JP3472701B2 - シェルモールド用樹脂被覆砂粒 - Google Patents

シェルモールド用樹脂被覆砂粒

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規なシェルモー
ルド用樹脂被覆砂粒、さらに詳しくは、シェルモールド
鋳造法に使用される中子又は主型(以下、シェル鋳型と
いう)の製造に好適に用いられ、かつ造型時のホルムア
ルデヒドの発生を低減したシェルモールド用樹脂被覆砂
粒に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、アルミニウム合金、マグネシウム
合金、銅合金などの非鉄鋳物や、鋳鋼、鋳鉄などの鉄鋳
物の砂型鋳造においては、耐火性粒子にフェノール系樹
脂を被覆して成る樹脂被覆砂粒で製造されたシェル鋳型
が、主型や中子として広く用いられている。
【0003】このシェル鋳型の製造には、これまで、例
えば耐火性粒子表面にノボラック型フェノール樹脂を溶
融被覆させたのち、ヘキサメチレンテトラミン(硬化
剤)及びステアリン酸カルシウムを順次添加して製造さ
れる樹脂被覆砂粒が一般に使用されている。しかし、こ
の種の樹脂被覆砂粒には、造型時に発生する有害なホル
ムアルデヒドによる労働環境の汚染の問題がある。この
ため、従来より脱臭装置の設置又は前記硬化剤を必要と
しないレゾール型フェノール樹脂を使用して環境改善を
図るなどの検討が行われてきた。しかしながら、前者に
おいては、設備の設置及び維持管理に多大な費用を必要
とするし、後者においては、ホルムアルデヒドの発生は
低減されるものの、造型性及び鋳型強度が低下するとい
う欠点があり、いっそうの改善策が望まれていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、鋳型造型時のホルムアルデヒドの発生を
低減し、かつ実用上支障のない造型性と鋳型強度を有す
るシェルモールド用樹脂被覆砂粒を提供することを目的
としてなされたものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の好
ましい性質を有するシェルモールド用樹脂被覆砂粒を開
発すべく鋭意研究を重ねた結果、結合剤として、ノボラ
ック型フェノール樹脂とある種の含窒素系化合物とを組
み合わせて用いることにより、実用上支障のない造型性
と鋳型強度を有し、かつ造型時のホルムアルデヒドの発
生を低減できる樹脂被覆砂粒が得られることを見出し、
この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【0006】すなわち、本発明は、耐火性粒子と結合剤
を含有し、かつ該結合剤が、(A)ノボラック型フェノ
ール樹脂と(B)ビウレア、ビウレット、アゾジカルボ
ンアミド及びトリアゾール系化合物の中から選ばれた少
なくとも1種とを必須成分とすることを特徴とするシェ
ルモールド用樹脂被覆砂粒を提供するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明のシェルモールド用樹脂被
覆砂粒は、耐火性粒子と結合剤を含有するものであり、
上記耐火性粒子としては、鋳型形成用骨材であって、鋳
造に耐えうる耐火性と鋳型形成に適した粒径を有する粒
子であればよく、その種類については特に制限されるも
のではない。このような耐火性粒子の例としては、ケイ
砂、オリビンサンド、ジルコンサンド、クロマイトサン
ド、アルミナサンドなどの特殊砂、フェロクロム系スラ
グ、フェロニッケル系スラグ、転炉スラグなどのスラグ
系粒子、ナイガイセラビーズ(商品名)のような多孔質
粒子、砂鉄、カーボン粒子、ガラス粒子、陶磁器粒子及
びこれらの再生粒子などが挙げられる。これらは単独で
用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよ
い。
【0008】一方、結合剤としては、(A)ノボラック
型フェノール樹脂と、(B)ビウレア、ビウレット、ア
ゾジカルボンアミド、トリアゾール系化合物又はこれら
の混合物を必須成分とするものが用いられる。ここで、
(A)成分であるノボラック型フェノール樹脂とは、フ
ェノール類とアルデヒド類の触媒反応によって得られる
縮合生成物又はこれを変性剤と混合あるいは反応させて
得られる変性物であり、かつ硬化剤特にヘキサメチレン
テトラミンの存在下で熱硬化しながら耐火性粒子を相互
に結合する、いわゆる結合剤機能を有する樹脂である。
【0009】本発明においては、このノボラック型フェ
ノール樹脂は、耐火性粒子100重量部に対し、通常
0.5〜5重量部の割合で用いられ、また、硬化剤は、
該ノボラック型フェノール樹脂100重量部に対し、通
常5〜30重量部の割合で用いられる。
【0010】前記ノボラック型フェノール樹脂におい
て、原料の1つとして用いられるフェノール類として
は、例えばフェノール、クレゾールやキシレノールなど
のアルキルフェノール類、ビスフェノールA、ビスフェ
ノールFなどのビスフェノール類、ビスフェノールA残
渣などのフェノール系精製残渣などが挙げられる。一
方、アルデヒド類としては、例えばホルムアルデヒド、
グリオキザールなどが挙げられるが、これらに限定され
るものではない。また、フェノール類に対するアルデヒ
ド類の使用割合はモル比で通常0.5〜1.0程度であ
る。
【0011】さらに、触媒としては、例えばシュウ酸、
硫酸、ホウ酸亜鉛などの酸性触媒や水酸化ナトリウム、
水酸化カルシウム、ヘキサメチレンテトラミンなどの塩
基性触媒などが挙げられるが、これらは反応態様に応じ
て単独で又は組み合わせて用いられる。また、変性剤と
しては、例えばエポキシ系化合物、メラミン系化合物、
尿素樹脂、ポリアミド樹脂などが挙げられ、これらは単
独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いても
よい。
【0012】このノボラック型フェノール樹脂には、物
性改善の目的で従来一般的に用いられているγ‐アミノ
プロピルトリエトキシシラン、γ‐グリシドキシプロピ
ルトリメトキシシランなどのシランカップリング剤やエ
チレンビスステアリン酸アマイド、メチレンビスステア
リン酸アマイドなどの滑剤を内含させておくのが望まし
い。
【0013】一方、(B)成分である、ビウレア、ビウ
レット、アゾジカルボンアミド、トリアゾール系化合物
又はこれらの混合物は、前記ノボラック型フェノール樹
脂とヘキサメチレンテトラミンの硬化反応時に発生する
ホルムアルデヒドを捕捉低減させるために使用される。
このような機能を有するビウレア、ビウレット、アゾジ
カルボンアミド及びこれらの混合物の中で、樹脂被覆砂
の耐ブロック性及び硬化性の点から、ビウレア、ビウレ
ット及びこれらの混合物が好ましい。
【0014】また、トリアゾール系化合物の例として
は、1,2,4‐トリアゾール、3‐アミノ‐1,2,
4‐トリアゾール、4‐アミノ‐1,2,4‐トリアゾ
ール、3‐メルカプト‐1,2,4‐トリアゾール、5
‐アミノ‐3‐メルカプト‐1,2,4‐トリアゾー
ル、1H‐ベンゾトリアゾール、1‐ヒドロキシベンゾ
トリアゾールなどが挙げられるが、これらの中で、樹脂
被覆砂の鋳型強度の点から1,2,4‐トリアゾールが
好ましい。
【0015】本発明においては、(B)成分として、こ
れらの好ましい化合物を2種以上組み合わせて用いても
よいが、この場合、経済性及び鋳型強度の点で有利な尿
素と、ビウレア、ビウレット及び1,2,4‐トリアゾ
ールの中から選ばれた少なくとも1種との組合せが、特
に好適である。この際、尿素の配合割合としては、耐ブ
ロック性の点から、ノボラック型フェノール樹脂100
重量部当り、通常1〜5重量部、好ましくは1〜3重量
部の範囲で選ばれる。
【0016】本発明においては、前記(B)成分の配合
割合は、その種類及び組合せなどにより変わるが、一般
的には、ノボラック型フェノール樹脂100重量部当
り、1〜20重量部、好ましくは3〜10重量部の範囲
で選ばれる。この配合割合が1重量部未満ではホルムア
ルデヒド発生の低減効果が十分に発揮されないし、20
重量部を超えると鋳型特性が低下し、好ましくない。
【0017】本発明の樹脂被覆砂粒の製造には、当該技
術分野で従来実施されてきた製造法、例えばドライホッ
ト法、セミホット法、コールド法、粉末溶剤法などいず
れも適用できるが、生産性及び品質の点からドライホッ
ト法が好適である。また、この樹脂被覆砂粒には必要に
応じて、例えばレゾール型フェノール樹脂、離型剤、消
臭剤、ベンガラなどを適宜配合しても差し支えない。
【0018】
【発明の効果】本発明のシェルモールド用樹脂被覆砂粒
は、実用上支障のない造型性と鋳型強度を有する上、鋳
型の造型時に発生するホルムアルデヒドを低減しうるの
で、労働環境の改善に寄与することができる。
【0019】
【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定さ
れるものではない。
【0020】なお、得られたシェルモールド用樹脂被覆
砂粒の物性は、下記の方法に従って測定した。 (1)鋳型強度:JIS−K6910に準拠し、250
℃で60秒間焼成後冷却して測定した曲げ強度(N/c
2)で表示した。 (2)鋳型の造型性:JIS−K6910に準拠し、2
50℃で20秒間焼成・離型10秒後に測定した熱間曲
げ強度(N/cm2)を上記鋳型強度で除した数値で表
示し、大きいほど造型性に優れていると判定した。 (3)ホルムアルデヒド発生量:管状加熱炉(炉温30
0℃)内に樹脂被覆砂粒2g(試料)を入れた磁性ボー
トを挿入し、所定量の水を入れたガス捕集瓶内に吸引ポ
ンプ(1リットル/1分間)で5分間発生ガスを捕集
し、アセチルアセトン法によりホルムアルデヒド量(m
g)を求め、試料1g当りのmgで表示した。(4)耐
ブロック性:ステンレス鋼製ビーカー(直径100m
m)内に樹脂被覆砂粒800gを収納後落とし蓋を載置
し、さらに1kgの重りを乗せて供試体とした。次い
で、恒温恒湿室(温度40℃、湿度80%)内で該供試
体を1時間放置後取り出して室温まで冷却し、これを篩
(20メッシュ)上で静かに該ビーカーから樹脂被覆砂
粒を排出して篩上の残留砂の重量を測定し、残留砂重量
(g)を試料重量800gで除した数値(ブロック率
%)で表示した。この数値が小さいほど耐ブロック性に
優れていることになる。
【0021】参考例 実験用ワールミキサー内で、約140℃の予熱ケイ砂5
kgとノボラック型フェノール樹脂65g(尿素3.1
g含有)を60秒間混練したのち、ヘキサメチレンテト
ラミン9.8gを水75gに溶かした水溶液84.8g
を添加し、送風しながら砂塊が崩壊するまで混練し、次
いでステアリン酸カルシウム5gを添加し15秒間混合
して樹脂被覆砂粒を調製した。この樹脂被覆砂粒につい
て、鋳型強度、造型性、ホルムアルデヒドの発生量及び
耐ブロック性を測定した。それらの結果を表1に示す。
【0022】実施例1〜7 参考例 において、(B)成分を表1及び表2に示す種類
及び配合割合に変更した以外は、参考例と同様にして7
種類の樹脂被覆砂粒を調製した。得られた樹脂被覆砂粒
について、参考例と同様に鋳型強度、造型性、ホルムア
ルデヒドの発生量及び耐ブロック性を測定した。それら
の結果を表1及び表2に示す。
【0023】比較例1参考例 において、(B)成分を用いず、それ以外は参考
と同様にして樹脂被覆砂粒を調製した。得られた樹脂
被覆砂粒について、参考例と同様に鋳型強度、造型性、
ホルムアルデヒドの発生量及び耐ブロック性を測定し
た。その結果を表2に示す。
【0024】比較例2参考例 において、ノボラック型フェノール樹脂65g
(尿素3.1g含有)に代えてレゾール型フェノール樹
脂65gを用い、かつヘキサメチレンテトラミン水溶液
84.8gに代えて水75gに変更した以外は、参考例
と同様にして樹脂被覆砂粒を調製した。得られた樹脂被
覆砂粒について、参考例と同様に鋳型強度、造型性、ホ
ルムアルデヒドの発生量及び耐ブロック性を測定した。
その結果を表2に示す。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】表1及び表2から明らかなように、本発明
のシェルモールド用樹脂被覆砂粒は、比較例1、2のも
のに比べ実用上支障のない鋳型強度及び造型性を有し、
かつ造型時に発生するホルムアルデヒド量の低減に極め
て有効であることが確認された(実施例1〜)。ま
た、尿素は優れたホルムアルデヒド低減効果、造型性及
び鋳型強度を有する反面、耐ブロック性が極度に劣るこ
とが判明した(参考例)。しかし、尿素の配合割合を制
御して他の尿素系化合物やトリアゾール系化合物と組み
合わせて用いることにより実用上支障のない樹脂被覆砂
粒を経済上有利に得られることが確認された(実施例
3、5及び7)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−28021(JP,A) 特開 平1−266939(JP,A) 特開 平11−244991(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22C 1/00 - 1/26

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 耐火性粒子と結合剤を含有し、かつ該結
    合剤が、(A)ノボラック型フェノール樹脂と(B)
    ウレア、ビウレット、アゾジカルボンアミド及びトリア
    ゾール系化合物の中から選ばれた少なくとも1種とを必
    須成分とすることを特徴とするシェルモールド用樹脂被
    覆砂粒。
  2. 【請求項2】 結合剤の(B)成分が、ビウレア、ビウ
    レット及び1,2,4‐トリアゾールの中から選ばれた
    少なくとも1種又はこれと尿素との混合物である請求項
    1記載のシェルモールド用樹脂被覆砂粒。
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