JP3148185B2 - 鋳型用粘結剤組成物 - Google Patents

鋳型用粘結剤組成物

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機エステル又は
炭酸ガスを硬化剤として鋳型を製造する際に用いる鋳型
用粘結剤組成物及びこれに用いる添加物、並びに鋳型造
型方法に関する。
【0002】
【従来の技術】鋳型の製造に使用する粘結剤として、有
機エステルや安全性に優れた炭酸ガスで硬化しうる有機
粘結剤が注目されている。
【0003】こうした有機粘結剤は、例えば特公平7-3
3464号公報、特公平4-76947号公報、特許第2723376号
公報に開示されている。またさらに鋳型強度を改善し、
樹脂粘度を低減させるものとして、特開平4-147743号
公報、特開平5-320477号公報、特開平5-78553号公
報、特開平5-93127号公報、特開平8-206775号公報が
あるが、まだ満足できるものではない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、有機エステ
ル又は炭酸ガスの何れを硬化剤とした場合でも、鋳型強
度を改善できる粘結剤組成物の提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、アルカリ性水
溶性フェノール系樹脂と、下記一般式(1)で表される
脂環式グリコール化合物とを含有する、鋳型用粘結剤組
成物を提供する。
【0006】
【化3】
【0007】(X:二価の脂環族炭化水素基、R1,R2
炭素数1〜4のアルキレン基、m,n:0又は1)
【0008】
【発明の実施の形態】本発明のアルカリ性水溶性フェノ
ール系樹脂は、フェノール類を大量のアルカリ性物質の
存在下、水中でアルデヒド類と反応させることによって
得ることができる。フェノール類は、フェノール化合物
及びビスフェノール化合物から選ばれる1種、又は2種
以上の混合物でも良い。フェノール化合物としては、フ
ェノール、クレゾール、レゾルシノール、3,5-キシレノ
ール、ノボラックフェノール、その他の置換フェノール
等が挙げられ、ビスフェノール化合物としては、ビスフ
ェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS等が
挙げられる。ビスフェノール化合物はフェノール化合物
に対して0.05〜500倍モルが良く、好ましくは0.1〜200
倍モルである。なお鋳型強度向上の点から、1価アルコ
ールが添加されていてもよい。1価アルコールはフェノ
ール類に対して0.001〜0.5倍モルが良く、好ましくは0.
005〜0.1倍モルである。
【0009】アルデヒド類としては、ホルムアルデヒ
ド、アセトアルデヒド、2-フルアルデヒド等及びその混
合物が挙げられる。相溶性等の点からアルデヒド類はフ
ェノール類及び1価アルコールに対して1.0〜6.0倍モル
が良く、好ましくは1.5〜4.0倍モルがよい。
【0010】アルカリ性物質としては、硬化速度と鋳型
強度の点から、アルカリ金属水酸化物をフェノール類の
水酸基に対して0.3〜5.0倍モル、好ましくは0.5〜4.0倍
モル用いるのが良好である。アルカリ金属水酸化物とし
ては好ましく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り、水酸化カリウ
ムが最も好ましい。
【0011】反応条件は目的とする分子量に応じ適宜決
めればよいが、25〜90重量%水溶液として25℃の粘度が
10〜300mPa・Sとするのが好ましく、そのためには25〜9
0重量%の反応液を50〜100℃で0.5〜10時間反応させれ
ばよい。
【0012】有機エステルを硬化剤とする場合、炭素数
3〜10のラクトン類、炭素数1〜10の1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、或いは炭素数1〜8のアルキレンカーボネ
ートが単独で又は混合して用いられる。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、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネ
ート等を用いるのが好ましく、有機エステルを使用する
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。
【0013】炭酸ガスを硬化剤とする場合は、硼砂や硼
酸等の硼酸化合物であるオキシアニオン化合物が不可欠
である。これは、オキシアニオン化合物が炭酸ガスを吸
収してはじめてアイオノマーを形成し、水溶性フェノー
ル系樹脂を高分子化すると考えられるためである。硼酸
や四硼酸ナトリウム10水和物(硼砂)、四硼酸カリウム
10水和物、メタ硼酸ナトリウム、五硼酸ナトリウム、五
硼酸カリウム等の硼酸塩が好ましい。オキシアニオン化
合物のアルカリ性レゾールフェノール系樹脂水溶液100
重量部に対する添加量は、鋳型の硬化速度及び強度の点
から0.1〜30重量部、好ましくは3〜15重量部が良好で
ある。他のオキシアニオン化合物としては、アルミン酸
塩、スズ酸塩等が挙げられる。
【0014】さらに鋳型強度を向上させる目的で、例え
ば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、γ-
グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等のシランカ
ップリング剤を使用することができる。これらは混練砂
中に添加して用いてもよいが、粘結剤組成物と併用する
のが好ましい。その添加量はアルカリ性レゾールフェノ
ール系樹脂水溶液100重量部に対し0.01〜10重量部、好
ましくは0.1〜2.0重量部が良い。
【0015】本発明では、一般式(1)で表される脂環
式グリコール化合物が、粘結剤組成物中に添加される。
【0016】
【化4】
【0017】(X:二価の脂環族炭化水素基、R1,R2
炭素数1〜4のアルキレン基、m,n:0又は1) Xは飽和又は不飽和の二価の脂環族炭化水素基であり、
好ましい例としてはシクロプロピレン、シクロペンチレ
ン、シクロヘキシレン、シクロヘキセニレン、シクロヘ
キサジエニレンが挙げられる。特に好ましくは炭素数6
のものであり、更に好ましくはシクロヘキシレンであ
る。一般式(1)のグリコールとして好ましい化合物と
しては、シクロプロパンジオール、シクロプロパンジメ
タノール、シクロプロパンジエタノール、シクロプロパ
ンジプロパノール、シクロプロパンジブタノール、シク
ロペンタンジオール、シクロペンタンジメタノール、シ
クロペンタンジエタノール、シクロペンタンジプロパノ
ール、シクロペンタンジブタノール、シクロヘキサンジ
オール、シクロヘキサンジメタノール、シクロヘキサン
ジエタノール、シクロヘキサンジプロパノール、シクロ
ヘキサンジブタノール、シクロヘキセンジオール、シク
ロヘキセンジメタノール、シクロヘキセンジエタノー
ル、シクロヘキセンジプロパノール、シクロヘキセンジ
ブタノール、シクロヘキサジエンジオール、シクロヘキ
サジエンジメタノール、シクロヘキサジエンジエタノー
ル、シクロヘキサジエンジプロパノール、シクロヘキサ
ジエンジブタノール等が挙げられ、特に好ましくはm,
n=0のもの及びm,n=1でR1,R2がメチレン基のも
のであり、具体的にはシクロヘキサンジオール、シクロ
ヘキサンジメタノール、更にはシクロヘキサンジメタノ
ールが好ましい。これらの脂環式グリコール化合物は一
種以上が、アルカリ性フェノール系樹脂100重量部に対
し、本発明の目的を効率よく達成する見地から好ましく
は0.1〜30重量部、さらに好ましくは1〜20重量部添加
される。
【0018】本発明の鋳型用粘結剤組成物は、一般的に
は水溶液の形で用いられる。固形分(粘結剤組成物2g
を105℃で3時間乾燥)は、鋳物砂と均一な混練が可能
な点で好ましくは25〜90重量%、さらに好ましくは50〜
85重量%である。
【0019】本発明の粘結剤組成物を用いて鋳型造型す
る際、粘結剤組成物をそのまま用いて耐火性粒状材料と
ミキサー等により混練して混練砂としても良いし、アル
カリ性水溶性フェノール系樹脂と一般式(1)で表され
る脂環式グリコール化合物をそれぞれ準備し、ミキサー
に別々に添加して耐火性粒状材料と混練してもよい。混
練砂は目的の鋳型に造型され、アルミ鋳物のような非鉄
合金や鋳鋼や鋳鉄鋳物を製造するために用いられる。
【0020】耐火性粒状材料としては、石英質を主成分
とする珪砂、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、アルミナボ
ールサンド等が挙げられる。耐火性粒状材料は新砂、再
生砂、これらの混合砂の何れでもよい。
【0021】本発明の粘結剤組成物を用いて鋳物用砂型
を水溶性フェノール系樹脂/エステル硬化法で製造する
場合は、例えば再生砂100重量部に、硬化剤の有機エス
テルを0.01〜10重量部、好ましくは0.5〜2重量部と、
本発明の鋳型用粘結剤組成物を0.1〜15重量部、好まし
くは0.5〜5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。他方、水溶性フェノール系樹脂/炭酸ガ
ス硬化法においては、例えば再生砂100重量部に、オキ
シアニオンを含有する本発明の粘結剤組成物0.05〜15重
量部、好ましくは0.5〜5重量部を周知の方法で混練
し、この混練砂をガス用模型に充填し、二酸化炭素を0.
01〜25重量部、好ましくは0.5〜10重量部通気すること
により鋳型造型することができる。
【0022】
【実施例】<鋳型製造用粘結剤組成物水溶液1の調製>
50%水酸化カリウム水溶液と、表1に示すフェノール類
及び1価アルコールの溶液に70℃で、表1に示すアルデ
ヒド化合物を徐々に加え、さらに反応液の粘度が25℃で
100mPa・sに達するまで反応を続けた。なお水酸化カリ
ウムはフェノール類に対して0.7倍モル用いた。次いで
この水溶液100重量部に対し、γ−アミノプロピルトリ
エトキシシランを0.5重量部添加し、濃度調整を行い水
溶性フェノール系樹脂1A〜1Hのアルカリ水溶液(固
形分50重量%)を得た。
【0023】
【表1】
【0024】実施例1〜16、比較例1〜4 国産珪砂5号100重量部に対し、トリアセチン0.4重量
部、表2に示す鋳型製造用粘結剤組成物水溶液2重量部
を添加混練し、50mmφ×50mmhの木型に充填した。得ら
れたテストピースを取り出して24時間後の鋳型強度(抗
圧力)を測定した。結果を表2に示す。
【0025】
【表2】
【0026】実施例17〜19、比較例5〜7 国産珪砂5.5号100重量部に対し、表3に示す鋳型製造用
粘結剤組成物水溶液を2重量部添加混練し、50mmφ×50
mmhのガス硬化用木型に充填して、ガス状のギ酸メチル
を2重量部通気した。得られたテストピースを取り出し
て24時間後の鋳型強度(抗圧力)を測定した。結果を表
3に示す。
【0027】
【表3】
【0028】実施例20〜34、比較例8〜11 国産珪砂6.5号を100重量部に対し、表4に示す鋳型製造
用粘結剤組成物水溶液を2.5重量部添加混練し、50mmφ
×50mmhのガス硬化用木型に充填し、炭酸ガス2.5重量
部を通気した。得られたテストピースを取り出して24時
間後の鋳型強度(抗圧力)を測定した。結果を表4に示
す。
【0029】
【表4】
【0030】実施例35〜37 フェノール系樹脂水溶液と脂環式グリコール化合物を表
5に示す量で別々に珪砂に添加する以外は、実施例1と
同様に行った。結果を表5に示す。
【0031】
【表5】
【0032】実施例38〜40 フェノール系樹脂水溶液と脂環式グリコール化合物を表
6に示す量で別々に珪砂に添加する以外は、実施例17と
同様に行った。結果を表6に示す。
【0033】
【表6】
【0034】実施例41〜43 フェノール系樹脂水溶液と脂環式グリコール化合物を表
7に示す量で別々に珪砂に添加する以外は、実施例20と
同様に行った。結果を表7に示す。
【0035】
【表7】
【0036】
【発明の効果】前述の一般式(1)の脂環式グリコール
化合物を含有する本発明の粘結剤組成物を使用して得ら
れる鋳型は、硬化剤が有機エステルでも炭酸ガスでも鋳
型強度を高くできる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−314279(JP,A) 特開 平7−185731(JP,A) 特開 平6−226395(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22C 1/22

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルカリ性水溶性フェノール系樹脂と、
    下記一般式(1)で表される脂環式グリコール化合物を
    含有する鋳型用粘結剤組成物。 【化1】 (X:二価の脂環族炭化水素基、R1,R2:炭素数1〜4
    のアルキレン基、m,n:1
  2. 【請求項2】 前記脂環式グリコール化合物が、前記ア
    ルカリ性水溶性フェノール系樹脂100重量部に対して0.1
    〜30重量部含有される、請求項1の鋳型用粘結剤組成
    物。
  3. 【請求項3】 更にオキシアニオン化合物を含有する、
    炭酸ガス硬化用の請求項1又は2の鋳型用粘結剤剤組成
    物。
  4. 【請求項4】 耐火性粒状材料に対し、請求項1から3
    の何れか1の鋳型用粘結剤剤組成物を用い、且つ硬化剤
    として有機エステル又は炭酸ガスを用いる鋳型造型方
    法。
  5. 【請求項5】 下記一般式(1)で表される脂環式グリ
    コール化合物を含有する鋳型用粘結剤添加物。 【化2】 (X:二価の脂環族炭化水素基、R1,R2:炭素数1〜4
    のアルキレン基、m,n:1
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