JP5411616B2

JP5411616B2 - 砂型用塗型剤組成物

Info

Publication number: JP5411616B2
Application number: JP2009179708A
Authority: JP
Inventors: 田中　　勉
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2029-07-31
Also published as: JP2011031274A

Description

本発明は、鋳鋼、鋳鉄、アルミニウム、銅及びこれらの合金等の鋳造に使用される砂型用の塗型剤組成物と、これを用いた鋳物の製造方法に関する。

砂型（鋳型）に使用される塗型剤としては、溶融金属が接する砂型表面に塗布して塗型膜を塗装することにより、砂型の表面を保護するものが知られている。このような塗型剤は、溶融金属と砂型表面との化学反応や、鋳物の焼着欠陥の発生を防止するために用いられる。

従来の砂型用塗型剤組成物として、例えば、特許文献１には、塗型剤組成物における灰分中のＡｌ₂Ｏ₃の含有量と、灰分中のＮａ₂ＯとＫ₂Ｏとの合計の含有量を特定範囲内とすることにより、鋳肌が美麗な鋳物が得られる塗型剤組成物が開示されている。また、特許文献２には、ＢＥＴ比表面積が３０〜４００m²/gのシリカ微粉末を用いることによって、塗型膜の強度向上が図れる塗型剤組成物が開示されている。

特開２００６−１９８６７７号公報特開２０００−５１９９４号公報

しかしながら、従来の塗型剤組成物では、鋳物の焼着欠陥の発生について対象物の難易度が高い場合、即ち複雑な形状の鋳物を形成する場合には、確実に防止することが困難であるため、耐焼着性については、更なる向上が望まれている。

また、実際の鋳物の製造現場では、砂型をばらした後、鋳物表面に残留した塗型膜の膜はがれ性が必ずしも良好ではなかった。このため、残留した塗型膜を取り去るために、通常、鋳物表面に対して数十分間のショットブラスト処理を行っており、鋳物の生産性を向上させることが困難であった。このような課題について、従来の砂型用塗型剤組成物は充分に検討されていなかった。

本発明は、耐焼着性が高く、かつ膜はがれ性が良好な塗型膜が得られる砂型用塗型剤組成物、及びこれを用いた鋳物の製造方法を提供する。

本発明の砂型用塗型剤組成物は、粘結剤、焼結剤及び耐火性骨材を含有する砂型用塗型剤組成物であって、前記耐火性骨材がコージエライトを含有し、前記耐火性骨材中のコージエライトの含有量が４０〜１００重量％である、砂型用塗型剤組成物である。

また、本発明の鋳物の製造方法は、砂型表面に塗型剤組成物を塗布してなる鋳造用砂型を使用する鋳物の製造方法であって、前記塗型剤組成物として前記本発明の砂型用塗型剤組成物を使用する鋳物の製造方法である。

本発明の砂型用塗型剤組成物によれば、耐焼着性が高く、かつ膜はがれ性が良好な塗型膜が得られる砂型用塗型剤組成物を提供できる。また、本発明の鋳物の製造方法によれば、耐焼着性が高く、かつ膜はがれ性が良好な塗型膜を形成できるため、鋳肌が美麗な鋳物が得られる上、鋳物の生産性を向上させることができる。

Ａ，Ｂは、鋳物の作製方法を説明するための概略斜視図である。鋳造用砂型の概略斜視図である。

本発明の砂型用塗型剤組成物（以下、単に「塗型剤組成物」ともいう）は、コージエライトを含有する耐火性骨材を使用する。以下、本発明の塗型剤組成物に含有される（又は含有され得る）成分について説明する。

＜耐火性骨材＞
本発明で用いられる耐火性骨材は、耐焼着性及び膜はがれ性の観点から、コージエライトを含有する。コージエライトは、コージェライト、コーディエライト、コージライト、コーディライト、あるいは菫青石（きんせいせき）ともいい、示性式がＡｌ_２Ｍｇ_２（Ｓｉ_５Ａｌ）Ｏ_１８で表され、組成式が２ＭｇＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３・５ＳｉＯ_２で表される鉱物である。また、コージエライトは、１４５０℃以上に加熱すると、高温安定相である六方晶系に変化する鉱物であり、熱膨張係数が非常に小さい。コージエライトは、通常、粘土質原料にマグネシア質原料やコージエライト質シャモットを加えて焼成し、鉱物組成を上記のコージエライトの組成にしたものである。コージエライトの主な用途は、触媒怛体、熱交換器、耐熱衝撃部品等である。なお、コージエライトは、一般に陶器を釜焼きするときの台（サヤ）から発生する廃棄物であるため、比較的低価格である。コージエライトの粒径調整は、粒径４４μｍ（３２５ｍｅｓｈの篩過）程度までは、レイモンドミル等の乾式粉砕装置を用いて粉砕することが好ましい。それ以下の粒径を得たい場合は、一般にアルミナボール等を用いたボールミル等により湿式粉砕すればよい。

本発明で用いられるコージエライトは、粉砕する際の経済性の観点、及び砂型の目詰め性を高める観点から、平均粒径が０．５〜５０μｍであることが好ましく、１〜３０μｍであることがより好ましく、５〜２０μｍであることが更に好ましい。ここで、平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（堀場製作所社製ＬＡ−９２０）を用いて測定された体積中位粒径（Ｄ５０）である。分析条件は下記の通りである。
測定方法：フロー法
分散媒：イオン交換水にヘキサメタリン酸ナトリウム（０．１重量％）を加えた溶媒
分散方法：攪拌、内蔵超音波３分
試料濃度：２ｍｇ／１００ｍＬ
相対屈折率：１．１６

本発明で用いられるコージエライトの粒度分布は、その分布が鋭い方が、耐焼着性及び膜はがれ性の観点から好ましく、Ｄ５０が５〜２０μｍの場合、Ｄ２５は２〜１６μｍが好ましく、３〜１５μｍがより好ましく、４〜１４μｍが更に好ましい。Ｄ５０が５〜２０μｍの場合、Ｄ７５は１２〜２７μｍが好ましく、１５〜２５μｍがより好ましく、１７〜２３μｍが更に好ましい。ここで、Ｄ２５及びＤ７５は、レーザー回折式粒度分布測定装置（堀場製作所社製ＬＡ−９２０）を用いて測定された粒度分布において、小粒径側からの積算粒度分布が体積基準でそれぞれ２５％及び７５％となる粒径である。分析条件は下記の通りである。
測定方法：フロー法
分散媒：イオン交換水にヘキサメタリン酸ナトリウム（０．１重量％）を加えた溶媒
分散方法：攪拌、内蔵超音波３分
試料濃度：２ｍｇ／１００ｍＬ
相対屈折率：１．１６

耐火性骨材中のコージエライトの含有量は、耐焼着性及び膜はがれ性の観点から、４０〜１００重量％であり、４５〜１００重量％であることが好ましく、５０〜１００重量％であることがより好ましい。

本発明で用いられる耐火性骨材には、本発明の効果を阻害しない限り、コージエライト以外の他の骨材が含まれていてもよい。他の骨材としては、例えばムライト、ジルコン、シリカ、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、アルミナシリケート、黒鉛、黒曜石、オリビン、タルク、雲母、酸化チタン、バン土頁岩、酸化鉄などが挙げられる。中でも、耐焼着性の観点から、他の骨材としては、ムライト及び／又はジルコンが好ましい。

本発明で用いられる耐火性骨材にムライト及び／又はジルコンが含まれている場合は、耐焼着性の観点から、ムライト及び／又はジルコンとコージエライトとの重量比〔（ムライト及び／又はジルコン）／コージエライト〕が、０．４〜１．０であることが好ましく、０．４〜０．９であることがより好ましく、０．４〜０．８であることが更に好ましい。

本発明で用いられる耐火性骨材中のコージエライト以外の骨材の含有量は、耐焼着性及び膜はがれ性の観点から、０〜５０重量％であることが好ましく、０〜３５重量％であることがより好ましく、０〜２５重量％であることが更に好ましい。

また、本発明で用いられるコージエライト以外の骨材は、粉砕する際の経済性の観点、及び砂型の目詰め性を高める観点から、平均粒径が０．５〜５０μｍであることが好ましく、１〜３０μｍであることがより好ましく、５〜２０μｍであることが更に好ましい。ここで、平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（堀場製作所社製ＬＡ−９２０）を用いて測定された体積中位粒径（Ｄ５０）である。分析条件は下記の通りである。
測定方法：フロー法
分散媒：イオン交換水にヘキサメタリン酸ナトリウム（０．１重量％）を加えた溶媒
分散方法：攪拌、内蔵超音波３分
試料濃度：２ｍｇ／１００ｍＬ
相対屈折率：測定する鉱石の文献値

本発明の塗型剤組成物中の耐火性骨材の含有量は、本発明の目的を達成する観点から、好ましくは３０〜８０重量％であり、より好ましくは４５〜７０重量％である。

＜溶媒＞
本発明の塗型剤組成物には、溶媒として、水性溶媒、又は油性溶媒が含有されていてもよい。水性溶媒は、安全性や経済性の点で好ましく、油性溶媒は、浸透性や乾燥性の点で好ましい。水性溶媒の場合は、水が主溶媒となる。油性溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の低級アルコール系溶剤、キシレン、トルエン等の芳香族系溶剤、ミネラルスピリット等の炭化水素系溶剤等が使用できる。好ましくは低級アルコール系溶剤であり、メタノールがより好ましい。芳香族系溶剤及び炭化水素系溶剤は、補助溶剤として使用してもよい。何れの場合も、塗型剤組成物中の溶媒の含有量は、経済性及び着火乾燥性の観点から、耐火性骨材１００重量部に対し、７０〜２００重量部が好ましく、９０〜１５０重量部がより好ましい。

＜粘結剤＞
本発明の塗型剤組成物は、粘結剤を含有する。粘結剤としては、通常使用されるような粘結剤を使用することができる。例えば、水系ではポリアクリル酸ナトリウム、澱粉、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、アルギン酸ナトリウム、アラビアガム等の水溶性高分子や酢酸ビニルエマルション等の樹脂エマルション等が使用できる。アルコール系ではアルコールに可溶又は分散する各種樹脂を添加するのが、塗型膜強度の点から好ましい。塗型剤組成物中の粘結剤の含有量は、経済性の観点、及び必要充分な常温強度を得る観点から、耐火性骨材１００重量部に対し、０．５〜１０重量部が好ましく、１〜５重量部がより好ましい。

＜焼結剤＞
本発明の塗型剤組成物は、焼結剤を含有する。焼結剤としては、通常使用されるような焼結剤を使用することができる。例えば、ナトリウムベントナイト、カルシウムベントナイト等のベントナイト、木節粘土等の粘土類、エチルシリケート等が使用できる。焼結剤の含有量は、経済性の観点、及び必要充分な熱間強度を得る観点から、塗型剤組成物中、０．５〜１０重量％であることが好ましく、１〜４重量％であることがより好ましい。

＜その他の添加剤＞
また、本発明の塗型剤組成物には、ヒドロキシアルキル化セルロース等のセルロース誘導体、ポリビニルアルコール、アルギン酸ソーダ等の増粘剤、ベンガラ等の顔料、防腐剤等のその他の添加剤も添加できる。

本発明の塗型剤組成物は、砂型表面に塗型剤組成物を塗布してなる鋳造用砂型を使用する鋳物の製造方法に好適である。即ち、本発明の鋳物の製造方法は、砂型表面に前記本発明の塗型剤組成物を塗布してなる鋳造用砂型を使用する鋳物の製造方法である。

本発明の塗型剤組成物を砂型表面に塗布する方法は、特に限定されず、例えば、流し塗り（ブッカケ法）、浸漬（ドブ漬け法）、刷毛塗り、スプレー塗布等の従来知られている方法が使用できる。また、砂型に用いる鋳物砂としては、石英質を主成分とする珪砂の他、ジルコン砂、クロマイト砂、合成ムライト砂等の新砂又はこれらの再生砂が使用される。鋳物砂は、粘結剤を添加せずに用いることもでき、その場合には充填性が良好であるが、高い砂型強度が要求される場合には、粘結剤を添加し、硬化剤により硬化させるのが好ましい。

なお、上記砂型は、一般的に、フラン樹脂、アルカリフェノール樹脂等の有機粘結剤や水ガラス等の無機粘結剤を鋳物砂に混合し、製品（鋳物）と同一形状の木型のまわりに充填した後、硬化、抜型して得られる、製品形状を反転させたものである。

また、一般的に、塗型剤組成物は、保存時においては溶媒濃度が低い（固形分濃度が高い）状態の組成物（保存用組成物）としておき、使用時に適正な粘度が得られるように、溶媒で希釈して使用される。上記高固形分濃度の組成物（保存用組成物）は、溶媒量等を調整して、通常、針入度２００程度とすればよい。使用時における塗型剤組成物の適正な濃度は、アルコール系塗型剤では５〜５０ボーメ、水系塗型剤では３０〜８０ボーメである。

本発明の鋳物の製造方法では、本発明の塗型剤組成物を用いること以外は、従来の製造プロセスを採用することができる。本発明の塗型剤組成物を用いて鋳物を製造すると、焼着欠陥が少なく、鋳肌が美麗な鋳物が得られるため、複雑な構造や、鋳肌表面の美しさが要求されるもの等に好適である。具体的な鋳物の例としては、建設機械の油圧バルブ、モーター、金型、エンジンフレーム、工作機械、建築部材等に用いられる、部材、部品等が挙げられる。

以下、本発明を具体的に示す実施例等について説明する。

＜塗型剤組成物の調製＞
関東混合機工業社製縦型ミキサー（ＫＴＭ−１０）を用い、容量５Ｌのステンレスボールに、表１に示す量の粉体原料（耐火性骨材、ベンガラ、カルシウムベントナイト）をそれぞれ測り取り、スピードセレクトスイッチ２にて、５分間攪拌した。続いて、これらに表１に示す量のアラビアガム及び防腐剤を入れ、スピードセレクトスイッチ２にて、徐々に水を入れながら、いわゆるFunicular IIの状態からCapillaryの状態になるまで５分間混練して、ペースト状の塗型剤組成物を得た。上記「Funicular II」及び「Capillary」については、「橋本健次著「混練装置」１９８６年９月２０日初版第１刷発行科学技術総合研究所第４頁」に詳細に記載されている。なお、表１において、「耐火性骨材中のコージエライトの含有量」以外の含有量（重量％）は、いずれも塗型剤組成物中の各成分の含有量をさす。

＜鋳物の作製＞
フラン再生砂（ＡＦＳ４５）を鋳物砂として使用し、花王クエーカー製フラン樹脂（３４０Ｂ）を鋳物砂１００重量部に対して０．８重量部添加し、更に花王クエーカー製硬化剤（ＴＫ−３）をフラン樹脂１００重量部に対して４０重量部添加して得られた混練砂を型込めし、図１Ａに示すように、試験用砂型として、高さ２００ｍｍ×幅１５０ｍｍ×厚み３０ｍｍのクサビ型中子１を４個作製した。別途、図１Ｂに示す円筒形状の空隙部分２ａ（径３５０ｍｍ、深さ４００ｍｍ）を有する主型２をクサビ型中子１と同様の方法で作製した。そして、上記で得られた塗型剤組成物に、４個のクサビ型中子１をそれぞれドブ漬けし、１０５℃の熱風で１時間乾燥後、それぞれのクサビ型中子１（鋳造用砂型）を主型２の差し込み口２ｂ（深さ５０ｍｍ）に糊（ニッシン産業社製マネワンタッチ）によって装着・固定し（図２参照）、１４００℃のＦＣ−２５０の溶湯２５０ｋｇを１５秒間かけて注湯し、２４時間放置した。その後、主型２をばらして鋳物を取り出し、ブラスティングマシン（株式会社サンポー製：型式Ｌ−１１２）を用いてショットブラストを５分間行った後、クサビ型中子１が存在していた箇所に相当する鋳物の凹部の焼着の程度、及び該凹部内の膜はがれの程度を下記基準により評価した。結果を表１に示す。

（焼着の評価基準）
Ａ：凹部の底面において焼着が全くない
Ｂ：焼着している箇所が、凹部の底面全体の５０％未満
Ｃ：焼着している箇所が、凹部の底面全体の５０％以上

（膜はがれの評価基準）
Ａ：凹部内において塗型膜の残留が全くない
Ｂ：塗型膜が残留している箇所が、凹部の底面及び側面の合計面積の５０％未満
Ｃ：塗型膜が残留している箇所が、凹部の底面及び側面の合計面積の５０％以上１００％未満
Ｄ：凹部の底面及び側面の全面にわたって塗型膜が残留している

表１に示すように、実施例１〜７は、焼着及び膜はがれの何れの評価についても良好な結果が得られた。一方、比較例１〜６は、焼着及び膜はがれの少なくとも一方について、実施例１〜７に比べて顕著に劣る結果が得られた。この結果から、本発明によれば、耐焼着性が高く、かつ膜はがれ性が良好な塗型膜が得られる砂型用塗型剤組成物を提供できることが確認された。

１クサビ型中子
２主型
２ａ空隙部分
２ｂ差し込み口

Claims

粘結剤、焼結剤及び耐火性骨材を含有する砂型用塗型剤組成物であって、
前記耐火性骨材がコージエライトを含有し、
前記耐火性骨材中のコージエライトの含有量が４０〜１００重量％であり、
前記コージエライトの平均粒径が５〜２０μｍである、砂型用塗型剤組成物。
前記耐火性骨材が、更に、ムライト及び／又はジルコンを含有する請求項１記載の砂型用塗型剤組成物。
ムライト及び／又はジルコンとコージエライトとの重量比〔（ムライト及び／又はジルコン）／コージエライト〕が０．４〜１．０である請求項２記載の砂型用塗型剤組成物。
前記コージエライトの粒度分布が、Ｄ２５が２〜１６μｍであり、Ｄ７５が１２〜２７μｍである、請求項１〜３の何れか１項記載の砂型用塗型剤組成物。
砂型表面に塗型剤組成物を塗布してなる鋳造用砂型を使用する鋳物の製造方法であって、
前記塗型剤組成物が、請求項１〜４の何れか１項記載の砂型用塗型剤組成物である、鋳物の製造方法。