用于通過(guò)使用羰基化合物制造金屬鑄件的模具和型芯的方法以及根據(jù)該方法制造的模具 ...的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明的主題是用于制造鑄造模具和型芯的方法，其中借助于置于氣相的或用氣相攜帶的羰基化合物固化由至少一種耐火材料和作為無(wú)機(jī)接合劑的水玻璃構(gòu)成的模制材料混合物。此外，本發(fā)明涉及一種相應(yīng)的模制材料混合物、一種多組分體系和根據(jù)該方法制造的模具和型芯。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
用于通過(guò)使用羰基化合物制造金屬鑄件的模具和型芯的方法 以及根據(jù)該方法制造的模具和型芯
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于制造鑄造模具和型芯的方法，其中借助于置于氣相的或用氣 相攜帶的羰基化合物固化由至少一種耐火材料和作為無(wú)機(jī)接合劑的水玻璃構(gòu)成的模制材 料混合物。此外，本發(fā)明涉及一種相應(yīng)的模制材料混合物、一種多組分體系和根據(jù)該方法制 造的模具和型芯。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了制造模具和型芯按需要應(yīng)用耐火的模制基礎(chǔ)材料，例如石英砂和適當(dāng)?shù)慕雍?劑。在此，耐火的模制基礎(chǔ)材料優(yōu)選以松散的形式存在，使得由模制基礎(chǔ)材料和接合劑構(gòu)成 的混合物、即所謂的模制材料混合物能夠填入到適當(dāng)?shù)目招哪＞咧小⒃谀抢飰嚎s并且固化。 通過(guò)接合劑在模制基礎(chǔ)材料的顆粒之間產(chǎn)生固定的內(nèi)聚性，使得模具和型芯獲得所需要的 機(jī)械穩(wěn)定性。
[0003] 模具在鑄造時(shí)形成用于鑄件的外壁，當(dāng)在鑄件之內(nèi)需要空腔時(shí)，才使用型芯。在此 不強(qiáng)制必需的是:模具和型芯由相同的材料制成。因此，例如在硬模鑄造時(shí)，借助于金屬的 永久模具進(jìn)行鑄件的外部成型。根據(jù)不同的方法生產(chǎn)的模具和型芯的組合也是可行的。下 面根據(jù)型芯闡述的內(nèi)容類(lèi)似地也適用于根據(jù)相同的方法制造的模具(鑄造模具)并且反之 亦然。
[0004] 為了制造型芯，能夠使用有機(jī)的和無(wú)機(jī)的接合劑，其固化能夠分別通過(guò)冷的或熱 的方法進(jìn)行。在此，將如下方法稱(chēng)作為冷方法，所述方法基本上在室溫(25°C)下在沒(méi)有加熱 用于制造型芯的模制工具的情況下執(zhí)行。
[0005] 在此，固化大多數(shù)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行，化學(xué)反應(yīng)例如通過(guò)如下方式觸發(fā)：即將氣體 引導(dǎo)穿過(guò)要固化的模制材料混合物。在熱方法中，模制材料混合物在成型之后通過(guò)加熱的 模制工具加熱到充分高的溫度，例如以便將包含在接合劑中的溶劑排出和/或以便啟動(dòng)化 學(xué)反應(yīng)，通過(guò)該化學(xué)反應(yīng)將接合劑例如通過(guò)交聯(lián)來(lái)固化。
[0006] 在冷固化的型芯制造方法的范圍中，直到20世紀(jì)50年代和60年代還在廣泛應(yīng)用水 玻璃C〇2方法。在例如從GB654817中已知的該方法中，將C〇2用于固化基于水玻璃的無(wú)機(jī)的接 合劑。該方法的缺點(diǎn)中的一個(gè)是：由其制造的型芯具有相對(duì)小的強(qiáng)度，尤其剛剛在其制造完 成之后具有相對(duì)小的強(qiáng)度。此外，水玻璃CO 2方法僅允許小至中等的制造速度。
[0007] 然而，在短的固化時(shí)間之后就已經(jīng)需要良好的強(qiáng)度，以便能夠可靠地操作像如今 愈發(fā)頻繁要求的那樣愈發(fā)變得復(fù)雜的薄壁的鑄造模具，并且以便同時(shí)確保高的生產(chǎn)率。因 此并不令人驚訝的是:水玻璃CO 2方法隨著基于有機(jī)接合劑的工藝的盛行、尤其所謂的亞什 蘭聚氨酯冷芯盒法的盛行而快速地失去其重要性。
[0008] 然而，所有有機(jī)接合劑都具有如下缺點(diǎn)：其在澆鑄之后熱分解并且能夠釋放有害 物質(zhì)，例如苯、甲苯或二甲苯。此外，在制造和倉(cāng)儲(chǔ)型芯時(shí)已經(jīng)將大量有機(jī)接合劑體系排放 給環(huán)境或者將聞起來(lái)不舒適的氣體用作為固化催化劑。盡管通過(guò)不同的措施實(shí)現(xiàn)降低所有 這種排放，然而在有機(jī)接合劑中不能夠避免這種排放。
[0009]出于該原因，近年又愈發(fā)追求繼續(xù)研發(fā)用于型芯制造的無(wú)機(jī)接合劑以及所屬的型 芯制造方法。
[0010] 在冷固化的型芯制造方法的范圍中，例如DE102012103705.1描述通過(guò)如下方式改 進(jìn)水玻璃CO2方法，即將C02吹氣與第二沖洗氣體組合。為了在短的周期時(shí)間的情況下實(shí)現(xiàn) 高強(qiáng)度，尋求:在熱的工具中執(zhí)行固化并且必要時(shí)附加地將熱空氣引導(dǎo)穿過(guò)模制材料混合 物，以便將作為溶劑存在的水盡可能完全地排出。這種系統(tǒng)例如在EP 1802409B1 (US7770629)中描述。然而該熱固化的方法所具有的缺點(diǎn)是:工具以可加熱的方式實(shí)施并且 加熱引起附加的能量消耗，這對(duì)于該方法是顯著的成本負(fù)擔(dān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此，發(fā)明人提出如下目的:研發(fā)一種方法，該方法允許通過(guò)使用基于水玻璃的無(wú) 機(jī)的接合劑也在未被加熱的工具中制造模具和型芯，其中尤其在剛剛從工具中取出之后的 強(qiáng)度在接合劑相同且接合劑含量相同的情況下應(yīng)顯著高于至今已知的制造方法，例如水玻 璃C〇2方法。
[0012] 所述目的借助具有權(quán)利要求1的特征的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的方法的有利的 改進(jìn)形式是從屬權(quán)利要求的主題并且在下面描述。該方法至少包括如下步驟：
[0013] a)在型箱中提供模制材料混合物，其包括至少一種耐火的模制基礎(chǔ)材料和作為接 合劑的水玻璃，
[0014] b)將氣體加入到型箱中，氣體包括具有大于43g/mol且小于200g/mol的分子量的 羰基化合物，羰基化合物除了羰基基團(tuán)（C = O)之外包括至少一個(gè)另外的碳原子，以固化模 制材料混合物，其中羰基化合物的特征在于下式
[0015] R1R2C = O,
[0016] 其中，R1代表
[0017] -氫原子，
[0018] -Cl至C3烴，優(yōu)選Cl或C2烷基，
[0019] -取代的氧基團(tuán)R-O-，
[0020] -氯，或者
[0021] -溴，并且 [0022] R2 代表
[0023]-取代的氧基團(tuán)R-O-，
[0024] -經(jīng)由氧原子結(jié)合的、用R取代的羰基基團(tuán)R-C(=0)-0-
[0025] -經(jīng)由氧原子結(jié)合的、用R取代的碳酸酯基團(tuán)(R-O-CX=O)-O-);
[0026] -氯，或者
[0027] -溴，
[0028] 其中R =分別彼此獨(dú)立的氫或者Cl至C3烴，優(yōu)選Cl或C2烷基，其中R1的R和R2的R也 能夠形成環(huán)。
[0029] 特別地，羰基化合物的特征在于下式
[0030] R1R2C = O,
[0031] 其中R1代表 [0032I -氫原子，或者
[0033] -Cl或C2烷基，并且
[0034] R2 代表
[0035] -經(jīng)由氧原子結(jié)合的、用R取代的羰基基團(tuán)R-(X=O)-O-
[0036] 其中R =分別彼此獨(dú)立的Cl至C3烴，優(yōu)選Cl或C2烷基。
[0037] 尤其優(yōu)選的是:羰基化合物選自：碳酸烷基酯、羧酸酯和羧酸酐的組中的一個(gè)或多 個(gè)成員，并且優(yōu)選是羧酸酐并且尤其優(yōu)選是醋酸酐和/或hc(=o)-o-c(=o)-ch 3。
[0038] 令人驚訝地發(fā)現(xiàn):根據(jù)如下描述的方法能夠通過(guò)使用羰基化合物由包含基于水玻 璃的無(wú)機(jī)的接合劑的模制材料混合物制造型芯和模具。對(duì)于依照根據(jù)本發(fā)明的方法制造的 型芯而言，尤其在剛剛從芯箱中取出之后的強(qiáng)度顯著高于在此已知的其他的方法，例如用 CO2和空氣進(jìn)行固化的方法。
[0039] 在根據(jù)本發(fā)明的方法中，首先從至少一種耐火的模制基礎(chǔ)材料和無(wú)機(jī)的基于水玻 璃的接合劑制造、成型并壓縮模制材料混合物。隨后，借助載氣、例如借助空氣或者氮?dú)獯?引如下描述的羧基化合物。
[0040] 在制備模制材料混合物時(shí)如下地進(jìn)行：提供耐火的模制基礎(chǔ)材料，并且在攪拌的 情況下添加接合劑。將其繼續(xù)攪拌至確保接合劑均勻地分布在模制基礎(chǔ)材料上。
[0041] 隨后，將模制材料混合物引入到期望的模具中。在此，應(yīng)用對(duì)于成型常見(jiàn)的方法。 例如，模制材料混合物能夠借助于射芯機(jī)借助壓縮空氣射入模制工具中。固化隨后通過(guò)如 下方式進(jìn)行，即通過(guò)借助于載氣將根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物引導(dǎo)穿過(guò)用模制材料混合物填 充的工具。對(duì)此，根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物例如借助于如集成到現(xiàn)代的吹氣設(shè)備中的配量 設(shè)備引入載體的氣體流中。優(yōu)選在沖洗過(guò)程開(kāi)始時(shí)將根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物配量給載 體。另一可行性是:羰基化合物均勻地在整個(gè)沖洗過(guò)程期間配量給載氣。
[0042] 優(yōu)選的根據(jù)本發(fā)明的、通式為
[0043] R1-(X=O)-R2
[0044]的羰基化合物在下面關(guān)于RdPR2(彼此獨(dú)立地)借助路易斯線(xiàn)圖來(lái)說(shuō)明。
[0046] 在此，一個(gè)或多個(gè)CHXH2或-CH3基團(tuán)也能夠通過(guò)CFXF2或CF 3來(lái)取代-出于經(jīng)濟(jì)性 的原因，這種基團(tuán)當(dāng)然不是優(yōu)選的。此外，RdPR2也能夠結(jié)合成環(huán)(在分別通過(guò)環(huán)結(jié)合取代H 原子的情況下）。
[0047]在此，RdPR2彼此獨(dú)立地代表下述取代物:氫原子、具有1至4個(gè)碳原子的、優(yōu)選具有 1至2個(gè)碳原子的并且尤其優(yōu)選具有一個(gè)碳原子的烷基基團(tuán)、羥基基團(tuán)、具有1至4個(gè)碳原子 的、優(yōu)選1至3個(gè)碳原子的并且尤其優(yōu)選具有1或2個(gè)碳原子的經(jīng)由其氧原子結(jié)合的烷氧基基 團(tuán)、具有1至4個(gè)碳原子的，優(yōu)選1至3個(gè)碳原子的并且尤其優(yōu)選具有2個(gè)碳原子的經(jīng)由其氧原 子結(jié)合的羰基基團(tuán)，以及具有1至2個(gè)碳原子的經(jīng)由其氧原子結(jié)合的單烷基碳酸酯基，氯原 子和溴原子。
[0048] 具有氯原子或溴原子作為R1SR2的羰基化合物是較小優(yōu)選的，因?yàn)樵谂c水反應(yīng)時(shí) 能夠形成氯化氫或溴化氫。
[0049] 其他的根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物是環(huán)形的羧酸衍生物，即從上面的通式中通過(guò)如 下方式衍生出的化合物，即RjPR2不僅經(jīng)由羰基基團(tuán)彼此結(jié)合。例如，根據(jù)本發(fā)明的羰基化 合物包含5或6個(gè)環(huán)，羰基-C原子構(gòu)建到環(huán)中。
[0050] 優(yōu)選地，羰基-C原子的氧化數(shù)是+111、+IV，其中尤其優(yōu)選的是為+111的氧化數(shù)。氧 化數(shù)能夠通過(guò)將鍵合電子分配給參與原子鍵合的電負(fù)性的原子的方式來(lái)確定。在此所基于 的電負(fù)性值基于阿萊-羅標(biāo)度。優(yōu)選地，電負(fù)性的原子是氧原子。
[0051] 與其無(wú)關(guān)地，如下羰基化合物是優(yōu)選的，其中羰基-C原子由2或3個(gè)氧原子包圍，其 中在一個(gè)尤其優(yōu)選的實(shí)施方式中，羰基-C原子由兩個(gè)氧原子包圍。
[0052] 同時(shí)，在該優(yōu)選的實(shí)施方式中，針對(duì)R1選擇如下取代物:氫、具有1至4個(gè)碳原子的、 優(yōu)選1至3個(gè)碳原子的并且尤其優(yōu)選具有1至2個(gè)碳原子的經(jīng)由氧原子結(jié)合的烷氧基基團(tuán)、具 有1至4個(gè)碳原子的，優(yōu)選1至3個(gè)碳原子的并且尤其優(yōu)選具有1或2個(gè)碳原子的、特別優(yōu)選具 有一個(gè)碳原子的烷基基團(tuán)。尤其優(yōu)選的是，對(duì)于心選擇具有1至4個(gè)碳原子的、優(yōu)選1至3個(gè)碳 原子的并且尤其優(yōu)選具有1至2個(gè)碳原子的、特別優(yōu)選具有一個(gè)碳原子的烷基基團(tuán)。
[0053]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，針對(duì)R2選擇如下取代物:羥基基團(tuán)、具有1至4個(gè)碳原子 的、優(yōu)選具有1至3個(gè)碳原子的并且尤其優(yōu)選具有1至2個(gè)碳原子的經(jīng)由其氧原子結(jié)合的烷氧 基基團(tuán)、以及具有1至4個(gè)碳原子的、優(yōu)選1至3個(gè)碳原子的并且尤其優(yōu)選具有2個(gè)碳原子的經(jīng) 由其氧原子結(jié)合的羰基基團(tuán)。尤其優(yōu)選的是，對(duì)于心選擇具有1至4個(gè)碳原子的、優(yōu)選1至3個(gè) 碳原子的并且尤其優(yōu)選具有2個(gè)碳原子的經(jīng)由氧原子結(jié)合的羰基基團(tuán)。
[0054] 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物包含兩個(gè)羰基基團(tuán)，羰基基團(tuán)尤其優(yōu)選經(jīng)由氧 原子直接地彼此鏈接。
[0055] 優(yōu)選地，羰基化合物選自碳酸烷基酯、羧酸酯和羧酸酐構(gòu)成的組，并且優(yōu)選選自羧 酸酐的組，其中醋酸酐和/或HC (= 0) -O-C (= 0) -CH3是尤其優(yōu)選的。
[0056] 特別地，令發(fā)明人驚訝的是:根據(jù)本發(fā)明的效果僅僅借助上述羰基化合物才能夠 觀察到，而其他的羰基化合物證實(shí)為是不適合的。
[0057]根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物在正常壓強(qiáng)（ = 1013hPa)下具有小于100°C的、優(yōu)選小于 50 °C的且尤其優(yōu)選小于10 °C的熔點(diǎn)。
[0058]根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物在正常壓強(qiáng)（ = 1013hPa)下的沸點(diǎn)優(yōu)選小于200°C、尤其 優(yōu)選小于180°C并且尤其優(yōu)選小于160°C。在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的羰基化 合物在正常壓強(qiáng)（=1013hPa)下具有小于143 °C的沸點(diǎn)。
[0059]根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物在正常壓強(qiáng)（ = 1013hPa)下優(yōu)選在20°C之上、尤其優(yōu)選 在30°C之上并且特別優(yōu)選在50°C之上沸騰。在又一優(yōu)選的實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的羰基 化合物的沸點(diǎn)高于70°C。
[0060]根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物的蒸汽壓在20°C的情況下優(yōu)選大于3mbar、且尤其優(yōu)選 大于4mbar。同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物的蒸汽壓在20°C的情況下小于700mbar、尤其優(yōu) 選小于500mbar并且尤其優(yōu)選小于300mbar。在此說(shuō)明的邊界值涉及如下蒸汽壓，該蒸汽壓 例如能夠從安托萬(wàn)常量中計(jì)算，并且如在DECHEMA(德國(guó)化學(xué)工程和生物技術(shù)協(xié)會(huì)）的數(shù)據(jù) 庫(kù)CHEMSAFE(版本1.4.10(2009))中公開(kāi)。
[0061]根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物在20°C的情況下在正常壓強(qiáng)（ = 1013hPa)下具有優(yōu)選大 于l〇g/l、尤其優(yōu)選大于50g/l并且特別優(yōu)選大于100g/l的水中可溶性。根據(jù)本發(fā)明的羰基 化合物的摩爾量?jī)?yōu)選小于200g/mol、尤其優(yōu)選小于150g/mol并且特別優(yōu)選小于120g/mol。 此外，根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物優(yōu)選具有大于43g/mol、尤其優(yōu)選大于60g/mol并且特別優(yōu) 選大于80g/mol的摩爾量。
[0062] 在不與理論結(jié)合的情況下，發(fā)明人認(rèn)為:根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物用作為固化反 應(yīng)物。在此令人驚訝的是:根據(jù)本發(fā)明的效果借助其他的羰基化合物不能夠觀察到。
[0063] 以何種量使用根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物尤其與型芯的重量或要固化的模制材料 混合物的重量相關(guān)。以模制材料混合物計(jì)，根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物的所需要的量小于5重 量百分比、并且尤其優(yōu)選小于1重量百分比。
[0064]根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物的添加量的下邊界優(yōu)選大于0.01重量百分比、優(yōu)選大于 0.03重量百分比、尤其優(yōu)選大于0.05重量百分比并且特別優(yōu)選大于0.1重量百分比。
[0065]根據(jù)與模制材料混合物無(wú)關(guān)的其他的定義，以通過(guò)水玻璃接合劑要添加給模制材 料的堿金屬硅酸鹽量計(jì)，根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物以?xún)?yōu)選大于1.25重量百分比、優(yōu)選大于 3.75重量百分比、尤其優(yōu)選大于6.25重量百分比并且特別優(yōu)選大于12.5重量百分比的量使 用，堿金屬娃酸鹽表不為Na2〇、K2〇、Li2〇和Si〇2的總和。同時(shí)，以堿金屬娃酸鹽計(jì)，使用小于 625重量百分比、優(yōu)選小于250重量百分比并且特別優(yōu)選小于125重量百分比的根據(jù)本發(fā)明 的羰基化合物。
[0066 ]與上述無(wú)關(guān)，通過(guò)水玻璃接合劑要添加給模制材料混合物的堿金屬娃酸鹽M的摩 爾量與根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物的所使用的摩爾量的摩爾比優(yōu)選為10:1至1:1、尤其優(yōu)選 8:1至2:1并且更尤其優(yōu)選6:1至3:1。
[0067] 上面三個(gè)限定也能夠同時(shí)彼此并行適用。
[0068] 對(duì)于載氣而言，出于經(jīng)濟(jì)原因空氣和氮?dú)馐莾?yōu)選的，并且空氣是尤其優(yōu)選的，載氣 用于將根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物運(yùn)輸至模制材料混合物。載氣的吹氣溫度高于l〇°C、優(yōu)選 高于20°C并且尤其優(yōu)選高于35°C。吹氣溫度在此如也在根據(jù)本發(fā)明的方法的其他的描述中 那樣涉及氣體在進(jìn)入模制工具中時(shí)所具有的溫度。在此，不存在上限。反對(duì)應(yīng)用極其高的溫 度首先考慮的是經(jīng)濟(jì)原因，因?yàn)閷?duì)此所需的加熱器的價(jià)格隨著功率的上升而強(qiáng)烈增加并且 用于管道的有效絕緣的耗費(fèi)是極高的。
[0069] 在將空氣作為載氣的情況下，空氣能夠從在鑄造廠中通常存在的壓縮空氣網(wǎng)絡(luò)中 提取，使得存在于其中的壓力能夠出于純實(shí)踐的理由而為用于吹氣的上限。用于確保將羰 基化合物有效地運(yùn)輸至模制材料混合物的下限為大約〇.5bar，優(yōu)選大約2bar并且尤其優(yōu)選 大約3bar。上限從型箱的壓力可負(fù)載性中得出并且例如能夠?yàn)閘Obar。在壓力更小的情況 下，吹氣時(shí)間強(qiáng)烈地延長(zhǎng)，這會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)率損失。
[0070] 當(dāng)在當(dāng)前的專(zhuān)利權(quán)中提及型箱時(shí)，這表示:型箱能夠用于制造模具和型芯、尤其是 型芯，并且就此而言包括芯箱。
[0071] 只要沒(méi)有另作說(shuō)明，全部壓力說(shuō)明就分別涉及過(guò)壓，即高于環(huán)境壓力的壓力。
[0072] 從聚氨酯冷芯盒方法中已知的裝置也能夠用于當(dāng)前的方法，在該裝置中通過(guò)催化 劑、在室溫下液態(tài)的胺類(lèi)來(lái)固化有機(jī)的雙組份接合劑體系、酚醛樹(shù)脂和聚異氰酸酯-該液態(tài) 的催化劑為了該目的置于蒸汽相/氣相并且借助于載氣引導(dǎo)穿過(guò)待固化的模制材料混合 物。亞什蘭聚氨酯冷芯盒法的普遍描述在Hasse等著的鑄造百科全書(shū)中的詞條冷芯盒 (Cold-Box)(類(lèi)別：PUR-Cold-Box:198和 199頁(yè)）可見(jiàn)（第 19版，Schiele&S:clld_ 出版社 2008)。在本發(fā)明中，羰基化合物承擔(dān)用于基于水玻璃的接合劑的固化反應(yīng)物的任務(wù)。在與 出自聚氨酯冷芯盒方法的裝置的材料兼容性方面，相應(yīng)的裝置部件通過(guò)如下材料替代，該 材料相對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物是耐抗的。
[0073] 羰基化合物例如以液態(tài)存在并且通過(guò)載體介質(zhì)排入到型箱中，其或者作為氣溶膠 或者優(yōu)選氣態(tài)地排入。例如，能夠通過(guò)如下方式進(jìn)行壓力構(gòu)建:進(jìn)氣開(kāi)口大于排氣開(kāi)口。未 被消耗的羰基化合物能夠通過(guò)后續(xù)的沖洗氣體來(lái)排出。
[0074]例如，在圖1中示出適當(dāng)?shù)难b置。通過(guò)空氣饋送管道(4)將空氣作為載氣沿箭頭方 向（1)穿過(guò)吹氣罩(3)中的開(kāi)口吹入到型箱(5)中。羰基化合物在此經(jīng)由T形件(2)引入并且 氣態(tài)地被帶走。
[0075] 吹氣時(shí)間根據(jù)型芯重量以及型芯幾何形狀而定。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇吹氣參數(shù)以及工 具的布局能夠使得:在型芯較大的情況下也能夠有對(duì)應(yīng)于有機(jī)接合劑的以下制造時(shí)間，例 如小于3分鐘，優(yōu)選小于2.5分鐘并且尤其優(yōu)選小于2分鐘。這種優(yōu)化必要時(shí)也能夠借助于計(jì) 算機(jī)模擬進(jìn)行。
[0076] 根據(jù)另一實(shí)施方式，能夠?qū)ⅱ?混入載氣，或者能夠除了載氣之外應(yīng)用⑶2或含⑶2 的氣體，以便必要時(shí)影響型芯的強(qiáng)度。在DE102012103705.1中描述可行的設(shè)計(jì)方案。
[0077] 已經(jīng)存在的可加熱的模制工具的應(yīng)用在所描述的方法中完全沒(méi)有被排除，通過(guò)根 據(jù)本發(fā)明的方法開(kāi)啟如下可行性:工具為了降低成本或者冷地、即在15至30°C的室溫或環(huán) 境溫度下運(yùn)行，或者在比熱固化方法中常見(jiàn)的溫度更低的溫度下運(yùn)行、即小于200°C或小于 120°C或甚至小于100°C，特別地，能夠使用更適宜的不可加熱的工具。根據(jù)本發(fā)明的方法也 不排除:將型芯或模具隨后經(jīng)受附加的熱處理。
[0078] 此外可行的是:通過(guò)已知的方法修改模制材料的根據(jù)本發(fā)明的固化，例如通過(guò)施 加真空。此外，能夠?qū)⑵渌阎襟E連接到真正的固化過(guò)程上，例如用微波進(jìn)行處理或在爐 中加熱。
[0079] 為了制造鑄造模具，能夠?qū)⒊Ｓ玫那乙阎牟牧嫌米鳛槟突鸬哪Ｖ苹A(chǔ)材料。適 當(dāng)?shù)睦缡鞘⑸?、鋯英砂或鉻英砂、橄欖石、蛭石、鋁土礦、耐火粘土以及人造模制基礎(chǔ)材 料，尤其是具有以耐火的模制基礎(chǔ)材料計(jì)大于50重量百分比的石英砂。在此不需要:僅使用 新砂。就節(jié)約資源而言并且為了避免處置成本甚至有利的是:應(yīng)用盡可能高分?jǐn)?shù)的反應(yīng)過(guò) 的舊砂，其例如從使用過(guò)的模具中通過(guò)回收來(lái)獲得。
[0080] 將耐火的模制基礎(chǔ)材料理解為如下材料:其具有高的熔點(diǎn)(熔化溫度）。優(yōu)選地，耐 火的模制基礎(chǔ)材料的熔點(diǎn)大于600°C，尤其優(yōu)選大于900°C，尤其優(yōu)選大于1200°C并且尤其 優(yōu)選大于1500 °C。
[00811耐火的模制基礎(chǔ)材料優(yōu)選共計(jì)大于模制材料混合物的80重量百分比、尤其大于90 重量百分比、尤其優(yōu)選大于95重量百分比。
[0082] 適當(dāng)?shù)纳袄缭赪02008/101668A1(=US2010/173767A1)中描述。同樣適當(dāng)?shù)氖悄?夠使用再生物，再生物通過(guò)將碾碎的使用過(guò)的模具進(jìn)行清洗和隨后干燥來(lái)獲得。較小優(yōu)選 的是如下再生物，其通過(guò)純機(jī)械處理獲得。通常，再生物能夠總計(jì)為耐火的模制基礎(chǔ)材料的 至少大約70重量百分比，優(yōu)選至少大約80重量百分比并且尤其優(yōu)選大于90重量百分比。 [0083] 耐火的模制基礎(chǔ)材料的平均直徑通常在100μπι和600μπι之間、優(yōu)選在120μπι和550μπι 之間并且尤其優(yōu)選在150μπι和500μπι之間。平均的顆粒大小例如能夠通過(guò)根據(jù)DIN66165(部 分2)借助DIN ISO 3310-1的分析篩進(jìn)行篩分來(lái)確定。尤其優(yōu)選的是以下顆粒形狀，其最大 的縱向擴(kuò)展與最小的縱向擴(kuò)展(彼此垂直并且分別針對(duì)全部空間方向）為1:1至1:5或1:1至 1:3，即顆粒形狀例如不是纖維形的。
[0084]耐火的模制基礎(chǔ)材料優(yōu)選具有松散的狀態(tài)，尤其以便能夠在常用的射芯機(jī)中處理 根據(jù)本發(fā)明的模制材料混合物。
[0085]根據(jù)本發(fā)明的方法尤其適合于無(wú)機(jī)的基于水玻璃的接合劑。水玻璃包含溶解的堿 金屬硅酸鹽，并且能夠通過(guò)將玻璃狀的鋰硅酸鹽、鈉硅酸鹽和鉀硅酸鹽溶解在水中來(lái)制備。 水玻璃優(yōu)選具有在1.6至4.0、尤其是在2.0至小于3.5范圍中的Si0 2/M20的摩爾系數(shù)，其中 M2O代表氧化鋰、氧化鈉和氧化鉀的總和。接合劑也能夠基于包含所提及的堿離子中的多于 一種的水玻璃，如從DE 2652421A1 ( =GB1532847A)中已知的鋰改性的水玻璃。此外，水玻璃 也能夠包含多價(jià)離子，例如在EP2305603A1(=W02011/042132A1)中描述的鋁改性的水玻 璃。根據(jù)一個(gè)特別的實(shí)施方式，使用具有限定分?jǐn)?shù)的鋰離子或[Li 20]/[M20]或[Li2Ostt]/ [M 2O]比例的水玻璃。[Li2O]或[Li2G^4]在此由存在于水玻璃中的無(wú)定形的鋰硅酸鹽、鋰氧 化物和鋰氫氧化物的分?jǐn)?shù)算出，如在DE 102013106276A1中描述的。
[0086] 水玻璃具有25至65重量百分比的范圍中的、優(yōu)選30至55重量百分比的范圍中的、 尤其30至50重量百分比的范圍中的固體分?jǐn)?shù)。固體分?jǐn)?shù)涉及包含在水玻璃中的SiO 2和M2O的 量。
[0087] 根據(jù)應(yīng)用和期望的強(qiáng)度水平，使用分別以模制基礎(chǔ)材料計(jì)在0.5重量百分比和5重 量百分比之間的、優(yōu)選在0.75重量百分比和4重量百分比之間的、尤其優(yōu)選在1重量百分比 和3.5重量百分比之間的基于水玻璃的接合劑。該說(shuō)明涉及水玻璃接合劑的總量，包括(尤 其含水的)溶劑或稀釋劑和(可能的）固體材料分?jǐn)?shù)(總共=1〇〇重量百分比）。
[0088] 根據(jù)本發(fā)明的模制材料混合物在另一實(shí)施方式中包含一定分?jǐn)?shù)的顆粒狀的無(wú)定 形型的二氧化硅，以便提高利用這種模制材料混合物制造的鑄造模具的強(qiáng)度水平。合成制 備的無(wú)定形的二氧化硅在此是尤其優(yōu)選的。
[0089] 無(wú)定形的二氧化娃的顆粒大小優(yōu)選小于300μηι、特別是小于200μηι、尤其優(yōu)選小于 100μπι，并且例如具有在0.05μπι和ΙΟμπι之間的平均初級(jí)顆粒大小。顆粒狀的無(wú)定形的Si02在 穿過(guò)具有125μπι網(wǎng)眼寬度（120網(wǎng)眼）的篩子時(shí)的篩選殘余物優(yōu)選不超過(guò)10重量百分比、尤其 優(yōu)選不超過(guò)5重量百分比并且更優(yōu)選不超過(guò)2重量百分比。與其無(wú)關(guān)的是，在具有63μπι的網(wǎng) 眼寬度的篩子上的篩選殘余物小于10重量百分比、優(yōu)選小于8重量百分比。在此，當(dāng)前根據(jù) 在DIN 66165(部分2)中描述的機(jī)器篩選方法通過(guò)篩選確定篩選殘余物或顆粒大小分布，其 中附加地將鏈環(huán)用作為篩選輔助裝置。
[0090] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選使用的顆粒狀的無(wú)定形的二氧化硅具有小于15重量百分比、尤其 小于5重量百分比并且尤其優(yōu)選小于1重量百分比的水含量。顆粒狀的無(wú)定形的SiO 2尤其用 作為粉末(包括粉塵）。
[0091] 作為無(wú)定形的SiO2不僅能夠使用合成制備的硅酸也能夠使用天然存在的硅酸。后 者例如從DE 102007045649中已知，但是不是優(yōu)選的，因?yàn)槠渫ǔ２话梢院雎缘慕Y(jié)晶的 部分并且因此分級(jí)為致癌物。
[0092] 將合成的理解為非天然存在的無(wú)定形的SiO2,即其制備包括有意進(jìn)行的化學(xué)反 應(yīng)，該化學(xué)反應(yīng)能夠人為地進(jìn)行，例如通過(guò)離子交換過(guò)程從堿金屬硅酸鹽溶液中制備硅溶 膠，從堿金屬硅酸鹽溶液中沉淀，四氯化硅的火焰水解，石英砂與焦炭在電弧爐中在制備硅 鐵和硅時(shí)的還原。根據(jù)最后提出的兩個(gè)方法制備的無(wú)定形的SiO 2也稱(chēng)作為熱原Si02。
[0093] 有時(shí)，將合成的無(wú)定形的二氧化硅僅理解為沉淀硅酸(CAS編號(hào)112926-00-8)和火 焰水解制備的Si02(熱解硅膠、煙霧硅膠，CAS編號(hào)112945-52-5)，而將在硅鐵或硅制備時(shí)形 成的產(chǎn)物僅稱(chēng)作為無(wú)定形的二氧化硅(硅粉，微硅粉CAS編號(hào)69012-64-12)。對(duì)于本發(fā)明的 目的，也將在硅鐵或硅制備時(shí)形成的產(chǎn)物理解為無(wú)定形的SiO 2。
[0094] 優(yōu)選地，使用沉淀硅酸或熱原的、即火焰水解的或在電弧爐中制備的二氧化硅。尤 其優(yōu)選地使用通過(guò)ZrSi04熱分解制備的無(wú)定形的二氧化硅(在DE102012020509中描述）以 及通過(guò)借助于含氧的氣體氧化金屬Si制備的Si02(在DE102012020510中描述）。石英玻璃粉 末(主要是無(wú)定形的二氧化硅)也是優(yōu)選的，石英玻璃粉末通過(guò)熔化和快速再冷卻由結(jié)晶的 石英制備，使得顆粒以球形且非易碎地存在(在DE102012020511中描述）。顆粒狀的無(wú)定形 的二氧化娃的平均初級(jí)顆粒大小能夠在〇 · 〇5μηι和ΙΟμπι之間、尤其在0 · Ιμπι和5μηι之間、尤其 優(yōu)選在0.1 ym和2μπι之間。初級(jí)顆粒大小例如能夠借助于動(dòng)態(tài)光散射(例如Horiba LA)950確 定，以及通過(guò)掃描電子顯微攝影(借助例如FEI公司的Nova NanoSEM 230的REM攝影)來(lái)檢 查。此外，借助于REM照片能夠使得直至Ο.ΟΙμπι數(shù)量級(jí)的初級(jí)顆粒形狀的細(xì)節(jié)可見(jiàn)。二氧化 硅試樣為了 REM測(cè)量而分散在蒸餾水中并且隨后在水蒸發(fā)之前施加到借助銅帶粘貼的鋁支 架上。
[0095]此外，借助于氣體吸收測(cè)量(BET方法)根據(jù)DIN 66131確定顆粒狀的無(wú)定形的二氧 化硅的比表面積。顆粒狀的無(wú)定形的SiO2的比表面積位于1和200m2/g之間，尤其1和50m 2/g 之間，尤其優(yōu)選1和30m2/g之間。必要時(shí)，也能夠?qū)a(chǎn)物混合，以便例如有針對(duì)性地獲得具有 特定的顆粒大小分布的混合物。
[0096]根據(jù)制造類(lèi)型和百分比，無(wú)定形的SiO2純度能夠強(qiáng)烈地變化。具有至少85重量百 分比、優(yōu)選至少90重量百分比并且尤其優(yōu)選至少95重量百分比的二氧化硅含量的類(lèi)型證實(shí) 為是適當(dāng)?shù)?。根?jù)應(yīng)用和期望的強(qiáng)度水平，使用分別以模制基礎(chǔ)材料計(jì)在0.1重量百分比和 2重量百分比之間的、優(yōu)選0.1重量百分比和1.8重量百分比之間的、尤其優(yōu)選0.1重量百分 比和1.5重量百分比之間的顆粒狀的無(wú)定形的Si0 2。
[0097]水玻璃接合劑與顆粒狀的無(wú)定形的二氧化娃的比例能夠在寬泛的界限之內(nèi)變化。 這提供的優(yōu)點(diǎn)是:強(qiáng)烈地改進(jìn)型芯的初始強(qiáng)度、即在剛剛從工具中取出之后的強(qiáng)度，而沒(méi)有 顯著地影響最終強(qiáng)度。這主要在輕金屬鑄件中是非常令人感興趣的。一方面，期望高的初始 強(qiáng)度，以便能夠?qū)⑿托驹谄渲圃熘鬅o(wú)問(wèn)題地運(yùn)輸或者能夠組合成整個(gè)型芯組，另一方面， 最終強(qiáng)度不應(yīng)過(guò)高，以便在鑄造之后避免型芯瓦解時(shí)的困難，即模制基礎(chǔ)材料應(yīng)當(dāng)在澆鑄 之后無(wú)問(wèn)題地從鑄模的空腔中移除。
[0098]以接合劑水玻璃(包括稀釋劑或溶劑）的總重量計(jì)包含分?jǐn)?shù)為1至80重量百分比、 優(yōu)選2至60重量百分比、尤其優(yōu)選3至55重量百分比并且尤其優(yōu)選4至50重量百分比之間的 無(wú)定形的Si〇2。與其無(wú)關(guān)地，無(wú)定形的Si〇2的添加量，即在水玻璃的固體分?jǐn)?shù)（以氧化物計(jì)、 即由堿金屬氧化物和二氧化硅的總量計(jì))與無(wú)定形的SiO 2的比例方面10:1至1:1.2(重量分 數(shù))是優(yōu)選的。
[0099] 根據(jù)EP 1802409B1，無(wú)定形的二氧化硅不僅能夠在添加接合劑之前也能夠在之后 直接地添加給耐火材料，但是也可行的是：如在EP1884300A1 (=US2008/029240A1)中描述， 首先制備SiO2與氫氧化鈉溶液或接合劑的至少一部分的預(yù)混物，并且將預(yù)混物隨后摻加給 耐火材料。可能還存在的、不用于預(yù)混物的接合劑或接合劑部分能夠在添加預(yù)混物之前或 之后或者與預(yù)混物共同地添加給耐火材料。優(yōu)選地，無(wú)定形的SiO在添加接合劑之前添加給 耐火材料。
[0100]在另一實(shí)施方式中，能夠?qū)⒘蛩徜^添加給模制材料混合物，以便進(jìn)一步改進(jìn)鑄件 的表面、尤其由鋁構(gòu)成的鑄件的表面。
[0101]硫酸鋇能夠是合成制造的硫酸鋇以及能夠是天然的硫酸鋇，即以包含硫酸鋇的礦 物的形式添加，如重晶石或氧化鋇。適當(dāng)?shù)牧蛩徜^以及利用其制備的模制材料混合物的其 他特征在DE 102012104934中詳細(xì)描述并且其公開(kāi)內(nèi)容尤其通過(guò)參考也并入本申請(qǐng)的公開(kāi) 內(nèi)容中。分別以總的模制材料混合物計(jì)，硫酸鋇優(yōu)選以0.02至5.0重量百分比、尤其優(yōu)選 0.05至3.0重量百分比、尤其優(yōu)選0.1至2.0重量百分比或者0.3至0.99重量百分比添加。 [0102]此外，在另一實(shí)施方式中，分別以模制基礎(chǔ)材料計(jì)，至少將呈顆粒形式的氧化鋁 和/或鋁/硅混合氧化物或者鋁和鋯的金屬氧化物以0.05重量百分比和4.0重量百分比之 間、優(yōu)選0.1重量百分比和2.0重量百分比之間、并且尤其優(yōu)選0.1重量百分比至1.5重量百 分比之間并且特別優(yōu)選0.2重量百分比和1.2重量百分比之間的濃度添加給根據(jù)本發(fā)明的 模制材料混合物，如這在DE 102012113073或者DE 102012113074中詳細(xì)描述。
[0103] 就此而言，這些文獻(xiàn)通過(guò)參考也視作為本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容。通過(guò)這種添加物能夠 在金屬鑄造后獲得鑄件、尤其由具有極其高表面質(zhì)量的鐵或鋼構(gòu)成的鑄件，使得在移除鑄 模之后僅需要少量的或完全不需要對(duì)鑄件的表面進(jìn)行再加工。
[0104] 在另一實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的模制材料混合物包括含磷的化合物。該添加物 在鑄造模具的部段是極其薄壁的情況下是優(yōu)選的。在此其優(yōu)選為無(wú)機(jī)磷化合物，在其中磷 優(yōu)選以氧化級(jí)+5存在。
[0105] 含磷的化合物優(yōu)選以磷酸鹽或氧化磷的形式存在。磷酸鹽在此能夠作為堿金屬磷 酸鹽或堿土金屬磷酸鹽存在，其中堿金屬磷酸鹽和在此尤其鈉鹽是特別優(yōu)選的。
[0106] 能夠?qū)⒄姿猁}還有聚磷酸鹽、焦磷酸鹽或偏磷酸鹽用作為磷酸鹽。磷酸鹽例如 能夠通過(guò)將相應(yīng)的酸與相應(yīng)的堿、例如堿金屬堿、如NaOH或必要時(shí)還有堿土金屬堿來(lái)中和 來(lái)制備，其中不必要必須將磷酸鹽的全部負(fù)電荷通過(guò)金屬離子飽和。
[0107] 不僅能夠使用金屬磷酸鹽，也能夠使用金屬磷酸氫鹽以及金屬磷酸二氫鹽，例如 Na3PO4、Na2HPO4和NaH2PO 4。同樣地，能夠使用無(wú)水的磷酸鹽還有磷酸鹽的水合物。磷酸鹽不 僅能夠以晶體的形式，也能夠以非結(jié)晶的形式引入模制材料混合物中。
[0108] 將聚磷酸鹽尤其理解為包括多于一個(gè)磷原子的線(xiàn)性磷酸鹽，其中磷原子分別經(jīng)由 氧橋彼此連接。
[0109] 聚磷酸鹽通過(guò)正磷酸離子在水解下縮合獲得，使得獲得P〇4四面體的線(xiàn)性鏈，P〇4四 面體分別經(jīng)由角連接。聚磷酸鹽具有通式(〇(Ρ〇3)π) (η+2)'其中η對(duì)應(yīng)于鏈長(zhǎng)。聚磷酸鹽能夠 包括直至幾百個(gè)PO4-四面體。然而優(yōu)選地，使用具有較短鏈長(zhǎng)的聚磷酸鹽。優(yōu)選的，η具有2 至100的數(shù)值，尤其優(yōu)選為5至50。也能夠應(yīng)用更高縮合的聚磷酸鹽，即其中PO 4-四面體經(jīng)由 多于兩個(gè)角彼此連接進(jìn)而顯示出在二維或三維中的聚合的聚磷酸鹽。
[0110]將偏磷酸鹽理解為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，環(huán)狀結(jié)構(gòu)由分別經(jīng)由角彼此連接的PO4四面體構(gòu)成。 偏磷酸鹽具有通式（(Ρ〇3)η)η_，其中η至少為3。優(yōu)選地，η的值為3至10。
[0111] 不僅能夠應(yīng)用各個(gè)磷酸鹽，也能夠應(yīng)用由不同的磷酸鹽和/或磷酸鹽氧化物構(gòu)成 的混合物。
[0112] 以耐火的模制基礎(chǔ)材料計(jì)，含磷的化合物的優(yōu)選分?jǐn)?shù)為0.05和1.0重量百分比之 間。優(yōu)選地，含磷的化合物的分?jǐn)?shù)在〇. 1和〇. 5重量百分比之間選擇。含磷的無(wú)機(jī)化合物優(yōu)選 包含40和90重量百分比、尤其優(yōu)選50和80重量百分比的磷，其稱(chēng)作為Ρ2〇 5。含磷的化合物本 身能夠以固體的或溶解的形式添加給模制材料混合物。優(yōu)選地，含磷的化合物作為固體添 加給模制材料混合物。
[0113] 根據(jù)一個(gè)有利的實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的模制材料混合物包含一定分?jǐn)?shù)的小板狀 的潤(rùn)滑劑，尤其石墨或M〇S 2。所添加的小板狀的潤(rùn)滑劑、尤其石墨的量以模制基礎(chǔ)材料計(jì)優(yōu) 選為0.05至1重量百分比、尤其優(yōu)選0.05至0.5重量百分比。
[0114]根據(jù)另一有利的實(shí)施方式，也能夠使用表面活性的物質(zhì)、尤其表面活性劑，表面活 性的物質(zhì)改進(jìn)模制材料混合物的流動(dòng)能力。該化合物的適當(dāng)?shù)拇砝缭赪02009/056320 (=US2010/0326620A1)中描述。優(yōu)選地，陰離子表面活性劑用于根據(jù)本發(fā)明的模制材料混 合物。在此尤其提出具有硫酸基團(tuán)或磺酸基團(tuán)的表面活性劑。在根據(jù)本發(fā)明的模制材料混 合物中，以耐火的模制基礎(chǔ)材料的重量計(jì)，優(yōu)選包含O. OO1至1重量百分比、尤其優(yōu)選0.01至 0.2重量百分比分?jǐn)?shù)的純的表面活性的材料，尤其表面活性劑。
[0115]根據(jù)另一有利的實(shí)施方式，在模制材料混合物中除了耐火的模制基礎(chǔ)材料、作為 接合劑的水玻璃和顆粒狀的無(wú)定形的二氧化硅之外也包含一種或多種粉末狀的氧化的硼 化合物。適合作為氧化的硼化合物的是:硼酸鹽、硼酸、硼酸酐、硼硅酸鹽、硼磷酸鹽、硼磷硅 酸鹽和其混合物，和尤其例如是堿硼酸鹽和/或堿土硼酸鹽的硼酸鹽，其中氧化的硼化合物 優(yōu)選不包含有機(jī)基團(tuán)并且氧化的硼化合物由B-O-B結(jié)構(gòu)元素構(gòu)建。
[0116] 以耐火的模制基礎(chǔ)材料計(jì)，氧化的硼化合物以大于0.002重量百分比和小于1.0重 量百分比、優(yōu)選大于0.005重量百分比和小于0.4重量百分比、尤其優(yōu)選大于0.01重量百分 比和小于0.2重量百分比和特別優(yōu)選大于0.02重量百分比和小于0.1重量百分比包含在模 制材料混合物中或添加給模制材料混合物。
[0117] 在另一實(shí)施方式中，將有機(jī)化合物添加成分、如碳水化合物(根據(jù)EP1802409B1和 TO2008/046651)添加給根據(jù)本發(fā)明的模制材料混合物。少量地添加有機(jī)化合物對(duì)于特定應(yīng) 用能夠是有利的一例如，以便調(diào)節(jié)固化的模制材料混合物的熱膨脹。當(dāng)然，這不是優(yōu)選的， 因?yàn)檫@又導(dǎo)致了C02和其他的熱解產(chǎn)物的排放。
[0118] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，模制材料混合物包含具有直至最大0.49重量百分 比、尤其直至最大0.19重量百分比分?jǐn)?shù)的有機(jī)成分，其中排除根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物，即 根據(jù)本發(fā)明的羰基化合物不算入有機(jī)成分的添加量。
【具體實(shí)施方式】
[0119] 查·
[0120] 1.制備模制材料混合物
[0121] 將各100重量份(GT)的Quarzwerke Frechen股份有限公司的石英砂H 32添加給 Hobart公司的混合器（型號(hào)HSM 10)的器皿中，并且隨后添加0.5重量份(GT)的無(wú)定形的 Si〇2(Possehl Erzkontor股份有限公司的微娃粉POS B-W 90LD)，并且混合一分鐘。在攪拌 的情況下，隨后添加2GT的接合劑并且與砂強(qiáng)烈地混合一分鐘。已經(jīng)在試驗(yàn)的前一天通過(guò)混 合制備的接合劑由90.0GT的BASFSE的Nuclesil80([Si0 2]/[M20]摩爾比大約為2.32，固體 含量大約43.6 % )和9. IGT去礦物的水構(gòu)成。
[0122] 2.制造試樣
[0123] 為了檢查模制材料混合物制造尺寸為150mm X 22.36mm X 22.36mm的方形的檢查棒 (所謂的喬治費(fèi)歇爾棒）。將根據(jù)1制備的模制材料混合物的一部分轉(zhuǎn)移到Roeperwerke股份 公司的射芯機(jī)Hl的儲(chǔ)備腔中。剩余的模制材料混合物在再填充射芯機(jī)以防止干透和防止過(guò) 早與空氣中存在的C02反應(yīng)之前保存在仔細(xì)封閉的容器中。從儲(chǔ)備腔中將模制材料混合物 借助于壓縮空氣(4bar)引入到模制工具中。隨后如下固化檢驗(yàn)型芯：
[0124] 2.1借助空氣固化
[0125] 將芯箱借助空氣沖洗60秒，其中溫度大約為25°C (室溫）。此外，通過(guò)用空氣將模制 工具沖洗45秒來(lái)制造型芯。如在進(jìn)入到模制工具中時(shí)所測(cè)量的空氣溫度在該情況下為50 °C。在這兩種情況下，空氣的壓力為4bar。
[0126] 2.2通過(guò)由CO2和空氣的組合進(jìn)行固化
[0127] 在由⑶2和空氣組合的情況下，首先用CO2沖洗模制工具一秒并且隨后用空氣沖洗 59秒。在室溫(大約25 °C)和4bar壓力的情況下應(yīng)用空氣還有CO2。
[0128] 2.3通過(guò)醋酸酐和空氣作為載氣進(jìn)行固化
[0129] 借助于具有體積刻度的實(shí)驗(yàn)室注射器進(jìn)行醋酸酐的配量。在吸收所需要的醋酸酐 的量之后，將醋酸酐經(jīng)由T形件注入到通向模制工具的空氣輸送管道中。圖1說(shuō)明在此應(yīng)用 的實(shí)驗(yàn)裝置。T形件和吹氣罩之間的間距為大約1.5m。在注入醋酸酐之后，將模制工具經(jīng)由 空氣輸送管道用空氣沖洗60秒。所應(yīng)用的空氣處于室溫(大約25°C)并且具有4bar的壓力。 醋酸酐的相應(yīng)的添加量總結(jié)在表格2中。
[0130] 3.對(duì)制造的試樣進(jìn)行強(qiáng)度研究
[0131] 為了確定抗彎強(qiáng)度，將檢查棒從模制工具中取出并且插入到配備3點(diǎn)彎曲裝置的 喬治費(fèi)歇爾強(qiáng)度檢查儀中，并且測(cè)量引起檢查棒斷裂的力。抗彎強(qiáng)度不僅直接地、即在取出 后最多10秒(立即強(qiáng)度)被確定還有在制造之后大約24小時(shí)(最終強(qiáng)度)被確定。
[0132] 強(qiáng)度檢查的結(jié)果在表格1中舉出。在此說(shuō)明的數(shù)值為在至少4個(gè)型芯處的多次確定 的平均值。
[0133] 4.結(jié)果
[0134] 對(duì)于實(shí)例1.1和1.2,僅借助空氣固化檢查體，而在實(shí)例1.3和1.4中將CO2和空氣的 組合用于固化。實(shí)例2.1至2.10針對(duì)利用根據(jù)本發(fā)明的方法固化的檢查體，其中將空氣用作 為載氣。在進(jìn)入模制工具中時(shí)測(cè)量的相應(yīng)的吹氣溫度和吹氣時(shí)間同樣在表格1或2中總結(jié)。
[0135] 表格 1
[0136] 未根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例；實(shí)驗(yàn)條件以及用空氣或通過(guò)空氣和CO2的組合進(jìn)行固化的 結(jié)果。接合劑(組份:90·0GT的MSFSE的Nuclesil80([Si0 2]/[M20]摩爾比大約為2·32，固 體含量大約43.6 % )和9. IGT去礦物的水）的添加量在全部實(shí)例中為2重量份;無(wú)定形的SiO2 的添加量(Possehl Erzkontor股份有限公司的微硅粉POS B-W 90LD)在全部實(shí)例中為0.5 重量份。
[0138] 表格 2
[0139] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例；實(shí)驗(yàn)條件以及通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行固化的結(jié)果，其中 使用醋酸酐。在全部實(shí)例中，將空氣用作為載氣。接合劑（組份：9 0.0 G T的B A S F S E的 燦。168丨180([3丨02]/[120]摩爾比大約為2.32，固體含量大約43.6%)和9.161'去礦物的水） 的添加量在全部實(shí)例中為2重量份;無(wú)定形的Si〇2的添加量(Possehl Erzkontor股份有限 公司的微硅粉POS B-W 90LD)在全部實(shí)例中為0.5重量份。
[0141] 在表格1中將兩個(gè)不同的非根據(jù)本發(fā)明的固化方法相互對(duì)照:借助空氣進(jìn)行固化 以及通過(guò)CO2和空氣的組合固化。結(jié)果的比較顯示出：通過(guò)CO 2能夠提高立即強(qiáng)度，而對(duì)最終 強(qiáng)度不具有顯著影響。
[0142] 表格2總結(jié)出根據(jù)本發(fā)明的方法的結(jié)果。與借助空氣固化的實(shí)例1.1和1.2相比，根 據(jù)本發(fā)明的實(shí)例2.1至2.10的立即強(qiáng)度的數(shù)值具有顯著更高的數(shù)值。該效果尤其在50°C的 吹氣溫度下是顯著的。立即強(qiáng)度在25°C的吹氣溫度下提高最多80%，在50°C的吹氣溫度的 情況下，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法甚至多于兩倍的立即強(qiáng)度是可行的。
[0143] 如果將⑶2和空氣的組合的實(shí)例1.3和1.4的數(shù)值與根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例2.1和2.10 的數(shù)值對(duì)比，那么同樣能夠識(shí)別出立即強(qiáng)度的顯著增加。因此，立即強(qiáng)度在25°C的吹氣溫度 下在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例中提高最多50%，在50°C的吹氣溫度的情況下，立即強(qiáng)度甚至能夠 翻倍。
[0144] 此外，從表格1和2中得出：通過(guò)將吹氣溫度從25提高到50°C，能夠?qū)⒋禋鈺r(shí)間從60 秒縮短到45秒。當(dāng)最終強(qiáng)度在45秒的較短的吹氣時(shí)間和50°C的吹氣溫度的情況下較低時(shí)， 那么立即強(qiáng)度甚至提高。
[0145] 實(shí)例2.1至2.10示出：立即強(qiáng)度強(qiáng)烈地與醋酸酐的應(yīng)用量相關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的效果 尤其自0.3ml的添加量起能夠顯著地識(shí)別到。在50°C的吹氣溫度的情況下，關(guān)于醋酸酐的添 加量能夠在〇.5ml處識(shí)別到最佳值。對(duì)于更高的醋酸酐添加量，在該溫度下，盡管針對(duì)高于 0.5ml的添加量的所測(cè)量的立即強(qiáng)度總是還高于利用空氣或通過(guò)C02和空氣的組合進(jìn)行的 固化，而立即強(qiáng)度卻下降。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于制造模具或型芯的方法，所述方法至少包括如下步驟： C)在型箱中提供模制材料混合物，所述模制材料混合物包括至少一種耐火的模制基礎(chǔ) 材料和作為接合劑的水玻璃， d)將氣體加入到所述型箱中，所述氣體包括具有大于43g/mol且小于200g/mol的分子 量的羰基化合物，所述羰基化合物除了羰基基團(tuán)（C = 0)之外包括至少一個(gè)另外的碳原子， 以固化所述模制材料混合物， 其中，所述羰基化合物的特征在于下式 rVc=o， 其中，R1代表 _氫原子， -C1至C3烴，優(yōu)選C1或C2烷基， -取代的氧基團(tuán)R-0-， -氯，或者 -溴，并且 R2代表 -取代的氧基團(tuán)R-0-， -經(jīng)由氧原子結(jié)合的、用R取代的羰基基團(tuán)R-C( =0)-0--經(jīng)由氧原子結(jié)合的、用R取代的碳酸酯基團(tuán)(R-〇-C( =0)-0-); -氯，或者 _溴， 其中R =分別彼此獨(dú)立的氫或者C1至C3烴，優(yōu)選C1或C2烷基，其中R1的R和R2的R也能夠 形成環(huán)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中 所述羰基化合物的特征在于下式 rVc=o， 其中R1代表 -氫原子，或者 -C1或C2烷基，并且 R2代表 -經(jīng)由氧原子結(jié)合的、用R取代的羰基基團(tuán)R-C( =0)-0-其中R=分別彼此獨(dú)立的Cl至C3烴，優(yōu)選Cl或C2烷基。3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中，所述羰基化合物選自：碳酸烷 基酯、羧酸酯和羧酸酐的組中的一個(gè)或多個(gè)成員，并且優(yōu)選是羧酸酐并且尤其優(yōu)選是醋酸 酐和/或 HC( = 0)-0-C( = 0)-CH3。4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中，所述羰基化合物的特征還在 于下述特征中的一個(gè)或多個(gè)： -所述羰基化合物具有大于60g/mol至小于150g/mol和尤其優(yōu)選大于80g/mol至小于 120g/mo 1的分子量； -所述羰基化合物在1013hPa的情況下具有大于20°C且小于200°C的、優(yōu)選大于30°C且 小于180 °C的并且尤其優(yōu)選大于50 °C且小于160 °C的沸點(diǎn)； -所述羰基化合物在20°C的情況下具有大于3mbar、優(yōu)選大于4mbar且尤其優(yōu)選大于 4mbar至小于700mbar的蒸汽壓。5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中，所述羰基化合物借助于載氣 流引入到所述型箱中，并且載氣或所述載氣流的特征還在于下述特征中的一個(gè)或多個(gè)： -所述載氣優(yōu)選選自：空氣、氮?dú)狻⒍趸己推浠旌衔飿?gòu)成的組，優(yōu)選為特別具有小于 10 °C露點(diǎn)的空氣或氮?dú)猓? -所述載氣流具有大于l〇°C的、優(yōu)選大于20°C的并且尤其優(yōu)選35°C至120°C的溫度； -所述載氣以大于〇.5bar、優(yōu)選大于2bar的壓力分別在過(guò)壓的情況下引入到所述型箱 中。6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中，所述型箱不能夠自身地加熱， 但是必要時(shí)通過(guò)加入氣流來(lái)加熱。7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中，所述模制材料混合物的特征 還在于下述特征中的一個(gè)或多個(gè)： -以所述模制材料混合物計(jì)，在所述模制材料混合物中包含大于80重量百分比、優(yōu)選大 于90重量百分比并且尤其優(yōu)選大于95重量百分比的所述耐火的模制基礎(chǔ)材料； -在所述模制材料混合物中，相對(duì)于所述模制基礎(chǔ)材料，包含在0.5重量百分比和5重量 百分比之間的、優(yōu)選在1重量百分比和3.5重量百分比之間的水玻璃，所述水玻璃相應(yīng)地包 括水； -分別以所使用的所述水玻璃的限定為M2〇和Si02的堿金屬硅酸鹽的固體含量計(jì)且相對(duì) 于所述模制材料混合物，包含在0.1重量百分比和3.5重量百分比之間的、優(yōu)選在0.15重量 百分比和2.5重量百分比之間的水玻璃，其中M 20代表氧化鋰、氧化鈉和氧化鉀的總和。8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中，所述模制材料混合物的特征 還在于下述特征中的一個(gè)或多個(gè)： -以所述模制材料混合物計(jì)，在所述模制材料混合物中包含或加入大于0.01至小于5重 量百分比、優(yōu)選0.05至小于5重量百分比、尤其優(yōu)選0.1至小于1重量百分比的所述羰基化合 物； -以通過(guò)水玻璃接合劑添加給模制材料的堿金屬硅酸鹽的量計(jì)并且作為Na20，K20，Li 20 和Si02的總和，使用大于1.25重量百分比至小于625重量百分比、優(yōu)選大于3.75重量百分比 至小于250重量百分比、且尤其優(yōu)選大于6.25重量百分比且小于125重量百分比的所述羰基 化合物， -以10:1至1:1、優(yōu)選8:1至2:1并且尤其優(yōu)選6:1至3:1的摩爾比使用以堿金屬Μ的摩爾 量計(jì)算的水玻璃接合劑和羰基化合物。9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中，所述耐火的模制基礎(chǔ)材料的 特征還在于下述特征中的一個(gè)或多個(gè)： -所述耐火的模制基礎(chǔ)材料包括以所述耐火的模制基礎(chǔ)材料計(jì)大于50重量百分比的石 英砂； -所述耐火的模制基礎(chǔ)材料具有大于600°C、優(yōu)選大于1200°C的熔化溫度； -所述耐火的模制基礎(chǔ)材料具有根據(jù)借助分析篩DIN ISO 3310-1根據(jù)DIN 66165(部分 2)確定的1 ΟΟμπι至600μηι的平均顆粒直徑。10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中，所述耐火的模制基礎(chǔ)材料包 括石英砂、鋯英砂或鉻英砂、橄欖石、蛭石、鋁土礦、耐火粘土、玻璃珠、玻璃顆粒、硅酸鋁空 心微球和它們的混合物，并且優(yōu)選以所述耐火的模制基礎(chǔ)材料計(jì)，大于50重量百分比由石 英砂構(gòu)成。11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中，所述模制材料混合物包含顆 粒狀的二氧化硅，并且顆粒狀的無(wú)定形的二氧化硅優(yōu)選作為一種組分與所述水玻璃分開(kāi)地 并且與所述耐火的模制基礎(chǔ)材料分開(kāi)地添加給所述模制材料混合物。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述模制材料混合物的特征還在于下述特征中 的一個(gè)或多個(gè)： ?相對(duì)于所述耐火的模制基礎(chǔ)材料，在所述模制材料混合物中包含0.1至2重量百分 比、優(yōu)選0.1至1.5重量百分比的顆粒狀的無(wú)定形的二氧化硅； ?相對(duì)于所述水玻璃(包含水）的重量，在所述模制材料混合物中包含2至60重量百分 比、尤其優(yōu)選4至50重量百分比的顆粒狀的無(wú)定形的二氧化硅，其中所述水玻璃的固體分?jǐn)?shù) 為25至65重量百分比、優(yōu)選30至55重量百分比； ?相對(duì)于所述水玻璃的重量，在所述模式材料混合物中包含4至50重量百分比的顆粒 狀的無(wú)定形的二氧化硅，其中所述水玻璃的重量分別相對(duì)于Μ20和Si02形式的堿金屬硅酸鹽 的固體含量來(lái)限定，其中M 20代表氧化鋰、氧化鈉和氧化鉀的總和。13. 根據(jù)權(quán)利要求11或12中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中，所述顆粒狀的無(wú)定形的二 氧化娃具有在1和200m2/g之間的、優(yōu)選大于等于lm 2/g且小于等于30m2/g、尤其優(yōu)選小于等 于15m2/g的根據(jù)BET確定的表面積。14. 根據(jù)權(quán)利要求11至13中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中，所述顆粒狀的無(wú)定形的二 氧化娃具有在〇 . 〇5μηι和ΙΟμπι之間的、尤其在0 . Ιμπι和5μηι之間的并且尤其優(yōu)選在0. Ιμπι和2μηι 之間的、通過(guò)動(dòng)態(tài)光散射確定的平均的初級(jí)顆粒直徑。15. 根據(jù)權(quán)利要求11至14中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中，所述顆粒狀的無(wú)定形的二 氧化硅選自：沉淀二氧化硅、火焰水解或以電弧制備的熱解的二氧化硅，通過(guò)ZrSi〇4熱分解 制備的無(wú)定形的二氧化硅、通過(guò)借助于含氧氣體氧化金屬的硅來(lái)制備的二氧化硅、具有球 形顆粒的石英玻璃粉末，和它們的混合物，所述石英玻璃粉末通過(guò)熔化和快速再冷卻由結(jié) 晶石英制備。16. 根據(jù)權(quán)利要求11至15中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中，所使用的所述顆粒狀的無(wú) 定形的二氧化硅具有小于15重量百分比、優(yōu)選小于5重量百分比、并且尤其優(yōu)選小于1重量 百分比的水含量。17. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中，所述水玻璃具有在1.6至 4.0、尤其2.0至小于3.5范圍中的摩爾系數(shù)Si〇2/M2〇,其中M2〇代表氧化鋰、氧化鈉和氧化鉀 的總和。18. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其中，所述模制材料混合物在暴露 于所述羰基化合物之后暴露于100至300°C的、優(yōu)選120至250°C的溫度的氣體流，優(yōu)選暴露 小于5分鐘。19. 一種用于金屬鑄件、尤其鋁鑄件的模具或型芯，所述模具或型芯能夠根據(jù)按照前述 權(quán)利要求中的至少一項(xiàng)所述的方法來(lái)制造。20. -種用于制造模具或型芯的模制材料混合物，至少包括： -耐火的模制基礎(chǔ)材料； -作為接合劑的水玻璃； -顆粒狀的無(wú)定形的二氧化娃;和 -至少一種羰基化合物，其中所述羰基化合物的特征在于下式 rVc=o， 其中，R1代表 _氫原子， -取代的氧基團(tuán)R-0-， -C1至C3烴，優(yōu)選C1或C2烷基， -氯，或者 -溴，并且 R2代表 -取代的氧基團(tuán)R-0-， -經(jīng)由氧原子結(jié)合的取代的羰基基團(tuán)R-C( =0)-0--經(jīng)由氧原子結(jié)合的取代的碳酸酯基團(tuán)(R-〇-C( =0)-0-); -氯，或者 _溴， 其中R=分別彼此獨(dú)立的氫或者C1至C3烴，優(yōu)選C1或C2烷基。21. -種用于制造模具或型芯的多組分體系，所述多組分體系至少包括下述空間上彼 此分開(kāi)存在的組分(B)和(G): (B)液態(tài)的接合劑組分(B)，至少包括 -包含水的水玻璃，和 (G)至少一種羰基化合物，其中所述羰基化合物的特征在于下式 rVc=o， 其中，R1代表 _氫原子， -取代的氧基團(tuán)R-0-， -C1至C3烴，優(yōu)選C1或C2烷基， -氯，或者 -溴，并且 R2代表 -取代的氧基團(tuán)R-0-， -經(jīng)由氧原子結(jié)合的取代的羰基基團(tuán)R-C( =0)-0--經(jīng)由氧原子結(jié)合的取代的碳酸酯基團(tuán)(R-〇-C( =0)-0-); -氯，或者 _溴， 其中R=分別彼此獨(dú)立的氫或者C1至C3烴，優(yōu)選C1或C2烷基。22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的用于制造模具或型芯的多組分體系，所述多組分體系還包 括下述空間上彼此分開(kāi)存在的組分(F)， (F)至少一種松散的耐火組分(F)，包括 -耐火的模制基礎(chǔ)材料和 -不包含水玻璃。23. 根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的用于制造模具或型芯的多組分體系，所述多組分體系 還包括下述空間上彼此分開(kāi)存在的組分(A)， (A)粉末狀的添加劑組分，至少包括 -顆粒狀的無(wú)定形的二氧化娃，和 -不包含水玻璃。24. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的模制材料混合物或根據(jù)權(quán)利要求21至23中的任一項(xiàng)或多項(xiàng) 所述的多組分體系，其中羰基化合物的特征在于下式 rVc=o， 其中，R1代表 _氫原子， -C1或C2烷基， R2代表 -經(jīng)由氧原子結(jié)合的取代的羰基基團(tuán)R-C( =0)-0-其中R=分別彼此獨(dú)立的Cl至C3烴，優(yōu)選Cl或C2烷基。25. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的模制材料混合物或根據(jù)權(quán)利要求21至24中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所 述的多組分體系，其中所述羰基化合物選自：碳酸烷基酯、羧酸酯和羧酸酐構(gòu)成的組中的一 個(gè)或多個(gè)成員，并且優(yōu)選是羧酸酐并且尤其優(yōu)選是醋酸酐和/或hc(=o)-o-c(=o)-ch 3。
【文檔編號(hào)】B22C1/16GK106061649SQ201480075855
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2014年12月19日
【發(fā)明人】海因茨·德特斯, 漢內(nèi)斯·林克, 羅尼亞·雷施, 奧利弗·施密特
【申請(qǐng)人】Ask化學(xué)品股份有限公司