im Gleichgewichtsgemisch, die mehr als eine Methylolgruppe enthalten, werden manchmal als Polymethylolharnstoffe bezeichnet. Es ist schwierig, zwischen den verschiedenen Polymethylolharnstoffen in den wäßrigen H.-F.-Gemischen zu unterscheiden. Aus diesem Grund wird die Zusammensetzung der wäßrigen H.-F.-Lösung als Gewichtsprozent Harnstoff und Formaldehyd angegeben. Eine typische Analyse eines solchen Gemisches ergibt 59 Gewichtsprozent Formaldehyd, 26 Gewichtsprozent Harnstoff und höchstens 15 Gewichtsprozent Wasser.The above equations illustrate the term used, "an unpolymerized aqueous Mixture of formaldehyde, urea and reaction products from them present at equilibrium «. Those urea molecules in the equilibrium mixture that have more than one methylol group are sometimes called polymethylolureas. It's difficult between different polymethylolureas in the aqueous H.-F. mixtures. For this The reason is the composition of the aqueous H.F. solution as weight percent urea and Formaldehyde. A typical analysis of such a mixture gives 59 percent by weight formaldehyde, 26 percent by weight urea and a maximum of 15 percent by weight water.

Die Gesamtmenge von Harnstoff und Formaldehyd, die in dem fertigen Gemisch (der Kombination aus dem ersten und dem zweiten Gemisch) vorliegt, wird als Molverhältnis angegeben. Die Anzahl der in das zweite Gemisch eingeführten Harnstoffteile schwankt mit der Analyse des jeweiligen wäßrigen H.-F.-Gemisches, das für das erste Gemisch verwendet wird. Die Zahl der Teile an gepulvertem Harnstoff, die in das zweite Gemisch eingeführt werden, kann mit Hilfe des erwähnten Molverhältnisses unter Berücksichtigung der Analyse des jeweiligen wäßrigen H.-F.-Gemisches ermittelt werden.The total amount of urea and formaldehyde present in the finished mixture (the combination of the first and the second mixture) is given as a molar ratio. The number of in the Second mixture introduced urea parts fluctuates with the analysis of the respective aqueous H.-F. mixture, that is used for the first mixture. The number of parts of powdered urea contained in the second mixture can be introduced, with the help of the mentioned molar ratio in consideration the analysis of the respective aqueous H.F. mixture can be determined.

Die Bezeichnung »verfügbarer Harnstoff« bezieht sich sowohl auf freien Harnstoff als auch auf solchen Harnstoff, der, wie in den obigen Gleichungen dargestellt, Methylolgruppen enthält. Die Bezeichnung »verfügbarer Formaldehyd« bezieht sich sowohl auf freien Formaldehyd als auch auf solchen Formaldehyd, der nach den obigen Gleichungen eine Verbindung mit Harnstoff eingegangen ist.The term "available urea" refers to both free urea and urea Urea containing methylol groups as shown in the equations above. The designation "Available formaldehyde" refers to both free formaldehyde and formaldehyde which has entered into a connection with urea according to the above equations.

Die in dem zweiten Gemisch verwendete Menge an saurem Katalysator schwankt innerhalb des angegebenen Bereichs je nach der Art des verwendeten Sandes und den Härtungseigenschaften, die erreicht werden sollen. Sande mit einem hohen Tongehalt können einen hohen Säurebedarf aufweisen und mehr sauren Katalysator erfordern. Im allgemeinen kann jeder saure Katalysator verwendet werden, z. B. Am-The amount of acid catalyst used in the second mixture varies within that specified Range depending on the type of sand used and the hardening properties that are achieved should be. Sands with a high clay content can have a high acidity requirement and more require acid catalyst. In general, any acidic catalyst can be used, e.g. B. Am-

moniumchlorid, Ammoniumtrichloracetat, Ammoniumdihydrogenphosphat, Ammoniumsulfat und Ammoniumnitrat.monium chloride, ammonium trichloroacetate, ammonium dihydrogen phosphate, ammonium sulfate and Ammonium nitrate.

Auf etwa 100 Teile Binder werden 3000 bis 10 000 Teile Formsand verwendet. Der in den weiter unten wiedergegebenen Beispielen verwendete Sand war ein sauberer Binnensand mit einer Feinheitszahl von etwa 83. Es ist jedoch jeder beliebige der allgemein verwendeten Formsande geeignet. 3000 to 10,000 parts of molding sand are used for about 100 parts of binder. The one in the next The sand used in the examples given below was a clean inland sand with a fineness number of about 83. However, any of the commonly used molding sands are suitable.

Die Feinheitszahl («) ist dimensionslos und berechnet sich nach folgender Formel:The fineness number («) is dimensionless and is calculated using the following formula:

η —η -

JSj1 + 5 j2 + IOs3 + 20 j4 + 30j5 + 40j6 + 50 j7 + 70 j8 + IOOj9 + 140 j10 + ZOOj11 + 300 sv JSj 1 + 5 j 2 + IOs 3 + 20 j 4 + 30j 5 + 40j 6 + 50 j 7 + 70 j 8 + IOOj 9 + 140 j 10 + ZOOj 11 + 300 s v

S1 + s2 4- j3 + j4 4- j5 + j6 + j7 + ss + j9 + j10 + j11 + j S 1 + s 2 4- j 3 + j 4 4- j 5 + j 6 + j 7 + s s + j 9 + j 10 + j 11 + j

Zur Bestimmung von η wird mit einer abgewogenen Probe eine Siebanalyse durchgeführt. In der vorstehenden Formel bedeuten:A sieve analysis is carried out with a weighed sample to determine η. In the above formula:

j
j,
j.
j
j,
j.

s,
j1
s,
j 1

S.S.

58 = 5 8 =

59 = 5IO = 5 9 = 5 IO =

j1i =j 1 i =

Siebrückstand in Gewichtsprozent auf Prüfsieb mit lichter Maschenweite von 3,36 mm Siebrückstand in Gewichtsprozent auf Prüfsieb mit lichter Maschenweite von 1,68 mm Siebrückstand in Gewichtsprozent auf Prüf sieb mit lichter Maschenweite von 0,84 mm Siebrückstand in Gewichtsprozent auf Prüfsieb mit lichter Maschenweite von 0,59 mm Siebrückstand in Gewichtsprozent auf Prüfsieb mit lichter Maschenweite von 0,42 mm Siebrückstand in Gewichtsprozent auf Prüfsieb mit lichter Maschenweite von 0,297 mm Siebriickstand in Gewichtsprozent auf Prüfsieb mit lichter Maschenweite von 0,210 mm Siebrückstand in Gewichtsprozent auf Prüf sieb mit lichter Maschenweite von 0,149 mm Siebrückstand in Gewichtsprozent auf Prüf sieb mit lichter Maschen weite von 0,105 mm Siebrückstand in Gewichtsprozent auf Prüfsieb mit lichter Maschenweite von 0,074 mm Siebrückstand in Gewichtsprozent auf Prüfsieb mit lichter Maschenweite von 0,053 mm Durchlauf in Gewichtsprozent vom Prüfsieb mit lichter Maschenweite von 0,053 mmSieve residue in percent by weight on test sieve with a mesh size of 3.36 mm Sieve residue in percent by weight on test sieve with a clear mesh size of 1.68 mm Sieve residue in percent by weight on test sieve with a clear mesh size of 0.84 mm Sieve residue in percent by weight on test sieve with a clear mesh size of 0.59 mm Sieve residue in percent by weight on test sieve with a clear mesh size of 0.42 mm Sieve residue in percent by weight on test sieve with a clear mesh size of 0.297 mm Sieve residue in percent by weight on test sieve with a clear mesh size of 0.210 mm Sieve residue in percent by weight on test sieve with a clear mesh size of 0.149 mm Sieve residue in percent by weight on test sieve with a clear mesh size of 0.105 mm Sieve residue in percent by weight on test sieve with a clear mesh size of 0.074 mm Sieve residue in percent by weight on test sieve with a clear mesh size of 0.053 mm Passage in percent by weight of the test sieve with a clear mesh size of 0.053 mm

Zu dem Harnstoff und dem Katalysator in dem zweiten Gemisch können verschiedene weitere Bestandteile zugesetzt werden. Der erwähnte Zusatz von Ammoniak führt zu einer beträchtlichen Verbesserung der Lagerbeständigkeit bei geringer Einbuße bezüglich der Härtungsgeschwindigkeit. Durch den erwähnten Zusatz von Aluminiumstearat wird das Zusammenbacken des gepulverten Harnstoifes verhindert. Der erwähnte Zusatz von Wasser führt zu einer verbesserten Katalysatorverteilung.Various other constituents can be added to the urea and the catalyst in the second mixture can be added. The aforementioned addition of ammonia leads to a considerable improvement the shelf life with little loss of cure speed. Through the The addition of aluminum stearate mentioned above prevents the powdered urine from sticking together. The mentioned addition of water leads to an improved catalyst distribution.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu beschränken.The following examples illustrate the invention without restricting it.

Beispiel 1example 1

Durch Vermischen von 17,8 Teilen eines H.-F.-Gemisches mit 9 Teilen Furfurylalkohol wurde ein erstes Gemisch hergestellt. 6 Teile Harnstoffpulver wurden mit 0,30 Teilen Ammoniumchlorid vermischt und dann mit IOOOTeilen Sand zur Bildung eines zweiten Gemisches vermengt. Dann wurde das erste Gemisch zu dem zweiten Gemisch zur Erzielung eines fertigen Gemisches der gesamten genannten Bestandteile zugesetzt. Dieses fertige Gemisch enthielt 30 Teile Furfurylalkohol im Bindemittelanteil. Auf die gleiche Weise wurden vier weitere fertige Gemische mit 10, 20, 40 bzw. 50 Teilen Furfurylalkohol im Binderanteil hergestellt. Das Formaldehyd-Harnstoff-Molverhältnis in diesen fünf fertigen Gemischen betrug 2. 25-g-Proben der fertigen Gemische wurden dreimal mit einer Dietertramme zu Formen gestampft, die wie Hundekuchen ausgebildet waren. Dadurch wurden Proben von 6,35 mm Dicke erhalten, die direkt auf Aluminiumplatten geformt wurden. Diese Proben wurden von den Aluminiumplatten auf eine heiße Platte in einem Ofen bei etwa 218° C übergeführt, wo sie während verschiedener Zeitspannen gehärtet und nach Zeitabständen von jeweils 5 Sekunden geprüft wurden. Die Zeit, nach welcher die Proben hart waren, wenn sie aus dem Ofen entfernt wurden, wurde als die normale Härtungszeit notiert. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:By mixing 17.8 parts of a H.-F. mixture with 9 parts of furfuryl alcohol, a first mixture made. 6 parts of urea powder were mixed with 0.30 parts of ammonium chloride and then mixed with 1000 parts of sand to form a second mix. Then became the first Mixture to the second mixture to achieve a finished mixture of all of the constituents mentioned added. This finished mixture contained 30 parts of furfuryl alcohol in the binder portion. on four other finished mixtures with 10, 20, 40 and 50 parts of furfuryl alcohol, respectively, were made in the same way produced in the binder content. The formaldehyde to urea molar ratio in these five finished blends was 2. 25 g samples of the finished mixes were molded three times with a Dietertram mashed that were trained like dog biscuits. This gave samples 6.35 mm thick, molded directly onto aluminum plates. These samples were based on the aluminum plates A hot plate is placed in an oven at about 218 ° C, where it is placed for various periods of time cured and tested at 5-second intervals. The time after which the samples were hard when they were removed from the oven than the normal curing time written down. The following results were obtained:

Probesample Teile FurfurylalkoholShare furfuryl alcohol
im Binderin the binder
HärtungszeitCuring time
(Sekunden bei 218° C,(Seconds at 218 ° C,
425° F)425 ° F)
11 1010 2525th 22 2020th 2525th 33 3030th 3030th 44th 4040 3030th 55 5050 3030th

Aus den vorstehenden Angaben ist ersichtlich, daß die Wirkung der Veränderung der Furfurylalkoholkonzentration auf die Härtungszeit des Kernbinders nur gering ist.From the above, it can be seen that the effect of changing the furfuryl alcohol concentration on the curing time of the core binder is only short.

Weitere aus den oben genannten fünf fertigen Gemischen hergestellte Proben wurden während der oben angegebenen Zeiten gehärtet. Dann wurden Zugfestigkeitsprüfungen durchgeführt. Die angegebenen Festigkeitswerte stellen Mittelwerte von fünf Prüfungen in jedem einzelnen Fall dar. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:Additional samples made from the above five finished mixes were tested during the hardened times given above. Tensile strength tests were then carried out. The specified Strength values represent mean values of five tests in each individual case get the following results:

Probesample Teile FurfurylalkoholShare furfuryl alcohol
im Binderin the binder
Zugfestigkeittensile strenght
des Gießkernsof the casting core
(normale Härtungszeit)(normal curing time)
kg/cm2 kg / cm 2
66th 1010 21,3521.35 77th 2020th 30,830.8 88th 3030th 37,837.8 99 4040 41,341.3 1010 5050 40,640.6

Die Festigkeit der der Wärmebehandlung unterworfenen Kerne wurde durch Ersatz von 20 Gewichtsprozent des Harzes im Binder durch Furfurylalkohol auf etwa das Doppelte erhöht, und die Festigkeit stieg linear an, wenn bis zu 30 Gewichtsprozent Furfurylalkohol verwendet wurden.The strength of the cores subjected to the heat treatment was increased by replacing 20% by weight of the resin in the binder is increased to about twice as much by furfuryl alcohol, and the strength is increased increased linearly when up to 30 weight percent furfuryl alcohol was used.

Claims (8)

Bei der Herstellung von Gießkernen erfordern die Kerne mit dickeren Körpern häufig eine intensivere Härtung, um eine ausreichende Härtung der Innenteile zu erzielen. Dies kann dazu führen, daß die Oberfläche übermäßig gehärtet ist. Um die Wirkungen einer übermäßigen Härtung auf die erfindungsgemäß erhältlichen Zusammensetzungen festzustellen, wurden weitere Proben nach der oben erläuterten Arbeitsweise 20 Sekunden über die normale Zeit hinaus gehärtet. Dabei wurden folgende Ergebnisse erhalten: ProbeTeile Furfurylalkoholim BinderZugfestigkeitdes Gießkerns(übermäßig gehärtet)kg/cm21110141220133029,4144038,5155040,6 15 Aus dem Vergleich der Zugfestigkeiten der Kerne mit normaler Härtungszeit und solcher mit einer übermäßigen Härtung ist ersichtlich, daß bei höheren Konzentrationen von Furfurylalkohol (40 bis 50 Teile) die um 20 Sekunden längere Härtung einen geringen Effekt bezüglich der Erniedrigung der Zugfestigkeiten ausübt. Wenn die Gefahr der übermaßigen Härtung durch den Zusatz größerer Mengen Furfurylalkohol verringert wird, kann demnach eine größere Wärmemenge angewandt werden, um die Härtung durch den gesamten Kernkörper zu bewirken. Beispiel 2 Die im Beispiel 1 beschriebene Arbeitsweise zur Herstellung der fertigen Gemische wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß man die Teile an Furfurylalkohol konstant bei 20 Teilen hielt, während das Molverhältnis von verfügbarem Formaldehyd zu verfügbarem Harnstoff in jedem der vier fertigen Gemische verschieden war. Außerdem wurden 0,18 Teile Aluminiumstearat zu dem Harnstoff und Ammoniumchlorid in dem zweiten Gemisch zugesetzt. Für die Gießkerne wurden folgende Zugfestigkeiten erhalten: ProbeMolverhältnis vonFormaldehyd zuHarnstofTZugfestigkeitder Gießkernekg/cm211,2517,8521,5024,531,7531,542,030,8 50 Diese Angaben zeigen, daß mit einer Zunahme des Molverhältnisses von Formaldehyd zu Harnstoff bis zu 1,75 eine Zunahme der Zugfestigkeit des Gießkerns verbunden war. Patentansprüche:In the manufacture of casting cores, the cores with thicker bodies often require more intensive hardening in order to achieve sufficient hardening of the inner parts. This can result in the surface becoming excessively hardened. In order to determine the effects of excessive cure on the compositions obtainable according to the invention, additional samples were cured according to the procedure outlined above for 20 seconds beyond the normal time. The following results were obtained: Sample parts of furfuryl alcohol in the binder Tensile strength of the casting core (excessively hardened) kg / cm21110141220133029.4144038.5155040.6 15 A comparison of the tensile strengths of the cores with normal hardening time and those with excessive hardening shows that at higher concentrations of furfuryl alcohol ( 40 to 50 parts) the 20 seconds longer hardening has little effect in terms of lowering the tensile strengths. Accordingly, if the risk of excessive hardening is reduced by adding larger amounts of furfuryl alcohol, a larger amount of heat can be applied to effect hardening through the entire core body. Example 2 The procedure described in Example 1 for the preparation of the finished mixtures was repeated with the exception that the parts of furfuryl alcohol were kept constant at 20 parts, while the molar ratio of available formaldehyde to available urea was different in each of the four finished mixtures. In addition, 0.18 parts of aluminum stearate was added to the urea and ammonium chloride in the second mixture. The following tensile strengths were obtained for the casting cores: Sample molar ratio of formaldehyde to urea → Tensile strength of the casting cores kg / cm211.2517.8521.5024.531.7531.542.030.8 50 These data show that with an increase in the molar ratio of formaldehyde to urea up to 1.75 an increase the tensile strength of the casting core was connected. Patent claims: 1. Bindemittel, enthaltend Furfurylalkohol, Formaldehyd und einen sauren Katalysator zum Herstellen von Sandkernen für Gießereizwecke, gekennzeichnet durch zwei getrennt verpackte Mischungen, deren erste 5 bis 50 Gewichtsteile Furfurylalkohol und 90 bis 35 Gewichtsteile eines nicht polymerisierten, höchstens etwa 15 Gewichtsprozent Wasser enthaltenden wäßrigen Gemisches aus Formaldehyd, Harnstoff und den beim Gleichgewicht daraus vorliegenden Reaktionsprodukten und deren zweite 1 bis 3 Gewichtsteile eines sauren Katalysators und so viel Harnstoff enthält, daß ein Molverhältnis von verfügbarem Harnstoff zu verfügbarem Formaldehyd in den vereinigten Mischungen von etwa 1:1,5 bis 1:2,5 vorliegt und die zusammen für 3000 bis 10 000 Gewichtsteile Sand ausreichen.1. Binder containing furfuryl alcohol, formaldehyde and an acidic catalyst for Manufacture of sand cores for foundry purposes, characterized by two separated packaged mixtures, the first 5 to 50 parts by weight of furfuryl alcohol and 90 to 35 parts by weight of an unpolymerized, at most aqueous mixture of formaldehyde and urea containing about 15 percent by weight of water and the reaction products present therefrom at equilibrium and their second 1 to 3 parts by weight of an acidic catalyst and contains so much urea that a molar ratio of available Urea to available formaldehyde in the combined mixtures of about 1: 1.5 up to 1: 2.5 is present and which together are sufficient for 3,000 to 10,000 parts by weight of sand. 2. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator ein Ammoniumsalz einer starken Säure ist.2. Binder according to claim 1, characterized in that the catalyst is an ammonium salt a strong acid. 3. Bindemittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Mischung außerdem 0,5 bis 7,0 Gewichtsteile wäßrigen Ammoniaks, berechnet als 29gewichtsprozentiger Ammoniak, enthält.3. Binder according to claim 2, characterized in that the second mixture also 0.5 to 7.0 parts by weight of aqueous ammonia, calculated as 29 percent by weight ammonia, contains. 4. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis 1:2,0 bis 1:2,5 beträgt.4. Binder according to claim 1, characterized in that the molar ratio 1: 2.0 to Is 1: 2.5. 5. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Mischung den Furfurylalkohol in einer Menge von 25 bis 50 Gewichtsteilen enthält.5. Binder according to claim 1, characterized in that the first mixture is the furfuryl alcohol contains in an amount of 25 to 50 parts by weight. 6. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator Ammoniumchlorid ist.6. Binder according to claim 1, characterized in that the catalyst is ammonium chloride is. 7. Bindemittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Mischung Aluminiumstearat in einer Menge von 1 bis 5 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts aus Harnstoff und Ammoniumchlorid in der zweiten Mischung enthält.7. Binder according to claim 6, characterized in that the second mixture is aluminum stearate in an amount of 1 to 5 percent by weight of the total weight of urea and ammonium chloride in the second mixture contains. 8. Bindemittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Mischung 12 bis 25 Gewichtsteile Wasser enthält.8. Binder according to claim 6, characterized in that the second mixture 12 to Contains 25 parts by weight of water. In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 832 999.
Considered publications:
British Patent No. 832 999.
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