JP2013173183A - 離型剤組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】金属のスクイズキャスト及び低圧鋳造などに用いられる金型、並びに型鍛造に用いられる金型に塗布して使用される離型剤組成物を提供する。
【解決手段】鉱油又は合成油、固体潤滑剤（タルク、窒化ホウ素、黒鉛、雲母及び二硫化モリブデン等、平均粒子径が０．５〜３０μｍであり、含有量が１〜１０質量％であることが好ましい。）、熱硬化性樹脂（平均分子量の異なるフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂等の各種の樹脂を必要とされる付着力によって選択して用いることができる。）、及び高分子化合物（合成ワックス、ポリブテン等）を含有し、鋳造用又は鍛造用の金型の内表面に塗布して用いられる離型剤組成物である。
【選択図】図１

Description

本発明は、離型剤組成物に関する。更に詳しくは、本発明は、アルミニウム合金等のスクイズキャスト及び低圧鋳造などに用いられる金型、並びにアルミニウム合金及び鋼等の型鍛造に用いられる金型に塗布して使用される離型剤組成物に関する。

金型を用いた金属の成形法としては、鋳造法、型鍛造法があり、例えば、鋳造法では、低圧鋳造法及びダイキャスト法などが挙げられる。これらの鋳造法では、鋳型への溶融金属の充填前に、金型と溶融金属との反応(溶着)を抑制するとともに、成形品の型離れを補助することを目的として離型剤が用いられる。また、低圧鋳造法及びダイキャスト法の１種であるスクイズダイキャスト法等では、キャビティへのアルミニウム合金等の溶融金属の充填速度が小さいため、充填時の流動性を確保することを目的として、金型温度及び溶融金属の温度が一般的な高速ダイキャスト法より高く保持される。そして、このような高温成形に適した離型剤として、断熱効果を得るため粉体を含有するものが用いられることが多い。更に、低圧鋳造では、無機粉体と水ガラスとからなる塗型剤が使用されることもある。

一般に、離型剤としては、水性型と油性型とがあり、例えば、鋳造法では、鋳込前に鋳型に離型剤をスプレー塗布し、被膜を形成させて用いられている。また、水性型の離型剤としては、水を分散媒とし、これにタルク等の無機粉体、水溶性高分子等のバインダー成分、無機粉体を水に分散させるための分散剤、更にはワックス及びシリコーン等の潤滑や焼付き防止を目的とした有機化合物を配合した組成物等が用いられている。更に、油性型の離型剤としては、シリコーンオイルを溶剤により希釈した組成物等が用いられている。

しかし、低圧鋳造法及びスクイズキャスト法では、何れも充填速度が小さく、金型温度と溶融金属の温度とが高く保持されるため、離型剤に関連して発生する問題が多い。例えば、水性型の離型剤では、ライデンフロスト現象により被膜が形成され難く、十分な膜厚とするためにはスプレー時間を長くする必要があり、その結果、金型温度の低下を招くことになる。一方、油性型の離型剤は、被膜形成能は水性型に優るものの、離型剤の過剰な吐出を制限するスプレー制御技術が必要になる。また、過剰な被膜形成は、離型剤成分の堆積による金型の汚れの原因となり、その結果、寸法精度に影響が及び、特に金型温度が高い場合は、離型剤成分がガス化して製品(鋳物等)に巻き込まれ、内部欠陥が発生する等の問題が生じる。そのため、このような問題の発生を抑えることを目的として、吐出量を絞り込むという方策が採られることもある。

また、より具体的には、粉体を含有し、水を分散媒とする離型剤として、無機潤滑剤、真球状樹脂粒子、有機カルボン酸金属塩を含有する水性離型剤が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、粉体を含有し、有機溶剤を分散媒とする離型剤として、粉末状固体潤滑剤、付着性向上剤、揮発性溶剤を含有する潤滑離型剤（例えば、特許文献２参照。）、及び特定の動粘度を有する溶剤、特定の色調の無機粉体、黒鉛、カーボンブラック等の無機粉体を含有する金属鋳造用離型剤（例えば、特許文献３参照。）が知られている。

特開２００１−２５９７８８号公報 特開２０００−３３４５７号公報 特開２００８−９３７２２号公報

しかし、粉体を含有する水性型の離型剤は継続的な使用で金型に堆積し、寸法精度及び製品外観に悪影響を及ぼすため、定期的な清掃作業を余儀なくされ、生産効率を低下させる原因となっている。一方、堆積量の減少を図る方策は、離型剤の付着性（被膜形成性）の低下に繋がるため、堆積抑制と被膜形成性を両立させるのは容易ではない。また、過剰な被膜形成を抑えるため、吐出量を絞り込むことは、特に離型剤が粉体を含有する場合、スプレーノズルの詰りを生じることが多い。そのため、金型の温度が３００℃を超える高温であっても、保温性及び離型性が十分に発現される被膜形成能を有し、且つ型への堆積とスプレーノズルの詰りとが生じ難い離型剤が求められている。

また、低圧鋳造法では塗型剤が用いられることもあるが、被膜厚が不均一である、被膜表面が粗いため鋳造物の面粗度が粗くなる等の問題がある。更に、被膜が経時とともに薄膜化してくるため、製品の寸法精度が低下してしまうという問題もある。

本発明は、上述の従来の状況に鑑みてなされたものであり、アルミニウム合金等のスクイズキャスト及び低圧鋳造などに用いられる金型、並びにアルミニウム合金及び鋼等の型鍛造に用いられる金型に塗布して使用される離型剤を提供することを目的とする。

離型剤におけるバインダー成分として、優れた耐熱性を有する熱硬化性樹脂を用いた場合、強固な被膜が形成されるとともに、その熱分解挙動により被膜の剥離性が向上する。即ち、所定量の熱硬化性樹脂を配合することにより、被膜形成の過程では強固な被膜が形成されるとともに、高温の溶融金属と接触した後は、被膜が脆くなり、容易に除去される。また、鉱油を分散媒とする油性型の離型剤とし、且つ離型成分として固体潤滑剤を用いることで、離型剤の分解が抑制され、十分な厚さの被膜が形成されて、保温性も確保され、所定の金型温度を維持することができる。

更に、金型温度に応じて、ワックス類等の高分子化合物を配合することで、より優れた性能の離型剤とするができる。即ち、固体潤滑剤と熱硬化性樹脂とを鉱油等に分散させ、これにワックス類等を添加すると、特に４００℃を超える高温の金型に対しても短いスプレー時間で被膜を形成することができ、生産効率を向上させることができる。一方、４００℃以下の金型に対しては付着過剰傾向となり、被膜の剥離性が低下する傾向がある場合は、他のワックス類、又はワックス類を除く他の高分子化合物、例えば、ポリブテン等を用いることで、被膜の剥離性を損なうことなく、同様に高い被膜形成能が発現される。

上述のように、金型の温度によって用いる高分子化合物の種類を選択して使い分け、更には高分子化合物の配合量を調整することで、離型性、保温性といった一次性能と、剥離性という二次性能の両立を図ることができる。また、固体潤滑剤は、離型剤調製の過程で高速攪拌等の処理を施すことにより、十分に分散させることができ、スプレーノズルの詰りを防止することができる。

また、熱硬化性樹脂は、その平均分子量によって、熱溶融時の粘度及び硬化速度等が異なり、平均分子量に応じた付着力を得ることができる。そのため、成形法及び金型の温度等の成形条件により、所定の平均分子量を有する熱硬化性樹脂を用いることで、成形時には強固な被膜を形成することができ、且つその後の熱硬化性樹脂の熱分解により容易に脱型させることができるとともに、型表面からの離型剤残渣の除去も容易となる。更に、所定の平均分子量を有する熱硬化性樹脂を用いることで、成形型への堆積とスプレーノズルの詰りとが生じ難い特性が発現される離型剤組成物とすることもできる。
本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。

本発明は以下のとおりである。
１．鉱油又は合成油、固体潤滑剤、熱硬化性樹脂、及び高分子化合物を含有し、鋳造用又は鍛造用の金型の内表面に塗布して用いられることを特徴とする離型剤組成物。
２．前記固体潤滑剤が、タルク、窒化ホウ素、黒鉛、雲母、二硫化モリブデン及びフラーレンのうちの少なくとも１種である前記１．に記載の離型剤組成物。
３．前記固体潤滑剤の平均粒子径が０．５〜３０μｍであり、前記鉱油又は合成油、前記固体潤滑剤、前記熱硬化性樹脂、及び前記高分子化合物の合計を１００質量％とした場合に、前記固体潤滑剤の含有量が１〜１０質量％である前記１．又は２．に記載の離型剤組成物。
４．前記熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂のうちの少なくとも１種である前記１．乃至３．のうちのいずれか１項に記載の離型剤組成物。
５．前記熱硬化性樹脂は、本離型剤組成物を金型に塗布したときにはバインダーとなり、成形時の温度では分解する請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の離型剤組成物。
６．前記熱硬化性樹脂の数平均分子量が５，０００〜５００，０００であり、成形温度が３００〜５５０℃であるときに、付着力が０．１〜５．０ＭＰａである請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載の離型剤組成物。
７．前記高分子化合物が、合成ワックス及び天然ワックスのうちの少なくとも１種である前記１．乃至６．のうちのいずれか１項に記載の離型剤組成物。
８．前記高分子化合物が、合成ワックス及びポリブテンのうちの少なくとも一方である前記１．乃至６．のうちのいずれか１項に記載の離型剤組成物。
９．塗布時の金型温度が２５０℃以上、４００℃未満では前記ポリブテンを使用し、塗布時の金型温度が４００℃以上、５５０℃以下では前記合成ワックスを使用する前記８．に記載の離型剤組成物。
尚、本発明における平均分子量は、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ポリスチレン換算の数平均分子量である。

本発明の離型剤組成物によれば、鉱油又は合成油、固体潤滑剤、熱硬化性樹脂、及び高分子化合物を含有するため、高温の金型であっても、離型剤成分により速やかに被膜が形成され、金型の温度低下が抑えられる。また、成形時の型と溶融金属の熱により容易に分解して被膜が脆くなり、離型剤成分の堆積が大幅に低減されるため、優れた寸法精度及び外観を有する製品とすることができる。更に、離型剤の耐熱性が高いため、離型剤成分の分解ガスに起因する鋳巣等の内部欠陥の少ない高品質な製品とすることもできる。
また、固体潤滑剤が、タルク、窒化ホウ素、黒鉛、雲母、二硫化モリブデン及びフラーレンのうちの少なくとも１種である場合は、離型剤成分の分解が十分に抑制され、所定厚さの被膜を形成することができ、保温性も確保されるため、所定の金型温度を維持することができる。
更に、固体潤滑剤の平均粒子径が０．５〜３０μｍであり、鉱油又は合成油、固体潤滑剤、熱硬化性樹脂、及び高分子化合物の合計を１００質量％としたときに、固体潤滑剤の含有量が１〜１０質量％である場合は、粉体粒子が凝集せず、スプレーノズルの詰まりが抑制され、粗大粒子による被膜表面の凹凸も抑えられる。
また、熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂のうちの少なくとも１種である場合は、十分に強固な被膜が形成されるとともに、それらの熱分解挙動により被膜の剥離性がより向上する。
更に、熱硬化性樹脂が、本離型剤組成物を金型に塗布したときにはバインダーとなり、成形時の温度では分解する場合は、成形時には強固な被膜を形成することができ、且つその後は熱分解して容易に脱型させることができ、型表面からの離型剤残渣の除去も容易となる。
また、熱硬化性樹脂の数平均分子量が５，０００〜５００，０００であり、成形温度が３００〜５５０℃であるときに、付着力が０．１〜５．０ＭＰａである場合は、成形方法、成形条件等により、所定の平均分子量の熱硬化性樹脂を用いることで、十分な付着力を有する離型剤組成物とすることができる。
更に、高分子化合物が、合成ワックス及び天然ワックスのうちの少なくとも１種である場合は、特に４００℃を超える高温の金型に対しても短いスプレー時間で被膜を形成することができ、生産効率を向上させることができる。
また、高分子化合物が、合成ワックス及びポリブテンのうちの少なくとも一方である場合は、これらの高分子化合物を金型の温度によって使い分けることで、より広範囲の金型温度に対して対応することができる。
更に、塗布時の金型温度が２５０℃以上、４００℃未満ではポリブテンを使用し、塗布時の金型温度が４００℃以上、５５０℃以下では合成ワックスを使用する場合は、金型の温度によらず、短いスプレー時間で容易に被膜を形成することができる。

被膜を形成するための離型剤組成物の吐出、及び形成された被膜を除去するためのエアブローに用いられる装置の概略を表す説明図である。 （ａ）は、鋼板に向かって離型剤をスプレー塗布し、被膜を形成する様子を表す説明図、（ｂ）は、型を模して被膜上に金属製の円筒を載置し、円筒の内部にアルミニウム溶湯を給湯している様子を表す説明図である。 （ａ）は、鋼板に向かって離型剤組成物をスプレー塗布し、被膜を形成する様子を表す説明図、（ｂ）は、型を模して被膜上に金属製の円筒を載置し、円筒の内部にアルミニウム溶湯を給湯している様子を表す説明図、（ｃ）は、被膜上から金属製の円筒及び円板状の成形体を取り除いた様子を表す説明図、及び（ｄ）は、エアブローによって被膜を除去している様子を表す説明図である。 剪断破壊応力を測定するための試験片の説明図である。（ａ）は接合前の鉄プレートの断面と平面の模式図、（ｂ）は接合させた鉄プレートの断面と平面の模式図、及び（ｃ）は接合させた２枚の鉄プレートの引張方向を表す模式図である。 フェノール樹脂の数平均分子量と破壊剪断応力との相関の、接着温度による相違を表すグラフである。 フェノール樹脂の数平均分子量と付着面積率との相関に係るグラフである。

以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の離型剤組成物は、鉱油又は合成油、固体潤滑剤、熱硬化性樹脂、及び高分子化合物を含有する。また、鋳造用又は鍛造用の金型の内表面に塗布して用いられる。

分散媒として用いられる鉱油又は合成油は特に限定されない。鉱油としては、鉱物質の各種の油を用いることができ、例えば、ＪＩＳ Ｋ ２２１３に記載されたタービン油、ＪＩＳ Ｋ ２２１９に記載されたギヤー油、及びＪＩＳ Ｋ ２２３８に記載されたマシン油等が挙げられる。また、合成油としては、ポリアルファオレフィン系、ポリエステル系、ポリグリコール系等の各種の油を用いることができる。更に、被膜形成能及び固体潤滑剤の沈降を抑制するために、ＪＩＳ Ｋ ２２８３により測定した４０℃における動粘度が１０〜４００ｍｍ^２／ｓ、特に１０〜２５０ｍｍ^２／ｓ、更に１０〜１００ｍｍ^２／ｓである鉱油又は合成油が好ましい。また、鉱油又は合成油の配合量は、鉱油又は合成油、固体潤滑剤、熱硬化性樹脂及び高分子化合物の合計量を１００質量％とした場合に、７５〜９０質量％、特に８０〜８５質量％であることが好ましい。

固体潤滑剤も特に限定されず、例えば、タルク、窒化ホウ素、黒鉛、雲母、二硫化モリブデン、及びフラーレン等が挙げられる。固体潤滑剤は、スプレー塗布時のノズルの詰りを防止する観点から、平均粒子径が３０μｍ以下、特に０．５〜３０μｍであることが好ましい。また、固体潤滑剤の配合量は、鉱油又は合成油、固体潤滑剤、熱硬化性樹脂及び高分子化合物の合計量を１００質量％とした場合に、１〜１０質量％、特に３〜７質量％であることが好ましい。更に、固体潤滑剤の凝集粒子は、スプレー塗布時のノズルの詰りの原因となり、凝集粒子がそのまま塗布された場合は、被膜に粗大粒子が存在することになり、成形品の表面に凹凸が発生する等の問題が生じる。そのため、離型剤組成物の調製時、高速攪拌機及びコロイドミル等を用いた機械的処理により固体潤滑剤を十分に分散させることが好ましい。

熱硬化性樹脂も特に限定されず、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、及び不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂を含有させることにより強固な被膜を形成することができ、熱硬化性樹脂はバインダーとしての性能が高いとともに、成形後の熱分解により被膜の剥離性も向上する。熱硬化性樹脂の平均分子量は６，０００〜１，０００，０００であることが好ましい。また、特に強い付着力を得たいときは、平均分子量は６，０００〜１００，０００であることが好ましく、脱型時に容易に剥離させるためには、１００，０００を超え、１，０００，０００以下であることが好ましい。このように、熱硬化性樹脂の平均分子量は、付着力と剥離性とを考え併せて設定することが好ましい。更に、熱硬化性樹脂の配合量は、剥離性向上の観点から、鉱油又は合成油、固体潤滑剤、熱硬化性樹脂及び高分子化合物の合計量を１００質量％とした場合に、１〜１５質量％、特に２〜１２質量％、更に３〜７質量％であることが好ましい。

高分子化合物としては、例えば、パラフィンワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、酸化ポリエチレンワックス及び酸化ポリプロピレンワックス等の合成ワックス、蜜ろう、カルナバワックス及びモンタンワックス等の天然ワックス、並びにポリブデン、ポリアルキレングリコール等が挙げられる。尚、高分子化合物は熱により分解されてガスが発生するため、高分子化合物の過剰な配合は被膜及び成形品の品質に影響を及ぼすことがある。従って、高分子化合物の配合量は、鉱油又は合成油、固体潤滑剤、熱硬化性樹脂及び高分子化合物の合計量を１００質量％とした場合に、２〜１５質量％、特に２〜１０質量％、更に４〜８質量％であることが好ましい。

高分子化合物としては、合成ワックス、ポリブテン等が好ましく、合成ワックスとしては、パラフィンワックス、酸化ポリエチレンワックス、酸化ポリプロピレンワックス、特にパラフィンワックス、酸化ポリエチレンワックスが好ましい。また、高分子化合物は金型の温度によって使い分けることが好ましい。例えば、高分子化合物として、パラフィンワックス等の合成ワックス及びポリブテンを使用し、離型剤塗布時の金型温度が２５０℃以上、４００℃未満ではポリブテンを使用し、離型剤塗布時の金型温度が４００℃以上、５５０℃以下ではパラフィンワックス等の合成ワックスを使用することが特に好ましい。このようにすれば、金型の温度によらず、短いスプレー時間で容易に所定厚さの被膜を形成することができる。

離型剤組成物には、潤滑成分として、前述の固体潤滑剤を除く他の潤滑剤を含有させることもできる。この他の潤滑剤は特に限定されず、例えば、シリコーン化合物、油脂類、前述の分散媒として用いられる合成油を除く他の合成油、及び無機粉体等が挙げられる。また、シリコーン化合物としては、シリコーンオイル、シリコンワックスの他、アルキル基、アラルキル基、カルボキシルアルキル基又はカルボン酸アルキル基、ヒドロキシアルキル基、及びアミノアルキル基等により一部又は全体が変性されたオルガノポリシロキサン等を用いることができる。

他の潤滑剤としては、上述の各種の潤滑剤の他、動植物油等の油脂類、ポリエステル系の合成潤滑油、ＺｎＤＴＰ、ＭｏＤＴＰ、ＺｎＤＴＣ、ＭｏＤＴＣ、リン系，硫黄系の極圧添加剤、カルシウムスルフォネートなどを用いることができる。更に、これらの潤滑剤以外にも、通常、ダイキャスト用離型剤に用いられている潤滑剤であれば、特に制限されることなく使用することができる。他の潤滑剤の配合量は、鉱油又は合成油、固体潤滑剤、熱硬化性樹脂及び高分子化合物の合計量を１００質量部とした場合に、１〜１０質量部であることが好ましい。

離型剤組成物を用いて形成される被膜の厚さは、２〜２０μｍとすることができ、３〜１５μｍ、特に５〜１０μｍであることが好ましい。被膜の厚さが２μｍ未満であると、潤滑性、保温性及び離型性に問題が生じることがあり、離型剤としての十分な性能が発現されない。一方、被膜の厚さが２０μｍを超えると、剥離性が低下し、金型表面に離型剤成分の残渣が堆積し易くなり、成形品に離型剤成分及びその分解生成物等が混入することもあり、好ましくない。離型剤組成物の塗布量は、金型形状等にもよるが、被膜の厚さを上述の範囲とするためには、通常、成形型の内表面の面積０．００４ｍ^２に対して、０．０７〜０．１７ｃｍ^３、特に０．１０〜０．１４ｃｍ^３程度である。

成形型の表面に被膜を形成する方法、並びに成形体の作製、及び成形後、被膜を除去する方法は、特に限定されないが、例えば、図１のような装置を用いて、模式的な方法ではあるが、図２、３のようにして被膜の形成、成形体の作製、及び被膜の除去をすることができる。
被膜形成時に用いるスプレーノズルは特に限定されないが、図１におけるニードルバルブ付き２流体混合ノズル１のような外部混合式２流体混合ノズルを使用することができる。図１において配管ｂはコンプレッサーに接続されており、コンプレッサーからの加圧エアはコネクタ６において３本の配管に送出される。また、配管６３には圧力制御弁３４及び離型剤組成物が収容された加圧タンク４が配設されている。一方、配管６１には、圧力制御弁３２及びポートソレノイドバルブ（電磁バルブ）２２が配設されている。更に、配管６２には、圧力制御弁３３及びポートソレノイドバルブ２３が配設されている。

上述の図１の装置では、ニードルバルブ付き２流体混合ノズル１に、配管６３から、加圧タンク４において所定の圧力に調圧された離型剤が供給され、送入されるとともに、配管６１から、所定圧及び所定流量のエア（噴霧用エア）が送入される。また、配管６２から、予め設定した時間だけ電磁バルブ制御用タイマー５が動作することでポートソレノイドバルブ２３が動作し、エア（制御用エア）が供給される。そのエア（制御用エア）により，ニードルバルブが動作し、前記ニードルバルブが動作中のみ、配管６３から供給される離型剤と配管６１から供給されるエアが吐出されノズル先端にて混合される。同時に、混合された離型剤成分とエアが金型に付着し，被膜が形成される。その後、型内にアルミニウム合金等の溶湯が給湯され、冷却後、脱型され、成形品が製造される。

また、図１において、配管ａはコンプレッサーに接続されており、コンプレッサーからの加圧エアが、圧力制御弁３１で調圧され、ポートソレノイドバルブ２１で流量調整される。この調圧され、流量調整された加圧エアは、配管ｃに接続されたエアブロー用ノズル４０［図３（ｄ）参照］から被膜に向かってブローされ、型表面に残留した離型剤成分及びその分解生成物が除去され、その後、これらの工程が繰り返される。

以下、図２、３も用いて実施例により本発明を具体的に説明する。
以下の実施例では、成形型を模して、鋼板７及び円筒状治具２０を用いた。また、被膜形成のための離型剤組成物の吐出、及び成形後の被膜の除去のためのエアブローには、前述の図１のような装置を用いた。
実施例１〜１０
［１］離型剤組成物の調製
鉱油（ＪＩＳ Ｋ ２２８３により測定した４０℃における動粘度２０ｍｍ^２／ｓ）に、パラフィンワックス（実施例１〜４、６、７、９、１０、表１、２では「ワックス」と表記する。）、又はポリブテン（実施例５、８）を、表１、２に記載の質量割合で、装置として通常の撹拌機（回転数；３００ｒｐｍ）を用いて混合し、溶解させた。尚、ワックスを含有する場合は、ワックスを鉱油に加熱溶解させた後、上記処理を実施した。その後、表１、２に記載の固体潤滑剤及び熱硬化性樹脂を、表１、２に記載の質量割合で配合し、高速攪拌機（回転数；７０００ｒｐｍ）を用いて攪拌し、混合して、離型剤組成物を調製した。

［２］性能評価
上記［１］で調製した離型剤組成物の性能を、下記の項目について評価した。
（１）付着性能
表１及び表２に記載の離型剤組成物を、図１の加圧タンク４に投入し、加圧エアによってタンクの内圧を０．１ＭＰａに調整した。その後、ヒーター上に鋼板７（ＳＫＤ６１鋼製、縦横１００×１００ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）を載置し、鋼板７の平面方向の中央部の表面から２ｍｍ下の位置に挿入された熱電対８により測温し、設定温度である３００℃、３５０℃及び４００℃に温度調整した。次いで、各々の設定温度において、鋼板７に向かって離型剤組成物０．３ｃｍ^３をニードルバルブ付き２流体混合ノズル１から吐出させ、塗布した（ノズルと鋼板との距離７５ｍｍ、噴霧時間１．８秒間、噴霧用エア圧力０．３ＭＰａ）［図２（ａ）及び図３（ａ）参照］。その後、３０℃にまで自然冷却させ、鋼板７に付着した離型剤組成物により形成された被膜の厚さを電磁膜厚計により測定し、付着性能を評価した。結果を表３に記載する。
尚、表３の膜厚は、離型剤組成物を各々の設定温度でそれぞれ３回塗布したときの平均値である。

表３によれば、固体潤滑剤、熱硬化性樹脂及び高分子化合物の種類、配合量によって被膜の厚さが相当に幅広く変化することが分かる。従って、溶湯の種類、温度等の成形条件、成形後の被膜の剥離性等を勘案し、被膜の厚さを所定厚さに調整し、成形することができる。

（２）保温性能
上記（１）付着性能の評価のときと同様にして、鋼板７が設定温度の３００℃に達したところで鋼板７上に離型剤組成物をスプレー塗布して被膜を形成した。その後、溶湯として６８０℃のアルミニウム合金（ＪＩＳ Ｋ ２２１９に記載された「ＡＤＣ１２」）２５ｇを給湯した［図２（ｂ）及び図３（ｂ）参照］。次いで、鋼板７の測温を継続し、鋼板の最高温度を確認した。この場合、鋼板７の最高温度が低いほど、溶湯から鋼板７へ伝熱し難い、即ち、離型剤組成物からなる被膜の保温性が高い、言い換えれば、保温性能が優れているといえる。結果を表４に記載する。

表４によれば、鋼板の最高温度は最も低い実施例１、１０の４３０℃から、最も高い実施例４の４７５℃まで、４５℃の差があり、離型剤組成物の組成によって保温性能に相当な差異があることが分かる。従って、付着性、剥離性等の他の性能と併せて勘案し、離型剤組成物の組成を設定することができる。

（３）被膜剥離性能
上記（１）付着性能の評価のときと同様にして、鋼板７が設定温度の３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃、及び５００℃に達したところで、鋼板７上に離型剤組成物をスプレー塗布して被膜を形成した。その後、３０秒間保持し、次いで、上記（２）保温性能と同様にしてアルミニウム合金を給湯した。次いで、１分間静置し、円柱状治具２０及び凝固した円板状のアルミニウム成形品３０を取り除いた［図３（ｃ）参照］。次いで、図１の配管ｃに接続されたエアブロー用ノズル４０［図３（ｄ）参照］から被膜１０に向かってエアブローした（図３（ｄ）のブローされたエア４０ａ及び除去された被膜１０ａ参照）。剥離性の評価結果は、全面を容易に除去可能であったものをＡ評価、溶湯に接触していた部分は容易に除去可能であったが、接触していなかった部分はＡ評価と比べてより長時間を要したものをＢ評価、溶湯に接触していた部分、接触していなかった部分ともにＢ評価と比べてより長時間を要したものをＣ評価とした。結果を表５に記載する。

表５によれば、高分子化合物として合成ワックスを用いた実施例１〜４、６、７、９、１０では、鋼板温度が高くなるとともに剥離性能が向上していることが分かる。一方、高分子化合物としてポリブテンを用いた実施例５、８では、鋼板温度が低いほど剥離性能が優れていることが分かる。このように、高分子化合物の種類と鋼板温度との組み合わせによる剥離性能の相違は明らかである。また、高分子化合物として合成ワックス、固体潤滑剤として黒鉛、熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂を用いた実施例６、及び合成ワックス、黒鉛とともに、熱硬化性樹脂としてユリア樹脂を用いた実施例７では、鋼板温度によらず優れた剥離性能を有しており、これらの離型剤組成物は、鋼板の温度を考慮することなく用い得ることが分かる。

（４）熱硬化性樹脂の種類について
実施例１１〜１８
鉱油として実施例１で用いた鉱油、高分子化合物として実施例１で用いたワックス、固体潤滑剤として実施例５で用いた窒化ホウ素、並びに熱硬化性樹脂として平均分子量の異なるフェノール樹脂４種類、平均分子量が異なるメラミン樹脂２種類、ジアリルフタレート樹脂、及びユリア樹脂を使用し、実施例１と同様にして離型剤組成物を調製した。また、前述の付着性能の評価において、膜厚が１０μｍ以上となる金型温度の上限温度を付着可能上限温度として評価した。更に、被膜剥離性能の評価においてＡ評価又はＢ評価となる金型温度の下限値を剥離可能下限温度として評価した。結果を表６に記載する。

表６によれば、熱硬化性樹脂の種類によって使用可能な金型温度範囲が異なることが分かる。これにより、離型剤を使用する金型温度によって、熱硬化樹脂の種類を使い分けることが好ましいことが理解される。例えば、製品肉厚が厚いため金型温度が必然的に高くなってしまうような場合は、平均分子量の大きい実施例１３、１４のフェノール樹脂を用いることが好ましい。また、成形のサイクルタイムを短縮するため冷却を強化するときなどのように、金型温度が低くなる場合は、実施例１８のユリア樹脂等を用いることが好ましい。このように、それぞれの金型温度に合わせた付着性能と剥離性能を両立させ得ることが分かる。

（５）熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂の平均分子量について
実施例１９〜２６
鉱油として実施例１で用いた鉱油、高分子化合物として実施例１で用いたワックス、固体潤滑剤として実施例５で用いた窒化ホウ素、及び熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂を使用し、実施例１と同様にして離型剤組成物を調製した。また、フェノール樹脂としては、実施例１１〜１４で用いた平均分子量の異なる４種類の樹脂を使用した。具体的には、数平均分子量が６０００（実施例１９、２３）、１０，０００（実施例２０、２４）、４５，０００（実施例２１、２５）、及び３００，０００（実施例２２、２６）のフェノール樹脂を使用し、図４のような試験片を作製し、加熱した鉄製プレート２枚を接着し、引張試験機を用いて３５０℃（実施例１９〜２２）又は５００℃（実施例２３〜２６）における付着性の指標となる破壊剪断応力を測定した。結果を表７及び図５に記載する。

図４の試験片の作製に用いた２枚の鉄製プレートＦａ、Ｆｂの材質はいずれもＳＵＳ３０４であり、寸法は、長さ３５ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ２ｍｍである。また、鉄製プレートＦａの一端部に形成されたフェノール樹脂層Ｐは、長さ約１０ｍｍ、幅約１０ｍｍ、厚さ約０．２ｍｍである［図４（ａ）参照］。試験片は、３５０℃又は５００℃に加熱した鉄製プレートＦｂの一端部を、室温（２５〜３０℃）の鉄製プレートＦａのうちのフェノール樹脂層Ｐに重ね合わせ、その後、室温まで自然冷却させて作製した。また、破壊剪断応力は、鉄製プレートＦａ、Ｆｂの各々の他端部を引張試験機のチャックで挟み、０．１ｍｍ／秒の引張速度で図４（ｃ）の矢印の方向に引っ張って測定した。

表７及び図５によれば、実施例１９〜２６では、接合温度にかかわらず、平均分子量が大きくなるとともに付着力が低下していることが分かる。これにより、成形法によって平均分子量の異なるフェノール樹脂を使い分けることが好ましいことが分かる。即ち、アルミ溶湯の流れが弱い低圧鋳造等の成形法では、比較的平均分子量の大きい熱硬化性樹脂を用いることで、アルミ溶湯の流れでは剥離せず、脱型後のエアブローなどで離型剤被膜を容易に剥離させることができる。一方、離型剤被膜に強い付着力が求められるダイカストや熱間鍛造等の成形法には、比較的平均分子量の小さい熱硬化性樹脂を用いることで、所望の付着力を得ることができる。

上述の（４）熱硬化性樹脂の種類、及び（５）フェノール樹脂の平均分子量、についての評価結果の考察とも関連するが、一般的に、熱硬化性樹脂は平均分子量が大きくなるほど、溶融時の粘度が高くなり、金型表面に拡がり難くなる。また、平均分子量が大きいほど、より短時間で硬化してしまうため、より金型表面に拡がり難くなると考えられる。このように、平均分子量が大きいほど、接合面積が小さく、且つ短時間で硬化してしまうため十分な接着力が発現されず、付着力の指標となる剪断破壊応力が小さくなる傾向がある。

上述の知見に基づき、５００℃の高温の鉄製プレートに平均分子量の異なるフェノール樹脂の粉末を振り掛け、付着面の付着面積率を測定した。結果を表７及び図６に記載する。この試験では熱硬化性樹脂を樹脂単体として振り掛けたため、他の成分が配合された離型剤組成物として振り掛けたときとは差異があるかもしれない。しかし、表７及び図６によれば、フェノール樹脂の平均分子量が大きくなるにつれて、付着面積率が小さくなり、それとともに剪断破壊応力も低下しており、略同様の傾向を有していることが分かる。

尚、付着面積率（％）とは、［（実際に付着している面積）／（フェノール樹脂の粉末を振り掛けた面積）］×１００という意味である。また、温度が３５０℃である場合は、平均分子量が４５，０００であるときは、硬化が遅くなって粘度が低くなり、付着面積率が高くなり、剪断破壊応力が大きくなったものと推察される。一方、平均分子量が３００，０００であるときは、硬化は遅くなるものの、元々粘度が高いため、付着面積率が高くならず、剪断破壊応力は少し大きくなった程度であるものと推察される。

このように、平均分子量が大きくなるほど溶融時の粘度が高く、硬化までの時間が短くなるのは、熱硬化樹脂では一般的なことであると考えられる。よって、フェノール樹脂を除く他の熱硬化樹脂であっても同様の傾向であると推察される。即ち、フェノール樹脂のみでなく、メラミン樹脂、ユリア樹脂等の他の熱硬化性樹脂でも同様の傾向であると考えられ、成形法及び金型温度等の成形条件によって、熱硬化性樹脂の種類を選定し、必要とされる付着力によって平均分子量を特定することで、理想的な離型剤組成物とし得ることになる。

本発明は、金属の型成形における技術分野において利用することができる。特に、アルミニウム合金等の低圧鋳造及びスクイズキャスト法、並びに型鍛造などの技術分野において利用することができる。

１；ニードルバルブ付き２流体混合ノズル、２１、２２、２３；ポートソレノイドバルブ（電磁バルブ）、３１、３２、３３、３４；圧力制御弁、４；加圧タンク、５；電磁バルブ制御用タイマー、６；コネクタ、７；鋼板、８；熱電対、９；噴霧された離型剤、１０；離型剤被膜、１０ａ；除去された被膜、２０；円筒状治具、３０成形体、４０；エアブロー用ノズル、４０ａ；ブローされたエア、Ｆａ；一方の鉄製プレート、Ｆｂ；他方の鉄製プレート、Ｐ；フェノール樹脂層。

Claims (9)

1. 鉱油又は合成油、固体潤滑剤、熱硬化性樹脂、及び高分子化合物を含有し、鋳造用又は鍛造用の金型の内表面に塗布して用いられることを特徴とする離型剤組成物。
2. 前記固体潤滑剤が、タルク、窒化ホウ素、黒鉛、雲母、二硫化モリブデン及びフラーレンのうちの少なくとも１種である請求項１に記載の離型剤組成物。
3. 前記固体潤滑剤の平均粒子径が０．５〜３０μｍであり、前記鉱油又は合成油、前記固体潤滑剤、前記熱硬化性樹脂、及び前記高分子化合物の合計を１００質量％とした場合に、前記固体潤滑剤の含有量が１〜１０質量％である請求項１又は２に記載の離型剤組成物。
4. 前記熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂のうちの少なくとも１種である請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の離型剤組成物。
5. 前記熱硬化性樹脂は、本離型剤組成物を金型に塗布したときにはバインダーとなり、成形時の温度では分解する請求項１乃至４のうちのいずれか１項に記載の離型剤組成物。
6. 前記熱硬化性樹脂の数平均分子量が５，０００〜５００，０００であり、成形温度が３００〜５５０℃であるときに、付着力が０．１〜５．０ＭＰａである請求項１乃至５のうちのいずれか１項に記載の離型剤組成物。
7. 前記高分子化合物が、合成ワックス及び天然ワックスのうちの少なくとも１種である請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の離型剤組成物。
8. 前記高分子化合物が、合成ワックス及びポリブテンのうちの少なくとも一方である請求項１乃至６のうちのいずれか１項に記載の離型剤組成物。
9. 塗布時の金型温度が２５０℃以上、４００℃未満では前記ポリブテンを使用し、塗布時の金型温度が４００℃以上、５５０℃以下では前記合成ワックスを使用する請求項８に記載の離型剤組成物。

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