JP2020089909A

JP2020089909A - 発泡砂用界面活性剤組成物

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Publication number: JP2020089909A
Application number: JP2018229586A
Authority: JP
Inventors: 紀宏菅谷; Norihiro Sugaya; 博之小宮; Hiroyuki Komiya; 宗宏山田; Munehiro Yamada; 浩庸渡邉; Hiroyasu Watanabe; 尚吾泉; Shogo Izumi
Original assignee: NOF Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: NOF Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2020-06-11
Anticipated expiration: 2038-12-07
Also published as: JP7123775B2

Abstract

【課題】発泡砂を用いる鋳型製造時において、発泡砂の速泡性に優れ、鋳型の強度を向上させる発泡砂用界面活性剤組成物を提供する。【解決手段】発泡砂用界面活性剤組成物は、式（１）の化合物（Ａ）を７５〜９５質量％、式（２）の化合物（Ｂ）を３〜２５質量％、および炭素数が１２〜２２の飽和かつ直鎖の一価アルコール（Ｃ）を０．１〜１質量％含有する。Ｒ１Ｏ−（ＥＯ）ｎ−ＳＯ３Ｍ１・・・（１）、（Ｒ１は炭素数６〜２２の炭化水素基を示し、ＥＯはオキシエチレン基であり、ｎは１〜１０であり、Ｍ１は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウムまたは有機アンモニウムである。）Ｒ２Ｏ−ＳＯ３Ｍ２・・・（２）、（Ｒ２は炭素数６〜２２のアルキル基であり、Ｍ２は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウムまたは有機アンモニウムである。）【選択図】なし

Description

本発明は、発泡砂を用いる砂中子等の鋳型製造時において、発泡砂の速泡性に優れ、さらには鋳型の強度を向上させる発泡砂用界面活性剤組成物に関するものである。

鋳型造型装置に関する従来の技術として、特許文献１が知られている。特許文献１には、粒子状骨材、水溶性バインダおよび水を攪拌して得た発泡状混合物を、加熱された金型のキャビティに圧入充填して鋳型を造型する鋳型造型装置およびそれに使用する金型装置が開示されている。これによって、発泡状混合物を有効に利用でき、金型キャビティへの流動砂の充填が充分に確保できる鋳型造型装置を提供すると共に、発泡状混合物の硬化時間を大幅に短縮できる装置を提供するものである。

ＷＯ２００５／０８９９８４Ａ１

特許文献１記載のような工法では、発泡状混合物の発泡と流動状態を良好にするため、水溶性バインダーに本来の粘結性能だけでなく、発泡性が求められ、界面活性剤組成物を添加している。この界面活性剤には、発泡砂の速泡性に優れ、さらには鋳型の強度を向上させる発泡砂用界面活性剤組成物が求められる。

本発明の課題は、発泡砂を用いる鋳型製造時において、発泡砂の速泡性に優れ、さらには鋳型の強度を向上させる発泡砂用界面活性剤組成物を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、特定のポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、特定のアルキル硫酸エステル塩、および特定の一価アルコールをそれぞれ特定の割合で含有する発泡砂用界面活性剤組成物が、発泡砂の速泡性に優れ、さらには鋳型の強度を向上させる効果を発揮することを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、下記式（１）で示される化合物（Ａ）を７５〜９５質量％、下記式（２）で示される化合物（Ｂ）を３〜２５質量％、および炭素数が１２〜２２の飽和かつ直鎖の一価アルコール（Ｃ）を０．１〜１質量％含有することを特徴とする、発泡砂用界面活性剤組成物である。
Ｒ^１Ｏ−（ＥＯ）_ｎ−ＳＯ_３Ｍ^１・・・（１）
（式（１）中、
Ｒ^１は炭素数６〜２２の炭化水素基を示し、
ＥＯはオキシエチレン基であり、
ｎは前記オキシエチレン基の平均付加モル数であって、ｎは１〜１０であり、
Ｍ^１は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウムまたは有機アンモニウムである。）

Ｒ^２Ｏ−ＳＯ_３Ｍ^２・・・（２）
（式（２）中、
Ｒ^２は炭素数６〜２２のアルキル基であり、
Ｍ^２は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウムまたは有機アンモニウムである。）

本発明の発泡砂用界面活性剤組成物を用いれば、バインダ、砂、界面活性剤組成物、水などを短時間の混錬だけで充分発泡させ、さらには強度の高い鋳型が製造できる。

動粘度測定方法を示す模式図である。鋳型用抗折強度試験機に試験片をセットして、試験片の抗折強度を測定している状態を示す模式図である。

本発明の発泡砂用界面活性剤組成物は、（Ａ）成分、（Ｂ）成分及び（Ｃ）成分を含有する。なお、（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分の各質量比の合計は１００質量％である。以下、各成分について説明する。
なお、「１〜１０」等で示した数値範囲は上限および下限の数値を含んでおり、１以上１０以下を意味する。

〔（Ａ）成分〕
本発明で用いられる（Ａ）成分は、下記の式（１）で示されるポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩である。
Ｒ^１Ｏ−（ＥＯ）_ｎ−ＳＯ_３Ｍ^１・・・（１）
式（１）で示されるポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩において、Ｒ^１は炭素数６〜２２の炭化水素基であり、好ましくは炭素数６〜２０の炭化水素基である。この炭化水素基は、飽和炭化水素基であってよく、または炭素−炭素二重結合を有する炭化水素基（特に好ましくはアルケニル基）であってよい。炭化水素基が炭素−炭素二重結合を有する不飽和炭化水素基である場合には、二重結合数は３個以下が好ましく、２個以下がより好ましい。こうした炭化水素基としては、例えば、カプリル基、ラウリル基、ミリスチル基、パルミチル基、ステアリル基、オレイル基、ベヘニル基などが挙げられる。また、二種以上の炭化水素基を含む混合脂肪酸由来の炭化水素基も用いられ、例えば、ヤシ油炭化水素基やパーム核油炭化水素基なども用いることができる。これらの中で、好ましくはラウリル基、ミリスチル基、ヤシ油炭化水素基、パーム核油炭化水素基であり、より好ましくはミリスチル基を含む。

式（１）中で、ｎはオキシエチレン基の平均付加モル数を示し、ｎは１〜１０であり、好ましくは２〜６であり、より好ましくは３〜４である。

式（１）中で、Ｍ^１はアルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウムまたは有機アンモニウムである。アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウムなどが挙げられ、好ましくはナトリウムである。アルカリ土類金属としては、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどが挙げられ、好ましくは、カルシウムである。アンモニウムはＮＨ_４ ^＋である。
有機アンモニウムとしては、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアルカノールアミンに由来するアルカノールアンモニウム、ジエチルアミン、トリエチルアミンなどのアルキルアミンに由来するアルキルアンモニウムが挙げられる。

本発明において、（Ａ）成分は１種または２種以上を適宜選択して用いることができる。
また、（Ａ）成分、（Ｂ）成分および（Ｃ）成分の合計量を１００質量％としたとき、（Ａ）成分の含有量は７５〜９５質量％である。（Ａ）成分の含有量が７５質量％未満である場合は鋳型の強度低下を生じるので、７５質量％以上とするが、８５質量％以上が更に好ましく、９０質量％以上が一層好ましい。また、成分（Ａ）の含有量が９５質量％を超える場合は速泡性が低下するので、９５質量％以下とする。

〔（Ｂ）成分〕
本発明で用いられる（Ｂ）成分は、下記の式（２）で示されるアルキル硫酸エステル塩である。
Ｒ^２Ｏ−ＳＯ_３Ｍ^２・・・（２）

式（２）で示されるアルキル硫酸エステル塩において、Ｒ^２は炭素数６〜２２の炭化水素基であり、好ましくは炭素数６〜２０の炭化水素基である。この炭化水素基は、飽和炭化水素基であってよく、または炭素−炭素二重結合を有する不飽和結合を有する炭化水素基（特に好ましくはアルケニル基）であってよい。炭化水素基が炭素−炭素二重結合を有する不飽和炭化水素基である場合には、二重結合数は３個以下が好ましく、２個以下がより好ましい。こうした炭化水素基としては、例えば、カプリル基、ラウリル基、ミリスチル基、パルミチル基、ステアリル基、オレイル基、ベヘニル基などが挙げられる。また、二種以上の炭化水素基を含む混合脂肪酸由来の炭化水素基も用いられ、例えば、ヤシ油炭化水素基やパーム核油炭化水素基なども用いることができる。これらの中で、好ましくはヤシ油炭化水素基、パーム核油炭化水素基である。

式（２）中で、Ｍ^２は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウムまたは有機アンモニウムである。アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウムなどが挙げられ、好ましくは、ナトリウムである。アルカリ土類金属としては、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどが挙げられ、好ましくは、カルシウムである。有機アンモニウムとしては、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン由来のアルカノールアンモニウム、ジエチルアミン、トリエチルアミンなどのアルキルアミン由来のアルキルアンモニウムが挙げられる。本発明において、（Ｂ）成分は１種または２種以上を適宜選択して用いることができる。

（Ａ）成分、（Ｂ）成分および（Ｃ）成分の合計量を１００質量％としたとき、（Ｂ）成分の含有量は３〜２５質量％である。（Ｂ）成分の含有量が３質量％未満である場合は速泡性が低下するので、３質量％以上とする。また、成分（Ｂ）の含有量が２５質量％を超える場合は鋳型の強度が低下する可能性があるので、２５質量％以下とするが、１５質量％以下が更に好ましく、１０質量％以下が一層好ましい。

〔（Ｃ）成分〕
本発明で用いられる（Ｃ）成分は、炭素数が１２〜２２の飽和かつ直鎖の一価アルコール（Ｃ）である。具体的には、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、パルミチルアルコール、ステアリルアルコール、ベヘニルアルコールなどが挙げられ、好ましくはラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、パルミチルアルコールであり、より好ましくはミリスチルアルコールである。本発明において、（Ｃ）成分は１種または２種以上を適宜選択して用いることができる。

（Ａ）成分、（Ｂ）成分および（Ｃ）成分の合計量を１００質量％としたとき、（Ｃ）成分の含有量は０．１〜１質量％である。（Ｃ）成分の含有量が０．１質量％未満である場合は鋳型の強度が低下するので、０．１質量％以上とするが、０．３質量％以上が更に好ましく、０．５質量％以上が一層好ましい。また、（Ｃ）成分の含有量が１質量％を超える場合は速泡性が低下するので、１質量％以下とする。

本発明の発泡砂用界面活性剤組成物は、本発明の効果を阻害しない範囲内で、上記成分の他に添加剤を含有することができる。例えば、有機または無機塩類、ｐＨ調整剤、殺菌剤、キレート剤、色素、香料などが挙げられる。

〔実施例１〜２及び比較例１〜１０〕
以下、本発明を実施例及び比較例により具体的に説明する.
表４および表５に示した実施例１〜２および比較例１〜１０の各原料をビーカーに全て投入し、マグネチックスターラーを使って５０℃で１時間攪拌して発泡砂用界面活性剤組成物を調整した。表中の配合量は質量％であり、「−」は０質量％を意味する。

また、表４および表５に示すＡ１〜Ａ４の各成分の式（１）における記号等の説明を表１に記載し、表４および表５に示すＢ１、Ｂ２の各成分の式（２）における記号等の説明を表２に記載し、表４および表５に示すＣ１、Ｃ’１、Ｃ’２の各成分の物性等を表３に記載した。なお、各成分の具体的内容は以下のとおりである。

Ａ１：「パーソフトＥＦ」（日油（株）製）
Ａ２：「トラックスＫ−４０」（日油（株）製）
Ａ３：「パーソフトＥＤＯ」（日油（株）製）
Ａ４：「パーソフトＥＬ」（日油（株）製）
Ｂ１：「パーソフトＳＫ」（日油（株）製）
Ｂ２：「パーソフトＳＰ」（日油（株）製）
Ｃ１：ミリスチルアルコール「ＮＡＡ−４３」（日油（株）製）
Ｃ’１：オレイルアルコール「ＮＯＦＡＢＬＥ
ＡＯ−８５Ｓ」（日油（株）製）
Ｃ’２：イソデカノール「デカノール」（ＫＨネオケム（株）製）

得られた各発泡砂用界面活性剤組成物について下記の試験を実施した。いずれの試験においても「◎」および「○」の評価のものをそれぞれ合格とした。

（１）速泡性
手順１
粒子状骨材として人工砂、水溶性バインダとして、水ガラスと評価用界面活性剤、および水を用意する。これら材料を重量比で、人工砂１００、水ガラスの固形分０．５〜２．５、界面活性剤の有効成分０．０１〜０．０５、水を２〜４として混練装置に投入する。
手順２
混練装置を用いて上記材料を１２０秒間混練して発泡状混合物を作る。
手順３
発泡混練物を、図１に図示したような動粘度測定器に投入する。
手順４
図１に示すように、１ｋｇの重りを発泡混練物の上に乗せ、発泡混練物が下のφ６ｍｍ孔から排出されながら重りが下降する間に、重りの５０ｍｍ間隔の基準線が通過する時間を、動粘度として測定する。

速泡性の評価は、下記の評価基準に従い行った。

○：測定時間が２．００秒未満
△：測定時間が２．００秒以上、２．２０秒未満
×：測定時間が２．２０秒以上

（２）鋳型強度
発泡砂を用いた鋳型の抗折強度を測定する。
手順１
粒子状骨材として人工砂、水溶性バインダとして、水ガラスと評価用界面活性剤、および水を用意する。これら材料を重量比で、人工砂１００、水ガラスの固形分０．５〜２．５、界面活性剤の有効成分０．０１〜０．０５、水を２〜４として混練装置に投入する。
手順２
これら材料に混練装置を用いて３００秒間混練して発泡状混合物を作る。
手順３
上記で作成した発泡状混合物を強度測定用試験片造型装置を使い造型用金型に投入する。
鋳型試験片（１０ｍｍ×３０ｍｍ×８５ｍｍ）は、造型用金型で２００〜３００℃、３０〜１２０秒間焼成されて造型される。
手順４
造型され取り出された鋳型試験片を室温まで冷却する。
手順５
図２に示すように、鋳型用抗折強度試験機に試験片をセットして、試験片の抗折強度を測定して鋳型強度とした。鋳型強度の単位はｋｇ/ｃｍ^２である。

鋳型強度の評価は、下記の評価基準に従い行った。

◎：鋳型強度が３１以上
○：鋳型強度が３０．５以上、３１未満
△：鋳型強度が３０以上、３０．５未満
×：鋳型強度が３０未満

※1：括弧内の数値は各アルキル基を有する成分の質量比率
※2：組成情報は「日本食品標準成分表２０１５年版（七訂）脂肪酸成分表編第２章第２表脂肪酸総量１００ｇ当たり脂肪酸成分表（脂肪酸組成表）１４油脂類」を参照

※1：組成情報は「日本食品標準成分表２０１５年版（七訂）脂肪酸成分表編第２章第２表脂肪酸総量１００ｇ当たり脂肪酸成分表（脂肪酸組成表）１４油脂類」を参照

本発明に関わる実施例１〜２の発泡砂用界面活性剤組成物は、成分（Ａ）、成分（Ｂ）および成分（Ｃ）を特定の割合で含有しているので、発泡砂の速泡性に優れ、さらには鋳型強度も良好な結果であった。

一方、比較例１は、成分（Ｂ）および成分（Ｃ）を含有していないため、速泡性および鋳型強度が低くなった。
比較例２は、成分（Ａ）および成分（Ｃ）を含有していないため、鋳型強度が低くなった。
比較例３は、成分（Ｂ）および成分（Ｃ）を含有していないため、速泡性が低くなった。
比較例４は、成分（Ｂ）および成分（Ｃ）を含有していないため、速泡性および鋳型強度が低くなった。
比較例５は、成分（Ｂ）および成分（Ｃ）を含有していないため、速泡性が低くなった。
比較例６は、成分（Ａ）を含有していないため、鋳型強度が低くなった。
比較例７は、成分（Ｂ）を含有していないため、速泡性が低くなった。
比較例８は、成分（Ｂ）を含有していないことおよび一価アルコール（Ｃ）が不飽和結合を有するため、速泡性および鋳型強度が低くなった。
比較例９は、成分（Ｂ）を含有していないことおよび一価アルコール（Ｃ）が分岐構造を有するため、速泡性および鋳型強度が低くなった。
比較例１０は、成分（Ａ）及び（Ｂ）を含有しているものの、一価アルコール（Ｃ）が分岐構造を有するため、速泡性および鋳型強度が低くなった。

Claims

下記式（１）で示される化合物（Ａ）を７５〜９５質量％、
下記式（２）で示される化合物（Ｂ）を３〜２５質量％、および
炭素数が１２〜２２の飽和かつ直鎖の一価アルコール（Ｃ）を０．１〜１質量％含有することを特徴とする、発泡砂用界面活性剤組成物。

Ｒ^１Ｏ−（ＥＯ）_ｎ−ＳＯ_３Ｍ^１・・・（１）

（式（１）中、
Ｒ^１は炭素数６〜２２の炭化水素基を示し、
ＥＯはオキシエチレン基であり、
ｎは前記オキシエチレン基の平均付加モル数であって、ｎは１〜１０であり、
Ｍ^１は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウムまたは有機アンモニウムである。）

Ｒ^２Ｏ−ＳＯ_３Ｍ^２・・・（２）

（式（２）中、
Ｒ^２は炭素数６〜２２の炭化水素基であり、
Ｍ^２は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウムまたは有機アンモニウムである。）