DD141118A1 - Alkalisilikatgebundenes formstoffgemisch fuer giessereikerne und-formen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein alkalisilikatgebundenes Formstoffgemisch mit einem Ester als Härter. Ziel der Erfindung ist es, bei technologisch erforderlicher Variierung der Härtungsgeschwindigkeit alkalisilikatgebundener Formen und Kerne den Aufwand für die Lagerhaltung der Härter und die Aufbereitung des Formstoffes zu verringern und gute Zerfallseigenschaften bei Vermeidung der den bekannten Zerfallsförderern eigenen Stabilitätsprobleme zu erreichen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Härter zu schaffen, der eine Variierung der Härtegeschwindigkeit alkalisilikatgebundener Formen und Kerne durch Variierung seiner liengenanteile im Formstoff erlaubt und gleichzeitig die Zerfallsneigung des Formstoffes nach dem Gießen so beeinflußt, daß sich die Zugabe besonderer Zerfallsförderer erübrigt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Härter ein Ester verwendet wird, der sich 1. durch mehrere Estergruppen auszeichnet, deren Hydrolysegeschwindig· keiten sich im alkalischen Medium wesentlich voneinander unterscheiden, und 2. bei der hydrolytischen Zerlegung neben der Säure in einen den Zerfall fördernden Stoff aufspaltet.

Description

2 tO 1 95 -ι-

Titel der Erfindung!;

Alkalisilikatgebundenes Formstoffgemisch für Gießereikerne und -formen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Pie Erfindung betrifft ein alkalisilikatgebundenes Formst off gemisch, mit einem Ester als Härter, der eine Variierung der Verarbeitungs- und Aushärtezeiten erlaubt und gleichzeitig die Zerfallsneigung des Formstöffes nach dem Gießen verbessert·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Gießereiformstoffe mit Bindemitteln auf der Basis von Alkalisilikaten sind seit langem bekannt©

Die Aushärtung des alkalisilikatgebundenen Formstoffes kann erreicht werden durch

- thermische Behandlung im Ofen

- Begasung mit COp

- Zusatz von Dicalciumsilikat (Schlacke, Zement)

- Zusatz von Estern·

Die Aushärtung des Sand-Alkalisilikat-Gemisches durch den Zusatz von Estern beruht auf der langsamen Verseifung der entsprechenden Ester im Alkalisilikat, wobei die entstehende Säure den pH-Wert des Alkalisilikatsols so verschiebt, daß sichein Alkalisilikatgel bildet und die Verfestigung eintritt·

Die Zeit bis zur Verfestigung des Formstoffgemisches und

210195

bis zur vollständigen Härtung hängt von dem verwendeten Ester ab und ist unabhängig von dem Anteil des Esters im Formstoffgemisch· Je schneller der Ester in dem alkalischen Medium Alkalisilikat hydrolisiert, desto kürzer ist die Zeit bis zur Verfestigung ,und Härtung der Formen und Kerne. Für die praktischen Belange ist es aber häufig wünschenswert oder gar technologisch erforderlich, von Fall zu Fall die. Verfestigungs— und Härtezeit zu verändern. Aus der Eigenschaft der Ester, unabhängig von ihrem Anteil im Formstoffgemisch eine gleichbleibende Verfestigungsund Härtegeschwindigkeit zu besitzen, resultiert der Mangel, je nach praktischem Belang verschiedene Ester verwenden zu müssen, die eine entsprechend aufwendige Lagerhaltung bedingen.

Für die Verwendung als Härter alkalisilikatgebundener Formstoffe sind die Ester der Ameisen«, Essig-, Milch-, Phthal-, Zitronen-, Carbon- und Propionsäure bekannt (DE-OS 1810183, DE-OS 2156048)· Obwohl die Ester je nach Veresterungsgrad faktisch ein Estergemisch darstellen, bleibt der vorstehende Mangel erhalten. So besteht beispielsweise der Essigsäureester des Glyzerins aus einem Gemisch von Diacetin und Triacetin, deren Mengenverhältnis sich nach dem Grad der Veresterung bestimmt. Bezüglich der Hydrolyse- und damit der Verfestigungs- und Härtegeschwindigkeit reagiert das Diacetin schneller als das Triacetin. Das bedeutet, daß ein Essigsäureester des Glyzerins mit überwiegendem Diacetinanteil eine kürzere Verfestigungs- und Härtezeit zur Folge hat als ein solcher mit überwiegendem Triacetinanteil. Trotz der im Estergemisch enthaltenen Komponenten unterschiedlicher Reaktionsgeschwindigkeit läßt sich die Verfestigungsund Härtegeschwindigkeit nicht durch Variierung der Zugabemengen verändern« Die Ursache ist vermutlich darin zu sehen, daß sich die Hydrolysegeschwindigkeiten der beiden Komponenten nicht in dem dafür erforderlichen Maß unterscheiden'·

— 3 ·.

210195

Ein sehr bedeutender Nachteil aller alkalisilikatgebundenen Formstoffe besteht des weiteren im schlechten Zerfall der Kerne und Formen nach dem Guß· Dadurch erhöht sich der Aufwand für das Putzen der Gußstücke gegenüber organischen Bindemitteln erheblich*

In der Vergangenheit wurden bereits zahlreiche Vorschläge unterbreitet, der Mischung Sand/Alkalisilikat Zusätze, sog» Zerfallsförderer hinzuzufügen, die die Zerfallsneigung der Sandform oder des Sandkerns nach dem Gießen verbessern«

So wurde u· a. vorgeschlagen, Kohlenstaub und Kohlenhydrate, wie Zellulosematerialien, beispielsweise Holzmehl, Starke, Stärkederivate, beispielsweise Stärkehydrolysate, und Zucker, beispielsweise Rohrzucker und Dextrose, als Zerfallsförderer zu verwenden»

Bei Verwendung von derartigen Zusätzen ist es vorteilhaft, sie mit der Alkalisilikatlösung zu vermischen oder in dieser zu lösen, da dann eine Homogenisierung der Sand-Bindemitte !-Mischung schneller erreicht und der Herstellungsvorgang für den Kern oder die Form vereinfacht und weitgehend automatisiert werden kann.

Es zeigte sich aber bald, daß nicht jeder Zusatz mit Alkalisilikat vermischt v/erden kann, da hier Probleme bei der Lagerung bestehen· Bestimmte Kohlehydratmaterialien, die als Zerfallszusätze verwendet wurden, beispielsweise reduzierencle Zucker, wie Glukose, reagieren mit dem Alkalisilikat und werden in ein schwarzes unlösliches Produkt überführt· Zugleich steigt die Viskosität der Lösung und die Lösung wird evtl. auf Grund des Verbrauchs von z«, B*. Natriumhydroxid und des sich daraus zu Gunsten des Siliziumoxids verschiebenden Siliziutaoxid/Natriumoxid-Verhältnisses des Natriumsilikats festo

Nicht reduzierende Zucker, wie Rohrzucker, sind"wirksame Zerfallszusätze und führen zu beständigen Lösungen, wenn sie zu Alkalisilikatlösungen zugesetzt werden«, Sie besitzen jedoch einen anderen Nachteil« Formen und Kerne, die aus einem

210195

rohrzuckerhaltigen Formstoff hergestellt sind, sind hygroskopisch und werden bei einer Lagerhaltung insbesondere in einer feuchten Atmosphäre brüchig und verlieren ihre Kantenfestigkeit.

In der DE-OS 2641249 wird eine beständige Bindemittellösung der vorstehend genannten Art beschrieben, die da-· durch gekennzeichnet ist, daß sie aus einer Mischung einer Alkalisilikatlösung und eines stabilisierten Stärkehydrolisats mit einem Dextrose-Äquivalent von weniger als 5 hergestellt ist·

Die in der genannten DE-OS beschriebene Lösung hat aber die Nachteile, daß deren Aushärtegeschv/indigkeit konstant und die Lagerfähigkeit vom Dextrose-Äquivalent des Stärke-* hydrolisats abhängig ist*

In der DE-OS 1810183 sind esterhaltige Härter genannt, die zwar die Zumischung von Zerfallsförderern erlauben, aber den Nachteil einer ungleichmäßigen Verteilung im Formstoff mit sich bringen, der nur dadurch behoben werden kann, daß der Härter auf einer pulverförmigen, feinporigen, in Alkali» Silikaten unlöslichen oder -schwer löslichen Trägermasse adsorbiert ist« Hinzu tritt der allgemeine Mangel der konstanten Verseifungsgeschwindigkeitβ

Ziel der .Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei technologisch erforderlicher Variierung der Härtungsgeschwindigkeit alkalisilikatgebundener Formen und Kerne den Aufwand für die Lagerhaltung der Härter und die Aufbereitung des Formstoffes zu verringern und gute Zerfallseigenschaften bei Vermeidung der den bekannten Zerfallsförderern eigenen Stabilitätsprobleme zu erreichen»

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Härter zu

. - 5 ~

-5- 210195

schaffen, der eine Variierung der Härtegeschwindigkeit alkalisilikatgebundener Formen und Kerne durch Variierung seiner Mengenanteile im Formstoff erlaubt und gleichzeitig die Zerfallsneigung des Formstoffes nach dem Gießen so beeinflußt, daß sich die Zugabe besonderer Zerfallsförderer erübrigt·

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Härter ein Ester verwendet wird, der sich

1» durch mehrere Estergruppen auszeichnet, deren Hydrolysegeschwindigkeiten sich im alkalischen Medium wesentlich voneinander unterscheiden, und

2· bei der hydrolytischen Zerlegung neben der Säure in einen den Zerfall fördernden Stoff aufspaltet·

Derartige Ester sind die Zuckeressigsäureester· Als veresterbare Zucker eignen sich beispielsweise Glukose, Mannose, fructose, Galaktose u· a«> Besonders vorteilhaft im Sinne der Erfindung ist der Essigsäureester der Glukose in Form des Tri-, Tetra- oder Pentacetats, vorzugsweise des Pentacetats·

Me Hydrolysegeschwindigkeiten der im Essigsäureglukoseester vorliegenden 5 Acetylgruppen differieren erheblich· So hydrolysieren die primären und glykosidischen Acetylgruppen wesentlich schneller als die sekundären» Das bedeutet, daß in einem alkalisilikathaltigen Formstoff zunächst nur ;jene Säureanteile an der Härtungsreaktion beteiligt sein können, die durch die Hydrolyse der primären und glukosidischen Acetylgruppen frei werden· Hohe Zugabemengen an Essigsäureglukoseester, d. tu ein für die Härtung ausreichendes Angebot an primären Acetylgruppen führt demnach zu einer beschleunigten Verfestigung des Alkalisilikats* Bei einem geringeren Anteil von Essigsäureglukoseester im Formstoff reicht das Säureangebot aus den hydrolytisch zerlegten ,.primären Acetylgruppen für die Verfestigung des Formstoffes nicht aus· Α,η der Härtungsreaktion

-6-2101

beteiligen sich nunmehr auch jene Säureanteile, die der zeitlich verzögerten Hydrolyse der sekundären Acetylgruppen entstammen, d· h·, die Verfestigung verläuft langsamer»

Gleichzeitig wird bewirkt, daß die ursprünglich veresterte Komponente Glukose nach der Verseifung bzw« Hydrolyse im Formstoff wieder in ihrer Ausgangsform vorliegt und diesem sehr gute Zufallseigenschaften verleiht«

Mit der Erfindung ist dem Gießereifachmann ein einfach zu handhabender, als Flüssigkeit exakt dosierbarer und wirtschaftlicher Härter in die Hand gegeben, der nicht nur eine unkomplizierte Regulierung der Härtegeschwindigkeit alkalisilikatgebundener Formstoffe gestattetj sondern gleichzeitig die gesonderte Zugabe von Zerfallsförderern erübrigt»

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Härters eignet sich folgende Verfahrensweise:

In an sich bekannter Weise werden Glukose (Traubenzucker) mit möglichst geringem Wassergehalt mit Essigsäureanhydrid bei 120° C unter ständigem- Rühren veresterte Das entstehende Wasser wird durch das Anhydrid gebunden· Die entstandene Essigsäure wird mit Vakuum abdestilliert*

Die verbleibende Essigsäure in der Pentacetylglukose wird mit Natriumcarbonat (Soda wasserfrei) weitgehendst neutralisiert, wobei Natriumacetat entsteht· Die Pentacetylglukose v/ird in einem organischen Lösungsmittel (ToMoI) gelöst und mit einem Ämin auf den gewünschten pH~Wert eingestellte Die pH-Wert-Einstellung ist von besonderer Bedeutung für das Verfahren,, da davon sowohl die Löslichkeit der Pentacetylglukose im organischen Lösungsmittel als auch die erzielbaren Festigkeiten der Gießereikerne abhängen^

210195

Aus führurtffsbei spiel

Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbei— spielen näher erläutert:

1· Herstellung des Härters:

1000 g Traubenzucker mit einer Feuchtigkeit von 9 % werden mit 3000 g Essigsäureanhydrid 5 Stunden bei 120° C gerührt· Danach wird die entstandene Essigsäure im Vakuum bei 13°° und 90 kPa abdestilliert» Der erhaltene braune zähe Rückstand enthält noch ca· 15 % freie Essigsäure. 2000 g dieses Rückstandes werden unter Wärmeeinwirkung in 700 ml Toluol gelöst¹· Die freie Essigsäure wird durch einen Zusatz von ca· 250 g.Diäthylamin neutralisiert· Der so hergestellte flüssige Härter dient als Komponente zur Wasserglasverfestigung·

2· Anwendungsbeispiel:

Jeweils 960 g Quarzsand werden mit 3g» 3>5 SJ 4 g» 4,5 g des erfindungsgemäßen Härters 2 Minuten vorgemischt und das entstandene Gemisch mit jeweils 40 g Wasserglas (48/50° Be) vermischt· Aus dieser Mischung werden im zylindrischen Schüttkernkasten genormte Druckprüfkörper (h = 5 cm, d = 5 cm) hergestellt» Mit diesen Prüfkörpern werden folgende Werte erzielt (Angaben in kPa)i

Aushärtezeitenϊ

	5 h	3 g	3,5 g	4 g	4,5 g Härter
0,	h	90	155	180	190
1	h	100	210	190	23Ο
2	h	140	250	320	365
3	h	270	280	390	400
4	h	335	315	49O	480
24	490	510	580	650

Verarbeitungszeiten: . .

30 min 10 min 3 min 3 min

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch

   1. Formstoffgemisch zur Herstellung von Gießereikernen und «formen aus einem feuerfesten Füllstoff, einem Alkalisilikat als Bindemittel und einem Ester als Härter, dadurch gekennzeichnet, daß der Ester mehrere Estergruppen enthält, deren Hydrolysegeschwindigkeiten sich im alkalischen Medium wesentlich voneinander unterscheiden, und daß sich bei dessen Hydrolyse ein den Zerfall fördernder Stoff bildet·

   Ί0 2· Formstoffgemisch nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ester ein Zuckeressigester ist*

   y» Formstoffgemisch nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet daß der Ester ein Essigsäureester der Glukose, Mannose, Fructose oder Galactose, vorzugsweise der Glukose, ist*

   4« Formstoffgemisch nach Punkt 3t dadurch gekennzeichnet, daß der Essigsäureglukoseester vorzugsweise als Pentacetat vorliegt·

   5* Formstoffgemisch nach Punkt 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Zuckeressigsäureester in einem organischen Lösungsmittel, vorzugsweise Toluol, gelöst ist«

   6· Formstoffgemisch nach Punkt 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung des Zuckeressigsäureester ein Arain enthält, vorzugsweise Diäthylamin»