JP2878771B2

JP2878771B2 - 型材及び型取り方法

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Publication number: JP2878771B2
Application number: JP8232990A
Authority: JP
Inventors: 茂次小堀
Original assignee: TOBU KAGAKU KK
Current assignee: TOBU KAGAKU KK
Priority date: 1990-03-28
Filing date: 1990-03-28
Publication date: 1999-04-05
Anticipated expiration: 2014-04-05
Also published as: JPH03279248A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は工業的な簡易型材料に関する。

〔従来の技術とその課題〕従来から型に関する材料及び技術は様々な工業的分野
で利用され、多種多様な方法がある。

近年殊に工業デザインの分野でモデル型と称される簡
易型が注目され、実物を作製する前段階のモデルとして
利用されている。

しかしこれらの型材の分野では従来から用いられてい
る木型、金型、石膏型、粘土型、樹脂型、等であって作
製の簡易なもので、安価で寸法安定性、耐衝撃性、加工
性の良好な型材は見い出されていない現状である。例え
ばＣ、Ａ、Ｄ、Ｃ、Ｎによる三次元加工に適する、切削
性が良好で、寸法安定性に優れた材料は少なく、特に大
型の型材はないのが現状であり、又、良質な木型は木材
資源的にも入手が困難で高価である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記課題に鑑み案出されたものであり、木型
に近い物性で注型によって容易に型取りが可能で、且つ
安価で、しかも注型後に脱型が容易で相手の型に接着せ
ず、複雑な型、あるいは逆テーパーも型取りできる材料
であって硬化が速やかな材料を提供することを目的とす
るものである。

本発明者はこれらの条件を満足せしめる材料について
鋭意検討した結果、石膏及び／又はアルミナセメントに
適当な充填剤、アルキルスルホン酸塩、キレート剤、水
を所定量加えてスラリーとして、これに特殊な親水性ウ
レタンを添加して、ゲル化速度と石膏及びアルミナセメ
ントの硬化を適度に調節することにより、所期目的の型
材が得られることを見出し、本発明を完成した。

即ち本発明は、（Ａ）石膏及び／又はアルミナセメント 100重量部に（Ｂ）無機又は有機充填剤 1.0〜1000重量部（Ｃ）アルキルスルホン酸塩又はその誘導体 0.001〜1.0重量部（Ｄ）キレート剤 0.001〜５重量部（Ｅ）親水性ウレタン 0.5〜15重量部（Ｆ）水 25〜150重量部を添加配合してなる型材、及び該型材を用いた型取り方
法に関するものである。

本発明においては、親水性ウレタンのゲルタイムを調
節するためにアルキルスルホン酸塩を用い、更に硬度調
節のためにキレート剤を用いて、木材に近い物性を保持
させる手法を考案して、型材及び型取り材とすることが
できた。又注入による一時的型取り材として、無機系も
しくは有機系充填剤と水及びアルキルスルホン酸塩と親
水性ウレタンを添加混合、これを注型して型取りを行う
弾性型材とする方法を見い出した。

本発明の型材と型取り材は初期の弾性が高く、約500
％の伸びがあり、脱型時と養生中の型の変型が少なく、
破損がないため逆テーパー等の従来割型で行う方法も本
発明では必要としないばかりか、配合処方を変えること
により、弾性体〜軟質〜硬質の物性を連続的に発現させ
ることができる。

即ち石膏を例にすれば、親水性ウレタン量が一定の場
合、キレート剤量が大＝弾性体、中＝軟質、小＝硬質と
なり、親水性ウレタン量を変える場合、親水性ウレタン
量大＝弾性体、中＝軟質、小＝硬質となる。

又弾性体〜軟質〜硬質の経時変化をキレート剤量によ
りセッティングすることも可能である。

本発明に用いる石膏とは、β半水石膏、α半水石膏の
何れでも良いが、β半水石膏を用いるとやや寸法安定性
が悪いので、高度な寸法安定性が要求される用途にはα
半水石膏の使用が推奨される。又、両者を混合して用い
たり、アルミナセメントを混合したり、セメント用の膨
張剤を添加すると寸法安定性は改良される。

また、これらの石膏に混合して用いる充填剤は、従来
から用いられている無機系及び有機系の充填剤を用いる
ことができる。

例えば、硅砂、硅粉、炭カル、タルク、クレー、スラ
グ、フライアッシュ、ベントナイト、硅藻土、パーライ
ト、バームキューライト、シラスバルーン、発泡スチロ
ール粉砕品、EUA粉砕晶、発泡ウレタン粉砕品等であ
る。

本発明において、アルミナセメントとしては各種のア
ルミナセメント、即ちカルシュームアルミネート化合物
のＣ、Ａ、Ｃ₂Ａ、Ｃ₃Ａ、Ｃ₁₁Ａ₇、CF、Ｃ₁₂Ａ₇等を含
有するものであれば何れのものでも使用できるが、懸濁
液のPHが12以下のものが好ましい。

又アルミナセメントと混合使用される充填剤はほぼ石
膏に用いたものが利用できる。

更に石膏及びアルミナセメントは各々単独で使用する
他、両者を任意に混合して使用することが可能である
が、本発明の目的によって、石膏：アルミナセメント比
は選定されるべきで石膏＞アルミナセメントでは寸法安
定性が良好であり、石膏＜アルミナセメントでは高強度
である。

本発明では寸法安定性をより高精度とする目的で乾燥
収縮を低減させるために、セメント用膨張剤を用いるこ
とができる。

即ちCSA、ジプカル等のエトリンジャイト系と多価ア
ルコール系の乾燥防止剤を用いることが可能である。

本発明の親水性ウレタンとは、分子量400〜20,000の
ポリオキシアルキレンポリオールでなおかつE0成分が50
％以上を占めるブロック重合体で水とセメント類に親水
性の高いポリオキシアルキレンポリオールからなり、有
機ポリイソシアネートとの反応物が液状又は低融点固形
物で親水性溶剤又は親水性可塑剤を含むものである。ま
た更に、分子量20,000〜1,000,000のポリエチレンオキ
サイドと有機ポリイソシアネートとの反応物が低融点固
形物で親水性溶剤又は親水性可塑剤を含むものであって
もよい。これらの親水性ウレタンは末端イソシアネート
残基が２〜10％の比較的少ないNC0を有することが必要
で水に混合した場合炭酸ガスによる発泡をできるだけ少
なくすることにより高強度の成型物を得ることができ
る。

石膏及びアルミナセメントに対する、親水性ウレタン
量は0.5〜15％で、好ましくは１〜10％である。斯かる
親水性ウレタンは水中に添加すると30秒〜１分でゲル化
し、注型時間が短い欠点があり、作業性に難がある。

そこで本発明ではポットライフを調節するために、ア
ニオン界面活性剤の一種であるアルキルスルホン酸塩又
はその誘導体を少量添加するのを要件としており、これ
によりポットライフを３分〜10分にすることができる。
又、同時にキレート剤を添加することでゲル化後より弾
性保持時間を自由に調節することが可能となった。これ
らの成分の配合量は石膏及びアルミナセメント100重量
部に対し、アルキルスルホン酸塩又はその誘導体0.001
〜1.0重量部、キレート剤0.001〜５重量部である。

通常、石膏及びアルミナセメントのような水硬性物質
に親水性ウレタンを添加すると、親水性ウレタンのゲル
化後、石膏及びアルミナセメントの凝結が開始されると
急速にゲル弾性が消失して硬化が進行して脆くなる現象
が見られる。

これを防止するためには大量の親水性ウレタンを用い
る方法があるが、寸法安定性、耐熱性の面で好ましくな
い。そこで少量の親水性ウレタンを用いてより効果的な
弾性を長期間保持するためにはキレート剤を使用する方
法が安価で品質が安定する。

本発明に使用するアルキルスルホン酸塩とその誘導体
は減水性と同時にキレート能をもっているが、このキレ
ート能は低く、一次的な弾性保持力しかない。

アルキルスルホン酸塩とその誘導体としては、例えば
アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタリンス
ルホン酸塩とそのアルデヒド縮合物が最も効果的で空気
連行性の少ないものが好ましい。

これらと同時に強力なキレート剤であるEDTA・2Na、
クエン酸塩、酒石酸塩、リン酸塩、蛋白加水分解物、ポ
リカルボン酸塩等を石膏及びアルミナセメントに対し0.
001〜５重量部加えると、石膏及びアルミナセメントは
完全に凝結せず、スラリーの脱水剤として作用するため
に硬化体は永久的弾性を保持することができる。

本発明の型取りを目的とした場合、型の弾性があると
脱型が容易となって、複雑な型取りを行うことができ
る。しかしシリコーン樹脂型取り剤のように弾性が高す
ぎると型の変形量が大となって、寸法安定性が悪化する
きらいがある。これに対し、本発明では上記キレート剤
を適量にコントロールして型の硬度を変えられる利点が
ある。

従来より石膏及びアルミナセメント及びポルトランド
セメントに親水性ウレタンを添加し、発泡体を製造する
ことは特開昭56-96787号公報，特開昭62-3084号公報に
みられるが、これらの発泡体は経時変化が大きく、初期
柔軟性はあるが暫時脆化した化合物となる。本発明では
斯かる欠点を解消したものであり、これを防止するため
にリターダーを凝結遅延の目的で使用するのでなく、柔
軟剤として利用する量であることが必要であり、曲げ強
度の大きな耐衝撃性の良好な硬化物が得られる。

従って、本発明で得られる、硬化物は型取り材又は型
材としての用途もさることながら、合成木材、建材とし
ての用途も期待される。

又、乾燥防止剤として多価アルコール類のグリセリン
プレピレングリコール、エチレングリコール、PPG、PE
G、又はPEO及び超吸水性樹脂等を用いる。

本発明の型材を用いて型取り又は型材とする場合、型
取りの方法は型取りの相手型との関係が生ずる。例えば
相手型の表面が吸水性か比吸水性かで吸水性の高い場合
は、本発明の型材が接着性を有するために相手型の表面
処理を必要とする。木材、紙、石膏等がこれに類し、金
属、プラスチックワックス等には接着性がないため表面
処理の必要はなく、接着性とはいっても強力ではないの
で、油脂、石鹸水、PBG等の離型剤を用いる。

しかるに本発明の親水性ウレタンのイソシアネート化
合物がT.D.I.・M.D.I.であれば上記範疇であるが、キシ
レンジイソシアネート化合物では強力な接着力を有する
ので、シリコーン系又はふっ素系離型剤が必要である。

又、本発明の型材は相互接着性があり、補修、打継ぎ
が容易に行なえる。

型取りの場合にはあらかじめ相手型を適当なスペーサ
ーで保持して、注型を行い、割型とする場合にはその割
り面に離型剤を塗り、その上に注型して、割型とする。
この場合逆テーパ等の脱型困難な型に対しては、親水性
ウレタン量とキレート剤を増量して、弾性を高め、脱型
を容易にする。

かくして作製した型材は転写性が良好で微細な従来石
膏等では困難な模様をとることが可能でありこの型材に
熱硬化性樹脂、ロストワックス、鋳物用型材、石膏、セ
メント、もしくは本発明の型材を注型することにより、
木型を作ることができる。更に鍛造型、プレス型等の型
寸法用として上、下、型に注型して後に両型を合わせ
て、接着させてから脱型して型の精度を見ることができ
る。

これは樹脂型でも同様であって、石膏のように脆い物
性がないため紙のような薄いものの型取りも可能であ
る。又人体の如く柔軟な型取りも、本発明の型材では容
易であり、人体に対する毒性も少ないために直接的な型
取りができる。例えば手型、足型等医療上必要な各種装
具類及びデスマスク、体型等の型取りが容易に行なえ、
弾性があるため、石膏及び石膏含浸包帯よりもより忠実
な型取りと脱型ができる。

即ち型取り後短時間でその型に他種の型材を注型する
ような場合には、充分その目的に適合する。

しかし木型、金型のような長期間の保存に耐えられる
物性ではなく、寸法安定性も充分ではない。

本発明において水の配合量は、親水性ウレタン100重
量部に対し50〜1000重量部好ましくは100〜500重量部
（石膏及び／又はアルミナセメント100重量部に対して
は25〜150重量部好ましくは30〜100重量部）である。こ
の水にはあらかじめ充填剤及びアルキルスルホン酸塩の
ようなゲル化遅延剤、乾燥収縮防止剤等を添加して予備
混合をしておくとよい。

これらの予備混合に際しては各々の粉末度により異な
るが、注型し易い流動性を保つことが必要である。

〔発明の効果〕

本発明に於ける型材は従来から用いられている型材と
異なり、簡易で安価に作業性の良好な型取りと型材を製
造することができる。

〔実施例〕以下実施例により本発明を更に具体的に説明する。
尚、実施例中、部は全て重量部を表す。

実施例１焼石膏（吉野石膏（株）製Ｂ）100部、炭酸カルシウ
ム（白石工業（株）製ホワイトン）100部の混合物をETD
A・2Na 0.3部、レベロン（三洋化成（株）製セメント減
水剤）0.2部、ジエチレングリコール1.0部と水100部の
混合液に加えて、混合機でスラリーとした。

このスラリーに親水性ウレタン（旭電化（株）製up-7
008）15部を加えて急速混合し、30秒後に40×40×160mm
の型枠中に注型した。

約３分後にゲル化して５分後に脱型できた。弾性は２
日後に消失したが脆性はなかった。28日後の物性は曲げ
強度96kg/cm²、圧縮強度164kg/cm²、衝撃強度7.6kgf cm
/cm²であり、この硬化物は木工用工具の鋸、鉋、鑿で加
工ができ、難燃性であった。

比較例１実施例１と同一の石膏100部、炭酸カルシウム100部の
混合物を水100部に加えて、混合機でスラリーとして親
水性ウレタン（実施例１と同様）15部を加えて急速に混
合し、20秒後に40×40×160の型枠に注型した。注型後2
0分で発熱して、石膏が硬化し弾性が消失し、５日後に
脆化した。

28日の物性は曲げ強度23kg/cm2、圧縮強度186kg/c
m²、衝撃強度1.6kgf/cm²である。この例では親水性ウレ
タンのゲル化が非常に速く注型時間が短すぎるきらいが
あり、脆化があり、石膏硬化物と変らなかった。

比較例２ EDTA・2Naを添加しない他は実施例１と同様に型材を
作製したところ、ゲル化時間は実施例１と同様の３分で
あったが20分後に発熱して石膏が硬化し、３日後に脆化
が始まり14日後に弾性は完全に消失した。

実施例２ α−半水石膏100部をあらかじめ酒石酸カリ1.0g、マ
イティ（花王（株）製セメント減水剤）2.0ccを溶解し
た水50ccに加えて、混合しスラリーとした。

これに親水性ウレタン（旭電化（株）up-7008）3.0g
を加えて急速に攪拌混合し注型したところ、３分40秒で
ゲル化し、弾性体となった。これを70℃で３日間乾燥し
て、供試体とした。比重1.9、曲げ強度121kg/cm²、圧縮
強度206kg/cm²、衝撃強度8.8kgcm/cm²、線膨張係数7.1
×10^-5であった。

本実施例の硬化物は木型に類似した物性と加工性を有す
る。

比較例３実施例２の配合に於いて親水性ウレタンをポリグラウ
トＷ−１（第一工業製薬（株）製）に置換したものを同
一重量部使用し、供試体を作製した。

この硬化物は比重1.2で発泡体に近く気泡が多いため
曲げ、圧縮強度とも低く、寸法安定性が悪かった。

実施例３アサノアルミナセメント１号（日本セメント（株）
製）50部、重質炭カル50部を混合し、これにレベロン
（三洋化成（株）製セメント減水剤）0.2部、クエン酸
ナトリウム1.0部、CSA（電気化学工業（株）製セメント
膨張剤）2.5部と水50部を加えて、混合し、スラリーと
した。このスラリーに親水性ウレタン（旭電化工業
（株）製up-7008）5.0重量部を加えて、急速に混合し、
40×40×160の型枠中に注入した。

約７分後にゲル化し、10分後に脱型して、28日間気中
養生したものを供試体とした。曲げ強度175kg/cm²、圧
縮強度380kg/cm²、衝撃強度6.3kgcm/cm²、鉛筆硬度4H、
線膨張係数4.3×10^-5、養生中の収縮率2.2％であり、本
実施例の硬化物は実施例１〜２の石膏硬化物に対し硬度
が高く高強度であり、プラスチックに近い物性があっ
た。

比較例４実施例３の配合剤からクエン酸NA量を0.1部に減じた
場合同様の養生条件の物性は曲げ強度115kg/cm²、圧縮
強度417kg/cm²、衝撃強度2.6となり脆くなった。

実施例４焼石膏（サンエス石膏（株）Ｂ種）40部、アサノアル
ミナセメント（日本セメント（株）製１号）60部を混合
し、これにポリティＮ−100（ライオン（株）セメント
減水剤）1.0部とETDA・2Na 1.0部、水50部を混合してス
ラリーとした。このスラリーに親水性ウレタン（旭電化
工業（株）製up-7008）5.0部を加えて、急速に混合し
て、40×40×160mmの型枠中に注型した。

約５分後にゲル化し弾性体となり、３分後に脱型可能
となる。作製した供試体を空気中で28日間養生した後物
性試験に供したところ、比重2.3、28日間の長さ変化率
1.2％、曲げ強度173kg/cm²、圧縮強度281kg/cm²、衝撃
強度6.4kgcm/cm²であった。

実施例５ β−焼石膏50部、α−焼石膏50部、ポリティＮ−100
（ライオン（株）製アルキルナフタリンスルホン酸縮合
物）1.0部、ETDA・2Na 1.0部を粉体混合し、これを水50
部、ポリエチレングリコール（分子量500）1.5部の液中
に加えて混合しスラリーとした。

これに親水性ウレタン（旭電化工業（株）製up-7008）
７部を加えて、急速混合した。

このスラリーを型枠中に予めラッピングした足を入れて
流し込んだところ、３分後にゲル化し５分後に足を抜き
去った。この足型にエポキシ樹脂（旭電化工業（株）製
EP-4200）100部にオガクズ10部を混合して脱泡したもの
に、エポキシ樹脂硬化剤（旭電化工業（株）製EH-240）
40部を混合して流し込んだ（足型の表面は離型剤を塗布
した方が良い）。２時間後に脱型すると相型モデルが完
成した。

実施例６予め作製して置いた２分割の達磨型を頭部を下にして
足部を上にして注入口として、ロクロ上にセットし、毎
分120回転で回転させつつ、焼石膏100部、重質炭酸カル
シウム100部の混合物をレベロン（三洋化成工業（株）
製セメント減水剤）1.0部、酒石酸カリ1.0部を水100部
に溶解した液中に加えて混合し、スラリーとした。この
スラリーに親水性ウレタン（旭電化工業（株）製up-700
8）10部を加えて、急速に混合したスラリーを上記回転
型中に流し込んで成型を行った。

５分後に回転を止め脱型すると、中空の達磨が得られ
た。

実施例７木製彫刻額を型枠内にセットし、重質炭酸カルシウム
100部、ポリティＮ−100（ライオン（株）製セメント減
水剤）1.0部を水50部、プロピレングリコール1.5部の溶
液中に混合してスラリーとして、これに親水性ウレタン
（旭電化工業（株）製up-7008）20部を加えて、急速に
混合し、上記型枠中に流し込んだ。

３分後にゲル化し、５分後に引伸しながら逆テーパー
部を離型した。この転写した額縁面にセッケン水を塗布
し、α−焼石膏100部、重質炭酸カルシウム100部、ポリ
ティＮ−100 0.2部、パフタード（味の素（株）製石膏
リターダー）0.1部からなる混合物を水80部中に加えて
混合し、スラリーを作った。このスラリーに前記親水性
ウレタン６部、ジエチレングリコール２部を加えて、急
速に混合して、上記転写額縁型に流し込んだところ、４
分後にゲル化し、８分後に静かに弾性を利用して脱型し
た。このようにして作製した額は表面塗装を行って、先
の木製額と全く同一の額が容易に得られた。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ０４Ｂ 24/22 Ｃ０４Ｂ 24/22 Ｂ 24/24 24/24 Ｂ 26/16 26/16 28/06 28/06 // Ｂ２２Ｃ 7/00 １１１Ｂ２２Ｃ 7/00 １１１Ｂ２９Ｃ 33/38 Ｂ２９Ｃ 33/38

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）石膏及び／又はアルミナセメント 100重量部に（Ｂ）無機又は有機充填剤 1.0〜1000重量部（Ｃ）アルキルスルホン酸塩又はその誘導体 0.001〜1.0重量部（Ｄ）キレート剤 0.001〜５重量部（Ｅ）親水性ウレタン 0.5〜15重量部（Ｆ）水 25〜150重量部を添加配合してなる型材。
【請求項２】請求項１記載の型材を用いた型取り方法。