DE2116331A1 - Fonnherstellungsverfahren - Google Patents

Fonnherstellungsverfahren

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DE2116331A1
DE2116331A1 DE19712116331 DE2116331A DE2116331A1 DE 2116331 A1 DE2116331 A1 DE 2116331A1 DE 19712116331 DE19712116331 DE 19712116331 DE 2116331 A DE2116331 A DE 2116331A DE 2116331 A1 DE2116331 A1 DE 2116331A1
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mixture
sand
mixed
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DE19712116331
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English (en)
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Lloyd Hubert Crystal Lake; Klemm Laurence Justin Elgin; 111. Brown (V.St. A.)
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Quaker Oats Co
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Quaker Oats Co
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Description

Q, 39
PATENTANWÄLTE
Dn-In0. HANS BUSCHKE DIpWnB-HBNZ AGULAR
BEKLHl 33 Auauste-Viktoria-StraB· β»
The Quaker Oats Company, Barringtori, Illinois, V.St.A,
Pormherstellungsverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf Formkernbindemittel und Formherstellungsverfahren. Im spezielleren betrifftjdie Erfindung Urethankernbindemittel und ein Verfahren zu deren Verwendung in der Gussformtechnik.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Urethankernbindemittels zur Verfügung, nach dem man einen ersten Stoffansatz herstellt, indem man ein Vorpolymerisat dadurch bildet, dass man eiji aromatisches Polyisocyanat mit nichttrocknendem Rizinusöl vermischt, wobei das aromatische Polyisocyanat und das nichttrbcknende Rizinusöl in solchen Anteilen vermischt werden, daefe das Verhältnis von NCO zu OH 1,5 bis 8,0 beträgt, man einen zweiten Stoffansatz herstellt, der ein Gemisch von hydroxyhaltigem Material hohen Molekulargewichts und einen Beschleuniger enthält, wobei das hydroxyhaltige Material hohen Molekulargewichts ein Mitglied der aus aliphatischen Polyätherpolyolen und aromatischen Polyätherpolyolen bestehenden Gruppe
109 846/1920 OWö'nal inspect^
ist 'und der Beschleuniger ein Mitglied der aus Metallnapiithenaten, Organozinnverbindungen und tertiären Aminen bestehenden Gruppe ist, und man den ersten Stoffansatz und den zweiten Stoffansatz in Anteilen vermischt, die ausreichen, das Verhältnis von NCO zu OH über 1,0 zu halten und ferner, dass der Beschleuniger weniger als 50 Gew.->o des Vorpolyrnerisats ausmacht.
Die Erfindung stellt ausserdem ein Formherstellungsverfahren zur Verfügung, nach dem man Sand mit einer Bindemittelmenge "/on bis hinauf zu 10· Gew.-p, bezogen auf das Gewicht des Sandes, an dem nicht-backenden Bindemittel, das nach dem Verfahren vorliegender Anmeldung erhalten worden ist, unter Ausbildung eines Formgemisehs mischt, das Sand- und 3indemittelgemisch formt und den geformten Sand unter Ausoildung des Sandkerns härtet.
Auf dem Gebiet der Giesserei- oder Gussformtechnik werden Kerne, die bei der Herstellung von Metallgußstücken verwendet werden sollen, normalerweise aus Gemischen von einem Zuschlagsmaterial, wie z.B. Sand, der mit einer zum Binden geeigneten Menge eines polymerisierbaren oder härtoaren Bindemittels gemischt worden ist, hergestellt. Nachdem der Sand und das Bindemittel gemischt worden sind, wird das erhaltene Sandgemisch in eine Modellform gestampft, geblasen oder auf eine andere Weise gedrückt 3 so dass das Sandgemisch eine Gestalt annimmt, die durch die angrenzenden Flächen der Modellform bestimmt sind. Diese Technik hat sich dann dahingehend entwickelt, dass sogenannte "nicht -backende Bindemittel" verwendet wurden, die aus Massen bestellen, die unter den Bedingungen der Umgebung unter Erzielung ausgezeichneter Kerne gehärtet oder polymerisiert werden konnten.
Zu den nicht-bälcenden Bindemitteln, die bis jetzt zum vordersten Stand der Technik zählten, gehören solche, die mit Öl modifizierte AlkydJSDcyanatbindemittel enthalten, und solche, die verschiedene Mischungen von Isocyanaten mit trocknenden Ölen enthalten. Diese speziellen Bindemittel haben jedoch mehrere Nachteile. Zu diesen Nachteilen gehört, dass die Bindemittel etwas schwierig zu handhaben sind und dass sie keinen - · " "·*" "1ÖS846/182Q
angemessenen Ablöswirkungsgrad oder keine angemessenen Bruchei ^enscha-f ten aufweisen. Unter· dem Ausdruck "Ablöswirkungsgrad" wird die Fälligkeit des Bindemittels verstanden, dem grünen Kern .2i genschaften zu verleihen, die es gestatten, dass der Kern von der Form oder Schablone gelöst und dann vollständig gehärtet werden kann, wobei gleichzeitig die Möglichkeit erhalten oleibt, dass die Form oder die Schablone, wenn der Kern gehärtet worden ist, anschliessend wieder benutzt wird. Unter dem Ausdruck "gute Bruche ige rischaft en" wird die Fälligkeit des Materials verstanden, geschüttelt oder in anderer V/eise erregt oder gestört werden öu können, nachdem das Metall eingegossen worden ist, um dieses dadurch in geeigneter V/eise freifliessend zu machen.
Die neuen Urethankernbindemittel und das Formherstellungsverfahren unter Verwendung dieser Bindemittel gemäss der Erfindung überwinden die nach dem Stand der Technik gegebenen Nachteile.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Urethankernbindemittels zur Verfügung zu stellen, das dem grünen Kern guteAbloseigenschaften verleiht.
Nach einem anderen Ziel der Erfindung soll ein Verfahren zur Herstellung neuer Urethankernbindemittel geschaffen werden, das den Kernen in denen sie verwendet werden, gute Brucheigensehaften verleiht.
Nach noch einem weiteren Ziel der Erfindung soll ein Formherstellungsverfahren zur Erzeugung neuer Formkerne geschaffen -werden.
Diese Ziele der Erfindung werden durch ein Verfahren zur Herstellung von Urethankernbindemitteln erreicht, nach dem man
A) einen ersten Stoffansatz herstellt, indem man ein Vorpolymerisat dadurch bildet, dass man ein aromatisches Polyisocyanat
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mit nichttrocknendem Rizinusöl vermischt, wobei das aromatische Polyisocyanat und das niehttroeknende Rizinusöl in solchen Anteilen vermischt werden, dass das Verhältnis von NCO zu OH 1,5 bis 8,0 beträgt.
B) einen zweiten Stoffansatz herstellt, der ein Gemisch von hydroxyhaltigem Material hohen Molekulargewichts und einen Beschleuniger enthält, wobei das hydroxyhaltige Material hohen Molekulargewichts ein Mitgle^d der aus aliphatischen Polyätherpolyolen und aromatischen Polyätherpolyolen bestehenden Gruppe ist und der Beschleuniger ein Mitglied der aus Mtallnaphthenaten. Organozinnverbindungen und tertiären Aminen bestehenden Gruppe ist, und
C) den ersten und den zweiten Stoffansatz in Anteilen vermischt., die ausmchen, das Verhältnis von NCÖ zu OH über 1,0 zu halten und ferner, dass der Beschleuniger weniger als ^O Gew.-% des Vorpolymerisats ausmacht.
Die Ziele der Erfindung werden ausserdem durch das vorstehend beschriebene Veifahren erreicht, bei dem man der Vor polymerisatmasse ausserdem Tungöl zumischt. In einem solchen Fall wird das Verfahren zur Herstellung der Urethankernbindemittel in der Form durchgeführt, dass man
A) einen ersten Stoffansätζ herstellt, indem man ein Vorpolymerisat dadurch bildet, dass man ein aromatisches Polyisocyanat mit nichttrocknendem Rizinusöl und Tungöl vermischt, wobei das aromatische Polyisocyanat, das nichttrocrfende Rizinusöl und das Tungöl in solchen Anteilen vermischt werden, dass das Verhältnis von NCO zu OH 1,5 bis 8,0 beträgt.
B) einen zweiten Stoffansatz herstellt, der ein Gemisch .von hydroxyhaltigern Material hphen Molekulargewichts und einen Beschleuniger enthält, wobei das hydroxyhaltige Material hohen Molekulargewichts ein Mitglied der aus aliphatischen Polyäther-
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polyolen und aromatischen Polyätherpolyolen bestehenden Gruppe ist und der Beschleuniger ein Mitglied der aus Metallnaphthenaten, Organozinnverbindungen und tertiären Aminen bestehenden Gruppe ist, und
C) den ersten und den zweiten Stoffansatz in Anteilen vermischt, die ausreichen, das Verhältnis von NCO zu OH über 1,0 zu halten und ferner, dass der Beschleuniger weniger als 50 Gew.-$ des Vorpolymerisats ausmacht.
Die Ziele der Erfindung werden ferner noch durch ein Formherstellungsverfahren erreicht, bei dem das ooen beschriebene Bindemittel verwendet wird. Dieses Formhersteilungsverfahren besteht darin, dass man
A) Sand mit einer Bindemittelmenge von bis hinauf zu 10 Gew.-^, bezogen auf das Gewicht des Sandes, an einem nicht-backenden Bindemittel unter Ausbildung eines Formgemischs mischt, wobei das nicht-backende Bindemittel ein aromatisches Polylsocyanat, nichttrocknendes Rizinusöl, ein hydroxyhaltiges Material hohen Molekulargewichts und einen Beschleuniger enthält, und man das nicht-backende Bindemittel dadurch herstellt, dass man
a) einen ersten Stoffansatz herstellt, indem man ein Vorpolymerisat dadurch bildet, dass man ein aromatisches Polyisocyanat mit nichttrocknendem Rizinusöl vermischt, wobei das aromatische Polyisocyanat und das nichttrocknende Rizinusöl in solchen Anteilen vermischt werden, dass das Verhältnis von NCO zu OH 1,5 bis 8,0 beträgt,
b) einen zweiten Stoffansatz herstellt, der ein Gemisch aus hydroxyhaltlgem Material hohen Molekulargewichts und einen Beschleuniger enthält, wobei das hydroxyhaltige Material hohen Molekulargewichts ein Mitglied der aus aliphatischen Polyätherpo^olen und aromatischen Polyätherpolyolen bestehenden Gruppe ist und der Beschleuniger ein Mitglied eier aus Metallnaphthen^-
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tenj Organozinnverbindungen und tertiären Aminen bestehenden Gruppe ist, und
c") den ersten und den zweiten Stoffansäte in Anteilen vermischt," die ausreichen, das Verhältnis von NCO zu OH üoer 1,0 zu halten und ferner, dass der Beschleuniger weniger als 50 Gew.--i des Vorpolymerisats ausmacht,
B) das Sand- und Bindemittelgemisch formt und
C) den geformten Sand unter Ausbildung des Sandkerns härtet.
Die Ziele der Erfindung v/erden ferner noch durch ein Formherstellungsverfahren, wie es vorstehend besehrieben ist und bei dem in dem Vorpolymerisat ausserdem Tungöl enthalten ist, erreicht. In diesem PdIl besteht das Formherstellungsverfahren darin, dass man
A) Sand mit einer Bindemittelmenge von bis hinauf zu 10 Gew.-^, bezogen auf das Gewicht des Sandes, an einem nicht-backenden Bindemittel unter Ausbildung eines Formgemisehs mischt, wooei das nieht-backende Bindemittel ein aromatisches Polyisocyanate nichttrocknendes Rizinusöl, Tungöl, ein hydroxyhaltiges Material hohen Molekulargewichts und einen Besehleuniger enthält, und man das nicht-backende Bindemittel dadurch herstellt, dass man
a) einen ersten Stoffansatz herstellt, indem man ein Vorpolymerisat dadurch bildet, dass man ein aromatisches Polyisocyanat mit nichttrocknendem Rizinusöl und Tungöl vermischt, wobei das aromatische Polyisocyanat, das nichttrocknende Rizinusöl und das Tungöl in solchen Anteilen vermisent werden, dass das Verhältnis von NCO zu OH 1,5 bis 0,0 beträgt.
b) einen zweiten Stoffansatz herstellt, der ein Gemisch aus hy droxyhalti gern Material, nohen.Molekulargewichts und einen Be-
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schleuniger enthält, wobei das hydroxyhaltige Material hohen Molekulai*gex*ichts ein Mitglied der aus aliphat is ehern Polyätherpolyolen und aromatischen Polyätherpolyolen bestehenden Gruppe ist und der Beschleuniger ein Mitglied der aus Metallnaphthenaten, Organozinnverbindungen und tertiären Aminen bestehenden Gi'uppe ist, und das iiydiOxyhaltige Material hohen Molekulargewichts mit dem Vorpolymerisat in Anteilen vermischt, die ausreichen, das Verhältnis von NCO zu OH über 1,0 zu halten und fehler, dass der Beschleuniger \veniger als 50 Gew.-% des VorPolymerisats ausmacht,
B) das Sand- und Bindemittelgemisch formt und
C) den geformten Sand unter Ausbildung des Sandkerns härtet.
Die erste Stufe oei der Herstellung des Urethankernbindemittels nach der Erfindung enthält das Bilden eines Vorpolymerisats. Das Bilden des Vorpolymerisats wird dadurch bewerkstelligt, dass man ein aromatisches Polyisocyanat mit nichttroeknendem Rizinusöl in solchen Anteilen vei-mischt, dass das Verhältnis von NGO zu OH 1,5 bis 8,0 beträgt.
Unter dem hier verwendeten Ausdruck "aromatisches Polyisocyanat" ist im allgemeinen irgendeines der aromatischen Polyisocyanate zu verstehen, die gewöhnlich in der Formherstellungs- oder Giessereiteclxnik zur Förderung einer Umsetzung oder zum Aushären· unter Bildung eines Urethankernbindemittels verwendet werden. Zu den bekannteren geeigneten aromatischen Polyisocyanaten, die nach der Erfindung verwendet werden können, gehören die folgenden:
p-Phenylendiisoeyanat
m-Piienylendlisocyanafc
2,4-Toluoldiisocyanat
2,6-Toluoldiisocyanat
p-Isoeyanato-benzylisoeyanat 2-Nitrodiphenyl-4,4)-di-*oeyanat
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1,5-Naphthalindiisocyanat
Xylylendiisocyanat und dessen Methylderivat l-Äthoxy-2,4-benzoldiisocyanat Diphenylmethandiisocyanat und dessen Dimethy!derivat Metliylenbis (4-phenylisocyanat) 4,4 % -Diphenylpropandiisocyanat Xenylen-4 } 4 *-diisooyanat
Von besonderer Bedeutung für die Erfindung und bevorzugte aromatische Polyisocyanate sind die Toluoldiisoeyanate, zu denen sowohl 2,4-Toluoldilsocyanat als auch 2,6-Toluoldiisocyanat gehören.
In dem Vorpolymerisat nach der Erfindung wird nicht trocknendes. Rizinusöl verwendet, Es ist nach der Erfindung wesentlich, dass das Rizinusöl nichttrocknend ist. Nach der früheren Arbeitsweise wurden die Kernbindemittel unter Verwendung von trocknendem Rizinusöl mit Polyisocyanaten hergestellt. Es wird betont, dass diese trocknenden Rizinusöle für die Erfindung nicht geeignet sind. Unter dem Ausdruck "nichttrocknend" in Verbindung mit dem Rizinusöl ist Rizinusöl zu verstehen, das mit Sauerstoff in der Luft bei Raumtemperatur ( als solches oder mit Hilfe eines Katalysators ) in Gegenwart von Sand nicht unter Härten des Sandes zu einer starren Masse reagiert. Dazu gehört nicht Rizinusöl, das unter Entfernung von OH dehydratisiert worden ist und dadurch vermehrte Doppelbindungen enthält.
In dem Vorpolymerisat nach der Erfindung kann ausserdem gegebenenfalls Tungöl verwendet werden. Das Tungöl dient mehreren Zwecken. Solche Zwecke sind z.B., dass das Tungöl ein Verdünnungsmittel ist und dass es zum Lufttrocknen und Vernetzen des Vorpolymerisats dienen kann. Unter dem hier verwendeten Ausdruck "Tungöl" wird die allgemein gebräuchliche Definition verstanden, wonach Tungöl ein Gemisch von Triglyceriden der Elaeostearinsäure ist. Das Tungöl ist, wie es nach der Erfindung verwendet ►;ird, ein natürliches trocknendes Öl, und zwar im Gegensatz
zu dem Rizinusöl, das die erforderliche Eigenschaft des Nichttrocknens besitzt.
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Das Vorpolymerisat gemäss der Erfindung wird durch Vermischen des aromatischen Polyisocyanates mit nichttrocknendem Rizinusöl in solchen Anteilen, dass das Verhältnis von NCO zu OH 1,5 bis 8,0 beträgt, hergestellt. Wenn das Verhältnis von NGO zu OH in dem Vorpolymerisat wesentlich unter 1,5 fällt, wird das Vorpolymerisat sehr zähflüssig, und es wird sehr schwierig, mit ihm zu arbeiten. Wenn das Verhältnis von NCO zu OH in dem Vorpolymerisat wesentlich über 8,0 steigt, stellt das freie Isocyanat eine sehr ernste Vergiftungsgefahr für das Personal, das mit dem Material arbeitet, dar. Nach der Erfindung wird daher bevorzugt, das Verhältnis von NCO zu OH in dem Vorpolymerisat zwischen 2 und 3 zu halten, weil diese Werte zu ausgezeichneten Kernen führen, ohne dass die oben erwähnten Probleme berührt werden.
Wenn Tungöl in der Vorpolymerisatmasse verwendet wird, ist es ebenfalls notwendig, dass das Verhältnis von NCO zu OH in dem Vorpolymerisat zwischen 1,5 und 8,0 und vorzugsweise zwischen 2 und 3 gehalten wird. Weil das Tungöl dem Trocknungsprozess unterliegt, wird es nicht als Quelle für Hydroxyleinheiten die sich mit dem Isocyanat verbinden, benutzt. D.h., es ist nicht möglich, Tungöl anstelle eines grösseren Teils des nichttrocknenden Rizinusöls einzusetzen.
Obwohl es nicht unbedingt erforderlich ist, wird es bei der Herateilung des Vorpolymerisats im allgemeinen bevorzugt, zur Herstellung des Vorpolymerisats das aromatische Polyisocyanat und das nichttrocknende Rizinusöl ( zusammen mit dem gegebenenfalls verwendeten Tungöl ) zu vermiscnen und dus Gemisch 2 bis Stunden lang auf 90° C zu erwärmen, um eine geeignete gegenseitige Einwirkung oüer eine Bindung zwischen dem aromatischen Polyisocyanat und dem hydroxyhaltigen Material zu gewährleisten.
Nachdem das Vorpolymerisat hergestellt worden ist, wird es mit einem hydroxyhaltigem Material hohen Molekulargewichts und einem Beschleuniger vermischt, and zwar wird das hydroVhaltige Materials hohen Molekulargewicnts in einem Anteil ^ugemischt, der
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geeignet ist, das Verhältnis von NCO au OH über 1,0 zu halten, und wird der Beschleuniger in einem Anteil, der weniger als Gew.-;ö des Vorpolymerisats ausmacht, zugemischt.
Zu dem hydroxyhaltigen Material hohen Molekulai'gewichts, das mit dem Vorpolymerisat vermischt werden kann, gehöi-en die aliphatischen Polyätherpolyole und die aromatiscnen Polyätherpolyole, Von besonderer Bedeutung als hydroxyhaltige Materialien hohen Molekulargewichts sind die Reaktionsprodukte von Propylenoxid und/oder Äthylenoxid mit Polyolen oder Aminen mit einer Funktionalität von 2 oder mehr. In dem Fall eines Polyols würde eine Funktionalität von 2 besagen, dass 2 OH-Gruppen je Molekül vorhanden sind. In dem Fall eines Amins würde eine Funktionalität von 2 besagen, dass zwei aktive Viasserstoffe an der Amingruppe vorhanden sind. Typische Amine, die mit Propylenoxid und/oder Äthylenoxid umgesetzt werden können, sind nach der Erfindung Toluoldiamin und Äthylendiamin. Typische Polyole, die mit Propylenoxid und/oder Äthylenoxid zur Herstellung eines Polyätherpolyols, das als hydroxyhaltiges Materia^hohen Molekulargewichts nach der Erfindung geeignet ist, umgesetzt werden können, sind die Zucker, wie z.B. Saccharose, Glukose und Sorbit, und auch die gewöhnliehen Diole und Triole. Ein Beispiel für aliphatische Polyätherpolyole, die nach der Erfindung verwendet v/erden können, ist Polypropylenglykol, das unter dem Hanaelsnamen "Pluracol P2010" von Wyandotte Chemical Co., Wyandotte, Michigan, verkauft wird. Ein anderes geeignetes Pclyol ist propoxylierte Saccharose, die als "ä3-35O" von Dow Chemical Co., Midland, Michigan, verkauft wird. Zu den aromatischen Polyätherpolyolen, die nach der Erfindung verwendet werden können, gehört ein aromatisches Polyätherpolyol, aas als HBE-j52O" von Union Carbide Corp., New York, New York, verkauft wird.
Dus bevorzugte hydroxyhaitige Material hohen Molekulargewichts, das nach der Erfindung verwendet werden kann, wird von Wyandotte Chemical Co., mit der Bezeichnung "P434n verkauft und wird als aromatisches Polyätherpolyol deklariert. Es wird imallgemeinen angenommen, dass die Formel dieses hydx'oxyhaltigen Materials
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die nachfolgend angegebene Struktur hat, und es ist gefunden worden, dass eine solche Verbindung ein geeignetes Material zuv VeIWenduing nach der Erfindung darstellt:
CH5
£HoCH0CHoCH0H
d. d.
CH0CHOCH0CHOh
CH-, CH-. / \
DCHCEUOCHCH,/ Λ
CHx CH-,
Γ /\
H0CHCH20CHCH2 / Λ CHgCHOCHgCHOH
Bei dem Verfahren zur Herstellung von Urethankernbindemitteln nach der Erfindung wird ein Beschleuniger verwendet, Der Beschleuniger wird verwendet, damit er die Reaktion zwischen dem Polyisocyanat und dem Polyol beschleunigt. Obwohl eine grosse Anzahl von Beschleunigern nach der Erfindung verwendbar sind, ist es im allgemeinen wünschenswert, einen Beschleuniger zu wählen, der zu der gewünschten Reaktionsgeschwindigkeit führt und ausserdem die gewünschten physikalischen Eigenschaften bei dem Urethan ergibt. Der nach der Erfindung verwendete Beschleuniger kann entweder ein Metallnaphthenat, eine Organozinnverbindung oder aus der Gruppe der tertiären Amine sein. Unter dem hier verwendeten Ausdruck "Metallnaphthenat" wird irgendeines der bekannten und üblicherweise verwendeten Metallnaphthenate verstanden. Zu den üblicheren Metallnaph*"thenaten gehören folgende:
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Kobaltnaphthenat
Bleinaphthenat
Zinknaphthenat
Calciumnaphthenat
Wenn ein Metallnaphthenat ,als Beschleuniger nach der Erfindung verwendet wird, wird vorzugsweise Kobaltnaphthenat verwendet.
Unter dem hier verwendeten Ausdruck "Organozinnverbindung" wird irgendeine der üblicherweise bekannten Organozinnverbindungen., die zur Beschleunigung der Polyurethanreaktion verwendet werden können, verstanden. Zu den bekannteren Organozinnverbindungen gehören folgende:
Zinn-II-oetoat
Dibutylzinndilaurat
Dibutylzinndioctoat
Zinn-II-oleat
Di-n-octylzinnmonobutylmaleat Di-n-octylzinnbis-(2-äthylhexanoat) Di-n-octylzinndibutylthioacetat Tetraylkylstannate (Alkyl mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen)
Die bevorzugte Organozinnverbindung und der bevorzugte Beschleuniger nach der Erfindung ist Dibutylzinndilaurat.
Der Beschleuniger kann nach der Erfindung ausserdem ein tertiäres Arnin sein. Ammoniak, primäre Amine und sekundäre Amine weisen eine gewisse gewünschte Aktivität auf, wenn sie als Beschleuniger nach der Erfindung verwendet werden, doch sind die erhaltenen Kerne in solch einem Ausmass von geringerer Qualität, dass diese Amine für die Erfindung als nicht geeignet erscheinen. Zu bekannteren tertiären Aminen, die nach der Erfindung verwendet werden können, gehören folgende:
Triäthylamin
Triäthylendiamin
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Trimethylamin
Benzyldimethylamin
N-Äthyläthylenamin
Pyridin
N,N-Dimethyleyclohexylarain
Das bevorzugte tertiäre Amin, das als Beschleuniger nach der Erfindung verwendet "werden kann, ist Triäthylenamin.
Das hydroxyhaltige Material hohen Molekulargewichts wird mit dem Vorpolymerisat in Anteilen vermischt, die ausreichten, das Verhältnis von NCO zu OH über 1,0 zu halten. Weil das Verhältnis von NCO zu OH von dem Vorpolymerisat 1,5 bis 8,0 betragen kann ( entsprechend der Definition des Vorpolymerisats ), ist leicht ermittelbar, innerhalb welchen Bereichs das hydroxyhaltige Material hohen Molekulargewichts zugesetzt werden kann, um bei irgendeinem bestimmten Vorpolymerisat das Verhältnis von NCO zu OH über 1,0 zu halten. Das bevorzugte Verhältnis von NCO zu OH liegt sehr nach bei 1, d.h., bei etwa 1,05 bis etwa 1,1, obwohl grössere Zahlenbereiche möglich sind. Der Anteil an hydroxyhaltigem Material hohen Molekulargewichts, der zugesetzt werden kann, um zu einem solchen Ergebnis zu führen, kann leicht berechnet werden. Im allgemeinen ist ein Verhältnis von NCO zu OH in dem Endprodukt von über 2,0 unerwünscht.
Der nach der Erfindung verwendete Beschleuniger muss mit dem Vorpolymerisat in einem Anteil von weniger als 50 Gew.-^ des Vorpolymerisats vermischt werden. Der Fachmann kann den Anteil an dem Beschleuniger so wählen, dass bestimmte Bedingungen und bestimmte Härtungszeiten unter Berücksichtigung des besonderen Beschleunigers und der Fähigkeit des Beschleunigers, zur Förderung des gewünschten Ergebnisses beizutragen, gewählt werden.
Obwohl eine sehr gute ßindemittelmasse mit Rizinusöl als das einzige HydiOxymatB?ial in dem Vorpolymerisat hergestellt werden kann, wird eine solche Bindemittelmasse im allgemeinen eine sehr hohe Viskosität, und zwar in manchen Fällen von sogar 100000
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cP.,' haben. Wenn es erwünscht ist, dass die Viskosität in einem niederen Bereich liegt, ist es vorteilhaft, Tungöl in dem Vorpolymerisat zu verwenden, wodurcn die Viskosität bei Raumtemperatur auf einen Bereich von etwa 2000 bis J5000 cP. gesenkt werden kann. Es muss berücksichtigt werden, dass abgewogen v/erden muss zwischen der Viskosität, die Bear bei tungs problei.ie ergibt, und dem Verhältnis von NCO zu OH, das Probleme der Giftigkeit, die auf freies Cyanat in dem Gemisch zurückzuführen ist, entstehen lässt.
Nach dem erfindungsgemässen Fominerstelungsverfahren mischt man Sand mit einer Bindemittelmenge von bis hinauf zu 10 Gew.-;j, bezogen auf das Gewicht des Sandes, an einer der ooen angegebenen Bindemittelmassen, dann gibt man dem Gemisch aus Sand und Bindemittel eine Form und härtet anschliessend den geformten Sand unter Ausbildung eines Sandkerns. Die gewünschte oder geeignete Bindemittelmenge kann innerhalb des angegeoenen Bereichs eingestellt werden, um den gewünschten Grad der Bindung und die optimalen Ablös- und Brucheigenschaften zu erzielen. Bei dem hier beschriebenen Formherstellungsverfahren kann man entweder ein Vorpolymerisat, das Rizinusöl enthält, odei- ein Vorpolymerisatj das eine Kombination von Rizinusöl und Tungöl enthält, verwenden.
Die nachfolgenden Beispiele sollen der Erläuterung der Erfindung dienen, ohne jedoch die Erfindung zu beschränken. Das Beispiel 1 erläutert eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Die hier angegebenen Werte für die Bruchfestigkeit und die Ritzhäre wurden nach den in dem "Foundry Sand Handbook", y. Auflage, Copyright 1965, von der American Foundry Society, Inc., Des Piaines, Illinois, beschriebenen Methoden bestimmt.
Beispiel 1
Ein Vorpolymerisat wurde durch Vermischen vcn olO g einer Mischung aus 80 Gew.-;-J, 2,4-Toluoldiisocyanat und 20 Gew.-;; 2,6-Toluoldiisocyanat mit 1590 g Rizinusöl und Erwärmen des Gemische auf 90 G
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für 3 Minuten, um eine gute Bindung vondem Toluoldiisocyanat mit dem Rizinusöl zu erzielen, hergestellt. Das theoretische Verhältnis von NCO zu OH oei diesem Vorpolymerisat entsprach 2,0. Der theoretische Prozentgehalt an freiem NGO bei diesem Vo !'polymer is at war 8,13 Γ'* entgegen dem gemessenen freien NCO-Gehalt von 8,17 )-:· Die Viskosität des- Vorpolymerisats betrug Dei 27° C mehr als 100 000 cP.
Danach wurde ein Gemisch durch Vermischen von 3000 g Wedron-Kieselerdesand, 6,1 g Toluoldiaiainpolyätherpolyol ("P434", VJyandotte Chemical Co., Wjrandotte, Michigan ), 1,8 g Toluol als Verdünnungsmittel, 0,32J- g Dibutylzinndilaurat und 0,20 g Triethylamin hergestellt. Dieses Gemisch wurde 3 Minuten lang vermischt, und dann wurden 35 ,»Ö g des Vorpolymerisats und 14,3 g Toluol mit dem Gemisch 2 Minuten lang vermischt. Dieses Gemisch wurde dann in verschiedene Formen gepresst und über Nacht härten gelassen. Bei einem Härten über Nacht bei einer relativen Feuchtigkeit von 4-7 bis 48 ;0', hatten, wie festgestellt wurde, die aus diesem Matrial hergestellten Kerne eine Bruchfestigkeit% von Ic,2 kg/cm und eine Dietart-Ritzhärte von 97 bis 100. Bei Kernen, die über Nacht bei einer relativen Feuchtigkeit von bis 94 ;j gehärtet worden waren, wurde, eine Bruchfestigkeit von 13,1 kg/cm und eine Ritzhärte von 9V o±s 100 ermittelt.
Obwohl die Bruchfestigkeit dieser Proben nicht wesentlich über der von einigen besseren mit Öl modifizierten Alkydisocyanatbindemitteln liegt, wurde gefunden, dass die Aolös- (shake-out) und Losbrecheigenschaften dieser Kerne denen der mit Öl modifi^ zierten Alkylisocyanatbindemitteln weit überlegen waren.
Beispiel 2
Ein Vorpolymerisat wurde durch Vermischen von 335 g eines Gemisches aus 80 Gew.-;i' 2,4-Toluoldiisocyanat und 20 Gew.-^j 2,6-Toluoldiisocyanat und 435 g Rizinusöl und 3minütiges Erwärmen des Gemischs auf 90° C hergestellt. Das Gemisch wurde dann auf
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Raumtemperaturen abgekühltjund IbO g Tungöl wurden zugemischt. Das Vorpolymerisat hatte einen theoretischen Gehalt an freiem NCO von 11,45 % und einen gemessenen Gehalt an freiem NCO von 11,13 /'·>· Die Viskosität des Vorpolymerisats bei 27 C betrug 2850 cP. Dann wurden 3OOO g Wedron-Kieselerdesand mit 13*9 g Toluoldiaminpolyätherpolyol, ("P434", wie oben beschrieben ), 2,2 g eines aromatischen Naphtha-Lösungsrnittels als Verdünnungsmittel (SUPER HIGH FLASH, American Mineral Spirits Co., Abteilung von Union Oil of California) und 3*73 S Triäthylamin vermischt. Dieses Gemisch wurde 3 Minuten lang vermischt, und dann wurden zu diesem 40 g des Vorpolymerisats und weitere 4 g des ^ aromatischen Naphtha-Lösungsmittels gegeben und 2 Minuten lang eingemischt. Das Gemisch wurde zu Kernen geformt und über Nacht härten gelassen. Nach dem Härten über Nacht bei einer relativen Feuchtigkeit von 27 % wurde festgestellt, dass die aus diesem Material hergestellten Kerne eine Bruchfestigkeit von 36,1 kg/cm und eine Ritzhärte von 99 bis 100 besassen. Kerne, die über Nacht bei einer relativen Feuchtigkeit von 93 gehärtet wurden, hatten, wie festgestellt wurde, eine Bruchfest:gkeit von 32,1 kg/
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cm und eine Ritzhärte von 99 bis 100. Kerne, die über Nacht bei einer äusserst geringen reaktiven Feuchtigkeit, d.h. bei einer relativen Feuchtigkeit von 0 >ό, gehärtet worden waren, hatten , wie festgestellt wurde, eine Bruchfestigkeit von 20,7 kg/
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cm und eine Ritzhärte von 99 bis 100.
Es wurde festgestellt, dass die nach diesem Beispiel hergestellten Kerne überlegene Ablös- und Losbrecheigenschaften im Vergleich mit irgendwelchen früher hergestellten Kernen hatten.
Beispiel 3
Das Vorpolymerisat des Beispiels 1 wurde hergestellt mit der Ausnahme jedoch, dass der Anteil an dem Gemisch aus 2,4-Toluoldiisocyanat und 2,6-Toluoldiisocyanat so erhöht worden war, dass ein theoretisches Verhältnis von NCO zu OH von 3 erhalten wurde. .Danach wurden innerhalb von 3 Minuten 3OOO g Wedron-Kieselerdesand mit 15*4 g Toluoldiaminpolyätherpolyol, das in den vor-
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stehenden Beispielen beschrieben ist, 3*1 g des ooen beschriebenen aromatischen Naphtha-Lösungsmittels und 0,73 g Dibutylzinndilaurat vermischt. Nach dem Vermischen wurden 36,2 g des Vorpolymerisats und weitere 5*^ g des aromatischen Naphtha-Lösungsmittels innerhalb von 2 Minuten mit dem vorstehenden Gemisch vermischt. Das Gemisch wurde dann sofort zu Kernen geformt und über Nacht gehärtet. Es wurde festgestellt, dass das Vorpolymerisat dieses Beispiels ein Verhältnis von NCO zu OH von 3 hatte. Nach dem Härten über Nacht bei einer relativen Feuchtigkeit von 32 bis ~$K /3 hatte ein aus diesem Gemisch hergestellter Kern eine Bruchfestigkeit von 33,4 und eine Ritzhärte von 99 bis 100. Nach dem Härten über Nacht bei einer relativen Feuchtigkeit von 93 )> hatte ein aus diesem Gemisch hergestellter Kern eine Bruchfestigkeit von 24,3 kg/cm und eine Ritahärte von 99 bis 100. Bei einem Härten über Nacnt unter sehr trockenen Bedingungen, d.h. mit einer relativen Feuchtigkeit von 0 %, hatte ein aus diesem Gemisch hergestellter Kern eine Bruchfestigkeit von 14,1 kg/cm und eine Ritzhärte von 99 bis 100.
Die nach der Erfindung hergestellten Kerne haben ausgezeichnete Losbrech- und Ablöseigenschaften. Diese Eigenschaften sind denen irgendwelcher bekannter Kerne, die mit Öl modifizierte Alkydisocyanatbindemittel enthalten, überlegen.
- Patentansprüche -
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Claims (1)

  1. 2118331
    Patent Ansprüche
    Verfahren zur Herstellung eines Uretrxanformkernuinuer.-iittelrj, dadurch gekennzeichnet, dass man einen ersten Stoffansatz nerstellt, indem man ein Vorpolymerisat,daauren bildet, dass raun ein aromatisches Polyisocyanat mit nichttrocknenden Kizinusöl vermischt, wobei das aromatische Polyisocyanate und das Rizinusöl in solchen Anteilen vermischt v/erden, dass das Verhältnis von NCO zu. OH 1,5 bis 6,0 beträgt, man einen zweiten Stoffansatz herstellt, der ein Gemisch von hydroxyhaltigern Material hohen Molekulargewichts und einen Beschleuniger enthält, wobei das hydro;:yhaltige Material hohen Molekulargewicnts ein Mitglied der aas aliphatischen PoIyätherpolyolen und arOrnatiscnen PoIyätherpolyolen bestehenden Gruppe ist und der Beschleuniger ein Mitglied der aus Metallnaphthenaten, Organozinnverbindungen und tertiären Aminen bestehenden Gruppe ist, und man den ersten und den zweiten Stoffansatz in Anteilen vermiscnt, die e.usreichen, das Verhältnis von NCO zu OH über 1,0 zu halten und ferner, dass der Beschleuniger weniger als 50 Gew.-,^ des Vorpolymerisats ausmacht.
    2. Verfahren nach Ansprucn 1, dadurcii gekennzeichnet, dass das aromatische Polyisocyanat Toluoldiisocyanat ist, das Verhältnis von NCO zu OH 2,0 bis p,0 berr-ägt, aas Poly öl hohen Molekulargewichts ein Toluoldianiinpolyäther-polyol ist und eier Beschleuniger Dibutylzinndilaurat int.
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    ;). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aromatische Polyisocyanat mit nichttrocknendem Rizinusöl una mit Tungöl vermischt wird.
    4. Formherstellungsver-fahren, dadurch gekennzeicnnet, dass man ο and mit einer BindeisiittelmeiTge von bis hinauf zu 10 Gew.-,J. ue^ogen auf das Gewicht des Sandes, von einem nieht-backenden Bindemittel, das nach dein Verfahren des Anspruchs 1, 2 oder J erhalten worden ist, unter Ausbildung eines Formgemischs vermischt, man das Sand- und Bindemittelgemisch formt und den geformten Sand unter Ausbildung des Sandkerns härtet,,
    Dr.Ve./Br. · 1^ ORIGINAL
    Ί098Α6/1820
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