JP2011147999A - 自硬性鋳型造型用粘結剤組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フルフリルアルコール縮合物及びフルフリルアルコール・ホルムアルデヒド縮合物から選ばれる1種以上の縮合物(A)と、酸硬化性樹脂(B)とを含有する自硬性鋳型造型用粘結剤組成物であって、前記縮合物(A)は、フラン環(a)と、メチロール基(b)、メチレン基(c)及びオキシメチレン基(d)の合計との存在比が、モル比でa:(b+c+d)=1:1.00〜1:1.08であり、前記縮合物(A)の含有量が、0.3〜8.0重量%である、自硬性鋳型造型用粘結剤組成物とする。
【選択図】なし
Description
本発明の粘結剤組成物は、フルフリルアルコール縮合物及びフルフリルアルコール・ホルムアルデヒド縮合物から選ばれる1種以上の縮合物(A)を含有する。縮合物(A)としては、鋳型の深部硬化性の観点から、フラン環(a)と、メチロール基(b)、メチレン基(c)及びオキシメチレン基(d)の合計との存在比が、モル比でa:(b+c+d)=1:1.00〜1:1.08であり、好ましくはa:(b+c+d)=1:1.00〜1:1.05であり、より好ましくはa:(b+c+d)=1:1.00である。上記縮合物(A)を用いると深部硬化性が向上する理由は定かではないが、各官能基の存在比を上記範囲内とすることにより、縮合物(A)の疎水性が高くなるため、その結果、反応水が除去されやすくなり、鋳型の深部の硬化反応が促進されるものと推測される。なお、フルフリルアルコールは、縮合物(A)には含まれない。
酸硬化性樹脂(B)としては、上記縮合物(A)の条件{a:(b+c+d)=1:1.00〜1.08}を満たさないものである限り、従来公知の酸硬化性樹脂が使用でき、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、フェノール類とアルデヒド類の縮合物、メラミンとアルデヒド類の縮合物、及び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、前記群から選ばれる2種以上の共縮合物からなるものや、前記群から選ばれる1種以上と前記共縮合物との混合物からなるものも使用できる。このうち、深部硬化性の観点及び樹脂粘度の観点から、フルフリルアルコールとフェノール類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種からなるフラン樹脂、あるいはこれらの群から選ばれる2種以上の混合物からなるフラン樹脂が好ましい。また、造型時のホルムアルデヒドの発生量を低減する観点及び鋳型強度向上の観点から、フルフリルアルコールと尿素とアルデヒド類の縮合物であることが好ましい。また、粘結剤組成物の粘度を適度な範囲に調整する観点からは、フルフリルアルコールを用いることが好ましい。尚、フルフリルアルコールは酸硬化性樹脂(B)として扱う。
本発明の粘結剤組成物中には、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、芳香族ジアルデヒド、及びタンニン類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、酸硬化性樹脂(B)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、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、最終的な鋳型強度を向上させる観点から、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。その際、未反応のフルフリルアルコールのピークは除外して計算した。
縮合物を合成した後、得られた縮合物を含む混合物中のフルフリルアルコールをガスクロマトグラフィー法にて定量し、更に上記混合物中の水分量をカールフィッシャー法にて定量し、上記混合物の総量から、上記フルフリルアルコール及び水の量と、仕込み量から計算される触媒の量とを除いた量を、縮合物の量とした。
JIS M 8813に示されるケルダール法にて測定を行った。
直径200mm、高さ200mmのポリプロピレン製カップに混練直後の混練砂を入れて、抜型時間経過時にポリプロピレン製カップから鋳型を取り出し、鋳型上面(外気に晒されていた面)及び鋳型下面(ポリプロピレン製カップの底面に接触していた面)の表面硬度をフラン鋳型用表面硬度計(ナカヤマ製)で測定した。なお、上記「抜型時間」とは、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℃、50%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さす。また、表2に示す表面硬度の値は、上記フラン鋳型用表面硬度計が示した目盛(無単位)の値である。
上述のようにして鋳型の上面及び下面の表面硬度を測定し、下面硬度/上面硬度の比率を算出し、これを深部硬化性の指標とした。下面硬度/上面硬度の比率が1.00に近いほど、深部硬化性が良好な粘結剤組成物であると判断した。
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を測定し、得られた測定値を24時間後の鋳型強度とした。
三ツ口フラスコにフルフリルアルコール100重量部とグルタル酸(和光純薬社製)5重量部を加え(モル比はフルフリルアルコール:グルタル酸=1:0.008)、攪拌しながら100℃に昇温後、同温度で8時間反応させて、縮合物1を得た。反応条件等を表1に示す。
三ツ口フラスコにフルフリルアルコール100重量部とパラホルムアルデヒド1.7重量部とグルタル酸(和光純薬社製)5重量部を加え(モル比はフルフリルアルコール:ホルムアルデヒド:グルタル酸=1:0.05:0.02)、100℃に昇温後、同温度で8時間反応させて、縮合物2を得た。反応条件等を表1に示す。
三ツ口フラスコにフルフリルアルコール100重量部とパラホルムアルデヒド5重量部とグルタル酸(和光純薬社製)5重量部を加え(モル比はフルフリルアルコール:ホルムアルデヒド:グルタル酸=1:0.15:0.02)、100℃に昇温後、同温度で8時間反応させて、縮合物3を得た。反応条件等を表1に示す。
昇温後の反応時間を表1に示す時間に変更したこと以外は、縮合物1と同様の方法で、縮合物4,5を得た。また、酸触媒を塩酸に変更し、モル比をフルフリルアルコール:酸触媒=1:0.0003に変更し、昇温後の反応時間を表1に示す時間に変更したこと以外は、縮合物1と同様の方法で、縮合物6を得た。また、酸触媒を表1に示す酸に変更したこと以外は、縮合物1と同様の方法で、縮合物7〜10を得た。反応条件等をそれぞれ表1に示す。
25℃、50%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2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。得られた混練砂について、上述した方法で各項目の評価を行った。結果を表2に示す。なお、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 (5)
- フルフリルアルコール縮合物及びフルフリルアルコール・ホルムアルデヒド縮合物から選ばれる1種以上の縮合物(A)と、酸硬化性樹脂(B)とを含有する自硬性鋳型造型用粘結剤組成物であって、
前記縮合物(A)は、フラン環(a)と、メチロール基(b)、メチレン基(c)及びオキシメチレン基(d)の合計との存在比が、モル比でa:(b+c+d)=1:1.00〜1:1.08であり、
前記縮合物(A)の含有量が、0.3〜8.0重量%である、自硬性鋳型造型用粘結剤組成物。 - 前記縮合物(A)が、ホルムアルデヒド及びフルフリルアルコールを、ホルムアルデヒド:フルフリルアルコール=0.00:1〜0.08:1のモル比で反応させて得られる縮合物である請求項1記載の自硬性鋳型造型用粘結剤組成物。
- 前記酸硬化性樹脂(B)が、フルフリルアルコールを含有し、
前記粘結剤組成物中のフルフリルアルコールの含有量が、50〜98重量%である請求項1又は2記載の自硬性鋳型造型用粘結剤組成物。 - 更に、レゾルシンを含有する請求項1〜3の何れか1項記載の自硬性鋳型造型用粘結剤組成物。
- 請求項1〜4の何れか1項記載の自硬性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する工程を有する鋳型の製造方法。
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