JP2003511518A - エステル硬化結合剤の改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の態様は、通常達成可と思われる以上に鋳物用中子及び鋳型の引張強度を向上させる方法に関する。強アルカリ性フェノールレゾールを含む結合剤組成物中に酸性メチレン化合物を使用すると、先行技術の結合剤の場合に達成される以上に著しく大きな引張強度を有する鋳物用中子および鋳型を作るのに用いることができるエステル硬化性結合剤をもたらす。本発明の態様は約１０．５から約１３．５にわたるｐＨを有するフェノールレゾールおよび酸性メチレン化合物を含む組成物を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 発明の分野 本発明は鋳物用中子および鋳型を結合するるためにエステル硬化剤とともに使
用する改良フェノール性結合剤組成物に関する。また本発明はエステル硬化フェ
ノール樹脂ならびに該樹脂を用いて作った鋳物用中子および鋳型の強度を向上さ
せる方法にも関する。さらに本発明は強アルカリ条件下におけるレゾール、酸性
メチレン化合物、およびエステルの反応生成物に関する。 発明の背景 鋳物用中子および鋳型用結合剤または結合剤系は公知である。鋳物業界では、
金属鋳物を作るための中子または鋳型は通常砂のような凝集体物質と結合量の結
合剤または結合剤系の混合物から調製される。典型的には、凝集体物質と結合剤
を混合した後、得られた混合物を打ち固め、吹き付け、ないしは他の方法で所望
の形状ないしは型の中子または鋳型に成形した後、触媒、熱、および／または補
助反応剤を用い硬化させて固体にする。

【０００２】 鋳物用鋳型および中子の製造に用いられる樹脂結合剤は鋳物工場で必要な速硬
サイクルを達成させるために高温で硬化させることが多い。しかし、低温で硬化
させる樹脂結合剤が開発されている。該方法は、高エネルギーの必要性を有し、
かつ好ましくないヒュームを発生することが多い高温硬化作業よりも好ましい。

【０００３】 樹脂結合剤の硬化を達成するのに加熱を要しない１グループの方法をノーベー
ク法と呼ぶ。この方法では、結合剤成分を砂のような凝集体物質に被覆して、得
られた混合物を打ち固め、吹き付け、ないしは他の方法で所望の形状ないしは型
の中子または鋳型に成形する。結合剤の硬化は加熱することなく達成される。

【０００４】 該ノーベーク法の１つは結合剤としてフェノールレゾール樹脂のアルカリ水溶
液を使用する。この方法では、通常鋳物用砂をエステル硬化剤と混合してからレ
ゾール樹脂溶液を混合物に添加する。この方法は米国特許第ＲＥ３２，８１２号
（その全文を参照として本明細書に組み入れてある）に詳細に記載されている。

【０００５】 中子または鋳型を硬化させるのに加熱を要しない他の方法は、コールドボック
スエステル硬化法である。この方法では、砂をフェノールレゾール樹脂のアルカ
リ溶液と混合し、混合物を型の中に放出し、そして樹脂に蒸気状エステル硬化剤
を接触させて混合物を硬化させることによって鋳物用中子または鋳型を調製する
。コールドボックスエステル硬化法では、フェノールレゾール樹脂を、メチルホ
ルメートおよびエチルホルメートを含むアルキルホルメートのような低分子量、
ガス相のカルボン酸エステルで硬化させることができる。

【０００６】 このエステル硬化法は環境的観点から一部の先行法よりも優れている。しかし
、この方法で作った中子および鋳型の初期の引張強度は、他の結合剤法で調製さ
れるものよりも若干低いことがある。

【０００７】 中子および鋳型の引張強度を向上させようとする１つの先行技術の組成物では
、結合剤中に存在するフェノール樹脂の量を増大させて、高引張強度のエステル
硬化樹脂をもたらす。これは有機エステル硬化剤中にノボラックまたはレゾール
のフェノール樹脂溶液を用いることによって達成された。

【０００８】 さらに他の先行技術の組成物では、フェノールレゾールに結合させた凝集体か
ら作った中子の圧縮強度を、樹脂中に軽焼マグネシアを包含させることによって
向上させた。

【０００９】 エステル硬化フェノールレゾールの硬化を促進させる組成物も先行技術に開示
されている。しかし、結合剤の硬化の促進は一貫して硬化中子または鋳型の強度
の増大をもたらすものではない。

【００１０】 他の先行技術の組成物では、結合中子または鋳型の強度を向上させるために、
フェノールレゾール樹脂にポリフェノールを添加する。このポリフェノール樹脂
は、有機溶剤含有媒質中でフェノールまたは置換フェノールをペルオキシダーゼ
またはオキシダーゼ酵素と反応させることによって作る。

【００１１】 エステル硬化フェノール性レゾールと結合させた中子および鋳型の強度を向上
させるための他の試みは凝集体または結合剤へのシランカップリング剤の添加を
含んでいる。しかし、シランカップリング剤は高価であり、かつ一定の適用に対
して常に所望の強さの向上を生じるとは限らない。

【００１２】 エステル硬化フェノールレゾールと結合させた中子または鋳型の強度を向上さ
せるための先行技術の組成物および方法はそれぞれ欠点のないものはない。エス
テル硬化剤への樹脂固形物の添加は必ずしも必要とされる強さの向上をもたらさ
なかった。鋳物用結合剤系は溶液として凝集体に添加されるので、軽焼マグネシ
ア化合物の使用には結合剤中への該化合物の溶解が必要である。これは該溶液を
調製するための困難な工程および付加費用を意味すると思われる。ポリフェノー
ルの使用は該樹脂を調製するという高価な第１工程を必要とする。シランカップ
リング剤の使用も、該シラン自体が高価でシランカップリング剤の使用は必ずし
も所望の強度の向上をもたらすとは限らないので、著しい付加費用を意味する。

【００１３】 したがって著しく強い中子および鋳型をもたらすエステル硬化結合剤系を有す
ることが有利と思われる。エステル硬化樹脂と結合させた中子および鋳型の引張
強度を向上させる方法を有することは一層さらに有利であろう。アルカリ性フェ
ノールレゾールの架橋に補助的な架橋剤をもたらし、それによって硬化樹脂に付
加的な強度を与えることはさらになお有利と思われる。 発明の要約 前記の難点を考えた場合に、意外なことに、ここで新規かつ改良されたエステ
ル硬化可能なフェノール性結合剤を用いるか、または代わりの態様として、新規
かつ改良されたエステル硬化剤を用いることによって、硬化させた中子および鋳
型の引張強度を向上させ得ることが発見された。１つの態様において、新規かつ
改良されたエステル硬化可能なフェノール性結合剤は少なくとも１０．５のｐＨ
を有するフェノールレゾール、および酸性メチレン化合物を含む。代替態様にお
いて、新規かつ改良されたエステル硬化剤はエステル硬化剤および酸性メチレン
化合物を含む。

【００１４】 本発明の他の態様によれば、優れた引張強度特性を有する鋳物用中子および鋳
型の新規かつ改良製造法が提供される。１つの態様では、新規かつ改良された方
法は、実質的に均質のプレミックスが得られるまで、 凝集体；および 少なくとも１０．５のｐＨを有する改良されたエステル硬化可能なフェノー ルレゾールを混合することによってプレミックスを調製し； 該プレミックスを所望の形状に成形して、成形プレミックスを生成させ； 該成形プレミックスにガス状エステル硬化剤を導入し；そして その後、該成形プレミックスを硬化させて成形鋳造品を得る 工程を含む。

【００１５】 本発明のさらに他の態様によれば、優れた引張強度特性を有する鋳物用中子お
よび鋳型の新規かつ改良製造法が提供される。この態様では、新規かつ改良法は
、実質的に均質のプレミックスが得られるまで、 凝集体；および 少なくとも１０．５のｐＨを有する改良されたエステル硬化可能なフェノール 性レゾール；および エステル硬化剤 を混合することによってプレミックスを調製し； 該プレミックスを所望の形状に成形して成形プレミックスを生成させ；そして その後、成形プレミックスを硬化させて、成形鋳造品を得る 工程を含む。

【００１６】 本発明によってもたらされる主な利点は、これまで先行技術のエステル硬化結
合剤系によって得ることができたものよりも著しく強い中子および鋳型が提供さ
れることにある。本発明によってもたらされる他の利点は、アルカリ性フェノー
ルレゾール樹脂組成物を架橋させるために新規の架橋剤を提供することにある。
本発明によってもたらされる別の利点は優れた強度を有する硬化鋳造成形品を提
供できることにある。さらに他の利点はエステル硬化性樹脂で中子および鋳型の
引張強度を向上させる新規かつ改良法が提供されることにある。

【００１７】 本発明の他の態様および利点は下記の詳細な説明および実施例から明らかにな
ろう。 発明の詳細な説明 本発明の１つの態様によれば、先行技術に比べて鋳物用中子および鋳型の優れ
た引張強度をもたらす組成物が提供される。酸性メチレン化合物とアルカリ性フ
ェノールレゾールとの配合が、硬化後に、優れた強度を含む優れた機械的性質を
示す成形品をもたらす硬化可能な結合剤系を生成することが確かめられた。酸性
メチレン化合物は、ミカエル付加反応のドナーであることができる。酸性メチレ
ン化合物は結合剤系の硬化中に形成されるアルカリ性フェノールレゾールのキノ
ンメチド末端基と反応することができる。

【００１８】 本発明の１つの態様の組成物はエステル硬化剤と組み合わせると鋳物用結合剤
として有用である。該鋳物用結合剤は、凝集体物質、典型的には砂とプレフォー
ム形状に結合する。ノーベーク法（前記参照）では、砂をフェノールレゾール樹
脂のアルカリ溶液および液状エステル硬化剤と混合し、混合物を型に放出させ、
そして混合物を硬化させることによって鋳物用中子または鋳型を調製する。同様
に、コールドボックス法では、砂をフェノールレゾール樹脂のアルカリ溶液と混
合し、混合物を型に放出させ、そして砂と樹脂の混合物中にガス状エステルを通
して硬化させることによって鋳物用中子または鋳型を調製する。

【００１９】 本発明の１つの態様によって作った変性レゾール成分は前記のようなフェノー
ルレゾール、および酸性メチロール化合物を含む。このような変性レゾールは、
これも前記のエステル硬化剤と組み合わせると、鋳物用中子および鋳型用結合剤
を作るのに有用である。このような結合剤を用いて作った鋳物用中子及び鋳型は
、先行技術の結合剤を用いて作った中子及び鋳型に勝る引張強度の向上を示す。
別の態様では、酸性メチレン化合物を凝集体物質、フェノールレゾール、または
エステル硬化剤に別々に加えることができる。

【００２０】 酸性メチレン化合物 酸性メチレン化合物はミカエル付加反応のドナーとして機能することができる
。したがって、酸性メチレン化合物とカルボアニオンのような塩基との平衡生成
物は、例えば、結合剤系の硬化中に形成され、結合剤系中に存在するキノンメチ
ドと反応することができる。キノンメチドは、たとえば、水酸化カリウムのよう
な強塩基の存在下でメチロールフェノールとエステルとの反応の平衡生成物であ
る。メチロールフェノールは、レゾールがフェノールとホルムアルデヒドとのア
ルカリ反応生成物を含む場合のフェノールレゾールの末端官能基である。当業者
は本発明の態様において有用と思われる他の酸性メチレン化合物を認めるであろ
う。

【００２１】 本発明の態様に有用な酸性メチレン化合物の例には下記構造の化合物： Ｚ−ＣＨ₂−Ｚ′ （式中、ＺおよびＺ′は同一または異なることができ、かつ−ＣＮ、−ＣＯ₂Ｒ
、−ＣＯＮＲ₂″、−ＣＯＮＨＲ″、

【００２２】

【化１３】

【００２３】 を含むことができる）がある。この例におけるＲ、Ｒ′およびＲ″は同一または
異なることができ、かつＣ₁ないしＣ₁₀炭素原子を有する分枝および非分枝状ア
ルキルおよびアルケニル基、ならびに置換アリール基を含むアリール基を包含す
る。前記メチレン化合物の１例はＡｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐ
ａｎｙ，Ｉｎｃ．，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎから市販されてい
るマロノニトリルである。

【００２４】 上記酸性メチレン化合物のサブグループには好ましい２，４−ペンタンジオン
があるが、通常下記構造の化合物：

【００２５】

【化１４】

【００２６】 （式中、ＲおよびＲ′は同一または異なることができ、かつＣ₁ないしＣ₁₀炭素
原子を有する分枝および非分枝状アルキルおよびアルケニル基ならびに置換アリ
ール基を含むアリール基を包含する。）を含む。２，４−ペンタンジオンはＡｌ
ｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ，１ｎｃ．，Ｍｉｌｗａｋｅｅ
，Ｗｉｓｃｏｓｉｎから市販されている。

【００２７】 本発明の態様には環状酸性メチレン化合物も有用である。該環状酸性メチレン
化合物の例を次ぎに示す。

【００２８】

【化１５】

【００２９】 （ここに、ｎ≧２ならびにＲおよびＲ′は同一または異なることができ、かつ水
素、置換アリール基を含むアリール基、ならびにＣ₁ないしＣ₁₀炭素原子を有す
るアルキルおよびアルケニル基を包含することができる。）本発明の態様にとく
に有用な環状酸性メチレン化合物の１つの特定例は１，３−シクロヘキサンジオ
ンである。１，３−シクロヘキサンジオンはＡｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，Ｗｉｓｃｏｓｉｎから市販
されている。

【００３０】 前記のように、酸性メチレン化合物をアルカリ性フェノールレゾ−ルと結合さ
せて変性結合剤系とするか、酸性メチレン化合物をエステル硬化剤とプレブレン
ドさせるか、または酸性メチレン化合物を別々に凝集体に添加することができる
。酸性メチレン化合物はアルカリ性レゾール樹脂と酸性メチレン化合物との合計
重量を基準にして約０．５から約８％の量で用いられる。この使用レベルは、酸
性メチレン化合物をレゾール、エステル硬化剤、または凝集体に添加する場合に
適用できるであろう。

【００３１】 フェノールレゾール レゾール樹脂は熱硬化性、すなわち、加熱すると不融性の三次元ポリマーを形
成し、典型的には縮合触媒としてアルカリまたはアルカリ土金属化合物の存在下
でフェノール類と過剰モル量のフェノール反応性アルデヒド類との反応によって
生成する。

【００３２】 本発明の態様として用いることができるフェノールレゾールは、フェノール自
体、クレゾール、レゾルシノール、３，５−キシレノール、ビスフェノールＡ、
他の置換フェノール、及びこれらの化合物の混合物のようなフェノール類と、ア
ルデヒド類、たとえばホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、フルフルアルデヒ
ド、及びこれらアルデヒド類の混合物との反応によって得ることができる。典型
的には、フェノールとホルムアルデヒドを、約１：１ないし約１：３の範囲のフ
ェノール対ホルムアルデヒドのモル比で反応させる。

【００３３】 本発明の種々の態様の場合に、実際には広範囲のフェノールレゾールを用いる
ことができる。これらはフェノール−ホルムアルデヒドレゾールであるか、また
はフェノールをクレゾール、レゾルシノール、３，５−キシレノール、ビスフェ
ノールＡ、または他の置換フェノール類によって部分的もしくは完全に置換させ
、そしてアルデヒド部分をアセトアルデヒド、グルタルアルデヒド、概してジア
ルデヒド類、フルフルアルデヒド、ベンズアルデヒドによって部分的もしくは完
全に置換させることができるものであることができる。好ましいフェノールレゾ
ール樹脂はフェノールとホルムアルデヒドの縮合物である。

【００３４】 フェノールレゾールは適切なアルカリ物質を用いて縮合させる。該アルカリ物
質には水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、及びこれら化合物
の混合物がある。好ましいアルカリ物質は水酸化カリウムである。アルカリ金属
水酸化物の一部の代わりに、例えば水酸化マグネシウムや水酸化カルシウムのよ
うな二価金属水酸化物を用いることによってアルカリ物質の一部とすることがで
きる。アルカリ：フェノールのモル比は典型的には約０．２：１ないし約１．２
：１であり、ｐＨが少なくとも１０．５、好ましくは約１０．５から約１３．５
に及ぶアルカリ性フェノールレゾールを生成する。

【００３５】 適当なフェノールレゾールは通常ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）によ
り測定して約５００ないし約２５００の重量平均分子量を有するものである。 本発明の態様として有用なフェノールレゾールは典型的にはフェノール樹脂の
水溶液である。該水溶液は通常約４０％から約７５％（重量単位）にわたる固形
分を有する。該溶液のブルックフィールド粘度は通常２５℃において約５０セン
チポアズ（“ｃｐｓ”）から７５ｃｐｓの範囲にある。ブルックフィールド粘度
はＲＶＦ型ブルックフィールド粘度計を用い２５℃において２０ｒ．ｐ．ｍ．の
Ｎｏ．１スピンドルで測定することができる。

【００３６】 樹脂の液体部分は水または非反応性溶剤と混合された水である。樹脂はシラン
、ヘキサメチレンテトラミン、または尿素のような多くの任意の変性剤または添
加剤を含むことができる。水以外の溶剤は炭素原子が１ないし５個のアルコール
類、ジアセトンアルコール、炭素原子が２ないし６個のグリコール類、グリコー
ル類のモノおよびジメチルまたはブチルエーテル類、低分子量（２００−６００
）のポリエチレングリコール類及び該グリコール類のメチルエーテル類、炭素原
子が６ないし１５個のフェノール類、フェノキシエタノール、非プロトン性溶剤
、たとえばＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、２
−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、テトラメ
チレンスルホン、ヘキサメチルホスホルアミド、テトラメチル尿素、メチルエチ
ルケトン、メチルイソブチルケトン、テトラヒドロフラン及びｍ−ジオキソラン
のような環状エーテル等から選ぶことができる。

【００３７】 １つの好ましい樹脂結合剤はＢｏｒｄｅｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｉｎｃ．，Ｌ
ｏｕｉｓｖｉｌｌｅ，Ｋｅｎｔｕｃｋｙが製造し販売しているＢＥＴＡＳＥＴ
９５１２アルカリ性フェノール樹脂である。この樹脂は粘度が約１５０ｃｐｓ、
固形分が約５３％、比重が約１．２５、ｐＨが約１２．１、遊離フェノ−ル含量
が約１．５％、遊離ホルムアルデヒド含量が最大０．５％、および窒素含量が約
１％である。ＢＥＴＡＳＥＴ ９５１２はそのアルカリ度を主に水酸化カリウム
から得ており、したがってカリウムベースの樹脂ということができる。該樹脂は
エステル硬化可能であり、好ましくは蒸気状または連行液滴状のエステルを用い
てガス発生によって硬化させる。他の態様は他のアルカリ性フェノールレゾール
を含むことができる。

【００３８】 別の好ましい結合剤はＢｏｒｄｅｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｉｎｃ．，Ｌｏｕｉ
ｓｖｉｌｌｅ，Ｋｅｎｔｕｃｋｙが製造し販売しているＡＬＰＨＡＳＥＴ ９０
４０アルカリ性フェノール樹脂である。この樹脂は粘度が約１００ｃｐｓ、固形
分が約４７％、比重が約１．２３、ｐＨが約１３．０、遊離フェノール含量が約
０．５％、遊離ホルムアルデヒドが０．２５％（代表値）、および窒素含量が約
１％未満である。この樹脂はエステル硬化可能で、好ましくは液状エステルを使
用する。他の態様は他のアルカリ性フェノールレゾールを含むことができる。Ａ
ＬＰＨＡＳＥＴ ９０４０はそのアルカリ度を主に水酸化ナトリウムから得てお
り、したがってナトリウムベースの樹脂ということができる。

【００３９】 通常シランをフェノール性鋳物用樹脂に加えて、砂に対する接着性および該樹
脂から作った鋳型及び中子の引張強度を向上させる。フェノール樹脂の重量を基
準にしてわずか０．０５重量％の量が引張強度に著しい向上をもたらすことが認
められた。多量のシランは、約０．６重量％またはそれ以上の量まで強度の向上
をもたらす。

【００４０】 シランは樹脂と凝集体との接着性を向上させるのに十分な量で用いられる。該
シランの典型的な使用レベルは樹脂の重量を基準にして０．１から１．５％であ
る。有用なシランにはγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、２−（３，４−
エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、ビス（トリメトキシシリ
ルプロピル）エチレンジアミン、Ｎ−トリメトキシシリルプロピル−Ｎ，Ｎ，Ｎ
−トリメチルアンモニウムクロリドおよび第二級アミノシランがある。

【００４１】 結合剤中のアルカリ性フェノールレゾールの量は砂粒子間に必要な結合をもた
らすのに十分でなければならない。砂の重量を基準にして約０．５から約８重量
％の範囲の結合剤の量が好ましく、約２重量％を下回る量がもっとも好ましく、
その場合にフェノール性レゾール樹脂溶液は固形分が約３０から約７５重量％、
好ましくは約４０から約６０重量％である。

【００４２】 エステル硬化剤 エステル官能性硬化剤（エステル硬化剤ともいう）はレゾールの硬化を促進さ
せ、そしてレゾールに液体またはガスとして導入することができる。フェノール
レゾール樹脂を硬化させるためのエステル官能性はラクトン、環状有機カルボネ
ート、カルボン酸エステル、またはこれらの化合物の混合物によって与えること
ができる。米国特許第４，９８８，７４５号および同第５，０３６，１１６号に
記載されているようなフェノール樹脂変性エステル硬化剤を使用することもでき
る。

【００４３】 通常、βまたはγ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、カプロラクトン、
β−プロピオラクトン、β−イソブチロラクトン、β−イソペンチルラクトン、
γ−イソペンチルラクトン、およびδ−ペンチルラクトンのような低分子量ラク
トンがエステル硬化剤として適当であろう。適当な環状有機カルボネートの例に
はプロピレンカルボネート；エチレングリコールカルボネート；１，２−ブタン
ジオールカルボネート；１，３−ブタンジオールカルボネート；１，２−ペンタ
ンジオールカルボネート；および１，３−ペンタンジオールカルボネートがある
が、これらに限定されない。通常、フェノールエステル及び脂肪族エステルのよ
うなカルボン酸エステルを使用することもできる。

【００４４】 脂肪族エステルは短または中鎖長を有することができる。たとえば、炭素原子
が約１ないし１０個の鎖長を有するエステルが適当であろう。短または中鎖長を
有するモノまたはポリヒドロキシ飽和もしくは不飽和エステルをエステル硬化剤
として用いることもできる。炭素原子が約１ないし１０個の鎖長を有するカルボ
ン酸エステルも適当であろう。アルキル、一価、二価、または三価のアルコール
類と、モノ、ジ、またはトリカルボン酸であることができるアルキル、またはモ
ノ、もしくはジ不飽和酸との脂肪族エステルがエステル硬化剤として適当であろ
う。カルボン酸エステルはヒドロキシ、シアノ、クロロまたはブロモ基で置換さ
せることもできる。エステル官能基の少なくとも１個の置換基がアリール化合物
であるエステルを使用することもできる。

【００４５】 適当な芳香族エステルは、芳香族基、たとえば、フェノール基、または一価も
しくは多価芳香族フェノール基をエステル化してホルメートまたはアセテートを
生成させることによって得ることができる。さらに、芳香族エステルは１個以上
のフェノル性水酸基および／または１個以上のエステル化フェノール性水酸基及
びさらにフェノル性水酸基またはエステル化フェノール性水酸基に対してオルト
および／またはパラに位置する１個以上のエステル化メチロール基を含有するエ
ステル化フェノール化合物であることができる。

【００４６】 用いられるエステル化フェノール化合物は、フェノール性水酸基またはエステ
ル化フェノール性水酸基に対してオルトまたはパラ位の芳香環の炭素に結合した
少なくとも１個のエステル化メチロール基を有するモノ、ジ、もしくはポリエス
テル性メチロール化一、二または多核フェノールであることができる。フェノー
ルエステルの酸性部分は脂肪族エステルの酸性部分と同じであることができる。

【００４７】 特定カルボン酸エステルにはｎ−ブチルホルメート；エチレングリコールジホ
ルメート；メチルおよびエチルラクテート；ヒドロキエチルアクリレート；ヒド
ロキシエチルメタクリレート；ｎ−ブチルアセテート；エチレングリコールジア
セテート；トリアセチン（グリセロールトリアセテート）；ジエチルフマレート
；ジメチルマレエート；ジメチルグルタレート；ジメチルアジペート；２−アセ
チルオキシメチルフェノール；２−メタクリロイルオキシメチルフェノール；２
−サリチロイルオキシメチルフェノール；２−アセチルオキシメチルフェノ−ル
アセテート；２，６−ジアセチルオキシメチルｐ−クレゾール；２，６−ジアセ
チルオキシメチルｐ−クレゾールアセテート；２，４，６−トリアセチルオキシ
メチルフェノール；２，４，６−トリアセチルオキシメチルフェノールアセテー
ト；２，６−ジアセチルオキシメチルフェノールアセテート；２，２′，６，６
′−テトラセチルオキシメチルビスフェノールＡ；および２，２′，６，６′−
テトラアセチルオキシメチルビスフェノールＡジアセテートがあるが、これらに
限定されない。また炭素原子が約１ないし５個の鎖長を有する脂肪族アルコール
から誘導されるシアノアセテートも適当なエステル硬化剤を作る。ベンジルアル
コール、α，α−ジヒドロキシキシレノール、フェノール、アルキル置換フェノ
ール、ジヒドロキシベンゼン、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、または低
分子量レゾールのフマーレートおよびアセテートをエステル硬化剤として用いる
ことができる。エステル官能性硬化剤の混合物を用いるのが有利な場合がある。

【００４８】 エステル硬化剤は硬化した組成物の引張強度及び圧縮強度を増大させるのに十
分な量で存在する。該量は広範囲にわたる。エステル硬化剤はフェノールレゾー
ル樹脂の約５から４０重量％、好ましくは約１５から３０重量％の量で用いるこ
とができる。正確な量は用いられる特定エステル硬化剤および硬化が生じる温度
によって決まる。酸性メチレン化合物をエステル硬化剤とプレブレンドさせるた
めには、エステル硬化剤は液状エステル硬化剤の重量の約１から約１００％の量
で存在させることができる。プレブレンドしたエステル硬化剤とアルカリ性レゾ
ール結合剤を共に凝集体に結合させる場合には、この範囲は、酸性メチレン化合
物の合計重量を基準にして、酸性メチレン化合物の約０．５から約８％の添加を
見込む。

【００４９】 Ｃ₁ないしＣ₃アルキルホルメートのようなガス状エステルを、凝集体、リグノ
セルロース複合体、および低密度物品中、または結合剤を繊維もしくは紙基質に
適用する場合の硬化におけるエステル硬化剤として用いることができる。ガス状
エステル硬化剤としてメチルアセテートを用いることもできる。ガス状エステル
を硬化剤として用いる場合には、該エステルは通常樹脂結合剤とプレブレンドす
るよりはむしろ当該技術分野で周知のようにガスとして成形物品に供給する。

【００５０】 アルキルホルメートの比揮発度がガス状硬化剤としての使用を可能にする。し
たがって、大気圧下で約３１．５℃の沸点を有する揮発性液体であるメチルホル
メートが概して適当な硬化剤である。外界温度において、メチルホルメートは、
液体メチルホルメート中にキャリヤーガスを通すと、濃厚なメチルホルメート蒸
気を生成するほど揮発性である。典型的な用途では、処理を容易にするために、
ガス状エステルを加熱する。エチルおよびプロピルホルメートはメチルホルメー
トよりも揮発性が劣るけれども、エシテル硬化剤として用いることもできる。

【００５１】 キャリヤーガス中のホルメートの濃度は典型的には少なくとも１０容量％であ
って、約２０から約９９容量％にわたることができる。用いられるアルキルホル
メートの総量はフェノール樹脂溶液の重量を基準にして、典型的には約１０から
約１０重量％である。適当なガス発生に要する時間は中子または鋳型のサイズ及
び複雑性ならびに使用した特定樹脂によって決まる。ガス発生法は米国特許第４
，４６８，３５９号に詳細に記載されている。

【００５２】 鋳物業界で通常用いられる凝集体物質にはけい砂、建築用凝集体、石英、クロ
マイト砂、ジルコン砂、オリビン砂等がある。以前にエステル硬化アルカリ性フ
ェノール樹脂結合剤、または他の結合剤系と結合していたと思われる砂である再
生砂を使用することもできる。

【００５３】 Ｂａｄｇｅｒ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｒｌｉｎ，Ｗｉ
ｓｃｏｎｓｉｎからＦ−５５７４という商品名で市販される砂が、中子及び鋳型
の製造ならびに本発明の態様の試験に有用である。同様に、Ｆａｉｒｍｏｕｎｔ
Ｍｉｎｅｒａｌｓ，Ｗｅｄｒｏｎ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓの１部門であるＷｅｄｒ
ｏｎ ＳｉｌｉｃａからＷｅｄｒｏｎ５３０という商品名で販売されている砂も
有用である。Ｎｕｇｅｎｔ Ｓａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍｕｓｋｅｇｏｎ，Ｍ
ｉｃｈｉｇａｎからＮｕｇｅｎｔ４８０という商品名で市販されている砂を使用
することもできる。結合剤系中にアルカリ性レゾールを用いる場合には、砂の種
類が結合凝集体の強度の発現に影響する。

【００５４】 鋳物用中子および鋳型 概して、本発明の態様にしたがって鋳物用中子および鋳型を作る方法は凝集体
物質と少なくとも結合量のフェノルレゾール成分とを混合することを含む。続い
て凝集体物質に酸性メチレン化合物を加えることができる。好ましくは、本発明
によって鋳物用中子及び鋳型を作る方法は凝集体物質と、前記酸性メチレン化合
物を含有する、少なくとも結合量の変性フェノールレゾール成分とを混合するこ
とを含み、この場合に変性フェノ−ルレゾ−ル成分は酸性メチレン化合物を含有
する。ノーベーク法を用いて凝集体混合物を硬化させる場合には、同様に適当な
液状エステル硬化剤を凝集体物質と混合する。たとえば混合物を適当なコアボッ
クスまたは型の中に分布させるように、混合物を適当に処理する。混合物を硬化
させて成形物をつくる。

【００５５】 成形後にガス状エステル硬化剤を用いて、混合物中にエステル硬化剤を通す場
合以外は諸成分と凝集体物質とを混合する順序に重要性はない。他方ノーベーク
法の場合には、成分間の早期反応が行われないようにエステル硬化剤を組成物の
最後の成分として加えるのが好ましい。諸成分は粉砕機、連続式混合機、リボン
ブレンダー等のような適当な混合装置で、同時にまたは次々に凝集体物質と混合
すると同時に絶えず混合物を撹拌して凝集体粒子の均質な被覆を確実に行う。

【００５６】 混合物をコールドボックス法によって硬化させる場合には、混合物を所望のよ
うに成形した後、さきに述べたように蒸気状のエステル硬化剤で混合物にガス処
理を行う。十分なエステル硬化剤を成形混合物中に通して、成分間に実質的に完
全な反応を行わせる。いうまでもなく、エステル硬化剤の流量は成形混合物のサ
イズのみならずその中のフェノール樹脂の量によって決まる。

【００５７】 しかし、対照的に、混合物をノーベーク法によって硬化させる場合には、エス
テル硬化剤は通常液状でフェノールレゾール成分とともに凝集体物質に加える。
ついで混合物を成形し、成分間の反応が実質的に完了するまで、単に硬化させて
鋳物用中子または鋳型のような成形品にする。他方、エステル硬化剤は、諸成分
で凝集体物質を被覆する前に、レゾール成分と混合することもできる。

【００５８】 したがって、鋳物砂、結合量のフェノルレゾール、および酸性メチレン化合物
とエステル硬化剤との混合物をそのように処理することによって、鋳物砂と、フ
ェノールレゾール、酸性メチレン成分、およびエステル硬化剤の反応生成物を含
む結合量の結合剤組成物とを含む鋳物用中子または鋳型が形成される。

【００５９】 上記のように調製された中子の引張強度をＴｈｗｉｎｇ−Ａｌｂｅｒｔ Ｔｅ
ｎｓｉｌｅ Ｔｅｓｔｅｒ（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，Ｐａ．）を用いて測定
した。この装置は「ドッグ・ボーン状」（“ｄｏｇ−ｂｏｎｅ−ｓｈａｐｅｄ”
）試験用中子の両端を収容するジョーからなる。ジョーが相互に離れて動くよう
に試験用中子の両端に負荷をかける。試験用中子が破壊するまで負荷を増大し続
ける。この時点の負荷を引張強度と呼び、これはｐｓｉ（ポンド／平方インチ）
単位を有する。

【００６０】 本発明およびその好ましい態様の利点を、本発明の実施を説明する下記実施例
によって十分に実証する。これら実施例中および明細書中の他の場所において、
特に指示しない限り、部および百分率は重量単位であり、温度は摂氏度である。

【００６１】 試験用中子−コールドボックスの例 試験用中子は下記方法によって調製した：約２．５ｋｇの量の洗浄、乾燥した
凝集体物質にかなりの量の本発明のフェノールレゾールまたは変性フェノール結
合剤を加えて、混合物をＨｏｂａｒｔ Ｋｉｔｃｈｅｎ Ａｉｄ Ｍｉｘｅｒで
約３分間撹拌した。ついでこの混合物を直ちに使用して、標準コアボックスでｓ
ｔａｎｄａｒｄ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｆｏｕｎｄｒｙｍｅｎ Ｓｏｃｉｅｔｙの
１インチのドッグ・ボーン引っ張り試験体を作った。中子は蒸気状メチルホルメ
ートを用いて室温で硬化させ、配合物を作った後、種々の時間間隔で試料を破壊
した。中子は試験されるまで、室温の開放実験室環境に貯蔵した。引張強度の測
定は前記のように行った。３ないし４回の引張強度測定値の平均値を記録した。

【００６２】 試験用中子−ノーベークの例 試験用中子は下記方法で調製した：約２．５ｋｇの量の洗浄、乾燥した凝集体
物質にかなりの量の本発明のフェノールレゾールまたは変性結合剤を加えて、混
合物をＨｏｂａｒｔ Ｋｉｔｃｈｅｎ Ａｉｄ Ｍｉｘｅｒで１分間撹拌した。
ついで、液状エステル硬化剤を加えた。この混合物をさらに３０秒間撹拌した後
、直ちに使用て、Ｄｉｅｔｅｒｔ ６９６コアボックスでＡｍｅｒｉｃａｎ Ｆ
ｏｕｎｄｒｙｍｅｎ Ｓｏｃｉｅｔｙの標準１インチのドッグ・ボーン引張試験
体を作った。中子は室温で硬化させ、混合物を作った後、種々の時間間隔で試料
を破壊した。中子は試験するまで、室温の開放実験室環境に貯蔵した。引張強度
の測定は前記のように行った。３ないし４回の引張強度測定値の平均値を記録し
た。

【００６３】 実施例１−フェノールレゾールに２，４−ペンタンジオンを添加する効果 この実施例では、重量対重量ベースで２．５％の２，４−ペンタンジオンをＢ
ＥＴＡＳＥＴ ９５１２と混合して、変性結合剤を作った。この変性結合剤を、
砂の重量を基準にして、結合剤の約１．７５％の量でＦ−５５７４にブレンドし
た。前記のようにエステル硬化剤としてメチルホルメートを使用して試験用中子
を作った。引張強度の結果を下記表１に実施例１として示した。対照の中子は砂
の重量を基準にして１．７５％のＢＥＴＡＳＥＴ ９５１２とＦ−５５７４砂と
を用いて作った。対照中子の引張強度の結果は下記表１に対照１として示す。 表１． コールドボックス法における引張強度の向上 １．７５％結合剤；Ｆ−５５７４砂（２１℃） 引張強度、ｐｓｉ中子の経時 対照１ 実施例１ 向上、％ １分 １１６ １５６ ２５．６ ３０分 １６７ ２３８ ２９．８ ２４時間 ２１７ ２８０ ２２．５ 表１の結果が示すように、本発明の変性結合剤の使用は引張強度の思いがけな
い向上をもたらす。したがって、ＢＥＴＡＳＥＴ ９５１２に２，４−ペンタン
ジオンを添加すると、中子の引張強度は平均２５％以上向上した。

【００６４】 実施例２および３−引張強度に及ぼすｐＨおよび２，４−ペンタンジオン 使用の影響 この実施例では、重量対重量基準で、２．５％の２，４−ペンタンジオンをＢ
ＥＴＡＳＥＴ ９５１２と混合して変性結合剤を作った。４５％水酸化カリウム
（ＫＯＨ）水溶液を用い、変性結合剤の重量を基準にして約２％の量を添加して
変性結合剤の一部をｐＨ調節した。ＫＯＨの添加は、それ自体公称約１２のｐＨ
を有するＢＥＴＡＳＥＴ ９５１２のアルカリ度をさらに高める。このｐＨ調節
変性結合剤、純変性結合剤，およびＢＥＴＡＳＥＴ ９５１２からなる対照の引
張強度の向上性を比較した。各結合剤をＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ａｇｇｒｅ
ｇａｔｅ砂に、砂の重量を基準にして結合剤の約２．２０％の量でブレンドした
。前記のように、エステル硬化剤としてメチルホルメートを用いて試験用中子を
作った。引張強度の結果を下記表２に示す。 表２． コールドボックス法における引張強度の向上に及ぼすｐＨの影響 ２．２０％結合剤；Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ａｇｇｒｅｇａｔｅ （約２０℃） 引張強度、ｐｓｉ中子の経時 対照２ 実施例２ 実施例３ ｐＨ＝１２．１９ ｐＨ＝１１．９４ ｐＨ＝１２．１３ ＋２％ＫＯＨ １分 １０５ １２３ １２９ ３０分 １２３ １５５ １５５ ９６時間 １６２ １９５ １９６ 表２の結果が示すように、酸性メチレン化合物を含有する結合剤の使用はＣｏ
ｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ａｇｇｒｅｇａｔｅに該結合剤を用いて作った中子の引
張強度に著しい向上をもたらす。実施例３において、２％ＫＯＨの添加は引張強
度の向上に有害ではなかった。 実施例４および５−引張強度に及ぼすｐＨ、試料の経時、および２，４−ペン タンジオン使用の影響 この実施例では、重量対重量ベースで２．５％の２，４−ペンタンジオンをＢ
ＥＴＡＳＥＴ ９５１２と混合して変性結合剤を作った。変性結合剤の重量を基
準にして、約２％の量の４５％水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を添加して変性
結合剤の一部をｐＨ調節した。このｐＨ調節変性結合剤、純変性結合剤、および
ＢＥＴＡＳＥＴ ９５１２からなる対照を、試験にかける前に室温に７日間放置
した。７日間経過後、各結合剤をＦ−５５７４砂と、砂の重量を基準にして結合
剤の１．７５％の量でブレンドした。前記のように、エステル硬化剤としてメチ
ルホルメートを用いて試験用中子を作った。引張強度の結果を下記表３に示す。
表３． コールドボックス法における引張強度の向上に及ぼすＫＯＨおよび試料 の経時の影響−室温７日間経時試料 １．７５％結合剤；Ｆ−５５７４砂（１８．０℃） 引張強度、ｐｓｉ中子の経時 対照３ 実施例４ 実施例５ ＋２％ＫＯＨ １分 １０６ １２７ １３５ ３０分 １４６ １９８ １８４ ７２時間 １９８ ２１１ ２１９ 表３の結果は、Ｆ−５５７４砂の場合に、酸性メチレン化合物の使用が引張強
度の向上をもたらすだけでなく、２％ＫＯＨの添加がさらに一層引張強度の向上
を実現できることを示す。たとえば、中子の経時１分において、変性結合剤への
２％ＫＯＨの添加は変性結合剤単独使用と比べて引張強度の５．９％の向上をも
たらす。これは、引張強度が変性結合剤のアルカリ度をさらに増すことによって
引張強度をさらに一層向上できることを示唆する。しかし、塩基のこれ以上の添
加は不要である。 実施例６−引張強度に及ぼすｐＨおよび２，４−ペンタンジオン使用の影響 この実施例では、重量対重量ベースで、２．５％の２，４−ペンタンジオンを
ＢＥＴＡＳＥＴ ９５１２と混合して、変性結合剤を作った。変性結合剤の重量
を基準にして約２％の量の４５％水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いて、変
性結合剤の一部をｐＨ調節した。このｐＨ調節変性結合剤、純変性結合剤、及び
ＢＥＴＡＳＥＴ ９５１２からなる対照の引張強度の向上性を比較した。各結合
剤を５３０砂と、砂の重量を基準にして結合剤の約１．７５％の量でブレンドし
た。前記のように、これもエステル硬化剤としてメチルホルメートを用いて試験
用中子を作った。引張強度の結果を下記表４に示す。 表４． コールドボックス法における引張強度の向上 添加ＫＯＨの影響 １．７５％結合剤；５３０砂（２５．０℃） 引張強度、ｐｓｉ中子の経時 対照４ 実施例６ 向上、％ ＋２％ＫＯＨ １分 １０８ １３９ ２２．３ ３０分 １３９ １９６ ２９．１ ２４時間 １８１ ２２０ １７．７ 表４に示すように、５３０砂を用いる場合に、ｐＨ調節変性結合剤の使用は引
張強度の著しい向上をもたらす。表４に示される結果における向上の大きさは、
５３０砂以外の砂を用いた場合に実現する結果と一致する。 実施例７−引張強度に及ぼすｐＨおよび２，４−ペンタンジオン使用の影響 この実施例では、重量対重量ベースで２．５％の２，４−ペンタンジオンをＢ
ＥＴＡＳＥＴ ９５１２と混合して変性結合剤を作った。変性結合剤の重量を基
準にして、約２％の量の４５％水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を加えて、変性
結合剤の一部をｐＨ調節した。ｐＨ調節変性結合剤、純変性結合剤、およびＢＥ
ＴＡＳＥＴ ９５１２からなる対照について引張強度向上性を比較した。各結合
剤を４８０砂と、砂の重量を基準にして結合剤の約２．００％の量でブレンドし
た。前記のように、エステル硬化剤としてメチルホルメートを用いて試験用中子
を作った。引張強度の結果を下記表５に示す。 表５． コールドボックス法における引張強度の向上 添加ＫＯＨの影響 ２．０％結合剤；４８０砂（２５．０℃） 引張強度、ｐｓｉ中子の経時 対照５ 実施例７ 向上％ ＋２％ＫＯＨ １分 １１３ １３２ １４．４ ３０分 １５０ １６８ １０．７ ２４時間 １７７ １８９ １２．０ 前記のように、結合剤中に酸性メチレン化合物を用いると、酸性メチレン化合
物を用いない場合に実現するよりも大きな引張強度をもたらす。本実施例も、結
合剤を改善させるために酸性メチレン化合物を使用する効果は試験に用いた砂の
種類によって変わることを実証するのに役立つ。

【００６５】 実施例８、９および１０−コールドボックス法における引張強度の向上 多量の２，４−ペンタンジオンの影響 下記実施例において、試験用中子の引張強度に及ぼす、多量の酸性メチレン化
合物のフェノールレゾールへの添加の影響を示す。これら実施例において、重量
対重量ベースで１％、２．５％及び５％の２，４−ペンタンジオン（“２，４−
ＰＤ”）をＢＥＴＡＳＥＴ ９５１２の別々の試料と混合して、一連の変性結合
剤を作った。この変性結合剤及びＢＥＴＡＳＥＴ ９５１２からなる対照の引張
強度向上性を比較した。各結合剤をＦ−５５７４砂と、砂の重量を基準にして結
合剤の約１．７５％の量でブレンドした。前記のようにエステル硬化剤としてメ
チルホルメートを用いて、試験用中子を作った。引張強度の結果を下記表６に示
す。 表６． コールドボックス法における引張強度の向上 ２，４−ペンタンジオンの量の影響 １．７５％結合剤；Ｆ−５５７４砂（約２０℃）中子の経時 対照６ 実施例８ 実施例９ 実施例１０ ｐＨ １２．４ １２．２ １２．１ １２．０２，４−ＰＤ添加％ ０％ １％ ２．５％ ５％ 引張強度、ｐｓｉ １分 １１７ １４５ １５７ １５２ ３０分 １５５ ２１９ ２２８ ２３２ ２４時間 ２１３ ２４３ ２５５ ２３９ 表６のデータが示すように、酸性メチレン化合物の量が０％から２．５％に増
大するにつれて、引張強度の著しい増大がある。意外なことに、上記実施例の結
果では、酸性メチレン化合物の量を２．５％から５％に増大させても、試験用中
子の引張強度はそれ以上の増大をもたらさない。

【００６６】 実施例１１−コールドボックス法における引張強度の向上 ナトリウムベースの樹脂の使用 本実施例では、重量対重量ベースで、２．５％の２，４−ペンタンジオンをＡ
ＬＰＨＡＳＥＴ ９０４０と混合して、変性結合剤を作った。この変性結合剤と
ＡＬＰＨＡＳＥＴ ９０４０からなる対照との引張強度向上性を比較した。各結
合剤をＦ−５５７４砂と、砂の重量を基準にして結合剤の約１．７５％の量でブ
レンドした。前記のように、エステル硬化剤としてメチルホルメートを用いて試
験中子を作った。引張強度の結果を下記表７に示す。 表７． ナトリウムベースの樹脂を用いるコ−ルドボックス法における引張強度 の向上 １．７５％結合剤；Ｆ−５５７４砂（２５℃）中子の経時 対照７ 実施例１１ 向上％ １分 ７８ １０３ ３２．１ ３０分 ９６ １２１ ２６．０ ２４時間 ５８ １４０ １４１．０ 表７のデータによって明らかに示されるように、本発明の変性結合剤の使用は
、メチルホルメートで硬化させたナトリウムベースの樹脂の引張強度の改善にお
いて予期しない向上をもたらす。前記のように、中子の引張強度は、最大の改善
で１４０％以上向上した。 実施例１２および１３−１，３−シクロヘキサンジオンで変性したカリウムベー スの樹脂を用いるコールドボックス法における引張強度の向上 この実施例では、重量対重量ベースで１％ならびに２．５％の１，３−シクロ
ヘキサンジオン（“１，３−ＣＨＤ”）をＢＥＴＡＳＥＴ ９５１２と混合して
、２種類の変性結合剤を作った。これら変性結合剤及びＢＥＴＡＳＥＴ ９５１
２からなる対照の引張強度の向上性を比較した。各結合剤を５３０砂と、砂の重
量を基準にして結合剤の約１．７５％の量でブレンドした。前記のように、エス
テル硬化剤としてメチルホルメートを用い試験用中子を作った。引張強度の結果
を下記表８に示す。 表８． コールドボックス法における引張強度の向上 １，３−シクロヘキサンジオン添加の影響 １．７５％結合剤；５３０砂（２５℃）中子の経時 対照８ 実施例１２ 実施例１３ ＋１％１，３−ＣＨＤ ＋２．５％１，３−ＣＨＤ １分 １２２ １４４ １５４ ３０分 １７２ ２０６ ２１７ ２４時間 ２１４ ２２４ ２０５ 表８のデータに示されるように、本発明の変性結合剤には１，３−シクロヘキ
サンジオンも有用であり、その使用はメチルホルメートで硬化させた樹脂の引張
強度の改善において予期しない向上をもたらす。前記のように、中子の引張強度
は最大の改善で２５％以上向上した。 実施例１４−マロノニトリルで変性した樹脂を用いるコールドボックス法におけ る引張強度の向上 本実施例において、重量対重量ベースで２．５％のマロノニトリルをＡＬＰＨ
ＡＳＥＴ ９０４０と混合して、変性結合剤を作った。前記のように、ＡＬＰＨ
ＡＳＥＴ ９０４０はナトリウムベースの樹脂である。この変性結合剤およびＡ
ＬＰＨＡＳＥＴ ９０４０からなる対照について引張強度向上性を比較した。各
結合剤をＦ−５５７４砂と、砂の重量を基準にして結合剤の約１．７５％の量で
ブレンドした。前記のように、エステル硬化剤としてメチルホルメートを用い、
試験用中子を作った。引張強度の結果を下記表９に示す。 表９． コールドボックス法における引張強度の向上 マロノニトリル添加の影響 １．７５％結合剤；Ｆ−５５７４砂（２５℃）中子の経時 対照９ 実施例１４ ＡＬＰＨＡＳＥＴ ９０４０ １分 ８０ ８４ ３０分 ８６ ９４ ２４時間 ２４ ３１ 表９のデータで明らかなように、本発明の変性結合剤としてマロノニトリルも
有用であり、その使用はメチルホルメートで硬化させた樹脂の引張強度の改善に
おいて予期しない向上を示す。前記のように、中子の引張強度は最大の改善にお
いて２０％以上向上した。

【００６７】 下記実施例はノーベーク用途における有用な本発明の態様を示す。結合剤系と
凝集体とを混合し、該混合物からドッグ・ボーン状試験用中子を作り、そして硬
化させた中子を試験するのに用いた方法は前記同様である。 実施例１５−ノーべーク法における引張強度の向上に及ぼす２，４−ペンタンジ オン使用の影響 本実施例では、重量対重量ベースで２．５％の２，４−ペンタンジオンをＡＬ
ＰＨＡＳＥＴ ９０４０と混合して、変性結合剤を作った。この変性結合剤およ
びＡＬＰＨＡＳＥＴ ９０４０からなる対照について引張強度向上性を比較した
。各結合剤を５３０砂と、砂の重量を基準にして結合剤の約１．５０％の量でブ
レンドした。γ−ブチロラクトンおよび、γ−ブチロラクトンに溶解させた少量
の通常のノボラック樹脂を含むエステル硬化剤を、使用結合剤の量を基準にして
３０％を添加した。前記のように試験用中子を作った。引張強度の結果を下記表
１０に示す。 表１０． ノーベーク法における引張強度の向上 １．５０％結合剤；３０％エステル硬化剤；５３０砂（２５℃） 引張強度、ｐｓｉ中子の経時 対照１０ 実施例１５ 向上％ １時間 ７９ ８４ ６．３ ２時間 ７７ ９６ ２４．７ ２４時間 １００ １２８ ２４．３ 表１０の結果が示すように、本発明の変性結合剤の使用は引張強度の予期しな
い向上をもたらす。したがって、ＡＬＰＨＡＳＥＴ ９０４０に２，４−ペンタ
ンジオンを添加すると、中子の引張強度は最大の改善においてほゞ２５％向上し
た。

【００６８】 本発明によって、鋳物用中子及び鋳型を結合させるために、エステル硬化剤と
共に使用する改良フェノール性結合剤組成物が提供された。また、本発明によっ
て、エステル硬化フェノール樹脂ならびにそのような改良結合剤組成物を用いて
作った鋳物用中子及び鋳型の強度を向上させる方法も提供された。さらに本発明
によって、強アルカリ条件下でレゾール、エステル硬化剤、および酸性メチレン
化合物の反応生成物に関する組成物が提供される。本発明を特定態様及び多くの
代替法について述べたけれども、前記の説明に照らして当業者には改良及び変更
は明らかであろう。したがって、添付クレームの精神及び範囲内に含まれるすべ
てのこのような代替法、変更態様および変形を包含するつもりである。

【手続補正書】

【提出日】平成１４年５月１６日（２００２．５．１６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項８

【補正方法】変更

【補正の内容】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ， ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，Ｃ Ｚ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ， ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，Ｌ Ｒ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ， ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，Ｔ Ｒ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ホワイト，ケニース・ビー アメリカ合衆国イリノイ州60193，シャウ ムバーグ，アンドリュー・レーン 120 Ｆターム(参考） 4E092 AA19 AA21 AA26 AA46 BA04 CA03 CA10 DA02 4J002 CC031 CC041 CC051 CC061 EH007 EH037 EH047 EH067 EH096 EL057 EL067 EL087 EP026 ET006 FD146 FD147 GT00

Claims (51)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１０．５のｐＨを有するフェノールレゾール；お
   よび酸性メチレン化合物を含む硬化可能な結合剤組成物。
2. 【請求項２】 該フェノールレゾールが約１０．５から約１３．５に及ぶｐ
   Ｈを有する請求項１記載の組成物。
3. 【請求項３】 該酸性メチレン化合物が下式の化合物： Ｚ−ＣＨ₂−Ｚ′ （式中、Ｚ及びＺ′は同一または異なることができ、かつ−ＣＮ、−ＣＯ₂Ｒ、
   −ＣＯＮＲ₂″、−ＣＯＮＨＲ″、 【化１】 ならびにこれらの組合せを含むことができ；さらに同一または異なることができ
   るＲ、Ｒ′及びＲ″はＣ₁ないしＣ₁₀炭素原子を有する分枝および非分枝状アル
   キルおよびアルケニル基、ならびに置換アリール基を含むアリール基からなる群
   から選ばれる）である請求項１記載の組成物。
4. 【請求項４】 該化合物がマロノニトリルである請求項３記載の酸性メチレ
   ン化合物。
5. 【請求項５】 該酸性メチレン化合物が下式の化合物： 【化２】 （式中、ＲおよびＲ′は同一又は異なることができ、かつＣ₁ないしＣ₁₀炭素原
   子を有する分枝及び非分枝状アルキルおよびアルケニル基、ならびに置換アリー
   ル基を含むアリール基を含む）である請求項１記載の組成物。
6. 【請求項６】 該化合物が２，４−ペンタンジオンである請求項５記載の酸
   性メチレン化合物。
7. 【請求項７】 該酸性メチレン化合物が下式の化合物： 【化３】 （式中、ｎ≧２；および 式中、ＲおよびＲ′は同一または異なることができ、かつ水素、置換アリール基
   を含むアリール基、ならびにＣ₁ないしＣ₁₀炭素原子を有するアルキルおよびア
   ルケニル基を含むことができる）である請求項１記載の組成物。
8. 【請求項８】 該化合物が１，３−シクロヘキサンジオンである請求項７記
   載の酸性メチレン化合物。
9. 【請求項９】 該酸性メチレン化合物が、該結合剤組成物の総重量を基準に
   して約０．５から約８％の量で存在する請求項１記載の組成物。
10. 【請求項１０】 該フェノールレゾールがカリウムベースの樹脂である請求
    項１記載の組成物。
11. 【請求項１１】 該カリウムベースの樹脂がＢＥＴＡＳＥＴ ９５１２であ
    る請求項１０記載の組成物。
12. 【請求項１２】 該フェノールレゾールがナトリウムベースの樹脂である請
    求項１記載の組成物。
13. 【請求項１３】 該ナトリウムベースの樹脂がＡＬＰＨＡＳＥＴ ９０４０
    である請求項１２記載の組成物。
14. 【請求項１４】 さらに塩基を含む請求項１記載の組成物。
15. 【請求項１５】 該塩基が水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチ
    ウム、およびこれらの混合物からなる群から選ばれる請求項１４記載の組成物。
16. 【請求項１６】 エステル硬化剤；および酸性メチレン化合物を含むエステ
    ル硬化剤組成物。
17. 【請求項１７】 該酸性メチレン化合物が下式の化合物： Ｚ−ＣＨ₂−Ｚ′ （式中、ＺおよびＺ′は同一または異なることができ、かつ−ＣＮ、−ＣＯ₂Ｒ
    、−ＣＯＮＲ₂″、−ＣＯＮＨＲ″、 【化４】 ならびにこれらの組合せを含むことができ；さらに同一または異なることができ
    るＲ、Ｒ′およびＲ″はＣ₁ないしＣ₁₀炭素原子を有する分枝及び非分枝状アル
    キルおよびアルケニル基、ならびに置換アリール基を含むアリール基からなる群
    から選ばれる）である請求項１６記載の組成物。
18. 【請求項１８】 該酸性メチレン化合物が下式の化合物： 【化５】 （式中、ｎ≧２；および 式中、ＲおよびＲ′は同一または異なることができ、かつ水素、置換アリール基
    を含むアリール基、ならびにＣ₁ないしＣ₁₀炭素原子を有するアルキルおよびア
    ルケニル基を含むことができる）である請求項１６記載の組成物。
19. 【請求項１９】 該酸性メチレン化合物が該エステル硬化剤の重量の約１か
    ら約９９％の量で存在する請求項１６記載の組成物。
20. 【請求項２０】 該エステル硬化剤がトリアセチン、ジメチルグルタレート
    、ジメチルアジペート、およびこれらの混合物からなる群から選ばれる請求項１
    ６記載の組成物。
21. 【請求項２１】 該エステル硬化剤がγ−ブチロラクトン、γ−バレロラク
    トン、カプロラクトン、β−プロピオラクトン、β−ブチロラクトン、β−イソ
    ブチロラクトン、β−イソペンチルラクトン、γ−イソペンチルラクトン、δ−
    ペンチルラクトン、および２種以上の前記の混合物からなる群から選ばれる請求
    項１６記載の組成物。
22. 【請求項２２】 少なくとも１０．５のｐＨを有するフェノールレゾール；
    エステル硬化剤；および 酸性メチレン化合物 を混合することによって得られる反応生成物を含む組成物。
23. 【請求項２３】 該フェノールレゾールが約１０．５から約１３．５に及ぶ
    ｐＨを有する請求項２２記載の組成物。
24. 【請求項２４】 該酸性メチレン化合物が下式の化合物： Ｚ−ＣＨ₂−Ｚ′ （式中、ＺおよびＺ′は同一または異なることができ、かつ−ＣＮ、−ＣＯ₂Ｒ
    、−ＣＯＮＲ₂″、−ＣＯＮＨＲ″、 【化６】 ならびにこれらの組合せを含むことができ；さらに同一または異なることができ
    るＲ、Ｒ′およびＲ″はＣ₁ないしＣ₁₀炭素原子を有する分枝および非分枝状ア
    ルキルおよびアルケニル基ならびに置換アリール基を含むアリール基からなる群
    から選ばれる）である請求項２２記載の組成物。
25. 【請求項２５】 該酸性メチレン化合物が下式の化合物： 【化７】 （式中、ｎ≧２；および 式中、ＲおよびＲ′は同一または異なることができ、かつ水素、置換アリール基
    を含むアリール基、ならびにＣ₁ないしＣ₁₀炭素原子を有するアルキルおよびア
    ルケニル基を含むことができる）である請求項２２記載の組成物。
26. 【請求項２６】 該酸性メチレン化合物が該フェノールレゾールと該酸性メ
    チレン化合物との合計重量を基準にして約０．５から約８％の量で存在する請求
    項２２記載の組成物。
27. 【請求項２７】 該フェノールレゾールがカリウムベースの樹脂である請求
    項２２記載の組成物。
28. 【請求項２８】 該カリウムベースの樹脂がＢＥＴＡＳＥＴ ９５１２であ
    る請求項２７記載のフェノールレゾール。
29. 【請求項２９】 該フェノールレゾールがナトリウムベースの樹脂である請
    求項２２記載の組成物。
30. 【請求項３０】 該ナトリウムベースの樹脂がＡＬＰＨＡＳＥＴ ９０４０
    である請求項２９記載のフェノールレゾール。
31. 【請求項３１】 フェノールレゾール、エステル硬化剤、および塩基を反応
    させてキノンメチドを得；そして その後該キノンメチドをカルボアニオンと反応させて反応生成物を得る ことによって得られる該反応生成物を含む組成物。
32. 【請求項３２】 該カルボアニオンが酸性メチレン化合物と塩基との平衡生
    成物である請求項３１記載の組成物。
33. 【請求項３３】 該酸性メチレン化合物が下式の化合物： Ｚ−ＣＨ₂−Ｚ′ （式中、ＺおよびＺ′は同一または異なることができ、かつ−ＣＮ、−ＣＯ₂Ｒ
    、−ＣＯＮＲ₂″、−ＣＯＮＨＲ″、 【化８】 ならびにこれらの組合せを含むことができ；さらに同一または異なることができ
    るＲ、Ｒ′およびＲ″はＣ₁ないしＣ₁₀炭素原子を有する分枝および非分枝状ア
    ルキルおよびアルケニル基、ならびに置換アリール基を含むアリール基から選ば
    れる）である請求項３２記載の組成物。
34. 【請求項３４】 該酸性メチレン化合物が下式の化合物： 【化９】 （式中、ｎ≧２；および 式中、ＲおよびＲ′は同一または異なることができ、かつ水素、置換アリール基
    を含むアリール基、ならびにＣ₁ないしＣ₁₀炭素原子を有するアルキルおよびア
    ルケニル基を含むことができできる）である請求項３２記載の組成物。
35. 【請求項３５】 該酸性メチレン化合物が該フェノールレゾールと該酸性メ
    チレン化合物との合計重量を基準にして約０．５から約８％の量で存在する請求
    項３２記載の組成物。
36. 【請求項３６】 成形鋳造品の調製法であって、該方法が、実質的に均質の
    プレミックスが得られるまで、 凝集体； 少なくとも１０．５のｐＨを有するフェノールレゾール； エステル硬化剤；および 酸性メチレン化合物 を混合することによってプレミックスを調製し； 該プレミックスを所望の形状に成形して成形プレミックスを生成させ；そして その後、該成形プレミックスを硬化させて成形鋳造品を得る 工程を含む方法。
37. 【請求項３７】 該フェノールレゾールが約１０．５から約１３．５に及ぶ
    ｐＨを有する請求項３６記載の方法。
38. 【請求項３８】 該酸性メチレン化合物が、該フェノールレゾールと該酸性
    メチレン化合物との合計重量を基準にして約０．５から約８％の量で存在する請
    求項３６記載の方法。
39. 【請求項３９】 該酸性メチレン化合物をまず該フェノールレゾールとプレ
    ミックスする請求項３６記載の方法。
40. 【請求項４０】 該酸性メチレン化合物をまず該エステル硬化剤とプレミッ
    クスする請求項３６記載の方法。
41. 【請求項４１】 成形鋳造品の調製法であって、該方法が、実質的に均質の
    プレミックスが得られるまで、 凝集体； 少なくとも１０．５のｐＨを有するフェノールレゾール；および 酸性メチレン化合物 を混合することによりプレミックスを調製し； 該プレミックスを所望の形状に成形して成形プレミックスを生成させ；そして その後、エステル硬化剤を該成形プレミックスに適用することにより該成形プレ
    ミックスを硬化させて成形鋳造品を得る 工程を含む方法。
42. 【請求項４２】 該フェノルレゾールが約１０．５から約１３．５に及ぶｐ
    Ｈを有する請求項４１記載の方法。
43. 【請求項４３】 該酸性メチレン化合物が該フェノールレゾールと該酸性メ
    チレン化合物との合計重量を基準にして約０．５から約８％の量で存在する請求
    項４１記載の方法。
44. 【請求項４４】 該酸性メチレン化合物をまず該フェノ−ルレゾールとプレ
    ミックスする請求項４１記載の方法。
45. 【請求項４５】 少なくとも１０．５のｐＨを有するフェノールレゾール；
    および酸性メチレン化合物を混合することによって得られる生成物を含む結合剤
    組成物。
46. 【請求項４６】 該酸性メチレン化合物が下式の化合物： Ｚ−ＣＨ₂−Ｚ′ （式中、ＺおよびＺ′は同一または異なることができ、かつ−ＣＮ、−ＣＯ₂Ｒ
    、−ＣＯＮＲ₂″、−ＣＯＮＨＲ″、 【化１０】 ならびにこれらの組合せを含むことができ；さらに同一または異なることができ
    るＲ、Ｒ′およびＲ″はＣ₁ないしＣ₁₀炭素原子を有する分枝および非分枝状ア
    ルキルおよびアルケニル基、ならびに置換アリール基を含むアリール基からなる
    群から選ばれる）である請求項４５記載の方法。
47. 【請求項４７】 該酸性メチレン化合物が下式の化合物： 【化１１】 （式中、ＲおよびＲ′は同一または異なることができ、かつＣ₁ないしＣ₁₀炭素
    原子を有する分枝および非分枝状アルキルおよびアルケニル基，ならびに置換ア
    リール基を含むアリール基を包含する）である請求項４５記載の組成物。
48. 【請求項４８】 該酸性メチレン化合物が下式の化合物： 【化１２】 （式中、ｎ≧２；および 式中、ＲおよびＲ′は同一または異なることができ、かつ水素、置換アリール基
    を含むアリール基、ならびにＣ₁ないしＣ₁₀炭素原子を有するアルキルおよびア
    ルケニル基を含むことができる）である請求項４５記載の組成物。
49. 【請求項４９】 該酸性メチレン化合物が該結合剤組成物の総重量を基準に
    して約０．５から約８％の量で存在する請求項４５記載の組成物。
50. 【請求項５０】 該フェノールレゾールがカリウムベースの樹脂である請求
    項４５記載の組成物。
51. 【請求項５１】 該フェノールレゾールがナトリウムベースの樹脂である請
    求項４５記載の組成物。