JP2001321883A - シェルモールド用バインダー及びその製造方法 - Google Patents
シェルモールド用バインダー及びその製造方法Info
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Abstract
にはシェル鋳型の造型時におけるホルムアルデヒドの発
生が抑制されたシェルモールド用バインダーを提供す
る。 【解決手段】 ゲルパーミエーションクロマトグラフィ
ーにより測定した質量平均分子量が1000以上であっ
て、フェノールピークに対する相対保持比0.80〜
0.81のピーク高さIと0.75〜0.79のピーク
高さIIとの比(I/II)が1.0以上であり、かつ
JIS−K6910による150℃のゲルタイムが30
〜60秒であるビスフェノールA変性ノボラック系フェ
ノール樹脂を主成分として成るシェルモールド用バイン
ダーとする。
Description
ける中子の割れ防止、さらにはシェル鋳型(中子、主
型)造型時におけるホルムアルデヒドの発生が抑制され
たシェルモールド用バインダー及びその製造方法に関す
るものである。
砂、ノボラック系フェノール樹脂及びヘキサメチレンテ
トラミンなどを混練して調製されたレジンコーテッドサ
ンドを加熱成形して得られる様々な形状を有する鋳型
(中子、主型)が一般に使用されている。
特にシリンダーヘッドのような複雑な形状の中子は、軽
合金の鋳造において亀裂ないしは割れ(以下、中子割れ
という)を生じやすく、その結果、鋳物内面に鋳バリ
(ベーニング)が形成されることになる。
特定の方法でビスフェノールA精製残渣とフェノールを
反応させて得られる変性フェノール樹脂を鋳物砂に被覆
する鋳物用樹脂被覆砂の製造方法が提案されているが
(特公昭59−8466号公報)、いまだに十分な結果
を得るに至っていない。しかも、このようにして得られ
た被覆砂は造型時にビスフェノールA精製残さに起因す
る異臭を発生するという欠点があり、最近では使用が避
けられる傾向にある。近年、世界的な環境保全の観点か
ら、中子の造型時に発生するホルムアルデヒドによる労
働環境の汚染が重要課題としてクローズアップされてき
ており、この課題対応の1つとして、ホルムアルデヒド
の発生を抑制したシェルモールド用樹脂被覆砂粒が提案
されている(特開平10−81807号公報)。
事情のもとで、軽合金鋳造時における中子の割れを防止
することができ、さらにはシェル鋳型の造型時における
ホルムアルデヒドの発生が抑制されたシェルモールド用
バインダー及びその製造方法を提供することを目的とし
てなされたものである。
中子割れやホルムアルデヒドの発生のないシェルモール
ド用バインダーを開発すべく鋭意研究を重ねた結果、特
定のビスフェノールA変性ノボラック系フェノール樹脂
を主成分とするバインダーは、造型時においても反応原
料に起因する異臭の発生もない上に、さらにホルムアル
デヒド低減剤と組み合わせることにより、その効果を高
め得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成
するに至った。
ーンクロマトグラフィー(以下GPCと略す)により測
定した質量平均分子量が1000以上であって、フェノ
ールピークに対する相対保持比0.80〜0.81のピ
ーク高さIと0.75〜0.79のピーク高さIIとの
比(I/II)が1.0以上であり、かつJIS−K6
910による150℃のゲルタイムが30〜60秒であ
るビスフェノールA変性ノボラック系フェノール樹脂を
主成分とし、所望に応じ尿素系化合物及びトリアゾール
系化合物の中から選ばれる少なくとも1種のホルムアル
デヒド低減剤を含むシェルモールド用バインダーを提供
するものである。
フェノール樹脂を主成分として成るシェルモールド用バ
インダーは、例えば、二価金属塩触媒の存在下、フェノ
ール40〜70質量%とビスフェノールA60〜30質
量%とからなるフェノール系化合物1モルに対し、ホル
ムアルデヒド類0.35〜0.60モルを反応させ、必
要に応じ、尿素系化合物及びトリアゾール系化合物の中
から選ばれる少なくとも1種のホルムアルデヒド低減剤
を加えることにより、製造することができる。
ダーは、ビスフェノールA変性ノボラック系フェノール
樹脂を主成分として成るものであるが、このビスフェノ
ールA変性ノボラック系フェノール樹脂については、中
子の割れを抑制するために、GPCにより測定した質量
平均分子量1000以上、好ましくは1000〜300
0であって、フェノールピークに対する相対保持比、す
なわち0.80〜0.81のピーク高さI/0.75〜
0.79のピーク高さIIの比が1.0以上、かつJI
S−K6910による150℃でのゲルタイムが30〜
60秒、好ましくは30〜50秒の範囲にあるものであ
ることが必要である。
フェノール樹脂を主成分として成るシェルモールド用バ
インダーは、例えば、酢酸亜鉛、ホウ酸亜鉛、塩化亜鉛
などの二価金属塩触媒の存在下、フェノール40〜70
質量%とビスフェノールA60〜30質量%、好ましく
はフェノール50〜60質量%とビスフェノールA50
〜40質量%とからなるフェノール系化合物1モルに対
し、ホルムアルデヒド類、好ましくはパラホルムアルデ
ヒドを0.35〜0.6モルの割合で反応させ、必要に
応じ、所望の種々の添加成分を加えることにより製造す
ることができる。ホルムアルデヒド類の使用量が、フェ
ノール系化合物1モルに対し、0.35モル未満では樹
脂の収率が低く、一方0.6モルを超えると中子の強度
が低下する。また、フェノール系化合物中のビスフェノ
ールAの割合が30質量%未満では中子の割れ抑制効果
が十分に発揮されにくいし、60質量%を超えるとゲル
タイムの遅延による温時強度の不足を招き、中子の割れ
抑制効果が損なわれる。
いると、軽合金鋳造時における中子割れが防止できる理
由については必ずしも明確ではないが、ノボラック系フ
ェノール樹脂の分子量が低すぎると、充填性が悪化し、
構造的に鋳湯時の温時強度が確保されにくくなるため、
中子は溶湯圧に抗しきれずに割れを生じるものと推察さ
れるが、本発明のシェルモールド用バインダーでは質量
平均分子量が1000以上であるため、このような現象
を生じないと考えられる。
張性が要求されるが、本発明においては、低熱膨張性及
び反応原料に起因する臭気抑制の観点からビスフェノー
ルAを選択し、かつ樹脂のゲルタイム(硬化速度)調整
の観点から、二価金属塩触媒存在下でのフェノールとの
共縮合反応を採用し、この際、二価金属塩触媒の存在
下、低熱膨張性を付与するビスフェノールAと該ビスフ
ェノールAに速硬性を付与するフェノールを反応させて
形成される両者がオルソ位で結合した速硬性で低熱膨張
性の共縮合樹脂成分(3核体)の生成度に応じて変動す
るピークIを、ピークII(4核体)との対比パラメー
ター(I/IIの比)により調整し、中子割れ防止に必
要な速硬性かつ低熱膨張性(ビスフェノールAの最低使
用量)を確保している。
るが、一般にビスフェノールAの使用量が多くなるとフ
ェノールの使用量は相対的に少なくなるため、樹脂のゲ
ルタイムを左右するオルソ結合共縮合樹脂成分(3核
体)の含有量が少なくなり、樹脂が遅硬化して架橋密度
を高めることができず、溶湯圧に耐える本質的な温時強
度の確保が難しくなり、中子割れを生じるので、溶湯圧
に耐える温時強度と熱ショックに耐える低熱膨張性のバ
ランスを取ることにより中子割れは防止されると考えら
れるが、本発明のバインダーにおいては、このようなバ
ランスが確保されているため、中子割れ防止がなされて
いるのである。
いては、従来強度の改善目的で慣用されているシランカ
ップリング剤、例えばγ‐アミノプロピルトリエトキシ
シラン、γ‐グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
などを樹脂に対して0.01〜5質量%程度を添加する
のが好ましい。またエチレンビスステアロアミド、メチ
レンビスステアロアミドなどの滑剤を樹脂に対して1〜
6質量%程度含有させておくのが望ましい。そのほか、
本発明の目的が損なわれない範囲で、例えばエポキシ系
化合物、メラミン系化合物、尿素樹脂、ポリアミド樹脂
などを単独で又は2種以上を組み合わせて配合すること
ができる。
は、労働環境保全の観点から、さらに中子の造型時に発
生するホルムアルデヒドの低減剤として、尿素系化合
物、トリアゾール系化合物又はこれらの混合物を含有さ
せるのが好ましい。これらの中でも、ビウレア、ビウレ
ット、1,2,4‐トリアゾール及びこれらの混合物が
好適である。さらに経済性及び中子の強度を考慮する
と、特にビウレア、ビウレット及び1,2,4‐トリア
ゾールから選ばれる少なくとも1種の化合物と尿素との
混合物、とりわけビウレアと尿素との混合物が好適であ
る。
混合の組み合せにより異なるが、一般的にはビスフェノ
ールA変性ノボラック系フェノール樹脂に対して、1〜
20質量%の範囲、好ましくは3〜10質量%である。
配合量が1質量%未満ではホルムアルデヒドの低減効果
が不十分であるし、また20質量%を超えると中子の強
度が低下する傾向を示す。一方、尿素の配合量は、樹脂
被覆砂の耐ブロック性の観点から、ビスフェノールA変
性ノボラック系フェノール樹脂に対して、通常1〜5質
量%、好ましくは1〜3質量%の範囲である。
いたレジンコーテッドサンドは、適当な混練機内で本発
明のバインダー、鋳物砂及びその他成分を当該分野で慣
用の被覆方法、例えばホットマーリング法、セミホット
マーリング法、コールドマーリング法などにより製造す
ることができる。ここで使用される鋳物砂は、鋳造耐性
(耐火性)と鋳型の基体としての粒度分布を備えたもの
であり、具体的にはケイ砂のほか、オリビンサンド、ジ
ルコンサンド、クロマイトサンド、アルミナサンド等の
特殊砂、フェロクロム系のスラグ、フェロニッケル系ス
ラグ、転炉スラグ等のスラグ系粒子、ナイガイセラビー
ズのような多孔質粒子及びこれらの再生砂などが挙げら
れるが、これらに特に限定されない。これらは単独で用
いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
に優れるビスフェノールA変性ノボラック系フェノール
樹脂をシェルモールド用バインダーとして使用すること
により、軽合金鋳造での中子の割れ、特に複雑な形状の
中子割れによる鋳物不良(ベーニング)の発生を抑制す
ることができる。また、尿素系化合物やトリアゾール系
化合物等のホルムアルデヒド低減剤の使用により、鋳型
の造型時に発生するホルムアルデヒドを低減して労働環
境の悪化を防止することができる。
明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定さ
れるものではない。なお、各例におけるフェノール樹脂
の質量平均分子量及びピークI/ピークIIの比は以下
の方法により測定した。
スチレン(東ソー社製)を用いて検量線を作成し、以下
の装置及び条件で測定した。 GPC装置 ;東ソー社製SC−8020 カラム充填剤;TSK−Gel2000xL及びTSK−Gel4000xL (いずれも東ソー社製) 溶離液 ;テトラヒドロフラン 測定条件 ;カラム圧力0.4〜0.5MPa 溶出速度1.0ml/分 UV検出器 波長254nm (2)ピークI/ピークII比;上記のカラム充填剤を
TSK−Gel1000xLとTSK−Gel2000xL
(いずれも東ソー社製)に代え、他は同じ条件で測定し
た。
フェノールA670g、92質量%パラホルムアルデヒ
ド180g、触媒として酢酸亜鉛3.3gを入れたの
ち、かきまぜながら加熱し、反応させてビスフェノール
A変性ノボラック系フェノール樹脂(N−1)を調製
し、所定温度まで冷却後、添加物としてエチレンビスス
テアロアミド40g、γ‐アミノプロピルトリエトキシ
シラン13gを添加混合してシェルモールド用バインダ
ー(B−1)を得た。なお、得られたビスフェノールA
変性ノボラック系フェノール樹脂(N−1)は、質量平
均分子量が1330で、ピークI/ピークIIの比が
1.31で、ゲルタイムが42秒であった。なお、得ら
れたビスフェノールA変性ノボラック系フェノール樹脂
における、フェノールピークに対する相対保持比が0.
80〜0.81のピークIと0.75〜0.79のピー
クIIを説明するために、GPCにより測定した該ノボ
ラック系フェノール樹脂のチャートを図1に示す。この
図1において、Aがフェノールピーク(基準ピーク)、
BがピークI、CがピークIIである。
レア67gを追加混合した以外は、実施例1と同様にし
てシェルモールド用バインダー(B−2)を得た。
ビスフェノールA500g、92質量%パラホルムアル
デヒド184g、触媒を塩化亜鉛3gに変更した以外
は、実施例1と同様にしてビスフェノールA変性ノボラ
ック系フェノール樹脂(N−2)を調製し、さらに添加
物をエチレンビスステアロアミド37g、γ‐アミノプ
ロピルトリエトキシシラン12gに変更した以外は、実
施例1と同様にしてシェルモールド用バインダー(B−
3)を得た。なお、得られたビスフェノールA変性ノボ
ラック系フェノール樹脂(N−2)の質量平均分子量は
1870で、ピークI/ピークIIの比が1.13で、
ゲルタイムが47秒であった。
ビスフェノールA1200g、92質量%パラホルムア
ルデヒド330g、触媒を酢酸亜鉛4.8gに変更した
以外は、実施例1と同様にしてビスフェノールA変性ノ
ボラック系フェノール樹脂(N−3)を調製し、さらに
添加物をエチレンビスステアロアミド65g、γ‐アミ
ノプロピルトリエトキシシラン22gに変更し、ホルム
アルデヒド低減剤として尿素43gとビウレア65gを
追加混合した以外は、実施例1と同様にしてシェルモー
ルド用バインダー(B−4)を得た。なお、得られたビ
スフェノールA変性ノボラック系フェノール樹脂(N−
3)は、質量平均分子量が2200で、ピークI/ピー
クIIの比が1.40、ゲルタイムは55秒であった。
92質量%パラホルムアルデヒド219g、触媒を塩化
亜鉛2gに変更した以外は、実施例1と同様にしてハイ
オルソ型ノボラック系フェノール樹脂(N−4)を調製
し、さらに添加物をエチレンビスステアロアミド24
g、γ‐アミノプロピルトリエトキシシラン8gに変更
した以外は、実施例1と同様にしてシェルモールド用バ
インダー(B−5)を得た。得られたハイオルソ型ノボ
ラック系フェノール樹脂(N−4)は、質量平均分子量
が1450で、ピークI/ピークIIの比が0.79、
ゲルタイムが40秒であった。
ビスフェノールA1500g、47質量%ホルムアルデ
ヒド水溶液561g、触媒をシュウ酸25gに変更した
以外は、実施例1と同様にしてビスフェノールA変性ノ
ボラック系フェノール樹脂(N−5)を調製し、さらに
添加物をエチレンビスステアロアミド68g、γ‐アミ
ノプロピルトリエトキシシラン23gに変更した以外
は、実施例1と同様にしてシェルモールド用バインダー
(B−6)を得た。得られたビスフェノールA変性ノボ
ラック系フェノール樹脂(N−5)は、質量平均分子量
が1280で、ピークI/ピークIIの比が1.06、
ゲルタイムは95秒であった。
ビスフェノールA430g、92質量%パラホルムアル
デヒド135g、触媒を塩化亜鉛2.9gに変更した以
外は、実施例1と同様にしてビスフェノールA変性ノボ
ラック系フェノール樹脂(N−6)を調製し、さらに添
加物をエチレンビスステアロアミド30g、γ‐アミノ
プロピルトリエトキシシラン10gとした以外は、実施
例1と同様にして、シェルモールド用バインダー(B−
7)を得た。得られたビスフェノールA変性ノボラック
系フェノール樹脂(N−6)は、質量平均分子量が92
0で、ピークI/ピークIIの比が1.04、ゲルタイ
ムが49秒であった。
その評価 スピードミキサー内に約160℃に予熱した再生ケイ砂
7kgと実施例1で得たシェルモールド用バインダー9
1gを投入後、60秒間混練し、水105gにヘキサメ
チレンテトラミン15.5gを溶かした水溶液を全量添
加し、塊状物が崩壊するまで送風し、ステアリン酸カル
シウム7gを添加後、15秒間混合してレジンコーテッ
ドサンドを得た。次いで、実施例1のシェルモールド用
バインダーに代えて実施例2〜4及び比較例1〜3のシ
ェルモールド用バインダーを使用した以外は、上記と同
様に操作して6種類のレジンコーテッドサンドを得た。
得られたレジンコーテッドサンドについては、下記の試
験法により、曲げ強度、温時強度及び熱膨張率の測定と
ヒートショック試験を行った。その結果を表1に示す。
また、実施例1と比較例1のレジンコーテッドサンドに
ついては、実際の実鋳造試験[試験法(5)]により中
子割れの有無を確認した。その結果を表2にに示す。
たテストピース(10×10×60mm)を常温まで冷
却後に測定した。 (2) 温時強度は、250℃で40秒間焼成して作製
したテストピース(10×10×60mm)の抜型10
秒後の強度を測定した。 (3) 熱膨張率はJACT試験法M−2に準じて測定
した。 (4) ヒートショック試験は、特願平11−1170
51号に開示した型割れ試験方法及び装置を用い、直径
22φ×長さ200mmの丸棒を作製し、次いで710
℃のアルミ溶湯に浸漬し、型割れ発生の都度発生する振
動の回数を振動センサーにより測定した。振動回数が多
いほど型割れを起こしやすいと判断した。 (5) 実鋳造試験は、シリンダーヘッド中子を造型し
た後、低圧鋳造法によりアルミニウム合金を鋳湯して2
0個のシリンダーヘッドを作製した。これらの鋳物は全
て切断して内部にベーニングがあるのか否かを観察し、
中子割れの有無を確認した。
モールド用バインダーは、軽合金鋳造での中子割れを防
止し、特に表2で示すように実鋳造試験においてもその
有効性が確認された。また、ヒートショック試験は実鋳
造試験と相関していることが確認された。さらには、造
型時のホルムアルデヒドの発生を低減できることが確認
された。
ル樹脂におけるピークI及びピークIIを説明するため
のGPCにより測定した該樹脂の1例のチャート。
Claims (6)
- 【請求項1】 ゲルパーミエーショーンクロマトグラフ
ィーにより測定した質量平均分子量が1000以上であ
って、フェノールピークに対する相対保持比0.80〜
0.81のピーク高さIと0.75〜0.79のピーク
高さIIとの比(I/II)が1.0以上であり、かつ
JIS−K6910による150℃のゲルタイムが30
〜60秒であるビスフェノールA変性ノボラック系フェ
ノール樹脂を主成分として成るシェルモールド用バイン
ダー。 - 【請求項2】 尿素系化合物及びトリアゾール系化合物
の中から選ばれる少なくとも1種のホルムアルデヒド低
減剤を含む請求項1記載のシェルモールド用バインダ
ー。 - 【請求項3】 ホルムアルデヒド低減剤が、ビウレア、
ビウレット及び1,2,4‐トリアゾールの中から選ば
れる少なくとも1種の化合物、又は該化合物と尿素との
混合物である請求項2記載のシェルモールド用バインダ
ー。 - 【請求項4】 二価金属塩触媒の存在下、フェノール4
0〜70質量%とビスフェノールA60〜30質量%と
からなるフェノール系化合物1モルに対し、ホルムアル
デヒド類0.35〜0.60モルを反応させることを特
徴とするビスフェノールA変性ノボラック系フェノール
樹脂を主成分として含むシェルモールド用バインダーの
製造方法。 - 【請求項5】 反応後、ビスフェノールA変性ノボラッ
ク系フェノール樹脂に、尿素系化合物及びトリアゾール
系化合物の中から選ばれる少なくとも1種のホルムアル
デヒド低減剤を加える請求項4記載のシェルモールド用
バインダーの製造方法。 - 【請求項6】 ホルムアルデヒド低減剤が、ビウレア、
ビウレット及び1,2,4‐トリアゾールの中から選ば
れる少なくとも1種の化合物、又は該化合物と尿素との
混合物である請求項5記載のシェルモールド用バインダ
ーの製造方法。
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---|---|---|---|---|
US7579075B2 (en) | 2005-10-27 | 2009-08-25 | Asahi Organic Chemicals Industry Co., Ltd. | Phenolic novolak resin for shell mold, process for producing the same, and resin coated sand |
WO2019142488A1 (ja) * | 2018-01-16 | 2019-07-25 | 住友ベークライト株式会社 | レジンコーテッドサンド形成用のフェノール樹脂組成物、レジンコーテッドサンド、鋳物用の中子、および鋳物の製造方法 |
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WO2019142488A1 (ja) * | 2018-01-16 | 2019-07-25 | 住友ベークライト株式会社 | レジンコーテッドサンド形成用のフェノール樹脂組成物、レジンコーテッドサンド、鋳物用の中子、および鋳物の製造方法 |
JPWO2019142488A1 (ja) * | 2018-01-16 | 2020-01-23 | 住友ベークライト株式会社 | レジンコーテッドサンド形成用のフェノール樹脂組成物、レジンコーテッドサンド、鋳物用の中子、およびフェノール樹脂・レジンコーテッドサンド・鋳物・鋳物製品の製造方法 |
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