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Bindemittel für Kernsand e In der Gießereitechnik werden Kerne verwendet,
die aus Sand und einem Bindemittel bestehen und bei denen der Abbindeprozeß zu einem
festen Formkörper in der Wärme durchgeführt wird. An diese Kerne werden hohe Anforderungen
gestellt. Sie sollen im gehärteten Zustand eine große Festigkeit besitzen, damit
sie transportiert werden können, ohne Formänderungen oder Zerstörungen zu erleiden.
Sie sollen weiterhin gegen Feuchtigkeit unempfindlich sein, damit sie bei der Einwirkung
von feuchter Luft oder von Dampf in ihrem Gefüge nicht gelockert wer-<len und
auch nicht durch Quellungserscheinungen in ihren Abmessungen verändert wer-<len.-
Schließlich müssen sie der Einwirkung des heißen Metalls bei dein Gießvorgang widerstehen,
aber nach dem Guß so mürbe geworden sein, daß sie sich leicht zerstören und aus
dem Bußstück entfernen lassen.
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Als Kernbindemittel werden vielfach Stoffe verwendet, die unter der
Einwirkung der Hitze bei dem Backen der Kerne härten oder sich durch Oxydation so
verändern,* daß ein mechanisch fester Kern entsteht. Hierzu gehören vor allem
sikkativierte trocknende Öle, Stearinpech, Tallöl u. a.
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Als Kernbindemittel wurde auch schon die beim Zellstoffaufschluß anfallende
Sulfitablauge vorgeschlagen, die meist in eingedickter Form mit einem Trockengehalt
von etwa q.o bis So °/o zur Anwendung kommt. Der Verwendung der Sulfitablauge haften
aber einige schwerwiegende Nachteile an, die einen Einsatz in größerem Rahmen bisher
erschwert haben. Gebackene Kerne, die als Bindemittel nur Sulfitablauge enthalten,
erreichen in der mechanischen Festigkeit bei weitem nicht solche Kerne, die unter
Verwendung von sikkativierten trocknenden Ölen hergestellt werden. Weiterhin sind
die Kerne aus Sulfitablauge wasserempfindlich. Bei der Einwirkung von feuchter Luft
leidet hierdurch ihre Kantenfestigkeit. Durch das aufgenommene Wasser können weiterhin
die Abniessungen der Kerne verändert werden, was in vielen Fällen zu Ausschuß beim
Gießen führt.
Zur Vermeidung dieser Nachteile bei Verwendung von
Sulfitablauge wurden schon verschiedene Zusätze vorgeschlagen, wie z. B. pechartige
Stoffe, Fettsäuredestillationsrückstän:de, Mineralöl oder auch anorganische Stoffe,
wie Wasserglas. Durch diese Maßnahmen konnte aber eine grundsätzliche Verbesserung
nicht erreicht «-erden.
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Es wurde nun gefunden, daß man zu mechanisch sehr festen und gleichzeitig
wasserbeständigen Kernen kommt, wenn man als Bindemittel Kombinationen von Sulfitab:laugemit
härtbarenPhenol- und/oderAminkondensationsharzen verwendet. Für diese Zwecke kommen
alle härtbaren Harze in Frage, die sich von Phenol und dessen Derivaten und Aldehyden
sowie von Aminen, wie Harnstoff, Thioharnstoff, Melamin, Säureamiden und ähnlichen
Stoffen und Formaldehvd ableiten. Die Kondensationsprodukte können entweder als
wasserlösliche Harze der Sulfitablauge unmittelbar beigemischt oder als wasserunlösliche
flüssige Harze leicht in die Sulfitablaugo einemulgiert werden. Der Zusatz besonderer
Emulgatoren vom Typ der Seifen oder Sulfonierungsprodukte kann zur Erleichterung
der Emulgierung erfolgen, ist aber nicht unbedingt erforderlich, da die Sulfitablauge
selbst ein ausgezeichnetes Emulgiermittel für diese Kondensationsharze darstellt.
Schließlich können auch feste oder flüssige härtbare Kondensationsharze der genannten
Art in mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsmitteln gelöst und in dieser
Form in die Sulfitablauge unter lebhaftem Rühren einemulgiert oder ihr als Emulsion
beigemischt werden. Zweckmäßig wird hier von einer Sulfitablauge ausgegangen, die
ein spezifisches Gewicht von etwa 32° B- und einen Trockenrückstand von etwa 5o1/0
besitzt. Es entstehen stabile Emulsionen oder im Falle wasserlöslicher Harze stabile
Lösungen, die sich auch bei längerem Stehen nicht trennen.
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Bei der Anwendung von reiner Sulfitablauge in einer Menge von 5 Teilen
trockene Sulfitablauge auf ioo Teile trockenen Sand wurden bei zylindrischen Kernen
von einem Durchmesser von 38 min und einer Höhe von 25 min eine Druckfestigkeit
von 2.4o kg und eine Spaltfestigkeit von etwa 8o kg erreicht. Schon bei der Zugabe
von nur i0°/0 eines härtbaren Phenol- und/oder Aminkondensationsharzes, beispielsweise
eines flüssigen Kresolharzes, zur Sulfitablauge wurden bei gleichem Bindemittelgehalt
eine Erhöhung der Druckfestigkeit auf über 250 kg und eine Verbesserung der
Spaltfestigkeit auf über i 5o kg erreicht. Bei einer lrliöliung des Kresolliarzzusatzes
auf 5o°/0, bezogen auf den Trockengehalt der Sulfitablauge, stieg die , Spaltfestigkeit
auf etwa 230 kg. Während Kerne, die nur Sulfitablauge als Bindemittel enthalten,
nach dem Einlegen in Wasser schon nach kurzer Zeit infolge des Herauslösens der
Sulfitablauge vollkommen zerfallen, wird schon bei einem Zusatz von nur 2511" des
Kresolharzes auf trockene Sulfitablauge gerechnet, das Zerfallen des Kernes verhindert
und die Druck- und Spaltfestigkeit weitestgehend erhalten. Wird der Harzzusatz auf
50 bis 7501, bezogen auf trockene Sulfitablauge, erhöht, so findet
überhaupt kein Angriff des Wassers mehr statt.
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Man hat vorgeschlagen, als Bindemittel zur Herstellung einer Form-
und Kernmasse für Gießereizwecke Alkylharz für sich oder zusammen mit trocknendem
Öl, Ölsäure und Harz zu verwenden. Die Kernbindemittel gemäß der Erfindung stellen
dagegen neuartige Kombinationen anderer Stoffe dar. Die an sich als Kernbindemittel
bekannte Sulfitabl.auge wird durch die erfindungsgemäße Beimischung von Kondensationsharzen
wesentlich verbessert. Dies geht aus den oben mitgeteilten Ziffern für die Eigenschaften
von Probekernen hervor, die einerseits unter Verwendung von Sulfitablauge allein,
andererseits mit der erfindungsgemäßen Kombination als Bindemittel hergestellt waren.
Diese Verbesserung war nicht vorherzusehen. Denn nach einem anderen Vorschlag war
nur bekannt, daß erfindungsgemäß mitverwendete Kondensationsharze nur in Verbindung
mit Graphit als Bindemittel und Schlichte für Metallgußformen und -kerne brauchbar
sind. Eine so erhebliche Verbesserung, beispielsweise der Spaltfestiglceit bei einer
Zugabe von nur io °/0 eines härtbaren Phenol- und/oder Aminkondensationsharzes,
stellt durchaus etwas Überraschendes dar.
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An Stelle reiner Resole können auch solche härtbaren Phenolharze Verwendung
finden, die nach Beendigung der alkalischen Reaktion nach bekanntem Verfahren einer
Behandlung mit Monoalkoholen unterworfen wurden und die gegebenenfalls durch Zusatz
von Fettsäuren, fetten ölen oder Kondensationsharzen vom Dicarbonsäureestertyp plastifiziert
sind.
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Weiterhin sind solche härtbaren Harze brauchbar, die durch Kondensation
von Dimethylolliarnstoff, Dimetlivloltliioliarnstoff, Hexamethylohnelamin u. dgl.
in angesäuerten Alkoholen erhalten werden. Auch diese Arninkondensationsprodukte
können noch einer :@Touoallcoliollieliandlutig unterworfen und gegebenenfalls weiter
plastiiiziert sein.
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Der Zusatz von härtbaren Phenol- und/oder Aniinlcondensatiotisliarzen
zur Sufitablatige kann in weiten Grenzen verändert werden. :1us Gründen der Wohlfeilheit
ist es aber
nicht erforderlich, über ioo°/o Kondensationsharz, berechnet
auf die Trockensubstanz der Sulfitablauge, zu gehen, da das Höchstmaß an Wasserbeständigkeit
und mechanischer Festigkeit üblicherweise bei Zusätzen von 5o bis ioo
% erreicht wird.
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Beispiele i. In ioo Teile Sulfitablauge mit einem Trockenrückstand
von 5o°/, werden 25 Teile eines härtbaren Phenolharzes einemulgiert, das durch Kondensation
von i Mol Phenol mit i'/2 Mol Formaldehyd in Gegenwart von 1/4O Mol Alkali und nachfolgendes
Abdestillieren des Wassers im Vakuum erhalten wurde. Es entsteht eine stabile Emulsion.
Diese ergibt, in den üblichen Zusatzmengen als Bindemittel für Kernsand verwendet,
Kerne, die nach dem Backen bei Temperaturen zwischen i5o und 25o° sehr '-?ze mechanische
Festigkeit und gute Urbeständigkeit besitzen.
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_. An Stelle des in Beispiel i verwendeten härtbaren Phenolharzes
wird Dioxydiphenylmethantetraalkohol verwendet, der nach beendeter Kondensation
und Entwässerung in Butanol gelöst und mehrere Stunden unter Abdestillieren eines
Teils des Butanols und des Reaktionswassers auf Temperaturen über 70° erhitzt und
hierbei der bekannten Monoalkoholbehandlung unterworfen wird.
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3. An Stelle des in Beispiel i beschriebenen Phenolharzes wird ein
Harnstoffharz verwendet, das durch Lösen von Dimethylolharnstofr in angesäuertem
Butanol bei 8o bis 9o° und mehrstündiges Erhitzen dieser Butanollösung auf Temperaturen
über 8o° unter Abdestillieren eines Teiles des Butanols und des bei dem Erhitzen
entstehenden Reaktionswassers erhalten wird.