DE3109076A1

DE3109076A1 - Katalysator/bindemittel-system zur herstellung von sandformkoerpern

Info

Publication number: DE3109076A1
Application number: DE19813109076
Authority: DE
Inventors: James E. 60102 Algonquin Ill. Menting
Original assignee: Quaker Oats Co 60010 Barrington Ill; Quaker Oats Co
Current assignee: Qo Chemicals Inc (eine Gesellschaft Ndgesdst
Priority date: 1980-03-24
Filing date: 1981-03-10
Publication date: 1982-03-04
Also published as: FR2478500A1; SE450347B; GB2072205A; ES8300532A1; JPS56148438A; JPS6129816B2; ES500664A0; GB2072205B; IT1144489B; SE8101230L; BE888072A; IT8148094A0; FR2478500B1; US4317763A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft chemische Zusammensetzungen und Verfahren für die Metallgießerei und insbesondere spezielle Katalysatoren zum Härten von sogenannten "Heißkasten"-Harzbindemitteln für den Kernsand usw., wie sie in Gießereien verwendet werden.

Der Ausdruck "Kernsand" wird hier zuweilen benutzt, um unter anderem den Sand zu bezeichnen, der zur Herstellung aller Arten von Formkörpern für Gießereianwendungen verwendet wird - einschließlich Formkernen, Formkörpern für andere Gießverfahren, in Modellen hergestellten und dort ausgehärteten Formkörpern, sowie frei stehenden Sand-Formkörpern, die in herkömmlichen oder Mikrowellenofen für den in der Gießereipraxis gewünschten Zweck ausgehärtet werden.

In der üblichen Cießereipraxis formt man Kernsände unterschiedlicher Art zu Formkörpern und läßt sie nach verschiedenen Verfahren abbinden. Im allgemeinen lassen sich die Bindemittel für den Formsand in die sogenannten Heißkastenbindern und die ■ nichttrocknenden ("no-bake")'Bindemitteln unterteilen.

Für bestimmte Anwendungen zieht man im allgemeinen die Feißkasten-Bindemittel vor, da sie allgemein zufriedenstellende

Ergebnisse erbringen und für hohe Produktionsraten - insbesondere beim gewöhnlichen Eisenguß - gut geeignet sind. Ein typischer Heißkastenbinder enthält Harze aus Furanbasis oder Phenolformaldehydharze, die oft auch mit Harnstofformaldehyd-Bindemitteln modifiziert oder abgemischt werden. Während Cußeisen gegenüber dem Stickstoff, der freigesetzt wird, wenn die Schmelze auf ein Karnstoff-Formaldehyd (UF) enthaltendes Bindemittel gegossen wird, tolerant ist, setzt man Bindemittel dieser Art sinnvollerweise bei bestimmten anderen Metallen und Legierungen nicht ein. Es ist also nicht in allen Anwendungen möglich, die potentiell geringen Kosten von mit UF-haltigen Harzen modifizierten Phenolformaldehydbindemittel auszunutzen.

Bestimmte Heißkastenbindemittel sind zwar in vieler Hinsicht wünschenswert; diese Bindemittelsysteme und ihre Katalysatoren - insbesondere katalysierte Bindemittel des Furantyps··- haben jedoch auch Nachteile. Dabei sollen die Ausdrücke "Furantyp" oder "auf Furanbasis" hier besagen, daß das jeweilige Bindemittel Furanderivate und insbesondere Furfurylalcohol allein oder zusammen mit Phenolharzen, UF-Harzen oder deren Mischun-. gen enthält.

In der Gießereipraxis ist es derzeit üblich, den Kern für ein Gußstück herzustellen, indem man den Hohlraum eines beheizten Modells mit einem Kernmaterial aus dem Kernsand in Mischung mit einem Harz und einem Katalysator mischt. Wenn man das angesetzte Kernsandmaterial gut vermischt in die Form einfüllt, härtet unter den hohen Temperaturen das Harz schnell aus und bindet den Kernsand, so daß ein Kern entsteht, der sich leicht aus der l^odellform herausnehmen läßt, auch bei rauher Behandlung fest und so stabil ist, daß er sich über längere Zeiträume lagern läßt. Ein iedeales Bindemitte], erlaubt weiterhin dem Sand, eine hohe Fließfähigkeit beizubehalten, so daß der mit dem Bindemittel vermischte Sand sich

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leicht in den Formhohlraum füllen läßt.

Bei einem erwünschten Katalysator-Karz-System bindet das Harz auch in Gegenwart eines Katalysators bei gegebener Arbeitstemperatur nicht verfrüht ab, härtet aber schnell und vollständig, wenn eine erwünschte Schwelltemperatur erreicht oder überschritten ist.

Während die bekannten Katalysator-Bindemittel-Systeme in vieler Hinsicht zufriedenstellend arbeiten, ist es bei steigenden Arbeitskosten und zunehmendem Aufwand zur Aufrechterhaltung der Produktionsanlagen wirtschaftlich immer wichtiger geworden, den Kernsand mit dem Bindemittel in großen Ansatzmengen zu vermischen, um die Produktion zu erhöhen und die Kosten zu senken. In dieser Hinsicht haben die Eärtesysteme nach dem Stand der Technik eine nur verhälntimsäßig kurze Verarbeitungszeit; sie müssen daher vom Gießereipersonal in kleineren Mengen wiederholt angesetzt werden oder bedingen einen verschwenderischen Umgang mit den Chemikalien, wenn verfrüht härtendes Material weggeworfen werden muß, weil es sich nicht mehr in
die zur Kernherstellung dienenden Formen einfüllen läßt. Die
"Vorhaltezeit" bzw. "Verarbeitungszeit" ist dabei diejenige
Zeitspanne, während der der Katalysator mit dem Harz gemischt bleiben kann, bevor die Polymerisationsreaktion in einem wesentlichen Ausmaß einsetzt.

Beispielsweise haben bekannte Kernbindersysteme mit bekannten Katalysatoren üblicherweise Vorhalt- bzw. Verarbeitungszeiten von einer bis vier Stunden. Vorzugsweise sollte die Verarbeitungszeit mindestens die Dauer einer Arbeitsschicht und
vorzugsweise mindestens eine Stunde länger als diese sein,
d.h. acht bis zwölf oder gar bis zu vierundzwanzig Stunden
betragen.

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Ein iedealer Katalysator hat also eine erhebliche Vorhalt- bzw, Verarbeitungszeit, bewirkt aber ein verhältnismäßig schnelles Abbinden und härtet das Earz innerhalb der gesamten Sandmischung gründlich aus.

Weiterhin sollte vorzugsweise bei einem erwünschten Karz-Kata-

- . _ . die,Gasentwicklung . , . . . . ..

lysator-Systemvunter Wärmeeinwirkung gering sein und der fertige Kern bzw. Formkörper, der aus dem System hergestellt wird und zur Formherstellung eingesetzt wird, sollte eine hohe Zugfestigkeit besitzen.

Es hat sich nun herausgestellt, daß bestimmte Verbindungen einschließlich bestimmter aliphatischer oder aromatischer Sulfonsäuresalze - überraschenderweise in der Lage sind, sehr vorteilhafte Harzhärtesysteme darzustellen, und sich daher mit großem Erfolg als Katalysatoren für Furanderivatharze einsetzen lassen, die als Bindemittel für Kernsände dienen.

Nach der vorliegenden Erfindung können einige oder alle Katalysatoren der Art, um die es bei der vorliegenden Erfindung geht, mit dem Harzmaterial und dem Sand bei Raumtemperatur vermischt werden, aktivieren bzw. katalysieren die Härtereaktion jedoch bei den in Frage stehenden Arbeitstemperatüren über einen verhältnismäßig langen Zeitraum nicht meßbar. In der Gießereipraxis können solche Temperaturen von 10⁰C (50⁰F) bis 16⁰C (60⁰F) im Winter bis 32°C (90⁰F) oder mehr im Sommer betragen. Auf jeden Fall ist die Temperatur des Kernsands ! vor dem Einbringen des Bindemittels in der Praxis im allgemeinen unkontrolliert. Wird der Kernsand jedoch auf eine Temperatur erwärmt, bei der der Kern in der Form ausgebildet wird, härtet das Earz schnell zu einem widerstandsfähigen robusten Formkern aus. Da diese Katalysatoren die Härtereaktion bei niedrigeren Temperaturen nicht meßbar einleiten oder beschleunigen, dies jedoch bei den in Frage stehenden höheren

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Temperaturen sehr schnell tun, bezeichnet man sie im allgemeinen als "latent".

Nach der vorliegenden Erfindung wird die Leistungsfähigkeit des Katalysators nach der Länge der Zeit bewertet, während der ohne Abbinden mit dem Harz und dem Sand vermischt bleiben kann. Diese Eigenschaft wird in Beziehung gesetzt zu der Geschwindigkeit, mit der im wesentlichen Ausmaß ein Härten erfolgt, und zu der End-Zugfestigkeit des Sandkörpers bzw. Kernprodukts, das hergestellt wird, indem man den Sand mit dem Karz-Bindemittel bindet.

Bei den bekannten Karzsystemen ging die lange Verarbeitungsdauer der bekannten Materialien mit einer übermäßig langen Aushärtedauer bei erhöhten Temperaturen einher. Es ließ sich daher nicht generell vermuten, daß sich eine lange Verarbeitungsdauer und ein schnelles Aushärten mit den gleichen Katalysatoren und katalysierten Harzsystemen würde erreichen lassen. Die vorliegende Erfindung führt zu einer erheblich verlängerten Verarbeitungsdauer ohne Verlust an günstiger Aushärteschnelligkeit bzw. an der End-Zugfestigkeit bzw. Streckgrenze des fertigen Sandkernprodukts.

Bestimmte Katalysatoren, um die es bei der vorliegenden Erfindung auch geht, ergeben nicht nur eine verlängerte Verarbeitungsdauer, sondern zeigen überraschenderweise auch Aktivierungstemperaturen, die im Verhältnis zu denen der bekannten latenten Katalysatoren sehr niedrig liegen. Insbesondere haben sich Katalysatoren nach der vorliegenden Erfindung als effektiv erwiesen bei der Ferstellung von Formkernen innerhalb kurzer Zeitspannen bei einer Temperatur von 149°C (300⁰F), während die meisten bekannten Katalysatoren für Heißkastensysteme Anfangstemperaturen von beispielsweise etwa 218⁰C (425⁰F) erfordern. Folglich läßt sich von bestimmten Katalysatoren nach

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der vorliegenden Erfindung sagen, daß sie das Konzept eines Zwischentemperatur- oder "Warmkasten"-Bindersystems ermöglichen,

; aber auch für die herkömmlichen Heißkastenanwendungen und -verfahren eingesetzt werden können.

Aus dem Stand der Technik sind bestimmte Katalysatoren auf der ; Basis von Ammoniumsalzen zum Härten von Furan-Bindemittelsystemen bekannt, einschließlich solcher durch Zugabe von Furfuraldehyd oder Furfurylalcohol modifizierter Bindersysteme. Derartige Katalysatoren (incl. beispielsweise Ammoniumchlorid und -nitrat) haben jedoch bekannte Nachteile wie beispielsweise eine verhältnismäßig kurze Verarbeitungsdauer im Verhältnis zu der, die für die moderne Gießereipraxis gewerblich akzeptabel ist.

Im allgemeinen war man der Ansicht, daß, damit Katalysatoren dieser Art effektiv eingesetzt werden können, das Harz-Binde-' mittel mindestens einen gewissen Anteil freies Formaldehyd enthalten muß, um den Katalysator zu aktivieren. Daher mußte die Katalysatorlösung auch einen gewissen Anteil Harnstoff enthalten, damit der an die Umgebung freigesetzte Formalde- ^: hydanteil im Rahmen bleibt.

; Angesichts der Nachteile des Standes der Technik und des Be- : darfs an verbesserten Harzbindemittelsystemen und Katalysatoren für diese ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ι

ein verbessertes Harzbindemittel/Katalysator-System für Kern-

! sände anzugeben.

Die vorliegende Erfindung schafft eine katalysierte Harzzusammensetzung, die, wenn wärmebehandelt, ein inertes körniges j Material zu einer vorbestimmbaren Gestalt binden kann. Diese Zusammensetzung enthält eine Harzkomponente, die mit einem Säurekatalysator härtbar ist, sowie einen Katalysator, der vom inerten körnigen Material getragen werden kann und min-

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destens ein Salz aus einer Salzgruppe aus den Reaktionsprodukten schwacher Basen mit den niederen aliphatischen und aromatischen Sulfonsäuren aufweist, wobei der Katalysator in Mengen von etwa 5 Gew.-% bis etwa 25 Gew.-% bezüglich der Karzkomponente vorliegt.

Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin ein behandeltes Kernsandmaterial, das sich zu einer vorbestimmten Gestalt formen und mit einem härtbaren Harz so binden läßt, daß ein Formkörper für die Gießereipraxis entsteht. Dieses behandelte Sandmaterial hat eine Vorhalt- bzw. Verarbeitungszeit von mindestens sechs Stunden und ist in weniger als einer Minute bei einer Temperatur von mindestens 121⁰C (250⁰F) in einer auf diese Temperatur erwärmte Form härtbar, wobei das behandelte Material etwa 95 bis etwa 99,5 Gew.-% Kernsand, etwa 0,5 bis etwa 5 Gew.-% eines säurehärtenden Harzbinders sowie weiterhin einen Katalysator in einer Menge von etwa 5 bis etwa 40 % des Harzgewichts enthält, der mindestens ein Salz aufweist, das das Reaktionsprodukt einer schwachen Base mit einer aromatischen oder niederen aliphatischen Sulfonsäure ist.

Schließlich schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Kernsandmaterials, das zur schnellen Herstellung harzgebundener Sandformkörper geeignet ist. Diesem Verfahren zufolge behandelt man ein Kernsandmaterial mit einem Katalysator zur Herstellung eines behandelten Kornsandmaterials, mischt das behandelte Kernsandmaterial gründlich mit etwa 0,5 bis etwa 5 % (bezüglich des Sandgewichts) eines härtbaren Harz-Bindemittels, um ein härtbares Kernsandmate-.rial zuzubereiten, das in einer Kernform in weniger als einer Minute bei einer Temperatur von mindestens 121⁰C (250⁰F) härtbar ist, wobei der Katalysator mindestens ein Salz aufweist, das aus einer schwachen Base und einer Säure aus der aus den

niederen aliphatischen und aromatischen Sulfonsäuren bestehenden Gruppe gewählt ist, und in einer Menge von etwa 5 % bis etwa 40 % des Cewichts des Harzbindemittels vorliegt.

Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung lassen sich in der Praxis erzielen, indem man einen Katalysator des aliphatischen oder aromatischen Sulfonattyps mit säuregehärteten Harzsystemen wie beispielsweise Furfurylalcohol-Polymerisaten, Polymerisaten von Furfuraldehyd und Phenol- und Harnstoff-Formaldehyd-Harzsysteme, die durch Zugabe von Furfurylalcohol oder Furfuraldehyd modifiziert sind, verwendet und so verbesserte Harzbindemittelsysteme erreicht, die durch erheblich verlängerte Verarbeitungszeiten, sehr kurze Eärtezeiten und hohe Zugfestigkeiten der Produkte gekennzeichnet sind.

Die Art und Weise, auf die die oben angegebenen Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung erzielt werden, soll nun anhand verschiedener bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ausführlich beschrieben werden, die an Beispielen die Durchführung der Erfindung erläutern.

Normalerweise kann man mit bestimmten Prüfverfahren die Effektivität genau vorhersagen, die sich in der Cießereipraxis mit dem Harzsystem erreichen läßt. Diese Prüfungen zeigen im allgemeinen an, ob das fragliche Material als latenter Katalysator gut wirkt, welche seine Leistungseigenschaften im praktischen Einsatz sind und wie das Harzsystem als ganzes arbeitet. In diesem Zusammenhang lassen sich auch Tests durchführen, um die Verarbeitungsdauer der Harzm.ischung festzustellen, wobei eine lange Verarbeitungsdauer erwünscht ist, sofern die anderen Systemeigenschaften zufriedenstellen. Die Endfestigkeit und -gleichmäßigkeit des Produkts sind ebenfalls wichtige Gesichtspunkte, desgleichen die Zeit, die das

Harz braucht, um den in der Sandform ausgebildeten Cegenstand abzubinden.

Nach einem dieser Verfahren gibt man die sogenannte Verweilzeit vor, d.h. diejenige Zeitspanne, über die die katalysierte Harz-Sand-Mischung in der erwärmten Form bleibt, bevor man sie herausnimmt und testet. Zur Bestimmung der wünschenswerten Eigenschaften der vorliegenden Erfindung wurden Verweilzeiten von 10, 15, 20, 30, 45 und 60 Sekunden verwendet. Die Festigkeit des Sandprodukts wird mit einem sogenannten "Biskuit" oder "Brikett" aus Sand ermittelt, d.h. einem charakteristisch geformten Sandkörper (beispielsweise in Form eines Hundekuchens), der mit dem zu prüfenden Harz abgebunden ist. Nach der Herstellung des Prüflings setzt man diesen in eine Maschine ein, die seine Zugfestigkeit und Streckgrenze ermittelt. Die Gestalt eines typischen "Briketts" oder "Biskuits" ist dem Fachmann vertraut; die Einzelheiten sollen daher hier nicht ausführlich erläutert werden. Es sei hierzu auf das Buch "Steel Foundry Practice" von J.H. Hall, Penton Publishing Co., Cleveland, Ohio, 1950, hingewiesen, wo diese Prüflinge auf Seite 8 gezeigt und beschrieben sind.

Wie unten ausführlicher beschrieben, wurden die Katalysatoren nach der vorliegenden Erfindung zunächst vorläufig nach ihrer erwarteten katalytischen Wirkung klassiert. Reagierte ein Katalysator in Gegenwart des Harzes sofort oder innerhalb einer kurzen Zeitspanne, wie anhand der Abgabe erfaßbarer exothermer Wärme ermittelt wurde, wurde für das jeweilige System keine zufriedenstellende Verarbeitungsdauer angenommen. Katalysatoren ir.it potentiell langer Verarbeitungsdauer wurden bestimmt, indem sie mit einer Probe des beabsichtigten Bindemittels vermischt und dann in ein Reagenzglas in einer isolierten Umgebung - beispielsweise einem Block mit Polystyrol- oder Polyurethanschaumisolation - eingesetzt wurden. Dann wurde die

Zeit bis zur Entwicklung erfaßbarer exothermer Wärme bestimmt. , Eine Verbindung gilt als erwünscht, wenn sie, obgleich in erheblichen Mengen (beispielsweise 10 % oder mehr) vorliegend, über einen Zeitraum von etwa einer Stunde bei Raumtemperatur (2 0 bis 30⁰C) keine Wärme abgibt.

Leitet der Katalysator bei Erwärmung auf eine höhere Temperatur schnell eine Härtung ein und erhält sie aufrecht, gilt er als für die vorliegende Erfindung potentiell geeignet. Ein 'ypischer Katalysator nach der vorliegenden Erfindung, d.h. Aluminiumphenolsulf onat zeigte nach der Abmischung mit Harz im Reagenzglas noch nach 80 Minuten oder mehr bei Raumtemperatur keine Wärmeentwicklung, erwärmte sich jedoch schnell, als das Röhrchen in einem Reagenzglasheizer auf 99°C (210⁰F) erwärmt wurde.

Ein mit dem Aluminiumphenolsulfonat-Katalysator katalysiertes Karzbindemittel, das den oben erläuterten Auswahltest bestanden hatte, wurde mit Sand vermischt und geprüft, wie es in der Tabelle I angegeben ist. Beispielsweise wurde ein Harz des Furfurylalcohol-Formaldehydtyps zur Verwendung mit einem Siliziumdioxid-Sand (Wedron 5025) zubereitet. Das Harzbindemittel wurde in einer Menge von 1 % des Eigentrockengewichts des Sandes eingesetzt, der Katalysator als 50%ige wäßrige Lösung angesetzt. Nach dem gründlichen Vermischen des Sandes und des Katalysators wurde das Harz zugegeben. Die 50%ige Katalysatorlösung wurde in einer^Menge von 40 % des Harzgewichts verwendet und ein Biskuit-Prüfling in einer mit dem Sand, dem Bindemittel und dem Katalysator beschickten und auf einer Temperatur von 149°C (300⁰F) gehaltenen Form ausgebildet.

Die ersten beiden Probengruppen wurden durch Füllen der Probenform erstens für eine Dauer von 15 see, dann für eine Dauer von 30 see hergestellt. Danach wurden die Proben jeweils aus der

Form genommen, abkühlen gelassen und dann auf Zugfestigkeit geprüft. Die mit der Verweilzeit von 15 see hergestellten Proben zeigten eine Zugfestigkeit von 3,87 kp/cm² (55 psi), die 30 see in der Form verbliebenen eine Zugfestigkeit von 18,6 kp/cm² (265 psi).

Die Werte sind unten in der ersten Datenzeile der Tabelle I zusammengefaßt. Danach wurden nach Ablauf von zwei Stunden zwei weitere Proben aus der Sand/Harz/Katalysator-Mischung hergestellt. Wie die zweite Datenzeile der Tabelle I zeigt, hatte nach einer Vorhaltzeit von zwei Stunden eine in der Probenform mit einer Verweilzeit von 15 see hergestellte Probe eine Zugfestigkeit von 6,54 kp/cm² (93 psi), eine mit 30 see Verweilzeit hergestellte Probe eine Zugfestigkeit von 22,36 kp/cm² (318 psi).

Die Datenzeilen 3 bis 7 der Tabelle I zeigen, daß dann Proben nach Vorhaltzeiten von 4, 5, 6, 23 und 48 Std. hergestellt wurden; die mit den angegebenen Verweilzeiten hergestellten Proben wiesen die in den rechten Spalten der Tabelle I angegebenen Zugfestigkeiten auf.

Aus diesen Daten läßt sich ersehen, daß selbst nach 48 Std. Vorhaltzeit die Harzmischung sich innerhalb sehr kurzer Zeitspannen zu einer schnellen Härtungsreaktion aktivieren ließ. Daraus ergeben sich die Vorteile von Aluminiumphenolsulfat als latenter Katalysator für Karzsysteme auf Furanbasis. Die genauen Ergebnisse der Prüfungen sind unten zusammengefaßt.

Beispiel 1 Tabelle I

Vorhaltzeit und j^ug_f ostigkoit be i den angegeb enen Verweil zeiten (149°C = 300⁰F)

Vorhaltzeit (Std.) Zugfestigkeit (kp/cm² (psi))

Verweilzeit Verweilzeit 15 see 30 sec

0 3,87 (55) 18,63 (265)

2 6,54 (93) 22,36 (318)

4 4,43 (63) 18,42 (262)

5 8,09 (115) 23,76 (338)

6 9,00 (128) 25,24 (359) 23 4,64 (66) 18,77 (267) 48 4,22 (60) 11,81 (168)

Aus dieser Tabelle ist zu ersehen, daß Zugfestigkeiten von mehr als 14 kp/cm² (2 00 psi) sich nach 30 see einer Hochtemperaturhärtung mit einem Harz erreichen lassen, das dem den neuartigen Katalysator enthaltenden Sand zugegeben wurde, wobei in allen Fällen die Vorhaltzeit von 0 bis zu 23 Stunden betrug.

Selbst bei einer Vorhalt- bzw. Verarbeitungszeit von 48 Stunden zeigten die Proben noch eine Zugfestigkeit von 11,81 kp/cm² (168 psi), einen für viele Anwendungen ausreichenden Wert.

Mit den gezeigten langen Vorhaltzeiten ist es daher möglich, die Katalysator/Sand/Harz-Mischung in der für eine vollständige Schicht benötigten Menge zuzubereiten; man braucht nicht mehr während einer Schicht mehrmals frische Chargen der Formsandmischung herzustellen. Selbst wenn mehr Sand angesetzt worden ist, als in einer einzigen Schicht aufgebraucht werden kann, geht der Ansatz nicht verloren, sofern er innerhalb der

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nächsten oder auch der nächsten beiden Schichten verwendet werden kann. Eine Leistung, wie sie in der Tabelle I ausgewiesen ist, stellt eine signifikante Verbesserung gegenüber den latenten Katalysatoren des Standes der Technik dar und zeigt die Vorteile der vorliegenden Erfindung.

Nach der Durchführung der oben erläuterten vorläufigen Prüfungen wurden zum Nachweis der Vorteile der Erfindung weitere Tests durchgeführt.

Die Tabelle II zeigt zusätzliche Beispiele der Durchführung der vorliegenden Erfindung. In diesen Beispielen wurden verschiedene unterschiedliche Katalysatoren eingesetzt - einschließlich von Aluminium- und Kupfersalzen von Phenol- und Toluolsulfonsäuren sowie der anderen dort identifizierten Katalysatoren. Hierzu wurden.die gleichen Proben zur Zugfestigkeitsmessung hergestellt, wie oben erläutert, und in den Formen in den angegebenen Verweilzeiten behandelt. Die Fußnoten zur Tabelle II geben die Harzmaterialien, die Mischungsanteile sowie andere Einzelheiten der verschiedenen Ansätze an, die für die Durchführung der vorliegenden Erfindung von Vorteil sind. Sofern nichts anderes ausgeführt ist, sind die Katalysatormengen prozentual zum Harz angegeben. In der Praxis wird der Katalysator gewöhnlich als 50%ige wäßrige Lösung angesetzt und verwendet; wo also 10% Katalysator angegeben sind, werden 20 % einer 50-gewichtsprozentigen wäßrigen Lösung des Katalysators verwendet, usw.

	Binder	Binderbewertung bei	Tabelle II	(PSA) ₃ ²-	'J 10 %	- Kärtungstemperatur	149°C	(300⁰F)	0	2,11	—	3,20	15,05	——	—	,38	I
	A¹^Z	Binder/ Sand Gew.-%	mittlerer Temperatur	(PSA)₃ ⁴-	'J 10 %			Zugfestigkeit (kp/cm²) für verschiedene Verweilzeiten (see) 10 15 20 30 45 60	,05	2,18	7,1	19,3	—	—	,58 —	λ co
Beispiel Nr.	Il	1 %	Katalysator Katalysator/ Harz Gew.-%	(PSA)₃	20 %			,63	3,73	10,76	22,71	—	—	,36 ~	I
2	Il	Il	Al	(PSA)₃	ti	1	,55	14,55	21 ,87	26,79	—	,12 —
3	Il	Il	Cu	(PSA)₃	Il	0	—	—	0	15,54	25	,20 --
4	Il	Il	Al	(PSA)₃	Il	5	—	7,73	12,94	24,40	21	——
5	Il	Il	Cu	(TSA) ₃-'	' It		—	1.76	4,12	15,68	22
6	Il	Il	Al	(TSA)₃ ⁶-	—' Il		—	9,00	15,19	23,41	24
7	Il	Il	Cu	(PSA) ₃ (MSA)₃ ⁷-	Il J		0	0	19,90	25,38 8,09	23
8	It Il	Il	Al	(MSA) .	10 %		__	18,91	—	—
9	Il	■1 Il	Cu
10 11		It	Al Al
12		Al

Tabelle II (Fortsetzung)
Binderbewertung bei mittlerer Temperatur - Härtungstemperatur 149°C (300⁰F)

Beispiel Nr.	Vorhaltzeit	std.³-/
2	>24	fl
3	>24	Il
4	-'24	11
5	-24	Il
6	^24	Il
7	~24	Il
8	^4
9	>24	Il
10	> 6	Il
11		Il
12	~20

VO I

Fußnoten zur Tabelle II

1. Der Binder A ist ein säurehärtender Harzbinder des Furfurylalcohol-Formaldehyd-Typs. Im Handel erhältlich als "651-X" von der Fa. Delta Oil Company, Milwaukee, Wisconsin, V. St. A.

2. Aluminiumphenolsulfonat

3. Vergleiche den folgenden Text mit einer ausführlichen Beschreibung derjenigen Beispiele, ι für die die Vorhalt- bzw. Verarbeitungszeit als "größer als" eine bestimmte Dauer ange- ^ geben ist. ι

4. Kupferphenolsulfonat

5. Aluminiumtoluolsulfonat

6. Kupfertoluolsulfonat

7. Aluminiummethansulfonat

CD CO CD --3 CD,

In den oben gegebenen Tabellen ist die Vorhaltzeit zuweilen als "größer bzw. mehr als" eine bestimmte Zeitspanne angegeben. Wo eine solche Dauer definiert oder angenähert angegeben ist, soll damit ausgedrückt werden daß Prüfungen durchgeführt wurden, um zu zeigen, daß das Material in der angegebenen Zeitspanne zufriedenstellend verwendet werden konnte, danach jedoch nicht mehr. In einigen Fällen war das Prüfmaterial jedoch vollständig aufgebraucht, bevor seine nutzbare Vorhaltzeit bestimmt werden konnte. In anderen Fällen wurden keine Zeitgrenzenprüfungen durchgeführt; die Zahlen zeigen also, daß die Vorhaltzeit größer als der angegebene Wert war, bedeuten aber nicht, daß die Vorhaltzeit kurz nach dieser Zeitspanne zu Ende wäre.In einigen Fällen kann ein Material mit einer Vorhaltzeitangabe von mehr als beispielsweise fünf Stunden eine echte Vorhaltzeit von 12 oder auch 24 Stunden aufweisen; es wurden mit diesen Testmaterialien jedoch keine Prüfungen durchgeführt, um die Grenzwerte zu bestimmen.

Aus den in der Tabelle II angegebenen Beispielen ist zu ersehen, daß auch beim Härten bei 149°C (300⁰F), d.h. einer wesentlich niedrigeren Temperatur als bei der großmaßstäblichen Kernherstellung im allgemeinen angewandt wird, sich zufriedenstellende Sandformkörper mit einer Behandlungsdauer von 15 see bis 45 see herstellen ließen; in den meisten Fällen lag die Dauer zwischen etwa 20 und etwa 30 see. Folglich sind Katalysatoren und katalysierte Harzsysteme nach der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise in der Lage, bei wesentlich niedrigeren Temperaturen zu arbeiten als denen, die beim Einsatz der Katalysatoren und katalysierten Systeme des Standes der Technik erforderlich sind. Die in der Tabelle II angegebenen Bedingungen lassen sich daher auch als "Warmkasten"-Bedingungen bzw. Bedingungen bei mittleren Temperaturen bezeichnen.

Nach der Durchführung der in den Beispielen 2 bis 12 oben an- ι gegebenen Prüfungen wurden zusätzliche Probengruppen hergestellt, wie in der Tabelle III in den Beispielen 13 bis 17 zusammengefaßt. Von diesen Beispielen ist das Beispiel 13 typisch für den Stand der Technik, während die Beispiele 14 bis 17 für die vorliegende Erfindung gelten. Die Tabelle III zeigt Katalysatoren nach der vorliegenden Erfindung zusammen mit handelsüblichen Earzbindemitteln anderer Arten als denen der Tabelle II; die Zusammensetzungen sind in den Fußnoten zu Tabelle III angegeben.

Die Tabelle III zeigt weiterhin, daß die Katalysatoren nach der vorliegenden Erfindung die Leistungsfähigkeit bekannter Harzbinder zu verbessern imstande sind, indem sie höhere Endwerte der Zugfestigkeit sowie diese schneller zu erreichen gestatten; weiterhin - und unerwarteterwexse - erbringen sie erhebliche Verlängerungen der.Vorhaltzeit, die in einigen Fellen 250% oder mehr betragen.

Tabelle III

	Bewertung	-/ 2 %	für Heißkasten-Bindemittel -	Katalysator/ Harz (Gew.-%	Härtungstemperatür	218	,38	- 2	32°	C (425 - 45O⁰F)	39	,02 —	co
Beispiel Nr.	Binder Binder/ Sand (Gew.-%	1 %	Katalysator	10 %	Zugfestigkeit (kp/cm² 10 15 20	,98	30	Verweilzeit (see) 45 60	41 21	,83 — ,72 —
13	B⁸	Il	auf NK.C1- Basis	20 %¹¹-/	4,78 — 16	,61	28,	90	23 20	,62 — , ,53 — to w I
14 15	A	Vorhaltzeit	Al (PSA) ., ZnPSA¹⁰-/	20 %¹³-/ 20 %	9,35 — 27		36, 19,	91 76
16 17	A ■ A	120 min	NH₄PSA¹²-/ FePSA¹⁴-/		24		22,	36
Beispiel Nr.		300 min
13		24 Std.
14		24 Std. 24 Std.
15
16 17

CD > · CD .. CD ..

Fußnoten zu Tabelle III

8. Dieses Bindemittel ist ein typischer Heißkastenbinder auf Furanbasis für die gewerbliche Gießereipräxis und besteht vermutlich aus Furfurylalcohol, Karnstoff-Formaldehyd und Wasser und wird mit einem Katalysator auf Ammoniumchloridbasis gehärtet.

9. Dieser Binder ist ein Heißkastenbinder des Phenoltyps, durch Zugabe von Furfurylalcohol modifiziert und im Handel erhältlich unter der Bezeichnung Cordeil 675 von der Fa. Cordell Industries, Division of Niles Chemical Company,Mishawaka, Indiana, V. St. A., erhältlich.

10. Zinkphenolsulfonat £ 11.Insgesamt 20 % Katalysator; Katalysatorlösung war 45,5%ig, nicht 50%ig. ι

12· Ammoniumphenolsulfonat

13. Insgesamt 20 % Katalysator; Katalysatorlösung 37%ig, nicht 50%ig.

14. Eisen(III)-phenolsulfonat

- 25 -

Beispiel 18 - Ofengehärtetes Bindemittel

Katalysatorsysteme nach der vorliegenden Erfindung sind auch nutzbar zum Karten von Harzen bei der Herstellung von sogenannten "grünen" bzw. Roh-Formkörpern, die außerhalb der Kernform selbsttragend sind oder nicht in einer Form, sondern frei geformt werden. Um die Durchführung dieser Ausführungsform der Erfindung zu erläutern, wurde ein Sandformkörper als "Biskuit"-Probe für die Messung der Zugfestigkeit hergestellt, wie oben erläutert. Dabei handelt es sich bei dem Sand um Wedron-Siliziumdioxid-Sand mit 1 C-ew.-% des oben erwähnten Binders A (Fußnote 1 zu Tabelle II) mit 20 Gew.-% Aluminiumphenolsulfonat als Katalysator. Nach dem Ausbilden des Rohlings wurde dieser in einem herkömmlichen Ofen bei niedriger Temperatur, d.h. 121⁰C (250⁰F) für die unten angegebenen Zeitwerte behandelt. Die erreichten Zugfestigkeitswerte sind in der rechten Spalte gezeigt. Da die Proben in einem herkömmlichen Ofen gehärtet, nicht in einer beheizten Form ausgebildet wurden, waren ververhältnismäßig lange Behandlungszeiten erforderlich; sie sind in Minuten, nicht in Sekunden angegeben:

Verweilzeit im Ofen

7	min
14	min
20	min
26	min
40	min

Zugfestigkeit (kp/cm² (psi))

15,82 (225)

24,96 (355)

22,15 (315)

26,72 (380)

25,66 (365)

Beispiel 19 - Im Mikrowellenofen gehärteter Binder auf Furanbasis

Eine "Biskuit"-Probe zur Zugfestigkeitsmessung der oben erwähnten Art wurde in freistehender Form hergestellt, indem Sand mit 1 % des in der Fußnote 1 zur Tabelle II angegebenen Bindemittels vermischt, das Bindemittel mit 15 % Aluminiumphenolsul-

fonat katalysiert und der resultierende Körper in einem 6-kW-Mikrowellenofen (Fabrikat Cober) zwei Minuten bei einer Leistungseinstellung von 4 kW gehärtet wurde. Die resultierende Probe zeigte eine Zugfestigkeit von 32 kp/cm² (455 psi) eine Stunde nach dem Abschluß der zweiminütigen Härtungsbehandlung. Diese katalysierte Zusammensetzung hatte eine Vorhaltzeit von etwa 18 Stunden.

Beispiel 20 - Im Mikrowellenofen gehärteter Binder auf Furanbasis

Eine "Biskuif'-Probe entsprechend den Angaben im Beispiel 19 wurde hergestellt, aber hier mit 1,5 % Bindemittel und 12,5 % Katalysator. Die Probe zeigt eine Stunde nach einer zweiminütigen Härtungsbehandlung wie im Beispiel 19 eine Zugfestigkeit von 47,81 kp/cm² (680 psi) .Diekatalysierte Zusammensetzung hatte eine Vorhaltzeit von etwa 24 Std.

Beispiel 21 - Im Mikrowellenofen gehärtetes Bindemittel auf Furanbasis

Eine Zugfestigkeitsprobe, wie oben beschrieben, wurde mit 1 % Bindemittel der in der Fußnote 1 zur Tabelle II beschriebenen Art hergestellt, mit 12,5 % (bezüglich des Bindemittels) AIuminiumphenolsulfonat katalysiert und in einem Mikrowellenofen wie oben angegeben, zwei Minuten bei einer Leistungseinstel- ! lung von 4 kW gehärtet. Die Zugfestigkeit war dann 26,01 kp/cm² (370 psi); das Sand-Harz-Katalysator-System zeigte eine Vorhaltzeit von etwa 15 Std.

! Beispiel 2 2 - Im Mikrowellenofen härtbares Phenol-Bindemittel

ι Eine Zugfestigkeitsprobe wie oben beschrieben wurde mit einem

j handelsüblichen Heißkastenbindemittel wie beispielsweise "Fas

Set 70" der Fa. Thiem Corporation, Oak Creek, Wisconsin, V.St.Α., hergestellt, wobei 1 Gew.-% dieses Bindemittels mit einem katalysierten Sand gemischt wurde. Der Katalysator, d.h. Aluminiumphenolsulf onat, lag dabei zu 12,5 % des Harzgewichts vor. Die resultierende Zusammensetzung hatte eine Vorhaltzeit von etwa 8 Stunden; an der Probe wurde eine Zugfestigkeit von 23,9 kp/cm² (340 psi) gemessen.

Beispiel 23 - Im Mikrowellenofen härtbares Phenol-Bindemittel

Eine Zugfestigkeitsprobe, wie oben beschrieben, wurde mit einem handelsüblichen Heißkasten-Phenolbindemittel wie beispielsweise "Cordeil 815" der Fa. Cordeil Industries, Mishawaka, Indiana, V. St. A., hergestellt, wobei einem katalysierten Sand 1 Gew.-% des Bindesmittels zugesetzt wurden. Der Katalysator Aluminiumphenolsulfonat lag zu 12,5 % des Earzgewichts vor. Die resultierende Zusammensetzung hatte eine Vorhaltzeit von etwa 12 Std., die Probe eine Zugfestigkeit von 15,47 kp/cm³ (220 psi).

Alle Beispiele zeigen allgemein die verschiedenen Formen, in denen die Erfindung angewandt werden kann.

Was nun die Beispiele im einzelnen betrifft, zeigen die Bespiele 2 und 3, daß mit 10 % Katalysator bezüglich des Harzes sowohl Aluminium- als auch Kupfersalze der Phenolsulfonsäure imstande waren, Kernsand zu einer "Biskuit"-Probe zu binden, die nach einer Verweilzeit von nur 30 see in einer Form bei 149⁰C (300⁰F) eine Zugfestigkeit von weit mehr als 14,06 kp/cm² (200 psi) zeigte. Diese Zusammensetzungen hatten trotzdem eine Vorhaltzeit von 24 Stunden und mehr.

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In Fällen, in denen die Katalysatormenge auf 20 % (bezüglich des Harzes) angehoben wurde, wie mit den Beispielen 4· und 5 gezeigt, ergaben sowohl das Aluminium- als auch das Kupfersalz von Phenolsulphonsäure Proben mit Zugfestigkeiten von mehr als 21 kp/cm² (300 psi) bei einer Verweilzeit von 20 see und einer Vorhaltzeit von mehr als 24 Stunden.

Die Beispiele 6 und 7 zeigen ähnliche Ergebnisse, betreffen jedoch Materialien, die Endzugfestigkeiten von mehr als 21 kp/cm² (300 psi) erreichten. Insbesondere die Beispiele 8 und 9 betreffen die Verwendung von Toluolsulfonsäuresalzen, nicht Phenolsulfonsäuresalzen. Die erzielten Zugfestigkeiten und Verweilzeiten entsprechen jedoch grob den mit den entsprechenden Phenolsulf onaten erreichten Werten.

Das Beispiel 10 zeigt eine etwas langsamer härtende Zusammensetzung. Sie enthält Aluminiumphenolsulfonat als Katalysator und erreicht eine Zugfestigkeit von 25,38 kp/cm² (361 psi) nach einer Verweilzeit von 45 see und einer Vorhaltzeit von noch 24 Stunden.

Die Beispiele 11 und 12 betreffen zwar kein bevorzugt eingesetztes Katalysatorsystem. Dennoch ist Aluminiummethansulfonat ebenfalls zum Härten von Earzbindemitteln des Furantyps einsetzbar. Das Beispiel 13 gilt für den Stand der Technik und zeigt, daß, wo gute Eeißkastenbindemitteleigenschaften erreichbar sind, die Vorhaltzeit nur etwa zwei Stunden beträgt. Weiterhin sind Kata.lysatorsysteme der in Beispiel 13 gezeigten Art bei Temperaturen unter 204⁰C (400⁰F) nicht wirksam und daher nicht brauchbar für Anwendungen, in denen die Bindemittel nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, d.h. diejenigen, bei denen die Härtung bei Temperaturen bis hinunter zu 121⁰C (250⁰F) einsetzt.

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Was die Beispiele 14 bis 17 allgemein anbetrifft, wird auffallen, daß bei den angegebenen Temperaturen von 218 bis 232⁰C (425 bis 450⁰F) die Katalysatoren Harze zu Proben mit Zugfestigkeiten von 14,1 bis 21,1 kp/cm² (200 bis 300 psi) oder mehr in 45 see oder weniger härten können, auch wenn (in den Beispielen 15 bis 17) das Bindemittel nur zu 1 % des Sandes vorliegt. Gleichzeitig haben diese Harz-Katalysator-Systeme Vorhaltzeiten von 24 Stunden und mehr.

Wie oben erläutert, sind die Katalysatoren der Beispiele 15, 16 nicht so wasserlöslich wie die erwähnten Aluminium- und Kupfersalze, Das Eisensalz ist jedoch löslich genug, um bei 22,2⁰C (72⁰F) eine 50%ige wäßrige Lösung herzustellen, während die Zink- und Ammoniumsalze eine mäßige Erwärmung erfordern, um Löslichkeiten von 45,5 % bis 37 % zu erreichen. Zink-, Ammonium- und Aluminiumphenolsulfonate sind handelsüblich und beispielsweise von der Fa. Salisbury Laboratories, Charles City, Iowa, V.St.A., erhältlich. Bisher hat man diese-Chemikalien für andere Zwecke angewandt - beispielsweise Unterarm-Deodorantien, landwirtschaftliche Chemikalien und Zwischenprodukte in der pharmazeutischen Industrie. Das Eisen-(III)-phenolsulfonat läßt sich nach bekannten Verfahren herstellen, desgleichen die Aluminium- und Kupferphenol- und -toluolsulfonate.

Die Beispiele 18 bis 23 zeigen die Verwendung der Sulfonsäuresalze nach der vorliegenden Erfindung als Katalysatoren für verschiedene härtbare Bindersysteme, ohne daß sie sämtliche möglichen Zusammenstellungen und Anteile angeben. Versuche in diesen Beispielen wurden vielmehr nur durchgeführt, um zu zeigen, daß die Katalysatorsysteme nach der vorliegenden Erfindung nicht nur für furanhaltige Bindemittel oder Bindemittel auf Furanbasis, sondern auch mit anderen härtbaren Bindemittelsystemen wie beispielsweise Heißkasten-Phenolbindemitteln

; brauchbar sind. Die Beispiele zeigen gleichermaßen, daß die j Harze in oder außerhalb ihrer Formen gehärtet und im letzteren Falle in herkömmlichen oder in Mikrowellenofen gehärtet werden können.

Während hier keine speziellen Beispiele für sämtliche möglichen Sulfonsäuresalze angegeben sind, sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch zahlreiche andere als die angegebenen Salze zur Verwendung als Katalysator geeignet. Zusätzlich zu den oben angegebene aromatischen Salzen kann man beispielsweise Salze anderer aromatischer Sulfonsäuren verwenden - beispielsweise Salze von Benzol- und Xylolsulfonsäuren usw. Während die Beispiele speziell Methansulfonsäuresalze angeben, sind auch andere niedere Alkylsalze brauchbar, einschließlich der Salze mit einer Cj-Cg-Gruppierung als niederen Alkylsubstituenten.

Diese Salze werden vorzugsweise hergestellt durch Umsetzen der hier angegebenen Säuren mit einer schwachen Base wie AIu-

■ minium-, Kupfer-, Zink-, Ammonium- und Eisen(III)-hydroxiden, deren positiv geänderte Ionenanteile zuweilen kollektiv als

j "Metall- bzw. Pseudometallionen" bezeichnet werden.

[ Aus den angegebenen Daten ist zu ersehen, daß nach der vor-

j liegenden Erfindung neuartige Katalysatoren und katalysierte Harzsysteme hergestellt werden können, die zu Bindemittel-

systemen führen, die eine erheblich verlängerte Vorhalt- bzw.

Verarbeitungszeit, Wirtschaftlichkeit im Einsatz sowie eine schnelle Härtung bei Heißkastentemperaturen von beispiels-• weise 218 bis 232⁰C (425 bis 45O⁰F) zeigen.

', Ausgewählte Sulfonate bieten ebenfalls die verlängerten Vorhaltzeiten der vorliegenden Erfindung und den zusätzlichen

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Vorteil der Aktivierbarkeit bei niedrigeren Temperaturen. Derartige Harzsysteme lassen sich so auffassen, daß sie ein Härten bei mäßigen bzw. mittleren Temperaturen ("Warmkastenbedingungen") erlauben. Die mit den katalysierten Harzbindersystemen nach der Erfindung hergestellten Kernmaterialien zeigen ausgezeichnete Festigkeitseigenschaften und sind im Einsatz frei von funktioneilen Nachteilen.

Claims

617 West Main Street, Barrington, Illinois 600 10, V. St. A. Patentansprüche

1. Katalysierte Harzzusammensetzung, die unter Wärmebehandlung ein inertes körniges Material zu einer vorbestimmbaren Gestalt binden kann und eine mit einem Säurekatalysator härtbare Harzkomponente sowie einen vom inerten körnigen Material tragbaren Katalysator aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator mindestens ein Salz aus einer aus den Reaktionsprodukten schwacher Basen mit niederen aliphatischen und aromatischen
Sulfonsäuren bestehenden Salzgruppe aufweist, wobei der Katalysator in einer Menge von etwa 5 % bis etwa 25 % des Gewichts der Harzkomponente vorliegt.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Harzkomponente um ein polymeres Harzbindemittel auf Furanbasis handelt.

3. Behandeltes Kernsandmaterial, das sich zu einer vorbestimmten Gestalt formen und mit einem härtbaren Harz zu einem zur Verwendung in der Gießereipraxis geeigneten Kernsand-Formkörper binden

läßt, dadurch gekennzeichnet, daß das behandelte Sandmaterial

eine Vorhaltzeit von mindestens sechs Stunden hat und in weniger als einer Minute bei einer Temperatur von mindestens 121⁰C (250⁰F) in einer auf diese Temperatur erwärmten Form härtbar ist, daß day behandelte Material etwa 95 % bis etwa 99,5 -i Gewichtsprozent Kernsand, etwa 0,5 bis etwa 5 Cew.-% eines säurehärtenden Earzbindemittels sowie einen Katalysator in einer Menge von etwa 5 % bis etwa 40 % des Gewichts des Farzes enthält, der mindestens ein Salz aufweist, bei dem es sich um das Reaktionsprodukt einer schwachen Base mit einer aromatischen oder niederen aliphatischen Sulfonsaure handelt.

4. Behandeltes Kernsandmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Karzbindemittel zu etwa 0,75 % bis etwa 2,0 % des Gewichts des Sandes vorliegt.

5. Behandeltes Kernsandmaterial nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Harzbindemittel mindestens 25 % eines Polymerisats auf Furfurylalcoholbasxs enthält.

6. Behandeltes Kernsandmateria'l nach Anspruch 3, 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator mindestens ein Salz aus der aus den Aluminium-, Kupfer-, Zink-, Eisen(III)- und Ammoniumsalzen der Benzol-, Phenol-, Toluol-, Xylol- oder niederen Alkylsulfonsäuren sowie den Mischungen dieser Salze bestehenden Gruppe enthält.

7. Behandeltes Kernsandmaterial nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator ein Kupfer- oder Aluminiumsalz der Benzol- oder Toluolsulfonsäure und Mischungen dieser Sa] ze ont.lui.lt.

8. Behandeltes Keriisandmaterial nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in einer Menge

von etwa 10 % bis etwa 25 % des Farzgewichts vorliegt.

9. Verfahren zur Herstellung eines Kernsandmaterials für die schnelle Herstellung von herzgebundenen Sandformkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Kernsandmaterial mit einem Katalysator behandelt, um ein behandeltes Kernsandmaterial herzustellen, in das behandelte Kernsandmaterial etwa 0,5 % bis etwa 5 % des Sandgewichts eines härtbaren Farzbindemittel. s zu einem härtbaren Kernsandmaterial gründlich einmischt, das sich in einer Kernform bei mindestens 121⁰C (250⁰F) in weniger als einer Minute aushärten läßt, wobei der Katalysator mindestens ein Salz enthält, das aus einer schwachen Base und einer Säure aus der aus den niederen aliphatischen und aromatischen Sulfonsäuren bestehenden Gruppe hergestellt ist, und in einer Menge von etwa 5 Z bis etwa 40 % des Cewichts des Uarzbindemittels vorliegt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Earzbindemittel mindestens etwa 20 % eines säurehärtbaren Harzmaterials auf Furanbasis enthält.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,. daß das Earzbindemittel zu etwa 1 % bis etwa 2 % des Gewichts des Kernsandmaterials vorliegt.

12. Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator zu etwa 10 % bis etwa 25 % des Gewichts des Harzbindemittels vorliegt.

13. Verfahren nach Anspruch 9, 10, 11 Oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator ein Aluminium-, Kupfer-, Zink-, Eisen(III)- oder Ammoniumsalz einer Benzol-, Toluol-, Phenol-, Methan- oder Xylolsulfonsäure oder eine Mischung solcher Salze aufweist.

14. Verfahren nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator ein Kupfer- oder Aluminiumsalz der Benzol- oder Toluolsulfonsäure oder eine Mischung solcher Salze enthält und das Kernsandmaterial in einer erwärmten Form in einer Minute oder weniger bei einer Temperatur von etwa 149°C (300⁰F) bis etwa 232°C (450⁰F) härtbar ist.

15. Verfahren zur Herstellung eines Sandformkörpers für den Metallguß, dadurch gekennzeichnet, daß man aus dem Kernsandmaterial nach einem der Ansprüche 9 bis 14 einen Sandformkörper ausbildet und diesen selbsttragend formfest macht, indem man den Formkörper mit Wärmeenergie lange genug behandelt, bis das Harz gehärtet ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Wärmebehandlung den Sandformkörper in einer auf mindestens 121⁰C (250⁰F) erwärmten Form ausbildet und das Harz in der Form nicht länger als etwa zwei Minuten härten läßt.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Wärmebehandlung den selbsttragenden Sandformkörper in einen herkömmlichen Ofen einbringt und das Harz härtet, indem man die Ofentemperatur mindestens fünf Minuten auf mindestens etwa 121⁰C (250⁰F) hält.

18. Verfahren nach Anspruch 15,, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Wärmebehandlung den selbsttragenden Sandformkörper in einen Mikrowellenofen einbringt und das Karz härtet, indem man den Ofen mindestens eine Minute lang erregt hält.