JP3131640B2

JP3131640B2 - 鋳型製造用粘結剤組成物及び鋳型の製造方法

Info

Publication number: JP3131640B2
Application number: JP04354266A
Authority: JP
Inventors: 満酒井; 昌彦鍵谷
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1992-12-14
Filing date: 1992-12-14
Publication date: 2001-02-05
Anticipated expiration: 2016-02-05
Also published as: JPH06179038A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋳型を製造する際に用
いる粘結剤組成物に関し、特に鋳型の崩壊性を向上させ
ることができる粘結剤組成物に関するものである。ま
た、この粘結剤組成物を使用して、鋳型を製造する方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋳型は、鋳鉄等を注湯して鋳物を得た
後、鋳物と鋳型を分離するため、一般的に崩壊せしめら
れるものである。従来、鋳鉄を使用して鋳物を得る場
合、注湯温度が高いため、この高温の溶湯に鋳型が曝さ
れて、硬化している粘結剤が劣化し、鋳型は容易に崩壊
することができた。しかし、注湯温度の低いアルミニウ
ムを使用してアルミ鋳物を得る場合、鋳型が高温に曝さ
れず、硬化している粘結剤が劣化しにくいということが
あった。従って、鋳物と鋳型とを分離するために、鋳型
を高温で長時間加熱処理して粘結剤を劣化させ、その後
鋳型を崩壊させることが行なわれている。

【０００３】しかしながら、鋳型を崩壊させるために、
高温で長時間加熱処理するということは、費用と労力の
点で、無駄である。このため、鋳型製造用の粘結剤組成
物中に、テトラブロモビスフェノールＡやジブロモペン
チルグリコール等の含ハロゲン有機化合物を含有させる
ことが提案されている（特公昭60-39450号公報）。この
粘結剤組成物を使用して得られた鋳型は、崩壊性に優れ
たものであるが、以下の如き欠点があった。即ち、含ハ
ロゲン有機化合物が含有されている鋳型は、注湯時にハ
ロゲンガスが発生し、悪臭を放ち作業環境が劣悪にな
り、また主型として金型を使用した場合には、金型にハ
ロゲンガスが接触してサビ状の腐蝕を生じるということ
があった。

【０００４】一方、フェノール系樹脂を粘結剤として使
用する、シェルモールド法によって製造された加熱硬化
鋳型に関して、以下のような提案がされている。即ち、
フェノール系樹脂100重量部に対してリン酸エステルを1
0〜50重量部溶融させたものを粘結剤として使用するこ
とによって、得られた加熱硬化鋳型の崩壊性を向上さ
せ、高温で長時間の加熱処理を不要にならしめることが
提案されている（特公昭61-2454号公報）。

【０００５】この方法は、加熱硬化鋳型の崩壊性という
点では、満足のゆくものであるが、粘結剤の調整が煩雑
であるという欠点があった。即ち、フェノール系樹脂を
溶融させて、そこへ溶融又は軟化させたリン酸エステル
を添加して、粘結剤を調整しなければならなかった。ま
た、アルミ鋳物を得る場合には、フェノール系樹脂にこ
のような調整を施し、アルミ鋳物以外の鋳物を得る場合
には、フェノール系樹脂にこのような調整を施さないと
いうことになって、二種のタイプのフェノール系樹脂を
準備しておく必要があった。

【０００６】また、ある特定のフラン系樹脂を使用した
自硬性鋳型の崩壊性を向上させるために、リン酸エステ
ルをフラン系樹脂に添加混合することも公知である（特
開昭58-50151号公報）。しかしながら、この方法は、フ
ルフリルアルコールを尿素及びホルムアルデヒドで変性
した自硬性のフラン系樹脂を粘結剤として使用した場合
に関するものであり、加熱硬化型やガス硬化型のフラン
系樹脂や他の樹脂に使用することに関して、何らの開示
もない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者等
は、従来公知の含ハロゲン有機化合物やリン酸エステル
とは異なる、他の化合物を崩壊促進剤として使用しよう
として種々研究を行なった。その結果、ある特定のホウ
酸トリエステルを粘結剤に添加混練しておけば、自硬性
鋳型，加熱硬化鋳型及びガス硬化鋳型に対して、良好な
崩壊性を示すことを見出し、本発明に到達したのであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、一般式
Ｂ（ＯＲ）₃（式中、Ｒは炭素数が1〜4のアルキル基を
表わす。）で表わされる崩壊促進剤を、各種の粘結剤に
添加してなる鋳型製造用粘結剤組成物に関するものであ
る。また、この粘結剤組成物を使用した鋳型の製造方法
に関するものである。

【０００９】本発明に使用する崩壊促進剤は、ホウ酸ト
リエステルよりなる化合物であって、具体的にはホウ酸
トリエチル又はホウ酸トリブチルが良好に使用しうる。
この崩壊促進剤は、自硬性粘結剤，加熱硬化性粘結剤及
びガス硬化性粘結剤のいずれにも、添加混合して使用し
うるものである。

【００１０】自硬性粘結剤としては、フラン系樹脂，い
わゆるペップセット法やリノキュア法に適用されるポリ
ウレタン樹脂，いわゆるカオーステップと呼ばれる自硬
性水溶性フェノール樹脂等を使用することができる。加
熱硬化性粘結剤としては、いわゆるウォームボックス法
に適用されるフラン系樹脂、いわゆるシェルモールド法
に適用されるレゾール系又はノボラック系のフェノール
樹脂、いわゆるシェルモールド法に適用される不飽和ポ
リエステル系樹脂等を使用することができる。また、ガ
ス硬化性粘結剤としては、いわゆるハードックス法に適
用されるフラン系樹脂，いわゆるカオーステップと呼ば
れるガス硬化性水溶性フェノール樹脂，いわゆるイソセ
ット法に適用される不飽和ポリエステル系樹脂等を使用
することができる。ここで、フラン系樹脂とは、フルフ
リルアルコール（フラン樹脂），ホルムアルデヒドで変
性したフルフリルアルコール（ホルムアルデヒド変性フ
ラン系樹脂），尿素で変性したフルフリルアルコール
（尿素変性フラン系樹脂），フェノールで変性したフル
フリルアルコール（フェノール変性フラン系樹脂），メ
ラミンで変性したフルフリルアルコール（メラミン変性
フラン系樹脂）等を、少なくとも一部含有する樹脂のこ
とである。

【００１１】以上の粘結剤と崩壊促進剤とが添加混合さ
れて、本発明に係る鋳型製造用粘結剤組成物を得ること
ができる。粘結剤と崩壊促進剤との配合割合は、粘結剤
の種類等によって適宜の割合とすることができるが、一
般的に言えば、粘結剤100重量部に対して、2〜15重量部
であるのが好ましい。崩壊促進剤の量が2重量部未満に
なると、得られた鋳型の崩壊性を向上させにくくなる傾
向が生じる。一方、崩壊促進剤の量が15重量部を超えて
も、得られた鋳型の崩壊性の向上が飽和状態となる傾向
が生じる。

【００１２】本発明に係る粘結剤組成物を使用して自硬
性鋳型を得るには、以下のようにして行なう。即ち、自
硬性粘結剤と崩壊促進剤とよりなる粘結剤組成物に、キ
シレンスルホン酸や有機エステル等の硬化剤を添加混合
して、続いてそれを珪砂等の耐火性粒状骨材に添加混練
する。そして、模型に混練物を充填して、粘結剤を硬化
させれば、自硬性鋳型を得ることができる。なお、キシ
レンスルホン酸を硬化剤とするときは、一般的に、粘結
剤としてフラン系樹脂が用いられ、有機エステルを硬化
剤とするときは、一般的に、粘結剤として水溶性フェノ
ール樹脂が用いられる。

【００１３】また、加熱硬化鋳型を得るには、加熱硬化
性粘結剤と崩壊促進剤とよりなる粘結剤組成物に、所望
の硬化剤を添加混合する。硬化剤としては、本発明にお
いて強酸と弱塩基の塩からなるものを用いるのが好まし
い。強酸としては、従来公知の強酸を使用することがで
きるが、特にベンゼンスルホン酸，フェノールスルホン
酸，トルエンスルホン酸，キシレンスルホン酸，低級ア
ルキルスルホン酸を、単独で又は混合して使用するのが
好ましい。一方、弱塩基としても、従来公知の弱塩基を
使用することができるが、特にアルミニウム，銅，亜鉛
及び鉄からなる群より選ばれた少なくとも一種の金属原
子を持つ弱塩基を、単独で又は混合して使用するのが好
ましい。そして、上記した強酸と弱塩基とを反応させて
得られた、酸性を示す塩が硬化剤となるのである。この
硬化剤或いはこれ以外の硬化剤を添加混合した後、それ
を珪砂等の耐火性粒状骨材に添加混練する。そして、模
型に混練物を充填して、加熱処理を施せば、粘結剤が硬
化して加熱硬化鋳型を得ることができる。

【００１４】また、ガス硬化鋳型を得るには、ガス硬化
性粘結剤と崩壊促進剤とよりなる粘結剤組成物に、硬化
剤を添加混合する。この際、硬化剤として、例えば過酸
化物を使用することができる。過酸化物としては、ケト
ン系や芳香族系等の有機過酸化物を使用することができ
る。ケトン系有機過酸化物の具体例としては、炭素数3
〜8の脂肪族ケトンのパーオキサイド又は炭素数6〜10の
脂環族ケトンのパーオキサイドが挙げられる。このよう
なケトンパーオキサイドは、脂肪族ケトン等を酸触媒の
存在下で、過酸化水素水によって酸化して得られるもの
である。また、このケトンパーオキサイドは、単体で使
用されることは少なく、フタル酸エステル等の希釈安定
剤（キャリアー剤）で安定化された組成物の形態で使用
されることが多い。硬化剤を添加混合した後、それを珪
砂等の耐火性粒状骨材に添加混練する。そして、模型に
混練物を充填して、ガス状又はエアロゾル状の二酸化硫
黄を吹き込むことにより、二酸化硫黄と過酸化物とが反
応して硬化作用を発揮し、ガス硬化鋳型を得ることがで
きるのである。更に、ガス硬化性粘結剤として、カオー
ステップと呼ばれる水溶性フェノール樹脂を使用した場
合には、前記した過酸化物を使用する必要はない。即
ち、この水溶性フェノール樹脂と崩壊促進剤とよりなる
粘結剤組成物を、珪砂等の耐火性粒状骨材に添加混練
し、この混練物を模型に充填する。そして、ガス状又は
エアロゾル状の蟻酸メチル等の有機エステルを吹き込め
ば、この有機エステルの作用によって水溶性フェノール
樹脂を硬化させることにより、ガス硬化鋳型を得ること
ができるのである。

【００１５】自硬性鋳型を製造する際には、硬化剤は、
粘結剤100重量部に対して、10〜70重量部程度添加混合
するのが好ましい。また、加熱硬化鋳型を製造する際に
は、硬化剤は、粘結剤100重量部に対して、5〜70重量部
であるのが好ましい。また、ガス硬化鋳型を製造する際
には、硬化剤は、粘結剤100重量部に対して、5〜60重量
部であるのが好ましい。硬化剤の量が上記した量よりも
少なくと、強度の十分な鋳型を得ることができない傾向
が生じる。一方、硬化剤の量が上記した量よりも多くな
っても、鋳型強度の向上が飽和状態となる傾向が生じ
る。

【００１６】また、鋳型を製造する際に、使用する粘結
剤の量は、耐火性粒状骨材100重量部に対して、0.5〜3.
0重量部程度が好ましい。粘結剤の量が0.5重量部未満で
あると、鋳型の強度が十分でなくなる傾向が生じる。ま
た、粘結剤の量が3.0重量部を超えても、鋳型強度の向
上が飽和状態となる傾向が生じる。なお、上記において
は、粘結剤組成物と硬化剤とを添加混合した後、それを
耐火性粒状骨材に添加混練して鋳型を製造したが、耐火
性粒状骨材に、粘結剤と崩壊促進剤と硬化剤とを別個に
添加混練して鋳型を製造してもよいことは言うまでもな
い。

【００１７】

【実施例】

実施例１〜５、比較例１及び２まず、表１に示す粘結剤と崩壊促進剤とを含有する粘結
剤組成物を準備した。そして、オーストラリア産ＡＣＩ
サンド1000重量部に対して、この組成物18重量部と、硬
化剤溶液5.4重量部とを添加混練して砂混合物を得た。
なお、硬化剤溶液は、花王クエーカー株式会社製のカオ
ーライトナーTK-3を使用した。以上のようにして得られ
た砂混合物を、50mmφ×50mmｈの木型に充填して、円柱
状中子を得た。

【００１８】

【表１】

【００１９】以上のようにして得られた中子の崩壊率
を、次の測定方法で測定した。即ち、得られた中子を24
時間放置した後、この中子をアルミホイルで包み、電気
炉内に入れて、700℃で20分間放置した。その後、約3時
間かけて室温まで冷却した後、アルミホイルを剥し取
り、中子を5mesh篩い上で5分間振とうして、残っている
中子の重量を測定した。そして、崩壊率（％）＝［（振
とう前の中子重量−振とう後の中子重量）／振とう前の
中子重量］×100なる式で、崩壊率を算出した。その結
果を表１に示した。

【００２０】表１の結果より明らかなとおり、ホウ酸ト
リエステルよりなる崩壊促進剤を含有する粘結剤組成物
を用いて得られた、実施例１〜５に係る自硬性鋳型は、
崩壊促進剤を含有していない粘結剤を用いて得られた、
比較例１及び２に係る自硬性鋳型に比べて、崩壊性に優
れていることが分かる。

【００２１】実施例６〜１０、比較例３及び４まず、表２に示す粘結剤と崩壊促進剤とを含有する粘結
剤組成物を準備した。そして、オーストラリア産珪砂10
00重量部に対して、この組成物18重量部と、硬化剤溶液
5.4重量部とを添加混練して砂混合物を得た。なお、硬
化剤溶液は、トルエンスルホン酸−銅塩40重量％，メタ
ノール40重量％及び水20重量％よりなるものを使用し
た。以上のようにして得られた砂混合物を、フランウォ
ームボックス用垂直割造型機に空気圧4.0kg／cm²にて吹
き込み、硬化温度200℃で30秒間焼成した。そして、50m
mφ×50mmｈの円柱状中子を得た。

【００２２】

【表２】

【００２３】以上のようにして得られた中子の崩壊率
を、実施例１と同様にして測定した。その結果を表２に
示した。

【００２４】表２の結果より明らかなとおり、ホウ酸ト
リエステルよりなる崩壊促進剤を含有する粘結剤組成物
を用いて得られた、実施例６〜１０に係る加熱硬化鋳型
は、崩壊促進剤を含有していない粘結剤を用いて得られ
た、比較例３及び４に係る加熱硬化鋳型に比べて、崩壊
性に優れていることが分かる。

【００２５】実施例１１〜１５、比較例５及び６まず、表３に示す粘結剤と崩壊促進剤とを含有する粘結
剤組成物を準備した。そして、オーストラリア産フーカ
ーサンド1000重量部に対して、この組成物17重量部と、
メチルエチルケトン過酸化物5.1重量部とを添加混練し
て砂混合物を得た。この砂混合物を、50mmφ×50mmｈの
円柱状模型に充填した後、ＳＯ₂（二酸化硫黄）ガスを1
秒，加圧空気を5秒吹き込んで、粘結剤を硬化させて円
柱状中子を得た。

【００２６】

【表３】

【００２７】以上のようにして得られた中子の崩壊率
を、実施例１と同様にして測定した。その結果を表３に
示した。

【００２８】表３の結果より明らかなとおり、ホウ酸ト
リエステルよりなる崩壊促進剤を含有する粘結剤組成物
を用いて得られた、実施例１１〜１５に係るガス硬化鋳
型は、崩壊促進剤を含有していない粘結剤を用いて得ら
れた、比較例５及び６に係るガス硬化鋳型に比べて、崩
壊性に優れていることが分かる。

【００２９】実施例１６〜１９及び比較例７まず、表４に示す粘結剤と崩壊促進剤とを含有する粘結
剤組成物を準備した。そして、オーストラリア産ＡＣＩ
サンド1000重量部に対して、この組成物18重量部と、有
機エステルよりなる硬化剤4.5重量部とを添加混練して
砂混合物を得た。なお、硬化剤として、花王クエーカー
株式会社製のカオーステップQX-130を使用した。この砂
混合物を、50mmφ×50mmｈの円柱状模型に充填して、粘
結剤を硬化させて円柱状中子を得た。

【００３０】

【表４】

【００３１】以上のようにして得られた中子の崩壊率
を、実施例１と同様にして測定した。その結果を表４に
示した。

【００３２】表４の結果より明らかなとおり、ホウ酸ト
リエステルよりなる崩壊促進剤を含有する粘結剤組成物
を用いて得られた、実施例１６〜１９に係る自硬性硬化
鋳型は、崩壊促進剤を含有していない粘結剤を用いて得
られた、比較例７に係る自硬性硬化鋳型に比べて、崩壊
性に優れていることが分かる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、粘結剤と一般式Ｂ
（ＯＲ）₃（式中、Ｒは炭素数が1〜4のアルキル基を表
わす。）で表わされる崩壊促進剤とを含有する粘結剤組
成物を用いて得られた鋳型は、崩壊促進剤の作用で硬化
した粘結剤の劣化を促進させることができるため、崩壊
性に優れるという効果を奏する。即ち、本発明に係る粘
結剤組成物を使用すれば、高温で且つ長時間の加熱処理
を施さなくとも、例えば短時間の加熱処理を施すだけ
で、自硬性鋳型，加熱硬化鋳型及びガス硬化鋳型のいず
れをも良好に崩壊させることができ、従来必要であった
高エネルギーと労力を節約できるという効果を奏する。
従って、粘結剤が劣化しにくいアルミ鋳物を得る際に
は、鋳型の崩壊に要する費用及び労力を著しく低減する
ことができ、アルミ鋳物の生産コストを低廉にしうると
いう効果を奏するものである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】硬化剤で硬化しうる粘結剤と、一般式Ｂ
（ＯＲ）₃（式中、Ｒは炭素数が1〜4のアルキル基を表
わす。）で表わされる崩壊促進剤とを含有することを特
徴とする鋳型製造用粘結剤組成物。
【請求項２】耐火性粒状骨材と、硬化剤と、粘結剤
と、請求項１記載の崩壊促進剤とを混練した後、該粘結
剤を硬化させることを特徴とする鋳型の製造方法。
【請求項３】有機エステルからなる硬化剤で硬化しう
る粘結剤と、一般式Ｂ（ＯＲ）₃（式中、Ｒは炭素数が1
〜4のアルキル基を表わす。）で表わされる崩壊促進剤
とを含有することを特徴とする自硬性鋳型製造用粘結剤
組成物。
【請求項４】耐火性粒状骨材と、有機エステルからな
る硬化剤と、粘結剤と、請求項１記載の崩壊促進剤とを
混練した後、該粘結剤を硬化させることを特徴とする自
硬性鋳型の製造方法。
【請求項５】強酸と弱塩基の塩からなる硬化剤で硬化
しうる粘結剤と、一般式Ｂ（ＯＲ）₃（式中、Ｒは炭素
数が1〜4のアルキル基を表わす。）で表わされる崩壊促
進剤とを含有することを特徴とする加熱硬化鋳型製造用
粘結剤組成物。
【請求項６】強酸と弱塩基の塩が、ベンゼンスルホン
酸，フェノールスルホン酸，トルエンスルホン酸，キシ
レンスルホン酸及び低級アルキルスルホン酸からなる群
より選ばれた少なくとも一種の強酸と、アルミニウム，
銅，亜鉛及び鉄からなる群より選ばれた少なくとも一種
の金属原子を持つ弱塩基との塩である請求項５記載の加
熱硬化鋳型製造用粘結剤組成物。
【請求項７】耐火性粒状骨材と、強酸と弱塩基の塩か
らなる硬化剤と、該硬化剤を触媒として加熱硬化しうる
粘結剤と、請求項５記載の崩壊促進剤とを混練した後、
該粘結剤を加熱硬化させることを特徴とする加熱硬化鋳
型の製造方法。
【請求項８】強酸と弱塩基の塩が、ベンゼンスルホン
酸，フェノールスルホン酸，トルエンスルホン酸，キシ
レンスルホン酸及び低級アルキルスルホン酸からなる群
より選ばれた少なくとも一種の強酸と、アルミニウム，
銅，亜鉛及び鉄からなる群より選ばれた少なくとも一種
の金属原子を持つ弱塩基との塩である請求項７記載の加
熱硬化鋳型の製造方法。
【請求項９】過酸化物の存在下でガス状又はエアロゾ
ル状の二酸化硫黄を吹き込むことによって硬化しうる粘
結剤と、一般式Ｂ（ＯＲ）₃（式中、Ｒは炭素数が1〜4
のアルキル基を表わす。）で表わされる崩壊促進剤とを
含有することを特徴とするガス硬化鋳型製造用粘結剤組
成物。
【請求項10】耐火性粒状骨材と、過酸化物と、粘結剤
と、請求項９記載の崩壊促進剤とを混練した後、ガス状
又はエアロゾル状の二酸化硫黄を吹き込むことにより、
該粘結剤をガス硬化させることを特徴とするガス硬化鋳
型の製造方法。
【請求項11】ガス状又はエアロゾル状の有機エステル
を吹き込むことによって硬化しうる粘結剤と、一般式Ｂ
（ＯＲ）₃（式中、Ｒは炭素数が1〜4のアルキル基を表
わす。）で表わされる崩壊促進剤とを含有することを特
徴とするガス硬化鋳型製造用粘結剤組成物。
【請求項12】耐火性粒状骨材と、粘結剤と、請求項11
記載の崩壊促進剤とを混練した後、ガス状又はエアロゾ
ル状の有機エステルを吹き込むことにより、該粘結剤を
ガス硬化させることを特徴とするガス硬化鋳型の製造方
法。