WO2020049075A1 - Method for producing a metal casting or a cured moulding using an aliphatic binder system - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a process (i) for producing a metallic casting and / or (ii) for producing a hardened molding, selected from the group consisting of casting mold, core and feeder, for use in casting metallic castings, and a molding material mixture, in particular for use in this process.
- the present invention relates to the use of an aliphatic polymer, which is crosslinked by one or more aliphatic polyisocyanates and comprises hydroxyl groups, as a binder of a molded part for use in the casting of metallic castings.
- the present invention likewise relates to a hardened molded part for use in the casting of metallic castings, including a molded part which is stable on green, and preferably can be produced by the process according to the invention.
- the present invention also relates to the use of biopolymers from the group of poly-D-glucosamines as binders or binder components for the production of a green part which is stable in the foundry industry.
- Foundry molded parts used in metal casting (hereinafter also referred to as "molded parts"), in particular cores, molds and feeders (including feeder caps and coverings or feeder sleeves), consist regularly of a refractory base material which, depending on the application, contains one or more refractory solids , for example quartz sand, and / or one or more particulate light fillers, for example spheres from fly ash, and a suitable binder which the molded part after removal from the mold (such as a molded part box such as a core box or a molded box, see below) gives sufficient mechanical strength.
- the mixture of molding raw material and binding agent which may also contain other additives, is referred to as a “molding material mixture”.
- Refractory solids are preferably particulate and in a free-flowing form, so that after incorporation into a molding material mixture they can be filled into a suitable hollow mold (the molding tool, see above) and compressed there.
- feeders and cores are usually introduced into a mold in core shooters under pressure, i.e. “shot”. Smaller moldings are often also shot, while larger moldings, especially larger molds, are usually molded in a mold box by stamping. In general, all molded parts can also be produced by stamping in appropriate shapes, for example using the hand molding method.
- Molded parts such as molds, cores and feeders must meet various typical foundry requirements. The type and extent of the fulfillment of these requirements are essentially determined by the binder used to manufacture them:
- the molded part After the production of a molded part, ie immediately after the molded part has been removed from the production tool, the molded part should have the highest possible strength.
- the strengths at this point in time (“initial strength”, also referred to as “green stability”, see also below) are particularly important for the safe handling of cores, molds or feeders when they are removed from the manufacturing tool.
- a high so-called final strength i.e. the strength after the molded part has completely hardened
- a high temperature resistance of a molded part during the actual metal casting are important, especially for cores and molds, so that the molded part does not deform under the weight of the cast metal (i.e.
- a good one Retains its shape during the casting process (also known as “cast resistance”) and the metal casting made with it can be made as far as possible without casting defects.
- the molded parts used have as clean or smooth a surface as possible without distortions or the like, since otherwise surface defects of the molded parts can be transferred to the surfaces of the metal castings produced with them.
- the high resistance of the molded parts to aqueous moisture is a great advantage.
- such a high level of moisture resistance allows the molded parts to be stored for a longer period of time, even under demanding climatic conditions (warm, humid climate) and ideally over several days or weeks, which makes it easier or even possible to produce molded parts in stock and store them.
- the industrial production of metal castings with these molded parts gains considerable flexibility.
- Finishing agents are release agents on a ceramic basis, which in certain cases are intended to prevent direct contact between molded parts, for example cores, and the molten metal, so that they can better withstand the high thermal loads during metal casting.
- molded parts remove as little thermal energy from the molten metal as possible, for example through reactions of the binder, such as can occur in known melting reactions of water glass binders. Such a withdrawal of thermal energy can lead to premature solidification of the molten metal and thus to an incomplete casting.
- This characterization of a binder by its properties of absorbing thermal energy itself is also referred to as its "deterrent behavior".
- a molded part should then decompose as much as possible under the influence of the heat emitted by the casting metal in such a way that it loses its mechanical strength, that is to say the cohesion between individual particles of the base material is lost.
- the molded part then disintegrates into fine particles of the basic molding material, which can be removed from the metal casting effortlessly and with as little residue as possible. If the molded part is a core, such advantageous disintegration properties lead to a particularly good removability of a metal casting.
- the decomposition of the molded part which is usually accompanied by thermal decomposition of the binder, is as emission-free as possible, i.e. without the emission of unpleasant smells and / or even substances that are hazardous to health, in order to minimize, reduce or ideally exclude any nuisance or health risks to the personnel working in the foundry.
- Such an impairment due to unpleasant smells and / or substances hazardous to health can occur especially when casting with the hot molten metal, in which case the feeders, which usually protrude from the mold, are the main cause, but also after the metal casting has solidified, when this is freed from the mold ("unpacked” or "demolded”).
- Various organic and inorganic binders are already known for the production of molded parts for the foundry industry, all of which have limitations or disadvantages typical of them.
- thermosetting process Today it is mainly used in the large-scale production of cores.
- Cold-hardening processes are processes that are carried out essentially without heating the mold used for core production, usually. at room temperature or at a temperature caused by any, usually chemical, reaction. Curing is carried out, for example, by a gas which is passed through the molding material mixture to be hardened and thereby triggers a corresponding chemical reaction.
- An example of such a cold-hardening process is the so-called “cold box process”, which is used extensively in the foundry industry today.
- both hot-box processes and cold-box processes use organic binders based on phenolic resin. Irrespective of their exact composition, these have the disadvantage that, in the event of their desired decomposition, they are partly caused by the temperatures prevailing during metal casting. considerable amounts of pollutants such as Release benzene, toluene and xylene (also abbreviated "BTX").
- BTX toluene and xylene
- the metal casting of such organic binders generally leads to undesirable odor and smoke or smoke emissions. In some such binder systems, undesirable emissions occur even during the manufacture and / or storage of the molded parts.
- corresponding inorganic binders which do not have the aforementioned phenomenon of releasing undesirable odors or pollutants during metal casting, or do so only to a much lesser extent.
- An example of such an inorganic binder is water glass.
- the corresponding molding material mixture essentially consists of molding material, for example quartz sand, and water glass (as an aqueous solution of alkali silicates). The shaped molding material mixtures are cured, for example, by gassing with CO 2 .
- inorganic binders are associated with other, typical disadvantages: moldings made from inorganic binders often have only low strengths. This is particularly evident immediately after the molded part has been removed from the tool. In addition, their often low moisture resistance leads to a limited shelf life of the manufactured products Molded parts. In addition, inorganic binders often do not have sufficient disintegration properties, which means that time-consuming reworking of the metal castings produced with corresponding molded parts is necessary. It is also known that waterglass-bound feeders generally have less good insulation properties than feeders bound with organic binders.
- inorganic binder systems such as water glass are also known for noticeably absorbing, ie consuming, thermal energy when casting metal, which causes the molten metal to solidify relatively early, so that casting errors can occur. This is especially true for iron and steel casting with the high casting temperatures required there.
- organic binders as well as processes for the production of molded parts using such binders are already discussed in the prior art:
- Document DE 196 154 00 A1 describes a polymer, its use as a binder for the production of ceramic green bodies and a method for the production of ceramic objects.
- JPH 061 57860 A describes water-resistant compositions.
- Document EP 677 346 A2 relates to a casting process using a synthetic resin casting core, a synthetic resin core and a casting workpiece.
- Document WO 2011/044003 A2 relates to resins for cast sand based on lignite-urethane with improved performance.
- a binder for a molded part in the casting of metallic castings which has or effects one, several and, ideally, all of the advantageous relevant properties specified above, and for a molding material mixture for use in such a process.
- a molded part which has one, more and, ideally, all of the relevant properties mentioned in connection with the method described above.
- a specific object of the present invention was also to provide a hardened molded part for use in the casting of metallic castings, which has one, several and ideally all of the relevant properties mentioned in connection with the method described above.
- V1 Preparation of a molding material mixture comprising the following constituents (or consisting of the following constituents): a) at least one molding raw material, b) one or more aliphatic polymers, each comprising structural units of the formula I containing hydroxyl groups
- hardener component one or both components selected from the group consisting of: d) one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines c2) one or more, preferably water-dispersible and / or aliphatic, polyisocyanates, as crosslinking agents for hydroxyl groups of the aliphatic polymer or polymers; and d) water;
- hardened molded parts for the foundry industry can be produced, in particular molds, cores and feeders (insulating feeders and exothermic feeders, including feeder caps and feeder sleeves), which have a large number of advantageous properties.
- molds, cores and feeders insulating feeders and exothermic feeders, including feeder caps and feeder sleeves
- advantageous properties listed above can be achieved.
- All variants and configurations of the method according to the invention have in common that only low emissions of odor and / or pollutants as well as of smoke or smoke occur in them. In preferred embodiments of the method according to the invention, only very low emissions of odorous and / or pollutants as well as smoke or smoke occur.
- all variants and configurations of the method according to the invention have in common that the molded parts produced thereafter have little tendency to absorb thermal energy and exhibit advantageous quenching behavior.
- the molding material mixture in step V1) is preferably prepared by intensively mixing components a) to d) with one another in order to obtain a homogeneous distribution in the molding material mixture.
- the components are mixed with one another in a manner known per se, for example with a stirrer suitable for this purpose, for example a paddle stirrer.
- a stirrer suitable for this purpose for example a paddle stirrer.
- a paddle stirrer for preferred configurations of components a) to c) see below.
- step V2) the molding material mixture is formed into a three-dimensional structure, selected from the casting mold, core and feeder (including feeder caps and feeder sleeves).
- Step V2) is preferably carried out in a molding tool.
- the term “molding tool” denotes any tool that can be used in the foundry industry for molding molded parts, preferably selected from the group consisting of casting mold, core and feeder (including feeder caps and feeder sleeves), in particular molded part boxes (including mold boxes and core boxes) and shooting machines for shooting molded parts, in particular core shooting machines.
- the ratio of total moisture content to total solids content in the molding material mixture is preferably adjusted before or during molding of the molding material mixture such that the molding material mixture can be fired in a shooting machine or in a molding box is stompable. This setting is readily possible for the person skilled in the art.
- Step V3) of the method according to the invention specified above comprises hardening the molded molding material mixture or a non-hardened secondary product resulting therefrom, so that a hardened molded part results.
- the hardening in step V3) results in an at least dimensionally hardened molded part.
- “Dimensionally stable” in this context means that a molded part with this property retains its shape in this way, also e.g. after removal of the molding tool, that it can be handled at least without loss or impairment of its shape and can be transported, for example, to a subsequent further processing site at the production site.
- the hardening of the shaped molding material mixture or a non-hardened secondary product resulting therefrom in step V3) comprises one, two or all three steps (in each case as far as applicable in a specific variant or configuration of the method according to the invention) selected from the group consisting of:
- step V32 treatment of the shaped molding material mixture and / or of the resulting, not hardened secondary product and / or (if previously step V31) carried out ) of the molded part that is resistant to green standing by heating and / or removing water (for details see below), and
- green stability means “dimensionally stable or dimensionally stable hardened or pre-hardened, but not yet hardened or hardened sufficiently for the intended purpose”.
- a green part that is stable on green has, for example, a hardness that is sufficient for removal from a molding tool or for transfer to a next processing step, but usually still does not have sufficient hardness for the ultimately intended purpose, here for use in the production of a metallic casting.
- a green green stable part can then be treated further with or without the mold used for its production, in particular according to step V32) and / or step V33) of the method according to the invention, for example in a conventional drying oven.
- the presence of constituent c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, in the molding material mixture is required by the process according to the invention.
- a green-stable molded part obtained after step V31) represents a hardened molded part in the sense of the present invention.
- step V3 wherein the hardening in step V3) comprises step V31), at least portions are, preferably the total amount of one or more biopolymers used in the process (preferably chitosan, see below for this) is precipitated from the aqueous proportions of the molded molding material mixture or a non-hardened secondary product resulting therefrom.
- biopolymers used in the process preferably chitosan, see below for this
- This is preferably done in a manner known per se by increasing the pH of these aqueous fractions.
- the pH can be increased in any known manner, for example by adding aqueous alkali.
- the pH of the aqueous portions of the shaped molding material mixture or of an uncured secondary product formed therefrom is preferably increased by gassing with one or more alkaline compounds which are gaseous under the reaction conditions, preferably with one or more amines which are gaseous under the reaction conditions.
- the one or more of the several gaseous amines is preferably N, N, -dimethylpropyla- min.
- a molded part which is resistant to green standing can be produced in a manner known per se, in particular in accordance with the step of hardening or hardening a shaped molding material mixture (or a non-hardened secondary product resulting therefrom) in the cold box process: there This step can be carried out, for example, in a cold box tool which is known per se, in order to produce a green part which is resistant to green standing by the process according to the invention.
- a cold box core shooter without a heating device is suitable for this, without having to make any noteworthy changes to it, since in the cold box process, for example, the step of curing the molded molding material mixture (or the resulting, non-hardened secondary product) likewise preferably carried out by gassing with a gaseous amine.
- green molds, cores and feeders which are stable in standing can be produced by the method according to the invention.
- the shaped molding material mixture (as obtained after step V2)) and / or a non-hardened secondary product resulting therefrom and / or a green-stable molded part (as obtained after step V31)) is preferably further treated according to step V32) (see below).
- a molded part produced by the method according to the invention usually already has sufficient hardness for use in producing a metallic casting after step V32) has been carried out.
- Treating in step V3) or V 32) is obtained by heating the molded molding material mixture and / or the resulting, non-hardened secondary product and / or the green-resistant molded part, and / or by withdrawing water from the molded material mixture, secondary product or green-resistant molded part (as indicated above) ) as described in more detail below.
- one or more polyisocyanates (as defined above or below or as preferred) is present as crosslinking agent for hydroxyl groups of the aliphatic polymer (s) in the molding material mixture in step V1) and is desired a (hardened) molded part obtained after step V31) and / or after step V32) in step V33) is further converted into a crosslinked (hardened) molded part, by crosslinking hydroxyl groups of the aliphatic polymer (s) of the formula I with isocyanate Groups of the aforementioned polyisocyanates.
- step V3) or V33 To produce a crosslinked molded part in step V3) or V33), the presence of constituent c2), one or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred) as crosslinking agent for hydroxyl groups of the or the is according to the inventive method aliphatic polymers, required in the molding material mixture.
- constituent c2) one or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred) as crosslinking agent for hydroxyl groups of the or the is according to the inventive method aliphatic polymers, required in the molding material mixture.
- step V33 The crosslinking of the hydroxyl groups with the isocyanate groups in step V33) is preferably carried out by heating the molded molding material mixture and / or the resulting uncured follow-up product and / or the green-resistant molded part and the, preferably simultaneous, removal of water therefrom, so that if step V32) is carried out accordingly and component c2) is present in the molding material mixture, the hydroxyl groups are at least partially crosslinked with the isocyanate groups (step V33)).
- step V3 comprises both step V32) and step V33
- the product or end product of the method according to the invention therefore results in a crosslinked (hardened) molded part, which is a hardened molded part in the sense of the present invention. See below for details.
- a cross-linked (hardened) molded part (as obtained after carrying out both steps V32) and step V33)) generally has sufficient hardness for use in the production of a metallic casting and additionally preferably has an advantageous high moisture resistance or high water resistance on.
- the initial strength, the final strength and the casting strength of such a crosslinked (hardened) molded part are generally particularly high.
- Preferred is a method according to the invention specified above, preferably a method (ii) according to the invention (preferably a method according to the invention designated above or below as preferred), wherein
- the molding material mixture as hardener component c) comprises (at least) component c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, and preferably (additionally) component c2), one or more polyisocyanates (as above or defined below or defined as preferred), preferably (one or more) aliphatic polyisiocyanates, as crosslinking agents for hydroxy groups of the aliphatic polymer (s), and / or (preferably “and”)
- step V3 The hardening in step V3) includes
- V31 (in the presence of component c1)) the precipitation of at least portions of the one or more biopolymers, preferably by increasing the pH of the aqueous portions of the molded molding mixture, particularly preferably by contacting, preferably gassing, with an alkaline gaseous compound, very particularly preferably by gassing with a gaseous amine, so that a green-stable molded part results; and / or (preferably "and")
- step V32 the treatment of the shaped molding material mixture and / or the resulting, non-hardened secondary product and / or (if step V31 was carried out beforehand) the molded part which is stable on green,
- the molding material mixture as hardener component c) comprising only constituent c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines (ie comprising hardener component c) in this embodiment does not include component c2), one or more polyisocyanates).
- the precipitation of at least portions of the one or more biopolymers is preferably carried out to produce a green stand-resistant molded part.
- step V32) is preferably carried out either with the shaped molding material mixture (as obtained after step V2), then without carrying out step V31 beforehand)) or - preferably - with the green part which is resistant to green (as obtained after step V31), then carried out in addition to and after the previous step V31)).
- the removal of water in step V32) is selected by one, two or by all three measures from the group consisting of:
- Heating the molded molding material mixture and / or the resulting, non-hardened secondary product and / or the green part which is stable on greenery and Removal of water from the molded molding material mixture and / or from the resulting, non-hardened secondary product and / or from the green part which is stable on greenery; executed.
- the removal of water in step V32) is carried out by heating the molded molding material mixture and / or the resulting uncured secondary product and / or the green-stable molded part and (preferably simultaneous) removal of water from the molded molding material mixture and / or from the non-hardened secondary product resulting therefrom and / or from the green-stable molded part.
- the molding material mixture as hardener component c) only comprising component c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines and which, in addition to and after step V31) defined above, comprises the step:
- the molded part which is stable on green preferably to a temperature in the range from 100 ° C. to 300 ° C., particularly preferably in the range from 150 ° C. to 250 ° C. and very particularly preferably in the range from 180 ° C. to 230 ° C. , and / or (preferably "and")
- the molding material mixture comprises, as hardener component c), both component c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, and additionally component c2), one or more Polyisocyanates (as defined above or defined below or as preferred).
- molded parts with particularly advantageous properties can be produced, in particular molded parts with a particularly high moisture resistance or a particularly high water resistance as well as with a particularly high initial strength, a particularly high final strength and a particularly high casting strength.
- the polyisocyanates of component c2) are preferably selected from the group consisting of: aromatic Polyisocyanates, preferably water-compatible aromatic polyisocyanates, particularly preferably water-dispersible aromatic polyisocyanates, aliphatic polyisocyanates, preferably water-dispersible aliphatic polyisocyanates, particularly preferably the preferred aliphatic polyisocyanates and mixtures thereof, which are described in more detail below.
- hardener component c2) in the process according to the invention described above or below (or in a preferred process according to the invention described above or below) (if hardener component c2) is used or is present) are water-dispersible polyisocyanates, preferably selected from the group consisting of water-dispersible aromatic polyisocyanates, water-dispersible aliphatic polyisocyanates and mixtures thereof.
- Water-dispersible aliphatic polyisocyanates are very particularly preferred as hardener component c2) in the process according to the invention described above or below (or in a preferred process according to the invention described above or below) (if hardener component c2) is used or is present.
- Water-dispersible polyisocyanates are known per se in the field, inter alia from WO 2011/144644 A1 or from the product brochure “The Chemistry of Polyurethane Coatings”, Bayer MaterialScience LLC (08/05). They are characterized by their property from being able to act as a crosslinker, especially as a crosslinker of non-aqueous hydroxyl groups such as alcoholic hydroxyl groups, even in aqueous or water-containing medium.
- aromatic polyisocyanates used according to the prior art in the foundry industry for example as cold box binders, cannot be used in the desired manner in aqueous or water-containing media because of the high reactivity of their isocyanate functions, as is the case with a combination with aliphatic polymers, each comprising hydroxyl-containing structural units (in particular polyvinyl alcohol), but is advantageous or even necessary.
- water-dispersible polyisocyanates are those water-dispersible polyisocyanates which do the following fulfill the specified selection criterion: The water-dispersible polyisocyanate forms in contact with water within
- a fluid that does not show any solid particles with the eye without optical aids a fluid that does not show any solid particles with the eye without optical aids.
- 100 mg of the polyisocyanate preferably in the form of a 100 ⁇ m thick film
- 100 ml of water at 20 ° C.
- shaken on a commercially available shaking table for 24 hours. If after shaking no more solid particles can be seen, but the fluid has a cloudiness (which can be seen with the eye without optical aids), the polymer is water-dispersible.
- Aromatic polyisocyanates (as indicated above) have the advantage that they can be crosslinked with the structural units of the formula I which contain hydroxyl groups in each case and are therefore well suited for the production of moldings with high moisture resistance.
- aromatic polyisocyanates is not particularly advantageous if the production of hardened molded parts in the foundry industry is based on working with as little emissions as possible and generating as few odors and / or pollutants as possible when using aromatic polyisocyanates such undesirable emissions occur more often.
- aromatic polyisocyanates is understood to mean polyisocyanates which contain organic, aromatic rings (ie aromatic hydrocarbons as structural components).
- the polyisocyanates of component c2) therefore preferably comprise aliphatic polyisocyanates, particularly preferably water-dispersible aliphatic polyisocyanates and very particularly preferably the preferred aliphatic polyisocyanates described below. Because of their reduced reactivity compared to aromatic polyisocyanates, aliphatic polyisocyanates are substantially better suited for use in aqueous or water-containing medium than aromatic polyisocyanates.
- aliphatic polyisocyanates preferably make up a proportion of> 75% by weight in these preferred variants of the process according to the invention (in which component c2) is used in step V1).
- % particularly preferably from> 90% by weight and very particularly preferably from> 95% by weight, based on the total mass of the one or more polyisocyanates used (or present) in the molding material mixture.
- the polyisocyanates of component c2) comprise only (ie 100% by weight, based on the total mass of the one or more polyisocyanates used or present in the molding material mixture), preferably aliphatic polyisocyanates only water-dispersible aliphatic polyisocyanates and particularly preferably only the preferred aliphatic polyisocyanates described below.
- Aliphatic polyisocyanates have the advantage that they contribute even less to the occurrence of undesirable emissions of odors and / or pollutants and of smoke or fumes when carrying out the process according to the invention than, for example, aromatic (i.e. containing organic, aromatic rings) polyisocyanates. Accordingly, a method according to the invention specified above is also preferred, preferably a method (ii) according to the invention (preferably a method according to the invention designated above or below as preferred), wherein
- component c2) of the molding material mixture comprises one or more water-dispersible polyisocyanates or consists of one or more water-dispersible polyisocyanates, or -
- the one or more polyisocyanates (of component c2), if used or present) comprise one or more water-dispersible polyisocyanates or the one or more polyisocyanates (of component c2), if used or available) are one or more water-dispersible polyisocyanates.
- step V31 in which the molding material mixture as hardener component c) comprises both constituent c1) and additionally constituent c2), step V31), the precipitation of at least portions of the one or more, is preferably used to produce a green-resistant molded part several biopolymers. If step V32) is carried out in this embodiment of the method according to the invention, this is carried out either with the molded molding material mixture and / or with the resulting, non-hardened secondary product (as obtained after step V2)), or this is preferably carried out additionally after carrying out of step V31), carried out with the green part.
- the removal of water in step V32) can then be carried out by one, by two or by all three of the measures mentioned above (freeze drying, vacuum drying, heating).
- step V33) is preferably carried out in addition to step V32) (and preferably simultaneously with this) .
- the crosslinking of hydroxyl groups and isocyanate groups in step V33) to produce the crosslinked molding preferably comprises:
- step V3 of the method according to the invention therefore also includes step V33) (as defined above) in this case in addition to step V32).
- a molded molding material mixture produced by the method according to the invention and / or a non-hardened follow-up product resulting therefrom can be converted into the hardened molded part or to the crosslinked (hardened) molded part as well as a green-stable molded part produced according to the method according to the invention.
- Step V32 can be carried out according to the method according to the invention after step V2) or after step V31).
- step V31 it is not preferred to carry out step V31) after step V32), since a precipitation of at least portions of the one or more biopolymers in the molded molding material mixture and / or in the resulting uncured follow-up product (in step V31)) after it has been heated or after water has been removed from it or from it, this is generally not technically expedient or not possible.
- a shaped molding material mixture (produced in step V2) and / or a non-hardened secondary product resulting therefrom is generally heated together with the molding tool (for example a molding box or a shooting head), in a drying device, for example a drying oven, a belt dryer, a continuous dryer, a tunnel dryer or a drying belt, or also by passing a heated gas, preferably heated air, through the shaped molding material mixture to a temperature indicated above, and preferably - particularly preferably at the same time - removes water from the molded molding material mixture and / or from the resulting, non-hardened secondary product.
- a drying oven is preferably used as the drying device, particularly preferably a circulating air drying oven. The hardened molded part can then usually be removed from the mold (if present or still available).
- a green-stable molded part produced by the method according to the invention is heated, either together with the molding tool (for example a molding box or a shooting head) or preferably without the molding tool, in a drying device, for example a drying oven, a belt dryer, a continuous dryer, a tunnel dryer or a drying belt, to a temperature specified above, and preferably - and particularly preferably at the same time - removes water from the green-shaped molded part.
- a drying oven is preferably used as the drying device, particularly preferably a circulating air drying oven.
- the advantage of this last-mentioned process variant lies above all in the fact that the green-stable molded part does not have to be converted into the hardened molded part (in particular to the cross-linked, hardened molded part) in a mold and in particular not in a heatable mold, but instead (for example at room temperature) from the mold removed and implemented separately in a suitable drying device (in particular by heating and removing water as described above) to give the hardened molded part (in particular the crosslinked molded part).
- non-heatable molding tools such as cold box core shooters known per se, can be used for molding the molding material mixture or the resulting, not hardened secondary product and / or for producing the molded part which is stable on green, so that, for example, According to the process variant according to the invention, no complex and costly conversions to production sites equipped for cold box processes are necessary.
- this variant of the method is not limited to the implementation in molds which cannot be heated, it can be carried out at production sites equipped with different apparatuses, so that the further advantages of the method according to the invention can be used very flexibly in industry .
- step V32 the setting of the exact process parameters of the process according to the invention in step V32) and / or in step V33), for example the duration of the heating, the temperature of the drying oven or of the heated gas, the flow time with heated gas (ie the duration of the passage of the heated gas) Gas) and the pressure of the heated gas (if used) to a large extent depending on the properties of the molded part to be produced by curing, such as its size, its weight, its volume or its wall thickness.
- the parameters suitable in the individual case can be determined by the skilled person in preliminary tests in a manner known per se.
- a method according to the invention specified above preferably a method (ii) according to the invention (preferably a method according to the invention designated above or below as preferred), wherein the molding material mixture as hardener component c) comprises (at least) component c2), one or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred), preferably (one or more) aliphatic polyisocyanates, and preferably additionally component c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, comprises and / or
- step V3 comprises at least
- the molding material mixture as hardener component c) comprising only the hardener component c2), one or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred) (ie the hardener component c ) does not include component c1) in this embodiment, one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines):
- the polyisocyanates of component c2) preferably comprise a proportion of> 75% by weight, particularly preferably of > 90% by weight and very particularly preferably of> 95% by weight of aliphatic polyisocyanates, preferably of water-dispersible aliphatic polyisocyanates and particularly preferably of aliphatic polyisocyanates to be used according to the invention (specified above and defined in more detail below), based on the total mass of the one or more polyisocyanates of component c2) used (or present) in the molding material mixture.
- the polyisocyanates of component c2) comprise only aliphatic polyisocyanates, preferably only water-dispersible aliphatic polyisocyanates, particularly preferably only the preferred aliphatic polyisocyanates described below, as component c2).
- the molding material mixture comprises only component c2 as hardener component c
- no molded part which is stable on green is produced.
- step V32) and preferably additionally (and preferably simultaneously with step V32)) step V33) are carried out in each case carried out analogously or correspondingly as stated above for the design of the process, in which the molding material mixture as hardener component c) comprises both component c1) and component c2) includes.
- Step V32) is carried out in each case with the shaped molding material mixture (as obtained after step V2)) or with a resultant, non-hardened follow-up product (but not with a molded part which is green-proof).
- the molding material mixture as hardener component c) comprises both component c2), one or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred), and additionally component c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, see above.
- a method according to the invention specified above i) for producing a metallic casting and / or ii) for producing a hardened molded part selected from the group consisting of casting mold, core and feeder, for use in the casting of metallic castings, (preferably one above or the process according to the invention designated below as preferred), comprising the following steps: V1) producing a molding material mixture comprising the following constituents: a) at least one molding raw material, b) one or more aliphatic polymers, each comprising structural units of the formula I containing hydroxyl groups
- c) as hardener component, both constituents selected from the group consisting of: d) one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines and c2) one or more polyisocyanates ( as defined above or below or as preferred), preferably aliphatic polyiso cyanates, particularly preferably water-dispersible aliphatic polyisocyanates, as crosslinking agents for hydroxyl groups of the aliphatic polymer (s);
- step V3) curing the molded molding material mixture or a non-hardened secondary product resulting therefrom, the curing in step V3) comprising V31) the precipitation of at least portions of the one or more biopolymers, preferably by increasing the pH of the aqueous portions of the molded molding material mixture, particularly preferably by contacting, preferably gassing, with an alkaline-reacting gaseous compound, very particularly preferably by gassing with a gaseous amine, so that a molded part which is green-resistant results; and / or (preferably "and")
- V32 the treatment of the shaped molding material mixture and / or of the resulting, not hardened secondary product and / or the green part that is resistant to green standing, preferably the green part that is stable to green standing (according to the previous one)
- step V32) comprises heating and removing water and both steps V32) and V33) are carried out) a high initial strength, a particularly high final strength (after hardening or crosslinking) as well as a particularly high casting strength and a particularly high temperature resistance during the Have castings with iron or steel. Also noticeable is the advantageous smooth and clean surface structure of these (crosslinked) hardened molded parts produced according to the particularly preferred variant of the method according to the invention specified above.
- the (crosslinked) hardened moldings produced according to this particularly preferred variant of the process according to the invention given above have particularly good moisture resistance and water resistance, which makes them excellent for long storage over days or weeks even under difficult conditions Suitable climatic conditions (humid-warm climate) are.
- the (crosslinked) hardened moldings produced according to this particularly preferred variant of the process according to the invention indicated above also show only a low absorption of thermal energy, which results in a small formation of voids, which also only occurs in the actual metal casting. areas of the metal casting (for example in the feeder neck) that are far away from the surface. This property also makes this variant of the method according to the invention particularly suitable for the production of feeders, in particular of insulating feeders.
- the (crosslinked) hardened molded parts produced in accordance with this variant of the process according to the invention are also distinguished by an extraordinarily advantageous unpacking behavior, since they largely disintegrate due to the heat released during metal casting and thus further processing of the correspondingly produced metal Simplify the casting considerably because only a few or, ideally, no further processing steps are required on the metal casting produced.
- a particular advantage of the molded parts produced by the process according to the invention is their emission behavior, especially during metal casting and when unpacking metal castings which have been produced with the aid of these molded parts produced according to the invention: in metal casting with light metals or their alloys (for example in aluminum casting) as well as in iron or steel casting or when unpacking the correspondingly produced metal castings hardly any smoke or. Smoke formation, hardly any occurrence of unpleasant smells and / or hardly any emissions of potentially health-endangering substances are observed, as they occur regularly when using conventional, especially aromatic-containing (such as aromatic polyols and aromatic polyisocyanates) organic foundry binders. This applies in particular to feeders produced using the method according to the invention.
- Insulating feeders produced by the method according to the invention show hardly any undesirable emissions, even at the relatively low temperatures of the light metal casting.
- Exothermic feeders produced by the method according to the invention show hardly any undesirable emissions (such as smoke development) even during or after the combustion.
- Particularly low smoke or smoke formation, particularly low occurrence of unpleasant odors and / or particularly low emissions of substances which are potentially hazardous to health are observed if predominantly or exclusively aliphatic polyisocyanates are used as component c2) in the process according to the invention.
- the, preferably the aliphatic polyisocyanates designated as preferred in this text, and / or if at best small amounts and preferably no further aromatics-containing constituents are used in the process according to the invention.
- aliphatic polymers used being capable of producing structural units of the formula I comprising hydroxyl groups by at least partial saponification of polyvinyl acetate; and or
- polyvinyl alcohols selected from the group consisting of polyvinyl alcohols, polyvinyl acetates and mixtures thereof; and or
- a degree of hydrolysis of> 50 mol% ie in the range from 50.1 mol% to 100 mol%), preferably determined according to the method as specified in document DE 10 2007 026 166 A1, paragraphs [0029] to [ 0034], and particularly preferably has a degree of hydrolysis in the range from 70 mol% to 100 mol%, very particularly preferably in the range from 80 mol% to 100 mol%, preferably determined according to the method according to DIN EN ISO 15023-02 2017-02 Draft, Appendix D, and / or
- a dynamic viscosity in the range from 0.1 to 30 mPas, preferably in the range from 1.0 to 15 mPas, particularly preferably in the range from 2.0 to 10 mPas, each determined at a 4% -igen (w / w) aqueous solution of all of the polyvinyl alcohols used at 20 ° C according to DIN 53015: 2001-02; and or
- the aliphatic polymers to be used are in each case fully (ie 100% by weight) structural units of the formula I containing hydroxyl groups as one or more polyvinyl alcohols.
- the molding material mixture produced in step V1) of the process according to the invention comprises, as organic polymers comprising hydroxyl groups, constituents b), one or more aliphatic polymers each comprising structural units of formula I comprising hydroxyl groups, and (if present or used) c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines.
- the constituents b) and (if present or used) d) preferably make> 95% by weight, particularly preferably> 98% by weight, of the total mass in the molding material mixture as a whole in the molding material mixture prepared in step V1) used organic, comprising hydroxy groups, organic compounds.
- constituents b) and (if present) make in the molding material mixture produced in step V1) d) 100% by weight of the total mass of the organic compounds comprising hydroxyl groups to be used in total in the molding material mixture.
- the one or more aliphatic polymers each comprising hydroxyl group-containing structural units of the formula I for producing or in the preparation of the molding material mixture in step V1) at least partially and preferably completely as an aqueous mixture comprising one or more aliphatic polymers each comprising hydroxyl-containing structural units of the formula I.
- This aqueous mixture preferably comprises the one or more aliphatic polymers in a total amount (concentration) in the range from 10% by weight to 40% by weight, particularly preferably in the range from 15% by weight .-% to 35 wt .-% and very particularly preferably in the range of 20 wt .-% to 30 wt .-%, based on the total mass of the aqueous mixture comprising one or more aliphatic polymers.
- the one or more aliphatic polymers used, each comprising hydroxyl-containing structural units of the formula I, preferably the one or more polyvinyl alcohols, in the said aqueous mixture are> 90% by weight, preferably> 95% by weight, based on the Total mass of one or more aliphatic polymers used, dissolved before. It has been shown that the one or more aliphatic polymers specified above, in particular the one or more polyvinyl alcohols specified above as preferred, make a significant contribution to the advantageous properties of the hardened moldings produced according to the invention. In particular, the abovementioned one or more aliphatic polymers contribute to the good moisture resistance or water resistance, final strength and cast resistance of the hardened moldings produced according to the invention.
- the above-mentioned one or more aliphatic polymers in particular the above-mentioned one or more polyvinyl alcohols, also make a significant contribution or are even the cause of the advantageous low emission properties of the hardened molded parts produced by the process according to the invention or its preferred variants. in particular for the low or very low emission of smoke or smoke and / or of odors and / or pollutants during or after the metal casting and the low or very low Emission of odors and / or pollutants during the manufacture or storage of the hardened molded parts. This is probably due to the fact that the aliphatic polymers to be used according to the invention contain practically no or no aromatic constituents, which are frequently cited as the cause of harmful emissions.
- the one or more aliphatic polymers to be used according to the invention are therefore preferably free from aromatics-containing constituents and / or other constituents which, under the conditions of the method according to the invention, cause significant amounts of smoke, smoke, odor and / or pollutant emissions.
- the process according to the invention is preferably not carried out in the presence of aromatic-containing organic compounds or the molding material mixture produced in the process according to the invention is aromatic-free (ie contains the molding material mixture produced in the process according to the invention and also the ones used for its production Ingredients preferably do not contain any aromatic compounds containing organic compounds).
- the molding material mixture prepared in step V1) preferably also does not contain any structural units of the formula I (constituent b)) which contain hydroxyl groups and which comprise the one or more aliphatic polymers and the one or more polyisocyanates, as crosslinking agents for hydroxyl groups of the or the aliphatic polymer active compound, selected from the group consisting of organotin compounds, organoaluminum compounds, dimethylcyclohexylamine, N-substituted pyrrolidones, N-substituted imidazoles, triazine derivatives, diazabicyclooctane or quaternary ammonium salts (as indicated in WO 2017/071695 A1).
- the one or one or more of the several (or all) biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines comprise chitosan, the chitosan preferably has a degree of deacetylation of> 70 mol%, preferably of> 75 mol% and particularly preferably of> 80 mol%, determined by means of 1 H-NMR spectroscopy, and / or - a dynamic viscosity of> 500 mPa ⁇ s , preferably of> 600 mPa s, particularly preferably of> 700 mPa ⁇ s, each determined using a 1% (w / w) solution of the chitosan in 1% (w / w) acetic acid at 20 ° C DIN 53015: 2001-02, and / or - the ratio of the sum
- Total mass of the molding material used is in the range from 0.2: 100 to 13: 100, preferably in the range from 0.3: 100 to 10: 100, particularly preferably in the range from 0.5: 100 to 9: 100.
- the chitosan to be used preferably has a degree of deacetylation in the range from 65 mol% to 95 mol%, particularly preferably in the range from 70 mol% to 95 Mol%, very particularly preferably in the range from 75 mol% to 95 mol% and very preferably in the range from 80 mol% to 95 mol%.
- the chitosan to be preferably used preferably has a dynamic viscosity in the range from 500 mPa ⁇ s to 1100 mPa ⁇ s, particularly preferably in the range from 600 mPa ⁇ s to 800 mPa ⁇ s, very particularly preferably in the range from 700 mPas to 800 mPas and most preferably in the range from 720 mPas to 770 mPas, each determined on a 1% (w / w) solution of the chitosan in 1% (w / w) acetic acid at 20 ° C according to DIN 53015: 2001-02 (determined with the falling ball viscometer according to Höppler).
- the above-mentioned preferred biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines are particularly suitable for producing a molding material mixture in combination with the further constituents to be used according to the invention by the process according to the invention, which can first be converted in step V31) to a green part which is stable on the green and then by further treatment in step V32) and preferably additionally in step V33) in a hardened shaped part (or in a crosslinked, hardened shaped part) which has the above-mentioned has advantageous properties.
- the use of biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines also opens up the possibility, at least in part, of using renewable raw materials to produce hardened molded parts for use in the foundry industry.
- the aqueous preparation to be used in the process according to the invention preferably comprises the one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines in a total amount (concentration) in the range from 0.5% by weight to 10% by weight, particularly preferably in the range from 1% by weight to 7.5% by weight and very particularly preferably in the range from 1.5% by weight to 5% by weight, based on the total mass of the aqueous preparation, comprising one or more biopolymers .
- the aqueous preparation can additionally be used to partially or completely dissolve the one or more biopolymers suitable amount of one or more suitable acids.
- the aqueous preparation preferably comprises up to 5% by weight, particularly preferably up to 2.5% by weight, based on the total mass of the aqueous preparation, of one or more acids, selected from the acids which have a pKa value in the Range from 3 to 7, preferably in the range from 3.5 to 6.5 and preferably contain no aromatic organic compounds or residues.
- said one or more acids are one or more organic acids, preferably one or more single-proton organic acids.
- the one or at least one of the said acids is very particularly preferably acetic acid.
- the one or more biopolymers used are preferably present in the aqueous preparation in question in an amount of> 90% by weight, preferably> 95% by weight, based on the solution Total mass of biopolymers used selected from the group of poly-D-glucosamines.
- a method according to the invention specified above preferably a method (ii) according to the invention (preferably a method according to the invention designated above or below as preferred), component c2) of the molding material mixture (if used or present) one or more aliphatic polyisocyanates, preferably one or more water-dispersible aliphatic polyisocyanates.
- a method according to the invention preferably a method (ii) according to the invention (preferably a method according to the invention described above or below as preferred), the one or more polyisocyanates used (if used) as component c2) in step V1) or present) (one or more) aliphatic polyisocyanates (preferably in the sense of the aliphatic polyisocyanates specified in the preceding and the following text, which should preferably be used in the process according to the invention), preferably (one or more) water-dispersible aliphatic polyisocyanates, preferably - the one or one or more or all of the several aliphatic polyisocyanates are nonionically or ionically hydrophilized, and or
- the one or one or more or all of the several aliphatic polyisocyanates comprises or comprise a polyether group or a sulfonate group, and / or -
- the one or one or more or all of the several aliphatic polyisocyanates comprises a polyether group and also a urethane and / or comprises an allophanate group, and / or
- the one or one or more or all of the several aliphatic polyisocyanates comprises or comprise one or more 2,4,6-trioxotriazine groups and preferably comprises or comprises a polyether group or a sulfonate group, preferably a polyether group, and / or
- the one or one or more or all of the several aliphatic polyisocyanates comprise one or more 2,4,6-trioxotriazine groups and a polyether group and also a urethane and / or an allophanate group, preferably a urethane group, and / or
- the one or one or more or all of the several aliphatic polyisocyanates comprise self-emulsifying and / or self-water-emulsifiable aliphatic polyisocyanates, and / or the one or more aliphatic polyisocyanates used> 50% by weight, preferably> 75% by weight, particularly preferably> 90% by weight and very particularly preferably> 98% by weight, of the one or all used in the molding material mixture make up several polyisocyanates.
- the aliphatic polyisocyanates which are preferably described or defined above in the process according to the invention are also water-dispersible aliphatic polyisocyanates for the purposes of the present invention.
- the one or more aliphatic polyisocyanates used make up 100% by weight of the total mass of the the molding material mixture used in total one or more polyisocyanates.
- the above-mentioned one or more polyisocyanates to be used according to the invention are preferably those with at least two free isocyanate groups, so that they form structural units containing hydroxyl groups for crosslinking with free hydroxyl groups of the aliphatic polymers of formula I are suitable.
- the above-mentioned one or more aliphatic polyisocyanates to be used according to the invention or preferably to be used according to the invention preferably comprise aliphatic and / or cycloaliphatic polyisocyanates.
- the aliphatic polyisocyanates to be used according to the invention or preferably to be used according to the invention preferably do not contain any aromatic groups (ie are free of aromatics), for the reasons given above (avoidance of smoke, smoke, odor and / or pollutant emissions by the molded parts produced by the process according to the invention, better water compatibility or water dispersibility).
- the one or more aliphatic polyisocyanates preferably designated or defined above and preferably to be used according to the invention are self-emulsifying or self-water-emulsifiable aliphatic polyisocyanates, as described, for example, in the book by Ulrich Meier-Westhues: “Polyurethanes - Varnishes, Adhesives and Sealants", Hanover: Vincentz Network 2007 (ISBN: 3-86630-896-5 or 978-3-86630-896-1), pp. 43-46.
- the one or more aliphatic polyisocyanates specified or defined above and to be used according to the invention preferably include aliphatic polyisocyanates selected from the group consisting of: nonionically hydrophylated aliphatic polyisocyanates of the polyether urethane type, for example Bayhydur® 3100, Bayhydur® VP LS 2306, Desmodur® DA -L and Desmodur® DN non-ionically hydrophylated aliphatic polyisocyanates of the polyether allophanate type, for example Bayhydur® 304 and Bayhydur® 305 and ionically hydrophilized aliphatic polyisocyanates of the sulfonate type, for example Bayhydur® XP 2487/1, Bayhydur® XP 2547, Bayhydur® XP 2570 and Bayhydur® XP 2655.
- One or more aliphatic polyisocyanates to be used with particular preference in the process according to the invention are selected from the group consisting of nonionically hydrophylated aliphatic polyisocyanates of the polyether urethane type, for example Bayhydur® 3100, Bayhydur® VP LS 2306, Desmodur® DA-L and Desmodur® DN.
- Desmodur® DA-L (CAS RN 125252-47-3) is a very particularly preferred aliphatic polyisocyanate to be used in the process according to the invention.
- the molding material mixture produced in step V1) as hardener component c) (at least) the component c2), one or more polyisocyanates, as crosslinking agent for hydroxyl groups of aliphatic polymers (only or also, preferably also, in addition to constituent c1)) an inventive method specified above, preferably an inventive method (ii) (preferably an inventive method described above or below as preferred) is preferred, the one or several aliphatic polymers each comprising hydroxyl-containing structural units of the formula I (component b)) and which provide or use one or more polyisocyanates as crosslinking agents for hydroxyl groups of the aliphatic polymer (s) (component c2)) as an aqueous mixture as first binder system comprising: b) one or more aliphatic polymers each comprising structural units of the formula I containing hydroxyl groups
- polyisocyanates as defined above or below or defined as preferred as crosslinking agents for hydroxyl groups of the aliphatic polymer or polymers.
- the aforementioned aqueous mixture to be used in the process according to the invention for producing the molding material mixture in step V31) comprises, as the first binder system (hereinafter also referred to as “first binder system”), one or more aliphatic polymers, each comprising hydroxyl group-containing structural units of the formula I in a total amount in the range from 5% by weight to 40% by weight, particularly preferably in the range from 7.5% by weight to 35% by weight and very particularly preferably in the range from 10% by weight to 30% by weight %, based on the total mass of the first binder system.
- first binder system hereinafter also referred to as “first binder system”
- first binder system one or more aliphatic polymers, each comprising hydroxyl group-containing structural units of the formula I in a total amount in the range from 5% by weight to 40% by weight, particularly preferably in the range from 7.5% by weight to 35% by weight and very particularly preferably in the range from 10% by weight to 30% by weight %, based on the total
- the aforementioned first binder system to be used in the process according to the invention preferably comprises the one or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred), preferably the one or more aliphatic polyisocyanates in a total amount in the range from 1% by weight to 20% by weight. %, particularly preferably in the range from 2.5% by weight to 15% by weight and very particularly preferably in the range from 3% by weight to 10% by weight, based on the total mass of the first binder system.
- the weight fractions of constituents b), c2) (in each case as defined above) and d) water in the aqueous mixture add up to 100% by weight, ie to the total mass of the aqueous mixture as the first binder system.
- the aliphatic polymers used each contain hydroxyl-containing structural units of the formula I in an amount of> 90% by weight, particularly preferably> 95% by weight, in solution, based on the total mass of aliphatic polymers used .
- the molding material mixture prepared in step V1) as hardener component c) (at least) the component c2), one or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred) as crosslinking agents for hydroxyl groups of the aliphatic polymer (s) (only or also, preferably also, in addition to component c1))
- the components of the molding material mixture b) and c2) are brought into contact with one another only immediately before the molding material mixture is prepared are, preferably not earlier than one hour before the production of the molding material mixture. This prevents an undesirable premature start of a crosslinking reaction of the one or more polyisocyanates with hydroxyl groups of the one or more aliphatic polymers (e.g. in the absence of the basic molding material).
- the preferred variant of the process according to the invention in which the one or more aliphatic polymers (component b)) and the one or more polyisocyanates (component c2)) are used in the form of an aqueous mixture as the first binder system , leads to a particularly homogeneous mixing of the components b) and c2) with one another, so that, for example, the crosslinking of hydroxyl groups of the aliphatic polymer or polymers with isocyanate groups of the polyisocyanate crosslinking agent in the presence of the basic molding material (Step V33)) takes place particularly completely and thus the molded molding material mixture (or a resulting, non-hardened secondary product) is transferred particularly completely and homogeneously into a hardened molding or into a cross-linked, hardened molding.
- the molding material mixture prepared in step V1) as hardener component c) includes both component c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, and component c2) , one or more polyisocyanates, as crosslinking agents for hydroxyl groups of the aliphatic polymer (s), an above-mentioned inventive method, preferably an inventive method (ii) (preferably an above or below preferred method according to the invention) is preferred, the constituents b), c1) and c2) are provided or used as an aqueous mixture as a second binder system comprising: b) one or more aliphatic polymers, each comprising hydroxyl group-containing structural units of the formula I.
- biopolymers selected from the group of the poly-D-glucosamines and c2) one or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred), preferably one or more aliphatic polyisocyanates, as crosslinking agents for hydroxyl groups of the aliphatic polymer or polymers.
- the aforementioned aqueous mixture to be used in the process according to the invention preferably comprises, as the second binder system (hereinafter also referred to as “second binder system”), the one or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred), preferably the one or more aliphatic polymers each comprising structural units of the formula I containing hydroxyl groups in a total amount in the range from 5% by weight to 30% by weight, particularly preferably in the range from 7.5% by weight to 25% by weight and very particularly preferably in the Range from 10 wt .-% to 20 wt .-%, based on the total mass of the aqueous second binder system.
- second binder system the second binder system
- the one or more polyisocyanates as defined above or below or defined as preferred
- the one or more aliphatic polymers each comprising structural units of the formula I containing hydroxyl groups in a total amount in the range from 5% by weight to 30% by weight, particularly preferably in the range from 7.
- the aforementioned aqueous mixture to be used in the process according to the invention comprises, as a second binder system, the one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines in a total amount in the range from 0.25% by weight to 5% by weight , particularly preferably in the range from 0.4% by weight to 3.5% by weight and very particularly preferably in the range from 0.5% by weight to 2.5% by weight, based on the total mass of the aqueous second binder system.
- the aforementioned second binder system to be used in the process according to the invention preferably comprises the one or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred), preferably the one or more aliphatic polyisocyanates in a total amount in the range from 1% by weight to 15% by weight. %, particularly preferably in the range from 2% by weight to 10% by weight and very particularly preferably in the range from 2.5% by weight to 7.5% by weight, based on the total mass of the aqueous second binder system .
- the weight fractions of the components b), c1), c2) (in each case as defined above) and d) water in the aqueous mixture as a second binder system add up to 100% by weight, i.e. to the total mass of the aqueous mixture as a second binder system.
- the aliphatic polymers used each contain structural units of the formula I comprising hydroxyl groups in an amount of> 90% by weight, particularly preferably> 95% by weight, in solution, based on the total mass of aliphatic polymers used .
- the preferred variant of the method according to the invention wherein the one or more aliphatic polymers (component b)), the one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines (component c1)) and the one or several polyisocyanates (component c2)) is used in the form of a second binder system, leads to a particularly homogeneous mixing of its components with one another, so that in particular the crosslinking of hydroxyl groups of the aliphatic polymer or polymers with isocyanate groups of the crosslinking agent
- the shape of the raw material is particularly complete and the molded molding mixture is thus converted particularly completely and homogeneously into a hardened molding or into a crosslinked, hardened molding.
- a method according to the invention specified above is also preferred, preferably a method (ii) according to the invention (preferably a method according to the invention designated above or below as preferred), wherein
- Total mass of molding raw material used (in step V 1)); is in the range from 1: 100 to 50: 100, preferably in the range from 1.5: 100 to 40: 100, particularly preferably in the range from 2: 100 to 35: 100.
- the setting of the (number) ratio of the above The sum of the total mass of the aqueous mixture or aqueous mixtures used and the total mass of molding material used is preferably carried out in such a way that a moldable mixture which can be closed or tamped results in a molded part selected from the group consisting of mold, core and feeder.
- the ratio that is suitable in the individual case depends, among other things, on the type of molding material used: the suitable numerical ratio given above is usually in the higher range (ie closer to the upper limit) of 50: 100 or 40: 100) in cases in which a mold base material with a lower bulk density (preferably as quartz sand) is used, while the suitable numerical ratio given above tends to be in the lower range (ie closer to the lower limit of 1: 100 or 1.5: 100) is in cases in which a mold base material with a higher bulk density (preferably quartz sand) is used.
- the suitable numerical ratio given above is usually in the higher range (ie closer to the upper limit) of 50: 100 or 40: 100) in cases in which a mold base material with a lower bulk density (preferably as quartz sand) is used, while the suitable numerical ratio given above tends to be in the lower range (ie closer to the lower limit of 1: 100 or 1.5: 100) is in cases in which a mold base material with a higher bulk density (preferably quartz sand) is used.
- a method according to the invention specified above preferably a method according to the invention (ii) (preferably a method according to the invention designated above or below as preferred) (preferably a method according to the invention, the molding material mixture as hardener component c) comprising both component c1), one or more Biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, as well as additionally component c2), one or more polyisocyanates), where
- Total mass of the preferably aliphatic polyisocyanates used as crosslinking agents is in the range from 1: 1 to 10: 1, preferably in the range from 1.5: 1 to 7.5: 1, particularly preferably in the range from 2: 1 to 5: 1.
- the (at least one) mold base comprising:
- One or more particulate refractory solids preferably selected from the group consisting of
- Oxides, silicates and carbides each comprising one or more elements from the group consisting of Si, Al, Zr, Ti, Mg, Fe and Ca,
- Mixed oxides, mixed carbides and mixed nitrides each comprising one or more elements from the group consisting of Si, Al, Zr, Ti, Mg, Fe and Ca, and graphite and / or
- one or more particulate light fillers preferably selected from the group consisting of: Core-shell particles, preferably having a glass core and a refractory shell, particularly preferably with a bulk density in the range of 470-500 g / L, preferably as described in document WO 2008/1 13765 A1; refractory composite particles, preferably as described in or produced according to document WO 2017/093371 A1;
- Spheres preferably spheres from fly ash, such as e.g. Spheres “Fillite 106” from Omya GmbH;
- Perlite preferably expanded perlite, such as expanded perlite with the names "Eurocell 140", “Eurocell 145", “Eurocell 150” or “Eurocell 300” from RS Rohstoff-Sourcing GmbH; closed-pore micro-balls made of expanded pearlite, preferably as described in document WO 2017/174826 A1;
- Rice bowl ash preferably as described in document WO 2013/0141 18 A2;
- the aforementioned one or more particulate refractory solids can be used individually or in combination with one another and thus form the basic molding material to be used in the process according to the invention.
- the aforementioned one or more particulate light fillers can be used individually or in combination with one another and thus form the basic molding material to be used.
- the one or more particulate refractory solids can also be used in combination with the one or more particulate light fillers and so on form the basic molding material to be used.
- the person skilled in the art selects the appropriate mold base material.
- quartz sand can be selected as the basic molding material for producing a simple casting mold.
- a mixture of quartz sand with one or more particulate light fillers can be selected, for example, for the production of a feeder, or one or more particulate light fillers can also be selected for this purpose, preferably selected from the preferred group of light fillers defined above.
- the mold base material to be used in the process according to the invention can also contain further, preferably particulate, constituents, preferably selected from the group consisting of elemental metals (for example aluminum), oxidizing agents and ignition agents.
- elemental metals for example aluminum
- the basic molding material to be used may contain aluminum, iron oxide, oxidizing agents known per se for this purpose and ignition means known per se for this purpose in addition to the above-mentioned constituents (selected from refractory solids and light fillers).
- a method according to the invention specified above preferably a method (i) according to the invention (preferably a method according to the invention designated above or below as preferred) for producing a metallic casting with the following additional step (preferably additionally carried out after performing step V32) and / or Step V33), particularly preferably additionally carried out after carrying out both steps V32) and V33)):
- step V4 contacting the hardened molded part, preferably as obtained after step V32) and preferably additionally step V33), with a cast metal for producing a metallic casting, the cast metal preferably solidifying in contact with the hardened molded part, preferably
- the casting metal is selected from the group consisting of aluminum, magnesium, tin, zinc and their alloys and / or -
- the temperature of the cast metal during casting is not higher than 900 ° C; so that a metallic casting results.
- the casting metal is at least partially and preferably completely liquid when the hardened molded part or the crosslinked, hardened molded part comes into contact.
- Any castable metal or castable metal alloy in particular light metals and their alloys, for example aluminum, magnesium, tin and zinc, is suitable as the casting metal; as well as iron and steel.
- the aforementioned preferred process variant (i) is particularly suitable for the production of metallic castings, the cast metal being a light metal or a light metal alloy: it is Namely, it is known that at the relatively low temperatures prevailing in light metal casting (compared to the temperatures in iron or steel casting), conventional, currently frequently used, cold box binders are often only incompletely thermally decomposed, so that precisely in these cases - Both when casting metal and when unpacking the molds - there is a particularly strong formation of smoke, smoke or soot as well as a strong release of gaseous, aromatic-containing emissions, which are usually accompanied by unpleasant smells and are potentially harmful to people's health.
- the present invention further relates to a hardened molded part, preferably producible by a process according to the invention (ii) given above (preferably by a process according to the invention described above or below as preferred) selected from the group consisting of mold, core and feeder, for use in Casting of metallic castings, comprising the following constituents: a) at least one basic molding material, one or more aliphatic polymers, each comprising structural units of the formula I containing hydroxyl groups
- hardener component one or both constituents selected from the group consisting of: c1) one or more, preferably precipitated, biopolymers selected from the
- Group of the poly-D-glucosamines preferably comprising chitosan and c2) one or more, preferably aliphatic, particularly preferably water-dispersible aliphatic, polyisocyanates, preferably the hydroxyl groups of the aliphatic polymers used each comprising hydroxyl-containing structural units of the formula I (component b)) at least partially present than through networking Binder hardened, preferably crosslinked, hardened with isocyanate groups of the one or more polyisocyanates used.
- Preferred as the above-mentioned hardened molded part according to the invention is a green-shaped molded part comprising, as hardener component c), component c1), one or more precipitated biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, preferably comprising chitosan.
- the molded part according to the invention which is green-stable, also comprises constituent c2), one or more, preferably aliphatic, particularly preferably water-dispersible aliphatic, polyisocyanates, these are one or more polyisocyanates and the structural units of the formula I each containing hydroxyl groups and comprising hydroxyl groups preferably not cross-linked (with each other) in the green stand-proof molded part.
- Preferred as the above-mentioned hardened molded part according to the invention is also a (crosslinked) hardened molded part comprising, as hardener component c), component c2), one or more, preferably aliphatic, particularly preferably water-dispersible, aliphatic, polyisocyanates, the hydroxyl groups of the ones used aliphatic polymers each comprising hydroxyl-containing structural units of the formula I (component b)) are at least partially present as a crosslinked, hardened binder crosslinked by crosslinking with isocyanate groups of the one or more polyisocyanates used (component c2)).
- a hardened (or crosslinked, hardened) molded part according to the invention comprises a crosslinked binder by crosslinking hydroxy groups of the aliphatic polymers used, each comprising structural units of the formula I (component b)) containing isocyanate groups of the one or more polyisocyanates used (component c2))
- the hydroxyl groups of the crosslinked or crosslinking aliphatic polymer after the crosslinking by the isocyanate groups of the one or more polyisocyanates used are (at least predominantly) not are more freely available, but (at least predominantly) are involved in the formation of urethane groups with the isocyanate groups.
- the present invention also relates to a hardened molded part selected from the group consisting of casting mold, core and feeder, produced or producible by a process according to the invention specified above, preferably by a process (ii) according to the invention (or a preferred process according to the invention described in this text) ).
- the total mass of the hardened binder present in the molded part to the total mass of the basic molding material present in the molded part in the range from 0.1: 100 to 10: 100, preferably in the range from 0.5: 100 to 7: 100 and particularly preferably in the range from 0 , 6: 100 to 6: 100.
- the present invention also relates to a molding material mixture, preferably for the production of a hardened molded part (including a green-resistant molded part, if component c1) is present as hardener component and / or a crosslinked, hardened molded part, if component c2) is present as hardener component) from the group consisting of mold, core and feeder, for use in casting metallic castings, comprising the following components: a) at least one basic molding material, b) one or more aliphatic polymers each comprising structural units of the formula I containing hydroxyl groups
- hardener component one or both components selected from the group consisting of: d) one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, preferably chitosan , and c2) one or more, preferably water-dispersible and / or aliphatic, polyisocyanates, as crosslinking agents for hydroxyl groups of the aliphatic polymer or polymers; and d) water.
- this comprises, as hardener component c), component c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, preferably chitosan, and additionally component c2), one or more, preferably aliphatic, polyisocyanates, as crosslinking agents for hydroxyl groups of the aliphatic polymer (s).
- this comprises, as hardener component c), only component c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, preferably chitosan, but not component c2), one or more, preferably water-dispersible and / or aliphatic, polyisocyanates, as crosslinking agents for hydroxyl groups of the aliphatic polymer or polymers.
- this comprises, as hardener component c), only component c2), one or more aliphatic polyisocyanates (preferably one or more aliphatic polyisocyanates to be used in the present text as preferred according to the invention) as crosslinking agents for hydroxyl groups aliphatic polymers, but not component c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, preferably chitosan.
- molding material mixture according to the invention (or a molding material mixture according to the invention mentioned above, referred to as preferred in this text) is suitable for use in the method according to the invention specified above and is intended for this purpose.
- the present invention also relates to the use of an aliphatic polymer which is crosslinked by one or more aliphatic polyisocyanates and comprises structural units of the formula I -CH 2 -CH (OH) - (I), preferably a crosslinked polyvinyl alcohol, which contains hydroxyl groups and is selected as the binder of a hardened molding the group consisting of mold, core and feeder, for use in the casting of metal castings.
- an aliphatic polymer which is crosslinked by one or more aliphatic polyisocyanates and comprises structural units of the formula I -CH 2 -CH (OH) - (I), preferably a crosslinked polyvinyl alcohol, which contains hydroxyl groups and is selected as the binder of a hardened molding the group consisting of mold, core and feeder, for use in the casting of metal castings.
- the statements made above for the method according to the invention, the hardened molded part according to the invention, the hardened molded part produced or producible according to the invention and for the molding material mixture according to the invention apply accordingly, and vice versa.
- the present invention also relates to the use of biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, preferably chitosan, as binders or binder components for producing a hardened molded part, preferably a green-shaped molded part, selected from the group consisting of a casting mold, Core and feeder, in the foundry industry.
- the molding material mixtures “F-Cold-Box” and “F-water glass” are comparative molding material mixtures not according to the invention or not to be used according to the invention.
- the molding material mixtures and “F-V6” and “F-E6 +” are molding material mixtures according to the invention or to be used according to the invention.
- Quartz sand BO 42 (CAS No. 014808-60-7) from Bodensteiner Sandwerk GmbH & Co. KG was used as the basic molding material.
- Viscosity in the range from 3.5 to 4.5 mPa s (measured as a 4% by weight aqueous solution at 20 ° C. according to DIN 53015), methanol content: 3% by weight; CAS RN 25213-24-5 (Kuraray Europe GmbH).
- the cold box activator 6324 used was a polyisocyanate (activator 6324 from Huentnes-Albertus Chemische Werke GmbH) which is customary for the production of cold box binders (polyurethane resin based on benzyl ether).
- a phenolic resin gas resin 7241 from Wilsontenes-Albertus Chemische Werke GmbH, which is customary for the production of cold box binders (polyurethane resin based on benzyl ether), was used as the cold box gas resin 7241.
- aqueous solution of a standard water glass binder with a water glass content (sodium silicate content) in the range from 35% by weight to 50% by weight and a pH at 20 ° C. was used as the sodium water glass binder 48/50 from 1 1 to 12 (CAS RN 1344-09-8).
- the molding material mixtures were produced as follows:
- Molding material mixture F-Cold-Box The components listed in Table 1 were mixed in an electric mixer (Bosch Profi 67) with stirring until a homogeneous molding material mixture was obtained.
- the cold box molding material mixture is a molding material mixture which is not produced by the process according to the invention or is not to be used in such a process, for comparison purposes.
- F-water glass molding material mixture The components listed in Table 1 were mixed in an electric mixer (Bosch Profi 67) with stirring until a homogeneous molding material mixture was obtained.
- the molding material mixture F-water glass is a molding material mixture which is not produced by the process according to the invention or which is not to be used in such a process, for comparison purposes.
- Molding material mixture F-V6 The components "aqueous PVAL mixture” and “aqueous preparation of chitosan” listed in Table 1 were mixed together in the amounts specified in Table 1 in a beaker to form a binder premix. The quartz sand was then placed in an electric mixer (Bosch Profi 67) and the binder premix was then added with stirring and mixed with the quartz sand. The stirring was continued until a homogeneous mixture of molding materials was obtained.
- the molding material mixture F-V6 is a molding material mixture produced by the process according to the invention or to be used in such a process.
- Molding material mixture F-E6 + the components “aqueous PVAL mixture” and “aqueous preparation of chitosan” listed in Table 1 were mixed together in the amounts specified in Table 1 in a beaker to form a binder premix.
- Binder premix added the amount of aliphatic polyisocyanate shown in Table 1 and combined with the binder premix by mixing together (agitator motor with paddle stirrer) to form a “second binder system” (in the sense of the present invention).
- the quartz sand was then placed in an electric mixer (Bosch Profi 67) and the resulting second binder system was then added with stirring and combined with the quartz sand by mixing.
- the stirring was continued until a homogeneous mixture of molding materials was obtained.
- the molding material mixture F-E6 + is a molding material mixture produced by the process according to the invention or to be used in such a process.
- Example 2 Production of standard Bieqerieqeln as model molded parts
- Bending bar B-Cold-Box The molding material mixture F-Cold-Box (see Example 1) was shaped in a bending rod ram as described above by ramming. The molded molding material mixture was then subjected to the cold box process by passing gaseous N, N-dimethylpropylamine (approx. 1 ml liquid, 15 s) (under the process conditions) in accordance with the instructions in VDG leaflet P73, No. 4.3, process A , hardened.
- Bending bar B-water glass The molding material mixture F-water glass was formed by ramming in a bending rod ram as described above. Gaseous CO2 was then passed through the molded molding material mixture (in the bending rod ram sleeve). The green bar, which was stable after C0 2 fumigation, was removed from the mold (demoulded) and dried in a drying oven for 20 min at 210 ° C and removal of water hardened by ventilating the drying oven (standard bending bar, here: bending bar B water glass).
- Bending bars B-V6 and B-E6 + the molding material mixtures F-V6 and F-E6 + (production see Example 1) were each formed by ramming in a bending rod ram as described above. Subsequently, gaseous N, N-dimethylpropylamine (corresponding to approx. 1 ml liquid, 15 s) was passed through the molded molding material mixtures (under the process conditions) (gassing in the bending rod ram bushing), whereby in each case a green-stable standard bending bar (ie model, hardened - here: green stable - molded part) resulted.
- a green-stable standard bending bar ie model, hardened - here: green stable - molded part
- Example 3 Determination of the final strengths of standard bending jars The final strengths of the standard bending bars produced in Example 2 above were tested: the final strength of the standard bending bar B-Cold-Box was checked 24 hours after its manufacture. The final strengths of the standard bending bars B-water glass, B-V6 and B-E6 + were tested for this 30 minutes after their manufacture (drying). All standard bending bars were stored under laboratory conditions. The final strengths were determined in triplicate, as described in VDG Leaflet P73, No. 5.2, with a Georg Fischer type PFG strength tester with low-pressure manometer (with motor drive).
- Standard bending bars B-water glass and B-E6 + produced as in Example 2 above were subjected to a storage test starting 24 h after their production (corresponds to aging time "0"). For this purpose, corresponding bending bars were stored for 60 h in a climatic cabinet at 40 ° C. and 90% relative atmospheric humidity and, in the time intervals specified in Table 3, as indicated in Example 3, on their (remaining)
- the hardened molded part (standard bending bar) B-E6 + produced by the process according to the invention shows a drop in strength after 8 hours under the storage conditions. After that, its strength remains almost constant over the rest of the storage period and is sufficient for practical purposes. In contrast, a significant decrease in strength after 24 hours of storage can be observed with the water-glass-bound bending bar B-water glass, which continues until the end of the storage period until it becomes unusable.
- the hardened molded part produced by the process according to the invention (standard bending bar, produced using the crosslinking step) B-E6 + is therefore significantly better suited for storage even under difficult climatic conditions (elevated temperature and air humidity) than a conventional, water glass-bound molded part.
- Table 4 Water resistance of standard bending bars
- Standard bending bars B-Cold-Box (comparison), B-V6 (produced according to the method according to the invention) and B-E6 + (manufactured according to the method according to the invention) produced in Example 2 above were mixed with a conventional alcohol size (Koalid 4087 from Wilsontenes- Albertus GmbH) finished in a manner known per se (conditions: run-down time 17.3 s; immersion time 7 s; drying 1 10 ° C for 40 min; wall thickness 325 pm when wet).
- the standard bending bars finished with the alcohol size were then converted into a size with a conventional size containing zircon (Zirkofluid 1219 from Wilsontenes-Albertus GmbH) undiluted finished furan resin mold (dimensions 280 x 200 x 130 mm) and cast in this form with iron lying down (casting temperature approx. 1440 ° C; approx. 3.09% by weight carbon content, approx. 1.89% by weight) .-% silicon content, based in each case on the total mass of the cast iron), so that the standard bending bars were completely enclosed by the iron casting and were subjected to a maximum load during casting in relation to the bearing load (due to the iron as casting metal).
- Example 7 Production of standard test specimens (standard bending bars and standard
- Test cylinder from insulating feed mass as a molding material mixture
- the components listed in Table 5 below were used to produce molding material mixtures for insulating feeders.
- the molding material mixtures were prepared analogously to that given in Example 1 above. Bending bars were then formed from the molding material mixtures obtained and cured to standard bending bars in a manner analogous to that in Example 2 above.
- standard test cylinders (height: 50 mm, diameter: 50 mm) according to the VDG standard P38 were produced from the molding compounds obtained by ramming and hardened analogously as in Example 2 above, as hardened moldings (30 min at 210 ° C. in a convection drying oven for standard bending bars and standard test cylinders with molding material mixture F-E6 + (2)).
- the standard bending bars or standard test cylinders produced as described above correspond to hardened molded parts (with crosslinking step) in the sense of the invention.
- the final strengths of the standard bending bars “B-Cold-Box” (comparison) and the standard bending bars B-E6 + (2) (produced according to the invention) were then determined, analogously to that given in Example 3 above.
- the results of all corresponding measurements are given in Table 5 below (mean values from 3 measurements in each case).
- Table 5 also shows the respectively determined values of the gas permeability of the standard bending bars and standard test cylinders as well as their weight.
- the gas permeability is a test value that provides information about the structure compression. In the case of the feeder in particular, this is a characteristic value that can provide information about the sufficient removal of casting gases during the casting.
- Table 5 Components of molding material mixtures for insulating feeders
- EXAMPLE 8 Casting of Shaped Parts with Aluminum
- the insulating feed mass with molding material mixture “F-Cold-Box (2)” produced in Example 7 above was used in a manner known to the person skilled in the art (gassing with catalyst N, N-dimethylpropylamine) by firing in a core shooter Insulating feeders (closed at the bottom with a bottom). From the insulating feed mass with molding material mixture “F-E6 + (2)” produced according to the invention in Example 7 above, insulating feeders were shot in the same shape (as with the feed mass “F-Cold-Box (2)”) on the core shooter. The curing was carried out for 30 min at 210 ° C. with dehydration in a drying cabinet (circulating air).
- Insulating feeders produced in the above-mentioned manner from the two molding material mixtures used were placed in a sand mold bonded with a cold box and cast in each case with aluminum to test their behavior under metal casting conditions. Further insulating feeders likewise produced in this way were placed in loose molding sand and cast in each case with iron instead of aluminum. The following observations were made:
- Example 9 Sample Casting of Iron Cubes The molding material mixtures given below in Table 6 were each formed into (insulating) feeders in a core shooter in a manner known to the person skilled in the art.
- the constituents indicated in Table 6 each correspond to the constituents indicated in Example 1 or their meanings.
- the above-mentioned feeders were each checked for their usability, in particular the quality of their feed effect, by use in the test casting of an iron cube (model for a metallic casting).
- the feeders of the same size ie the same module in each case
- GGG40 volume to surface ratio of
- the specialist in the field of foundry technology often uses cubes that have a significantly higher module than the feeders, in order to be able to obtain the best possible information on solidification from the test.
- the quality of the feeding effect is recorded via the depth of the blow hole reaching into the cube, whereby blow holes reaching deeper into the cube (the metal casting) mean a poorer feeding effect.
- test cubes After the casting and cooling to room temperature, the sample cubes produced as above were sawn (halved) in the middle in order to expose their cross section and to assess the quality of the casting and the quality of the feed effect of the feeders used in each case.
- the cross sections of the test cubes obtained by sawing with the visible residual feeder made of iron placed on top were visually assessed, with the results given below:
- aqueous PVAL mixture aliphatic polyisocyanate
- aqueous preparation of chitosan correspond to the constituents specified in example 1.
- the aqueous binder systems WB-V6 and WB-E6 + are aqueous binder systems to be used according to the invention.
- the aqueous binder system WB-E6 + corresponds to an aqueous mixture described above as the second binder system.
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gussstücks oder eines gehärteten Formteils unter Verwendung eines aliphatischen Bindemittelsystems Process for producing a metallic casting or a hardened molded part using an aliphatic binder system
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (i) zur Herstellung eines metallischen Gussstücks und/oder (ii) zur Herstellung eines gehärteten Formteils, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gussform, Kern und Speiser, zur Verwendung beim Gießen von metallischen Gussstücken sowie eine Formstoffmischung, insbesondere zur Verwendung in die- sem Verfahren. The present invention relates to a process (i) for producing a metallic casting and / or (ii) for producing a hardened molding, selected from the group consisting of casting mold, core and feeder, for use in casting metallic castings, and a molding material mixture, in particular for use in this process.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines durch ein oder mehrere aliphatische Polyisocyanate vernetzten, Hydroxygruppen umfassenden, aliphatischen Polymers als Bindemittel eines Formteils zur Verwendung beim Gießen von metallischen Gussstücken. Ebenfalls betrifft die vorliegende Erfindung ein gehärtetes Formteil zur Verwendung beim Gießen von metallischen Gussstücken, einschließlich eines grünstandsfesten Formteils, und vorzugsweise herstellbar nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Furthermore, the present invention relates to the use of an aliphatic polymer, which is crosslinked by one or more aliphatic polyisocyanates and comprises hydroxyl groups, as a binder of a molded part for use in the casting of metallic castings. The present invention likewise relates to a hardened molded part for use in the casting of metallic castings, including a molded part which is stable on green, and preferably can be produced by the process according to the invention.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung von Biopolymeren aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine als Bindemittel oder Bindemittelkomponente zur Herstellung ei- nes grünstandsfesten Formteils in der Gießereiindustrie. Im Metallguss eingesetzte Gießerei-Formteile (nachfolgend auch kurz als„Formteile“ bezeichnet), insbesondere Kerne, Gussformen und Speiser (einschließlich Speiserkappen und -Umhüllungen bzw. Speiserhülsen), bestehen regelmäßig aus einem feuerfesten Formgrundstoff, der je nach Einsatzzweck einen oder mehrere feuerfeste Feststoffe, bei- spielsweise Quarzsand, und/oder einen oder mehrere partikuläre Leichtfüllstoffe, beispielsweise Spheres aus Flugasche, beinhaltet, und einem geeigneten Bindemittel, das dem Formteil nach der Entnahme aus dem Formwerkzeug (etwa einem Formteilkasten wie einem Kernkasten oder einem Formkasten, s.u.) eine ausreichende mechanische Festigkeit verleiht. Im unausgehärteten Zustand wird die Mischung aus Formgrundstoff und Binde- mittel, welche gegebenenfalls noch weitere Additive enthalten kann, als„Formstoffmischung“ bezeichnet. The present invention also relates to the use of biopolymers from the group of poly-D-glucosamines as binders or binder components for the production of a green part which is stable in the foundry industry. Foundry molded parts used in metal casting (hereinafter also referred to as "molded parts"), in particular cores, molds and feeders (including feeder caps and coverings or feeder sleeves), consist regularly of a refractory base material which, depending on the application, contains one or more refractory solids , for example quartz sand, and / or one or more particulate light fillers, for example spheres from fly ash, and a suitable binder which the molded part after removal from the mold (such as a molded part box such as a core box or a molded box, see below) gives sufficient mechanical strength. In the uncured state, the mixture of molding raw material and binding agent, which may also contain other additives, is referred to as a “molding material mixture”.
Feuerfeste Feststoffe liegen bevorzugt partikulär und in einer rieselfähigen Form vor, so dass sie, nach Einarbeitung in eine Formstoffmischung in eine geeignete Hohlform (das Formwerkzeug, s.o.) eingefüllt und dort verdichtet werden können. Speiser und Kerne wer- den zu diesem Zweck meist in Kernschießmaschinen unter Druck in eine Form eingebracht, d.h.„geschossen“. Kleinere Formteile werden oft ebenfalls geschossen, während größere Formteile, insbesondere größere Gussformen, meist in einem Formkasten durch Stampfen geformt werden. Allgemein können alle Formteile auch durch Stampfen in entsprechenden Formen, beispielsweise im Handform-Verfahren, hergestellt werden. Um schießbare oder stampfbare Formstoffmischungen zu erhalten, muss deren Feuchtigkeitsgehalt, bei wasserbasierten Bindemitteln insbesondere deren Wassergehalt, entsprechend so eingestellt werden, dass die Formstoffmischung für den entsprechenden Formvorgang eine ausreichende Formstabilität aufweist, bzw. es muss das Verhältnis der flüssigen Bestandteile der Fomstoffmischung zu deren festen Bestandteilen entsprechend eingestellt werden. Refractory solids are preferably particulate and in a free-flowing form, so that after incorporation into a molding material mixture they can be filled into a suitable hollow mold (the molding tool, see above) and compressed there. For this purpose, feeders and cores are usually introduced into a mold in core shooters under pressure, i.e. “shot”. Smaller moldings are often also shot, while larger moldings, especially larger molds, are usually molded in a mold box by stamping. In general, all molded parts can also be produced by stamping in appropriate shapes, for example using the hand molding method. In order to obtain shootable or tampable molding material mixtures, their moisture content, and in the case of water-based binders in particular their water content, must be set accordingly so that the molding material mixture has sufficient dimensional stability for the corresponding molding process, or the ratio of the liquid components of the molding material mixture to their solid content Components are set accordingly.
Formteile wie Gussformen, Kerne und Speiser müssen verschiedene Gießerei-typische Anforderungen erfüllen. Art und Ausmaß der Erfüllung dieser Anforderungen werden dabei wesentlich durch das zu ihrer Herstellung eingesetzte Bindemittel bestimmt: Molded parts such as molds, cores and feeders must meet various typical foundry requirements. The type and extent of the fulfillment of these requirements are essentially determined by the binder used to manufacture them:
Nach der Herstellung eines Formteiles, d.h. unmittelbar nach der Entnahme des Formteiles aus dem Herstellungs-Werkzeug, sollte das Formteil eine möglichst hohe Festigkeit aufweisen. Die Festigkeiten zu diesem Zeitpunkt („Anfangsfestigkeit“, auch bezeichnet als „Grünstandsfestigkeit“, siehe auch unten) sind besonders wichtig für die sichere Handhabung von Kernen, Gussformen oder Speisern bei der Entnahme aus dem Herstellungs- Werkzeug. Auch eine hohe sogenannte Endfestigkeit (d.h. die Festigkeit nach vollständiger Aushärtung des Formteils) und eine hohe Temperaturbeständigkeit eines Formteils beim eigentlichen Metall-Abguss sind wichtig, insbesondere für Kerne und Gussformen, damit sich das Formteil unter dem Gewicht des Gießmetalls nicht verformt (d.h. eine gute Formbeständig- keit während des Gießvorganges behält, auch als„Abgussfestigkeit“ bezeichnet) und das damit hergestellte Metall-Gussstück möglichst ohne Gussfehler hergestellt werden kann. In diesem Zusammenhang ist es auch wichtig, dass die eingesetzten Formteile eine möglichst saubere bzw. glatte Oberfläche ohne Verzerrungen oder dergleichen aufweisen, da sich sonst Oberflächen-Defekte der Formteile auf die Oberflächen der mit ihrer Hilfe her- gestellten Metall-Gussstücke übertragen können. After the production of a molded part, ie immediately after the molded part has been removed from the production tool, the molded part should have the highest possible strength. The strengths at this point in time (“initial strength”, also referred to as “green stability”, see also below) are particularly important for the safe handling of cores, molds or feeders when they are removed from the manufacturing tool. A high so-called final strength (i.e. the strength after the molded part has completely hardened) and a high temperature resistance of a molded part during the actual metal casting are important, especially for cores and molds, so that the molded part does not deform under the weight of the cast metal (i.e. a good one Retains its shape during the casting process (also known as “cast resistance”) and the metal casting made with it can be made as far as possible without casting defects. In this context, it is also important that the molded parts used have as clean or smooth a surface as possible without distortions or the like, since otherwise surface defects of the molded parts can be transferred to the surfaces of the metal castings produced with them.
Weiterhin ist eine hohe Beständigkeit der Formteile gegen wässrige Feuchtigkeit von großem Vorteil. Allgemein erlaubt eine solche hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit eine längere Lagerdauer der Formteile, selbst unter anspruchsvollen klimatischen Bedingungen (warmes, feuchtes Klima) und im Idealfall über mehrere Tage oder Wochen, was eine Produk- tion von Formteilen auf Vorrat sowie deren Lagerhaltung erleichtert oder erst ermöglicht. Hierdurch gewinnt die industrielle Fertigung von Metall-Gusstücken mit diesen Formteilen erheblich an Flexibilität. Es hat sich außerdem gezeigt, dass bei allen im Metallguss eingesetzten Formteilen, insbesondere bei Speisern, eine Wasseraufnahme (etwa während deren Lagerung durch Aufnahme von Feuchtigkeit aus der Luft) dazu führen kann, dass sich bei den hohen Temperaturen des Metall-Abgusses aus entsprechenden Wassereinlagerungen Dampfblasen bilden, welche zur Lunkerbildung im Metall-Gussstück führen können, wodurch dieses dann unbrauchbar wird. Im Extremfall kann es durch schlagartige Wasserdampfbildung sogar zu Explosionen kommen. Ebenso ist eine hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit der Formteile vorteilhaft, da sie z.B. deren Verwendung mit unterschiedlichen Schlichtentypen und insbesondere auch mit wasserbasierten Schlichten erlaubt. Schlichten sind T rennmittel auf keramischer Basis, welche in gewissen Fällen den direkten Kontakt zwischen Formteilen, beispielsweise Kernen, und der Metallschmelze verhindern sollen, damit diese den hohen thermischen Belastungen beim Metall-Abguss besser widerstehen können. Im Hinblick auf eine hohe Metall-Abgussgüte ist es auch wünschenswert, dass Formteile der Metallschmelze möglichst wenig Wärmeenergie entziehen, z.B. durch Reaktionen des Bindemittels, wie sie etwa bei bekannten Schmelzreaktionen von Wasserglasbindern auf- treten können. Ein solcher Entzug von Wärmeenergie kann zu vorzeitiger Erstarrung der Metallschmelze führen und dadurch zu einem unvollständigen Guss. Diese Charakterisie- rung eines Bindemittels durch dessen Eigenschaften, selbst Wärmeenergie aufzunehmen, wird auch als dessen„Abschreckverhalten“ bezeichnet. Insbesondere bei Speisern ist eine besonders gute Wäremisolierwirkung erwünscht oder notwendig, um die Metallschmelze beim Metall-Abguss möglichst lange flüssig zu halten und eine möglichst geringe Lunkerbildung im Metall-Gussstück zu erreichen, wobei eine allenfalls auftretende Lunkerbildung möglichst weit außerhalb des gefertigten Metall-Gussstückes (etwa nur im Speiser) auftre- ten darf. Furthermore, the high resistance of the molded parts to aqueous moisture is a great advantage. In general, such a high level of moisture resistance allows the molded parts to be stored for a longer period of time, even under demanding climatic conditions (warm, humid climate) and ideally over several days or weeks, which makes it easier or even possible to produce molded parts in stock and store them. As a result, the industrial production of metal castings with these molded parts gains considerable flexibility. It has also been shown that with all molded parts used in metal casting, in particular with feeders, water absorption (for example during their storage due to the absorption of moisture from the air) can lead to the corresponding water deposits at the high temperatures of the metal casting Form vapor bubbles, which can lead to the formation of voids in the metal casting, which then makes it unusable. In extreme cases, sudden water vapor formation can even lead to explosions. A high level of moisture resistance of the molded parts is also advantageous, since it allows, for example, their use with different types of size and in particular also with water-based sizes. Finishing agents are release agents on a ceramic basis, which in certain cases are intended to prevent direct contact between molded parts, for example cores, and the molten metal, so that they can better withstand the high thermal loads during metal casting. In view of the high quality of the metal cast, it is also desirable that molded parts remove as little thermal energy from the molten metal as possible, for example through reactions of the binder, such as can occur in known melting reactions of water glass binders. Such a withdrawal of thermal energy can lead to premature solidification of the molten metal and thus to an incomplete casting. This characterization of a binder by its properties of absorbing thermal energy itself, is also referred to as its "deterrent behavior". Particularly in the case of feeders, a particularly good thermal insulation effect is desired or necessary in order to keep the molten metal liquid as long as possible during the casting of the metal and to achieve the lowest possible formation of voids in the metal casting, any void formation occurring as far as possible outside the finished metal casting ( for example only in the feeder).
Nach erfolgtem Gießvorgang soll sich ein Formteil dann unter dem Einfluss der vom Gießmetall abgegebenen Hitze möglichst so zersetzen, dass es seine mechanische Festigkeit verliert, also der Zusammenhalt zwischen einzelnen Partikeln des Formgrundstoffs verloren geht. Im Idealfall zerfällt das Formteil dann wieder zu feinen Partikeln des Formgrundstoffs, die sich mühelos und möglichst rückstandsfrei vom Metall-Gussstück entfernen lassen. Handelt es sich bei dem Formteil um einen Kern, führen solche vorteilhaften Zerfallseigenschaften zu einer besonders guten Entkernbarkeit eines Metall-Gussstückes. After the casting process has taken place, a molded part should then decompose as much as possible under the influence of the heat emitted by the casting metal in such a way that it loses its mechanical strength, that is to say the cohesion between individual particles of the base material is lost. In the ideal case, the molded part then disintegrates into fine particles of the basic molding material, which can be removed from the metal casting effortlessly and with as little residue as possible. If the molded part is a core, such advantageous disintegration properties lead to a particularly good removability of a metal casting.
In diesem Zusammenhang ist es auch besonders wünschenswert, dass die Zersetzung des Formteils, welche in der Regel mit einer thermischen Zersetzung des Bindemittels einhergeht, möglichst emissionsfrei, d.h. ohne Emission unangenehmer Gerüche und/oder sogar gesundheitsgefährdender Stoffe, vonstattengeht, um eine Belästigung oder gesundheitliche Gefährdung des in der Gießerei tätigen Personals möglichst gering zu halten, zu vermindern oder im Idealfall auszuschließen. Eine solche Beeinträchtigung durch unange- nehme Gerüche und/oder gesundheitsgefährdender Stoffe kann vor allem beim Abguss mit der heißen Metallschmelze auftreten, in welchem Fall insbesondere die meist aus der Gussform herausragenden Speiser die Hauptursache bilden, aber auch noch nach dem Erstarren des Metall-Gussstücks, wenn dieses von der Gussform befreit („ausgepackt“ o- der„entformt“) wird. Zur Herstellung von Formteilen für die Gießereiindustrie sind bereits verschiedene organische und anorganische Bindemittel bekannt, die alle mit für sie typischen Beschränkungen oder Nachteilen behaftet sind. In this context, it is also particularly desirable that the decomposition of the molded part, which is usually accompanied by thermal decomposition of the binder, is as emission-free as possible, i.e. without the emission of unpleasant smells and / or even substances that are hazardous to health, in order to minimize, reduce or ideally exclude any nuisance or health risks to the personnel working in the foundry. Such an impairment due to unpleasant smells and / or substances hazardous to health can occur especially when casting with the hot molten metal, in which case the feeders, which usually protrude from the mold, are the main cause, but also after the metal casting has solidified, when this is freed from the mold ("unpacked" or "demolded"). Various organic and inorganic binders are already known for the production of molded parts for the foundry industry, all of which have limitations or disadvantages typical of them.
Im Bereich der organischen Bindemittel und Bindemittelsysteme sind solche bekannt, deren Aushärtung jeweils durch kalte oder heiße Verfahren erfolgen kann. Bei heißhärtenden Verfahren wird die Formstoffmischung nach der Formgebung z.B. durch das erwärmte Formwerkzeug auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt, um das im Bindemittel enthaltene Lösemittel auszutreiben und/oder um eine chemische Reaktion zu initiieren, durch welche das Bindemittel ausgehärtet wird. Ein Beispiel für ein solches heißhärtendes Verfahren ist das sogenannte„Hot-Box-Verfahren“. Es wird heute hauptsächlich in der Großserienfertigung von Kernen angewendet. In the field of organic binders and binder systems, those are known which can be cured by cold or hot processes. In the case of heat-curing processes, the molding material mixture is heated to a sufficiently high temperature, for example by the heated molding tool, in order to drive off the solvent contained in the binder and / or to cause a chemical reaction initiate by which the binder is cured. An example of such a thermosetting process is the so-called "hot box process". Today it is mainly used in the large-scale production of cores.
Als kalthärtende Verfahren bezeichnet man dabei solche Verfahren, welche im Wesentli- chen ohne Erhitzen des zur Kernherstellung verwendeten Formwerkzeugs durchgeführt werden, i.d.R. bei Raumtemperatur oder bei einer durch eine etwaige, meist chemische, Reaktion verursachten Temperatur. Die Aushärtung erfolgt beispielsweise durch ein Gas, welches durch die zu härtende Formstoffmischung geleitet wird und dabei eine entsprechende chemische Reaktion auslöst. Ein Beispiel für ein solches kalthärtendes Verfahren ist das sogenannte„Cold-Box-Verfahren“, welches heute in großem Umfang in der Gießereiindustrie eingesetzt wird. Cold-hardening processes are processes that are carried out essentially without heating the mold used for core production, usually. at room temperature or at a temperature caused by any, usually chemical, reaction. Curing is carried out, for example, by a gas which is passed through the molding material mixture to be hardened and thereby triggers a corresponding chemical reaction. An example of such a cold-hardening process is the so-called “cold box process”, which is used extensively in the foundry industry today.
Sowohl Hot-Box-Verfahren als auch Cold-Box-Verfahren setzen nach dem Stand der Technik allerdings organische Bindemittel auf Phenolharzbasis ein. Diese weisen unabhängig von ihrer genauen Zusammensetzung den Nachteil auf, dass sie bei ihrer erwünschten Zersetzung durch die beim Metall-Abguss herrschenden Temperaturen z.T. erhebliche Mengen an Schadstoffen wie z.B. Benzol, Toluol und Xylol (auch„BTX“ abgekürzt) freisetzen. Außerdem führt der Metall-Abguss solcher organischen Bindemittel in aller Regel zu unerwünschten Geruchs- und Qualm- bzw. Rauch-Emissionen. Bei einigen derartigen Bindemittelsystemen treten unerwünschte Emissionen sogar schon bei der Herstellung und/0- der der Lagerung der Formteile auf. According to the prior art, both hot-box processes and cold-box processes use organic binders based on phenolic resin. Irrespective of their exact composition, these have the disadvantage that, in the event of their desired decomposition, they are partly caused by the temperatures prevailing during metal casting. considerable amounts of pollutants such as Release benzene, toluene and xylene (also abbreviated "BTX"). In addition, the metal casting of such organic binders generally leads to undesirable odor and smoke or smoke emissions. In some such binder systems, undesirable emissions occur even during the manufacture and / or storage of the molded parts.
Als eine Alternative zu den vorgenannten organischen Bindemitteln sind entsprechende anorganische Bindemittel bekannt, welche die vorgenannte Erscheinung der Freisetzung unerwünschter Geruchs- bzw. Schadstoffe beim Metall-Abguss nicht oder nur in viel geringerem Umfang aufweisen. Ein Beispiel für ein solches anorganisches Bindemittel ist Was- serglas. Die entsprechende Formstoffmischung besteht im Wesentlichen aus Formgrundstoff, beispielsweise Quarzsand, und Wasserglas (als einer wässrigen Lösung von Alkalisilikaten). Die geformten Formstoffmischungen werden z.B. durch Begasen mit CO2 ausgehärtet. As an alternative to the aforementioned organic binders, corresponding inorganic binders are known which do not have the aforementioned phenomenon of releasing undesirable odors or pollutants during metal casting, or do so only to a much lesser extent. An example of such an inorganic binder is water glass. The corresponding molding material mixture essentially consists of molding material, for example quartz sand, and water glass (as an aqueous solution of alkali silicates). The shaped molding material mixtures are cured, for example, by gassing with CO 2 .
Die Verwendung solcher anorganischen Bindemittel ist jedoch mit anderen, typischen Nachteilen verbunden: So weisen aus anorganischen Bindemitteln hergestellte Formteile oft nur geringe Festigkeiten auf. Dies tritt besonders deutlich unmittelbar nach der Entnahme des Formteils aus dem Werkzeug zutage. Daneben führt Ihre häufig geringe Feuchtigkeitsbeständigkeit zu einer eingeschränkten Lagerfähigkeit der damit hergestellten Formteile. Weiterhin zeigen anorganische Bindemittel oft keine ausreichenden Zerfallseigenschaften, wodurch dann aufwändiges Nachbearbeiten der mit entsprechenden Formteilen hergestellten Metall-Gussstücke nötig wird. Es ist auch bekannt, dass wasserglasgebundene Speiser in der Regel weniger gute Isolationseigenschaften aufweisen, als mit organischen Bindemitteln gebundene Speiser. Schließlich sind anorganische Bindersysteme wie Wasserglas auch dafür bekannt, dass sie beim Metall-Abguss merklich selbst Wärmeenergie aufnehmen, d.h. verbrauchen, wodurch die Metallschmelze verhältnismäßig früh erstarrt so dass es zu Gießfehlern kommen kann. Dies trifft vor allem für den Eisen- und Stahlguss mit den dort erforderlichen hohen Abgusstemperaturen zu. Im Stand der Technik werden bereits eine Reihe von auch organischen Bindemitteln sowie Verfahren zur Herstellung von Formteilen unter Einsatz solcher Bindemittel diskutiert: However, the use of such inorganic binders is associated with other, typical disadvantages: moldings made from inorganic binders often have only low strengths. This is particularly evident immediately after the molded part has been removed from the tool. In addition, their often low moisture resistance leads to a limited shelf life of the manufactured products Molded parts. In addition, inorganic binders often do not have sufficient disintegration properties, which means that time-consuming reworking of the metal castings produced with corresponding molded parts is necessary. It is also known that waterglass-bound feeders generally have less good insulation properties than feeders bound with organic binders. Finally, inorganic binder systems such as water glass are also known for noticeably absorbing, ie consuming, thermal energy when casting metal, which causes the molten metal to solidify relatively early, so that casting errors can occur. This is especially true for iron and steel casting with the high casting temperatures required there. A number of organic binders as well as processes for the production of molded parts using such binders are already discussed in the prior art:
Das Dokument DE 10 2007 031376 A1 beschreibt ein alternatives Cold-Box-Verfahren mit Rohölen. Document DE 10 2007 031376 A1 describes an alternative cold box process with crude oils.
Das Dokument DE 196 154 00 A1 beschreibt ein Polymer, seine Verwendung als Binde- mittel zur Herstellung keramischer Grünkörper und ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Gegenständen. Document DE 196 154 00 A1 describes a polymer, its use as a binder for the production of ceramic green bodies and a method for the production of ceramic objects.
In dem Dokument JPH 061 57860 A werden Wasser-resistente Zusammensetzungen beschrieben. JPH 061 57860 A describes water-resistant compositions.
In dem Dokument JPS 61 276813 A werden härtbare Zusammensetzungen angegeben. Das Dokument EP 677 346 A2 betrifft ein Gießverfahren unter Verwendung eines Gießkerns aus synthetischem Harz, einen synthetischen Harzkern sowie ein Gusswerkstück. In document JPS 61 276813 A curable compositions are given. Document EP 677 346 A2 relates to a casting process using a synthetic resin casting core, a synthetic resin core and a casting workpiece.
In dem Dokument WO 96/26231 A1 wird ein chemischer Binder beschrieben, umfassend einen Ester-basierten Polyol, ein Isocyanat und einen Katalysator. Document WO 96/26231 A1 describes a chemical binder comprising an ester-based polyol, an isocyanate and a catalyst.
Das Dokument WO 2011/044003 A2 betrifft auf Lignit-Urethan basierende Harze für Guss- sand mit verbesserter Leistung. Document WO 2011/044003 A2 relates to resins for cast sand based on lignite-urethane with improved performance.
In dem Dokument WO 2017/071695 A1 werden Phenol-Formaldehydharz-freie Bindemittel für Gießerei-Formsande beschrieben. In dem Dokument WO 2017/093371 A1 wird ein Verfahren beschrieben zur Herstellung von feuerfesten Kompositpartikeln und von Speiserelementen für die Gießereiindustrie, entsprechende Speiserelemente und Verwendungen. The document WO 2017/071695 A1 describes phenol-formaldehyde resin-free binders for foundry molding sands. Document WO 2017/093371 A1 describes a method for producing refractory composite particles and feeder elements for the foundry industry, corresponding feeder elements and uses.
Es besteht jedoch auch angesichts des Standes der Technik noch ein Bedürfnis nach ei- nem Verfahren zur Herstellung metallischer Gussstücke bzw. zur Herstellung gehärteter Formteile zur Verwendung beim Gießen von metallischen Gussstücken, welches eine, mehrere und im Idealfall alle der folgenden vorteilhaften Eigenschaften verwirklicht: eine hohe, jedenfalls für praktische Einsatzzwecke ausreichende, Anfangsfestigkeit der nach dem Verfahren hergestellten Formteile; - eine hohe Endfestigkeit der nach dem Verfahren hergestellten Formteile; eine hohe Abgussfestigkeit bzw. Temperaturbeständigkeit der nach dem Verfahren hergestellten Formteile; eine saubere bzw. glatte Oberfläche der nach dem Verfahren hergestellten Formteile; - eine möglichst hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit bzw. eine möglichst hohe Wasserfestigkeit der nach dem Verfahren hergestellten Formteile, so dass u.a. eine möglichst gute bzw. lange Lagerfähigkeit der Formteile auch bei unterschiedlichen Klimabedingungen resultiert und/oder diese mit wasserbasierten Schlichten eingesetzt werden können; - eine möglichst geringe Wärmeenergieaufnahme und im Idealfall eine gute Wärmeisolierungswirkung beim Metall-Abguss der nach dem Verfahren hergestellten Formteile; eine möglichst geringe Emission von Geruchs- und/oder Schadstoffen sowie von Rauch oder Qualm der nach dem Verfahren hergestellten Formteile, insbesondere unter den Bedingungen eines Metall-Abgusses, sowohl beim Abguss von Leichtmetallen und deren Legierungen als auch beim Eisen- und Stahlabguss; der wenigstens teilweise Einsatz nachwachsender Ausgangsstoffe; einen möglichst geringen apparativen Aufwand bei der Durchführung des Verfahrens, insbesondere eine Durchführbarkeit (auch) ohne heizbare Werkzeuge (d.h. durchführbar mindestens ähnlich einem bekannten Cold-Box-Herstellungsverfah- ren und mit einer entsprechenden apparativen Ausstattung). Weiterhin besteht auch ein Bedürfnis nach einem Bindemittel für ein Formteil beim Gießen von metallischen Gussstücken, welches eine, mehrere und im Idealfall alle der oben angegebenen vorteilhaften relevanten Eigenschaften aufweist bzw. bewirkt sowie nach einer Formstoffmischung zur Verwendung in einem solchen Verfahren. Weiter besteht auch ein Bedürfnis nach einem Formteil, welches eine, mehrere und im Idealfall alle, der im Zusam- menhang mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren genannten relevanten Eigenschaften aufweist. Ebenfalls besteht auch noch ein Bedürfnis nach einem Bindemittel, das es erlaubt, grünstandsfeste Formteile für die Anwendung in der Gießereiindustrie zu fertigen, v.a. im Sinne einer flexiblen Gestaltung von entsprechenden Herstellungsverfahren. However, even in view of the prior art, there is still a need for a method for producing metallic castings or for producing hardened moldings for use in casting metallic castings, which realizes one, more and, ideally, all of the following advantageous properties: one high, at least sufficient for practical purposes, initial strength of the molded parts produced by the process; - A high final strength of the molded parts produced by the process; a high casting resistance or temperature resistance of the molded parts produced by the process; a clean or smooth surface of the molded parts produced by the process; - The highest possible moisture resistance or the highest possible water resistance of the molded parts produced by the process, so that among other things the best possible or long shelf life of the molded parts results even under different climatic conditions and / or these can be used with water-based sizes; - The lowest possible heat energy absorption and ideally a good heat insulation effect when casting metal from the molded parts produced by the process; the lowest possible emission of odors and / or pollutants as well as smoke or fumes of the molded parts produced by the process, in particular under the conditions of a metal casting, both when casting light metals and their alloys and when casting iron and steel; the at least partial use of renewable raw materials; the least possible expenditure on equipment when carrying out the method, in particular a feasibility (also) without heatable tools (that is to say can be carried out at least similar to a known cold box production method and with appropriate equipment). Furthermore, there is also a need for a binder for a molded part in the casting of metallic castings, which has or effects one, several and, ideally, all of the advantageous relevant properties specified above, and for a molding material mixture for use in such a process. Furthermore, there is also a need for a molded part which has one, more and, ideally, all of the relevant properties mentioned in connection with the method described above. There is also also a need for a binder that allows green-stable molded parts to be produced for use in the foundry industry, especially in the sense of flexible design of corresponding manufacturing processes.
Es war daher eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstel- lung eines metallischen Gussstückes bzw. zur Herstellung eines gehärteten Formteils zur Verwendung beim Gießen von metallischen Gussstücken zur Verfügung zu stellen, welches eine, mehrere und im Idealfall alle der oben angegebenen vorteilhaften Eigenschaften bewirkt bzw. aufweist sowie eine Formstoffmischung v.a. zur Verwendung in dem vorgenannten Verfahren. Es war eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bindemittel zur Verwendung für ein Formteil beim Gießen von metallischen Gussstücken anzugeben, welches eine, mehrere und im Idealfall alle der oben angegebenen vorteilhaften relevanten Eigenschaften aufweist bzw. bewirkt. It was therefore a primary object of the present invention to provide a method for producing a metallic casting or for producing a hardened molded part for use in casting metallic castings, which process provides one, more and, ideally, all of the above-mentioned advantageous Properties or has properties and a molding material mixture above all for use in the aforementioned method. It was a further object of the present invention to provide a binder for use in a molded part in the casting of metallic castings, which has or effects one, several and ideally all of the advantageous relevant properties indicated above.
Eine spezifische Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es auch, ein gehärtetes Formteil für die Verwendung beim Gießen von metallischen Gussstücken bereitzustellen, welches eine, mehrere und im Idealfall alle der im Zusammenhang mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren genannten relevanten Eigenschaften aufweist. A specific object of the present invention was also to provide a hardened molded part for use in the casting of metallic castings, which has one, several and ideally all of the relevant properties mentioned in connection with the method described above.
Zusätzlich bestand eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Bindemittel bereitzustellen, das es erlaubt, auch grünstandsfeste Formteile für die Anwendung in der Gieße- reiindustrie zu fertigen, möglichst bei Raumtemperatur. Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass die primäre Aufgabe sowie weitere Aufgaben und/oder Teilaufgaben der vorliegenden Erfindung gelöst werden durch ein erfindungsgemäßes Verfahren i) zur Herstellung eines metallischen Gussstücks und/oder ii) zur Herstellung eines gehärteten Formteils ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gussform, Kern und Speiser, zur Verwendung beim Gießen von metallischen Gussstücken, mit folgenden Schritten: In addition, it was an object of the present invention to provide a binder which also makes it possible to produce molded parts which are stable on greenery for use in the foundry industry, if possible at room temperature. It has now surprisingly been found that the primary object and further objects and / or partial objects of the present invention are achieved by a method i) according to the invention for producing a metallic casting and / or ii) for producing a hardened molded part selected from the group consisting of a mold , Core and feeder, for use in casting metallic castings, with the following steps:
V1 ) Herstellen einer Formstoffmischung, umfassend die folgenden Bestandteile (oder bestehend aus den folgenden Bestandteilen): a) mindestens einen Formgrundstoff, b) ein oder mehrere aliphatische Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I V1) Preparation of a molding material mixture comprising the following constituents (or consisting of the following constituents): a) at least one molding raw material, b) one or more aliphatic polymers, each comprising structural units of the formula I containing hydroxyl groups
-CH2-CH(OH)- (I), c) als Härterkomponente, ein oder beide Bestandteile ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: d ) ein oder mehrere Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D- Glucosamine c2) ein oder mehrere, vorzugsweise wasserdispergierbare und/oder aliphatische, Polyisocyanate, als Vernetzungsmittel für Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere; und d) Wasser; -CH 2 -CH (OH) - (I), c) as hardener component, one or both components selected from the group consisting of: d) one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines c2) one or more, preferably water-dispersible and / or aliphatic, polyisocyanates, as crosslinking agents for hydroxyl groups of the aliphatic polymer or polymers; and d) water;
V2) Formen der Formstoffmischung, und anschließend V3) Härten der geformten Formstoffmischung oder eines daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes in einem oder mehreren Schritten, so dass ein gehärtetes Formteil resultiert. V2) shaping the molding material mixture, and then V3) hardening the molded molding material mixture or a resulting, non-hardened secondary product in one or more steps, so that a hardened molded part results.
Die Erfindung sowie erfindungsgemäß bevorzugte Kombinationen bevorzugter Parameter, Eigenschaften und/oder Bestandteile der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen definiert. Bevorzugte Aspekte der vorliegenden Erfindung werden auch in der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Beispielen angegeben bzw. definiert. The invention and combinations of preferred parameters, properties and / or components of the present invention which are preferred according to the invention are defined in the appended claims. Preferred aspects of the present invention are also specified or defined in the following description and in the examples.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, einschließlich seiner Varianten und bevorzugten Varianten, lassen sich gehärtete Formteile für die Gießereiindustrie hersteilen, insbeson- dere Formen, Kerne und Speiser (isolierende Speiser sowie exotherme Speiser, einschließlich Speiserkappen und Speiserhülsen), welche eine Vielzahl von vorteilhaften Eigenschaften aufweisen. Je nach Ausgestaltung des Verfahrens (bzw. seiner Varianten o- der bevorzugten Varianten) können eine, mehrere, oder im Idealfall alle der vorstehend aufgeführten vorteilhaften Eigenschaften verwirklicht werden. Allen Varianten und Ausge- staltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gemeinsam, dass darin lediglich geringe Emissionen von Geruchs- und/oder Schadstoffen sowie von Rauch oder Qualm auftreten. In bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens treten sogar nur sehr geringe Emissionen von Geruchs- und/oder Schadstoffen sowie von Rauch oder Qualm auf. Weiterhin ist allen Varianten und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemeinsam, dass die danach hergestellten Formteile nur wenig zur Aufnahme von Wärmeenergie neigen und ein vorteilhaftes Abschreckverhalten zeigen. With the method according to the invention, including its variants and preferred variants, hardened molded parts for the foundry industry can be produced, in particular molds, cores and feeders (insulating feeders and exothermic feeders, including feeder caps and feeder sleeves), which have a large number of advantageous properties. Depending on the design of the method (or its variants or the preferred variants), one, several or, ideally, all of the advantageous properties listed above can be achieved. All variants and configurations of the method according to the invention have in common that only low emissions of odor and / or pollutants as well as of smoke or smoke occur in them. In preferred embodiments of the method according to the invention, only very low emissions of odorous and / or pollutants as well as smoke or smoke occur. Furthermore, all variants and configurations of the method according to the invention have in common that the molded parts produced thereafter have little tendency to absorb thermal energy and exhibit advantageous quenching behavior.
In dem vorstehend angegebenen erfindungsgemäßen Verfahren wird die Formstoffmischung im Schritt V1 ) vorzugsweise hergestellt durch intensives Vermischen der Komponenten a) bis d) miteinander, um eine möglichst homogene Verteilung in der Formstoffmi- schung zu erhalten. Das Vermischen der Komponenten miteinander erfolgt auf an sich bekannte Weise, beispielsweise mit einem für diese Zwecke geeigneten Rührer, etwa einem Flügelrührer. Zu bevorzugten Ausgestaltungen der Bestandteile a) bis c) siehe unten. In the above-mentioned process according to the invention, the molding material mixture in step V1) is preferably prepared by intensively mixing components a) to d) with one another in order to obtain a homogeneous distribution in the molding material mixture. The components are mixed with one another in a manner known per se, for example with a stirrer suitable for this purpose, for example a paddle stirrer. For preferred configurations of components a) to c) see below.
In Schritt V2) wird die Formstoffmischung zu einer dreidimensionalen Struktur geformt, ausgewählt aus Gussform, Kern und Speiser (einschließlich Speiserkappen und Speiser- hülsen). Vorzugsweise wird der Schritt V2) in einem Formwerkzeug durchgeführt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff „Formwerkzeug“ jedes Werkzeug, welches in der Gießereiindustrie zur Formgebung von Formteilen, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gussform, Kern und Speiser (einschließlich Speiserkappen und Speiserhülsen), eingesetzt werden kann, insbesondere Formteil- kästen (einschließlich Formkästen und Kernkästen) und Schießmaschinen zum Schießen von Formteilen, insbesondere Kernschießmaschinen. In step V2) the molding material mixture is formed into a three-dimensional structure, selected from the casting mold, core and feeder (including feeder caps and feeder sleeves). Step V2) is preferably carried out in a molding tool. In the context of the present invention, the term “molding tool” denotes any tool that can be used in the foundry industry for molding molded parts, preferably selected from the group consisting of casting mold, core and feeder (including feeder caps and feeder sleeves), in particular molded part boxes (including mold boxes and core boxes) and shooting machines for shooting molded parts, in particular core shooting machines.
Sofern das Formen in Schritt V2) in einer Schießmaschine durchgeführt wird, wird dazu vorzugsweise vor oder beim Formen der Formstoffmischung das Verhältnis von Gesamt- Feuchtigkeitsgehalt zu Gesamt-Feststoffgehalt in der Formstoffmischung so eingestellt, dass die Formstoffmischung in einer Schießmaschine verschießbar bzw. in einem Formteilkasten stampfbar ist. Diese Einstellung ist dem Fachmann auf dem Gebiet ohne weiteres möglich. If the molding in step V2) is carried out in a shooting machine, the ratio of total moisture content to total solids content in the molding material mixture is preferably adjusted before or during molding of the molding material mixture such that the molding material mixture can be fired in a shooting machine or in a molding box is stompable. This setting is readily possible for the person skilled in the art.
Der Schritt V3) des vorstehend angegebenen erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Härten der geformten Formstoffmischung oder eines daraus entstandenen, nicht gehärte- ten Folgeproduktes, so dass ein gehärtetes Formteil resultiert. Vorzugsweise resultiert durch das Härten in Schritt V3) ein mindestens formbeständig gehärtetes Formteil.„Formbeständig“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass ein Formteil mit dieser Eigenschaft seine Form so beibehält, auch z.B. nach Entfernung des Formwerkzeugs, dass es mindestens ohne Verlust oder Beeinträchtigung seiner Form gehandhabt und beispielsweise am Herstellungsort zu einer nachfolgenden weiteren Verarbeitungsstätte transportiert werden kann. Step V3) of the method according to the invention specified above comprises hardening the molded molding material mixture or a non-hardened secondary product resulting therefrom, so that a hardened molded part results. Preferably, the hardening in step V3) results in an at least dimensionally hardened molded part. "Dimensionally stable" in this context means that a molded part with this property retains its shape in this way, also e.g. after removal of the molding tool, that it can be handled at least without loss or impairment of its shape and can be transported, for example, to a subsequent further processing site at the production site.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst das Härten der geformten Formstoffmischung oder eines daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes in Schritt V3) einen, zwei oder alle drei Schritte (jeweils soweit in einer bestimmten Variante oder Aus- gestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens anwendbar) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: In the context of the present invention, the hardening of the shaped molding material mixture or a non-hardened secondary product resulting therefrom in step V3) comprises one, two or all three steps (in each case as far as applicable in a specific variant or configuration of the method according to the invention) selected from the group consisting of:
V31 ) Ausfällen von zumindest Anteilen der ein oder mehreren Biopolymere (in der geformten Formstoffmischung und/oder dem daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeprodukt) so dass ein grünstandsfestes Formteil resultiert (Näheres dazu siehe unten), V31) Precipitation of at least portions of the one or more biopolymers (in the molded molding material mixture and / or the resulting, non-hardened secondary product), so that a green component is obtained (for further details see below),
V32) Behandeln der geformten Formstoffmischung und/oder des daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes und/oder (sofern vorher Schritt V31 ) durchgeführt wurde) des grünstandsfesten Formteils durch Erhitzen und/oder Entfernen von Wasser (Näheres dazu siehe unten), und V32) treatment of the shaped molding material mixture and / or of the resulting, not hardened secondary product and / or (if previously step V31) carried out ) of the molded part that is resistant to green standing by heating and / or removing water (for details see below), and
V33) Vernetzen lassen von Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere der Formel I (Bestandteil b)) mit Isocyanat-Gruppen der Polyisocyanate (Bestandteil c1 ), soweit vorhanden), vorzugsweise der wasserdispergierbaren und/oder aliphatischen Polyisocyanate, in der geformten Formstoffmischung und/oder in dem daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeprodukt und/oder in dem grünstandsfesten Formteil (sofern vorher Schritt V31 ) durchgeführt wurde), so dass als gehärtetes Formteil ein vernetztes Formteil resultiert (Näheres dazu siehe unten). V33) Allowing hydroxy groups of the aliphatic polymer (s) of formula I (component b)) to crosslink with isocyanate groups of the polyisocyanates (component c1), if present), preferably the water-dispersible and / or aliphatic polyisocyanates, in the molded molding material mixture and / or in the resulting, non-hardened secondary product and / or in the green-proof molded part (if step V31 was carried out beforehand), so that a cross-linked molded part results as a hardened molded part (for details see below).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung und übereinstimmend mit dem üblichen Verständnis in der Fachwelt bedeutet der Begriff „grünstandsfest“„formbeständig bzw. formstabil gehärtet bzw. vorgehärtet, aber noch nicht für den eigentlich vorgesehenen Zweck ausrei- chend gehärtet oder ausgehärtet“. Ein grünstandsfestes Formteil weist etwa eine zur Entnahme aus einem Formwerkzeug oder eine zur Überführung in einen nächsten Verarbeitungsschritt ausreichende Härte auf, weist aber meistens noch keine ausreichende Härte für den letztlich vorgesehenen Zweck auf, hier also für die Verwendung zur Herstellung eines metallischen Gussstücks. Die Herstellung eines grünstandsfesten Formteils im erfin- dungsgemäßen Verfahren ist beispielsweise dann bevorzugt, wenn das Verfahren ohne beheizbare Formwerkzeuge ausgeführt wird: ein grünstandsfestes Formteil kann dann zusammen mit oder auch ohne das zu seiner Herstellung verwendete Formwerkzeug weiter behandelt werden, insbesondere gemäß Schritt V32) und/oder Schritt V33) des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise in einem üblichen Trockenofen. Zur Herstellung ei- nes grünstandsfesten Formteils in Schritt V3) bzw. V31 ) ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Anwesenheit von Bestandteil c1 ), ein oder mehrere Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine, in der Formstoffmischung erforderlich. Ein nach Schritt V31 ) erhaltenes grünstandsfestes Formteil stellt ein gehärtetes Formteil im Sinne der vorliegenden Erfindung dar. In den bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, worin das Härten in Schritt V3) den Schritt V31 ) umfasst, werden zumindest Anteile, vorzugsweise wird die Gesamtmenge, der im Verfahren eingesetzten ein oder mehreren Biopolymere (vorzugsweise des Chitosans, dazu siehe unten) aus den wässrigen Anteilen der geformten Formstoffmischung oder eines daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes ausgefällt. Vorzugsweise geschieht dies auf an sich bekannte Weise durch Erhöhung des pH- Wertes dieser wässrigen Anteile. Die pH-Wert-Erhöhung kann auf jede bekannte Weise erfolgen, beispielsweise durch Zugabe von wässriger Lauge. Vorzugsweise wird der pH- Wert der wässrigen Anteile der geformten Formstoffmischung oder eines daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes erhöht durch Begasen mit einer oder mehreren unter den Reaktionsbedingungen gasförmigen alkalischen Verbindungen, vorzugsweise mit einem oder mehreren unter den Reaktionsbedingungen gasförmigen Aminen. Vorzugsweise ist das eine oder ist eines der mehreren gasförmigen Amine N,N,-Dimethylpropyla- min. Durch die Erhöhung des pH-Wertes in der geformten Formstoffmischung oder des daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes, welches jeweils die ein oder mehreren Biopolymere aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine (vorzugsweise Chitosan) ent- hält, fallen zumindest Anteile dieser Biopolymere aus den wässrigen Bestandteilen der geformten Formstoffmischung oder des daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes aus, so dass ein grünstandsfestes Formteil resultiert. Die Herstellung eines grünstandsfesten Formteils nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann dabei auf an sich bekannte Weise erfolgen, insbesondere entsprechend dem Schritt des Härtens bzw. Aushärtens ei- ner geformten Formstoffmischung (oder eines daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes) im Cold-Box-Verfahren: da zur Herstellung eines grünstandsfesten Formteils nach dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Temperaturerhöhung (Erhitzen) nötig ist, kann dieser Schritt beispielsweise in einem an sich bekannten Cold-Box-Werkzeug durchgeführt werden. Hierfür eignet sich etwa eine Cold-Box-Kernschießmaschine ohne Heiz- Vorrichtung, ohne dass hierfür nennenswerte Änderungen daran vorgenommen werden müssten, da etwa im Cold-Box-Verfahren der Schritt des Aushärtens der geformten Formstoffmischung (oder des daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes) ebenfalls vorzugsweise mittels Begasen mit einem gasförmigen Amin erfolgt. Es können auf die vorgenannte Weise grünstandsfeste Gussformen, Kerne und Speiser nach dem erfindungs- gemäßen Verfahren hergestellt werden. In the context of the present invention and in accordance with the customary understanding in the professional world, the term “green stability” means “dimensionally stable or dimensionally stable hardened or pre-hardened, but not yet hardened or hardened sufficiently for the intended purpose”. A green part that is stable on green has, for example, a hardness that is sufficient for removal from a molding tool or for transfer to a next processing step, but usually still does not have sufficient hardness for the ultimately intended purpose, here for use in the production of a metallic casting. The production of a green part that is stable in the green in the process according to the invention is preferred, for example, when the process is carried out without heatable molds: a green green stable part can then be treated further with or without the mold used for its production, in particular according to step V32) and / or step V33) of the method according to the invention, for example in a conventional drying oven. In order to produce a green part which is resistant to green standing in step V3) or V31), the presence of constituent c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, in the molding material mixture is required by the process according to the invention. A green-stable molded part obtained after step V31) represents a hardened molded part in the sense of the present invention. In the preferred embodiments of the method according to the invention, wherein the hardening in step V3) comprises step V31), at least portions are, preferably the total amount of one or more biopolymers used in the process (preferably chitosan, see below for this) is precipitated from the aqueous proportions of the molded molding material mixture or a non-hardened secondary product resulting therefrom. This is preferably done in a manner known per se by increasing the pH of these aqueous fractions. The pH can be increased in any known manner, for example by adding aqueous alkali. The pH of the aqueous portions of the shaped molding material mixture or of an uncured secondary product formed therefrom is preferably increased by gassing with one or more alkaline compounds which are gaseous under the reaction conditions, preferably with one or more amines which are gaseous under the reaction conditions. The one or more of the several gaseous amines is preferably N, N, -dimethylpropyla- min. As a result of the increase in the pH value in the molded molding material mixture or the resulting, not hardened secondary product, which in each case contains the one or more biopolymers from the group of poly-D-glucosamines (preferably chitosan), at least portions of these biopolymers fail the aqueous constituents of the molded molding material mixture or the resulting, non-hardened secondary product, so that a green component is obtained. A molded part which is resistant to green standing can be produced in a manner known per se, in particular in accordance with the step of hardening or hardening a shaped molding material mixture (or a non-hardened secondary product resulting therefrom) in the cold box process: there This step can be carried out, for example, in a cold box tool which is known per se, in order to produce a green part which is resistant to green standing by the process according to the invention. A cold box core shooter without a heating device is suitable for this, without having to make any noteworthy changes to it, since in the cold box process, for example, the step of curing the molded molding material mixture (or the resulting, non-hardened secondary product) likewise preferably carried out by gassing with a gaseous amine. In the above-mentioned manner, green molds, cores and feeders which are stable in standing can be produced by the method according to the invention.
Die geformte Formstoffmischung (wie erhalten nach Schritt V2)) und/oder ein daraus entstandenes, nicht gehärtetes Folgeprodukt und/oder ein grünstandsfestes Formteil (wie erhalten nach Schritt V31 )), wird vorzugsweise noch gemäß Schritt V32) weiter behandelt (siehe unten). Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Formteil weist nach Durchführung des Schrittes V32) meistens bereits eine ausreichende Härte für die Verwendung zur Herstellung eines metallischen Gussstücks auf. Das Behandeln in Schritt V3) bzw. V 32) wird durch Erhitzen der geformten Formstoffmischung und/oder des daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes und/oder des grünstandsfesten Formteils, und/oder durch den Entzug von Wasser aus Formstoffmischung, Folgeprodukt bzw. grünstandsfestem Formteil (wie vorstehend angegeben) erreicht, wie unten näher beschrieben. Soweit möglich (d.h. sofern in der Formstoffmischung in Schritt V1 ) der Bestandteil c2), ein oder mehrere Polyisocyanate (wie vorstehend oder nachfolgend definiert oder als bevorzugt definiert) als Vernetzungsmittel für Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere, vorhanden ist) und gewünscht, wird ein nach Schritt V31 ) und/oder nach Schritt V32) erhaltenes (gehärtetes) Formteil in Schritt V33) weiter umgesetzt zu einem vernetzten (ge- härteten) Formteil, durch Vernetzen lassen von Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere der Formel I mit Isocyanat-Gruppen der vorgenannten Polyisocyanate. Zur Herstellung eines vernetzten Formteils in Schritt V3) bzw. V33) ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Anwesenheit von Bestandteil c2), ein oder mehrere Polyisocyanate (wie vorstehend oder nachfolgend definiert oder als bevorzugt definiert) als Ver- netzungsmittel für Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere, in der Formstoffmischung erforderlich. The shaped molding material mixture (as obtained after step V2)) and / or a non-hardened secondary product resulting therefrom and / or a green-stable molded part (as obtained after step V31)) is preferably further treated according to step V32) (see below). A molded part produced by the method according to the invention usually already has sufficient hardness for use in producing a metallic casting after step V32) has been carried out. Treating in step V3) or V 32) is obtained by heating the molded molding material mixture and / or the resulting, non-hardened secondary product and / or the green-resistant molded part, and / or by withdrawing water from the molded material mixture, secondary product or green-resistant molded part (as indicated above) ) as described in more detail below. As far as possible (ie if component c2), one or more polyisocyanates (as defined above or below or as preferred) is present as crosslinking agent for hydroxyl groups of the aliphatic polymer (s) in the molding material mixture in step V1) and is desired a (hardened) molded part obtained after step V31) and / or after step V32) in step V33) is further converted into a crosslinked (hardened) molded part, by crosslinking hydroxyl groups of the aliphatic polymer (s) of the formula I with isocyanate Groups of the aforementioned polyisocyanates. To produce a crosslinked molded part in step V3) or V33), the presence of constituent c2), one or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred) as crosslinking agent for hydroxyl groups of the or the is according to the inventive method aliphatic polymers, required in the molding material mixture.
Das Vernetzen lassen der Hydroxygruppen mit den Isocyanat-Gruppen in Schritt V33) wird vorzugsweise durchgeführt durch Erhitzen der geformten Formstoffmischung und/oder des daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes und/oder des grünstandsfesten Formteils und den, vorzugsweise gleichzeitigen, Entzug von Wasser daraus, so dass es bei entsprechender Durchführung des Schrittes V32) und Anwesenheit von Bestandteil c2) in der Formstoffmischung zur mindestens teilweisen Vernetzung der Hydroxygruppen mit den Isocyanat-Gruppen kommt (Schritt V33)). In Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, in welchen der Schritt V3) sowohl den Schritt V32) als auch den Schritt V33) um- fasst, resultiert daher als Produkt bzw. Endprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens ein vernetztes (gehärtetes) Formteil, welches ein gehärtetes Formteil im Sinne der vorliegenden Erfindung darstellt. Näheres dazu siehe unten. The crosslinking of the hydroxyl groups with the isocyanate groups in step V33) is preferably carried out by heating the molded molding material mixture and / or the resulting uncured follow-up product and / or the green-resistant molded part and the, preferably simultaneous, removal of water therefrom, so that if step V32) is carried out accordingly and component c2) is present in the molding material mixture, the hydroxyl groups are at least partially crosslinked with the isocyanate groups (step V33)). In variants of the method according to the invention, in which step V3) comprises both step V32) and step V33), the product or end product of the method according to the invention therefore results in a crosslinked (hardened) molded part, which is a hardened molded part in the sense of the present invention. See below for details.
Ein vernetztes (gehärtetes) Formteil (wie erhalten nach Durchführung von beiden Schritten V32) und Schritt V33)) weist in aller Regel eine ausreichende Härte für die Verwendung zur Herstellung eines metallischen Gussstücks auf und weist zusätzlich vorzugsweise eine vorteilhafte hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit bzw. eine hohe Wasserfestigkeit auf. Auch die Anfangsfestigkeit, die Endfestigkeit sowie die Abgussfestigkeit eines solchen vernetzten (gehärteten) Formteils sind in der Regel jeweils besonders hoch. Bevorzugt ist ein vorstehend angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren, vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Verfahren (ii) (vorzugsweise ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnetes erfindungsgemäßes Verfahren), wobei A cross-linked (hardened) molded part (as obtained after carrying out both steps V32) and step V33)) generally has sufficient hardness for use in the production of a metallic casting and additionally preferably has an advantageous high moisture resistance or high water resistance on. The initial strength, the final strength and the casting strength of such a crosslinked (hardened) molded part are generally particularly high. Preferred is a method according to the invention specified above, preferably a method (ii) according to the invention (preferably a method according to the invention designated above or below as preferred), wherein
- die Formstoffmischung als Härterkomponente c) (mindestens) den Bestandteil c1 ), ein oder mehrere Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine, umfasst, und vorzugsweise (zusätzlich) den Bestandteil c2), ein oder mehrere Polyisocyanate (wie vorstehend oder nachfolgend definiert oder als bevorzugt definiert), vorzugsweise (ein oder mehrere) aliphatische Polyisiocyanate, als Vernetzungsmittel für Hydroxyg- ruppen des bzw. der aliphatischen Polymere, umfasst und/oder (vorzugsweise„und“) - The molding material mixture as hardener component c) comprises (at least) component c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, and preferably (additionally) component c2), one or more polyisocyanates (as above or defined below or defined as preferred), preferably (one or more) aliphatic polyisiocyanates, as crosslinking agents for hydroxy groups of the aliphatic polymer (s), and / or (preferably “and”)
- das Härten in Schritt V3) umfasst - The hardening in step V3) includes
V31 ) (bei Anwesenheit des Bestandteils c1 )) das Ausfällen von zumindest Anteilen der ein oder mehreren Biopolymere, vorzugsweise durch Erhöhen des pH-Wertes der wässrigen Anteile der geformten Formstoffmischung, besonders bevorzugt durch Kontaktieren, vorzugsweise Begasen, mit einer alkalisch reagierenden gasförmigen Verbindung, ganz besonders bevorzugt durch Begasen mit einem gasförmigen Amin, so dass ein grünstandsfestes Formteil resultiert; und/oder (vorzugsweise„und“) V31) (in the presence of component c1)) the precipitation of at least portions of the one or more biopolymers, preferably by increasing the pH of the aqueous portions of the molded molding mixture, particularly preferably by contacting, preferably gassing, with an alkaline gaseous compound, very particularly preferably by gassing with a gaseous amine, so that a green-stable molded part results; and / or (preferably "and")
V32) das Behandeln der geformten Formstoffmischung und/oder des daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes und/oder (sofern vorher Schritt V31 ) durchgeführt wurde) des grünstandsfesten Formteils, V32) the treatment of the shaped molding material mixture and / or the resulting, non-hardened secondary product and / or (if step V31 was carried out beforehand) the molded part which is stable on green,
- durch Erhitzen der geformten Formstoffmischung und/oder des daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes und/oder des grünstandsfesten Formteils, vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 100 °C bis 300 °C, besonders bevorzugt im Bereich von 150 °C bis 250 °C und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 180 °C bis 230 °C, und/oder (vorzugsweise„und“) - by heating the molded molding material mixture and / or the resulting, not hardened secondary product and / or the green part which is stable on greenery, preferably to a temperature in the range of 100 ° C to 300 ° C, particularly preferably in the range from 150 ° C to 250 ° C and very particularly preferably in the range from 180 ° C to 230 ° C, and / or (preferably “and”)
- durch Entfernen von Wasser aus der geformten Formstoffmischung und/o- der aus dem daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeprodukt und/oder aus dem grünstandsfesten Formteil. - By removing water from the molded molding material mixture and / or from the resulting, not hardened secondary product and / or from the green-stable molded part.
In vielen Fällen ist auch eine Ausgestaltung des vorstehend angegebenen erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt, wobei die Formstoffmischung als Härterkomponente c) nur den Bestandteil c1 ), ein oder mehrere Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly- D-Glucosamine umfasst (d.h. die Härterkomponente c) umfasst in dieser Ausgestaltung nicht den Bestandteil c2), ein oder mehrere Polyisocyanate). In dieser in vielen Fällen bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise zur Herstellung eines grünstandsfesten Formteils der Schritt V31 ), das Ausfällen von zumindest Anteilen der ein oder mehreren Biopolymere, durchgeführt. Vorzugsweise wird in dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Schritt V32) entweder mit der geformten Formstoffmischung (wie erhalten nach Schritt V2), dann ohne vorherige Durchführung des Schrittes V31 )) oder - vorzugsweise - mit dem grünstandsfesten Formteil (wie erhalten nach Schritt V31 ), dann zusätzlich zu und nach vorheriger Durchführung des Schrittes V31 )) durchgeführt. Das Entfernen von Wasser in Schritt V32) wird (in allen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche den Schritt V32) und das Entfernen von Wasser umfassen) durch eine, zwei oder durch alle drei Maßnahmen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: In many cases, an embodiment of the method according to the invention specified above is also preferred, the molding material mixture as hardener component c) comprising only constituent c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines (ie comprising hardener component c) in this embodiment does not include component c2), one or more polyisocyanates). In this embodiment of the method according to the invention, which is preferred in many cases, step V31), the precipitation of at least portions of the one or more biopolymers, is preferably carried out to produce a green stand-resistant molded part. In this embodiment of the method according to the invention, step V32) is preferably carried out either with the shaped molding material mixture (as obtained after step V2), then without carrying out step V31 beforehand)) or - preferably - with the green part which is resistant to green (as obtained after step V31), then carried out in addition to and after the previous step V31)). The removal of water in step V32) (in all variants of the method according to the invention, which include step V32) and the removal of water) is selected by one, two or by all three measures from the group consisting of:
Gefriertrocknen der geformten Formstoffmischung und/oder des daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes und/oder des grünstandsfesten Formteils, - Vakuumtrocknen der geformten Formstoffmischung und/oder des daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes und/oder des grünstandsfesten Formteils, und Freeze-drying the molded molding material mixture and / or the resulting, not hardened secondary product and / or the green-resistant molded part, - vacuum drying the molded molded material mixture and / or the resulting uncured secondary product and / or the green-stable molded part, and
Erhitzen der geformten Formstoffmischung und/oder des daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes und/oder des grünstandsfesten Formteils (und Entfernen von Wasser aus der geformten Formstoffmischung und/oder aus dem daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeprodukt und/oder aus dem grünstandsfesten Formteil); ausgeführt. Vorzugsweise wird das Entfernen von Wasser in Schritt V32) (in allen Varian- ten des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche den Schritt V32) und das Entfernen von Wasser umfassen) ausgeführt durch Erhitzen der geformten Formstoffmischung und/oder des daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes und/oder des grünstandsfesten Formteils und (vorzugsweise gleichzeitiges) Entfernen von Wasser aus der geformten Formstoffmischung und/oder aus dem daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgepro- dukt und/oder aus dem grünstandsfesten Formteil. Heating the molded molding material mixture and / or the resulting, non-hardened secondary product and / or the green part which is stable on greenery (and Removal of water from the molded molding material mixture and / or from the resulting, non-hardened secondary product and / or from the green part which is stable on greenery; executed. Preferably, the removal of water in step V32) (in all variants of the method according to the invention, which include step V32) and the removal of water) is carried out by heating the molded molding material mixture and / or the resulting uncured secondary product and / or the green-stable molded part and (preferably simultaneous) removal of water from the molded molding material mixture and / or from the non-hardened secondary product resulting therefrom and / or from the green-stable molded part.
Bevorzugt ist auch eine Ausgestaltung des vorstehend angegebenen erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise eines erfindungsgemäßen Verfahrens (ii) (vorzugsweise eines vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichneten erfindungsgemäßen Verfahrens), wobei die Formstoffmischung als Härterkomponente c) nur den Bestandteil c1 ), ein oder mehrere Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine umfasst und welches, zusätzlich zu und nach dem oben definierten Schritt V31 ), den Schritt umfasst: Also preferred is an embodiment of the method according to the invention specified above, preferably a method according to the invention (ii) (preferably a method according to the invention designated above or below as preferred), the molding material mixture as hardener component c) only comprising component c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines and which, in addition to and after step V31) defined above, comprises the step:
V32) das Behandeln des grünstandsfesten Formteils, V32) the treatment of the green-stable molded part,
- durch Erhitzen des grünstandsfesten Formteils, vorzugsweise auf eine Tem- peratur im Bereich von 100 °C bis 300 °C, besonders bevorzugt im Bereich von 150 °C bis 250 °C und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 180 °C bis 230 °C, und/oder (vorzugsweise„und“) - by heating the molded part which is stable on green, preferably to a temperature in the range from 100 ° C. to 300 ° C., particularly preferably in the range from 150 ° C. to 250 ° C. and very particularly preferably in the range from 180 ° C. to 230 ° C. , and / or (preferably "and")
- durch Entfernen von Wasser aus dem grünstandsfesten Formteil. In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfasst die Formstoffmischung als Härterkomponente c) sowohl den Bestandteil c1 ), ein oder mehrere Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine, als auch zusätzlich den Bestandteil c2), ein oder mehrere Polyisocyanate (wie vorstehend o- der nachfolgend definiert oder als bevorzugt definiert). In dieser Ausgestaltung lassen sich Formteile mit besonders vorteilhaften Eigenschaften hersteilen, insbesondere Formteile mit einer besonders hohen Feuchtigkeitsbeständigkeit bzw. einer besonders hohen Wasserfestigkeit sowie mit einer besonders hohen Anfangsfestigkeit, einer besonders hohen Endfestigkeit sowie einer besonders hohen Abgussfestigkeit. - by removing water from the molded part that is stable against greenery. In a further, particularly preferred embodiment of the process according to the invention, the molding material mixture comprises, as hardener component c), both component c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, and additionally component c2), one or more Polyisocyanates (as defined above or defined below or as preferred). In this embodiment, molded parts with particularly advantageous properties can be produced, in particular molded parts with a particularly high moisture resistance or a particularly high water resistance as well as with a particularly high initial strength, a particularly high final strength and a particularly high casting strength.
In der vorgenannten, besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens, worin die Formstoffmischung als Härterkomponente c) sowohl den Bestandteil d ) als auch zusätzlich den Bestandteil c2) umfasst, sind die Polyisocyanate des Bestandteils c2) vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: aromatischen Polyisocyanaten, vorzugsweise wasserverträglichen aromatischen Polyisocyanaten, besonders bevorzugt wasserdispergierbaren aromatischen Po- lyisocyanaten, aliphatischen Polyisocyanaten, vorzugsweise wasserdispergierbaren aliphatischen Polyisocyanaten, besonders bevorzugt den unten näher bezeichneten bevorzugten aliphatischen Polyisocyanaten und - deren Gemischen. In the aforementioned, particularly preferred embodiment of the process according to the invention, in which the molding material mixture as hardener component c) comprises both component d) and additionally component c2), the polyisocyanates of component c2) are preferably selected from the group consisting of: aromatic Polyisocyanates, preferably water-compatible aromatic polyisocyanates, particularly preferably water-dispersible aromatic polyisocyanates, aliphatic polyisocyanates, preferably water-dispersible aliphatic polyisocyanates, particularly preferably the preferred aliphatic polyisocyanates and mixtures thereof, which are described in more detail below.
Besonders bevorzugt als Härterkomponente c2) im vorstehend oder nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren (oder in einem vorstehend oder nachfolgend beschriebenen bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren) sind (sofern Härterkomponente c2) eingesetzt wird bzw. vorhanden ist) wasserdispergierbare Polyisocyanate, vorzugs- weise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus wasserdispergierbaren aromatischen Polyisocyanaten, wasserdispergierbaren aliphatischen Polyisocyanaten und deren Gemischen. Ganz besonders bevorzugt als Härterkomponente c2) im vorstehend oder nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren (oder in einem vorstehend oder nachfolgend beschriebenen bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren) sind (sofern Härter- komponente c2) eingesetzt wird bzw. vorhanden ist) wasserdispergierbare aliphatische Polyisocyanate. Particularly preferred as hardener component c2) in the process according to the invention described above or below (or in a preferred process according to the invention described above or below) (if hardener component c2) is used or is present) are water-dispersible polyisocyanates, preferably selected from the group consisting of water-dispersible aromatic polyisocyanates, water-dispersible aliphatic polyisocyanates and mixtures thereof. Water-dispersible aliphatic polyisocyanates are very particularly preferred as hardener component c2) in the process according to the invention described above or below (or in a preferred process according to the invention described above or below) (if hardener component c2) is used or is present.
Wasserdispergierbare Polyisocyanate sind an sich auf dem Fachgebiet bekannt, u.a. aus WO 2011/144644 A1 oder aus der Produktbroschüre„The Chemistry of Polyurethane Coatings“, Bayer MaterialScience LLC (08/05). Sie zeichnen sich durch die Eigenschaft aus, auch in wässrigem bzw. wasserhaltigem Medium als Vernetzer, insbesondere als Vernetzer von nicht-wässrigen Hydroxylgruppen wie alkoholischen Hydroxylgruppen, wirken zu können. Demgegenüber können die nach dem Stand der Technik in der Gießereiindustrie, z.B. als Cold-Box-Bindemittel, verwendeten aromatischen Polyisocyanate aufgrund der hohen Reaktivität ihrer Isocyanat-Funktionen nicht in gewünschter Weise in wässrigen bzw. wasserhaltigen Medien eingesetzt werden, wie es bei einer Kombination mit aliphatischen Polymeren, jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten (insbesondere Polyvinylalkohol), jedoch vorteilhaft oder sogar erforderlich ist. Water-dispersible polyisocyanates are known per se in the field, inter alia from WO 2011/144644 A1 or from the product brochure “The Chemistry of Polyurethane Coatings”, Bayer MaterialScience LLC (08/05). They are characterized by their property from being able to act as a crosslinker, especially as a crosslinker of non-aqueous hydroxyl groups such as alcoholic hydroxyl groups, even in aqueous or water-containing medium. In contrast, the aromatic polyisocyanates used according to the prior art in the foundry industry, for example as cold box binders, cannot be used in the desired manner in aqueous or water-containing media because of the high reactivity of their isocyanate functions, as is the case with a combination with aliphatic polymers, each comprising hydroxyl-containing structural units (in particular polyvinyl alcohol), but is advantageous or even necessary.
Besonders bevorzugt als Härterkomponente c2) im vorstehend oder nachfolgend beschrie- benen erfindungsgemäßen Verfahren (oder in einem vorstehend oder nachfolgend beschriebenen bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren) einzusetzende (sofern Härterkomponente c2) eingesetzt wird bzw. vorhanden ist) wasserdispergierbare Polyisocyanate sind solche wasserdispergierbaren Polyisocyanate, welche das nachfolgend angegebene Auswahlkriterium erfüllen: Das wasserdispergierbare Polyisocyanat bildet im Kontakt mit Wasser innerhalb vonParticularly preferred as hardener component c2) in the process according to the invention described above or below (or in a preferred process according to the invention described above or below) (if hardener component c2) is used or is present) water-dispersible polyisocyanates are those water-dispersible polyisocyanates which do the following fulfill the specified selection criterion: The water-dispersible polyisocyanate forms in contact with water within
24 Stunden ein Fluid, welches ohne optische Hilfsmittel mit dem Auge keine festen Partikel erkennen lässt. Zur Überprüfung, ob ein Polyisocyanat wasserdispergierbar ist, werden 100 mg des Polyisocyanats (vorzugsweise in Form eines 100 pm dicken Films) in 100 ml Wasser (bei 20 °C) gegeben und auf einem handelsüblichen Schüt- teltisch für 24 Stunden geschüttelt. Wenn nach dem Schütteln keine festen Partikel mehr erkennbar sind, das Fluid aber eine (ohne optische Hilfsmittel mit dem Auge erkennbare) Trübung besitzt, ist das Polymer wasserdispergierbar. 24 hours a fluid that does not show any solid particles with the eye without optical aids. To check whether a polyisocyanate is water-dispersible, 100 mg of the polyisocyanate (preferably in the form of a 100 μm thick film) are added to 100 ml of water (at 20 ° C.) and shaken on a commercially available shaking table for 24 hours. If after shaking no more solid particles can be seen, but the fluid has a cloudiness (which can be seen with the eye without optical aids), the polymer is water-dispersible.
Aromatische Polyisocyanate (wie vorstehend angegeben) haben den Vorteil, dass sie mit den ein oder mehreren aliphatischen Polymeren jeweils umfassend Hydroxygruppen ent- haltende Struktureinheiten der Formel I vernetzbar sind und sich daher gut zur Herstellung von Formteilen mit hoher Feuchtigkeitsbeständigkeit eignen. Jedoch ist der Einsatz aromatischer Polyisocyanate insbesondere dann nicht vorteilhaft, wenn es bei der Herstellung gehärteter Formteile in der Gießereiindustrie darauf ankommt, möglichst emissionsarm zu arbeiten und möglichst wenige Geruchs- und/oder Schadstoffe zu erzeugen, da beim Ein- satz aromatischer Polyisocyanate derartige unerwünschte Emissionen vermehrt auftreten. Unter dem Begriff„aromatische Polyisocyanate“ werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Polyisocyanate verstanden, welche organische, aromatische Ringe (d.h. aromatische Kohlenwasserstoffe als Strukturbestandteile) enthalten. In allen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, in welchen in Schritt V1 ) der Bestandteil c2) eingesetzt wird, umfassen die Polyisocyanate des Bestandteils c2) daher vorzugsweise aliphatische Polyisocyanate, besonders bevorzugt wasserdispergierbare aliphatische Polyisocyanate und ganz besonders bevorzugt die unten näher bezeichneten bevorzugten aliphatischen Polyisocyanate. Aliphatische Polyisocyanate eignen sich aufgrund ihrer gegenüber aromatischen Polyisocyanaten herabgesetzten Reaktivität wesen- lich besser für den Einsatz in wässrigem bzw. wassserhaltigem Medium als aromatische Polyisocyanate. Die vorgenannten aliphatischen Polyisocyanate, wasserdispergierbaren aliphatischen Polyisocyanate bzw. die (nachfolgend definierten) bevorzugten aliphati- sehen Polyisocyanate machen in diesen bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens (in welchen in Schritt V1 ) der Bestandteil c2) eingesetzt wird) vorzugsweise einen Anteil von > 75 Gew.-%, besonders bevorzugt von > 90 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt von > 95 Gew.-% aus, bezogen auf die Gesamtmasse der in der Formstoffmischung eingesetzten (bzw. vorliegenden) ein oder mehreren Polyisocyanate. In einer be- sonders bevorzugten Variante dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen die Polyisocyanate des Bestandteils c2) nur (d.h. zu 100 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der in der Formstoffmischung eingesetzten bzw. vorliegenden ein oder mehreren Polyisocyanate) aliphatische Polyisocyanate, vorzugsweise nur wasserdispergierbare aliphatische Polyisocyanate und besonders bevorzugt nur die unten näher be- zeichneten bevorzugten aliphatischen Polyisocyanate. Aromatic polyisocyanates (as indicated above) have the advantage that they can be crosslinked with the structural units of the formula I which contain hydroxyl groups in each case and are therefore well suited for the production of moldings with high moisture resistance. However, the use of aromatic polyisocyanates is not particularly advantageous if the production of hardened molded parts in the foundry industry is based on working with as little emissions as possible and generating as few odors and / or pollutants as possible when using aromatic polyisocyanates such undesirable emissions occur more often. In the context of the present invention, the term “aromatic polyisocyanates” is understood to mean polyisocyanates which contain organic, aromatic rings (ie aromatic hydrocarbons as structural components). In all variants of the process according to the invention in which component c2) is used in step V1), the polyisocyanates of component c2) therefore preferably comprise aliphatic polyisocyanates, particularly preferably water-dispersible aliphatic polyisocyanates and very particularly preferably the preferred aliphatic polyisocyanates described below. Because of their reduced reactivity compared to aromatic polyisocyanates, aliphatic polyisocyanates are substantially better suited for use in aqueous or water-containing medium than aromatic polyisocyanates. The abovementioned aliphatic polyisocyanates, water-dispersible aliphatic polyisocyanates or the (defined below) preferred aliphatic polyisocyanates preferably make up a proportion of> 75% by weight in these preferred variants of the process according to the invention (in which component c2) is used in step V1). %, particularly preferably from> 90% by weight and very particularly preferably from> 95% by weight, based on the total mass of the one or more polyisocyanates used (or present) in the molding material mixture. In a particularly preferred variant of this embodiment of the process according to the invention, the polyisocyanates of component c2) comprise only (ie 100% by weight, based on the total mass of the one or more polyisocyanates used or present in the molding material mixture), preferably aliphatic polyisocyanates only water-dispersible aliphatic polyisocyanates and particularly preferably only the preferred aliphatic polyisocyanates described below.
Aliphatische Polyisocyanate haben den Vorteil, dass sie noch weniger zum Auftreten von unerwünschten Emissionen von Geruchs- und/oder Schadstoffen sowie von Rauch oder Qualm bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beitragen als beispielsweise aromatische (d.h. organische, aromatische Ringe enthaltende) Polyisocyanate. Bevorzugt ist demnach auch ein vorstehend angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren, vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Verfahren (ii) (vorzugsweise ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnetes erfindungsgemäßes Verfahren), wobei Aliphatic polyisocyanates have the advantage that they contribute even less to the occurrence of undesirable emissions of odors and / or pollutants and of smoke or fumes when carrying out the process according to the invention than, for example, aromatic (i.e. containing organic, aromatic rings) polyisocyanates. Accordingly, a method according to the invention specified above is also preferred, preferably a method (ii) according to the invention (preferably a method according to the invention designated above or below as preferred), wherein
- der Bestandteil c2) der Formstoffmischung (sofern eingesetzt bzw. vorhanden) ein o- der mehrere wasserdispergierbare Polyisocyanate umfasst oder aus ein oder mehreren wasserdispergierbaren Polyisocyanaten besteht, oder - die ein oder mehreren Polyisocyanate (des Bestandteils c2), sofern eingesetzt bzw. vorhanden) ein oder mehrere wasserdispergierbare Polyisocyanate umfassen oder die ein oder mehreren Polyisocyanate (des Bestandteils c2), sofern eingesetzt bzw. vorhanden) ein oder mehrere wasserdispergierbare Polyisocyanate sind. In der besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, worin die Formstoffmischung als Härterkomponente c) sowohl den Bestandteil c1 ) als auch zusätzlich den Bestandteil c2) umfasst, wird vorzugsweise zur Herstellung eines grünstandsfesten Formteils der Schritt V31 ), das Ausfällen von zumindest Anteilen der ein oder mehreren Biopolymere, durchgeführt. Sofern in dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Schritt V32) durchgeführt wird, wird dieser entweder mit der geformten Formstoffmischung und/oder mit dem daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeprodukt (wie erhalten nach Schritt V2)) durchgeführt, oder dieser wird vorzugsweise, zusätzlich nach Durchführung des Schrittes V31 ), mit dem grünstandsfesten Formteil durchgeführt. Das Entfernen von Wasser in Schritt V32) kann dann durch eine, durch zwei oder durch alle drei der oben angeführten Maßnahmen (Gefriertrocknen, Vakuumtrocknen, Erhitzen) durchgeführt werden. component c2) of the molding material mixture (if used or present) comprises one or more water-dispersible polyisocyanates or consists of one or more water-dispersible polyisocyanates, or - The one or more polyisocyanates (of component c2), if used or present) comprise one or more water-dispersible polyisocyanates or the one or more polyisocyanates (of component c2), if used or available) are one or more water-dispersible polyisocyanates. In the particularly preferred embodiment of the process according to the invention, in which the molding material mixture as hardener component c) comprises both constituent c1) and additionally constituent c2), step V31), the precipitation of at least portions of the one or more, is preferably used to produce a green-resistant molded part several biopolymers. If step V32) is carried out in this embodiment of the method according to the invention, this is carried out either with the molded molding material mixture and / or with the resulting, non-hardened secondary product (as obtained after step V2)), or this is preferably carried out additionally after carrying out of step V31), carried out with the green part. The removal of water in step V32) can then be carried out by one, by two or by all three of the measures mentioned above (freeze drying, vacuum drying, heating).
In der besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, worin die Formstoffmischung als Härterkomponente c) sowohl den Bestandteil c1 ) als auch zusätzlich den Bestandteil c2) umfasst, wird vorzugsweise zusätzlich zu Schritt V32) (und vorzugsweise gleichzeitig mit diesem) auch der Schritt V33) ausgeführt. Das Vernetzen lassen von Hydroxygruppen und Isocyanatgruppen in Schritt V33) zur Herstellung des vernetzten Formteils umfasst dabei vorzugsweise: In the particularly preferred embodiment of the method according to the invention, in which the molding material mixture as hardener component c) comprises both component c1) and component c2), step V33) is preferably carried out in addition to step V32) (and preferably simultaneously with this) . The crosslinking of hydroxyl groups and isocyanate groups in step V33) to produce the crosslinked molding preferably comprises:
- das Erhitzen der geformten Formstoffmischung und/oder des daraus entstandenen nicht gehärteten Folgeproduktes und/oder des grünstandsfesten Formteils, vorzugs- weise des grünstandsfesten Formteils, vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 100 °C bis 300 °C, besonders bevorzugt im Bereich von 150 °C bis 250 °C und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 180 °C bis 230 °C, und das Entfernen von Wasser aus der geformten Formstoffmischung und/oder aus dem daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeprodukt und/oder aus dem grünstandsfesten Formteil, vorzugsweise aus dem grünstandsfesten Formteil; Das Härten in Schritt V3) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst demnach in diesem Fall neben dem Schritt V32) auch den Schritt V33) (wie vorstehend definiert). - heating the molded molding material mixture and / or the resultant uncured secondary product and / or the green part which is resistant to green standing, preferably the green part which is stable to green standing, preferably to a temperature in the range from 100 ° C. to 300 ° C., particularly preferably in the range from 150 ° C to 250 ° C and very particularly preferably in the range of 180 ° C to 230 ° C, and the removal of water from the molded molding material mixture and / or from the resulting uncured secondary product and / or from the green-resistant molded part, preferably from the green-stable molded part; The hardening in step V3) of the method according to the invention therefore also includes step V33) (as defined above) in this case in addition to step V32).
Wie oben angeführt, lässt sich eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte geformte Formstoffstoffmischung und/oder ein daraus entstandenes, nicht gehärtetes Fol- geprodukt ebenso zum gehärteten Formteil bzw. zum vernetzten (gehärteten) Formteil umsetzten wie ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes grünstandsfestes Formteil. D.h. Schritt V32) kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Schritt V2) oder nach Schritt V31 ) ausgeführt werden. Umgekehrt ist es jedoch nicht bevorzugt, den Schritt V31 ) nach dem Schritt V32) durchzuführen, da ein Ausfällen von zumindest Anteilen der ein oder mehreren Biopolymere in der geformten Formstoffmischung und/oder in dem daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeprodukt (in Schritt V31 )) nach deren bzw. dessen Erhitzen bzw. nach dem Entfernen von Wasser aus dieser bzw. aus diesem in der Regel technisch nicht sinnvoll oder nicht möglich ist. As mentioned above, a molded molding material mixture produced by the method according to the invention and / or a non-hardened follow-up product resulting therefrom can be converted into the hardened molded part or to the crosslinked (hardened) molded part as well as a green-stable molded part produced according to the method according to the invention. I.e. Step V32) can be carried out according to the method according to the invention after step V2) or after step V31). Conversely, however, it is not preferred to carry out step V31) after step V32), since a precipitation of at least portions of the one or more biopolymers in the molded molding material mixture and / or in the resulting uncured follow-up product (in step V31)) after it has been heated or after water has been removed from it or from it, this is generally not technically expedient or not possible.
In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erhitzt man zur Durchführung von Schritt V32) (und vorzugsweise zusätzlich bzw. gleichzeitig von Schritt V33)) eine (in Schritt V2) hergestellte) geformte Formstoffstoffmischung und/oder ein daraus entstandenes, nicht gehärtetes Folgeprodukt, in der Regel zusammen mit dem Formwerkzeug (beispielsweise einem Formteilkasten oder einem Schießkopf), in einer Trockenvorrichtung, beispielsweise einem Trockenofen, einem Bandtrockner, einem Durchlauftrockner, einem Tunneltrockner oder einem Trockenband, oder auch durch Hindurchleiten durch die geformte Formstoffmischung eines erhitzten Gases, vorzugsweise von erhitzter Luft, auf eine vorstehend angegebene Temperatur, und entfernt vorzugsweise - besonders bevorzugt gleichzeitig - Wasser aus der geformten Formstoffmischung und/oder aus dem daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeprodukt. Vorzugsweise wird in dieser Verfahrensvariante als T rockenvorrichtung ein T rockenofen, besonders bevorzugt ein Umluft-T rockenofen eingesetzt. Anschließend kann (sofern vorhanden oder noch vorhanden) das gehärtete Formteil üblicherweise aus dem Formwerkzeug entnommen werden. In a variant of the method according to the invention, to carry out step V32) (and preferably additionally or simultaneously from step V33)), a shaped molding material mixture (produced in step V2) and / or a non-hardened secondary product resulting therefrom is generally heated together with the molding tool (for example a molding box or a shooting head), in a drying device, for example a drying oven, a belt dryer, a continuous dryer, a tunnel dryer or a drying belt, or also by passing a heated gas, preferably heated air, through the shaped molding material mixture to a temperature indicated above, and preferably - particularly preferably at the same time - removes water from the molded molding material mixture and / or from the resulting, non-hardened secondary product. In this process variant, a drying oven is preferably used as the drying device, particularly preferably a circulating air drying oven. The hardened molded part can then usually be removed from the mold (if present or still available).
In einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erhitzt man zur Durchführung von Schritt V32) (und vorzugsweise zusätzlich bzw. gleichzeitig von Schritt V33)) ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes grünstandsfestes Formteil, entweder zusammen mit dem Formwerkzeug (beispielsweise einem Formteilkasten oder einem Schießkopf) oder vorzugsweise ohne das Formwerkzeug, in einer Trockenvorrichtung, beispielsweise einem Trockenofen, einem Bandtrockner, einem Durchlauftrockner, einem Tunneltrockner oder einem Trockenband, auf eine vorstehend angegebene Temperatur, und entfernt vorzugsweise - und besonders bevorzugt gleichzeitig - Wasser aus dem grünstandsfesten Formteil. Vorzugsweise wird auch in dieser Verfahrensvariante als Trockenvorrichtung ein Trockenofen, besonders bevorzugt ein Umluft-Trockenofen eingesetzt. In another variant of the method according to the invention, to carry out step V32) (and preferably additionally or simultaneously from step V33)), a green-stable molded part produced by the method according to the invention is heated, either together with the molding tool (for example a molding box or a shooting head) or preferably without the molding tool, in a drying device, for example a drying oven, a belt dryer, a continuous dryer, a tunnel dryer or a drying belt, to a temperature specified above, and preferably - and particularly preferably at the same time - removes water from the green-shaped molded part. In this variant of the method, too, a drying oven is preferably used as the drying device, particularly preferably a circulating air drying oven.
Der Vorteil dieser zuletzt genannten Verfahrensvariante liegt vor allem darin, dass das grünstandsfeste Formteil nicht in einem Formwerkzeug und insbesondere nicht in einem beheizbaren Formwerkzeug zum gehärteten Formteil (insbesondere zum vernetzten, gehärteten Formteil) umgesetzt werden muss, sondern (beispielsweise bei Raumtemperatur) aus dem Formwerkzeug entnommen und separat in einer geeigneten Trockenvorrichtung (insbesondere durch ein vorstehend angegebenes Erhitzen und Entfernen von Wasser) zum gehärteten Formteil (insbesondere zum vernetzten Formteil) umgesetzt werden kann. Es können auf diese Weise nicht-beheizbare Formwerkzeuge wie an sich bekannte Cold- Box-Kernschießmaschinen zum Formen der Formstoffmischung oder des daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes und/oder zum Herstellen des grünstandsfesten Formteils eingesetzt werden, so dass beispielsweise für die Durchführung dieser erfin- dungsgemäßen Verfahrensvariante keine aufwändigen und kostenintensiven Umrüstungen an für Cold-Box-Verfahren ausgerüsteten Produktionsorten nötig werden. Da die Durchführung dieser Verfahre ns Variante aber nicht auf die Durchführung in nicht-beheiz- baren Formwerkzeugen beschränkt ist, kann sie an unterschiedlich apparativ ausgerüsteten Produktionsorten durchgeführt werden, so dass die weiteren Vorteile des erfindungs- gemäßen Verfahrens in der Industrie sehr flexibel genutzt werden können. The advantage of this last-mentioned process variant lies above all in the fact that the green-stable molded part does not have to be converted into the hardened molded part (in particular to the cross-linked, hardened molded part) in a mold and in particular not in a heatable mold, but instead (for example at room temperature) from the mold removed and implemented separately in a suitable drying device (in particular by heating and removing water as described above) to give the hardened molded part (in particular the crosslinked molded part). In this way, non-heatable molding tools, such as cold box core shooters known per se, can be used for molding the molding material mixture or the resulting, not hardened secondary product and / or for producing the molded part which is stable on green, so that, for example, According to the process variant according to the invention, no complex and costly conversions to production sites equipped for cold box processes are necessary. However, since the implementation of this variant of the method is not limited to the implementation in molds which cannot be heated, it can be carried out at production sites equipped with different apparatuses, so that the further advantages of the method according to the invention can be used very flexibly in industry .
Allgemein ist die Einstellung der genauen Verfahrensparameter des erfindungsgemäßen Verfahrens in Schritt V32) und/oder in Schritt V33), beispielsweise die Dauer des Erhitzens, die Temperatur des Trockenofens oder des erhitzten Gases, die Durchströmungsdauer mit erhitztem Gas (d.h. die Dauer des Hindurchleitens des erhitzten Gases) sowie der Druck des erhitzten Gases (sofern eingesetzt) in starkem Maße abhängig von den Eigenschaften des durch Aushärten herzustellenden Formteils wie seiner Größe, seinem Gewicht, seinem Volumen oder seinen Wandstärken. Nötigenfalls können die im Einzelfall geeigneten Parameter vom Fachmann in Vorversuchen auf an sich bekannte Weise ermittelt werden. In general, the setting of the exact process parameters of the process according to the invention in step V32) and / or in step V33), for example the duration of the heating, the temperature of the drying oven or of the heated gas, the flow time with heated gas (ie the duration of the passage of the heated gas) Gas) and the pressure of the heated gas (if used) to a large extent depending on the properties of the molded part to be produced by curing, such as its size, its weight, its volume or its wall thickness. If necessary, the parameters suitable in the individual case can be determined by the skilled person in preliminary tests in a manner known per se.
Bevorzugt ist weiterhin ein vorstehend angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren, vor- zugsweise ein erfindungsgemäßes Verfahren (ii) (vorzugsweise ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnetes erfindungsgemäßes Verfahren), wobei - die Formstoffmischung als Härterkomponente c) (mindestens) den Bestandteil c2), ein oder mehrere Polyisocyanate (wie vorstehend oder nachfolgend definiert oder als bevorzugt definiert), vorzugsweise (ein oder mehrere) aliphatische Polyisocyanate, umfasst, und vorzugsweise zusätzlich den Bestandteil c1 ), ein oder mehrere Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine, umfasst und/oder Also preferred is a method according to the invention specified above, preferably a method (ii) according to the invention (preferably a method according to the invention designated above or below as preferred), wherein the molding material mixture as hardener component c) comprises (at least) component c2), one or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred), preferably (one or more) aliphatic polyisocyanates, and preferably additionally component c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, comprises and / or
- das Härten in Schritt V3) mindestens umfasst - The hardening in step V3) comprises at least
V32) das Behandeln der geformten Formstoffmischung und/oder des daraus ent- standenen, nicht gehärteten Folgeproduktes und/oder (bei Anwesenheit desV32) the treatment of the shaped molding material mixture and / or the resulting, not hardened secondary product and / or (in the presence of the
Bestandteils c1 ) und vorheriger Durchführung des Schrittes V31 )) des grünstandsfesten Formteils, Component c1) and previous execution of step V31)) of the green stand-proof molded part,
- durch Erhitzen der geformten Formstoffmischung und/oder des daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes und/oder des grün- standsfesten Formteils, vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 100 °C bis 300 °C, besonders bevorzugt im Bereich von 150 °C bis 250 °C und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 180 °C bis 230 °C, und/oder (vorzugsweise„und“) - durch Entfernen von Wasser aus der geformten Formstoffmischung und/oder aus dem daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeprodukt und/oder aus dem grünstandsfesten Formteil, und (zusätzlich zu Schritt V31 ) und/oder V32), vorzugsweise zusätzlich zu Schritt V32)) vorzugsweise V33) das Vernetzen lassen von Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere der Formel I mit Isocyanat-Gruppen der Polyisocyanate (wie vorstehend oder nachfolgend definiert oder als bevorzugt definiert), in der geformten Formstoffmischung und/oder in dem daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeprodukt und/oder in dem grünstandsfesten Formteil, so dass als gehärtetes Formteil ein vernetztes Formteil resultiert. In vielen Fällen ist auch eine Ausgestaltung des vorstehend angegebenen, bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt, wobei die Formstoffmischung als Härterkomponente c) nur die Härterkomponente c2), ein oder mehrere Polyisocyanate (wie vorstehend oder nachfolgend definiert oder als bevorzugt definiert) umfasst (d.h. die Härterkomponente c) umfasst in dieser Ausgestaltung nicht den Bestandteil c1 ), ein oder mehrere Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine): - by heating the shaped molding material mixture and / or the resulting, not hardened secondary product and / or the green part which is resistant to green growth, preferably to a temperature in the range from 100 ° C. to 300 ° C., particularly preferably in the range from 150 ° C. to 250 ° C. ° C and very particularly preferably in the range from 180 ° C to 230 ° C, and / or (preferably “and”) - by removing water from the molded molding material mixture and / or from the resulting uncured subsequent product and / or from the green stand-resistant molded part, and (in addition to step V31) and / or V32), preferably in addition to step V32)) preferably V33), the crosslinking of hydroxyl groups of the aliphatic polymer (s) of the formula I with isocyanate groups of the polyisocyanates (as above or defined below or defined as preferred), in the molded molding material mixture and / or in the resulting, non-hardened secondary product and / or in the green-resistant molded part, so that a crosslinked molded part results as a hardened molded part. In many cases, an embodiment of the preferred method according to the invention specified above is also preferred, the molding material mixture as hardener component c) comprising only the hardener component c2), one or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred) (ie the hardener component c ) does not include component c1) in this embodiment, one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines):
In dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, worin die Formstoffmischung als Härterkomponente c) nur den Bestandteil c2) (nicht aber den Bestandteil c1 )) umfasst, umfassen die Polyisocyanate des Bestandteils c2) vorzugsweise einen Anteil von > 75 Gew.-%, besonders bevorzugt von > 90 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt von > 95 Gew.-% an aliphatischen Polyisocyanaten, vorzugsweise an wasserdispergierbaren aliphatischen Polyisocyanaten und besonders bevorzugt an (den oben angegebenen und unten näher definierten) erfindungsgemäß bevorzugt einzusetzenden aliphatischen Polyisocyanaten, bezogen auf die Gesamtmasse der in der Formstoffmischung eingesetzten (bzw. vorliegenden) ein oder mehreren Polyisocyanate des Bestandteils c2). In einer be- sonders bevorzugten Variante dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen die Polyisocyanate des Bestandteils c2) nur aliphatische Polyisocyanate, vorzugsweise nur wasserdispergierbare aliphatische Polyisocyanate, besonders bevorzugt nur die unten näher bezeichneten bevorzugten aliphatischen Polyisocyanate, als Bestandteil c2). In dieser bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens (worin die Formstoffmischung als Härterkomponente c) nur den Bestandteil c2) umfasst) wird kein grünstandsfestes Formteils hergestellt. In this embodiment of the process according to the invention, in which the molding material mixture as hardener component c) comprises only component c2) (but not component c1)), the polyisocyanates of component c2) preferably comprise a proportion of> 75% by weight, particularly preferably of > 90% by weight and very particularly preferably of> 95% by weight of aliphatic polyisocyanates, preferably of water-dispersible aliphatic polyisocyanates and particularly preferably of aliphatic polyisocyanates to be used according to the invention (specified above and defined in more detail below), based on the total mass of the one or more polyisocyanates of component c2) used (or present) in the molding material mixture. In a particularly preferred variant of this embodiment of the process according to the invention, the polyisocyanates of component c2) comprise only aliphatic polyisocyanates, preferably only water-dispersible aliphatic polyisocyanates, particularly preferably only the preferred aliphatic polyisocyanates described below, as component c2). In this preferred embodiment of the process according to the invention (in which the molding material mixture comprises only component c2) as hardener component c), no molded part which is stable on green is produced.
In der bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, worin die Formstoffmischung als Härterkomponente c) nur den Bestandteil c2) (nicht aber den Bestandteil c1 )) umfasst, wird Schritt V32) und vorzugsweise zusätzlich (und vorzugsweise gleichzeitig mit Schritt V32)) Schritt V33) jeweils analog bzw. entsprechend durchgeführt wie vorstehend für die Ausgestaltung des Verfahrens angegeben, worin die Formstoffmischung als Härterkomponente c) sowohl den Bestandteil c1 ) als auch zusätzlich den Bestandteil c2) umfasst. Dabei wird Schritt V32) jeweils mit der geformten Formstoffmischung (wie erhalten nach Schritt V2)) oder einem daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeprodukt durchgeführt (nicht aber mit einem grünstandsfesten Formteil). In the preferred embodiment of the method according to the invention, in which the molding material mixture as hardener component c) comprises only component c2) (but not component c1)), step V32) and preferably additionally (and preferably simultaneously with step V32)) step V33) are carried out in each case carried out analogously or correspondingly as stated above for the design of the process, in which the molding material mixture as hardener component c) comprises both component c1) and component c2) includes. Step V32) is carried out in each case with the shaped molding material mixture (as obtained after step V2)) or with a resultant, non-hardened follow-up product (but not with a molded part which is green-proof).
Zu der besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, worin die Formstoffmischung als Härterkomponente c) sowohl den Bestandteil c2), ein oder mehrere Polyisocyanate (wie vorstehend oder nachfolgend definiert oder als bevorzugt definiert), als auch zusätzlich den Bestandteil c1), ein oder mehrere Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine, umfasst, siehe oben. For the particularly preferred embodiment of the process according to the invention, in which the molding material mixture as hardener component c) comprises both component c2), one or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred), and additionally component c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, see above.
Es ist demnach bevorzugt ein vorstehend angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren i) zur Herstellung eines metallischen Gussstücks und/oder ii) zur Herstellung eines gehärteten Formteils ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gussform, Kern und Speiser, zur Verwendung beim Gießen von metallischen Gussstücken, (vorzugsweise ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnetes erfindungsgemäßes Verfahren), mit folgenden Schritten: V1 ) Herstellen einer Formstoffmischung, umfassend die folgenden Bestandteile: a) mindestens einen Formgrundstoff, b) ein oder mehrere aliphatische Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I It is therefore preferred a method according to the invention specified above i) for producing a metallic casting and / or ii) for producing a hardened molded part selected from the group consisting of casting mold, core and feeder, for use in the casting of metallic castings, (preferably one above or the process according to the invention designated below as preferred), comprising the following steps: V1) producing a molding material mixture comprising the following constituents: a) at least one molding raw material, b) one or more aliphatic polymers, each comprising structural units of the formula I containing hydroxyl groups
-CH2-CH(OH)- (I), c) als Härterkomponente beide Bestandteile ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: d ) ein oder mehrere Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D- Glucosamine und c2) ein oder mehrere Polyisocyanate (wie vorstehend oder nachfolgend definiert oder als bevorzugt definiert), vorzugsweise aliphatische Polyiso- cyanate, besonders bevorzugt wasserdispergierbare aliphatische Poly- isocayanate, als Vernetzungsmittel für Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere; -CH 2 -CH (OH) - (I), c) as hardener component, both constituents selected from the group consisting of: d) one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines and c2) one or more polyisocyanates ( as defined above or below or as preferred), preferably aliphatic polyiso cyanates, particularly preferably water-dispersible aliphatic polyisocyanates, as crosslinking agents for hydroxyl groups of the aliphatic polymer (s);
d) Wasser; d) water;
V2) Formen der Formstoffmischung, und anschließend V2) shaping the molding material mixture, and then
V3) Härten der geformten Formstoffmischung oder eines daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes, wobei das Härten in Schritt V3) umfasst V31 ) das Ausfällen von zumindest Anteilen der ein oder mehreren Biopolymere, vorzugsweise durch Erhöhen des pH-Wertes der wässrigen Anteile der geformten Formstoffmischung, besonders bevorzugt durch Kontaktieren, vorzugsweise Begasen, mit einer alkalisch reagierenden gasförmigen Verbindung, ganz besonders bevorzugt durch Begasen mit einem gasförmigen A- min, so dass ein grünstandsfestes Formteil resultiert; und/oder (vorzugsweise„und“) V3) curing the molded molding material mixture or a non-hardened secondary product resulting therefrom, the curing in step V3) comprising V31) the precipitation of at least portions of the one or more biopolymers, preferably by increasing the pH of the aqueous portions of the molded molding material mixture, particularly preferably by contacting, preferably gassing, with an alkaline-reacting gaseous compound, very particularly preferably by gassing with a gaseous amine, so that a molded part which is green-resistant results; and / or (preferably "and")
V32) das Behandeln der geformten Formstoffmischung und/oder des daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes und/oder des grünstandsfesten Formteils, vorzugsweise des grünstandsfesten Formteils (nach vorherigerV32) the treatment of the shaped molding material mixture and / or of the resulting, not hardened secondary product and / or the green part that is resistant to green standing, preferably the green part that is stable to green standing (according to the previous one)
Durchführung des Schrittes V31 )), Execution of step V31)),
- durch Erhitzen der geformten Formstoffmischung und/oder des daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeproduktes und/oder des grünstandsfesten Formteils (vorzugsweise des grünstandsfesten Formteils), vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 100 °C bis 300 °C, besonders bevorzugt im Bereich von 150 °C bis 250 °C und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 180 °C bis 230 °C, und/oder (vorzugsweise„und“) - by heating the molded molding material mixture and / or the resulting, not hardened secondary product and / or the green part that is resistant to green standing (preferably the green part that is stable to green standing), preferably to a temperature in the range from 100 ° C. to 300 ° C, particularly preferably in the range from 150 ° C to 250 ° C and very particularly preferably in the range from 180 ° C to 230 ° C, and / or (preferably “and”)
- durch Entfernen von Wasser aus der geformten Formstoffmischung und/oder aus dem daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeprodukt und/oder aus dem grünstandsfesten Formteil (vorzugsweise aus dem grünstandsfesten Formteil), und (zusätzlich zu Schritt V31 ) und/oder V32), vorzugsweise zusätzlich zu Schritt V32)) vorzugsweise V33) das Vernetzen lassen von Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere der Formel I mit Isocyanat-Gruppen der (eingesetzten) Polyisocya- nate in der geformten Formstoffmischung und/oder in dem daraus entstandenen, nicht gehärteten Folgeprodukt und/oder in dem grünstandsfesten Formteil (vorzugsweise in dem grünstandsfesten Formteil), so dass als gehärtetes Formteil ein vernetztes Formteil resultiert. - By removing water from the molded molding material mixture and / or from the resulting, not hardened secondary product and / or from the green-proof molded part (preferably from the green-proof molded part), and (in addition to step V31) and / or V32), preferably additionally to step V32)), preferably V33), the crosslinking of hydroxyl groups of the aliphatic polymer (s) of the formula I with isocyanate groups of the (used) polyisocyanates in the molded molding material mixture and / or in the resulting, non-hardened secondary product and / or in the green-proof molded part (preferably in the green-proof molded part), so that a cross-linked molded part results as a hardened molded part.
Es hat sich in eigenen Versuchen gezeigt, dass die nach der hier vorstehend angegebenen besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten (vernetzten) gehärteten Formteile (d.h. nach der Variante, des erfindungsgemäßen Verfahrens, worin die Formstoffmischung die Komponenten c1 ) und c2) umfasst und wobei der Schritt V32) ein Erhitzen und Entfernen von Wasser umfasst und wobei beide Schritte V32) und V33) ausgeführt werden) eine hohe Anfangsfestigkeit, eine besonders hohe Endfestigkeit (nach Aushärtung bzw. Vernetzen lassen) sowie eine besonders hohe Abgussfestigkeit und eine besonders hohe Temperaturbeständigkeit beim Abguss auch mit Eisen oder Stahl aufweisen. Auffällig ist auch die vorteilhafte glatte und saubere Oberflächen- Struktur dieser nach der hier vorstehend angegebenen besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten (vernetzten) gehärteten Formteile. Weiter konnte auch gezeigt werden, dass die nach dieser hier vorstehend angegebenen besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten (vernetzten) gehärteten Formteile eine besonders gute Feuchtigkeitsbeständigkeit und Wasserfes- tigkeit aufweisen, wodurch sie ausgezeichnet für eine auch längere Lagerung über Tage oder Wochen selbst unter schwierigen Klimabedingungen (feucht-warmes Klima) geeignet sind. Beim Metall-Abguss zeigen die nach dieser hier vorstehend angegebenen besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten (vernetzten) gehärteten Formteile darüber hinaus nur eine geringe Wärmeenergie-Aufnahme, was sich in einer geringen Lunkerbildung, die auch erst in vom eigentlichen Metall-Gusstück verhält- nismäßig weit entfernten Bereichen des Metall-Gusses (etwa im Speiseransatz) auftritt, niederschlägt. Diese Eigenschaft macht diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens auch besonders geeignet für die Herstellung von Speisern, insbesondere von isolierenden Speisern. Nach erfolgtem Metall-Abguss zeichnen sich insbesondere die nach dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten (vernetzten) gehärteten Formteile außerdem durch ein außerordentlich vorteilhaftes Auspackverhalten aus, da sie größtenteils durch die beim Metall-Abguss freigesetzte Hitze zerfallen und so eine Weiterverarbeitung des entsprechend hergestellten Metall-Gussstückes erheblich vereinfachen, weil nur wenige oder im Idealfall keine Nachbearbeitungsschritte mehr am hergestellten Metall-Gussstück erforderlich sind. Ein besonderer Vorteil der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteile ist deren Emissionsverhalten, vor allem während des Metall-Abgusses und beim Auspacken von Metall-Gussstücken, welche mit Hilfe dieser erfindungsgemäß hergestellten Formteile hergestellt wurden: so werden sowohl beim Metall-Abguss mit Leichtmetallen bzw. deren Legierungen (etwa beim Aluminium-Guss) als auch beim Eisen- oder Stahl- Guss oder beim Auspacken der entsprechend hergestellten Metall-Gussstücke kaum Qualm- bzw-. Rauchbildung, kaum Auftreten von unangenehmen Gerüchen und/oder kaum Emissionen potentiell gesundheitsgefährdender Stoffe beobachtet, wie sie beim Einsatz von herkömmlichen, insbesondere Aromaten-haltigen (wie insbesondere aromatische Polyole und aromatische Polyisocyanate enthaltenden), organischen Gießerei-Bindemit- teln regelmäßig Vorkommen. Dies gilt insbesondere für nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Speiser. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (insbesondere nach dessen bevorzugten Varianten) hergestellte isolierende Speiser zeigen, auch bei den verhältnismäßig niedrigen Temperaturen des Leichtmetallgusses, kaum unerwünschten Emissionen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte exotherme Speiser zeigen auch bei oder nach dem Abbrand kaum unerwünschte Emissionen (wie Qualmentwicklung). Besonders geringe Qualm- bzw. Rauchbildung, besonders geringes Auftreten von unangenehmen Gerüchen und/oder besonders geringe Emissionen potentiell gesundheitsgefährdender Stoffe werden beobachtet, wenn im erfindungsgemäßen Verfahren überwiegend oder ausschließlich aliphatische Polyisocyanate als Bestandteil c2) eingesetzt wer- den, vorzugsweise die in diesem Text als bevorzugt bezeichneten aliphatischen Polyiso- cyanate, und/oder wenn im erfindungsgemäßen Verfahren bestenfalls geringe Mengen und vorzugsweise keine weiteren Aromaten-haltigen Bestandteile eingesetzt werden. It has been shown in our own experiments that the (crosslinked) hardened moldings produced (ie according to the variant, of the process according to the invention) prepared and crosslinked according to the particularly preferred variant of the process according to the invention specified above, and in which the molding material mixture comprises components c1) and c2) step V32) comprises heating and removing water and both steps V32) and V33) are carried out) a high initial strength, a particularly high final strength (after hardening or crosslinking) as well as a particularly high casting strength and a particularly high temperature resistance during the Have castings with iron or steel. Also noticeable is the advantageous smooth and clean surface structure of these (crosslinked) hardened molded parts produced according to the particularly preferred variant of the method according to the invention specified above. Furthermore, it was also possible to show that the (crosslinked) hardened moldings produced according to this particularly preferred variant of the process according to the invention given above have particularly good moisture resistance and water resistance, which makes them excellent for long storage over days or weeks even under difficult conditions Suitable climatic conditions (humid-warm climate) are. In the case of metal casting, the (crosslinked) hardened moldings produced according to this particularly preferred variant of the process according to the invention indicated above also show only a low absorption of thermal energy, which results in a small formation of voids, which also only occurs in the actual metal casting. areas of the metal casting (for example in the feeder neck) that are far away from the surface. This property also makes this variant of the method according to the invention particularly suitable for the production of feeders, in particular of insulating feeders. After metal casting has taken place, the (crosslinked) hardened molded parts produced in accordance with this variant of the process according to the invention are also distinguished by an extraordinarily advantageous unpacking behavior, since they largely disintegrate due to the heat released during metal casting and thus further processing of the correspondingly produced metal Simplify the casting considerably because only a few or, ideally, no further processing steps are required on the metal casting produced. A particular advantage of the molded parts produced by the process according to the invention is their emission behavior, especially during metal casting and when unpacking metal castings which have been produced with the aid of these molded parts produced according to the invention: in metal casting with light metals or their alloys (for example in aluminum casting) as well as in iron or steel casting or when unpacking the correspondingly produced metal castings hardly any smoke or. Smoke formation, hardly any occurrence of unpleasant smells and / or hardly any emissions of potentially health-endangering substances are observed, as they occur regularly when using conventional, especially aromatic-containing (such as aromatic polyols and aromatic polyisocyanates) organic foundry binders. This applies in particular to feeders produced using the method according to the invention. Insulating feeders produced by the method according to the invention (in particular according to its preferred variants) show hardly any undesirable emissions, even at the relatively low temperatures of the light metal casting. Exothermic feeders produced by the method according to the invention show hardly any undesirable emissions (such as smoke development) even during or after the combustion. Particularly low smoke or smoke formation, particularly low occurrence of unpleasant odors and / or particularly low emissions of substances which are potentially hazardous to health are observed if predominantly or exclusively aliphatic polyisocyanates are used as component c2) in the process according to the invention. the, preferably the aliphatic polyisocyanates designated as preferred in this text, and / or if at best small amounts and preferably no further aromatics-containing constituents are used in the process according to the invention.
Bevorzugt ist auch ein vorstehend angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren, vorzugs- weise ein erfindungsgemäßes Verfahren (ii) (vorzugsweise ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnetes erfindungsgemäßes Verfahren), wobei die eingesetzten aliphatischen Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I herstellbar sind durch mindestens partielle Verseifung von Polyvinylacetat; und/oder Also preferred is a method according to the invention given above, preferably a method according to the invention (ii) (preferably a method according to the invention mentioned above or below as preferred), the aliphatic polymers used being capable of producing structural units of the formula I comprising hydroxyl groups by at least partial saponification of polyvinyl acetate; and or
- ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylalkohole, Polyvinylacetate und deren Gemische; und/oder - are selected from the group consisting of polyvinyl alcohols, polyvinyl acetates and mixtures thereof; and or
- > 75 Gew.-%, vorzugsweise > 90 Gew.-%, besonders bevorzugt > 98 Gew.-%, der Gesamtmasse der in der Formstoffmischung, neben den als Bestandteil d ) eingesetzten ein oder mehreren Biopolymeren ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosa- mine, insgesamt eingesetzten, Hydroxygruppen umfassenden organischen Polymere ausmachen; und/oder - ein oder mehrere Polyvinylalkohole umfassen, wobei die Gesamtheit der eingesetzten Polyvinylalkohole vorzugsweise -> 75% by weight, preferably> 90% by weight, particularly preferably> 98% by weight, of the total mass of the molding material mixture, in addition to the one or more biopolymers used as component d), selected from the group of poly- D-glucosamines, total organic polymers comprising hydroxyl groups used; and / or - comprise one or more polyvinyl alcohols, the entirety of the polyvinyl alcohols used preferably
- einen Hydrolysegrad von > 50 Mol-% (d.h. im Bereich von 50,1 Mol-% bis 100 Mol-%) aufweist, vorzugsweise bestimmt gemäß der Methode wie angegeben in Dokument DE 10 2007 026 166 A1 , Paragraphen [0029] bis [0034], und besonders bevorzugt einen Hydrolysegrad aufweist im Bereich von 70 Mol-% bis 100 Mol-%, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 80 Mol-% bis 100 Mol-%, vorzugsweise bestimmt gemäß der Methode nach DIN EN ISO 15023-02 2017-02 Entwurf, Anhang D, und/oder has a degree of hydrolysis of> 50 mol% (ie in the range from 50.1 mol% to 100 mol%), preferably determined according to the method as specified in document DE 10 2007 026 166 A1, paragraphs [0029] to [ 0034], and particularly preferably has a degree of hydrolysis in the range from 70 mol% to 100 mol%, very particularly preferably in the range from 80 mol% to 100 mol%, preferably determined according to the method according to DIN EN ISO 15023-02 2017-02 Draft, Appendix D, and / or
- eine dynamische Viskosität im Bereich von 0,1 bis 30 mPa · s aufweist, vorzugsweise im Bereich von 1 ,0 bis 15 mPa · s, besonders bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 10 mPa · s, jeweils bestimmt an einer 4 %-igen (w/w) wässrigen Lösung der Gesamtheit der eingesetzten Polyvinylalkohole bei 20 °C nach DIN 53015:2001-02; und/oder has a dynamic viscosity in the range from 0.1 to 30 mPas, preferably in the range from 1.0 to 15 mPas, particularly preferably in the range from 2.0 to 10 mPas, each determined at a 4% -igen (w / w) aqueous solution of all of the polyvinyl alcohols used at 20 ° C according to DIN 53015: 2001-02; and or
- > 75 Gew.-%, vorzugsweise > 90 Gew.-%, besonders bevorzugt > 98 Gew.-%, der Gesamtmasse der in der Formstoffmischung insgesamt eingesetzten aliphatischen Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I ausmacht. -> 75% by weight, preferably> 90% by weight, particularly preferably> 98% by weight, of the total mass of the aliphatic polymers used overall in the molding material mixture each comprising structural units of the formula I containing hydroxyl groups.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen die einzusetzenden aliphatischen Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I vollständig (d.h. zu 100 Gew.-%) als ein oder mehrere Polyvinylalkohole vor. Die in Schritt V1 ) des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Formstoffmischung umfasst als Hydroxygruppen umfassende organische Polymere die Bestandteile b), ein oder mehrere aliphatische Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I, und (sofern vorhanden bzw. eingesetzt) c1 ), ein oder mehrere Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine. Vorzugsweise machen im erfindungsgemäßen Verfahren in der in Schritt V1 ) hergestellten Formstoffmischung die Bestandteile b) und (sofern vorhanden bzw. eingesetzt) d ) > 95 Gew.-%, besonders bevorzugt > 98 Gew.-%, der Gesamtmasse der in der Formstoffmischung insgesamt eingesetzten organischen, Hydroxygruppen umfassenden, organischen Verbindungen aus. In einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens machen in der in Schritt V1 ) hergestellten Formstoffmischung die Bestandteile b) und (sofern vorhanden bzw. eingesetzt) d ) 100 Gew.-% der Gesamtmasse der in der Formstoffmischung insgesamt einzusetzenden organischen, Hydroxygruppen umfassenden, organischen Verbindungen aus. In a preferred embodiment of the process according to the invention, the aliphatic polymers to be used are in each case fully (ie 100% by weight) structural units of the formula I containing hydroxyl groups as one or more polyvinyl alcohols. The molding material mixture produced in step V1) of the process according to the invention comprises, as organic polymers comprising hydroxyl groups, constituents b), one or more aliphatic polymers each comprising structural units of formula I comprising hydroxyl groups, and (if present or used) c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines. In the process according to the invention, the constituents b) and (if present or used) d) preferably make> 95% by weight, particularly preferably> 98% by weight, of the total mass in the molding material mixture as a whole in the molding material mixture prepared in step V1) used organic, comprising hydroxy groups, organic compounds. In a particularly preferred variant of the process according to the invention, constituents b) and (if present) make in the molding material mixture produced in step V1) d) 100% by weight of the total mass of the organic compounds comprising hydroxyl groups to be used in total in the molding material mixture.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, die ein oder mehreren aliphatischen Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I (Bestandteil b)) zum Herstellen bzw. bei der Herstellung der Formstoffmischung in Schritt V1 ) mindestens teilweise und vorzugsweise vollständig einzusetzen als wässrige Mischung umfassend ein oder mehrere aliphatische Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I. Vorzugsweise umfasst diese wässrige Mischung die ein oder mehreren aliphatischen Polymere in einer Gesamtmenge (Konzentration) im Bereich von 10 Gew.-% bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 15 Gew.-% bis 35 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 20 Gew.-% bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der wässrigen Mischung umfassend ein oder mehrere aliphatische Polymere. Vorzugsweise liegen die eingesetzten ein oder mehrere aliphatische Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I, vorzugsweise die ein oder mehreren Polyvinylalkohole, in der besagten wässrigen Mischung zu > 90 Gew.-%, vorzugsweise zu > 95 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse an eingesetzten ein oder mehreren aliphatischen Polymeren, gelöst vor. Es hat sich gezeigt, dass die vorstehend angegebenen ein oder mehreren aliphatischen Polymere, insbesondere die vorstehend als bevorzugt angegebenen ein oder mehreren Polyvinylalkohole, wesentlich zu den vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten, gehärteten Formteile beitragen. Insbesondere tragen die vorstehend genannten ein oder mehreren aliphatischen Polymere bei zu der guten Feuchtigkeitsbestän- digkeit bzw. Wasserfestigkeit, Endfestigkeit und Abgussfestigkeit der erfindungsgemäß hergestellten, gehärteten Formteile. According to the invention, it is preferred to use the one or more aliphatic polymers each comprising hydroxyl group-containing structural units of the formula I (component b)) for producing or in the preparation of the molding material mixture in step V1) at least partially and preferably completely as an aqueous mixture comprising one or more aliphatic polymers each comprising hydroxyl-containing structural units of the formula I. This aqueous mixture preferably comprises the one or more aliphatic polymers in a total amount (concentration) in the range from 10% by weight to 40% by weight, particularly preferably in the range from 15% by weight .-% to 35 wt .-% and very particularly preferably in the range of 20 wt .-% to 30 wt .-%, based on the total mass of the aqueous mixture comprising one or more aliphatic polymers. Preferably, the one or more aliphatic polymers used, each comprising hydroxyl-containing structural units of the formula I, preferably the one or more polyvinyl alcohols, in the said aqueous mixture are> 90% by weight, preferably> 95% by weight, based on the Total mass of one or more aliphatic polymers used, dissolved before. It has been shown that the one or more aliphatic polymers specified above, in particular the one or more polyvinyl alcohols specified above as preferred, make a significant contribution to the advantageous properties of the hardened moldings produced according to the invention. In particular, the abovementioned one or more aliphatic polymers contribute to the good moisture resistance or water resistance, final strength and cast resistance of the hardened moldings produced according to the invention.
Offenbar tragen die vorstehend angegebenen ein oder mehreren aliphatischen Polymere, insbesondere die vorstehend als bevorzugt angegebenen ein oder mehreren Polyvinylalkohole, auch wesentlich dazu bei bzw. sind diese sogar ursächlich für die vorteilhaften geringen Emissionseigenschaften der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren oder dessen bevorzugten Varianten hergestellten gehärteten Formteile - insbesondere für die geringe bzw. sehr geringe Emission von Qualm bzw. Rauch und/oder von Geruchs- und/oder Schadstoffen beim oder nach dem Metall-Abguss sowie die geringe oder sehr geringe Emission von Geruchs- und/oder Schadstoffen bei der Herstellung oder Lagerung der gehärteten Formteile. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass die erfindungsgemäß einzusetzenden aliphatischen Polymere praktisch keine bzw. keine aromatischen Bestandteile enthalten, welche häufig als Ursache für schädliche Emissionen genannt werden. Die erfindungsgemäß einzusetzenden ein oder mehreren aliphatischen Polymere sind daher vorzugsweise frei von Aromaten-haltigen Bestandteilen und/oder anderen Bestandteilen welche unter den Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens Rauch-, Qualm-, Geruchs- und/oder Schadstoffemissionen in nennenswertem Umfang verursachen. Apparently, the above-mentioned one or more aliphatic polymers, in particular the above-mentioned one or more polyvinyl alcohols, also make a significant contribution or are even the cause of the advantageous low emission properties of the hardened molded parts produced by the process according to the invention or its preferred variants. in particular for the low or very low emission of smoke or smoke and / or of odors and / or pollutants during or after the metal casting and the low or very low Emission of odors and / or pollutants during the manufacture or storage of the hardened molded parts. This is probably due to the fact that the aliphatic polymers to be used according to the invention contain practically no or no aromatic constituents, which are frequently cited as the cause of harmful emissions. The one or more aliphatic polymers to be used according to the invention are therefore preferably free from aromatics-containing constituents and / or other constituents which, under the conditions of the method according to the invention, cause significant amounts of smoke, smoke, odor and / or pollutant emissions.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren aus den vorstehend angegebenen Gründen nicht in Anwesenheit von Aromaten-haltigen organischen Verbindungen durchgeführt bzw. ist die im erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Formstoffmischung Aro- maten-frei (d.h. die im erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Formstoffmischung enthält und auch die zu deren Herstellung eingesetzten Bestandteile enthalten vorzugsweise keine Aromaten-haltigen organischen Verbindungen). Vorzugsweise enthält die in Schritt V1 ) hergestellte Formstoffmischung auch keinen als Katalysator für die Vernetzung zwischen den ein oder mehreren aliphatischen Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I (Bestandteil b)) mit den ein oder mehreren Polyisocyanaten, als Vernetzungsmittel für Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere wirksame Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Organozinnverbindungen, Organoaluminiumverbindungen, Dime- thylcyclohexylamin, N-substituierte Pyrrolidone, N-substituierte Imidazole, Triazinderivate, Diazabicyclooctan oder quartäre Ammoniumsalze (wie angegeben in WO 2017/071695 A1 ). For the reasons given above, the process according to the invention is preferably not carried out in the presence of aromatic-containing organic compounds or the molding material mixture produced in the process according to the invention is aromatic-free (ie contains the molding material mixture produced in the process according to the invention and also the ones used for its production Ingredients preferably do not contain any aromatic compounds containing organic compounds). The molding material mixture prepared in step V1) preferably also does not contain any structural units of the formula I (constituent b)) which contain hydroxyl groups and which comprise the one or more aliphatic polymers and the one or more polyisocyanates, as crosslinking agents for hydroxyl groups of the or the aliphatic polymer active compound, selected from the group consisting of organotin compounds, organoaluminum compounds, dimethylcyclohexylamine, N-substituted pyrrolidones, N-substituted imidazoles, triazine derivatives, diazabicyclooctane or quaternary ammonium salts (as indicated in WO 2017/071695 A1).
Bevorzugt ist weiterhin auch ein vorstehend angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren, vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Verfahren (ii) (vorzugsweise ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnetes erfindungsgemäßes Verfahren), wobei Also preferred is a method according to the invention specified above, preferably a method (ii) according to the invention (preferably a method according to the invention designated above or below as preferred), wherein
- das eine oder eines oder mehrere der mehreren (oder alle) Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine Chitosan umfassen, wobei das Chitosan vorzugsweise - einen Deacetylierungsgrad von > 70 Mol-%, vorzugsweise von > 75 Mol-% und besonders bevorzugt von > 80 Mol-% aufweist, bestimmt mittels 1H-NMR- Spektroskopie, und/oder - eine dynamische Viskosität von > 500 mPa · s, vorzugsweise von > 600 mPa s, besonders bevorzugt von > 700 mPa · s aufweist, jeweils bestimmt an einer 1 %-igen (w/w) Lösung des Chitosans in 1 %-iger (w/w) Essigsäure bei 20 °C nach DIN 53015:2001-02, und/oder - das Verhältnis der Summe - The one or one or more of the several (or all) biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines comprise chitosan, the chitosan preferably has a degree of deacetylation of> 70 mol%, preferably of> 75 mol% and particularly preferably of> 80 mol%, determined by means of 1 H-NMR spectroscopy, and / or - a dynamic viscosity of> 500 mPa · s , preferably of> 600 mPa s, particularly preferably of> 700 mPa · s, each determined using a 1% (w / w) solution of the chitosan in 1% (w / w) acetic acid at 20 ° C DIN 53015: 2001-02, and / or - the ratio of the sum
- der Gesamtmasse der eingesetzten aliphatischen Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I und der Gesamtmasse an eingesetzten Biopolymeren ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine, zur - The total mass of the aliphatic polymers used each comprising hydroxyl-containing structural units of the formula I and the total mass of biopolymers used selected from the group of poly-D-glucosamines for
- Gesamtmasse an eingesetztem Formgrundstoff, im Bereich von 0,2 : 100 bis 13 : 100 liegt, vorzugsweise im Bereich von 0,3 : 100 bis 10 : 100, besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 : 100 bis 9 : 100. - Total mass of the molding material used, is in the range from 0.2: 100 to 13: 100, preferably in the range from 0.3: 100 to 10: 100, particularly preferably in the range from 0.5: 100 to 9: 100.
In der vorstehend angegebenen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das bevorzugt einzusetzende Chitosan vorzugsweise einen Deacetylierungsgrad im Bereich von 65 Mol-% bis 95 Mol-%, besonders bevorzugt im Bereich von 70 Mol-% bis 95 Mol-%, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 75 Mol-% bis 95 Mol-% und äußerst bevorzugt im Bereich von 80 Mol-% bis 95 Mol-%, auf. In the embodiment of the process according to the invention specified above, the chitosan to be used preferably has a degree of deacetylation in the range from 65 mol% to 95 mol%, particularly preferably in the range from 70 mol% to 95 Mol%, very particularly preferably in the range from 75 mol% to 95 mol% and very preferably in the range from 80 mol% to 95 mol%.
In der vorstehend angegebenen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das bevorzugt einzusetzende Chitosan vorzugsweise eine dynamische Viskosität im Be- reich von 500 mPa · s bis 1100 mPa · s, besonders bevorzugt im Bereich von 600 mPa · s bis 800 mPa · s, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 700 mPa · s bis 800 mPa · s und äußerst bevorzugt im Bereich von 720 mPa · s bis 770 mPa · s auf, jeweils bestimmt an einer 1 %-igen (w/w) Lösung des Chitosans in 1 %-iger (w/w) Essigsäure bei 20 °C nach DIN 53015:2001-02 (bestimmt mit dem Kugelfallviskosimeter nach Höppler). Es hat sich gezeigt, dass die vorstehend angegebenen bevorzugten Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine, insbesondere das vorstehend angegebene bevorzugte Chitosan, besonders geeignet sind, um in Kombination mit den erfindungsgemäß einzusetzenden weiteren Bestandteilen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Formstoffmischung herzustellen, welche zuerst in Schritt V31 ) zu einem grünstands- festen Formteil und anschließend durch weitere Behandlung in Schritt V32) und vorzugsweise zusätzlich in Schritt V33) in ein gehärtetes Formteil (bzw. in ein vernetztes, gehärtetes Formteil) überführt werden kann, welches die oben angegebenen vorteilhaften Eigenschaften aufweist. Der Einsatz von Biopolymeren ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D- Glucosamine eröffnet außerdem die Möglichkeit, zur Herstellung von gehärteten Formtei- len für die Verwendung in der Gießereiindustrie wenigstens teilweise auf nachwachsende Rohstoffe zurückzugreifen. In the embodiment of the method according to the invention specified above, the chitosan to be preferably used preferably has a dynamic viscosity in the range from 500 mPa · s to 1100 mPa · s, particularly preferably in the range from 600 mPa · s to 800 mPa · s, very particularly preferably in the range from 700 mPas to 800 mPas and most preferably in the range from 720 mPas to 770 mPas, each determined on a 1% (w / w) solution of the chitosan in 1% (w / w) acetic acid at 20 ° C according to DIN 53015: 2001-02 (determined with the falling ball viscometer according to Höppler). It has been shown that the above-mentioned preferred biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, in particular the above-mentioned preferred chitosan, are particularly suitable for producing a molding material mixture in combination with the further constituents to be used according to the invention by the process according to the invention, which can first be converted in step V31) to a green part which is stable on the green and then by further treatment in step V32) and preferably additionally in step V33) in a hardened shaped part (or in a crosslinked, hardened shaped part) which has the above-mentioned has advantageous properties. The use of biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines also opens up the possibility, at least in part, of using renewable raw materials to produce hardened molded parts for use in the foundry industry.
Erfindungsgemäß ist es ebenfalls bevorzugt, die ein oder mehreren Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine (Bestandteil c1 )), sofern vorhanden bzw. eingesetzt, zum Herstellen der Formstoffmischung in Schritt V1 ) mindestens teilweise und vorzugsweise vollständig einzusetzen als wässrige Zubereitung umfassend ein oder mehrere Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine. Vorzugsweise umfasst die im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzende wässrige Zubereitung die ein oder mehreren Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine in einer Gesamtmenge (Konzentration) im Bereich von 0,5 Gew.-% bis 10 Gew.-%, besonders be- vorzugt im Bereich von 1 Gew.-% bis 7,5 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 1 ,5 Gew.-% bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der wässrigen Zubereitung umfassend ein oder mehrere Biopolymere. Die wässrige Zubereitung kann zusätzlich eine zur teilweisen oder vollständigen Lösung der ein oder mehreren Biopolymeren geeignete Menge einer oder mehrerer geeigneter Säuren umfassen. Vorzugsweise umfasst die wässrige Zubereitung bis zu 5 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 2,5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der wässrigen Zubereitung, an einer oder mehreren Säuren, ausgewählt aus den Säuren, welche einen pKs-Wert im Bereich von 3 bis 7, vorzugs- weise im Bereich von 3,5 bis 6,5 aufweisen und vorzugsweise keine aromatischen organischen Verbindungen bzw. Reste enthalten. Besonders bevorzugt handelt es sich bei besagten einen oder mehreren Säuren um eine oder mehrere organische Säuren, vorzugsweise um eine oder mehrere einprotonige organische Säuren. Ganz besonders bevorzugt ist die eine oder mindestens eine der mehreren besagten Säuren Essigsäure. Vorzugsweise liegen die eingesetzten ein oder mehreren Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine, vorzugsweise Chitosan, in der besagten wässrigen Zubereitung zu > 90 Gew.-%, vorzugsweise zu > 95 Gew.-%, gelöst vor, bezogen auf die Gesamtmasse an eingesetzten Biopolymeren ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glu- cosamine. Weiter ist auch bevorzugt ein vorstehend angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren, vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Verfahren (ii) (vorzugsweise ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnetes erfindungsgemäßes Verfahren), wobei der Bestandteil c2) der Formstoffmischung (sofern eingesetzt bzw. vorhanden) ein oder mehrere aliphatische Polyisocyanate, vorzugsweise ein oder mehrere wasserdispergierbare alipha- tische Polyisocyanate, umfasst. According to the invention, it is also preferred to use the one or more biopolymers selected from the group of the poly-D-glucosamines (component c1)), if present or used, at least partially and preferably completely, to prepare the molding material mixture in step V1) as an aqueous preparation comprising one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines. The aqueous preparation to be used in the process according to the invention preferably comprises the one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines in a total amount (concentration) in the range from 0.5% by weight to 10% by weight, particularly preferably in the range from 1% by weight to 7.5% by weight and very particularly preferably in the range from 1.5% by weight to 5% by weight, based on the total mass of the aqueous preparation, comprising one or more biopolymers . The aqueous preparation can additionally be used to partially or completely dissolve the one or more biopolymers suitable amount of one or more suitable acids. The aqueous preparation preferably comprises up to 5% by weight, particularly preferably up to 2.5% by weight, based on the total mass of the aqueous preparation, of one or more acids, selected from the acids which have a pKa value in the Range from 3 to 7, preferably in the range from 3.5 to 6.5 and preferably contain no aromatic organic compounds or residues. Particularly preferably, said one or more acids are one or more organic acids, preferably one or more single-proton organic acids. The one or at least one of the said acids is very particularly preferably acetic acid. The one or more biopolymers used, selected from the group of the poly-D-glucosamines, preferably chitosan, are preferably present in the aqueous preparation in question in an amount of> 90% by weight, preferably> 95% by weight, based on the solution Total mass of biopolymers used selected from the group of poly-D-glucosamines. Also preferred is a method according to the invention specified above, preferably a method (ii) according to the invention (preferably a method according to the invention designated above or below as preferred), component c2) of the molding material mixture (if used or present) one or more aliphatic polyisocyanates, preferably one or more water-dispersible aliphatic polyisocyanates.
Es ist ebenfalls bevorzugt ein vorstehend angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren, vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Verfahren (ii) (vorzugsweise ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnetes erfindungsgemäßes Verfahren), wobei die in Schritt V1 ) als Bestandteil c2) eingesetzten ein oder mehreren Polyisocyanate (sofern ein- gesetzt bzw. vorhanden) (ein oder mehrere) aliphatische Polyisocyanate (vorzugsweise im Sinne von im vorangehenden und nachfolgenden Text angegebenen, im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt einzusetzenden aliphatischen Polyisocyanaten), vorzugsweise (ein oder mehrere) wasserdispergierbare aliphatische Polyisocyanate, umfassen, wobei vorzugsweise - das eine bzw. eines oder mehrere oder alle der mehreren aliphatischen Polyisocyanate nichtionisch oder ionisch hydrophiliert sind, und/oder It is also preferred to use a method according to the invention, preferably a method (ii) according to the invention (preferably a method according to the invention described above or below as preferred), the one or more polyisocyanates used (if used) as component c2) in step V1) or present) (one or more) aliphatic polyisocyanates (preferably in the sense of the aliphatic polyisocyanates specified in the preceding and the following text, which should preferably be used in the process according to the invention), preferably (one or more) water-dispersible aliphatic polyisocyanates, preferably - the one or one or more or all of the several aliphatic polyisocyanates are nonionically or ionically hydrophilized, and or
- das eine bzw. eines oder mehrere oder alle der mehreren aliphatischen Polyisocyanate eine Polyethergruppe oder eine Sulfonatgruppe umfasst bzw. umfassen, und/oder - das eine bzw. eines oder mehrere oder alle der mehreren aliphatischen Polyisocyanate eine Polyethergruppe und zudem eine Urethan- und/oder eine Allophanatgruppe umfasst bzw. umfassen, und/oder - The one or one or more or all of the several aliphatic polyisocyanates comprises or comprise a polyether group or a sulfonate group, and / or - The one or one or more or all of the several aliphatic polyisocyanates comprises a polyether group and also a urethane and / or comprises an allophanate group, and / or
- das eine bzw. eines oder mehrere oder alle der mehreren aliphatischen Polyisocyanate eine oder mehrere 2,4,6-Trioxotriazingruppen umfasst bzw. umfassen sowie vorzugsweise eine Polyethergruppe oder eine Sulfonatgruppe, vorzugsweise eine Polyethergruppe umfasst bzw. umfassen, und/oder - The one or one or more or all of the several aliphatic polyisocyanates comprises or comprise one or more 2,4,6-trioxotriazine groups and preferably comprises or comprises a polyether group or a sulfonate group, preferably a polyether group, and / or
- das eine bzw. eines oder mehrere oder alle der mehreren aliphatischen Polyisocyanate eine oder mehrere 2,4,6-Trioxotriazingruppen sowie eine Polyethergruppe und zudem eine Urethan- und/oder eine Allophanatgruppe, vorzugsweise eine Urethangruppe, umfasst bzw. umfassen, und/oder - The one or one or more or all of the several aliphatic polyisocyanates comprise one or more 2,4,6-trioxotriazine groups and a polyether group and also a urethane and / or an allophanate group, preferably a urethane group, and / or
- das eine bzw. eines oder mehrere oder alle der mehreren aliphatischen Polyisocyanate selbstemulgierende und/oder selbst-wasseremulgierbare aliphatische Polyisocyanate umfassen, und/oder - die eingesetzten ein oder mehreren aliphatischen Polyisocyanate > 50 Gew.-%, vorzugsweise > 75 Gew.-%, besonders bevorzugt > 90 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt > 98 Gew.-%, der in der Formstoffmischung insgesamt eingesetzten ein oder mehreren Polyisocyanate ausmachen. Bei den hier vorstehend näher bezeichneten bzw. definierten bevorzugt im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzenden aliphatischen Polyisocyanaten handelt es sich auch um wasserdispergierbare aliphatische Polyisocyanate im Sinne der vorliegenden Erfindung. - The one or one or more or all of the several aliphatic polyisocyanates comprise self-emulsifying and / or self-water-emulsifiable aliphatic polyisocyanates, and / or the one or more aliphatic polyisocyanates used> 50% by weight, preferably> 75% by weight, particularly preferably> 90% by weight and very particularly preferably> 98% by weight, of the one or all used in the molding material mixture make up several polyisocyanates. The aliphatic polyisocyanates which are preferably described or defined above in the process according to the invention are also water-dispersible aliphatic polyisocyanates for the purposes of the present invention.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorstehend angegebenen bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens machen die eingesetzten ein oder mehreren aliphati- sehen Polyisocyanate (vorzugsweise die hier vorstehend oder nachfolgend als im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt einzusetzende aliphatische Polyisocyanate angegebenen aliphatischen Polyisocyanate) 100 Gew.-% der Gesamtmasse der in der Formstoffmischung insgesamt eingesetzten ein oder mehreren Polyisocyanate aus. In a preferred embodiment of the preferred variant of the process according to the invention specified above, the one or more aliphatic polyisocyanates used (preferably the aliphatic polyisocyanates specified above or below as the preferred aliphatic polyisocyanates to be used in the process according to the invention) make up 100% by weight of the total mass of the the molding material mixture used in total one or more polyisocyanates.
Die vorstehend angegebenen, erfindungsgemäß einzusetzenden ein oder mehreren Poly- isocyanate, vorzugsweise die als erfindungsgemäß bevorzugt einzusetzenden ein oder mehreren aliphatischen Polyisocyanate sind vorzugsweise solche mit mindestens zwei freien Isocyanatgruppen, so dass diese zu einer Vernetzung mit freien Hydroxygruppen der aliphatischen Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I geeignet sind. Die vorstehend angegebenen, erfindungsgemäß einzusetzenden bzw. erfindungsgemäß bevorzugt einzusetzenden ein oder mehreren aliphatischen Polyisocyanate umfassen vorzugsweise aliphatische und/oder cycloaliphatische Polyisocyanate. Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäß einzusetzenden bzw. erfindungsgemäß bevorzugt einzusetzenden aliphatischen Polyisocyanate keine aromatischen Gruppen (d.h. sind Aromaten-frei), aus den vorstehend angegebenen Gründen (Vermeidung von Rauch-, Qualm-, Geruchsund/oder Schadstoffemissionen durch die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteile, bessere Wasserverträglichkeit bzw. Wasserdispergierbarkeit). The above-mentioned one or more polyisocyanates to be used according to the invention, preferably the one or more aliphatic polyisocyanates to be preferably used according to the invention, are preferably those with at least two free isocyanate groups, so that they form structural units containing hydroxyl groups for crosslinking with free hydroxyl groups of the aliphatic polymers of formula I are suitable. The above-mentioned one or more aliphatic polyisocyanates to be used according to the invention or preferably to be used according to the invention preferably comprise aliphatic and / or cycloaliphatic polyisocyanates. The aliphatic polyisocyanates to be used according to the invention or preferably to be used according to the invention preferably do not contain any aromatic groups (ie are free of aromatics), for the reasons given above (avoidance of smoke, smoke, odor and / or pollutant emissions by the molded parts produced by the process according to the invention, better water compatibility or water dispersibility).
Vorzugsweise handelt es sich bei den vorstehend näher bezeichneten bzw. definierten, erfindungsgemäß bevorzugt einzusetzenden ein oder mehreren aliphatischen Polyisocyanaten um selbstemulgierende bzw. selbst-wasseremulgierbare aliphatische Polyisocyanate, wie sie beispielsweise beschrieben sind in dem Buch von Ulrich Meier-Westhues: „Polyurethane - Lacke, Kleb- und Dichtstoffe“, Hannover: Vincentz Network 2007 (ISBN: 3-86630-896-5 bzw. 978-3-86630-896-1 ), S. 43-46. The one or more aliphatic polyisocyanates preferably designated or defined above and preferably to be used according to the invention are self-emulsifying or self-water-emulsifiable aliphatic polyisocyanates, as described, for example, in the book by Ulrich Meier-Westhues: "Polyurethanes - Varnishes, Adhesives and Sealants", Hanover: Vincentz Network 2007 (ISBN: 3-86630-896-5 or 978-3-86630-896-1), pp. 43-46.
Die vorstehend näher angegebenen bzw. definierten, erfindungsgemäß bevorzugt einzusetzenden ein oder mehreren aliphatischen Polyisocyanate umfassen vorzugsweise aliphatische Polyisocyanate ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: nichtionisch hydrophylierten aliphatischen Polyisocyanaten vom Polyetherurethan- Typ, beispielsweise Bayhydur® 3100, Bayhydur® VP LS 2306, Desmodur® DA-L und Desmodur® DN nichtionisch hydrophylierten aliphatischen Polyisocyanaten vom Polyetherallopha- nat-Typ, beispielsweise Bayhydur® 304 und Bayhydur® 305 und ionisch hydrophilierten aliphatischen Polyisocyanaten vom Sulfonat-Typ, beispielsweise Bayhydur® XP 2487/1 , Bayhydur® XP 2547, Bayhydur® XP 2570 und Bayhydur® XP 2655. Besonders bevorzugt im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzende ein oder mehrere aliphatische Polyisocyanate sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus nichtionisch hydrophylierten aliphatischen Polyisocyanaten vom Polyetherurethan-Typ, beispielsweise Bayhydur® 3100, Bayhydur® VP LS 2306, Desmodur® DA-L und Desmodur® DN. Ein ganz besonders bevorzugt im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzendes aliphati- sches Polyisocyanat ist Desmodur® DA-L (CAS RN 125252-47-3). The one or more aliphatic polyisocyanates specified or defined above and to be used according to the invention preferably include aliphatic polyisocyanates selected from the group consisting of: nonionically hydrophylated aliphatic polyisocyanates of the polyether urethane type, for example Bayhydur® 3100, Bayhydur® VP LS 2306, Desmodur® DA -L and Desmodur® DN non-ionically hydrophylated aliphatic polyisocyanates of the polyether allophanate type, for example Bayhydur® 304 and Bayhydur® 305 and ionically hydrophilized aliphatic polyisocyanates of the sulfonate type, for example Bayhydur® XP 2487/1, Bayhydur® XP 2547, Bayhydur® XP 2570 and Bayhydur® XP 2655. One or more aliphatic polyisocyanates to be used with particular preference in the process according to the invention are selected from the group consisting of nonionically hydrophylated aliphatic polyisocyanates of the polyether urethane type, for example Bayhydur® 3100, Bayhydur® VP LS 2306, Desmodur® DA-L and Desmodur® DN. Desmodur® DA-L (CAS RN 125252-47-3) is a very particularly preferred aliphatic polyisocyanate to be used in the process according to the invention.
Es hat sich gezeigt, dass die vorstehend bezeichneten bevorzugten selbstemulgierenden bzw. selbst-wasseremulgierbaren aliphatischen Polyisocyanate unter den Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgesprochen gut geeignet sind als Vernetzungsmittel für die ein oder mehreren aliphatischen Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I, d.h. gerade auch in einer wässrigen Mischung oder einem wässrigen Bindemittelsystem. It has been shown that the preferred self-emulsifying or self-water-emulsifiable aliphatic polyisocyanates described above are extremely suitable under the conditions of the process according to the invention as crosslinking agents for the structural units of the formula I, each comprising hydroxyl groups and comprising hydroxyl groups, i.e. especially in an aqueous mixture or an aqueous binder system.
Im Umfang der Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, worin die in Schritt V1 ) hergestellte Formstoffmischung als Härterkomponente c) (mindestens) den Bestandteil c2), ein oder mehrere Polyisocyanate, als Vernetzungsmittel für Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere (nur oder auch, vorzugsweise auch, neben dem Bestandteil c1 )), umfasst, ist ein vorstehend angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren, vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Verfahren (ii) (vorzugsweise ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnetes erfindungsgemäßes Verfahren) bevorzugt, wobei die ein oder meh- reren aliphatischen Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I (Bestandteil b)) und die ein oder mehrere Polyisocyanate als Vernetzungsmittel für Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere (Bestandteil c2)) bereitgestellt bzw. eingesetzt werden als eine wässrige Mischung als erstes Bindemittelsystem umfassend: b) ein oder mehrere aliphatische Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I To the extent of the variants of the process according to the invention, in which the molding material mixture produced in step V1) as hardener component c) (at least) the component c2), one or more polyisocyanates, as crosslinking agent for hydroxyl groups of aliphatic polymers (only or also, preferably also, in addition to constituent c1)), an inventive method specified above, preferably an inventive method (ii) (preferably an inventive method described above or below as preferred) is preferred, the one or several aliphatic polymers each comprising hydroxyl-containing structural units of the formula I (component b)) and which provide or use one or more polyisocyanates as crosslinking agents for hydroxyl groups of the aliphatic polymer (s) (component c2)) as an aqueous mixture as first binder system comprising: b) one or more aliphatic polymers each comprising structural units of the formula I containing hydroxyl groups
-CH2-CH(OH)- (I), und c2) ein oder mehrere Polyisocyanate (wie vorstehend oder nachfolgend definiert oder als bevorzugt definiert) als Vernetzungsmittel für Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere. -CH 2 -CH (OH) - (I), and c2) one or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred) as crosslinking agents for hydroxyl groups of the aliphatic polymer or polymers.
Vorzugsweise umfasst die vorgenannte, im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Formstoffmischung in Schritt V31 ) einzusetzende wässrige Mischung als erstes Bindemittelsystem (nachfolgend auch bezeichnet als„erstes Bindemittelsystem“) ein oder meh- rere aliphatische Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I in einer Gesamtmenge im Bereich von 5 Gew.-% bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 7,5 Gew.-% bis 35 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 10 Gew.-% bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des ersten Bindemittelsystems. Vorzugsweise umfasst das vorgenannte, im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzende erste Bindemittelsystem die ein oder mehreren Polyisocyanate (wie vorstehend oder nachfolgend definiert oder als bevorzugt definiert), vorzugsweise die ein oder mehreren aliphatischen Polyisocyanate in einer Gesamtmenge im Bereich von 1 Gew.-% bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 2,5 Gew.-% bis 15 Gew.-% und ganz besonders be- vorzugt im Bereich von 3 Gew.-% bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des ersten Bindemittelsystems. In einer bevorzugten Variante des vorstehend angegebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ergänzen sich in der wässrigen Mischung als erstes Bindemittelsystem die Gewichtsanteile der Bestandteile b), c2) (jeweils wie oben definiert) und d) Wasser zu 100 Gew.-%, d.h. zur Gesamtmasse der wässrigen Mischung als erstes Bindemittelsystem. Vorzugsweise liegen in der wässrigen Mischung als erstes Bindemittelsystem die eingesetzten aliphatischen Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I zu > 90 Gew.-%, besonders bevorzugt zu > 95 Gew.-%, gelöst vor, bezogen auf die Gesamtmasse an eingesetzten aliphatischen Polymeren. Preferably, the aforementioned aqueous mixture to be used in the process according to the invention for producing the molding material mixture in step V31) comprises, as the first binder system (hereinafter also referred to as “first binder system”), one or more aliphatic polymers, each comprising hydroxyl group-containing structural units of the formula I in a total amount in the range from 5% by weight to 40% by weight, particularly preferably in the range from 7.5% by weight to 35% by weight and very particularly preferably in the range from 10% by weight to 30% by weight %, based on the total mass of the first binder system. The aforementioned first binder system to be used in the process according to the invention preferably comprises the one or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred), preferably the one or more aliphatic polyisocyanates in a total amount in the range from 1% by weight to 20% by weight. %, particularly preferably in the range from 2.5% by weight to 15% by weight and very particularly preferably in the range from 3% by weight to 10% by weight, based on the total mass of the first binder system. In a preferred variant of the method according to the invention specified above, the weight fractions of constituents b), c2) (in each case as defined above) and d) water in the aqueous mixture add up to 100% by weight, ie to the total mass of the aqueous mixture as the first binder system. Preferably, in the aqueous mixture as the first binder system, the aliphatic polymers used each contain hydroxyl-containing structural units of the formula I in an amount of> 90% by weight, particularly preferably> 95% by weight, in solution, based on the total mass of aliphatic polymers used .
In den vorstehend oder nachfolgend angegebenen Varianten des erfindungsgemäßen Ver- fahrens worin die in Schritt V1 ) hergestellte Formstoffmischung als Härterkomponente c) (mindestens) den Bestandteil c2), ein oder mehrere Polyisocyanate (wie vorstehend oder nachfolgend definiert oder als bevorzugt definiert), als Vernetzungsmittel für Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere (nur oder auch, vorzugsweise auch, neben dem Bestandteil c1 )), umfasst, ist es bevorzugt, wenn die Bestandteile der Formstoffmischung b) und c2) erst unmittelbar vor der Herstellung der Formstoffmischung miteinander in Kontakt gebracht werden, vorzugsweise nicht früher als eine Stunde vor der Herstellung der Formstoffmischung. Auf diese Weise wird einem unerwünschten vorzeitigen Beginn einer Vernetzungsreaktion der ein oder mehreren Polyisocyanate mit Hydroxygruppen der ein oder mehreren aliphatischen Polymere (z.B. noch in Abwesenheit des Formgrundstoffes) vorgebeugt. In the variants of the process according to the invention specified above or below, in which the molding material mixture prepared in step V1) as hardener component c) (at least) the component c2), one or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred) as crosslinking agents for hydroxyl groups of the aliphatic polymer (s) (only or also, preferably also, in addition to component c1)), it is preferred if the components of the molding material mixture b) and c2) are brought into contact with one another only immediately before the molding material mixture is prepared are, preferably not earlier than one hour before the production of the molding material mixture. This prevents an undesirable premature start of a crosslinking reaction of the one or more polyisocyanates with hydroxyl groups of the one or more aliphatic polymers (e.g. in the absence of the basic molding material).
Es hat sich in eigenen Versuchen auch gezeigt, dass eine besonders gut zu verarbeitende und zu formende, beispielsweise in Schießmaschinen oder Formteilkästen (etwa Kernkästen), Formstoffmischung erhalten wird, wenn die Bestandteile b), ein oder mehrere aliphatische Polymere, und c2), ein oder mehrere Polyisocyanate (wie vorstehend oder nachfol- gend definiert oder als bevorzugt definiert), der Formstoffmischung in Schritt V1 ) in den oben angegebenen Mengen bzw. Mengenverhältnissen eingesetzt werden. It has also been shown in our own experiments that a mixture of molding materials is obtained if components b), one or more aliphatic polymers, and c2) are particularly easy to process and shape, for example in shooting machines or molding boxes (such as core boxes) or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred), the molding material mixture in step V1) in the amounts or proportions given above.
Es hat sich außerdem in eigenen Versuchen gezeigt, dass die bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, worin die ein oder mehreren aliphatischen Polymere (Bestandteil b)) und die ein oder mehreren Polyisocyanate (Bestandteil c2)) in Form einer wässrigen Mischung als erstes Bindemittelsystems eingesetzt werden, zu einer besonders homogenen Vermischung der Bestandteile b) und c2) miteinander führt, so dass z.B. das Vernetzen lassen von Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere mit Isocyanat- Gruppen des Polyisocyanat-Vernetzungsmittels in Anwesenheit des Formgrundstoffes (Schritt V33)) besonders vollständig erfolgt und somit die geformte Formstoffmischung (o- der ein daraus entstandenes, nicht gehärtetes Folgeprodukt) besonders vollständig und homogen in ein gehärtetes Formteil bzw. in ein vernetztes, gehärtetes Formteil überführt wird. Im Umfang der bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, worin die in Schritt V1 ) hergestellte Formstoffmischung als Härterkomponente c) sowohl den Bestandteil c1 ), ein oder mehrere Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosa- mine, als auch den Bestandteil c2), ein oder mehrere Polyisocyanate, als Vernetzungsmittel für Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere, umfasst, ist ein vorstehend angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren, vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Verfahren (ii) (vorzugsweise ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnetes erfindungsgemäßes Verfahren) bevorzugt, wobei die Bestandteile b), c1 ) und c2) bereitgestellt bzw. eingesetzt werden als eine wässrige Mischung als zweites Bindemittelsystem umfassend: b) ein oder mehrere aliphatische Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I It has also been shown in our own experiments that the preferred variant of the process according to the invention, in which the one or more aliphatic polymers (component b)) and the one or more polyisocyanates (component c2)) are used in the form of an aqueous mixture as the first binder system , leads to a particularly homogeneous mixing of the components b) and c2) with one another, so that, for example, the crosslinking of hydroxyl groups of the aliphatic polymer or polymers with isocyanate groups of the polyisocyanate crosslinking agent in the presence of the basic molding material (Step V33)) takes place particularly completely and thus the molded molding material mixture (or a resulting, non-hardened secondary product) is transferred particularly completely and homogeneously into a hardened molding or into a cross-linked, hardened molding. Within the scope of the preferred variants of the process according to the invention, in which the molding material mixture prepared in step V1) as hardener component c) includes both component c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, and component c2) , one or more polyisocyanates, as crosslinking agents for hydroxyl groups of the aliphatic polymer (s), an above-mentioned inventive method, preferably an inventive method (ii) (preferably an above or below preferred method according to the invention) is preferred, the constituents b), c1) and c2) are provided or used as an aqueous mixture as a second binder system comprising: b) one or more aliphatic polymers, each comprising hydroxyl group-containing structural units of the formula I.
-CH2-CH(OH)- (I), d ) ein oder mehrere Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine und c2) ein oder mehrere Polyisocyanate (wie vorstehend oder nachfolgend definiert oder als bevorzugt definiert), vorzugsweise ein oder mehrere aliphatische Polyisocyanate, als Vernetzungsmittel für Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere. -CH 2 -CH (OH) - (I), d) one or more biopolymers selected from the group of the poly-D-glucosamines and c2) one or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred), preferably one or more aliphatic polyisocyanates, as crosslinking agents for hydroxyl groups of the aliphatic polymer or polymers.
Vorzugsweise umfasst die vorgenannte, im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzende wässrige Mischung als zweites Bindemittelsystem (nachfolgend auch als„zweites Binde- mittelsystem“ bezeichnet) die ein oder mehreren Polyisocyanate (wie vorstehend oder nachfolgend definiert oder als bevorzugt definiert), vorzugsweise die ein oder mehreren aliphatischen Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I in einer Gesamtmenge im Bereich von 5 Gew.-% bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 7,5 Gew.-% bis 25 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 10 Gew.-% bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des wässrigen zweiten Bindemittelsystems. The aforementioned aqueous mixture to be used in the process according to the invention preferably comprises, as the second binder system (hereinafter also referred to as “second binder system”), the one or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred), preferably the one or more aliphatic polymers each comprising structural units of the formula I containing hydroxyl groups in a total amount in the range from 5% by weight to 30% by weight, particularly preferably in the range from 7.5% by weight to 25% by weight and very particularly preferably in the Range from 10 wt .-% to 20 wt .-%, based on the total mass of the aqueous second binder system.
Vorzugsweise umfasst die vorgenannte, im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzende wässrige Mischung als zweites Bindemittelsystem die ein oder mehreren Biopolymere aus- gewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine in einer Gesamtmenge im Bereich von 0,25 Gew.-% bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 0,4 Gew.-% bis 3,5 Gew.- % und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 Gew.-% bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des wässrigen zweiten Bindemittelsystems. Preferably, the aforementioned aqueous mixture to be used in the process according to the invention comprises, as a second binder system, the one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines in a total amount in the range from 0.25% by weight to 5% by weight , particularly preferably in the range from 0.4% by weight to 3.5% by weight and very particularly preferably in the range from 0.5% by weight to 2.5% by weight, based on the total mass of the aqueous second binder system.
Vorzugsweise umfasst das vorgenannte, im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzende zweite Bindemittelsystem die ein oder mehreren Polyisocyanate (wie vorstehend oder nachfolgend definiert oder als bevorzugt definiert), vorzugsweise die ein oder mehreren aliphatischen Polyisocyanate in einer Gesamtmenge im Bereich von 1 Gew.-% bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 2 Gew.-% bis 10 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 2,5 Gew.-% bis 7,5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des wässrigen zweiten Bindemittelsystems. The aforementioned second binder system to be used in the process according to the invention preferably comprises the one or more polyisocyanates (as defined above or below or defined as preferred), preferably the one or more aliphatic polyisocyanates in a total amount in the range from 1% by weight to 15% by weight. %, particularly preferably in the range from 2% by weight to 10% by weight and very particularly preferably in the range from 2.5% by weight to 7.5% by weight, based on the total mass of the aqueous second binder system .
In einer bevorzugten Variante des vorstehend angegebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ergänzen sich in der wässrigen Mischung als zweites Bindemittelsystem die Gewichtsanteile der Bestandteile b), c1 ), c2) (jeweils wie oben definiert) und d) Wasser zu 100 Gew.- %, d.h. zur Gesamtmasse der wässrigen Mischung als zweites Bindemittelsystem. Vorzugsweise liegen in der wässrigen Mischung als zweites Bindemittelsystem die eingesetzten aliphatischen Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I zu > 90 Gew.-%, besonders bevorzugt zu > 95 Gew.-%, gelöst vor, bezogen auf die Gesamtmasse an eingesetzten aliphatischen Polymeren. In a preferred variant of the method according to the invention specified above, the weight fractions of the components b), c1), c2) (in each case as defined above) and d) water in the aqueous mixture as a second binder system add up to 100% by weight, i.e. to the total mass of the aqueous mixture as a second binder system. Preferably, in the aqueous mixture as the second binder system, the aliphatic polymers used each contain structural units of the formula I comprising hydroxyl groups in an amount of> 90% by weight, particularly preferably> 95% by weight, in solution, based on the total mass of aliphatic polymers used .
Es hat sich gezeigt, dass die bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, worin die ein oder mehreren aliphatischen Polymere (Bestandteil b)), die ein oder mehreren Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine (Bestandteil c1 )) und die ein oder mehreren Polyisocyanate (Bestandteil c2)) in Form eines zweiten Bindemittelsystems eingesetzt wird, zu einer besonders homogenen Vermischung seiner Bestandteile miteinander führt, so dass insbesondere das Vernetzen lassen von Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere mit Isocyanat-Gruppen des Vernetzungsmittels in Anwe- senheit des Formgrundstoffes besonders vollständig erfolgt und somit die geformte Formstoffmischung besonders vollständig und homogen in ein gehärtetes Formteil bzw. in ein vernetztes, gehärtetes Formteil überführt wird. It has been shown that the preferred variant of the method according to the invention, wherein the one or more aliphatic polymers (component b)), the one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines (component c1)) and the one or several polyisocyanates (component c2)) is used in the form of a second binder system, leads to a particularly homogeneous mixing of its components with one another, so that in particular the crosslinking of hydroxyl groups of the aliphatic polymer or polymers with isocyanate groups of the crosslinking agent The shape of the raw material is particularly complete and the molded molding mixture is thus converted particularly completely and homogeneously into a hardened molding or into a crosslinked, hardened molding.
Bevorzugt ist auch ein vorstehend angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren, vorzugs- weise ein erfindungsgemäßes Verfahren (ii) (vorzugsweise ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnetes erfindungsgemäßes Verfahren), wobei A method according to the invention specified above is also preferred, preferably a method (ii) according to the invention (preferably a method according to the invention designated above or below as preferred), wherein
- das Verhältnis - The relationship
- der Gesamtmasse an zur Herstellung der Formstoffmischung (in Schritt V1 )) eingesetzten wässrigen Mischung oder wässrigen Mischungen, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus der wässrigen Mischung umfassend ein oder mehrere aliphatische Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I, der wässrigen Zubereitung umfassend ein oder mehrere Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine, der wässrigen Mischung als erstes Binde- mittelsystem und der wässrigen Mischung als zweites Bindemittelsystem; zur - The total mass of aqueous mixture or aqueous mixtures used for producing the molding material mixture (in step V1)), preferably selected from the group consisting of the aqueous mixture comprising one or more aliphatic polymers, each comprising hydroxyl-containing structural units of the formula I, comprising the aqueous preparation one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, the aqueous mixture as the first binder system and the aqueous mixture as the second binder system; to
- Gesamtmasse an eingesetztem Formgrundstoff (in Schritt V 1 )); im Bereich von 1 : 100 bis 50 : 100 liegt, vorzugsweise im Bereich von 1 ,5 : 100 bis 40 : 100, besonders bevorzugt im Bereich von 2 : 100 bis 35 : 100. Die Einstellung des vorstehend genannten (Zahlen-)Verhältnisses der Summe aus der Gesamtmasse der eingesetzten wässrigen Mischung oder wässrigen Mischungen zu der Gesamtmasse an eingesetztem Formgrundstoff wird dabei vorzugsweise so durchgeführt, dass eine zu einem Formteil, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gussform, Kern und Speiser, verschießbare oder stampfbare Formstoffmischung resultiert. Es hat sich in diesem Zusammenhang gezeigt, dass das im Einzelfall geeignete Verhältnis (bei jeweils unveränderten Konzentrationen der eingesetzten wässrigen Mischungen) u.a. von der Art des eingesetzten Formgrundstoffes abhängt: so liegt das vorstehend angegebene geeignete Zahlenverhältnis meist im höheren Bereich (d.h. näher an der Obergrenze von 50 : 100 oder 40 : 100) in Fällen, in denen ein Formgrundstoff mit einem geringeren Schüttgewicht (vorzugsweise als Quarzsand) eingesetzt wird, während das vorstehend angegebene geeignete Zahlenverhältnis eher im niedrigeren Bereich (d.h. näher an der Untergrenze von 1 : 100 oder 1 ,5 : 100) liegt in Fällen, in denen ein Formgrundstoff mit einem höheren Schüttgewicht (vorzugsweise Quarzsand) eingesetzt wird. - Total mass of molding raw material used (in step V 1)); is in the range from 1: 100 to 50: 100, preferably in the range from 1.5: 100 to 40: 100, particularly preferably in the range from 2: 100 to 35: 100. The setting of the (number) ratio of the above The sum of the total mass of the aqueous mixture or aqueous mixtures used and the total mass of molding material used is preferably carried out in such a way that a moldable mixture which can be closed or tamped results in a molded part selected from the group consisting of mold, core and feeder. In this context, it has been shown that the ratio that is suitable in the individual case (with the concentrations of the aqueous mixtures used unchanged) depends, among other things, on the type of molding material used: the suitable numerical ratio given above is usually in the higher range (ie closer to the upper limit) of 50: 100 or 40: 100) in cases in which a mold base material with a lower bulk density (preferably as quartz sand) is used, while the suitable numerical ratio given above tends to be in the lower range (ie closer to the lower limit of 1: 100 or 1.5: 100) is in cases in which a mold base material with a higher bulk density (preferably quartz sand) is used.
Bevorzugt ist auch ein vorstehend angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren, vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Verfahren (ii) (vorzugsweise ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnetes erfindungsgemäßes Verfahren) (vorzugsweise ein erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Formstoffmischung als Härterkomponente c) sowohl den Bestandteil c1 ), ein oder mehrere Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine, als auch zusätzlich den Bestandteil c2), ein oder mehrere Polyiso- cyanate umfasst), wobei Also preferred is a method according to the invention specified above, preferably a method according to the invention (ii) (preferably a method according to the invention designated above or below as preferred) (preferably a method according to the invention, the molding material mixture as hardener component c) comprising both component c1), one or more Biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, as well as additionally component c2), one or more polyisocyanates), where
- das Verhältnis der Summe - the ratio of the sum
- der Gesamtmasse der eingesetzten aliphatischen Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I und - The total mass of the aliphatic polymers used, each comprising hydroxyl-containing structural units of the formula I and
- der Gesamtmasse an eingesetzten Biopolymeren ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine (sofern vorhanden bzw. eingesetzt), zur - The total mass of biopolymers used selected from the group of poly-D-glucosamines (if present or used) for
- Gesamtmasse der als Vernetzungsmittel eingesetzten, vorzugsweise aliphatischen, Polyisocyanate (sofern vorhanden bzw. eingesetzt) im Bereich von 1 : 1 bis 10 : 1 liegt, vorzugsweise im Bereich von 1 ,5 : 1 bis 7,5 : 1 besonders bevorzugt im Bereich von 2 : 1 bis 5 : 1. Es hat sich gezeigt, dass bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den vorgenannten Biopolymeren ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine (Bestandteil c1 )), den aliphatischen Polymeren jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I (Bestandteil b)) und den als Vernetzungsmittel einge- setzten, vorzugsweise aliphatischen, Polyisocyanaten (Bestandteil c2), in den vorstehend angegebenen Mengen und Verhältnissen ein grünstandsfestes Formteil resultiert, welches ausgezeichnet geeignet ist für die weitere Verarbeitung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im Schritt des Vernetzenlassens von Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere mit Isocyanat-Gruppen des Vernetzungsmittels (Schritt V33)), so dass ein grünstandsfestes Formteil besonders gut (in Schritt V32)) in ein gehärtetes Formteil bzw. (durch Schritt V32) und zusätzlich Schritt V33)) in ein vernetztes, gehärtetes Formteil überführt werden kann. - Total mass of the preferably aliphatic polyisocyanates used as crosslinking agents (if present or used) is in the range from 1: 1 to 10: 1, preferably in the range from 1.5: 1 to 7.5: 1, particularly preferably in the range from 2: 1 to 5: 1. It has been shown that when carrying out the process according to the invention with the abovementioned biopolymers selected from the group of the poly-D-glucosamines (component c1)), the aliphatic polymers each comprising structural units of the formula I (component b)) and the as Crosslinking agents used, preferably aliphatic, polyisocyanates (component c2), in the amounts and ratios given above results in a green-solid molded part which is excellently suitable for further processing by the process according to the invention in the step of crosslinking hydroxyl groups of the aliphatic polymer or polymers with isocyanate groups of the crosslinking agent (step V33)), so that a green-stable molded part can be transferred particularly well (in step V32)) into a hardened molded part or (through step V32) and additionally step V33)) into a crosslinked, hardened molded part can.
Bevorzugt ist auch ein vorstehend angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren, vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Verfahren (ii) (vorzugsweise ein vorstehend oder nachfol- gend als bevorzugt bezeichnetes erfindungsgemäßes Verfahren), wobei der (mindestens eine) Formgrundstoff umfasst: Also preferred is a method according to the invention specified above, preferably a method (ii) according to the invention (preferably a method according to the invention designated above or below as preferred), the (at least one) mold base comprising:
- einen oder mehrere partikuläre feuerfeste Feststoffe, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus - One or more particulate refractory solids, preferably selected from the group consisting of
- Oxide, Silicate und Carbide, jeweils umfassend ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe bestehend aus Si, AI, Zr, Ti, Mg, Fe und Ca, Oxides, silicates and carbides, each comprising one or more elements from the group consisting of Si, Al, Zr, Ti, Mg, Fe and Ca,
Mischoxide, Mischcarbide und Mischnitride, jeweils umfassend ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe bestehend aus Si, AI, Zr, Ti, Mg, Fe und Ca, und Graphit und/oder Mixed oxides, mixed carbides and mixed nitrides, each comprising one or more elements from the group consisting of Si, Al, Zr, Ti, Mg, Fe and Ca, and graphite and / or
- einen oder mehrere partikuläre Leichtfüllstoffe, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Kern-Hülle-Partikel, vorzugsweise aufweisend einen Glaskern und eine feuerfeste Hülle, besonders bevorzugt mit einer Schüttdichte im Bereich von 470-500 g/L, vorzugsweise wie beschrieben im Dokument WO 2008/1 13765 A1 ; feuerfeste Kompositpartikel, vorzugsweise wie beschrieben in oder hergestellt gemäß Dokument WO 2017/093371 A1 ; one or more particulate light fillers, preferably selected from the group consisting of: Core-shell particles, preferably having a glass core and a refractory shell, particularly preferably with a bulk density in the range of 470-500 g / L, preferably as described in document WO 2008/1 13765 A1; refractory composite particles, preferably as described in or produced according to document WO 2017/093371 A1;
Spheres, vorzugsweise Spheres aus Flugasche, wie z.B. Spheres„Fillite 106“ der Fa. Omya GmbH; Spheres, preferably spheres from fly ash, such as e.g. Spheres “Fillite 106” from Omya GmbH;
Perlit, vorzugsweise geblähter Perlit wie insbesondere geblähter Perlit mit den Namen„Eurocell 140“,„Eurocell 145“,„Eurocell 150“ oder„Eurocell 300“ der Fa. RS Rohstoff-Sourcing GmbH; geschlossen-porige Mikro-Kugeln aus expandiertem Perlit, vorzugsweise wie beschrieben im Dokument WO 2017/174826 A1 ; Perlite, preferably expanded perlite, such as expanded perlite with the names "Eurocell 140", "Eurocell 145", "Eurocell 150" or "Eurocell 300" from RS Rohstoff-Sourcing GmbH; closed-pore micro-balls made of expanded pearlite, preferably as described in document WO 2017/174826 A1;
Reisschalenasche, vorzugsweise wie beschrieben im Dokument WO 2013/0141 18 A2; Rice bowl ash, preferably as described in document WO 2013/0141 18 A2;
Blähglas, Expanded glass,
Glashohlkugeln, und keramische Hohlkugeln, vorzugsweise Hohlkugelkorund. Die vorgenannten einen oder mehreren partikulären feuerfesten Feststoffe können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden und so den im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzenden Formgrundstoff bilden. Ebenso können die vorgenannten einen oder mehreren partikulären Leichtfüllstoffe einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden und so den einzusetzenden Formgrundstoff bilden. Natürlich können auch die einen oder mehreren partikulären feuerfeste Feststoffe in Kombination mit den einen oder mehreren partikulären Leichtfüllstoffe als Formgrundstoff eingesetzt werden und so den einzusetzenden Formgrundstoff bilden. Je nach Einsatzzweck des erfindungsgemäßen Verfahrens, d.h. je nach herzustellendem gehärteten Formteil, wählt der Fachmann den jeweils geeigneten Formgrundstoff aus. Beispielsweise kann zur Herstellung einer einfachen Gussform lediglich Quarzsand als Formgrundstoff gewählt werden. Weiter kann beispielsweise zur Herstellung eines Speisers eine Mischung von Quarzsand mit einem oder mehreren partikulären Leichtfüllstoffen gewählt werden oder es können dafür auch ausschließlich ein oder mehrere partikuläre Leichtfüllstoffe gewählt werden, vorzugsweise ausgewählt aus der vorstehend definierten, bevorzugten Gruppe von Leichtfüllstoffen. Hollow glass spheres, and ceramic hollow spheres, preferably hollow spherical corundum. The aforementioned one or more particulate refractory solids can be used individually or in combination with one another and thus form the basic molding material to be used in the process according to the invention. Likewise, the aforementioned one or more particulate light fillers can be used individually or in combination with one another and thus form the basic molding material to be used. Of course, the one or more particulate refractory solids can also be used in combination with the one or more particulate light fillers and so on form the basic molding material to be used. Depending on the intended use of the method according to the invention, ie depending on the hardened molded part to be produced, the person skilled in the art selects the appropriate mold base material. For example, only quartz sand can be selected as the basic molding material for producing a simple casting mold. Furthermore, a mixture of quartz sand with one or more particulate light fillers can be selected, for example, for the production of a feeder, or one or more particulate light fillers can also be selected for this purpose, preferably selected from the preferred group of light fillers defined above.
Der im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzende Formgrundstoff kann zusätzlich zu den vorstehend genannten bevorzugten Inhaltsstoffen noch weitere, vorzugsweise partikuläre, Bestandteile enthalten, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus elementaren Metallen (beispielsweise Aluminium), Oxidationsmitteln und Zündmitteln. So kann etwa zur Herstellung eines exothermen Speisers der einzusetzende Formgrundstoff zusätzlich zu den vorstehend genannten Bestandteilen (ausgewählt aus feuerfesten Fest- stoffen und Leichtfüllstoffen) Aluminium, Eisenoxid, an sich für diesen Zweck bekannte Oxidationsmittel und an sich für diesen Zweck bekannte Zündmittel enthalten. In addition to the preferred ingredients mentioned above, the mold base material to be used in the process according to the invention can also contain further, preferably particulate, constituents, preferably selected from the group consisting of elemental metals (for example aluminum), oxidizing agents and ignition agents. For example, in order to produce an exothermic feeder, the basic molding material to be used may contain aluminum, iron oxide, oxidizing agents known per se for this purpose and ignition means known per se for this purpose in addition to the above-mentioned constituents (selected from refractory solids and light fillers).
Bevorzugt ist auch ein vorstehend angegebenes erfindungsgemäßes Verfahren, vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Verfahren (i) (vorzugsweise ein vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnetes erfindungsgemäßes Verfahren) zur Herstellung eines metallischen Gussstücks mit folgendem zusätzlichen Schritt (vorzugsweise zusätzlich ausgeführt nach Durchführung von Schritt V32) und/oder Schritt V33), besonders bevorzugt zusätzlich ausgeführt nach Durchführung von beiden Schritten V32) und V33)): Also preferred is a method according to the invention specified above, preferably a method (i) according to the invention (preferably a method according to the invention designated above or below as preferred) for producing a metallic casting with the following additional step (preferably additionally carried out after performing step V32) and / or Step V33), particularly preferably additionally carried out after carrying out both steps V32) and V33)):
V4) Kontaktieren des gehärteten Formteils, vorzugsweise wie erhalten nach Schritt V32) und vorzugsweise zusätzlich Schritt V33), mit einem Gießmetall zur Herstel- lung eines metallischen Gussstücks, wobei das Gießmetall vorzugsweise in Kontakt mit dem gehärteten Formteil erstarrt, wobei vorzugsweise V4) contacting the hardened molded part, preferably as obtained after step V32) and preferably additionally step V33), with a cast metal for producing a metallic casting, the cast metal preferably solidifying in contact with the hardened molded part, preferably
- das Gießmetall ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Magnesium, Zinn, Zink und deren Legierungen und/oder - die Temperatur des Gießmetalls beim Abguss nicht höher ist als 900 °C; so dass ein metallisches Gussstück resultiert. - The casting metal is selected from the group consisting of aluminum, magnesium, tin, zinc and their alloys and / or - The temperature of the cast metal during casting is not higher than 900 ° C; so that a metallic casting results.
In dem vorstehend beschriebenen bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gussstücks ist das Gießmetall beim Kontaktieren des gehärteten Formteils bzw. des vernetzten, gehärteten Formteils, mindestens teilweise und vorzugsweise vollständig flüssig. Als Gießmetall eignet sich jedes vergießbare Metall bzw. jede vergießbare Metalllegierung, insbesondere Leichtmetalle sowie deren Legierungen, beispielsweise Aluminium, Magnesium, Zinn und Zink; sowie Eisen und Stahl. In the preferred method according to the invention for producing a metallic casting described above, the casting metal is at least partially and preferably completely liquid when the hardened molded part or the crosslinked, hardened molded part comes into contact. Any castable metal or castable metal alloy, in particular light metals and their alloys, for example aluminum, magnesium, tin and zinc, is suitable as the casting metal; as well as iron and steel.
Es hat sich in eigenen Untersuchungen gezeigt, dass beim Kontaktieren des erfindungs- gemäß hergestellten gehärteten Formteils, insbesondere beim Kontaktieren des erfindungsgemäß hergestellten vernetzten, gehärteten Formteils, mit dem Gießmetall - unabhängig von der Natur des Gießmetalls - allenfalls geringe Mengen an Ruß bzw. Rauch oder Qualm gebildet werden und kaum, bzw. im Idealfall keine, gasförmigen, potentiell für Menschen gesundheitsschädlichen Emissionen entstehen, etwa durch die Zersetzung des ver- netzten Bindemittels des vernetzten, gehärteten Formteils unter der Einwirkung der Hitze des flüssigen Gießmetalls. Dies gilt sogar auch bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen im Bereich von 600 °C bis 900 °C, so dass sich die vorgenannte bevorzugte Verfahrensvariante (i) ganz besonders für die Herstellung metallischer Gussstücke eignet, wobei das Gießmetall ein Leichtmetall oder eine Leichtmetalllegierung ist: Es ist nämlich bekannt, dass bei den verhältnismäßig niedrigen, beim Leichtmetall-Abguss herrschenden Temperaturen (verglichen mit den Temperaturen beim Eisen- oder Stahlabguss) herkömmliche, derzeit häufig verwendete, Cold-Box-Bindemittel oft nur unvollständig thermisch zersetzt werden, so dass gerade in diesen Fällen - sowohl beim Metall-Abguss als auch beim Auspacken der Formen - eine besonders starke Rauch-, Qualm- bzw. Rußbildung sowie eine starke Freisetzung gasförmiger, Aromaten-haltiger Emissionen auftreten, welche meist von unangenehmen Gerüchen begleitet werden und für Menschen potentiell gesundheitsschädlich sind. It has been shown in our own investigations that when contacting the hardened molded part produced according to the invention, in particular when contacting the crosslinked, hardened molded part produced according to the invention, with the cast metal - regardless of the nature of the cast metal - at most small amounts of soot or smoke or Smoke is formed and hardly, or ideally no, gaseous emissions, which are potentially harmful to humans, occur, for example due to the decomposition of the crosslinked binder of the crosslinked, hardened molded part under the action of the heat of the liquid casting metal. This even applies to relatively low temperatures in the range from 600 ° C to 900 ° C, so that the aforementioned preferred process variant (i) is particularly suitable for the production of metallic castings, the cast metal being a light metal or a light metal alloy: it is Namely, it is known that at the relatively low temperatures prevailing in light metal casting (compared to the temperatures in iron or steel casting), conventional, currently frequently used, cold box binders are often only incompletely thermally decomposed, so that precisely in these cases - Both when casting metal and when unpacking the molds - there is a particularly strong formation of smoke, smoke or soot as well as a strong release of gaseous, aromatic-containing emissions, which are usually accompanied by unpleasant smells and are potentially harmful to people's health.
Solche Nachteile bestehen bei Verwendung von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten gehärteten Formteilen bzw. bei Durchführung der vorstehend angegebenen bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrensvariante (i), insbesondere den in diesem Text beschriebenen bevorzugten Verfahrensvarianten (i), dagegen in wesentlich geringerem Ausmaß oder im Idealfall gar nicht. Da von Speisern bzw. Speiserkappen durch ihre Posi- tion an der Kontaktfläche von Gießformen zur Umgebungsluft eine besonders starke Emissionsgefährdung beim Metall-Abguss ausgeht, ist die vorstehend angegebene, bevorzugte erfindungsgemäße Verfahrensvariante (i) besonders effektiv, wenn als gehärtete Formteile nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Speiser bzw. Speiserkappen hergestellt (Verfah- rensvariante (ii)) bzw. eingesetzt (Verfahre ns Variante (i)) werden, insbesondere wenn diese nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vernetzt wurden (in Schritt V33)). Such disadvantages exist when using hardened moldings produced by the process according to the invention or when carrying out the preferred process variant (i) according to the invention specified above, in particular the preferred process variants (i) described in this text, on the other hand to a much lesser extent or ideally not at all. Because of feeders or feeder caps by their position tion on the contact surface of casting molds with the ambient air poses a particularly strong emission hazard in the case of metal casting, the preferred process variant (i) according to the invention specified above is particularly effective if feeders or feeder caps are produced as hardened molded parts by the process according to the invention (process variant ( ii)) or are used (method variant (i)), in particular if these have been crosslinked by the method according to the invention (in step V33)).
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein gehärtetes Formteil, vorzugsweise herstellbar nach einem vorstehend angegebenen erfindungsgemäßen Verfahren (ii) (vorzugsweise nach einem vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichneten erfindungs- gemäßen Verfahren) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gussform, Kern und Speiser, zur Verwendung beim Gießen von metallischen Gussstücken, umfassend die folgenden Bestandteile: a) mindestens einen Formgrundstoff, ein oder mehrere aliphatische Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I The present invention further relates to a hardened molded part, preferably producible by a process according to the invention (ii) given above (preferably by a process according to the invention described above or below as preferred) selected from the group consisting of mold, core and feeder, for use in Casting of metallic castings, comprising the following constituents: a) at least one basic molding material, one or more aliphatic polymers, each comprising structural units of the formula I containing hydroxyl groups
-CH2-CH(OH)- (I), und c) als Härterkomponente, ein oder beide Bestandteile ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: c1 ) ein oder mehrere, vorzugsweise ausgefällte, Biopolymere ausgewählt aus der-CH 2 -CH (OH) - (I), and c) as hardener component, one or both constituents selected from the group consisting of: c1) one or more, preferably precipitated, biopolymers selected from the
Gruppe der Poly-D-Glucosamine, vorzugsweise umfassend Chitosan und c2) ein oder mehrere, vorzugsweise aliphatische, besonders bevorzugt wasserdispergierbare aliphatische, Polyisocyanate, wobei vorzugsweise die Hydroxygruppen der eingesetzten aliphatischen Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I (Bestandteil b)) mindestens teilweise vorliegen als durch Vernetzung mit Isocyanatgruppen der eingesetzten ein oder mehreren Polyisocyanate gehärtetes, vorzugsweise vernetztes, gehärtetes, Bindemittel. Group of the poly-D-glucosamines, preferably comprising chitosan and c2) one or more, preferably aliphatic, particularly preferably water-dispersible aliphatic, polyisocyanates, preferably the hydroxyl groups of the aliphatic polymers used each comprising hydroxyl-containing structural units of the formula I (component b)) at least partially present than through networking Binder hardened, preferably crosslinked, hardened with isocyanate groups of the one or more polyisocyanates used.
Hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen gehärteten Formteils und möglicher Kombinationen von einem oder mehreren zugehörigen Aspekten miteinan- der gelten die für das erfindungsgemäße Verfahren vorstehend angegebenen Erklärungen entsprechend, und umgekehrt. With regard to preferred configurations of the hardened molded part according to the invention and possible combinations of one or more associated aspects with one another, the explanations given above for the method according to the invention apply accordingly, and vice versa.
Bevorzugt ist als vorstehend angegebenes erfindungsgemäßes, gehärtetes Formteil ein grünstandsfestes Formteil, umfassend als Härterkomponente c) den Bestandteil c1 ), ein oder mehrere ausgefällte Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosa- mine, vorzugsweise umfassend Chitosan. Preferred as the above-mentioned hardened molded part according to the invention is a green-shaped molded part comprising, as hardener component c), component c1), one or more precipitated biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, preferably comprising chitosan.
Sofern das erfindungsgemäße grünstandsfeste Formteil zusätzlich auch Bestandteil c2), ein oder mehrere, vorzugsweise aliphatische, besonders bevorzugt wasserdispergierbare aliphatische, Polyisocyanate, umfasst, liegen diese ein oder mehreren Poyisocyanate sowie die ein oder mehreren aliphatischen Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen ent- haltende Struktureinheiten der Formel I in dem grünstandsfesten Formteil vorzugsweise unvernetzt (miteinander) vor. If the molded part according to the invention, which is green-stable, also comprises constituent c2), one or more, preferably aliphatic, particularly preferably water-dispersible aliphatic, polyisocyanates, these are one or more polyisocyanates and the structural units of the formula I each containing hydroxyl groups and comprising hydroxyl groups preferably not cross-linked (with each other) in the green stand-proof molded part.
Bevorzugt ist als vorstehend angegebenes erfindungsgemäßes, gehärtetes Formteil weiterhin auch ein (vernetztes) gehärtetes Formteil, umfassend als Härterkomponente c) den Bestandteil c2), ein oder mehrere, vorzugsweise aliphatische, , besonders bevorzugt was- serdispergierbare aliphatische, Polyisocyanate, wobei die Hydroxygruppen der eingesetzten aliphatischen Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I (Bestandteil b)) mindestens teilweise vorliegen als durch Vernetzung mit Isocyanatgruppen der eingesetzten ein oder mehreren Polyisocyanate (Bestandteil c2)) vernetztes, gehärtetes, Bindemittel. Sofern ein erfindungsgemäßes gehärtetes (bzw. vernetztes, gehärtetes) Formteil ein durch Vernetzung von Hydroxyyruppen der eingesetzten aliphatischen Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I (Bestandteil b)) mit Isocyanatgruppen der eingesetzten ein oder mehreren Polyisocyanate (Bestandteil c2)) vernetztes Bindemittel umfasst, wird für die Zwecke der vorliegenden Erfindung angenommen, dass in dem erfindungsgemäßen Formteil die Hydroxygruppen des vernetzten bzw. vernetzenden aliphatischen Polymers nach der erfolgten Vernetzung durch die Isocyanatgruppen der eingesetzten ein oder mehreren Polyisocyanate (zumindest überwiegend) nicht mehr frei vorliegen, sondern (zumindest überwiegend) an der Ausbildung von Urethangrup- pen mit den Isocyanatgruppen beteiligt sind. Preferred as the above-mentioned hardened molded part according to the invention is also a (crosslinked) hardened molded part comprising, as hardener component c), component c2), one or more, preferably aliphatic, particularly preferably water-dispersible, aliphatic, polyisocyanates, the hydroxyl groups of the ones used aliphatic polymers each comprising hydroxyl-containing structural units of the formula I (component b)) are at least partially present as a crosslinked, hardened binder crosslinked by crosslinking with isocyanate groups of the one or more polyisocyanates used (component c2)). If a hardened (or crosslinked, hardened) molded part according to the invention comprises a crosslinked binder by crosslinking hydroxy groups of the aliphatic polymers used, each comprising structural units of the formula I (component b)) containing isocyanate groups of the one or more polyisocyanates used (component c2)) For the purposes of the present invention, it is assumed that in the molded part according to the invention the hydroxyl groups of the crosslinked or crosslinking aliphatic polymer after the crosslinking by the isocyanate groups of the one or more polyisocyanates used are (at least predominantly) not are more freely available, but (at least predominantly) are involved in the formation of urethane groups with the isocyanate groups.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein gehärtetes Formteil ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gussform, Kern und Speiser, hergestellt oder herstellbar nach einem vor- stehend angegebenen erfindungsgemäßen Verfahren, vorzugsweise nach einem erfindungsgemäßen Verfahren (ii) (oder einem in diesem Text beschriebenen bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren). The present invention also relates to a hardened molded part selected from the group consisting of casting mold, core and feeder, produced or producible by a process according to the invention specified above, preferably by a process (ii) according to the invention (or a preferred process according to the invention described in this text) ).
Hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen des erfindungsgemäß hergestellten oder herstellbaren gehärteten Formteils und möglicher Kombinationen von einem oder mehreren zugehörigen Aspekten miteinander gelten die für das erfindungsgemäße Verfahren und für das erfindungsgemäße gehärtete Formteil vorstehend angegebenen Erklärungen entsprechend, und umgekehrt. With regard to preferred configurations of the hardened molding produced or producible according to the invention and possible combinations of one or more associated aspects with one another, the explanations given above for the method according to the invention and for the hardened molding according to the invention apply accordingly, and vice versa.
Ein vorstehend angegebenes erfindungsgemäßes (vernetztes) gehärtetes Formteil (oder ein entsprechendes, in diesem Text beschriebenes bevorzugtes erfindungsgemäßes ver- netztes, gehärtetes Formteil oder ein nach dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren herstellbares, vernetztes, gehärtetes Formteil) ist bevorzugt, wobei das Verhältnis An above-mentioned (crosslinked) hardened molded part according to the invention (or a corresponding preferred crosslinked, hardened molded part according to the invention described in this text or a crosslinked, hardened molded part which can be produced by the above-described method according to the invention) is preferred, the ratio
- der Gesamtmasse des im Formteil vorliegenden gehärteten Bindemittels zur - Gesamtmasse des im Formteil vorliegenden Formgrundstoffes im Bereich von 0, 1 : 100 bis 10 : 100, vorzugsweise im Bereich von 0,5 : 100 bis 7 : 100 und besonders bevorzugt im Bereich von 0,6 : 100 bis 6 : 100, liegt. the total mass of the hardened binder present in the molded part to the total mass of the basic molding material present in the molded part in the range from 0.1: 100 to 10: 100, preferably in the range from 0.5: 100 to 7: 100 and particularly preferably in the range from 0 , 6: 100 to 6: 100.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Formstoffmischung, vorzugsweise zur Herstellung eines gehärteten Formteils (einschließlich eines grünstandsfesten Formteils, sofern als Härterkomponente der Bestandteil c1 ) anwesend ist und/oder eines vernetzten, gehärteten Formteils, sofern als Härterkomponente der Bestandteil c2) anwesend ist), ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gussform, Kern und Speiser, zur Verwendung beim Gießen von metallischen Gussstücken, umfassend die folgenden Bestandteile: a) mindestens einen Formgrundstoff, b) ein oder mehrere aliphatische Polymere jeweils umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I The present invention also relates to a molding material mixture, preferably for the production of a hardened molded part (including a green-resistant molded part, if component c1) is present as hardener component and / or a crosslinked, hardened molded part, if component c2) is present as hardener component) from the group consisting of mold, core and feeder, for use in casting metallic castings, comprising the following components: a) at least one basic molding material, b) one or more aliphatic polymers each comprising structural units of the formula I containing hydroxyl groups
-CH2-CH(OH)- (I), c) als Härterkomponente, ein oder beide Bestandteile ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: d ) ein oder mehrere Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosa- mine, vorzugsweise Chitosan, und c2) ein oder mehrere, vorzugsweise wasserdispergierbare und/oder aliphatische, Polyisocyanate, als Vernetzungsmittel für Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere; und d) Wasser. In einer besonders bevorzugten Variante der vorstehend angeführten erfindungsgemäßen Formstoffmischung umfasst diese als Härterkomponente c) den Bestandteil c1 ), ein oder mehrere Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine, vorzugsweise Chitosan, und zusätzlich den Bestandteil c2), ein oder mehrere, vorzugsweise aliphatische, Polyisocyanate, als Vernetzungsmittel für Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Po- ly me re. -CH 2 -CH (OH) - (I), c) as hardener component, one or both components selected from the group consisting of: d) one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, preferably chitosan , and c2) one or more, preferably water-dispersible and / or aliphatic, polyisocyanates, as crosslinking agents for hydroxyl groups of the aliphatic polymer or polymers; and d) water. In a particularly preferred variant of the above-mentioned molding material mixture according to the invention, this comprises, as hardener component c), component c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, preferably chitosan, and additionally component c2), one or more, preferably aliphatic, polyisocyanates, as crosslinking agents for hydroxyl groups of the aliphatic polymer (s).
In einer bevorzugten Variante der vorstehend angeführten erfindungsgemäßen Formstoffmischung umfasst diese als Härterkomponente c) nur den Bestandteil c1 ), ein oder mehrere Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine, vorzugsweise Chitosan, aber nicht den Bestandteil c2), ein oder mehrere, vorzugsweise wasserdispergier- bare und/oder aliphatische, Polyisocyanate, als Vernetzungsmittel für Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere. In einer anderen bevorzugten Variante der vorstehend angeführten erfindungsgemäßen Formstoffmischung umfasst diese als Härterkomponente c) nur den Bestandteil c2), ein oder mehrere aliphatische Polyisocyanate (vorzugsweise ein oder mehrere im vorliegenden Text als erfindungsgemäß bevorzugt einzusetzende aliphatische Polyisocyanate) als Vernetzungsmittel für Hydroxygruppen des bzw. der aliphatischen Polymere, aber nicht den Bestandteil c1 ), ein oder mehrere Biopolymere ausgewählt aus der Gruppe der Poly- D-Glucosamine, vorzugsweise Chitosan. In a preferred variant of the above-mentioned molding material mixture according to the invention, this comprises, as hardener component c), only component c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, preferably chitosan, but not component c2), one or more, preferably water-dispersible and / or aliphatic, polyisocyanates, as crosslinking agents for hydroxyl groups of the aliphatic polymer or polymers. In another preferred variant of the above-mentioned molding material mixture according to the invention, this comprises, as hardener component c), only component c2), one or more aliphatic polyisocyanates (preferably one or more aliphatic polyisocyanates to be used in the present text as preferred according to the invention) as crosslinking agents for hydroxyl groups aliphatic polymers, but not component c1), one or more biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, preferably chitosan.
Hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Formstoffmischung und möglicher Kombinationen von einem oder mehreren zugehörigen Aspekten miteinander, gelten die für das erfindungsgemäße Verfahren, das erfindungsgemäße gehärtete Formteil und das erfindungsgemäß hergestellte oder herstellbare gehärtete Formteil vorstehend angegebenen Erklärungen entsprechend, und umgekehrt. With regard to preferred configurations of the molding material mixture according to the invention and possible combinations of one or more associated aspects with one another, the explanations given above for the method according to the invention, the hardened molded part according to the invention and the hardened molded part produced or producible according to the invention apply accordingly, and vice versa.
Die vorstehend angegebene erfindungsgemäße Formstoffmischung (oder eine vorstehend angeführte, in diesem Text als bevorzugt bezeichnete erfindungsgemäße Formstoffmi- schung) ist zur Verwendung in dem vorstehend angegebenen erfindungsgemäßen Verfahren geeignet und dafür vorgesehen. The above-mentioned molding material mixture according to the invention (or a molding material mixture according to the invention mentioned above, referred to as preferred in this text) is suitable for use in the method according to the invention specified above and is intended for this purpose.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung eines durch ein oder mehrere aliphatische Polyisocyanate vernetzten aliphatischen Polymers umfassend Hydroxygruppen enthaltende Struktureinheiten der Formel I -CH2-CH(OH)- (I), vorzugsweise eines derart vernetzten Polyvinylalkohols, als Bindemittel eines gehärteten Formteils ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gussform, Kern und Speiser, zur Verwendung beim Gießen von metallischen Gussstücken. The present invention also relates to the use of an aliphatic polymer which is crosslinked by one or more aliphatic polyisocyanates and comprises structural units of the formula I -CH 2 -CH (OH) - (I), preferably a crosslinked polyvinyl alcohol, which contains hydroxyl groups and is selected as the binder of a hardened molding the group consisting of mold, core and feeder, for use in the casting of metal castings.
Hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verwendung und mög- licher Kombinationen von einem oder mehreren zugehörigen Aspekten miteinander gelten die für das erfindungsgemäße Verfahren, das erfindungsgemäße gehärtete Formteil, das erfindungsgemäß hergestellte oder herstellbare gehärtete Formteil sowie für die erfindungsgemäße Formstoffmischung vorstehend angegebenen Erklärungen entsprechend, und umgekehrt. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin auch die Verwendung von Biopolymeren ausgewählt aus der Gruppe der Poly-D-Glucosamine, vorzugsweise von Chitosan, als Bindemittel oder Bindemittelkomponente zur Herstellung eines gehärteten Formteils, vorzugsweise eines grünstandsfesten Formteils, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Guss- form, Kern und Speiser, in der Gießereiindustrie. With regard to preferred refinements of the use according to the invention and possible combinations of one or more associated aspects with one another, the statements made above for the method according to the invention, the hardened molded part according to the invention, the hardened molded part produced or producible according to the invention and for the molding material mixture according to the invention apply accordingly, and vice versa. The present invention also relates to the use of biopolymers selected from the group of poly-D-glucosamines, preferably chitosan, as binders or binder components for producing a hardened molded part, preferably a green-shaped molded part, selected from the group consisting of a casting mold, Core and feeder, in the foundry industry.
Hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verwendung von Biopolymeren und möglicher Kombinationen von einem oder mehreren zugehörigen Aspekten miteinander gelten die für das erfindungsgemäße Verfahren, das erfindungsgemäße gehärtete Formteil, das erfindungsgemäß hergestellte oder herstellbare gehärtete Formteil, die erfindungsgemäße Formstoffmischung sowie die erfindungsgemäße Verwendung eines durch ein oder mehrere aliphatische Polyisocyanate vernetzten aliphatischen Polymers vorstehend angegebenen Erklärungen entsprechend, und umgekehrt. With regard to preferred configurations of the use of biopolymers according to the invention and possible combinations of one or more associated aspects with one another, the same applies to the method according to the invention, the hardened molded part according to the invention, the hardened molded part produced or producible according to the invention, the molding material mixture according to the invention and the use according to the invention of one or more aliphatic polyisocyanates crosslinked aliphatic polymer in accordance with the explanations given above, and vice versa.
Beispiele: Examples:
Die nachfolgend angegebenen Beispiele sollen die Erfindung näher beschreiben und erklären, ohne ihren Umfang zu beschränken. The examples given below are intended to describe and explain the invention in more detail without restricting its scope.
Soweit nicht anders angegeben, wurden die Versuche jeweils unter Laborbedingungen (Normaldruck, Temperatur 20 °C, Luftfeuchtigkeit 50 %) durchgeführt. Unless otherwise stated, the tests were carried out under laboratory conditions (normal pressure, temperature 20 ° C, humidity 50%).
Beispiel 1 : Herstellung von Formstoffmischunqen Example 1: Preparation of molding mixtures
Es wurden die in der untenstehenden Tabelle 1 angegebenen und unter der Tabelle 1 näher beschriebenen Bestandteile verwendet, um Formstoffmischungen herzustellen. The constituents given in Table 1 below and described in more detail under Table 1 were used to produce mixtures of molding materials.
Die Formstoffmischungen„F-Cold-Box“ und„F-Wasserglas“ sind nicht-erfindungsgemäße bzw. nicht erfindungsgemäß einzusetzende Vergleichs-Formstoffmischungen. Die Formstoffmischungen und„F-V6“ und„F-E6+“ sind erfindungsgemäße bzw. erfindungsgemäß einzusetzende Formstoffmischungen. The molding material mixtures “F-Cold-Box” and “F-water glass” are comparative molding material mixtures not according to the invention or not to be used according to the invention. The molding material mixtures and “F-V6” and “F-E6 +” are molding material mixtures according to the invention or to be used according to the invention.
Tabelle 1 : Bestandteile von Formstoffmischungen Table 1: Components of molding material mixtures
Als Formgrundstoff wurde Quarzsand BO 42 (CAS-Nr. 014808-60-7) der Firma Bodensteiner Sandwerk GmbH & Co. KG eingesetzt. Quartz sand BO 42 (CAS No. 014808-60-7) from Bodensteiner Sandwerk GmbH & Co. KG was used as the basic molding material.
Als wässrige PVAL-Mischung wurde eine 25 Gew.-%-ige Lösung von Polyvinylalkohol (> 93 % Polyvinylalkohol) mit einem Hydrolysegrad von ca. 88 Mol-% und einer dynamischenA 25% by weight solution of polyvinyl alcohol (> 93% polyvinyl alcohol) with a degree of hydrolysis of approx. 88 mol% and a dynamic was used as the aqueous PVAL mixture
Viskosität im Bereich von 3,5 bis 4,5 mPa s (gemessen als 4 Gew.-%-ige wässrige Lösung bei 20 °C nach DIN 53015), Methanolgehalt: 3 Gew.-%; CAS RN 25213-24-5 (Kuraray Europe GmbH), eingesetzt. Viscosity in the range from 3.5 to 4.5 mPa s (measured as a 4% by weight aqueous solution at 20 ° C. according to DIN 53015), methanol content: 3% by weight; CAS RN 25213-24-5 (Kuraray Europe GmbH).
Als aliphatisches Polyisocyanat wurde das nichtionisch hydrophilierte Polyisocyanat„Des- modur® DA-L“ (Covestro AG) vom Polyetherurethan-Typ (CAS RN 125252-47-3) eingesetzt. The non-ionically hydrophilized polyisocyanate "Desmodur® DA-L" (Covestro AG) of the polyether urethane type (CAS RN 125252-47-3) was used as the aliphatic polyisocyanate.
Als wässrige Zubereitung von Chitosan wurde eine 2,5 Gew.-%-ige Lösung (bezogen auf die Gesamtmasse der Lösung) von Chitosan 85/1000 (mit einem Deacetylierungsgrad von 85 Mol-% und einer dynamischen Viskosität von 1000 mPa · s It. Herstellerangaben: Heppe Medical Chitosan GmbH) in einer 1 Gew.-%-igen wässrigen Essigsäurelösung (bezogen auf die Gesamtmasse der Lösung) eingesetzt. A 2.5% by weight solution (based on the total mass of the solution) of chitosan 85/1000 (with a degree of deacetylation of 85 mol% and a dynamic viscosity of 1000 mPas It. Manufacturer information: Heppe Medical Chitosan GmbH) in a 1% by weight aqueous acetic acid solution (based on the total mass of the solution).
Als Cold-Box Aktivator 6324 wurde ein zur Herstellung von Cold-Box-Bindern (Polyurethanharz auf Benzyletherbasis) übliches Polyisocyanat (Aktivator 6324 der Fa. Hütte- nes-Albertus Chemische Werke GmbH) eingesetzt. Als Cold-Box Gasharz 7241 wurde ein zur Herstellung von Cold-Box-Bindern (Polyurethanharz auf Benzyletherbasis) übliches Phenolharz (Gasharz 7241 der Fa. Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH) eingesetzt. The cold box activator 6324 used was a polyisocyanate (activator 6324 from Huentnes-Albertus Chemische Werke GmbH) which is customary for the production of cold box binders (polyurethane resin based on benzyl ether). A phenolic resin (gas resin 7241 from Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH), which is customary for the production of cold box binders (polyurethane resin based on benzyl ether), was used as the cold box gas resin 7241.
Als Natronwasserglas-Binder 48/50 wurde eine wässrige Lösung eines Standard-Wasser- glasbinders mit einem Wasserglasgehalt (Natriumsilikat-Gehalt) im Bereich von 35 Gew.- % bis 50 Gew.-% und einem pH-Wert bei 20 °C im Bereich von 1 1 bis 12 (CAS RN 1344- 09-8) eingesetzt. An aqueous solution of a standard water glass binder with a water glass content (sodium silicate content) in the range from 35% by weight to 50% by weight and a pH at 20 ° C. was used as the sodium water glass binder 48/50 from 1 1 to 12 (CAS RN 1344-09-8).
Die Formstoffmischungen wurden wie nachstehend angegeben hergestellt: The molding material mixtures were produced as follows:
Formstoffmischung F-Cold-Box: die in Tabelle 1 genannten Bestandteile wurden in einem elektrischen Mischer (Bosch Profi 67) unter Rühren solange miteinander vermischt, bis eine homogene Formstoffmischung entstanden war. Die Formstoffmischung Cold-Box ist eine nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte bzw. nicht in einem solchen Verfahren einzusetzende Formstoffmischung, für Vergleichszwecke. Molding material mixture F-Cold-Box: The components listed in Table 1 were mixed in an electric mixer (Bosch Profi 67) with stirring until a homogeneous molding material mixture was obtained. The cold box molding material mixture is a molding material mixture which is not produced by the process according to the invention or is not to be used in such a process, for comparison purposes.
Formstoffmischung F-Wasserglas: die in Tabelle 1 genannten Bestandteile wurden in ei- nem elektrischen Mischer (Bosch Profi 67) unter Rühren solange miteinander vermischt, bis eine homogene Formstoffmischung entstanden war. Die Formstoffmischung F-Wasser- glas ist eine nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte bzw. nicht in einem solchen Verfahren einzusetzende Formstoffmischung, für Vergleichszwecke. F-water glass molding material mixture: The components listed in Table 1 were mixed in an electric mixer (Bosch Profi 67) with stirring until a homogeneous molding material mixture was obtained. The molding material mixture F-water glass is a molding material mixture which is not produced by the process according to the invention or which is not to be used in such a process, for comparison purposes.
Formstoffmischung F-V6: die in Tabelle 1 genannten Bestandteile „wässrige PVAL- Mischung“ und„wässrige Zubereitung von Chitosan“ wurden in den in Tabelle 1 angegebenen Mengen in einem Becherglas miteinander zu einer Bindemittel-Vormischung vermischt. Anschließend wurde der Quarzsand in einem elektrischen Mischer (Bosch Profi 67) vorgelegt und es wurde dann unter Rühren die Bindemittel-Vormischung hinzugegeben und mit dem Quarzsand vermischt. Es wurde solange weiter gerührt, bis eine homogene Formstoffmischung entstanden war. Die Formstoffmischung F-V6 ist eine ist eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte bzw. in einem solchen Verfahren einzusetzende Formstoffmischung. Molding material mixture F-V6: The components "aqueous PVAL mixture" and "aqueous preparation of chitosan" listed in Table 1 were mixed together in the amounts specified in Table 1 in a beaker to form a binder premix. The quartz sand was then placed in an electric mixer (Bosch Profi 67) and the binder premix was then added with stirring and mixed with the quartz sand. The stirring was continued until a homogeneous mixture of molding materials was obtained. The molding material mixture F-V6 is a molding material mixture produced by the process according to the invention or to be used in such a process.
Formstoffmischung F-E6+: die in Tabelle 1 genannten Bestandteile „wässrige PVAL- Mischung“ und„wässrige Zubereitung von Chitosan“ wurden in den in Tabelle 1 angege- benen Mengen in einem Becherglas miteinander zu einer Bindemittel-Vormischung vermischt. Kurz vor der Herstellung der Formstoffmischung F-E6+ wurde zu der entstandenen Bindemittel-Vormischung die in Tabelle 1 angegebene Menge an aliphatischem Polyiso- cyanat hinzugegeben und mit der Bindemittel-Vormischung durch Vermischen miteinander (Rührmotor mit Flügelrührer) zu einem„zweiten Bindemittel-System“ (im Sinne der vorliegenden Erfindung) vereinigt. Anschließend wurde der Quarzsand in einem elektrischen Mi- scher (Bosch Profi 67) vorgelegt und es wurde dann unter Rühren das entstandene zweite Bindemittelsystem hinzugegeben und mit dem Quarzsand durch Vermischen vereinigt. Es wurde solange weiter gerührt, bis eine homogene Formstoffmischung entstanden war. Die Formstoffmischung F-E6+ ist eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte bzw. in einem solchen Verfahren einzusetzende Formstoffmischung. Beispiel 2: Herstellung von Standard-Bieqerieqeln als modellhafte Formteile Molding material mixture F-E6 +: the components “aqueous PVAL mixture” and “aqueous preparation of chitosan” listed in Table 1 were mixed together in the amounts specified in Table 1 in a beaker to form a binder premix. Shortly before the production of the molding material mixture F-E6 + became the resulting one Binder premix added the amount of aliphatic polyisocyanate shown in Table 1 and combined with the binder premix by mixing together (agitator motor with paddle stirrer) to form a “second binder system” (in the sense of the present invention). The quartz sand was then placed in an electric mixer (Bosch Profi 67) and the resulting second binder system was then added with stirring and combined with the quartz sand by mixing. The stirring was continued until a homogeneous mixture of molding materials was obtained. The molding material mixture F-E6 + is a molding material mixture produced by the process according to the invention or to be used in such a process. Example 2: Production of standard Bieqerieqeln as model molded parts
Aus den in Beispiel 1 angegebenen Formstoffmischungen F-Cold-Box, F-Wasserglas, F- V6 und F-E6+ wurden auf dem Fachmann bekannte Weise Standard-Biegeriegel (stellvertretend für ein gehärtetes Formteil zur Verwendung beim Gießen von metallischen Gussstücken) für Prüfzwecke durch Rammen hergestellt (Abmessungen: 172 x 23 x 23 mm), entsprechend bzw. analog zu der Vorschrift im Merkblatt P73 (Ausgabe Februar 1996) des Vereins Deutscher Gießereifachleute (nachfolgend angegeben als„VDG Merkblatt P73“), Nr. 4.1. From the molding material mixtures F-Cold-Box, F-water glass, F-V6 and F-E6 + specified in Example 1, standard bending bars (representative of a hardened molded part for use in casting metallic castings) were used for test purposes in a manner known to the person skilled in the art Rams manufactured (dimensions: 172 x 23 x 23 mm), in accordance with or analogous to the regulation in leaflet P73 (February 1996 edition) of the Association of German Foundry Professionals (hereinafter referred to as "VDG leaflet P73"), No. 4.1.
Die vorstehend beschriebenen Biegeriegel wurden wie nachfolgend angegeben gehärtet (die Verfahren zur Härtung der Formstoffmischungen„F-Cold-Box“ und„F-Wasserglas“ wie unten angegeben entsprechen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren): The bending bars described above were hardened as indicated below (the processes for hardening the molding material mixtures “F-Cold-Box” and “F-water glass” as indicated below correspond to processes known from the prior art):
Biegeriegel B-Cold-Box: Die Formstoffmischung F-Cold-Box (s. Beispiel 1 ) wurde in einer Biegestab-Rammbüchse wie oben beschrieben durch Rammen geformt. Anschließend wurde die geformte Formstoffmischung nach dem Cold-Box-Verfahren durch Hindurchleiten von (unter den Verfahrensbedingungen) gasförmigem N,N-Dimethylpropylamin (ca. 1 ml flüssig, 15 s) entsprechend der Vorschrift im VDG Merkblatt P73, Nr. 4.3, Verfahren A, gehärtet. Bending bar B-Cold-Box: The molding material mixture F-Cold-Box (see Example 1) was shaped in a bending rod ram as described above by ramming. The molded molding material mixture was then subjected to the cold box process by passing gaseous N, N-dimethylpropylamine (approx. 1 ml liquid, 15 s) (under the process conditions) in accordance with the instructions in VDG leaflet P73, No. 4.3, process A , hardened.
Biegeriegel B-Wasserglas: Die Formstoffmischung F-Wasserglas wurde in einer Biegestab-Rammbüchse wie oben beschrieben durch Rammen geformt. Anschließend wurde durch die geformte Formstoffmischung (in der Biegestab-Rammbüchse) gasförmiges CO2 hindurchgeleitet. Der nach C02-Begasung grünstandsfeste Biegeriegel wurde aus der Form entnommen (entformt) und durch Trocknen im Trockenofen für 20 min bei 210 °C und Entfernen von Wasser durch Umluft-Entlüftung des Trockenofens gehärtet (Standard- Biegeriegel, hier: Biegeriegel B-Wasserglas). Bending bar B-water glass: The molding material mixture F-water glass was formed by ramming in a bending rod ram as described above. Gaseous CO2 was then passed through the molded molding material mixture (in the bending rod ram sleeve). The green bar, which was stable after C0 2 fumigation, was removed from the mold (demoulded) and dried in a drying oven for 20 min at 210 ° C and removal of water hardened by ventilating the drying oven (standard bending bar, here: bending bar B water glass).
Biegeriegel B-V6 und B-E6+: die Formstoffmischungen F-V6 und F-E6+ (Herstellung siehe Beispiel 1 ) wurden jeweils in einer Biegestab-Rammbüchse wie oben beschrieben durch Rammen geformt. Anschließend wurde durch die geformten Formstoffmischungen (unter den Verfahrensbedingungen) gasförmiges N,N-Dimethylpropylamin (entsprechend ca. 1 ml flüssig, 15 s) hindurchgeleitet (Begasung in der Biegestab-Rammbüchse), wodurch jeweils ein grünstandsfester Standard-Biegeriegel (d.h. modellhaftes, gehärtetes - hier: grünstandsfestes - Formteil) resultierte. Diese grünstandsfesten Standard-Biegeriegel wurden dann aus der Rammbüchse entnommen und jeweils im Trockenofen für 20 min bei 210 °C und Entfernen von Wasser durch Umluft-Entlüftung des Trockenofens zum gehärteten Formteil (Standard-Biegeriegel, hier: Biegeriegel B-V6) bzw. zum gehärteten Formteil mit Vernetzungsschritt (Biegeriegel B-E6+) verarbeitet. Bending bars B-V6 and B-E6 +: the molding material mixtures F-V6 and F-E6 + (production see Example 1) were each formed by ramming in a bending rod ram as described above. Subsequently, gaseous N, N-dimethylpropylamine (corresponding to approx. 1 ml liquid, 15 s) was passed through the molded molding material mixtures (under the process conditions) (gassing in the bending rod ram bushing), whereby in each case a green-stable standard bending bar (ie model, hardened - here: green stable - molded part) resulted. These green-stable standard bending bars were then removed from the ram and each in the drying oven for 20 min at 210 ° C and removing water by venting the drying oven to the hardened molded part (standard bending bar, here: bending bar B-V6) or hardened molded part with crosslinking step (bending bar B-E6 +) processed.
Beispiel 3: Bestimmung der Endfestiqkeiten von Standard-Bieqerieqeln Es wurden jeweils die Endfestigkeiten der im vorstehenden Beispiel 2 hergestellten Standard-Biegeriegel geprüft: die Endfestigkeit des Standard-Biegeriegels B-Cold-Box wurde hierzu 24 h nach seiner Herstellung geprüft. Die Endfestigkeiten der Standard-Biegeriegel B-Wasserglas, B-V6 und B-E6+ wurden hierzu jeweils 30 min nach ihrer Herstellung (Trocknung) geprüft. Alle Standard-Biegeriegel wurden unter Laborbedingungen gelagert. Es erfolgte jeweils eine Dreifachbestimmung der Endfestigkeiten, wie beschrieben im VDG Merkblatt P73, Nr. 5.2, mit einem Georg Fischer-Festigkeitsprüfapparat Typ PFG mit Niederdruckmanometer (mit Motorantrieb). Example 3: Determination of the final strengths of standard bending jars The final strengths of the standard bending bars produced in Example 2 above were tested: the final strength of the standard bending bar B-Cold-Box was checked 24 hours after its manufacture. The final strengths of the standard bending bars B-water glass, B-V6 and B-E6 + were tested for this 30 minutes after their manufacture (drying). All standard bending bars were stored under laboratory conditions. The final strengths were determined in triplicate, as described in VDG Leaflet P73, No. 5.2, with a Georg Fischer type PFG strength tester with low-pressure manometer (with motor drive).
Es wurden auf diese Weise die unten in Tabelle 2 angegebenen Biegefestigkeiten (Endfestigkeiten) der Standard-Biegeriegel ermittelt: Tabelle 2: Endfestigkeiten von Standard-Biegeriegeln The bending strengths (final strengths) of the standard bending bars given below in Table 2 were determined in this way: Table 2: final strengths of standard bending bars
Aus den in Tabelle 2 angegebenen Werten kann man ersehen, dass das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte gehärtete Formteile (Standard-Biegeriegel) B-V6 und B-E6+ zwar geringere Endfestigkeiten aufweisen als herkömmliche Cold-Box- oder Wasserglas-gebundene Formteile, dass aber die Endfestigkeiten der nach dem erfin- dungsgemäßen Verfahren hergestellten gehärteten Formteile in der Praxis vollständig ausreichend sind. Der Standard-Biegeriegel B-E6+ (mit Vernetzungsschritt hergestellt) wies einen höheren (dem entsprechenden Wert für einen Cold-Box-gebundenen Biegeriegel nahekommenden) Wert für die Endfestigkeit auf, als der Standard-Biegeriegel B-V6 (ohne Vernetzungsschritt hergestellt). Beispiel 4: Bestimmung der Festigkeit von Standard-Bieqerieqeln nach Auslagerung It can be seen from the values given in Table 2 that the hardened molded parts (standard bending bars) B-V6 and B-E6 + produced by the process according to the invention have lower final strengths than conventional cold box or water glass-bonded molded parts, but that the final strengths of the hardened molded parts produced by the process according to the invention are completely sufficient in practice. The standard bending bar B-E6 + (produced with the cross-linking step) had a higher (near the corresponding value for a cold box-bound bending bar) for the ultimate strength than the standard bending bar B-V6 (produced without the cross-linking step). Example 4: Determination of the strength of standard Bieqerieqeln after aging
Wie im vorstehenden Beispiel 2 hergestellte Standard-Biegeriegel B-Wasserglas und B- E6+ wurden, beginnend 24 h nach ihrer Herstellung (entspricht Auslagerungsdauer„0“), einem Lagertest unterzogen. Hierzu wurden entsprechende Biegeriegel für 60 h in einem Klimaschrank bei 40 °C und 90 % relativer Luftfeuchtigkeit gelagert und in den in Tabelle 3 angegebenen zeitlichen Abständen wie in Beispiel 3 angegeben auf ihre (verbleibenden)Standard bending bars B-water glass and B-E6 + produced as in Example 2 above were subjected to a storage test starting 24 h after their production (corresponds to aging time "0"). For this purpose, corresponding bending bars were stored for 60 h in a climatic cabinet at 40 ° C. and 90% relative atmospheric humidity and, in the time intervals specified in Table 3, as indicated in Example 3, on their (remaining)
Biegefestigkeiten geprüft. Die jeweils gemessenen Werte dieser Biegefestigkeiten sind unten in Tabelle 3 angegeben: Flexural strength tested. The respectively measured values of these bending strengths are given in Table 3 below:
Tabelle 3: Biegefestigkeiten nach 60 h Auslagerung im Klimaschrank Table 3: Flexural strength after aging in a climatic cabinet for 60 h
Aus den in Tabelle 3 angegebenen Werten kann man ersehen, dass bei dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten gehärteten Formteil (Standard-Biegeriegel) B-E6+ unter den Lagerbedingungen ein Festigkeitsabfall nach 8 h zu verzeichnen ist. Da- nach bleibt dessen Festigkeit über die restliche Lagerdauer jedoch annähernd konstant und für praktische Zwecke ausreichend. Im Gegensatz dazu ist bei dem wasserglasgebundenen Vergleichs-Biegeriegel B-Wasserglas ein signifikanter Festigkeitsabfall nach 24 h Lagerdauer zu beobachten, der bis zum Ende der Lagerdauer weiter fortschreitet, bis zu dessen praktischer Unbrauchbarkeit. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte gehärtete Formteil (Standard- Biegeriegel, hergestellt mit Vernetzungsschritt) B-E6+ ist demnach deutlich besser für die Lagerung auch unter erschwerten Klimabedingungen (erhöhte Temperatur und Luftfeuchtigkeit) geeignet, als ein herkömmliches, wasserglasgebundenes Formteil. It can be seen from the values given in Table 3 that the hardened molded part (standard bending bar) B-E6 + produced by the process according to the invention shows a drop in strength after 8 hours under the storage conditions. After that, its strength remains almost constant over the rest of the storage period and is sufficient for practical purposes. In contrast, a significant decrease in strength after 24 hours of storage can be observed with the water-glass-bound bending bar B-water glass, which continues until the end of the storage period until it becomes unusable. The hardened molded part produced by the process according to the invention (standard bending bar, produced using the crosslinking step) B-E6 + is therefore significantly better suited for storage even under difficult climatic conditions (elevated temperature and air humidity) than a conventional, water glass-bound molded part.
Beispiel 5: Bestimmung der Wasserbeständiqkeit von Standard-Bieqerieqeln Wie im vorstehenden Beispiel 2 hergestellte Standard-Biegeriegel wurden auf Regale aufgelegt, so dass nur deren Enden auflagen (Auflagefläche ca. 1/10 der Gesamtfläche der Unterseite der Standard-Biegeriegel). Die Regale mit den aufliegenden Standard-Biegerie- geln wurden in einen wassergefüllten Behälter eingebracht, so dass die Unterseiten der Standard-Biegeriegel vollständig auf der Wasseroberfläche auflagen und Wasser durch die Kapillarkräfte aufnehmen konnten. Dann wurde die Wasserfestigkeit der Standard-Biegeriegel visuell über einen unten in Tabelle 4 angegebenen Zeitraum beurteilt. Example 5: Determination of the Water Resistance of Standard Bieqerieqeln Standard bending bars produced as in Example 2 above were placed on shelves so that only their ends rested (contact area approx. 1/10 of the total area of the underside of the standard bending bars). The shelves with the standard bending bars placed on them were placed in a water-filled container so that the undersides of the standard bending bars rested completely on the water surface and could absorb water through the capillary forces. The water resistance of the standard bending bars was then assessed visually over a period given in Table 4 below.
Die Ergebnisse dieses Versuches sind unten in Tabelle 4 angegeben. Tabelle 4: Wasserfestigkeit von Standard-Biegeriegeln The results of this experiment are shown in Table 4 below. Table 4: Water resistance of standard bending bars
Aus den in Tabelle 4 angegebenen Beobachtungen kann man ersehen, dass der mit Cold- Box-Bindemittel gebundene Standard-Biegeriegel auch nach der längsten, in Tabelle 4 an- gegebenen Einwirkungsdauer von Wasser noch vollständig wasserfest war. Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte gehärtete Biegeriegel B-V6 (hergestellt ohne Vernetzungsschritt) nahm nach kurzer Zeit Wasser auf und brach nach einiger Zeit. Der erfindungsgemäß hergestellte Biegeriegel B-E6+ wies eine höhere Wasserfestigkeit auf als der gehärtete (nicht vernetzte) Biegeriegel B-V6. Beispiel 6: Verhalten von Standard-Biegeriegeln beim Eisen-Abguss It can be seen from the observations given in Table 4 that the standard bending bar bound with cold box binder was still completely water-resistant even after the longest exposure time to water, as shown in Table 4. The hardened bending bar B-V6 produced by the method according to the invention (produced without a crosslinking step) took up water after a short time and broke after some time. The bending bar B-E6 + produced according to the invention had a higher water resistance than the hardened (not cross-linked) bending bar B-V6. Example 6: Behavior of standard bending bars when casting iron
Wie im vorstehenden Beispiel 2 hergestellte Standard-Biegeriegel B-Cold-Box (Vergleich), B-V6 (nach erfindungsgemäßem Verfahren hergestellt) und B-E6+ (nach erfindungsgemäßem Verfahren hergestellt) wurden mit einer herkömmlichen Alkoholschlichte (Koalid 4087 der Fa. Hüttenes-Albertus GmbH) auf an sich bekannte Weise geschlichtet (Bedingungen: Auslaufzeit 17,3 s; Tauchzeit 7 s; Trocknen 1 10 °C für 40 min; Wandstärke 325 pm im Nasszustand). Standard bending bars B-Cold-Box (comparison), B-V6 (produced according to the method according to the invention) and B-E6 + (manufactured according to the method according to the invention) produced in Example 2 above were mixed with a conventional alcohol size (Koalid 4087 from Hüttenes- Albertus GmbH) finished in a manner known per se (conditions: run-down time 17.3 s; immersion time 7 s; drying 1 10 ° C for 40 min; wall thickness 325 pm when wet).
Die mit der Alkohol-Schlichte geschlichteten Standard-Biegeriegel wurden dann in eine mit einer herkömmlichen, Zirkon-haltigen Schlichte (Zirkofluid 1219 der Fa. Hüttenes-Albertus GmbH) unverdünnt geschlichteten Furanharzform (Abmessungen 280 x 200 x 130 mm) eingelegt und in dieser Form liegend mit Eisen abgegossen (Abguss-Temperatur ca. 1440 °C; ca. 3,09 Gew.-% Kohlenstoffgehalt, ca. 1 ,89 Gew.-% Siliziumgehalt, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des vergossenen Eisens), so dass die Standard-Biegeriegel von dem Eisen-Gussstück jeweils vollständig umschlossen waren und beim Abguss in Bezug auf die Auflagelast (durch das Eisen als Gießmetall) eine maximale Belastung erfuhren. The standard bending bars finished with the alcohol size were then converted into a size with a conventional size containing zircon (Zirkofluid 1219 from Hüttenes-Albertus GmbH) undiluted finished furan resin mold (dimensions 280 x 200 x 130 mm) and cast in this form with iron lying down (casting temperature approx. 1440 ° C; approx. 3.09% by weight carbon content, approx. 1.89% by weight) .-% silicon content, based in each case on the total mass of the cast iron), so that the standard bending bars were completely enclosed by the iron casting and were subjected to a maximum load during casting in relation to the bearing load (due to the iron as casting metal).
Nach dem Abgussvorgang wurden die Überreste der Standard-Biegeriegel durch Umdrehen des Eisen-Gussstückes (so dass die Überreste der Standard-Biegeriegel aus den nach unten gerichteten Öffnungen der durch die Standard-Biegeriegel erzeugten Hohlräume des Eisen-Gussstücks herausfallen konnten) aus diesem entfernt und dabei das Auspackverhalten (Entkernungsverhalten) der Standard-Biegeriegel visuell bewertet. Dabei wurden folgende Beobachtungen gemacht: After the casting process, the remains of the standard bending bars were removed by turning the iron casting (so that the remains of the standard bending bars could fall out of the downward openings of the cavities of the iron casting created by the standard bending bars) and the unpacking behavior (gutting behavior) of the standard bending bars was assessed visually. The following observations were made:
Die Überreste des Standard-Biegeriegels B-Cold-Box (Vergleich) waren auf die vorstehend angegebene Weise kaum aus dem Eisen-Gussstück zu entfernen; sie blieben fast vollstän- dig im Eisen-Gussstück zurück. The remains of the standard B-Cold-Box bending bar (comparison) could hardly be removed from the iron casting in the manner described above; they remained almost completely in the iron casting.
Die Überreste der Standard-Biegeriegel B-V6 (nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, ohne Vernetzungsschritt) und B-E6+ (nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, mit Vernetzungsschritt) waren auf die vorstehend angegebene Weise sehr gut und praktisch vollständig aus dem Eisen-Gussstück zu entfernen. Es blieben kaum sicht- bare Überreste im Eisen-Gussstück zurück. The remains of the standard bending bars B-V6 (produced by the process according to the invention, without crosslinking step) and B-E6 + (produced by the process according to the invention, with crosslinking step) were very good and practically completely from the iron casting in the manner described above remove. There were hardly any visible remains in the iron casting.
Aus den vorgenannten Beobachtungen ist ersichtlich, dass nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte gehärtete Formteile (hier: Standard-Biegeriegel B-V6 bzw. B-E6+, stellvertretend für Kern, Speiser bzw. Form) eine sehr gute Entkernbarkeit bzw. Entform- barkeit zeigen und damit dem Vergleichs-Formteil (B-Cold Box) in dieser Hinsicht deutlich überlegen sind. From the aforementioned observations it can be seen that hardened molded parts produced by the process according to the invention (here: standard bending bars B-V6 or B-E6 +, representative of the core, feeder or mold) show very good removability and demoldability and are clearly superior to the comparison molded part (B-Cold Box) in this regard.
Beispiel 7: Herstellung von Standard-Prüfkörpern (Standard-Biegeriegel und Standard-Example 7: Production of standard test specimens (standard bending bars and standard
Prüfzylinder) aus isolierender Speisermasse als Formstoffmischunq Test cylinder) from insulating feed mass as a molding material mixture
Es wurden die in der untenstehenden Tabelle 5 angegebenen Bestandteile verwendet um Formstoffmischungen für isolierende Speiser herzustellen. Die Herstellung der Formstoff- mischungen erfolgte analog wie oben in Beispiel 1 angegeben. Anschließend wurden aus den erhaltenen Formstoffmischungen Biegeriegel geformt und analog wie oben in Beispiel 2 zu Standard-Biegeriegeln gehärtet. Weiterhin wurden aus den erhaltenen Formstoffmischungen Standard-Prüfzylinder (Höhe: 50 mm, Durchmesser: 50 mm) nach der VDG-Norm P38 durch Rammen hergestellt und analog wie oben in Bei- spiel 2 gehärtet, als gehärtete Formteile (30 min bei 210 °C im Umluft-Trockenofen für Standard-Biegeriegel und Standard-Prüfzylinder mit Formstoffmischung F-E6+ (2)). Im Falle der Formstoffmischung F-E6+ (2) entsprechen die wie vorstehend beschrieben hergestellten Standard-Biegeriegel bzw. Standrad-Prüfzylinder jeweils gehärteten Formteilen (mit Vernetzungsschritt) im Sinne der Erfindung. Von den erhaltenen Standard-Biegeriegeln„B-Cold-Box“ (Vergleich) und den erhaltenen Standard-Biegeriegeln B-E6+ (2) (erfindungsgemäß hergestellt) wurden dann die Endfestigkeiten ermittelt, analog wie oben in Beispiel 3 angegeben. Die Ergebnisse aller entsprechenden Messungen sind unten in Tabelle 5 angegeben (jeweils Mittelwerte aus 3 Messungen). Ebenfalls sind in Tabelle 5 angegeben die jeweils ermittelten Werte der Gasdurchlässigkeiten der Standard-Biegeriegel und Standard-Prüfzylinder sowie deren Gewicht. Die Gasdurchlässigkeit ist ein Prüfwert, der Auskunft über die Gefügeverdichtung gibt. Insbesondere beim Speiser ist dies ein Kennwert, der Auskunft über die ausreichende Abführung von Gießgasen während des Abgusses geben kann. Tabelle 5: Bestandteile von Formstoffmischungen für isolierende Speiser The components listed in Table 5 below were used to produce molding material mixtures for insulating feeders. The molding material mixtures were prepared analogously to that given in Example 1 above. Bending bars were then formed from the molding material mixtures obtained and cured to standard bending bars in a manner analogous to that in Example 2 above. Furthermore, standard test cylinders (height: 50 mm, diameter: 50 mm) according to the VDG standard P38 were produced from the molding compounds obtained by ramming and hardened analogously as in Example 2 above, as hardened moldings (30 min at 210 ° C. in a convection drying oven for standard bending bars and standard test cylinders with molding material mixture F-E6 + (2)). In the case of the molding material mixture F-E6 + (2), the standard bending bars or standard test cylinders produced as described above correspond to hardened molded parts (with crosslinking step) in the sense of the invention. The final strengths of the standard bending bars “B-Cold-Box” (comparison) and the standard bending bars B-E6 + (2) (produced according to the invention) were then determined, analogously to that given in Example 3 above. The results of all corresponding measurements are given in Table 5 below (mean values from 3 measurements in each case). Table 5 also shows the respectively determined values of the gas permeability of the standard bending bars and standard test cylinders as well as their weight. The gas permeability is a test value that provides information about the structure compression. In the case of the feeder in particular, this is a characteristic value that can provide information about the sufficient removal of casting gases during the casting. Table 5: Components of molding material mixtures for insulating feeders
Die in Tabelle 5 angegebenen Bestandteile„wässrige PVAL-Mischung“,„aliphatisches Po- lyisocyanat“,„wässrige Zubereitung von Chitosan“,„Cold-Box Aktivator 6324“ und„Cold- Box Gasharz 7241“ entsprechen den in Beispiel 1 angegebenen Bestandteilen. Aus den oben in Tabelle 5 angegebenen Ergebnissen lässt sich ersehen, dass eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte isolierende Speisermasse vergleichbare Eigenschaften aufwies, wie eine nach dem aus dem Stand der Technik bekannten Cold- Box-Verfahren hergestellte Speisermasse. The ingredients listed in Table 5 "aqueous PVAL mixture", "aliphatic polyisocyanate", "aqueous preparation of chitosan", "cold box activator 6324" and "cold box gas resin 7241" correspond to the ingredients given in Example 1. From the results given in Table 5 above, it can be seen that an insulating feed mass produced by the process according to the invention had properties comparable to those of a feed mass produced by the cold box process known from the prior art.
Beispiel 8: Abguss von Formteilen mit Aluminium Aus der oben in Beispiel 7 hergestellten isolierenden Speisermasse mit Formstoffmischung „F-Cold-Box (2)“ wurden auf dem Fachmann bekannte Weise (Begasung mit Katalysator N,N-Dimethylpropylamin) durch Verschießen in einer Kernschießmaschine isolierende (unten mit einem Boden geschlossene) Speiser hergestellt. Aus der oben in Beispiel 7 erfindungsgemäß hergestellten isolierenden Speisermasse mit Formstoffmischung„F-E6+ (2)“ wurden isolierende Speiser in der gleichen Form (wie mit der Speisermasse„F-Cold-Box (2)“) auf der Kernschießmaschine geschossen. Die Härtung erfolgte für 30 min bei 210 °C unter Wasserentzug im Trockenschrank (Umluft). Auf die oben angegeben Weise hergestellte isolierende Speiser aus beiden eingesetzten Formstoffmischungen wurden in eine mit Cold-Box gebundene Sandform eingestellt und zur Prüfung ihres Verhaltens unter Metall-Abguss-Bedingungen jeweils mit Aluminium abgegossen. Ebenfalls auf diese Weise hergestellte weitere isolierende Speiser wurden in losen Formsand eingestellt und jeweils mit Eisen anstelle von Aluminium abgegossen. Es wurden folgende Beobachtungen gemacht: EXAMPLE 8 Casting of Shaped Parts with Aluminum The insulating feed mass with molding material mixture “F-Cold-Box (2)” produced in Example 7 above was used in a manner known to the person skilled in the art (gassing with catalyst N, N-dimethylpropylamine) by firing in a core shooter Insulating feeders (closed at the bottom with a bottom). From the insulating feed mass with molding material mixture “F-E6 + (2)” produced according to the invention in Example 7 above, insulating feeders were shot in the same shape (as with the feed mass “F-Cold-Box (2)”) on the core shooter. The curing was carried out for 30 min at 210 ° C. with dehydration in a drying cabinet (circulating air). Insulating feeders produced in the above-mentioned manner from the two molding material mixtures used were placed in a sand mold bonded with a cold box and cast in each case with aluminum to test their behavior under metal casting conditions. Further insulating feeders likewise produced in this way were placed in loose molding sand and cast in each case with iron instead of aluminum. The following observations were made:
Beim Abguss mit Aluminium des mit der Vergleichs-Formstoffmischung F-Cold-Box (2) (nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren) hergestellten isolierenden Speisers wurde starke Qualmbildung beobachtet, die auch nach Entnahme des abgegossenen Speisers aus der Sandform anhielt. Beim Abguss mit Aluminium der mit der Formstoffmischung F-E6+ (2) (nach dem erfindungsgemäßen Verfahren) hergestellten isolierenden Speiser wurde keine Qualmbildung festgestellt. Nach dem Abguss zeigte der erfindungsgemäß hergestellte isolierende Speiser ein deutlich besseres Auspackverhalten als der mit der Vergleichs-Formstoffmischung F-Cold-Box (2) hergestellte isolierende Speiser, d.h. der erfindungsgemäß hergestellte iso- lierende Speiser ließ sich deutlich leichter vom Aluminium trennen. Die entstandenen Aluminium-Gussstücke zeigten eine deutlich sauberere Oberfläche (d.h. keine Kondensatbeläge) als die Aluminium-Gussstücke, welche mit dem mit der Vergleichs-Formstoffmischung F-Cold-Box (2) hergestellten isolierenden Speiser hergestellt worden waren. When casting with aluminum of the insulating feeder produced with the comparison molding material mixture F-Cold-Box (2) (not according to the method according to the invention), strong smoke formation was observed, which continued even after the cast feeder was removed from the sand mold. When casting with aluminum the insulating feeders produced with the molding material mixture F-E6 + (2) (according to the method according to the invention), no smoke formation was found. After the casting, the insulating feeder produced according to the invention showed a significantly better unpacking behavior than the insulating feeder produced with the comparison molding material mixture F-Cold-Box (2), i.e. the insulating feeder produced according to the invention was much easier to separate from the aluminum. The resulting aluminum castings showed a significantly cleaner surface (i.e. no condensate deposits) than the aluminum castings, which had been produced with the insulating feeder produced with the comparative molding material mixture F-Cold-Box (2).
Beispiel 9: Probequss von Eisenwürfeln Die unten in Tabelle 6 angegebenen Formstoffmischungen wurden jeweils auf dem Fachmann bekannte Weise in einer Kernschießmaschine zu (isolierenden) Speisern geformt. Example 9: Sample Casting of Iron Cubes The molding material mixtures given below in Table 6 were each formed into (insulating) feeders in a core shooter in a manner known to the person skilled in the art.
Im Falle der Speisermischung„F-Cold-Box (3)“ erfolgte die Härtung auf dem Fachmann bekannte Weise durch Begasung mit dem Katalysator N,N-Dimethylpropylamin. Im Falle der Speisermischung„F-Wasserglas (2)“ erfolgte die Härtung für 25 min bei 210 °C im Trockenschrank (Umluft). Im Falle der Speisermasse„F-E6+ (3)“ erfolgte die Härtung zum vernetzten, ausgehärteten Formteil durch Erhitzen und Entfernen von Wasser für 30 min bei 210 °C im Trockenschrank (Umluft). Es resultierten die nicht-erfindungsgemäß hergestellten Speiser„Speiser-Coldbox“ und„Speiser-Wasserglas“ sowie der erfindungsgemäß hergestellte Speiser„Speiser-B-E6+“. Tabelle 6: Zusammensetzungen von Formstoffmischungen für Speiser In the case of the feeder mixture “F-Cold-Box (3)”, curing was carried out in a manner known to the person skilled in the art by gassing with the catalyst N, N-dimethylpropylamine. In the case of the feeder mixture "F-water glass (2)" the curing took place for 25 min at 210 ° C in a drying cabinet (circulating air). In the case of the feed mass "F-E6 + (3)" the hardening took place to cross-linked, hardened molded part by heating and removing water for 30 min at 210 ° C in a drying cabinet (circulating air). This resulted in the feeders “Speiser-Coldbox” and “Speiser-Wasserglas” which were not produced according to the invention and the feeder produced according to the invention “Speiser-B-E6 +”. Table 6: Compositions of molding material mixtures for feeders
Die in Tabelle 6 angegebenen Bestandteile entsprechen jeweils den in Beispiel 1 angegebenen Bestandteilen bzw. deren Bedeutungen. Die vorgenannten Speiser wurden jeweils durch Verwendung beim Probeguss eines Eisenwürfels (modellhaft für ein metallisches Gussstück) auf ihre anwendungstechnische Brauchbarkeit, insbesondere die Güte ihrer Speiserwirkung, überprüft. Hierzu wurden die Speiser gleicher Größe (d.h. jeweils gleichen Moduls) jeweils eingesetzt beim Probeab- guss von Würfeln des Moduls (d.h. mit einem Verhältnis von Volumen zu Oberfläche von) 1 ,68 cm mit Eisen (GGG40) bei einer Abgusstemperatur von 1400 °C. Für die Qualitätsbewertung nutzt der Fachmann auf dem Gebiet der Gießereitechnologie häufig Würfel, die ein deutlich höheres Modul aufweisen als die Speiser, um bestmögliche Informationen zur Erstarrung aus dem Versuch entnehmen zu können. Über die Tiefe des in den Würfel hin- einreichenden Lunkers wird die Qualität der Speisungswirkung erfasst, wobei tiefer in den Würfel (das Metall-Gussstück) reichende Lunker eine schlechtere Speisungswirkung bedeuten. The constituents indicated in Table 6 each correspond to the constituents indicated in Example 1 or their meanings. The above-mentioned feeders were each checked for their usability, in particular the quality of their feed effect, by use in the test casting of an iron cube (model for a metallic casting). For this purpose, the feeders of the same size (ie the same module in each case) were used for the trial casting of cubes of the module (ie with a volume to surface ratio of) 1.68 cm using iron (GGG40) at a casting temperature of 1400 ° C. For the quality assessment, the specialist in the field of foundry technology often uses cubes that have a significantly higher module than the feeders, in order to be able to obtain the best possible information on solidification from the test. The quality of the feeding effect is recorded via the depth of the blow hole reaching into the cube, whereby blow holes reaching deeper into the cube (the metal casting) mean a poorer feeding effect.
Die wie vorstehend angegeben hergestellten Probewürfel wurden nach dem Abguss und Abkühlen auf Raumtemperatur in der Mitte aufgesägt (halbiert) um ihren Querschnitt frei- zulegen und die Qualität des Gusses zu beurteilen, sowie die Güte der Speiserwirkung der jeweils eingesetzten Speiser. Die durch Aufsägen erhaltenen Querschnitte der Probewürfel mit oben angesetzt sichtbarem Restspeiser aus Eisen wurden visuell bewertet, mit den hier unten angegebenen Ergebnissen: After the casting and cooling to room temperature, the sample cubes produced as above were sawn (halved) in the middle in order to expose their cross section and to assess the quality of the casting and the quality of the feed effect of the feeders used in each case. The cross sections of the test cubes obtained by sawing with the visible residual feeder made of iron placed on top were visually assessed, with the results given below:
Bei Verwendung eines nicht-erfindungsgemäß hergestellten Cold-Box-gebundenen Spei- sers fand unter den Versuchsbedingungen eine deutliche Lunkerbildung statt, welche bis in das metallische Gussstück hineinreichte. When using a cold box-bound feeder not produced according to the invention, a clear void formation took place under the test conditions, which reached right into the metallic casting.
Bei Verwendung eines nicht-erfindungsgemäß hergestellten Wasserglas-gebundenen Speisers fand unter den Versuchsbedingungen eine ausgeprägte Lunkerbildung statt, welche bis weit in das metallische Gussstück hineinreichte. Die unter den Versuchsbedingun- gen geringe Güte der Speiserwirkung des Wasserglas-gebundenen Speisers ist hier vermutlich auf die vergleichsweise hohe Wärmeenergie-Aufnahme des Wasserglas-Binders (bekannt als dessen unvorteilhaftes„Abschreckverhalten“) zurückzuführen und die daraus resultierende verhältnismäßig frühe Erstarrung des Gießmetalls. When using a water glass-bound feeder not produced according to the invention, a pronounced void formation took place under the test conditions, which reached far into the metal casting. The poor quality of the feed effect of the water glass-bound feeder under the test conditions is presumably due to the comparatively high thermal energy absorption of the water glass binder (known as its unfavorable "quenching behavior") and the resulting relatively early solidification of the casting metal.
Bei Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten Speisers„Speiser-B-E6+“ traten da- gegen keine Lunker im metallischen Gussstück auf, sondern im Wesentlichen nur am oberen Ende des metallischen Restspeisers. Aus den vorstehend angegebenen Beobachtungen kann daher geschlossen werden, dass ein erfindungsgemäß hergestellter Speiser ein deutlich verbessertes Speisungsvermögen besitzt als die zum Vergleich herangezogenen herkömmlichen Cold-Box- oder Wasserglas-gebundenen Speiser. Beispiel 10: Herstellung wässriger Bindemittelsvsteme In contrast, when using the feeder “Speiser-B-E6 +” produced according to the invention, there were no voids in the metallic casting, but essentially only at the upper end of the residual metal feeder. It can therefore be concluded from the observations given above that a feeder produced according to the invention has a significantly improved feeding capacity than the conventional cold box or water glass-bound feeders used for comparison. Example 10: Preparation of aqueous binder systems
Es wurden die in der untenstehenden Tabelle 7 angegebenen Bestandteile verwendet, um wässrige Bindemittelsysteme herzustellen. The ingredients listed in Table 7 below were used to prepare aqueous binder systems.
Tabelle 7: Bestandteile wässriger Bindemittelsysteme Table 7: Components of aqueous binder systems
Die in Tabelle 7 angegebenen Bestandteile„wässrige PVAL-Mischung“,„aliphatisches Po- lyisocyanat“ und„wässrige Zubereitung von Chitosan“ entsprechen den in Beispiel 1 angegebenen Bestandteilen. The constituents given in table 7 “aqueous PVAL mixture”, “aliphatic polyisocyanate” and “aqueous preparation of chitosan” correspond to the constituents specified in example 1.
Die wässrigen Bindemittelsysteme WB-V6 und WB-E6+ sind erfindungsgemäß einzusetzende wässrige Bindemittelsysteme. Das wässrige Bindemittelsystem WB-E6+ entspricht einer vorstehend beschriebenen wässrigen Mischung als zweites Bindemittelsystem. The aqueous binder systems WB-V6 and WB-E6 + are aqueous binder systems to be used according to the invention. The aqueous binder system WB-E6 + corresponds to an aqueous mixture described above as the second binder system.
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