DE2710336A1

DE2710336A1 - Bindemittel fuer die giesserei aus monomeren furfurylalkohol und resorcin

Info

Publication number: DE2710336A1
Application number: DE19772710336
Authority: DE
Inventors: Hugh C Anderson
Original assignee: Quaker Oats Co
Current assignee: Quaker Oats Co
Priority date: 1976-07-12
Filing date: 1977-03-07
Publication date: 1978-01-19
Also published as: US4033925A; NL7702633A; JPS538324A; JPS6236777B2; AU2320477A; BR7701497A; IT1083720B; FR2358220A1

Description

The Quaker Oats Company, Barrington, Illinois 60010, V.St.A.

Bindemittel für die Gießerei aus monomerem Furfurylalkohol

und Hesorein

Die Erfindung bezieht sich auf das Gießereigebiet und im spezielleren auf ein Sandbindemittelsystem unter Verwendung von Furfurylalkoholmonomer.

Im allgemeinen sind die sogenannten Furangießereibindemittel aus teilweise verharzten Gemischen hergestellt worden, die Furfurylalkohol und manchmal Furfural, Harnstoff, Formaldehyd, Phenol und dergl. enthielten.

Die gemäß der bisherigen Technik verwendeten Furanbindemittel können jeweils in eine der drei Klassen eingeteilt werden,

709863/0635

und zwar den gekochten Typ (monomeren Typ), den polymeren Typ und den phenolhaltigen Typ. Der erste Typ von Furanbindemitteln wird im allgemeinen unter Vermischen von monomerem Furfurylalkohol, Harnstoff und Formaldehyd. Einstellen des pH-Werts auf 4,5 oder höher und Kochen des erhaltenen Gemischs für 2 Stunden z.B. bei einer erhöhten Temperatur, wie 10O⁰C, hergestellt. Unter diesen Bedingungen ist die Furfurylalkoholpolymerisation sehr gering, doch führen diese Bedingungen dazu, daß das Furfurylalkoholmonomer durch Kondensation in ein Harz mit dem Harnstoff und Formaldehyd umgewandelt wird.

Zur Herstellung des Bindemittels vom sogenannten polymeren Typ wird Furfurylalkoholmonomer mit Harnstoff und/oder Harnstoff-Formaldehyd unter Einstellung des pH-Werts gut unter 4,5, wie z.B. auf 2,0, vermischt und bis zum Erhalt der gewünschten Viskosität bei z.B. 100⁰O gekocht. Gewöhnlich wird das Kondensationswasser unter vermindertem Druck abgeführt und ist das erhaltene Polymerisat ziemlich viskos. Das erhaltene Polymerisat wird dann im allgemeinen mit Furfurylalkoholmonomer oder in einigen Fällen mit Furfural verdünnt, um die gewünschte Viskosität zu erhalten.

Zur Herstellung von Furanbindemittel des dritten Typs wird eine Vorkondensation mit Phenol durchgeführt und wird das Phenol typiecherweise zuerst mit Formaldehyd z.B. unter alkalischen Bedingungen polymerisiert und wird der erhaltene Phenolaldehyd mit Furfurylalkoholpolymerisat, im allgemeinen

709303/0635

Furfurylalkohol-Formaldehyd- oder Furfurylalkohol-Harnstoff- -Formaldehyd-Polymerisat vor dem Vermischen mit Sand z.B. umgesetzt oder vermischt.

Beispiele für die Furfurylalkohol-Phenolharz-Technik sind in den US-Patentschriften 2 470 440, 3 299 167, 3 716 512, 3 793 286 und 3 874 860, der holländischen Patentanmeldung 66-08856 und der britischen Patentschrift 1 012 067 zu entnehmen.

Von besonderem Interesse ist die US-Patentschrift 2 848 430, die sich auf Tallöl-Phenolfuranharzmassen bezieht. Während nach den anderen Patentschriften eine Vorkondensation von Phenol mit verschiedenen Materialien vorgesehen ist, wird in der US-Patentschrift 2 848 430 die Verwendung eines monomeren Phenols mit Furfurylalkohol-Tallöl als Phenol-Furan-Harζ vorgeschlagen. Obwohl die meisten der in der dortigen Patentschrift angegebenen Phenolverbindungen Monohydroxyverbindungen sind, ist auch die Verwendung von Dihydroxybenzol, wie z.B. Resorcin, in Betracht gezogen worden. Die Figur 2 dieser US-Patentschrift zeigt ein Gemisch von Tallöl, Phenol und Furfurylalkohol mit einer Reihe von Zusammensetzungen der Massen, die in der dreiseitigen graphischen Darstellung erläutert sind, und eine Reihe von Zusammensetzungen der Massen entlang der Grundlinie der graphischen Darstellung zeigt einen Mischungsbereich von Phenol und Furfurylalkohol mit 35 bis 60 % Phenol.

709ÖS3/0635

In der Spalte 2, Zeile 26 der US-Patentschrift 2 848 430 ist

^! angegeben, daß von den vielen substituierten Phenolen, die ver- ; suchsweise verwendet worden sind, die Zugabe von Tallöl zu dem
Phenol-Furan-Grundsystem die chemische Umsetzung in keiner Weise

^! praktisch beeinflußt hat. Andererseits wird in dieser US-Patent-;

ι ;

schrift in dem Beispiel 7 die Wirkung von sowohl Brenzkatechin ;

!

als auch Resorcin erläutert, und es wird eindeutig festgestellt,j ! !

^! "daß Brenzkatechin zu einem wärmehärtenden Harz führt, wenn \

; I

ι es in einem Gewichtsverhältnis von 1:1:1 mit Furfural und Tallöl j kombiniert wird. Das Resorcin setzt sich nicht in dem 1:1:1- i

-Verhältnis unter Bildung des wärmehärtenden Harzes mit dem Fur-j j fural oder dem Furfurylalkohol um, Brenzkatechin bildet dem-■ gegenüber ein Harz mit Furfural, aber nicht mit Furfurylalkohol«'

i
Im Gegensatz zu diesen ausdrücklichen Lehren in der US-Patent-

schrift 2 848 430 ist nun gefunden worden, daß ein monomeres
Gemisch von Resorcin und Furfurylalkohol als säurekatalysier-
bares flüssiges Bindemittel für die Bildung von Gießereisand formen außerordentlich gut geeignet ist.

Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Herstellung von Gießereisandformen zur Verwendung als Kerne und Hohlformen vor, bei dem man ein Sandgemisch in das Formgebungselement einträgt und das Gemisch in dem Formgebungselement erhärten läßt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Sandgemisch verwendet, das au?er Sand einen Säurekatalysator und «in monomereβ Gemisch von Furfurylalkohol und Resorcin enthält.

709883/0835

-i-t

Die Erfindung schlägt außerdem ein Gieliereibindemittel vor, ι
ι das dadurch gekennzeichnet ist, daß es ein monomeres flüssiges

ί Gemisch enthält, das Furfurylalkohol und Resorcin in einer Menge von 2 bis 4-5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Gemischs,

j enthält.

! Im allgemeinen kann das Resorcin in dem Furfurylalkohol-Resor- ; cin-Gemisch in einem Anteil vorhanden sein, der von etwa 2 bis etwa 45 % oder bis zu gesättigten Lösungszustanden reicht. Es ist vorteilhafter, wenn das Resorcin in einem Anteil von-2 bis 20 % vorhanden ist, und Massen, in denen das Resorcin in einem Bereich von etwa 4 bis etwa 10 % vorhanden ist, werden am meisten bevorzugt.

Außerdem wird im allgemeinen irgendein starker Säurekatalysator des Typs, der bekanntermaßen für die Polymerisation zur Bildung von Furfurylalkoholpolymerisaten geeignet ist, bei der Erfindung verwendet. Jedoch werden starke Säuren und insbesondere die aromatischen Sulfonsäuren zur Verwendung als Katalysatoren gemäß der Erfindung am meisten bevorzugt.

Sie als säurehärtbares Gemisch verwendete Bindemittelmenge entspricht irgendeiner Menge die normalerweise in einem gebundenen Sandgemisch für Gießereizwecke benutzt wird, und z.B. sind Sandgemische, die das Bindemittel in einem Anteil von 0,5 bis etwa 3»0 % enthalten, im allgemeinen gemäß der Erfindung außerordentlich wirksam. Gemische, in denen das Bindemittel in

709683/083S

Anteilen von etwa 1 bis einschließlich 2 % enthalten ist, werden jedoch mehr "bevorzugt. Außerdem ist wegen der gemäß der Erfindung erzielten sehr großen Festigkeit die zu verwendende erforderliche Bindemittelmenge im allgemeinen geringer als die Mengen, die bisher bei Verwendung herkömmlicher Bindemittel erforderlich waren.

Wegen der hohen Reaktionsfähigkeit des Bindemittels gemäß der Erfindung kann außerdem eine geringere Konzentration von Säurekatalysator angewendet werden, um ähnliche Ablöse- und Härtungszeiten zu erzielen. Daher bringt die Verwendung des Bindemittels der Erfindung auch aufgrund der geringeren erforderlichen Mengen von dem Säurekatalysator wirtschaftliche Vorteile.

Das Bindemittel der Erfindung kann außerdem gewünschtenfalls geeignete Zusätze enthalten. Z.B. ist die Verwendung von einwertigem Phenol, wie z.B. die Zugabe von para-Cresol zu dem Bindemittel der Erfindung, möglich, obwohl diese Ausführungsform nicht bevorzugt wird.

Außerdem kann das Bindemittel polymere Furfurylalkoholbestandteile enthalten, wie z.B. prepolymerisierten Furfurylalkohol, obwohl es im allgemeinen vorteilhaft ist, wenn die Bestandteile, die dem Bindemittel der Erfindung zugegeben werden, kein Wasser, Harnstoff oder Formaldehyd enthalten.

70Ö6S3/0635

In den nachfolgenden Beispielen beziehen sich alle Gewichtsangaben auf Gewichtsteile und alle Prozente (%) auf Gewichtsprozente, bezogen auf das Gewicht des betreffenden Materials.

Beispiel 1

Furfurylalkohol (95 Teile), Resorcin (5 Teile) und ein im Handel erhältliches substituiertes Silan (Triäthoxyaminopropylsilan, als A-IlOO bezeichnet) (0,15 Teile) werden vermischt, bis eine homogene Lösung erzielt wird. Das erhaltene Gemisch stellt ein Bindemittel für die Verwendung gemäß der Erfindung dar.

Beispiel 2

Dieses Beispiel soll die Verwendung eines Bindemittels der Erfindung zur Herstellung eines erhärteten Sandgemischs mit und ohne Zugabe von Silan erläutern. Zwei Ansätze eines Gießerei sandgemischs werden folgendermaßen zubereitet: Gießereisand (3000 Teile) und Toluolsulfonsäure (55%lge Lösung in Wasser, 9»0 Teile) werden durch Verkneten vermischt, so daß die Säure in dem Gemisch gleichmäßig verteilt ist. Ein Teil des flüssigen Harzbindemittels der Erfindung, das nach dem Beispiel 1 hergestellt worden ist, wird in zwei aliquote Teile aufgeteilt, die jeweils 4-5 Gewicht steilen entsprechen, und zu einem der aliquoten Teile werden 4 Tropfen Ureidosilan mit der folgenden Formel zugegeben (50 % in Methanol):

709883/0835

-«--Μ 2710338

J-Si(OOH₂-GH,),

Jeder entsprechende aliquote Teil des Harzbindemittels wird zu einem entsprechenden Sandgemisch gegeben, und die entsprechenden Gemische werden gesondert durchmischt bzw. verknetet. Nach dem gleichmäBigen Verteilen des Harzes in dem säurekatalysierten Sandgemisch werden die aufgetriebenen katalysierten Harzgemische einem Prüfstandversuch unterworfen, während gleichseitig Probenplättchen (mit einem Querschnitt von 2,54 cm) für die Zugprüfung hergestellt werden. Die im Prüfstandversuch ermittelte Prüfstand-Lebensdauer (bench life) wird unter Verwendung einer Dietert-Sandramme festgestellt. Diese Dauer wird willkürlich festgesetzt als der Zeitpunkt bei dem die Anzahl der Hammstöße, die erforderlich sind, um ein Sollvolumen zu erreichen, doppelt so groß ist wie die A"«ph1 der Rammstöße, die zu Beginn erforderlich waren, um dieses Sollvolumen zu erreichen.

Die Zugprüfungen wurden nach dem Aufbewahren über Nacht bei der in der Tabelle I angegebenen relativen Feuchte (entweder 36 % oder 79 %) ermittelt. Die in der Tabelle I angegebenen Zugfestigkeitswerte stellen in jedem Fäll Hittelwerte von 6 Bestimmungen dar.

7098Ö3/0635

2710339

Tabelle I

Prüfstand- Härtung bei 36 % re- Härtung bei 79 % Lebensdauer lativer Feuchte relativer Feuchtd (min) Zugfestigkeit Zugfestigkeit (kg/cm²) (kg/cm²)

ohne	SiI an	10	3	7	,98	2	,8
mit	Silan	13	32	,48	25	,2
		Beispiel

Das folgende Beispiel zeigt einen Vergleich zwischen der Verwendung gemäß der Erfindung, wonach ein Bindemittel aus Furfurylalkohol und Resorcin benutzt wird, und der Verwendung einiger anderer Bindemittel, wie z.B. einem Furfurylalkoholbindemittel"und einem Furfurylalkohol-Phenol-Bindemittel. Die in jedem der Tests angewendete Bindemittelmenge beträgt 1,5 %> bezogen auf das Gewicht des Sands. Bei allen 12 Tests wurde die gleiche in der Tabelle II angegebene Katalysatormenge verwendet. Bei allen 12 Tests wurde ferner das in dem Beispiel 2 verwendete Silan in einer solchen Menge benutzt, daß es 0,15 %» bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, ausmachte. Das zum Nischen jedes Testbeispiele angewendete Verfahren entsprach dem des Beispiels 1. Sie unter der Überschrift "Prüfstand-Lebens- dauer" angegebenen Zahlen wurden nach dem in dem Beispiel 2 beschriebenen Verfahren bestimmt. Die unter der Überschrift "Zugfestigkeit¹¹ angegebenen Zahlen wurden ebenfalls nach dem in des Beispiel 2 beschriebenen Verfahren bestimmt. Die erste Rei he der Zugfestigkeitswerte in der Tabelle II wurden mit Zug-

709803/0038

prüfungsproben ermittelt, die über Nacht bei einer relativen Feuchte von 26 % aufbewahrt worden waren, und die zweite Reihe der Zugfestigkeitswerte wurde mit Zugprüfungsproben ermittelt, die über Nacht bei einer relativen Feuchte von 74 % aufbewahrt worden waren.

Tabelle II

Test Binde- % Prüfstand- Zugfestigkeit (kg/cm")

Nr. mittel Katalysator Lebens- normale rela- hohe relative (1,5 %) dauer (min) tive Feuchte Feuchte

(26 %) (74 %)

3- 1	A	29,2	7
3- 2	A	29,2	-
3- 3	A	29,2	7
3- 4	A	29,2	-
3- 5	B	30,0	13
3- 6	B	30,0	-
3- 7	B	30,0	13
3- 8	B	30,0	-
3- 9	σ	30,0	13
3-10	σ	30,0	-
3-11	σ	30,0	13
3-12	σ	30,0	11

23,45 16,8

23,8 18,55

27,65 18,2

28 15,75

18,2 15,05

16.8 12,6
19,25 15,05 17,5 12,6

17,85 14,35

21,7 13,65

18.9 14,35 18,55 14

709803/0635

- VT -

A - Furfurylalkohol, Resorcin, Silan (gemäß der Erfindung) B- Furfurylalkohol plus Silan (nicht gemäß der Erfindung) C - Furfurylalkohol plus Phenol plus Silan (nicht gemäß der

Erfindung)

Die Tests 3-1 bis 3-4 wurden unter Verwendung von 95 °/° Furfurylalkohol, 5 % Besorcin und 0,15 % Silan, bezogen auf das Bindemittel, durchgeführt. Die Beispiele 3-5 bis 3-9 wurden unter Verwendung von 100 % Furfurylalkohol und 0,15 % Silan durchgeführt. Die Beispiele 3-9 bis 3-12 wurden unter Verwendung von 95 % Furfurylalkohol, 5 % Phenol und 0,15 % Silan durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Tests sind in der Tabelle II angegeben. Diese Ergebnisse zeigen, daß das Furfurylalkohol und Resorcin enthaltende Bindemittel etwa die halbe Prüfstand-Lebensdauer als die meisten Bindemittel und die doppelte Härtungsgeschwindigkeit wie solche Bindemittel, die 100 % Furfurylalkohol oder Furfurylalkohol und Phenol enthalten, hat. Die Tests Nr. 3-1 "bis 3-4 sind die einzigen Tests, die gemäß der Erfindung durchgeführt worden sind. Die Testergebnisse zei--| gen bezüglich der Zugfestigkeit, daß das Resorcin enthaltende Bindemittel gemäß der Erfindung eindeutig solchen Bindemitteln weit überlegen ist, die nur Furfurylalkohol oder Furfurylalkohol gemeinsam mit Phenol enthalten.

Beispiel 4

Zweck dieses Beispiels ist, die Verwendung von Bindemitteln

gemäß der Erfindung Mit der Verwendung sehr gut bewerteter im Handel erhältlicher Bindemittel zu vergleichen.

Bei jedem der Tests des Beispiels 4, die in der nachfolgenden Tabelle III zusammengefaßt angegeben werden, wird das Binde·*- mittel mit einer Konzentration von 1 #, bezogen auf das Gewicht des Sandgemischs, verwendet, ist der Katalysator entweder Benzolsulfonsäure (BSA) oder Toluolsulfonsäure (TSA), wird die Prüfstand-Lebensdauer bestimmt, wie in dem Beispiel 2 angegeben ist, und werden die Zugfestigkeitswerte ermittelt, wie in dem Beispiel 2 angegeben ist, und zwar nach dem Aufbewahren der Proben über Nacht unter Bedingungen normaler relativer Feuchte. Sie in der Tabelle III angegebene Mindestablösedauer stellt die Zeitdauer dar, nach welcher nach Meinung des Versuchsführers die Testproben sicher aus dem Pormgebungselement gelost werden konnten. Diese Tests werden durchgeführt, indem eine Probe das Harzgemisch in einen Papierbecher eingetragen und wiederholt die Entfernbarkeit der Nasse aus den Becher geprüft wird.

Öle Tests 4-1, 4-3 und 4-5 wurden unter Verwendung eines sehr gut bewerteten im Handel erhaltlichen Harzes, das eich vom Furfurylalkohol ableitet (als "Ghemaet 505" bekannt, von T.H. Thiem Corporation), durchgeführt. Bei den Teste 4-2, 4-4 und 4-6 wurde das Harz gemäfi der Srfisdung aus 95 % Furfurylalkohol und 5 % Resorcin sowie 0,15 % Silan (gaaaa-Aminopropyltriathoxyeilan, A-1100, T.H.Union Carbide) verwendet.

Die Tests 4-1 und 4-2 wurden zum Vergleich der Prüfstand-Lebensdauer, der Zugfestigkeit nach dem Aufbewahren über Nacht und der MindeStablösedauer durchgeführt, wobei 15 % Katalysator (Benzolsulfonsäure) bei dem unter Verwendung von Chemset 505 Test als Grundlage für den Vergleich des sonst identischen Testverfahrens mit dem Bindemittel der Erfindung (4-2) eingesetzt wurden. Es wird festgestellt, daß die Prüfstand-Lebensdauer des Bindemittels der Erfindung etwa ein Drittel derjenigen von Chemset 505 beträgt und daß trotz der hohen Härtungsgeschwindigkeit die Zugfestigkeit im wesentlichen gleich ist. Außerdem beträgt die Ablösedauer bei Verwendung des Bindemittels der Erfindung etwa ein Drittel derjenigen, die bei Verwendung des sehr gut bewerteten im Handel erhältlichen Bindemittels erhalten wird.

Bei Vergleich der Tests 4-5 und 4-4 wird festgestellt, daß bei einer Katalysatorkonzentration von 30 % (Toluolsulfonsäure) Bindemittel der Erfindung etwa die halbe Prüfstand-Lebensdauer und die halbe Ablöeedauer haben als die betreffenden Zeitspan nen, die bei Verwendung von Chemset 505 unter sonst gleichen Testbedingungen erhalten werden. Trotz der hohen Härtungsgeschwindigkeit und der kurzen Ablösedauer, die gemäß der Erfindung zu erzielen sind, sind die Zugfestigkeitswerte praktisch denjenigen gleich, die bei Verwendung des sehr gut bewerteten im Handel erhältlichen Chemset 505 erhalten werden.

Beim Vergleich der Tests 4-5 und 4-6 ist ersichtlich, daß,

709883/0635

wenn Toluolsulfonsäure in einer Konzentration von 10 % eingesetzt wird, das Verfahren der Erfindung eine Prüfstand-Lebensdauer ergibt, die annähernd ein Viertel derjenigen ist,
welche bei Verwendung von Ohemset 505 erzielt wird, und daß
die Mindestablösedauer bei Verwendung des Bindemittels der
Erfindung 220 Minuten beträgt gegenüber 7 Stunden bei Verwendung von Chemset 505· Bei dem letzteren Vergleich ist zu erkennen, daß trotz der sehr schnellen Ablösedauer die Zugfestigkeit nach dem Härten über Nacht bei Verwendung des Bindemittels der Erfindung weit derjenigen überlegen ist, die bei Verwendung von Ghemset 505 unter sonst gleichen Bedingungen erzielt wird.

Tabelle III

Test Bindemittel Kata- % Kata- Prüfstand- Zugfestig- Ablöse-

lysator lysator Lebens- keit nach dauer

dauer (min) dem Här- (min) ten über
Nacht _o
(kg/cm^)

4-1 Chemset 505 BSA

4-2 95/5⁺ BSA

4-3 Chemset 505 TSA

4-4- 95/5 TSA

4-5 Chemset 505 TSA

4-6 95/5 TSA

15	46	24,85
	15	24,5
30	26	28
30	13	28
10	210	13,65
10	51	17,85

104

33 56

27

>7 Stundex 220

⁺95/5 bedeutet ein Bindemittel aus 95 % Furfurylalkohol, 5 % Resorcin und 0,15 % SiIan gemäß der Erfindung.

70988 3/0635

Beispiel 5

Eine bestimmte Menge des Bindemittels der Erfindung, das wie in dem Beispiel 2 hergestellt worden war, und zwar unter Zugabe von Silan, wurde in 4- Testproben geteilt, und die entsprechenden Testproben wurden einer Langzeitlagerung bei minus 1O°C, 0⁰C, 25°C und 55⁰C unterworfen. Nach drei Monaten
wurde der Test noch fortgeführt, doch zeigten die für 3 Monate bei minus 1O⁰C gelagerten Proben weder ein Anzeichen für ein Erstarren noch die Entwicklung irgendeiner zweiten Phase.

Gleichfalls zeigte die bei O⁰C gelagerte Probe keine Erstarrungsneigung und keine Entwicklung einer zweiten Phase.

Die bei Raumtemperatur gelagerte Probe zeigte keine Viskositätsänderung und keine Entwicklung einer zweiten Phase. Die
bei 55°C gelagerte Probe ( ein Test "mit beschleunigter Alterung") ließ keine Viskositätszunahme und keine Entwicklung
einer zweiten Phase erkennen.

Beispiel 6

Dieses Beispiel soll einen Vergleich von Ergebnissen gestatten, die bei Verwendung von Bindemitteln gemäß der Erfindung und von Bindemitteln erhalten werden, welche aus einem Gemisch von Furfurylalkohol und verschiedenen einwertigen und zweiwertigen Phenolen bestehen.

7098Ö3/0635

Das Verfahren des Beispiels 2 unter Verwendung von Silan wird wiederholt, wobei die in der Tabelle IV angegebenen Bindemittel verwendet werden. Von den in der Tabelle IV angegebenen Tests ist nur der Test 6-1 gemäß der Erfindung durchgeführt worden, um als Vergleichsgrundlage zu dienen.

Jede in der Tabelle IV angegebene mittlere Zugfestigkeit stellt den Mittelwert von 24 Tests dar (6 an jeweils 4 Tagen), die Werte für die Prüfstand-Lebensdauer und die prozentuale relative Feuchte sind Mittelwerte von den 4 Tagen.

Bei dem Test 6-1, bei dem das Bindemittel gemäß der Erfindung Resorcin enthält, werden weit überlegene Zugfestigkeitswerte gegenüber den Werten erhalten, die unter Verwendung anderer Phenole anstelle von Resorcin erzielt werden. Bei einem Vergleich z.B. der Tests 6-1 und 6-6 ist zu ersehen, daß bei Verwendung von Resorcin gegenüber einer Verwendung von Phenol eine Zugfestigkeit erzielt wird, die um mehr als 7 kg/cm größer ist.

701883/0635

Tabelle IV

Zugfestigkeit, kg/cm^£

52 % relative Feuchte 80 % relative Feuchte

Test Hr.	Phenolverbin dung	Mittel
6-1	Besorein	52,55
6-2	5,5-Xylenol	26,25
6-5	m-Cresol	26,18
6-4	p-Cresol	26,52
6-5	Brenzkatechin	24,15
6-6	Phenol	24,29
6-7	Hydroquinon	22,82
6-8	Octylphenyl	24,99
6-9	4,4-Dihydroxydi- phenylsulfon	24,29
6-10	Bisphenol A	26,74

Bereich

Mittel

21,7 - 42 14 - 36,75 14 - 54,65 20,30- 33,25 18,2 - 29,75 15,4 - 31,5 15,4 - 36,4 16,1 - 31,5

16,1 - 31,15 22,75- 32,2

27,93
24,22
22,19

22,75
20,65
19,81
21,49
21,42

22,26
21,07

Bereich

10,15

10,5

15,75

16,45

14,7

16,45

14,7

40,25

33,39

31,5

28

27,65

30,45

29,75

15,05 - 30,45 13,3 - 27,3

Prüf-

stand-

Lebens-

dauer

(min)

14

23 22 12 14 16 12 24

14 16

O CJ U)

Gemäß der Erfindung wird ein hocliwirksames Gießereibindemittel durch bloßes Vermischen von Furfurylalkoholmonomer (einer Flüssigkeit) mit Resorcin (einer festen Substanz bei normaler Raumtemperatur) gebildet, wobei das erhaltene Bindemittel eine stark fließfähige flüssige Lösung ist, welche eine sehr große Zugfestigkeit und eine sehr schnelle Härtungsdauer und Ablösedauer ergibt.

Außerdem entfällt die kostspielige und zeitraubende Vorbehandlung des Furfurylalkohols entweder unter eigener Umsetzung oder Umsetzung gemeinsam mit Harnstoff, Formaldehyd oder beiden Umsetzungen oder unter Kondensation von Furfurylalkohol mit einem Phenol-Formaldehyd-Kondensationsprodukt bei der Herstellung eines Gießereibindemittels, und zwar ohne Beeinträchtigung der Zugfestigkeit und mit verbesserter Ablösedauer im Vergleich mit den Leistungsergebnissen unter Verwendung eines sehr gut bewerteten im Handel erhältlichen Furanbindemittels.

Außerdem wird bei der Erfindung die nachteilige Belastung der Umwelt durch Formaldehyd während der Herstellung des Harzes, während der Herstellung des Sandgemischs und schließlich während des Metallgießens in die erhärtete Sandform ausge schaltet. Außerdem wird das Auftreten von Stickstoffjeliminiert, der, wie angenommen wird, erzeugt wird, wenn harnstoffhaltige Bindemittel verwendet werden, wodurch die gemäß der Erfindung hergestellte Sandform zur Bildung von zahlreichen Stahlformgußstücken wie auch Eisenformgußstücken geeignet ist, wobei

das Problem der Gasporenbildung ausgeschaltet ist.

Wie der obigen Beschreibung zu entnehmen ist, enthält das Bindemittel der Erfindung kein Wasser, und es ist festgestellt worden, daß das Durchhärten bei Verwendung des Bindemittels der Erfindung vollständig und schnell stattfindet, wobei der nachteilige Einfluß von Wasser in den bisher zur Verfügung stehenden Bindemitteln entfällt.

Dem obigen Beispiel 2 ist zu entnehmen, daß die Verwendung eines reaktionsfähigen Silans, vorzugsweise entweder eines Vinyl- oder Aminosilans, bei Durchführung der Erfindung sehr vorteilhaft ist. Im allgemeinen wird die Verwendung von substituierten Siiinverbindungen bevorzugt, bei denen das Molekulargewicht des SiIanteils weniger als etwa 500 beträgt. Jedoch können irgendwelche im Handel erhältlichen Silane mit Vorteil bei der Erfindung verwendet werden, von denen bekannt ist, daß sie Promotoren für die Glas- oder Zieselsäureadhäsion sind. Im allgemeinen wird der Adhäsionspromotor, das SiIan, in einer Menge von 0,1 bis 3 %<, bezogen auf das Gewicht des Harzes, zugegeben. Es ist vorteilhaft, das SiIan dem Harz zuzugeben und gut zu verteilen, bevor das Bindemittel auf dem Sand verteilt wird.

Zur Erläuterung zahlreicher Silane, die mit Vorteil gemäß der Erfindung verwendet werden kommen, werden die nachfolgenden speziellen Beispiele angegeben, welche die Erfindung jedoch

083

nicht beschränken sollen. Z.B. kann irgendeine der in der US-Patentschrift 3 737 4-30 beschriebenen Organosiliciumverbindungen verwendet werden. Außerdem gehören zu anderen speziellen Beispielen die folgenden Silane:

gamma-Mercaptopropyltrimethoxysilan N-beta-(Aminoäthyl)-gamma-aminopropyltrimethoxysilan beta- ( 3 > 4—Epoxycyclohexyl) äthyltrimethoxysilan gamma-Glycidoxypropyltrimethoxysilan gamma-Aminopropyltriphenoxysi1an gamma-Aminopropyltribenzoyoxysi1an gamma-Aminopropyltrifurfuroxysilan gamma-Aminopropyl tri(o-chlorophenoxy)silan gamma-Aminopropyltri(p-chlorophenoxy)silan und gamma-Aminopropyltri(tetrahydrofurfuroxy)silan Methyl/2-(gamma-triäthoxysilypropyl-amino)äthyl amino/ 3-proplonat in Methanol

modifiziertes Aminoorganosilan Ureidosilan

Mercaptoäthyltriäthoxysilan Ohloropropyltrimethoxyßilan Vinyltrichlorosilan Vinyltriäthoxyeilan Vinyltrimethoxysilan gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilanv a~:. -..

gamma-Methacryloxypropyltri(2-methoxyäthoxy)8ilan gamma-ölycidoxypropyltrimethoxysilan Vinyltriacetoxysilan

gamma-Mercaptopropyltrimethoxysilan gamma-Aminopropyltriätlioxysilan N-beta(Aminoethyl)-gamma-amino-propyltrimethoxysilan

Im allgemeinen ist es vorteilhaft, das zu verwendende Silan in einer solchen Menge einzusetzen, daß etwa 0,15 %» bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, zur Verfugung stehen.

Außerdem wird vorgeschlagen, eine konzentrierte Lösung von Furfurylalkohol und Resorcin für Lagerzwecke herzustellen, wobei das Konzentrat z.B. im Verhältnis 1:8 mit monomerem Furfurylalkohol verdünnt werden kann, um die bevorzugte 5%ige Resorcinlösung zu erhalten. Es ist vorteilhaft, wenn das Konzentrat außerdem eine relativ hohe Silankonzentration enthält, so daß nach dem Verdünnen bevorzugte Silankonzentrationen in dem erhaltenen Bindemittel enthalten sind.

Dr.Ve/Za

Claims

IBERLlNSS SMUNCHENtO J», PARTNER ΡΙ·η»η«ι»ΛΐΛι 1 ppC J», PARTNER PA-Am». Df. Im. RukMw "Γ. ΚϋΟΐ/ΠΛΕ & ΓAK I INCK PA-Aiw. Dipl.-Uig. 8OtEA*3* PATENTANWÄLTE "^ BERLIN -MÖNCHEN Quxiratar Barite TELEX: 1SS7tS TELEX: S227S7 Q 79 The Quaker Oats Company, Barrington, Illinois 60010, V.St.A. Bindemittel für die Gießerei aus monomerem Furfurylalkohol und Resorcin Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Gießereisandformen zur Verwendung als Kerne und Hohlformen unter Eintragen eines oandgemischs in ein Formgebungselement und Erhärten des Gemische in dem Fonngebungselement, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Sandgemisch verwendet, das außer Sand einen .Säurekatalysator und ein monomeres Gemisch von Furfurylalkohol und Resorcin enthält.

70fl883/0G35

ORIGINAL INSPECTED

2. Verfahren zur Herstellung von Sandformen zur Verwendung als Gießereikerne und -hohlformen, dadurch gekennzeichnet, daß man mit Sand einen Säurekatalysator vermischt und dann mit dem Sand-Katalysator-Gemisch ein Bindemittel vermischt, das Furfurylalkoholmonomer und Resorcin enthält, wobei man das Bindemittel in einer Menge von 0,5 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des erhaltenen Gemischs, zu mi. seht und den Katalysator in einer Menge in dem Bereich von 5 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, anwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das monomere Gemisch von Furfurylalkohol und Resorcin 2 bis 45 % Resorcin enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, ■ daß das monomere Gemisch von Furfurylalkohol und Resorcin ' 4 bis 10 % Resorcin enthält.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Säurekatalysator eine aromatische Sulfonsäure ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch von Furfurylalkohol und Resorcin außerdem ein Silan enthält.

709883/06 3 5

7· Gießereibindemittel, bestehend aus einem monomeren flüssigen Gemisch, das Furfurylalkohol und Resorcin in einer
Menge von 2 bis 4-5 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Gemischs, enthält.

8· Gießereibindemittel nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß es etwa 0,1 bis 3 Gew.-% eines Silans enthält.

700063/0635

Dr.Vo/Za