JP2011131236A - 鋳型造型用粘結剤組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フラン樹脂及びフェノール樹脂を含有する鋳型造型用粘結剤組成物であって、前記フェノール樹脂の重量平均分子量が6000〜50000である、鋳型造型用粘結剤組成物および該鋳型造型用粘結剤組成物を用いた鋳型の造型方法。
【選択図】図1
Description
本発明では、耐熱性や鋳型強度の観点から、酸硬化性樹脂としてフラン樹脂を使用する。フラン樹脂としては、従来公知のものが使用でき、例えば、フルフリルアルコール、フルフリルアルコールとアルデヒド類の縮合物、フルフリルアルコールとメラミンとアルデヒド類の縮合物、及びフルフリルアルコールと尿素とアルデヒド類の縮合物よりなる群から選ばれる1種からなるものや、これらの群から選ばれる2種以上の混合物からなるものが使用できる。また、これらの群から選ばれる2種以上の共縮合物からなるものも使用できる。フルフリルアルコールは、非石油資源である植物から製造できるため、地球環境の観点からも、上記列挙したフラン樹脂を使用することが好ましい。コストの観点、及び抜型時の鋳型の柔軟性を向上させることで鋳型の割れを防ぐ観点から、フルフリルアルコールと尿素とアルデヒド類の縮合物を使用するのが好ましく、該アルデヒド類としてはホルムアルデヒドを使用するのがより好ましい。鋳型の硬化速度の観点、及び抜型時の鋳型の柔軟性を向上させることで鋳型の割れを防ぐ観点から、フルフリルアルコールとメラミンとアルデヒド類の縮合物を使用するのが好ましく、該アルデヒド類としてはホルムアルデヒドを使用するのがより好ましい。
本発明の粘結剤組成物は、鋳型の硬化速度を速める観点、抜型時の鋳型の柔軟性を向上させることで鋳型の割れを防ぐ観点、及び最終的な鋳型強度を向上させることができる観点から、重量平均分子量6000〜50000のフェノール樹脂を含有する。フェノール樹脂の重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定されるポリスチレン換算で得られる。重量平均分子量の具体的な測定方法の一例は、後述する実施例において説明する。なお、本発明の粘結剤組成物に含有されるフェノール樹脂には、フラン環を含むフェノール樹脂は含まれない。
M2=S2/2
M3=S3/4
M4=S4/2−S5/2
M5=S5/2
[式中、S1はδ値が1.80〜2.50ppmのピーク面積(COCH3に帰属)、S2はδ値が3.00〜4.10ppmのピーク面積(PhCH2Phに帰属)、S3はδ値が4.10〜4.65ppmのピーク面積(PhCH2OCH2Phに帰属)、S4はδ値が4.65〜5.07ppmのピーク面積(PhCH2OAc、PhCH2OCH2OAcに帰属)、S5はδ値が5.07〜5.40ppmのピーク面積(PhCH2OCH2OAcに帰属)]
ヒドロキシメチル基の数=M4/M1
フェノール核当量=(M1×94+M2×12+M3×42+M4×30+M5×60)/M1
メチレン結合の数=M2/M1
本発明の粘結剤組成物中には、可使時間を長くし且つ抜型時間を短くする観点、鋳型の割れを防ぐ観点、及び最終的な鋳型強度を向上させる観点から、硬化促進剤が含まれていてもよい。硬化促進剤としては、最終的な鋳型強度を向上させる観点から、下記一般式(1)で表される化合物(以下、硬化促進剤(1)という)、フェノール誘導体、及び芳香族ジアルデヒドからなる群より選ばれる1種以上が好ましい。
本発明の粘結剤組成物中には、さらに水分が含まれてもよい。例えば、フルフリルアルコールとアルデヒド類の縮合物などの各種縮合物を合成する場合、水溶液状の原料を使用したり縮合水が生成したりするため、縮合物は、通常、水分との混合物の形態で得られるが、このような縮合物を粘結剤組成物に使用するにあたり、合成過程に由来するこれらの水分をあえて除去する必要はない。また、粘結剤組成物を取扱いやすい粘度に調整する目的などで、水分をさらに添加してもよい。ただし、水分が過剰になると、フラン樹脂の硬化反応が阻害されるおそれがあるため、粘結剤組成物中の水分含有量は0.5〜30重量%の範囲とすることが好ましく、粘結剤組成物を扱いやすくする観点と硬化反応速度を維持する観点から1〜10重量%の範囲がより好ましく、3〜7重量%の範囲が更に好ましい。また、可使時間を長くし且つ抜型時間を短くする観点、及び最終的な鋳型強度を向上させる観点から、10重量%以下とすることが好ましく、7重量%以下とすることがより好ましく、4重量%以下とすることが更に好ましい。
また、粘結剤組成物中には、さらにシランカップリング剤等の添加剤が含まれていてもよい。例えばシランカップリング剤が含まれていると、最終的な鋳型強度を向上させることができるため好ましい。シランカップリング剤としては、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシランや、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシシラン、ウレイドシラン、メルカプトシラン、スルフィドシラン、メタクリロキシシラン、アクリロキシシランなどが用いられる。好ましくは、アミノシラン、エポキシシラン、ウレイドシランである。シランカップリング剤の粘結剤組成物中の含有量は、最終的な鋳型強度の観点から、0.01〜0.5重量%であることが好ましく、0.05〜0.3重量%であることがより好ましい。
東ソー株式会社製ゲル濾過クロマトグラフSC−8020シリーズ・ビルドアップシステム(カラム:G2000HXL+G4000HXL、検出器:UV254nm、キャリヤ:テトラヒドロフラン1mL/分、カラム温度:38℃)を用い、標準ポリスチレン換算で重量平均分子量を求めた。
JIS M 8813に示されるケルダール法にて測定を行った。
混練直後の混練砂を直径50mm、高さ50mmの円柱形状のテストピース枠に充填した。充填後5時間経過した時に抜型を行い、25℃、55%RHの条件下で30分間及び24時間放置した後、JIS Z 2604−1976に記載された方法で、圧縮強度(MPa)を測定し、得られた測定値をそれぞれ30分後の圧縮強度及び24時間後の圧縮強度とした。
混練直後の混練砂を直径50mm、高さ50mmの円柱形状のテストピース枠に充填し、25℃、55%RHの条件下で所定時間放置した後、抜型し、JIS Z 2604−1976に記載された方法で、圧縮強度(MPa)を測定し、得られた測定値が放置後はじめて0.8MPaに到達したときの充填直後からの放置時間を抜型時間とした。
混練直後の混練砂を長さ150mm、幅22mm、高さ22mmの直方体状のテストピース枠に充填し、25℃、55%RHの条件下で放置し、上述した抜型時間経過後に抜型した後、JIS K 6910に基づいて、3点曲げ抗折強度(ヘッドスピード:2mm/分、支点間距離120mm)を測定し、その最大点強度に達するまでの直方体状テストピースの撓みを表す最大点変位(mm)を測定した。最大点変位が大きい程、鋳型の柔軟性が高いことを示す。
図1(a)〜(c)に示す木型に混練直後の混練砂を充填し、25℃、55%RHの条件下で放置し、上述した抜型時間経過時に抜型し、25℃、55%RHの条件下で24時間放置した後、鋳型のネック部の割れの程度を目視にて確認し、以下の基準で評価した。
a:ネック部に全くひび割れが入っていない。
b:ネック部の一部にひび割れが見られるが、全周までは入っていない。
c:ネック部の全周にひび割れが見られ、鋳型が破断している。
25℃、55%RHの条件下で、フラン再生砂100重量部に対し、硬化剤〔花王クエーカー社製 カオーライトナー硬化剤 TK−3と、花王クエーカー社製 カオーライトナー硬化剤 F−9との混合物(重量比はTK−3/F−9=23/17)〕0.36重量部を添加し、次いで表1に示す粘結剤組成物0.90重量部を添加し、これらを混合して混練砂を得た。上記フラン再生砂としては、空気中、1000℃で1時間加熱したときの重量減少率(LOI)が1.4重量%のものを用いた。
Claims (4)
- フラン樹脂及びフェノール樹脂を含有する鋳型造型用粘結剤組成物であって、
前記フェノール樹脂の重量平均分子量が6000〜50000である、鋳型造型用粘結剤組成物。 - 前記フラン樹脂と前記フェノール樹脂との重量比が、フラン樹脂/フェノール樹脂=8〜33である請求項1記載の鋳型造型用粘結剤組成物。
- 前記フェノール樹脂の含有量が、3〜10重量%である請求項1又は2記載の鋳型造型用粘結剤組成物。
- 請求項1〜3の何れか1項記載の鋳型造型用粘結剤組成物、耐火性粒子及び硬化剤を含む混合物を硬化させる工程を有する鋳型の製造方法。
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