BINDER COMPOSITION FOR MOULDING

Abstract: The binder composition for consolidating the moulding sand for foundry purposes consists of an alkali metal silicate, preferably sodium silicate, a polyhydric alcohol and further additives, modified carbohydrates, non-hygroscopic starch, a metal oxide and a filler being envisaged as additives.

Description: Bindemittelgemisch zur Verfestigung Die Erfindung betrifft ein Bindemittelgemisch zur Verfestigung des Formsandes für Giesserei zwecke, bestehend aus einem Alkalimetallsilikat, vorzugsweise Natriumsilikat, einem mehrwertigen Alkohol, und weiteren Additiven sowie ein Verfahren zur Herstellung von Giessereiformen. Bei der Verwendung der zur Zeit üblichen Bindemittelgemische ergeben sich teilweise folgende Schwierigkeiten: Einige Komponenten der herkömmlichen Gemische haben nicht nur einen starken, unangenehmen Geruch, sondern sind auch giftig und daher gesundheitsschädlich. Sie belasten die Umwelt und ihre Abfallprodukte müssen mit einem hohen finanziellen Aufwand beseitigt werden. Ein anderes Problem besteht darin, dass sich die mit einigen Bindemittelgemischen hergestellten Giessformen nach der Abkühlphase nur unter grossen Schwierigkeiten von dem ausgehärteten Modell entfernen lassen. Bei komplizierteren Formgebungen ist es haufig notwendig, die Giessform in sorgfältiger Handarbeit zu entfernen. Dabei besteht die Gefahr der Beschädigung der Oberfläche des Modells. Dazu kommt, dass dieser zusätzliche Aufwand grosse finanzielle Zusatzkosten verursacht, die sich unweigerlich in einer Verteuerung der Giessformen niederschlagen. Es hat sich ausserdem gezeigt, dass die mit den seitherigen Bindemittelgemischen gegossene Formen teilweise hygroskopische Eigenschaften zeigen und daher ihre Formbeständigkeit nur von kurzer Dauer ist. Dieses Phänomen erschwert eine gewisse Vorratshaltung und damit eine rationelle Arbeitsweise. Die Erfindung löst diese Probleme dadurch, dass als Additive modifizierte Kohlehydrate, nichthygroskopische Stärke, Metalloxid und ein Füllstoff vorgesehen sind. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass im Natriumsilikat ein Verhältnis von Na20 : SiO2 = 1 : 2 bis 1 : 3 besteht. Diese Komponenten des Bindemittelgemisches sind geruchlos und völlig ungefährlich, ja sogar essbar. Der Umgang und das Arbeiten mit den Sandgemischen, die diese Komponenten enthalten, erfordern keinerlei w Schutzmassnahmen; die Beseitigung der Abfallprodukte ist völlig problemlos. Der eigentliche Binder verbrennt beim Giessprozess bei ungefähr 2000C. Dabei brechen die durch ihn hervorgerufenen Bindungen zwischen den Sandkörnern zusammen, mit der Folge, dass die Sandform zerfällt und aus komplizierten Raumformen herausbröselt. Dadurch erubrigt sich ein vorher notwendiger, zusätzlicher Arbeitsvorgang, bei dem die Giessform mit viel Mühe von dem gegossenen Modell entfernt werden musste. Auf der anderen Seite sind die aus Sand und dem erfindungsgemässen Bindemittelgemisch hergestellten Giessformen gegen Feuchtigkeitseinflflsse absolut beständig. Das Natriumsilikat und das modifizierte Kohlehydrat sind Hauptkomponenten und bedingen folgende charakteristische Eigenschaften dieses Bindersystems: Es zeichnet sich durch eine geringe Viskosität und eine durch diese Komponenten bedingte Feuchtigkeitsbeständigkeit aus. Ausserdem weist dieses System vollständige chemische Reaktionen mit den Gelierreagenzien und erhöhte Reaktionsraten gegenüber den nichtmodifizierten Natriumsilikat-Bindersystemen auf. Ein weiterer Unterschied gegenüber den nichtmodifizierten Natriumsilikat-Bindersystemen liegt in dem tieferen Gefrierpunkt und einer erhöhten Elastizität der Bindungen zwischen den Sandkörnern nach dem Geliervorgang. Weiterhin zeichnet sich dieses System durch einen reduzierten Katalysatorverbrauch aus. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das modifizierte Kohlehydrat ein nichthygroskopisches Stärkehydrolysat mit einer Re duktionskraft 6 - 15 % ist, das auch als Pulver mit -100 mesh bis -200 mesh zugesetzt werden kann. Es ist weiterhin vorgesehen, dass die nichthygroskopische Stärke und das Metalloxid (vorzugsweise Eisenoxid) in Pulverform und in einer Menge von 0,25 bis'1 Gew. X der Sandmenge zugesetzt werden. Dadurch wird eine gewisse Fliessfähigkeit und das Durchhärten erreicht. Der Zusatz der nichthygroskopischen Stärke und des Metalloxids zum Sand erfolgt vor der Zugabe des Natriumsilikats und des modifizierten Kohlehydrats. Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, dass als Füllstoff ein Schmiermittel, beispielsweise in Pulverform in einer Menge von 1 bis 2 Gew. X der Sandmenge oder aber als öl in einer Menge von 0,10 - 0,25 Gew. X der Sandmenge zugesetzt wird. Durch die Zugabe dieses Schmiermittels wird die Fliessfähigkeit der Sandmischung verbessert. Die nichthygroskopische Stär- ke, das Metalloxid sowie das Schmiermittel bewirken in dem erfindungsgemässen Bindersystem eine Erhöhung der Zugfestigkeit des Binders von nahezu 25 X. Diese charakteristische Eigenschaft kann noch durch den Einsatz von C02 oder eines chemischen Katalysators verbessert werden. Die erfindungsgemässe Mischung zeigt, bedingt durch eine schnelle Trocknung, innerhalb kurzer Zeit eine hohe Festigkeit. Es ist auch bemerkenswert, dass die abgebundenen Sandformen zur Erreichung einer Dehydrierung nicht im Ofen getrocknet oder gebrannt werden müssen. Dieser Vorteil schlägt sich in einer grossen Ersparnis an Energie und Arbeitsaufwand und damit an Herstellungskosten nieder. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass als Katalysatoren Esterverbindungen, aus einem mehrwertigen Alkohol und organischen Säuren, eingesetzt werden. Folgende Säuren haben sich als besonders geeignet erwiesen: Essigsäure, Carbon Saure, Zitronensäure, Glutarsäure und Bernsteinsäure. Diese verschiedenen Ester werden in unterschiedlichen Mengen und Kombinationen gemischt. Art und Menge des Katalysators beeinflussen die Produktionszeitder Giessformen, die sich von 2 Minuten bis mehrere Stunden erstrecken kann. Bei dem Verfahren zur Herstellung von Giessereiformen kann als Formsand jeder in der Biessereitechnik übliche Sand, wie z.B. Zirkon, Chromit, Olivin, und Silikat verwendet werden. Der Anteil des Formsandes beläuft sich ungefähr auf 96,5 X, der der Natriumsilikatlösung auf 3 X, der der Stärke und des Metalloxids auf 0,5 Z und der des Schmiermittels bis zu 0,25 X. Wird ein Katalysator verwendet, so wird dieser in einer Menge von ungefähr 0,3 X zugesetzt. Das Verhältnis der Vorbereitungszeit zur Härtungszeit beträgt 1 : 2. Die mit dem erfindungsgemassen Bindemittelgemisch und dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten 6Giessformen haben eine lange Haltbarkeit, die sich ungefähr auf 30 Tage beläuft, wobei für die Aufbewahrung der fertigen Giessereiformen keine besonderen Anforderungen gestellt sind. Der Binder verbrennt beim Giessprozess bei unge fähr 2000C, wobei das Sandgefuge lose wird und abbroselt.

Claims: Binder composition for hardening the moulding sand for moulding purposes, with a sodium silicate solution, characterised by the further additives: polyhydric alcohol a non-hygroscopic starch hydrolysis product with a reduction power of 5 to l5% non-hygroscopic starch iron oxide and a lubricant, in which case the non-hygroscopic starch and the iron oxide are added in powdered form in a quantity of 0.25 to 2% by weight of the quantity of sand. Binder according to claim 1, characterized in that in the sodium silicate of the sodium silicate solution, the ratio of Na₂O to SiO₂ is from 1:2 to 1:3. Binder according to one of claims 1 to 2, characterised in that the non-hygroscopic starch hydrolysis product is added with a reduction power of 6 to 15% as powder with 0.149 mm (100 mesh) to 0.074 mm (200 mesh). Binder composition according to one of claims 1 to 3, characterised in that the lubricant is added in powdered form in a quantity of 1 to 2% by weight of the sand quantity. Binder composition according to claim 4, characterized in that the lubricant is added as oil in a quantity of 0.10 - O.25% by weight of the sand quantity. Binder according to one of claims 1 to 5, characterised in that the catalyst is an ester compound or carbonic acid. Binder according to claim 6, characterised in that the ester compound is an ester composed of a polyhydric alcohol and an organic acid. Use of the binder compound according to one of claims 1 to 7 for manufacturing mouldings, wherein the non-hygroscopic starch and the iron oxide are added to the sand before the addition of the sodium silicate solution and the non-hygroscopic starch hydrolysis product with a reduction power of 6 to 15%.

Inventors: COBETT, THOMAS A.
Applicants: BI-TEC GMBH GESELLSCHAFT FUER BINDEMITTEL-TECHNOLOGIE
Application year: 1985
Main classification: B22C1
IPC codes: B22C1