JP2892468B2 - Binder composition for foundry sand - Google Patents

Binder composition for foundry sand

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自硬性鋳型及びガス硬化性鋳型造型法に用
いられる鋳物砂用粘結剤組成物に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a binder composition for molding sand used in a self-hardening mold and a gas-curable mold molding method.

更に詳しくは、水溶性フェノール樹脂を粘結剤として
用い、これを有機エステルにより硬化させる鋳型造型法
に用いられる改良された有機エステル硬化型鋳物砂用粘
結剤組成物に関するものである。
More specifically, the present invention relates to an improved organic ester-curable binder composition for molding sand used in a mold molding method in which a water-soluble phenol resin is used as a binder and cured with an organic ester.

〔従来の技術〕 有機粘結剤を用いて主型や中子のような鋳型を製造す
る造型法として、自硬性鋳型法、コールドボックス鋳型
法、クローニング法(シェル法)は公知である。特に有
機自硬性鋳型造型法は機械鋳物分野を中心に生産性、鋳
物品質、安全衛生上の観点から無機系に代わって既に汎
用的な造型法となっている。
[Prior art] As a molding method for producing a mold such as a main mold or a core using an organic binder, a self-hardening mold method, a cold box mold method, and a cloning method (shell method) are known. In particular, the organic self-hardening molding method is already a general-purpose molding method in place of the inorganic type from the viewpoint of productivity, casting quality, safety and health mainly in the field of mechanical casting.

一方、従来、中、高速で鋳型を製造するにはフェノー
ル樹脂を粒状耐火物に被覆した、いわゆるコーテッドサ
ンドを加熱硬化して鋳型を製造するクローニング法が幅
広く使用されている。
On the other hand, a cloning method for producing a template by heating and curing a so-called coated sand in which a phenol resin is coated on a granular refractory, that is, a phenol resin is conventionally widely used for producing a template at a medium and high speed.

しかし、鋳型製造時の省エネルギー、鋳型生産速度、
更に鋳型、鋳物の品質を改善するために、ガス状又はエ
ロゾル状物質で常温硬化させるコールドボックス鋳型法
がクローニング法を代替する鋳型の製造法として鋳物業
界で真剣に導入が試みられてきている。
However, energy saving during mold production, mold production speed,
Further, in order to improve the quality of molds and castings, a cold box mold method of curing at room temperature with a gaseous or aerosol-like material has been seriously attempted in the casting industry as a method of manufacturing a mold instead of a cloning method.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

有機自硬性鋳型造型法及びガス硬化性鋳型造型法に用
いられる粘結剤組成物として、水溶性フェノール−ホル
ムアルデヒド樹脂水溶液を粘結剤とし、これを有機エス
テルで硬化せしめる鋳物砂用粘結剤組成物が、特開昭50
-130627号公報、特開昭58-154433号公報や特開昭58-154
434号公報により公知である。
As a binder composition used in an organic self-hardening mold molding method and a gas-curable mold molding method, a water-soluble phenol-formaldehyde resin aqueous solution is used as a binder, and this is cured with an organic ester. The product is Japanese
-130627, JP-A-58-154433 and JP-A-58-154
It is known from US Pat.

この粘結剤を用いた鋳型造型法は粘結剤中に硫黄原子
を含まないため酸硬化性樹脂を用いた鋳型造型法に比較
して浸硫の傾向が小さい等の長所を有するが、反面酸硬
化性鋳型造型法に比較して、鋳型強度が低い、可使時間
が短い、砂再生性が劣るなどの欠点を有しており、更に
その改良が望まれている。
The mold making method using this binder has advantages such as a smaller tendency of sulfuration as compared with the mold making method using an acid-curable resin because no sulfur atom is contained in the binder, but on the other hand, Compared to the acid-curable mold making method, it has disadvantages such as low mold strength, short pot life, and poor sand reproducibility, and further improvement is desired.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明者らは上記問題点を解決すべく鋭意研究の結
果、水溶性フェノール樹脂を粘結剤とし、これを有機エ
ステルにより硬化させる鋳型造型法に用いられる鋳物砂
用粘結剤組成物において、水溶性フェノール樹脂に特定
のリン酸エステル類の1種又は2種以上を併用してなる
鋳物砂用粘結剤組成物を使用することにより、鋳型強度
を大幅に向上させることを見出し、本発明を完成するに
到った。
The inventors of the present invention have conducted intensive studies to solve the above problems, and found that a water-soluble phenol resin as a binder and a binder composition for molding sand used in a mold molding method of curing this with an organic ester, The present invention has been found to significantly improve the mold strength by using a binder composition for foundry sand obtained by using one or more specific phosphoric esters in combination with a water-soluble phenol resin. Was completed.

即ち本発明は、水溶性フェノール樹脂とリン酸トリエ
ステル類の1種又は2種以上とを必須成分とすることを
特徴とする有機エステル硬化型鋳物砂用粘結剤組成物に
関するものである。
That is, the present invention relates to a binder composition for an organic ester-curable molding sand, which comprises a water-soluble phenol resin and one or more phosphoric acid triesters as essential components.

本発明において用いられるリン酸トリエステル類とし
て、具体的には次の様なものが挙げられる。
Specific examples of the phosphoric acid triesters used in the present invention include the following.

リン酸トリメチルエステル、リン酸トリエチルエステ
ル、リン酸トリブチルエステル、リン酸トリブトキシエ
チルエステル、リン酸トリフェニルエステル、リン酸ト
リスイソプロピルフェニルエステル、リン酸トリクレジ
ル、リン酸トリ2−エチルヘキシル等である。
Trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tributyl phosphate, tributoxyethyl phosphate, triphenyl phosphate, trisisopropylphenyl phosphate, tricresyl phosphate, tri-2-ethylhexyl phosphate, and the like.

本発明の粘結剤組成物を用いることにより、鋳型強度
を大幅に改善し得る理由は次の如く推定される。即ち、
上記の如きリン酸トリエステル類の1種又は2種以上を
存在させることにより、耐火性粒状材料と水溶性フェノ
ール樹脂との表面水素結合を誘起して、界面接着性の改
善等の表面特性を化学的に向上せしめたこと、また硬化
鋳型の組成物界面、即ち固体−液体、液体−液体界面へ
の浸透性及び拡散性と耐火性粒子に対する凝集力等の特
性とを物理的に改善、改質し、向上せしめたことによる
と考えられる。
The reason why the mold strength can be significantly improved by using the binder composition of the present invention is presumed as follows. That is,
The presence of one or more of the above-mentioned phosphoric acid triesters induces surface hydrogen bonding between the refractory granular material and the water-soluble phenol resin, thereby improving surface properties such as improvement in interfacial adhesion. Chemically improved, physically improved and improved properties such as permeability and diffusion at the composition interface of the curing mold, ie, solid-liquid, liquid-liquid interface, and cohesion to refractory particles. It is thought that it was due to quality and improvement.

水溶性フェノール樹脂と上記の如きリン酸トリエステ
ル類の1種又は2種以上の混合物とを併用する形態とし
ては、水溶性フェノール樹脂又は水溶液中に含有させて
もよいし、有機エステル中に攪拌混合せしめてもよい
し、或いはそれらと別途に耐火性粒状材料に添加しても
よい。またこの際、周知の溶媒に希釈して混練性を高め
て添加することもできる。
As a form in which the water-soluble phenol resin and one or more of the above-mentioned phosphate triesters are used in combination, the water-soluble phenol resin may be contained in the water-soluble phenol resin or the aqueous solution, or may be stirred in the organic ester. They may be mixed or added separately to the refractory granular material. At this time, it may be added by diluting it with a known solvent to improve the kneading property.

本発明の有機エステル硬化型鋳物砂用粘結剤組成物を
用いて鋳物用砂型を自硬性鋳型造型法によって製造する
には、耐火性粒状材料100重量部に、硬化剤である有機
エステル0.05〜9重量部、好ましくは0.1〜5重量部、
水溶性フェノール樹脂水溶液を固形分として0.4〜15重
量部、好ましくは0.6〜5重量部及びリン酸トリエステ
ル類0.01〜5重量部、好ましくは0.05〜3重量部を周知
の方法で混練し、従来の自硬性鋳型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。
To produce a casting sand mold by a self-hardening molding method using the organic ester-curable molding sand binder composition of the present invention, 100 parts by weight of the refractory granular material, an organic ester 0.05 to 0.05% of a curing agent. 9 parts by weight, preferably 0.1 to 5 parts by weight,
0.4 to 15 parts by weight, preferably 0.6 to 5 parts by weight, and 0.01 to 5 parts by weight, preferably 0.05 to 3 parts by weight, of a phosphoric acid triester are kneaded by a well-known method as a solid, and The mold can be manufactured by utilizing the self-hardening mold manufacturing process as it is.

また、本発明において、鋳物用砂型をガス硬化性鋳型
造型法によって製造するには、まず耐火性粒状材料100
重量部に、水溶性フェノール樹脂水溶液を固形分として
0.4〜15重量部、好ましくは0.6〜5重量部及びリン酸ト
リエステル類0.01〜5重量部、好ましくは0.05〜3重量
部を加えた混練砂を手込め、もしくは加圧空気でのブロ
ーイングにより模型中に充填し、次いでガス状もしくは
エロゾル状の有機エステル0.05〜9重量部を吹き込んで
フェノール樹脂混合物を硬化させることにより、鋳型を
製造する。
Further, in the present invention, in order to produce a sand mold for casting by a gas-curing mold molding method, first, a refractory granular material 100
In weight parts, water-soluble phenol resin aqueous solution as solid content
0.4 to 15 parts by weight, preferably 0.6 to 5 parts by weight and 0.01 to 5 parts by weight of phosphoric acid triesters, preferably 0.05 to 3 parts by weight kneading sand added, or blown with pressurized air model The mold is manufactured by filling the mixture and then blowing 0.05-9 parts by weight of a gaseous or aerosol organic ester to cure the phenolic resin mixture.

本発明に用いられる有機エステルとしては、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誘導される有機エステル
の単独もしくは混合物が用いられるが、自硬性鋳型造型
法では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
セチン等を用いるのが好ましく、ガス硬化性鋳型造型法
ではギ酸メチルを用いるのが好ましい。
As the organic ester used in the present invention, a lactone or an organic ester derived from a monohydric or polyhydric alcohol having 1 to 10 carbon atoms and an organic carboxylic acid having 1 to 10 carbon atoms alone or as a mixture is used. In the self-hardening molding method, γ-butyrolactone, propionlactone, ε-
It is preferable to use caprolactone, ethyl formate, ethylene glycol diacetate, ethylene glycol monoacetate, triacetin, and the like, and it is preferable to use methyl formate in a gas-curable molding method.

本発明に用いられる水溶性フェノール樹脂とは有機エ
ステルで硬化可能な樹脂であり、例えばフェノール、ク
レゾール、レゾルシノール、キシレノール、ビスフェノ
ールA、クミルフェノール、ノニルフェノール、ブチル
フェノール、フェニルフェノール、エチルフェノール、
オクチルフェノール、アミルフェノール、ナフトール、
ビスフェノールF、ビスフェノールC、カテコール、ハ
イドロキノン、ピロガロール、フロログルシン、リグニ
ン、ビスフェノールA残渣、クレゾール残渣、クロロフ
ェノール、ジクロロフェノール、その他の置換フェノー
ルを含めたフェノール類と、ホルムアルデヒド、アセト
アルデヒド、フルフラールアルデヒド及びアルデヒドの
混合物等との反応によって得られるフェノール樹脂が挙
げられる。これらのフェノール樹脂の縮合に用いられる
適当なアルカリ性物質は水酸化ナトリウム、水酸化カリ
ウム、水酸化リチウム及びこれらの混合物であるが、水
酸化カリウムが最も好ましい。
The water-soluble phenolic resin used in the present invention is a resin curable with an organic ester, such as phenol, cresol, resorcinol, xylenol, bisphenol A, cumylphenol, nonylphenol, butylphenol, phenylphenol, ethylphenol,
Octylphenol, amylphenol, naphthol,
Mixtures of phenols including bisphenol F, bisphenol C, catechol, hydroquinone, pyrogallol, phloroglucin, lignin, bisphenol A residue, cresol residue, chlorophenol, dichlorophenol and other substituted phenols, and formaldehyde, acetaldehyde, furfural aldehyde and aldehyde And the like. Suitable alkaline substances used for the condensation of these phenolic resins are sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide and mixtures thereof, with potassium hydroxide being most preferred.

耐火性粒状材料としては、石英質を主成分とする珪砂
の他、クロマイト砂、ジルコン砂、オリビン砂、アルミ
ナサンド等の無機耐火性粒状材料が使用されるが、特に
限定されるものではない。
As the refractory granular material, inorganic refractory granular materials such as chromite sand, zircon sand, olivine sand, and alumina sand are used in addition to silica sand having quartz as a main component, but are not particularly limited.

また、更に鋳型強度を向上させる目的でシランカップ
リング剤を加えても差し支えない。好ましいシランカッ
プリング剤としては、γ−アミノプロピルトリエトキシ
シランやγ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリ
メトキシシラン等が挙げられる。
Further, a silane coupling agent may be added for the purpose of further improving the mold strength. Preferred silane coupling agents include γ-aminopropyltriethoxysilane and γ- (2-aminoethyl) aminopropyltrimethoxysilane.

〔実施例〕〔Example〕

以下、実施例をもって本発明を詳細に説明するが、本
発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

実施例1〜6及び比較例1 自硬性鋳型造型法における鋳型強度の経時変化を評価
した。
Examples 1 to 6 and Comparative Example 1 The change over time in the mold strength in the self-hardening mold making method was evaluated.

即ち、珪砂100重量部に対して、トリアセチンを0.25
重量部、水溶性フェノール樹脂を1.5重量部及び表−1
に示すリン酸トリエステル類を0.15重量部添加混練して
なる混合物を、直径が50mmで高さが50mmであるテストピ
ース用模型に充填し、混練後の圧縮強度の経時変化を測
定した。
That is, triacetin was added in an amount of 0.25 to 100 parts by weight of silica sand.
Parts by weight, 1.5 parts by weight of water-soluble phenol resin and Table 1
The mixture obtained by adding and kneading 0.15 parts by weight of the phosphoric acid triesters shown in (1) above was filled in a test piece model having a diameter of 50 mm and a height of 50 mm, and the change over time in the compressive strength after kneading was measured.

結果を表−1に示す。 The results are shown in Table 1.

実施例7〜12及び比較例2 ガス硬化性鋳型造型法における鋳型強度の経時変化を
評価した。
Examples 7 to 12 and Comparative Example 2 The change over time of the mold strength in the gas-curable mold molding method was evaluated.

即ち、珪砂100重量部に対し、固形分50重量%である
水溶性フェノール樹脂を2.0重量部、表−2に示す各種
リン酸トリエステル類を0.2重量部添加混練してなる混
合物を、直径が50mmで高さ50mmであるガス硬化用テスト
ピース模型に充填した。この模型中に3.0重量部のガス
状のギ酸メチルを注入し、注入後の圧縮強度の経時変化
を測定した。
That is, a mixture obtained by adding and kneading 2.0 parts by weight of a water-soluble phenol resin having a solid content of 50% by weight and 0.2 parts by weight of various phosphoric acid triesters shown in Table 2 with respect to 100 parts by weight of silica sand was used. The test piece for gas hardening, 50 mm in height and 50 mm in height, was filled. 3.0 parts by weight of gaseous methyl formate was injected into this model, and the change over time in compressive strength after injection was measured.

結果を表−2に示す。 Table 2 shows the results.

〔発明の効果〕 上記の実施例で明白なように、本発明の製造方法によ
れば、従来の製造方法によって得られる鋳型に比べ高強
度の鋳型が得られる。
[Effects of the Invention] As is clear from the above embodiments, according to the production method of the present invention, a mold having a higher strength than that of a mold obtained by a conventional production method can be obtained.

その結果、粘結剤の使用量の低減が可能となるため、
鋳物砂の回収が容易となり、また、鋳込時の鋳型から発
生するガス量を減少し得るので、ガス欠陥の発生を抑制
し健全な鋳物が製造でき、実用上有益なものとなる。
As a result, the amount of binder used can be reduced,
Since the casting sand can be easily collected and the amount of gas generated from the casting mold at the time of casting can be reduced, generation of gas defects can be suppressed and a sound casting can be manufactured, which is practically useful.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−252634(JP,A) 特開 昭50−96647(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22C 1/00 - 1/26 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-62-252634 (JP, A) JP-A-50-96647 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) B22C 1/00-1/26

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】水溶性フェノール樹脂とリン酸トリエステ
ル類の1種又は2種以上とを必須成分とすることを特徴
とする有機エステル硬化型鋳物砂用粘結剤組成物。
An organic ester-curable binder for sands comprising an essential component comprising a water-soluble phenolic resin and one or more phosphoric acid triesters.
【請求項2】有機エステルがガス状であることを特徴と
する請求項1記載の鋳物砂用粘結剤組成物。
2. The binder composition for foundry sand according to claim 1, wherein the organic ester is gaseous.
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