JP2016020002A - 鋳型造型用粘結剤組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水溶性フェノール樹脂と、分子内にポリオキシアルキレン基及び2以上の1級アミン基を有するアミン化合物とを含有する鋳型造型用粘結剤組成物、ならびに当該鋳型造型用粘結剤組成物と耐火性粒子を混合して鋳型用組成物を得る混合工程と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。
【選択図】なし
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。
前記アミン化合物は、分子内にポリオキシアルキレン基及び2以上の1級アミン基を有する化合物である。前記アミン化合物の具体例としては、ポリオキシエチレンジアミン、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシブチレンジアミン、ポリオキシエチレントリアミン、ポリオキシプロピレントリアミン、ポリオキシブチレントリアミン等が挙げられる。このようなアミン化合物の製品の例としては、ハンツマン社のジェファーミン(登録商標)D−230(分子量230)、D−400(分子量400)、D−2000(分子量2000)、D−4000(分子量4000)、ED−600(分子量600)、ED−900(分子量900)、ED−2003(分子量2000)、HK−511(分子量220)、EDR−148(分子量148)、EDR−176(分子量176)、XTJ−542(分子量1000)、XTJ−533(分子量2000)、XTJ−536(分子量2000)、T−403(分子量440)、T−3000(分子量3000)、T−5000(分子量5000)、エアプロダクツ社のアンカミン(登録商標)1922A(分子量220)、BASF社のBAXXODUR(登録商標)EC−301(分子量230)、EC−302(分子量400)、EC−303(分子量2000)、EC−310(分子量440)、EC−311(分子量5000)が挙げられる。
前記鋳型造型用粘結剤組成物は、本実施形態の効果を阻害しない程度に水、シランカップリング剤、尿素、界面活性剤、アルコール類等の添加剤が含まれていても良い。なお、前記鋳型造型用粘結剤組成物中にシランカップリング剤が含まれていると、得られる鋳型の最終強度をより向上させることができるため好ましい。前記シランカップリング剤の例としては、γ−(2−アミノ)プロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、N−β−(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン等が挙げられる。前記鋳型造型用粘結剤組成物中の前記シランカップリング剤の含有量は、鋳型強度を向上させる観点から、0.1〜5質量%が好ましく、0.3〜1質量%がより好ましい。
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。
<2>前記水溶性フェノール樹脂の固形分質量(105℃で3時間乾燥後の固形質量)が、30質量%以上が好ましく、40質量%以上がより好ましく、80質量%以下が好ましく、70質量%以下がより好ましく、30〜80質量%が好ましく、40〜70質量%がより好ましい<1>の鋳型造型用粘結剤組成物。
<3>前記水溶性フェノール樹脂の重量平均分子量(Mw)が、500以上が好ましく、800以上がより好ましく、8000以下が好ましく、5000以下がより好ましく、500〜8000が好ましく、800〜5000がより好ましい<1>又は<2>の鋳型造型用粘結剤組成物。
<4>前記鋳型造型用粘結剤組成物中の前記水溶性フェノール樹脂の含有量が、30質量%以上が好ましく、45質量%以上がより好ましく、60質量%以上が更に好ましく、95質量%以下が好ましく、90質量%以下がより好ましく、80質量%以下が更に好ましく、30〜95質量%が好ましく、45〜90質量%がより好ましく、60〜80質量%が更に好ましい<1>〜<3>いずれかの鋳型造型用粘結剤組成物。
<5>前記アミン化合物におけるポリオキシアルキレン基の数が、1以上が好ましく、2以上がより好ましく、3以上が更に好ましい<1>〜<4>いずれかの鋳型造型用粘結剤組成物。
<6>前記ポリオキシアルキレン基におけるオキシアルキレン基の繰り返し単位の数が、2以上が好ましく、30以下が好ましく、20以下がより好ましく、15以下が更に好ましく、2〜30が好ましく、2〜20がより好ましく、2〜15が更に好ましい<1>〜<5>いずれかの鋳型造型用粘結剤組成物。
<7>前記ポリオキシアルキレン基が、ポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基、及びオキシエチレン基とオキシプロピレン基がブロック又はランダムに付加したポリオキシアルキレン基から選ばれる1種以上が好ましく、ポリオキシエチレン基及びポリオキシプロピレン基から選ばれる1種以上がより好ましい<1>〜<6>いずれかの鋳型造型用粘結剤組成物。
<8>前記アミン化合物における1級アミン基の数が、2以上であり、5以下が好ましく、2〜5が好ましい<1>〜<7>いずれかの鋳型造型用粘結剤組成物。
<9>前記アミン化合物の重量平均分子量(Mw)が、80以上が好ましく、100以上がより好ましく、120以上が更に好ましく、200以上がより更に好ましく、1000以下が好ましく、800以下がより好ましく、600以下が更に好ましく、500以下がより更に好ましく、80〜1000が好ましく、100〜800がより好ましく、120〜600が更に好ましく、200〜500がより更に好ましい<1>〜<8>いずれかの鋳型造型用粘結剤組成物。
<10>前記アミン化合物が、ポリオキシエチレンジアミン、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシブチレンジアミン、ポリオキシエチレントリアミン、ポリオキシプロピレントリアミン、ポリオキシブチレントリアミンからなる群より選ばれる少なくとも1種である<1>〜<9>いずれかの鋳型造型用粘結剤組成物。
<11>前記鋳型造型用粘結剤組成物中の前記アミン化合物の含有量が、0.01質量%以上が好ましく、0.05質量%以上がより好ましく、0.1質量%以上が更に好ましく、0.5質量%以上がより更に好ましく、1質量%以上がより更に好ましく、50質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、15質量%以下が更に好ましく、6質量%以下がより更に好ましく、0.01〜50質量%が好ましく、0.05〜50質量%がより好ましく、0.1〜50質量%が更に好ましく、0.5〜30質量%がより更に好ましく、1〜15質量%がより更に好ましく、1〜6質量%がより更に好ましい<1>〜<10>いずれかの鋳型造型用粘結剤組成物。
<12>前記鋳型造型用粘結剤組成物が、シランカップリング剤を含むことが好ましい<1>〜<11>いずれかの鋳型造型用粘結剤組成物。
<13>前記シランカップリング剤が、γ−(2−アミノ)プロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、N−β−(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランから選ばれる少なくとも1種である<14>の鋳型造型用粘結剤組成物。
<14>前記鋳型造型用粘結剤組成物中の前記シランカップリング剤の含有量が、0.1〜5質量%が好ましく、0.3〜1質量%がより好ましい<12>又は<13>の鋳型造型用粘結剤組成物。
<15><1>〜<14>いずれか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。
<16>前記耐火性粒子が、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、再生砂から選ばれる少なくとも1種が好ましく、再生砂がより好ましい<15>の鋳型の製造方法。
<17>前記再生砂が人工砂からなる再生砂である<16>の鋳型の製造方法。
<18>前記耐火性粒子が、人工砂からなる再生砂を50質量%以上含有することが好ましく、80質量%以上含有することがより好ましく、略100質量%で含有することが更に好ましい<15>〜<17>の鋳型の製造方法。
<19>前記人工砂が、溶融法、焼結法、及び火炎溶融法の何れかの方法で得られたものが好ましく、溶融法で得られたものがより好ましい<17>又は<18>の鋳型の製造方法。
<20>前記混合工程が、少なくとも前記鋳型造型用粘結剤組成物、前記耐火性粒子、及び硬化剤を混合する工程であり、前記硬化工程が、当該硬化剤によって鋳型造型用粘結剤組成物を硬化させる工程である<15>〜<19>のいずれかの鋳型の製造方法。
<21>前記硬化剤が、エステル化合物が好ましく、ラクトン類或いは炭素数1〜10の一価又は多価アルコールと炭素数1〜10の有機カルボン酸より導かれる有機エステル化合物の単独もしくは混合物がより好ましく、γ−ブチロラクトン、プロピオンラクトン、ε−カプロラクトン、ギ酸エチル、エチレングリコールジアセテート、エチレングリコールモノアセテート、トリアセチンが更に好ましい<20>の鋳型の製造方法。
<22>前記耐火性粒子と前記粘結剤組成物と前記硬化剤との比率が、前記耐火性粒子10000質量部に対して、前記粘結剤組成物が50質量部以上が好ましく、300質量部以下が好ましく、前記耐火性粒子10000質量部に対して、前記硬化剤が10質量部以上が好ましく、80質量部以下が好ましい<20>又は<21>の鋳型の製造方法。
<23>前記硬化工程が、前記鋳型用組成物をガス用型枠に詰め、ガスを通気させることによって前記鋳型用組成物を硬化させる工程である<15>〜<22>いずれかの鋳型の製造方法。
<24>前記硬化剤が、エステル化合物が好ましく、ギ酸メチルがより好ましい<23>の鋳型の製造方法。
<25>前記耐火性粒子と前記粘結剤組成物の比率が、前記耐火性粒子10000質量部に対して、前記粘結剤組成物が50質量部以上が好ましく、80質量部以下が好ましい<23>又は<24>の鋳型の製造方法。
<26><1>〜<14>のいずれかの鋳型造型用粘結剤組成物の鋳型造型用の粘結剤としての使用。
〔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)
〔フェノール−ホルムアルデヒド変性樹脂(水溶性フェノール樹脂1)〕
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、上記条件で測定した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。
〔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。
表2に記載の水溶性フェノール樹脂、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2に記載の質量比で混合して粘結剤組成物を得た。なお、表2中の「AO付加モル数」は、ポリオキシアルキレン基におけるオキシアルキレン基の繰り返し単位の数を意味する。
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2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。
バッチミキサーで耐火性粒子1000質量部に対して、粘結剤組成物100質量部を1分間混練し、上記と同じ大きさのテストピースを有する8個取りのガス硬化用木型に充填後、ガス温度30℃、通気量20リットル/分、ガス圧力0.2MPaで炭酸ガスを30秒間通気し、硬化させてテストピースを得た。圧縮する速度等の測定条件は上記実施例1〜9等の圧縮強度の評価を同じであった。
粘結剤組成物とγ―ブチロラクトンを直接混合した際の臭気を官能により評価した。
Claims (11)
- 水溶性フェノール樹脂と、分子内にポリオキシアルキレン基及び2以上の1級アミン基を有するアミン化合物とを含有する鋳型造型用粘結剤組成物。
- 前記水溶性フェノール樹脂の含有量が、30質量%以上95質量%以下である、請求項1に記載の鋳型造型用粘結剤組成物。
- 前記ポリオキシアルキレン基が、ポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基、及びオキシエチレン基とオキシプロピレン基がブロック又はランダムに付加したポリオキシアルキレン基から選ばれる1種以上である請求項1又は2に記載の鋳型造型用粘結剤組成物。
- 前記ポリオキシアルキレン基におけるオキシアルキレン基の繰り返し単位の数が、2以上30以下である請求項1〜3いずれか1項に記載の鋳型造型用粘結剤組成物。
- 前記アミン化合物における1級アミン基の数が、2以上5以下である請求項1〜4いずれか1項に記載の鋳型造型用粘結剤組成物。
- 前記アミン化合物の重量平均分子量が80以上1000以下である請求項の1〜5いずれか1項に記載の鋳型造型用粘結剤組成物。
- 前記アミン化合物が、ポリオキシエチレンジアミン、ポリオキシプロピレンジアミン、ポリオキシブチレンジアミン、ポリオキシエチレントリアミン、ポリオキシプロピレントリアミン、ポリオキシブチレントリアミンからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1〜6のいずれか1項に記載の鋳型造型用粘結剤組成物。
- 前記アミン化合物の含有量が、0.1〜50質量%である請求項1〜7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。
- 前記耐火性粒子が、再生砂である、請求項9に記載の鋳型の製造方法。
- 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化合物又は炭酸ガスである請求項9又は10に記載の鋳型の製造方法。
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