DE2811476A1 - Formmassen und verfahren zur herstellung von formteilen - Google Patents

Formmassen und verfahren zur herstellung von formteilen

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DE2811476A1 DE19782811476 DE2811476A DE2811476A1 DE 2811476 A1 DE2811476 A1 DE 2811476A1 DE 19782811476 DE19782811476 DE 19782811476 DE 2811476 A DE2811476 A DE 2811476A DE 2811476 A1 DE2811476 A1 DE 2811476A1
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Description

" Formmassen und Verfahren zur Herstellung von Formteilen"
Die Erfindung betrifft den in den Ansprüchen gekennzeichneten Gegenstand.
Die erfindungsgemäßen Formmassen v/eisen gegenüber entsprechenden bekannten Massen wesentlich bessere Eigenschaften auf und eignen sich zur Herstellung von Formteilen, wie Ziegeln, Vogeltränken, Standbildern sowie Gießereiformen und -kernen. Die erfindungsgemäß erhaltenen Formteile weisen eine wesentlich verbesserte Festigkeit gegenüber der Einwirkung von Wasser und atmosphärischer Feuchtigkeit auf.
Die erfindungsgemäßen Formmassen enthalten
(a) einen Formstoff,
(b) ein Silan,
(c) ein Eisenoxid und
30 (d) bis zu etwa 10 Gewichtsprozent eines Polyurethans und eines Katalysators.-
Ih den erfindungsgemäßen Formmassen beträgt die Menge des . Eisenoxids vorzugsweise etwa 0,25 bis etwa 2 Gewichtsprozent,
bezogen auf den Formstoff. 35
8Q9838/092S
281H76
.1 Als Katalysator wird beispielsweise ein Metallionen bildender Katalysator, ein tertiäres Amin oder eine sonstige basische Verbindung eingesetzt.
^ Das in den erfindungsgemäßen Formmassen als Bindemittel eingesetzte Polyurethan ist beispielsweise ein Polyurethan auf der Basis eines Phenols, Polyäthers oder Alkydöls. Bevorzugt sind Polyurethane, die eine Harzkomponente, einen Härter und einen Katalysator enthalten, wobei die Harzkomponenteeine Lösung eines nicht wäßrigen phenolischen Harzes in einem organischen Lösungsmittel enthält= Dabei ist das phenolische Harz ein Kondensationsprodukt aus einem Phenol der allgemeinen Formel II und einem Aldehyd der allgemeinen Formel
III. 15
Als basische Verbindung weist der Katalysator einen pK,-Wert von etwa 7 bis 11 auf.
Die Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Harzkomponente aus einem Phenol und einem Aldehyd ist in der US-PS 3 485 797 beschrieben. Die Harzkomponente ist vorzugsweise ein Benzylather der allgemeinen Formel IV.
In der US-PS 3 676 392 ist beschrieben, daß diese Benzyläther
mit aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen Polyisocyanaten sowie einem Formsand kombiniert werden können, um Gießereiformen und -kerne herzustellen.
Bevorzugte Isocyanate sind polyaromatische Isocyanate vom
MDI-Typ (Methylenbis-(phenylisocyanat)), wie "PAPI" und
"MONDUR MR" sowie deren Gemische.
Die Härtung der erfindungsgemäßen Formmassen kann auf verschiedene Weise erfolgen. Beispielsweise wird eine basische
Verbindung mit einem pK,-Wert von vorzugsweise etwa 7 bis etwa 11 eingesetzt (vgl. US-PS 3 676 392). Es kann aber auch
809838/0921
Γ -8- 281Η76"1
ein Metallionen bildender Katalysator in Form eines Metallsalzes zum Härten verwendet werden (vgl. ÜS-PS 3 432 457). Eine entsprechende Verwendung von Aminen, vorzugsweise tertiären Aminen ist gleichfalls bekannt (vgl.
5 US-PS 3 409 579). '
Als Formstoff wird für die erfindungsgemäßen Formmassen vorzugsweise Quarzsandeingesefczt. Jedoch eignen sich auch andere Formstoffe, wie Zirkon-, Chromit- und Aluminiumoxidsande, sowie andere natürliche Materialien mit der geeigneten Korngrößenverteilung.
In der allgemeinen Formel I bedeutet R' vorzugsweise einen Alkylrest mit 6 Kohlenstoffatomen.
15
Das in den erfindungsgemäßen Formmassen enthaltende Silan wird in Mengen von etwa 0,0005 bis etwa 0,1 Gewichtsprozent (ausschließlich Lösungsmittel)fvorzugsweise etwa 0,01 bis etwa 0,03 Gewichtsprozent, bezogen auf den Formstoff, eingesetzt.
In den erfindungsgemäßen Formmassen stellt der Formstoff, z.B. Sand, den Hauptbestandteil dar. Das Bindemittel wird im allgemeinen in Mengen von weniger als 10 %, vorzugsweise 0,25 bis etwa 5 %, bezogen auf den Formstoff, eingesetzt. Obwohl der Sand als Formstoff vorzugsweise trocken verwendet wird, wirkt sich ein Feuchtigkeitsgehalt bis zu etwa 1 Gewichtsprozent, bezogen auf den Formstoff, nicht nachteilig aus·
Das in den erfindungsgemäßen Formmassen eingesetzte Eisenoxid kann irgendein derartiges Oxid mit der gewünschten Farbcharakteristik und einer ausreichenden Korngrößenverteilung sein. Das Eisenoxid wird in einer Menge von 0,1 bis 5 Gewichtsteilen, vorzugsweise 0,25 bis 2 Gewichtsteilen, jeweils bezogen auf 100 Teile Formstoff, eingesetzt und
809838/0929
gleichförmig in der Formmasse verteilt. Als Eisenoxid wird vorzugsweise natürliches braunes, gelbes oder rotes Eisenoxidpigment, wie Eisenglanzerz oder Rotpigment (auch "iamm's Eisenoxid" genannt) oder ein synthetisches Eisenoxid, wie das rote Eisenoxidpigment Fe„O_ (handelsüblich als RO-8097) oder das gelbe hydratisierte Eisenoxidpigment Fe2O3-H3O (handelsüblich als YLO 2288B), eingesetzt.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formmassen wird vorzugsweise zuerst das Silan mit dem Formstoff, z.B. Sand, gemischt, üblicherweise wird das Silan in einer Trägersubstanz gelöst, die vorzugsweise eine flüchtige Flüssigkeit, wie Methanol, Methylenchlorid oder Trichloräthan, darstellt. Bei Verwendung von Methylenchlorid oder Trichloräthan müssen diese zunächst mit dem Silan gemischt werden, bevor das Zumischen des Sands erfolgt, da in der Lösung sonst Fällungen auftreten können. Nach dem Mischen der Silanlösung mit dem Sand und dem Verdampfen des größten Teils des Lösungsmittels wird das Eisenoxidpigment gründlich eingemischt. Anschließend werden die Harζkomponente, beispielsweise ein phenolisches Harz vom Benzyläther-Typ, und das Polyisocyanat vom MDI-Typ sowie als Katalysator die basische Verbindung oder der Metallionen bildende Katalysator zugegeben.
Die erhaltene Formmasse kann in die gewünschte Form gebracht und dann gehärtet werden, wozu man entweder den basischen Katalysator wirken läßt oder ein gasförmiges Amin durch die geformte Masse führt.
Die erfindungsgemäßen Formmassen eignen sich besonders zur Herstellung von Gießereiformen und -kernen. Hierzu wird das ungehärtete Gemisch aus Sand und Bindemittel in Formen gebracht und entweder unter Verwendung einer zugemischten basischen Verbindung, eines Metallionen bildenden Katalysa- tors oder eines durch die geformte Masse hindurchgeleiteten gasförmigen Amins gehärtet.
L -J
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- ίο - 281U76
Die Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel 1
Dieses Beispiel erläutert die verbesserte Wasserbeständigkeit von Pormteilen . insbesondere Gießereikernen, die aus erfindungsgemäßen Formmassen hergestellt worden sind. Weiterhin erläutert dieses Beispiel zwei Arten des Härtens von Formmassen sowie den unerwarteten Vorteil der Verwendung
eines Eisenoxids in den Formmassen. 10
100 Teile Sand (Wedron 5010) werden mit 1 Teil einer 1prozentigen Lösung eines Silans in Methanol solange gemischt, bis der größte Teil des Methanols verdampft ist. In den Versuchen A, B, C und D (vgl. nachfolgende Tabelle I) wird als Silan /-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, in den Versuchen E und F /"-Amxnopropyltrxathoxysilan eingesetzt. Der vorgenannte Sand besteht aus 99,88 % Siliciumdioxid, 0,2 % Eisenoxid, 0,10 % Aluminiumoxid, 0,015 % Titandioxid, 0,01 % Calciumoxid und 0,005 % Magnesiumoxid und weist folgende
Korngrößenverteilung auf:
Siebmaschenweite, μ Siebrückstand, %
420 0,4
297 11,2
210 35,2
149 37,4
105 10,8
74 4,0
63 0,8
53 0,8
44 0,2
Feinkorn 66,92 (AFS).
„c Bei den Versuchen A, C und F werden 0,5 Teile Eisenoxidpigment, bezogen auf 100 Teile Sand, eingesetzt. Das Pigment besteht aus 4 Teilen eines gelben Eisenoxidpigments ( YLO 2288B)
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281H76 . ΛΛ -
und einem Teil Eisenoxidpigment (RO 8097). Nach der gleichförmigen Verteilung des Eisenoxidpigments werden den Gemischen gemäß den Versuchen A, B, C und D jeweils 1,25 Teile eines handelsüblichen aromatischen Polyisocyanats (Komponente II) und eines Benzylätherharzes (Komponente I) gemäß der US-PS 3 485 797 zugemischt. Im Fall der Versuche D und E betragen diese Mengen jeweils 1,5 Teile. Bei den angegebenen Mengen für die Komponenten I und II ist das anwesende Lösungsmittel nicht berücksichtigt. Im Fall der Versuche E und F wird in das Gemisch 4-Phenylpropylpyridxn als Katalysator, eingemischt.
Die gemäß den Versuchen A bis D erhaltenen Formmassen werden unter Verwendung einer Vorrichtung von Redford International Minerals and Chemicals Company in Probekörper zur Bestimmung der Zugfestigkeit überführt. Im Fall der Versuche E und F werden entsprechende AFS-Probekörper von Hand hergestellt.
Die gemäß den Versuchen A bis D erhaltenen Probekörper werden durch Einsatz . eines Gemisches aus Dimethyläthylamin und Kohlendioxid gehärtet. Die Probekörper der Versuche C und D werden anschließend 24 Stunden auf eine Temperatur von 930C erhitzt.
Die gehärteten Probekörper werden auf ihre Zugfestigkeit und Kratzfestigkeit untersucht. Die Ergebnisse sind in der Tabelle I zusammengefaßt. Daraus ist ersichtlich, daß die Zugabe eines Eisenoxidpigments die Wasserbeständigkeit der Probekörper wesentlich verbessert. Das Erhitzen der Probekörper erhöht deren Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit. In der Tabelle I beziehen sich alle Mengen auf 100 Gewichtsteile Sand.
L· _J
809838/092^
co
CJl
co
cn
Tabelle I
CO CX) O
Versuch
Teile pro 100 Teile Sand
Silan *** Eisenoxidpigment Komponente I Komponente II
Härtung:
Nachträglich 24 Stunden bei 930C
Zugfestigkeit, kg/cm2 (relative Kratzfestigkeit in Klammern)
Sofort nach Härtung
Nach 24 Stunden bei Raumtemperatur und Raumfeuchtigkeit
Nach 24 Stunden Raumtemperatur und Raumfeuchtigkeit sowie 24 Stunden 100 % relativer Luftfeuchtigkeit
Nach 24 Stunden Raumtemperatur und Raumfeuchtigkeit sowie 24 Stunden Wasserlagerung
* Nach 24 Stunden Raumtemperatur ** Nach 24 Stunden Raumtemperatur *** Lösungsmittel unberücksichtigt
0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 nein
0,5 - 0,5 - 0,5 -
1,25 1,25 1,25 1,25 1.5 1,5 46,6
(87)
1,25 1,25 1,25 1.25 1.5 1,5 *11,8
(81)
'läthylamin- 4-Phenylpropylpyridin **1O,O
(72)
Ja ' nein
nein nein ja
21,4
(80)
31,8
(88)		 20,5
(80)
37,8
(87)		 50,9
(91)		 -nicht bes
50,1
(92)		 45,7
(90)
24,6
(87)		 12,3
(78)		 36,2
(88)		 30,8
(87)		 *3O,8
(99)
12,3
(67)		 9,7
(66)		 35,7
(85)		 24,6
(83)		 **19,2
(80)
und Raumfeuchtigkeit sowie 48 Stunden 100 % relativer Luftfeuchtigkeit
und Raumfeuchtigkeit sowie 48 Stunden Wasserlagerung
r - 13 - 2811A76
1 Beispiel 2
Gemäß den Versuchen A bis D in Beispiel 1 werden Formmassen hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß die Art des Lösungsmittels und die Konzentration des Silans variiert werden, um deren Einfluß zu bestimmen. Die untersuchten Lösungsmittel sind Methylenchlorid (Versuche G, H und I), Trichloräthan (Versuche J, K und L) und Methanol (Versuch M) bei Silankonzentrationen von 2, 8 und 20 Gewichtsprozent. Als Silan wird /'-Aminopropyltriäthoxysilan eingesetzt. Die Zugfestigkeit und die Kratzfestigkeit werden gemäß Beispiel 1 bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle II zusammengefaßt. Daraus ist ersichtlich, daß die besten Ergebnisse mit einer 20prozentigen Lösung des Silans in Trichloräthan erhalten werden.
809838/0929
co
CfI
co
ro
ο
Tabelle II
Versuch
Lösungsmittel s Prozent Silan in der Lösung
Gewichtsteile Lösung pro 100 Teile Sand
Zugfestigkeit kg/cm2 (Kratzfestigkeit in Klammern)
sofort
Nach 24 Stunden Raumtemperatur und Raumfeuchtigkeit
Nach 48 Stunden Raumtemperatur und Raumfeuchtigkeit
Nach 24 Stunden Raumtemperatur und Raumfeuchtigkeit sowie 24 Stunden 100 % relative Luftfeuchtigkeit
Nach 24 Stunden Raumtemperatur und 24 Stunden Wasserlagerung
Nach 10 Minuten bei 2040C sowie 24 Stunden Raumtemperatur und Raumfeuchtigkeit
Nach 10 Minuten bei 204 C sowie 24 Stunden 100 % relativer Luftfeuchtigkeit
Nach 10 Minuten bei 2040C sowie 24 Stunden Wasserlagerung -Methylenchlorid-2 8
1 0,25
21,4
20
0,1
Trichloräthan— 20 1 —Methanol
2 8 0, 20
1 0,25 0,1
20,2
21,1
18,8
22,1
20,0
41,5
(93)		 41,5
(94)		 42,0
(92)		 40,3
(91)		 41,3
(91)		 42,7
(92)		 35,3
(93)
43,8
(88)		 47,5
(94)		 43,1
(93)		 41,5
(91)		 42,2
(91)		 46,9
(93)		 41.5
(93)
31,9
(91)		 30,8
(91)		 30,8
(90)		 30,1
(91)		 31,5
(90)		 35,5
(94)		 33,2
(90)
22,8
(82)		 20,2
(84)		 21,6
(86)		 26,3
(83)		 22,8
(84)		 25,6
(88)		 26,0
(87)
58,5
(92)		 59,4
(90)		 62,1
(91)		 56,4
(92)		 58,9
(92)		 59,4
(91)		 56,9
(92)
40,8
(90)		 47,4
(91)		 39,6
(92)		 45,5
(90)		 51,9
(90)		 50,8
(90)		 48,8
(91)
41,8
(87)		 44,6
(93)		 42,2
(92)		 44,3
(92)		 47,8
(91)		 51,6
(93)		 43,8
(90)

Claims (13)

VOSSIUS · VOSSIUS · HlLT i_ · IAUCHNER · HEUNEMANN '81147 S IE BE RTSTRAS S E 4. · 8OOO MÜNCHEN 86 . PHONE: (O 89) 47 4-O75 CABLE: BEN ZOLPATENT MÖNCHEN -TELEX 5-29 45 3 VOPAT D 16. März 1978 u.Z.: M 638 (Hi/kä) Case: 4O15A-4O18A ASHLAND OIL INC. Ashland, Kentucky, V.St.A. 10 " Formmassen und Verfahren zur Herstellung von Forrateilen1 Priorität: 16. März 1977, V.St.A., Nr. 778 292 : Patentansprüche 1· Formmassen, enthaltend 20 (a) einen Formstoff als Hauptbestandteil, (b) ein Silan der allgemeinen Formel I R'0> (D r»0 1 SiR 25 ^ in der R' einen Kohlenwasserstoffrest und R eine Vinylgruppa oder einen durch mindestens eine Alkoxy-, Acryloxy-, Epoxy-, Glycidoxy-, Mercapto-, Ureido- oder Alkylaminogruppe substituierten Alkylrest darstellen, wobei der diese Substituenten tragende Alkylrest 1 bis 6 Kohlenstoffatome enthält, oder ein anderes organische funktionelle Gruppen enthaltendes und als Haftverbesserer wirkendes Silan (c) ein Eisenoxid in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 5 Gewichtsteilen bezogen auf 100 Gewichtsteile des Formstoffs, und ι Q U 3 O d O ( y 3 ί 3 ■ 2 - 281U76"1 (d) bis zu etwa 10 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Formstoffs, eines Bindemittels auf der Basis von Polyurethan, enthaltend
1) eine Harzkomponente, enthaltend eine Lösung eines nicht wäßrigen Phenolharzes in einem organischen Lösungsmittel, wobei das Phenolharz ein Kondensationsprodukt darstellt aus einem Phencrl der allgemeinen Formel II
QH
A-
(ID
in der A, B und C gleich oder verschieden sind und jeweils ein Wasserstoff- oder Halogenatom oder einen Kohlenwasser Stoffrest bedeuten, und einem Aldehyd der allgemeinen Formel
R11CHO (III)
in der R" ein Wasserstoffatom oder einen Kohlenwasserstoff rest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet,
2) einen Härter, enthaltend ein flüssiges Polyisocyanat mit mindestens zwei Isocyanatgruppen pro Molekül und
3) einen -Katalysator , enthaltend eine Base. 25
2. Formmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Phenol der allgemeinen Formel II kondensierte . Aldehyd Formaldehyd darstellt.
3. Formmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Phenol der allgemeinen Formel II kondensierte Aldehyd Formaldehyd ist und in der allgemeinen Formel II die . Substituenten A und B jeweils ein Wasserstoffatom und C einen Kohlenwasserstoffrest bedeuten.
35
809838/0929
281U76
4. Formmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Phenol der allgemeinen Formel II kondensierte Aldehyd Formaldehyd darstellt und in der allgemeinen Formel II die Substituenten A, B und C Wasserstoffatome bedeuten .
10 15
5. Formmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzkomponente die allgemeine Formel IV
I
I
X—
20 25 30 35
aufweist, in der R1" ein Wasser stoff atom oder einen zur Hydroxylgruppe der Phenoleinheit in m-Stellung gebundenen phenolischen Substituenten bedeutet, m und η Zahlen darstellen , deren Summe mindestens 2 und deren Verhältnis m": ή mindestens 1 ist, sowie X ein Wasserstoffatom oder eine Methylolgruppe bedeutet, wobei das Molverhältnis dieser Methylolgruppen zu dem anstelle von X gebundenen Wasserstoff mindestens 1 beträgt .
6. Formmassen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der allgemeinen Formel IV der Rest R"'ein Wasserstoffatom bedeutet.
7. Formmassen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das als Härter eingesetzte Polyisocyanat ein aromatisches Polyisocyanat darstellt.
8. Formmassen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das als Härter eingesetzte Polyisocyanat ein Polyisocyanat vom MDI-Typ darstellt.
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Γ - 4 - 281U76
Ί
9. Formmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Eisenoxid ein Eisenoxidpigment darstellt, das ein natürliches oder synthetisches rotes Eisenoxid, braunes Eisenoxid oder hydratisiertes gelbes Eisenoxid oder ein Gemisch
aus mindestens zwei dieser Eisenoxide ist.
10. Formmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Eisenoxid ein Gemisch aus rotem und gelbem Eisenoxid
darstellt.
10
11. Verfahren zur Herstellung von Formteilen, dadurch gekennzeichnet, daß man
(a) einen Formstoff mit einem Silan gemäß Anspruch 1 b),
(b) nachfolgend das erhaltene Gemisch mit einem Eisenoxid gemäß Anspruch 1 c),
(c) nachfolgend das erhaltene Gemisch mit einem Bindemittel gemäß Anspruch 1 d),
mischt sowie
(d) die erhaltene Formmasse in die gewünschte Form überführt und
(e) die geformte Formmasse härtet.
12. Formteile, enthaltend
(a) einen Formstoff,
(b) ein Bindemittel gemäß Anspruch 1 d) in einer Menge von etwa 10 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Formstoffs,
(c) ein Silan gemäß Anspruch 1 b) in einer Menge von etwa 0,0005 bis etwa 0,1 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Ge-
wichtsteile des Formstoffs, sowie
(d) ein Eisenoxid in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa
5 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des
Formstoffs.
13. Formteile nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Eisenoxid gemäß Anspruch 9 enthalten.
809838/0929
1U76
l4. Formteile nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Eisenoxid ein Gemisch aus rotem Eisenoxid und hydratisiertem gelbem Eisenoxid enthalten.
09838/0929
DE2811476A 1977-03-16 1978-03-16 Härtbare Gemische und ihre Verwendung zur Herstellung von Formteilen Withdrawn DE2811476B2 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/778,292 US4124556A (en) 1977-03-16 1977-03-16 Moulding composition containing (a) silane additive (b) iron oxide and (c) polyurethane resin and method for preparing shaped foundry products

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2811476A1 true DE2811476A1 (de) 1978-09-21
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