JP2016002550A - 鋳型造型用粘結剤組成物 - Google Patents
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Description
〔水溶性フェノール樹脂〕
前記水溶性フェノール樹脂は、エステル化合物で硬化可能な樹脂であり、一般にはアルカリ条件下でフェノール化合物とアルデヒド化合物とを重縮合させることによって得られるものである。このうちフェノール化合物としては、フェノール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、クレゾール、3,5−キシレノール、レゾルシン、カテコール、ノニルフェノール、p−tert−ブチルフェノール、イソプロペニルフェノール、フェニルフェノール、その他の置換フェノールを含めたフェノール類や、カシューナット殻液のような各種のフェノール化合物の混合物等を1種又は2種以上混合して使用することができる。また、アルデヒド化合物としては、ホルムアルデヒド、フルフラール、グリオキザール等を1種又は2種以上混合して使用することができる。これらの化合物は必要に応じて水溶液として用いることができる。また、これらに、尿素、メラミン、シクロヘキサノン等のアルデヒド化合物と縮合が可能なモノマーや、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ノルマルプロピルアルコール、ブチルアルコール等の1価の脂肪族アルコール化合物や、水溶性高分子のポリアクリル酸塩や、セルロース誘導体高分子、ポリビニルアルコール、リグニン誘導体などを混合しても差し支えない。
前記ポリアミンは、分子内に2以上のアミン基を有する化合物である。前記ポリアミン中のアミン基の数は、熱分解による窒素ガスを低減させる観点から、3以下が好ましい。前記ポリアミンにおけるアミン基の数は、鋳型強度を向上させる観点から、2又は3が好ましい。
[ポリオキシアルキレンアルキルエーテル]
前記鋳型造型用粘結剤組成物は、鋳型強度を向上させる観点から、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルが含まれるのが好ましい。
本実施形態の鋳型の製造方法において、従来の鋳型の製造プロセスをそのまま利用して鋳型を製造することができる。好ましい鋳型の製造方法として、少なくとも前記鋳型造型用粘結剤組成物及び耐火性粒子を混合して鋳型用組成物を得る混合工程、及び前記鋳型用組成物を型枠に詰め、当該鋳型用組成物を硬化させる硬化工程を有する鋳型の製造方法が挙げられる。当該鋳型の製造方法は、人工砂からなる再生砂を耐火性粒子として用い、水溶性フェノール樹脂をエステル系硬化剤で硬化せしめて鋳型を造型する場合でも、鋳型強度の低下を抑制することができる。
本実施形態の鋳型の製造方法で使用可能な耐火性粒子としては、珪砂、クロマイト砂、ジルコン砂、オリビン砂、アルミナ砂、ムライト砂、合成ムライト砂等の従来公知のものを使用でき、また、使用済みの耐火性粒子を回収して再生処理した再生砂も使用できるが、経済性の観点、及び当該鋳型の製造方法の効果発現の観点から再生砂が好ましい。特に、本実施形態の効果発現の観点からは、人工砂からなる再生砂が好ましく、溶融法で得られた人工砂からなる再生砂がより好ましい。当該鋳型の製造方法で再生砂を用いた場合、従来の鋳型の製造方法で再生砂を用いた場合よりも、鋳型の強度を向上させることができる。なお、耐火性粒子は、単独で使用又は2種以上を併用することができる。
〔耐火性粒子〕
[新砂の調整]
新砂はエスパール#60L(山川産業株式会社製)を用いた。
溶融法で製造された人工アルミナ砂(「エスパール#60L」山川産業株式会社製)の新砂に対し、水溶性フェノール樹脂(「カオーステップ SH−8010」花王クエーカー社製)と、エステル化合物系硬化剤としてトリアセチンを添加し、これらを混練して得られた混練砂を用いて鋳型を造型した。得られた鋳型を用いて鋳造した後、再生処理した砂を再生砂として用いた。
温度計及び撹拌機を装着した2リットルガラス容器に、フェノール773g、48.5質量%水酸化カリウム水溶液190g、水323gを混合し、82℃に加熱した。その後、50%ホルマリン溶液937gを加え、82℃で反応を行い、重量平均分子量が約3000のフェノール−ホルムアルデヒド変性樹脂を得た。
前記フェノール−ホルムアルデヒド変性樹脂、水、48.5質量%水酸化カリウム水溶液、48.5質量%水酸化ナトリウム水溶液、アルミン酸ナトリウム、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業社製 KBM−403)、及び表1に記載のアミン化合物、エーテル化合物をそれぞれ表1に記載の質量比で混合して粘結剤組成物を得た。
[水溶性フェノール樹脂の重量平均分子量(Mw)]
水溶性フェノール樹脂の重量平均分子量(Mw)は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により、下記条件で測定した。
(a)サンプル調製:試料に同重量のイオン交換水を加え、0.1質量%のH2SO4を加えて中和した。生成した沈殿を濾過分離し、水洗し、乾燥した。これをテトラヒドロフラン(THF)に溶解し、GPC用のサンプルを調製した。
(b)カラム:ガードカラムTSX(東洋曹達工業社製)HXL(6.5mmφ×4cm)1本と、TSK3000HXL(7.8mmφ×30cm)1本と、TSK2500HXL(7.8mmφ×30cm)1本を使用する。注入口側よりガードカラム−3000HXL−2500HXLの順に接続した。
(c)標準物質:重量平均分子量が既知の単分散ポリスチレン(東洋曹達工業社製)
(d)溶出液:THF(流速:1cm3/min)
(e)カラム温度:25℃
(f)検出器:紫外分光光度計(フェノールの紫外吸収の最大ピークの波長において定量)
(g)分子量計算の為の分割法:時間分割(2sec)
耐火性粒子10000質量部に対して、粘結剤組成物100質量部と、γ―ブチロラクトン25質量部とを混練して得られた鋳型用組成物を用いて成型したテストピース(50mm×50mmφ)の24時間後の圧縮強度を測定した。圧縮する速度は5mm/secで行い、圧縮強度の計算は、荷重/テストピースの断面積から算出した。各実施例及び比較例の測定結果を表1に示す。鋳型用組成物を型込めする際の雰囲気温度、及び圧縮強度評価の際の雰囲気温度は、5℃、55%RHに揃えた。また、型込めする際の鋳型用組成物の温度は、型込めをする際の雰囲気温度と同じとした。
Claims (10)
- 水溶性フェノール樹脂と、ポリアミンとを含有する鋳型造型用粘結剤組成物。
- 前記ポリアミンにおけるアミン基の数が、2又は3である請求項1に記載の鋳型造型用粘結剤組成物。
- 前記ポリアミンの含有量が、0.1質量%以上30質量%以下である請求項1又は2に記載の鋳型造型用粘結剤組成物。
- 更に、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルを含有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の鋳型造型用粘結剤組成物。
- 前記ポリオキシアルキレンアルキルエーテルにおけるポリオキシアルキレン基が、ポリオキシエチレン基又はポリオキシプロピレン基である請求項4に記載の鋳型造型用粘結剤組成物。
- 前記ポリオキシアルキレンアルキルエーテルにおけるポリオキシアルキレン基の数が、2以上30以下である請求項4又は5に記載の鋳型造型用粘結剤組成物。
- 前記ポリアミンと前記ポリオキシアルキレンアルキルエーテルの質量比(ポリアミン/ポリオキシアルキレンアルキルエーテル)が1/20以上10/1以下である請求項4〜6のいずれか1項に記載の鋳型造型用粘結剤組成物。
- 前記ポリアミンの含有量と前記ポリオキシアルキレンアルキルエーテルの含有量の合計が、0.1質量%以上50質量%以下である請求項4〜7のいずれか1項に記載の鋳型造型用粘結剤組成物。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の鋳型造型用粘結剤組成物及び耐火性粒子を混合して鋳型用組成物を得る混合工程、及び前記鋳型用組成物を型枠に詰め、当該鋳型用組成物を硬化させる硬化工程を有する鋳型の製造方法。
- 前記硬化工程で鋳型用組成物を硬化させる硬化剤が有機エステル又は炭酸ガスである請求項9に記載の鋳型の製造方法。
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