JP2000024751A - 鋳型用粘結剤組成物 - Google Patents

鋳型用粘結剤組成物

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機エステル硬化法又は炭酸ガス硬化法の何
れにより鋳型を製造した場合も高い鋳型強度を達成可能
な粘結剤組成物の提供。 【解決手段】 アルカリ性水溶性フェノール系樹脂100
重量部に対して、下記一般式(1)で表されるラクタム
化合物を好ましくは0.1〜30重量部含有させてなる鋳型
用粘結剤組成物。 【化1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機エステル又は
炭酸ガスを硬化剤として鋳型を製造する際に用いる鋳型
用粘結剤組成物、及びこれを用いた鋳型造型方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】鋳型の製造に使用する粘結剤として、有
機エステルや安全性に優れた炭酸ガスで硬化しうる有機
粘結剤が注目されている。
【0003】こうした有機粘結剤は、例えば特公平7-3
3464号公報、特公平4-76947号公報、特許第2723376号
公報に開示されている。またさらに鋳型強度を改善させ
るものとして、特開平4-147743号公報、特開平5-3204
77号公報、特開平5-78553号公報、特開平5-93127号公
報、特開平8-206775号公報があるが、まだ満足できる
ものではない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、有機エステ
ル又は炭酸ガスの何れを硬化剤とした場合でも、鋳型強
度を改善できる粘結剤組成物の提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、アルカリ性水
溶性フェノール系樹脂と、下記一般式(1)で表される
ラクタム化合物とを含有する、鋳型用粘結剤組成物を提
供する。
【0006】
【化3】
【0007】
【発明の実施の形態】本発明のアルカリ性水溶性フェノ
ール系樹脂は、フェノール類を大量のアルカリ性物質の
存在下、水中でアルデヒド類と反応させることによって
得ることができる。フェノール類は、フェノール化合物
及びビスフェノール化合物から選ばれる1種、又は2種
以上の混合物でも良い。フェノール化合物としては、フ
ェノール、クレゾール、レゾルシノール、3,5-キシレノ
ール、ノボラックフェノール、その他の置換フェノール
等が挙げられ、ビスフェノール化合物としては、ビスフ
ェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS等が
挙げられる。ビスフェノール化合物はフェノール化合物
に対して0.05〜500倍モルが良く、好ましくは0.1〜200
倍モルである。なお鋳型強度向上の点から、1価アルコ
ールが添加されていてもよい。1価アルコールはフェノ
ール類に対して0.001〜0.5倍モルが良く、好ましくは0.
005〜0.1倍モルである。
【0008】アルデヒド類としては、ホルムアルデヒ
ド、アセトアルデヒド、2-フルアルデヒド等及びその混
合物が挙げられる。相溶性等の点からアルデヒド類はフ
ェノール類及び1価アルコールに対して1.0〜6.0倍モル
が良く、好ましくは1.5〜4.0倍モルがよい。
【0009】アルカリ性物質としては、硬化速度と鋳型
強度の点から、アルカリ金属水酸化物をフェノール類の
水酸基に対して0.3〜5.0倍モル、好ましくは0.5〜3.0倍
モル用いるのが良好である。アルカリ金属水酸化物とし
ては好ましくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水
酸化リチウム及びこれらの混合物であり、水酸化カリウ
ムが最も好ましい。
【0010】反応条件は目的とする分子量に応じ適宜決
めればよいが、25〜90重量%水溶液として25℃の粘度が
10〜300mPa・Sとするのが好ましく、そのためには25〜9
0重量%の反応液を50〜100℃で0.5〜10時間反応させれ
ばよい。
【0011】有機エステルを硬化剤とする場合、炭素数
3〜10のラクトン類、炭素数1〜10の1価又は多価アル
コールと炭素数1〜10の有機カルボン酸より導かれる有
機エステル、或いは炭素数1〜8のアルキレンカーボネ
ートが単独で又は混合して用いられる。自硬性鋳型造型
法では、γ−ブチロラクトン、プロピオンラクトン、ε
−カプロラクトン、ギ酸エチル、エチレングリコールジ
アセテート、エチレングリコールモノアセテート、トリ
アセチン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネ
ート等を用いるのが好ましく、有機エステルを使用する
ガス硬化性鋳型造型法ではギ酸メチルを用いるのが好ま
しい。
【0012】炭酸ガスを硬化剤とする場合は、硼砂や硼
酸等の硼酸化合物であるオキシアニオン化合物が不可欠
である。これは、オキシアニオン化合物が炭酸ガスを吸
収してはじめてアイオノマーを形成し、水溶性フェノー
ル系樹脂を高分子化すると考えられるためである。硼酸
や四硼酸ナトリウム10水和物(硼砂)、四硼酸カリウム
10水和物、メタ硼酸ナトリウム、五硼酸ナトリウム、五
硼酸カリウム等の硼酸塩が好ましい。オキシアニオン化
合物のアルカリ性レゾールフェノール系樹脂水溶液100
重量部に対する添加量は、鋳型の硬化速度及び強度の点
から0.1〜30重量部、好ましくは3〜15重量部が良好で
ある。他のオキシアニオン化合物としては、アルミン酸
塩、スズ酸塩等が挙げられる。
【0013】さらに鋳型強度を向上させる目的で、例え
ばγ−アミノプロピルトリエトキシシランやγ-(2-ア
ミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-
グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のシランカ
ップリング剤を使用することができる。これらは混練砂
中に添加して用いてもよいが、粘結剤組成物と併用する
のが好ましい。その添加量はアルカリ性レゾールフェノ
ール系樹脂水溶液100重量部に対し0.01〜10重量部、好
ましくは0.1〜2.0重量部が良い。
【0014】本発明では、一般式(1)で表されるラク
タムが、粘結剤組成物中に添加される。
【0015】
【化4】
【0016】好ましい化合物としてはδ−バレロラクタ
ム、N−メチルピペリドン、N−エチルピペリドン、N
−プロピルピペリドン、N−ブチルピペリドン、ε−カ
プロラクタム、N−メチルカプロラクタム、N−エチル
カプロラクタム、N−プロピルカプロラクタム、N−ブ
チルカプロラクタム、ヘプトラクタム、N−メチルヘプ
トラクタム、N−エチルヘプトラクタム、N−プロピル
ヘプトラクタム、N−ブチルヘプトラクタムが挙げら
れ、更に好ましくはn=4の化合物、特にε−カプロラ
クタムが挙げられる。これらのラクタムは1種以上が、
アルカリ性フェノール系樹脂100重量部に対し、本発明
の目的を効率よく達成する見地から好ましくは0.1〜30
重量部、さらに好ましくは1〜20重量部添加される。
【0017】本発明の鋳型用粘結剤組成物は、一般的に
は水溶液の形で用いられる。固形分(粘結剤組成物2g
を105℃で3時間乾燥)は、鋳物砂と均一な混練が可能
な点で好ましくは25〜90重量%、さらに好ましくは50〜
85重量%である。
【0018】本発明の粘結剤組成物を用いて鋳型造型す
る際、粘結剤組成物をそのまま用いて耐火性粒状材料と
ミキサー等により混練して混練砂としても良いし、アル
カリ性水溶性フェノール系樹脂と一般式(1)で表され
るラクタム化合物をそれぞれ準備し、ミキサーに別々に
添加して耐火性粒状材料と混練してもよい。混練砂は目
的の鋳型に造型され、アルミ鋳物のような非鉄合金や鋳
鋼や鋳鉄鋳物を製造するために用いられる。
【0019】耐火性粒状材料としては、石英質を主成分
とする珪砂、クロマイト砂、ジルコン砂、オリビン砂、
アルミナ砂、ムライト砂、合成ムライト砂、アルミナボ
ールサンド等が挙げられる。耐火性粒状材料は新砂、再
生砂、これらの混合砂の何れでもよい。
【0020】本発明の粘結剤組成物を用いて鋳物用砂型
を水溶性フェノール系樹脂/エステル硬化法で製造する
場合は、例えば再生砂100重量部に、硬化剤の有機エス
テルを0.01〜10重量部、好ましくは0.5〜2重量部と、
本発明の鋳型用粘結剤組成物を0.1〜15重量部、好まし
くは0.5〜5重量部を周知の方法で混練し、従来の自硬
性鋳型製造プロセスをそのまま利用して鋳型を製造する
ことができる。他方、水溶性フェノール系樹脂/炭酸ガ
ス硬化法においては、例えば再生砂100重量部に、オキ
シアニオンを含有する本発明の粘結剤組成物0.05〜15重
量部、好ましくは0.5〜5重量部を周知の方法で混練
し、この混練砂をガス用模型に充填し、二酸化炭素を0.
01〜25重量部、好ましくは0.5〜10重量部通気すること
により鋳型造型することができる。
【0021】
【実施例】<鋳型製造用フェノール系樹脂水溶液の調製
>50%水酸化カリウム水溶液と、表1に示すフェノール
類及び1価アルコールの溶液に70℃で、表1に示すアル
デヒド化合物を徐々に加え、さらに反応液の粘度が25℃
で100mPa・sに達するまで反応を続けた。なお水酸化カ
リウムはフェノール類に対して0.7倍モル用いた。次い
でこの水溶液100重量部に対し、γ−アミノプロピルト
リエトキシシランを0.5重量部添加し、濃度調整を行い
水溶性フェノール系樹脂1A〜1Hのアルカリ水溶液
(固形分50重量%)を得た。
【0022】
【表1】
【0023】実施例1〜16、比較例1〜4 国産珪砂5号100重量部に対し、トリアセチン0.4重量
部、表2に示す鋳型製造用粘結剤組成物水溶液2重量部
を添加混練し、50mmφ×50mmhの木型に充填した。得ら
れたテストピースを取り出して24時間後の鋳型強度(抗
圧力)を測定した。結果を表2に示す。
【0024】
【表2】
【0025】実施例17〜19、比較例5〜7 国産珪砂5.5号100重量部に対し、表3に示す鋳型製造用
粘結剤組成物水溶液を2重量部添加混練し、50mmφ×50
mmhのガス硬化用木型に充填して、ガス状のギ酸メチル
を2重量部通気した。得られたテストピースを取り出し
て24時間後の鋳型強度(抗圧力)を測定した。結果を表
3に示す。
【0026】
【表3】
【0027】実施例20〜34、比較例8〜11 国産珪砂6.5号を100重量部に対し、表4に示す鋳型製造
用粘結剤組成物水溶液を2.5重量部添加混練し、50mmφ
×50mmhのガス硬化用木型に充填し、炭酸ガス2.5重量
部を通気した。得られたテストピースを取り出して24時
間後の鋳型強度(抗圧力)を測定した。結果を表4に示
す。
【0028】
【表4】
【0029】実施例35〜37 フェノール系樹脂水溶液とラクタム化合物を表5に示す
量で別々に珪砂に添加する以外は、実施例1と同様に行
った。結果を表5に示す。
【0030】
【表5】
【0031】実施例38〜40 フェノール系樹脂水溶液とラクタム化合物を表6に示す
量で別々に珪砂に添加する以外は、実施例17と同様に行
った。結果を表6に示す。
【0032】
【表6】
【0033】実施例41〜43 フェノール系樹脂水溶液とラクタム化合物を表7に示す
量で別々に珪砂に添加する以外は、実施例20と同様に行
った。結果を表7に示す。
【0034】
【表7】
【0035】
【発明の効果】前述の一般式(1)のラクタム化合物を
含有する本発明の粘結剤組成物を使用して得られる鋳型
は、硬化剤が有機エステルでも炭酸ガスでも鋳型強度を
高くできる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 船田 等 愛知県豊橋市明海町4−51 花王株式会社 研究所内 Fターム(参考) 4C034 DE02 EA01 4C054 AA02 CC02 DD23 EE01 FF01 4E092 AA21 AA26 AA45 BA04

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルカリ性水溶性フェノール系樹脂と、
    下記一般式(1)で表されるラクタム化合物を含有する
    鋳型用粘結剤組成物。 【化1】
  2. 【請求項2】 前記ラクタム化合物が、前記アルカリ性
    水溶性フェノール系樹脂100重量部に対して0.1〜30重量
    部含有される、請求項1の鋳型用粘結剤組成物。
  3. 【請求項3】 前記アルカリ性水溶性フェノール系樹脂
    が、フェノール化合物及び/又はビスフェノール化合物
    とアルデヒド類との反応によって得られる化合物であ
    る、請求項1の鋳型用粘結剤組成物。
  4. 【請求項4】 耐火性粒状材料と、アルカリ性水溶性フ
    ェノール系樹脂と、下記一般式(1)で表されるラクタ
    ム化合物を含有する鋳型組成物。 【化2】
  5. 【請求項5】 耐火性粒状材料と請求項1から3の何れ
    か1の鋳型用粘結剤組成物、又は請求項4の鋳型組成物
    を用い、且つ硬化剤として有機エステル又は炭酸ガスを
    用いる鋳型造型方法。
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