JP5938037B2 - 尿素変性ノボラック型フェノール樹脂の製造方法及びそれによって得られた尿素変性ノボラック型フェノール樹脂並びにそれを用いて得られるレジンコーテッドサンド - Google Patents
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Description
(2) 前記尿素若しくはメチロール尿素が、水溶液又は懸濁液の形態において、反応系に添加せしめられる前記態様(1)に記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
(3) 前記尿素若しくはメチロール尿素が、一定割合の添加速度にて、反応系に連続的に添加される前記態様(1)又は前記態様(2)に記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
(4) 前記尿素若しくはメチロール尿素の断続的な添加が、一定の間隔を空けて、一定量毎において実施される前記態様(1)又は前記態様(2)に記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
(5) 前記尿素若しくはメチロール尿素が、固体である前記態様(1)乃至前記態様(4)の何れか1つに記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
(6) 前記フェノール系化合物と前記アルデヒド類とを初期縮合させた後、その初期縮合物に対して、前記尿素若しくはメチロール尿素の添加が、開始される前記態様(1)乃至前記態様(5)の何れか1つに記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
(7) 前記初期縮合物中に残留するアルデヒド類の量が、前記尿素若しくはメチロール尿素の前記共縮合のために予定された使用量に等しくなったときに、該尿素若しくはメチロール尿素の添加が開始される前記態様(6)に記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
(8) 前記態様(1)乃至前記態様(7)の何れか1つに記載の製造方法により得られた尿素変性ノボラック型フェノール樹脂。
(9) フェノール系化合物と、アルデヒド類と、尿素若しくはメチロール尿素とを共縮合せしめることによって、製造されてなることを特徴とする尿素変性ノボラック型フェノール樹脂。
(10) フェノール系化合物と、アルデヒド類と、尿素若しくはメチロール尿素とを共縮合せしめることによって、製造されてなる尿素変性ノボラック型フェノール樹脂であって、その熱分解に伴う吸熱量が5〜200J/gであることを特徴とする前記態様(9)に記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂。
(11) フェノール系化合物と、アルデヒド類と、尿素若しくはメチロール尿素とを共縮合せしめることによって、製造されてなる尿素変性ノボラック型フェノール樹脂であって、その示差走査熱量計による熱分解に伴う吸熱量の測定において、280℃〜400℃の範囲内に吸熱ピークを有することを特徴とする前記態様(9)又は前記態様(10)に記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂。
(12) フェノール系化合物(P)と、アルデヒド類(F)と、尿素若しくはメチロール尿素(U)のモル比:F/(P+U)が、0.50〜0.75であることを特徴とする前記態様(9)乃至前記態様(11)の何れか1つに記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂。
(13) コーンプレート粘度計を用いて160℃で測定された溶融粘度が、500〜4500mPa・sであることを特徴とする前記態様(9)乃至前記態様(12)の何れか1つに記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂。
(14) 重量平均分子量(Mw)が、550〜2500であることを特徴とする前記態様(9)乃至前記態様(13)の何れか1つに記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂。
(15) 尿素若しくはメチロール尿素(U)によるフェノール系化合物(P)の尿素変性率:U/(U+P)が5〜50%であることを特徴とする前記態様(9)乃至前記態様(14)の何れか1つに記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂。
(16) 前記態様(1)乃至前記態様(7)の何れか1つに記載の製造方法により得られた尿素変性ノボラック型フェノール樹脂を用いて、耐火性粒子を被覆してなることを特徴とするレジンコーテッドサンド。
(17) 前記態様(9)乃至前記態様(15)の何れか1つに記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂を用いて、耐火性粒子を被覆してなることを特徴とするレジンコーテッドサンド。
残留ホルマリン率(y)=
尿素の物質量(モル)÷ホルマリンの物質量(モル)×100
にて、残留ホルマリン率(y)を算出し、次いで、その得られた残留ホルマリン率(y)を、下記表1における近似式のyに代入し、相当するxを算出することにより、尿素若しくはメチロール尿素の共縮合が開始せしめられる反応開始時間(h)を、容易に求め得るのである。
先ず、温度計、バキュームスターラー及び冷却管を備えた3000mlの三口フラスコに、フェノール1200g(12.77mol)及びホルマリン47%水溶液527g(8.26mol)と、触媒としての蓚酸6.3g(0.07mol)を収容した後、攪拌混合しながら、徐々に反応容器内を還流温度(98〜105℃)まで昇温し、そして22分間加熱攪拌することにより、初期縮合反応を行なった。
先ず、温度計、バキュームスターラー及び冷却管を備えた3000mlの三口フラスコに、フェノール1200g(12.77mol)及びホルマリン47%水溶液566g(8.86mol)と、触媒としての蓚酸3.8g(0.04mol)を収容した後、攪拌混合しながら、徐々に反応容器内を還流温度(98〜105℃)まで昇温し、そして22分間加熱攪拌することにより、初期縮合反応を行なった。
先ず、温度計、バキュームスターラー及び冷却管を備えた3000mlの三口フラスコに、フェノール960g(10.21mol)及びホルマリン47%水溶液544g(8.53mol)と、触媒としての蓚酸6.0g(0.07mol)を収容した後、攪拌混合しながら、徐々に反応容器内を還流温度(98〜105℃)まで昇温し、そして22分間加熱攪拌することにより、初期縮合反応を行なった。
先ず、温度計、バキュームスターラー及び冷却管を備えた3000mlの三口フラスコに、フェノール840g(8.94mol)及びホルマリン47%水溶液572g(8.96mol)と、触媒としての蓚酸6.0g(0.07mol)を収容した後、攪拌混合しながら、徐々に反応容器内を還流温度(98〜105℃)まで昇温し、そして30分間加熱攪拌することにより、初期縮合反応を行なった。
先ず、温度計、バキュームスターラー及び冷却管を備えた3000mlの三口フラスコに、フェノール720g(7.66mol)及びホルマリン47%水溶液599g(9.39mol)と、触媒としての蓚酸6.0g(0.07mol)を収容した後、攪拌混合しながら、徐々に反応容器内を還流温度(98〜105℃)まで昇温し、そして32分間加熱攪拌することにより、初期縮合反応を行なった。
先ず、温度計、バキュームスターラー及び冷却管を備えた3000mlの三口フラスコに、フェノール600g(6.38mol)及びホルマリン47%水溶液627g(9.82mol)と、触媒としての蓚酸6.0g(0.07mol)を収容した後、攪拌混合しながら、徐々に反応容器内を還流温度(98〜105℃)まで昇温した。次いで、この昇温の後、予め蒸留水900mlに溶解した尿素600g(9.96mol)を、120分で添加が完了するように滴下した後、60分間加熱攪拌して、反応を進行せしめた。そして、かかる加熱攪拌による反応の後、反応溶液のpHが7となり、ホルマリンが消費されたことを確認した。その後、攪拌混合しながら、反応液の温度(液温)が180℃程度となるまで、加熱及び減圧濃縮することにより、黄色透明固体の尿素変性ノボラック樹脂を得た。なお、本実施例では、投入する尿素の使用量が、ホルマリンの使用量より0.14mol多いため、上述の各実施例とは異なり、初期縮合反応を実施しなかった。
先ず、温度計、バキュームスターラー及び冷却管を備えた3000mlの三口フラスコに、フェノール1200g(12.77mol)及びホルマリン47%水溶液527g(8.26mol)と、触媒としての蓚酸6.3g(0.07mol)を収容した後、攪拌混合しながら、徐々に反応容器内を還流温度(98〜105℃)まで昇温した。次いで、予め蒸留水90mlに溶解した尿素60g(1.00mol)を、120分で添加が完了するように滴下した後、60分間加熱攪拌して、反応を進行せしめた。そして、かかる加熱攪拌による反応の後、反応溶液のpHが7となり、ホルマリンが消費されたことを確認した。その後、攪拌混合しながら、反応液の温度(液温)が180℃程度となるまで、加熱及び減圧濃縮することにより、黄色透明固体の尿素変性ノボラック樹脂を得た。
先ず、温度計、バキュームスターラー及び冷却管を備えた3000mlの三口フラスコに、フェノール840g(8.94mol)及びホルマリン47%水溶液667g(10.5mol)と、触媒としての蓚酸6.0g(0.07mol)を収容した後、攪拌混合しながら、徐々に反応容器内を還流温度(98〜105℃)まで昇温し、そして88分間加熱攪拌することにより、初期縮合反応を行なった。
先ず、温度計、バキュームスターラー及び冷却管を備えた3000mlの三口フラスコに、フェノール840g(8.94mol)及びホルマリン47%水溶液476g(7.5mol)と、触媒としての蓚酸6.0g(0.07mol)を収容した後、攪拌混合しながら、徐々に反応容器内を還流温度(98〜105℃)まで昇温し、そして10分間加熱攪拌することにより、初期縮合反応を行なった。
先ず、1000mlのフラスコに、尿素240g(4.00mol)、蒸留水240ml及びホルマリン47%水溶液255g(4.00mol)を収容し、pH=9〜10になるまでNaOHを加えて、反応させることにより、液中に懸濁した形態のモノメチロール尿素を得た。そして、この得られたモノメチロール尿素の懸濁液を、分液ロートに移した。
先ず、1000mlのフラスコに、尿素360g(6.00mol)、蒸留水540ml及びホルマリン47%水溶液382g(6.00mol)を収容し、pH=9〜10になるまでNaOHを加えて、反応させることにより、液中に懸濁した形態の白色固体のモノメチロール尿素を得た。そして、この得られたモノメチロール尿素懸濁液を、分液ロートに移し、フェノールとの縮合反応に使用した。
先ず、1000mlのフラスコに、尿素360g(6.00mol)、蒸留水360ml及びホルマリン47%水溶液382g(6.00mol)を収容し、pH=9〜10になるまでNaOHを加えて、反応させることにより、液中に懸濁した形態のモノメチロール尿素を得た。そして、この得られたモノメチロール尿素の懸濁液を、分液ロートに移した。
先ず、1000mlのフラスコに、尿素240g(4.00mol)、蒸留水360ml及びホルマリン47%水溶液453g(7.10mol)を収容し、pH=9〜10になるまでNaOHを加えて、反応させることにより、白色固体のジメチロール尿素懸濁物を得た。
先ず、1000mlのフラスコに、尿素240g(4.00mol)、蒸留水360ml及びホルマリン47%水溶液544g(8.53mol)を収容し、pH=9〜10になるまでNaOHを加えて、反応させることにより、白色固体のジメチロール尿素懸濁物を得た。
温度計、バキュームスターラー及び冷却管を備えた500mlの三口フラスコに、予め蒸留水の120mlに溶解した尿素90g(1.50mol)と、フェノール210g(2.13mol)及びホルマリン47%水溶液139g(2.18mol)と、触媒としての蓚酸1.5g(0.02mol)とを収容した後、攪拌混合しながら、徐々に反応容器内を還流温度(98〜105℃)まで昇温し、更に約240分間、加熱攪拌を行なうことにより、縮合反応せしめた。そして、かかる反応の後、攪拌混合しながら、加熱及び減圧濃縮下、反応液の温度(液温)が150℃程度にて、ゲル化し、固化してしまった。
温度計、バキュームスターラー及び冷却管を備えた500mlのフラスコに、先ず、尿素12g(0.20mol)及びホルマリン47%水溶液23g(0.36mol)を収容し、50℃にて150分間加熱攪拌した後、フェノール188g(2.00mol)と、触媒としての蓚酸0.94g(0.01mol)とを収容し、攪拌混合しながら、徐々に反応容器内を還流温度(98〜105℃)まで昇温し、そして60分間攪拌して、反応させた。更に、ホルマリン47%水溶液73g(1.14mol)及び蓚酸0.6g(6.00mmol)を加えて、120分還流攪拌して、反応を進行せしめた。そして、かかる反応の後、攪拌混合しながら、加熱及び減圧濃縮したところ、反応液の温度(液温)が150℃程度にてゲル化し、固化してしまった。
温度計、バキュームスターラー及び冷却管を備えた3000mlの三口フラスコに、フェノール1200g(12.77mol)及びホルマリン47%水溶液490g(7.68mol)と、触媒としての蓚酸3.6g(0.04mol)を収容した後、攪拌混合しながら、徐々に反応容器内を還流温度(98〜105℃)まで昇温し、更に約240分間加熱攪拌を行なうことにより、縮合反応せしめた。そして、かかる反応の後、攪拌混合しながら、反応液の温度(液温)が180℃程度となるまで、加熱及び減圧濃縮することにより、黄色透明固体のノボラック型のフェノール樹脂を得た。
上記で得られた各種の尿素変性ノボラック樹脂組成物について、以下の測定方法に従って、それぞれ、各種の物性を測定した。そして、その得られた結果を、下記表2及び表3に併わせ示した。
尿素変性ノボラック樹脂組成物の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)の測定は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィ(GPC)法により測定されるフェノール換算の分子量として求めた。なお、測定装置には、GPC測定装置(東ソー株式会社製、商品名:HLC8320GPC)を用い、またカラムには、混合ポリスチレンゲルカラム(東ソー株式会社製、商品名:G1000HXL、G2000JXL)を用いた。また、同時に、かかるGPC法によって、未反応フェノール量が求められた。
各々の尿素変性ノボラック樹脂の窒素含有率は、ケルダール窒素定量法により求めた。
各々の尿素変性ノボラック樹脂の流れ、ゲル化時間および融点は、JIS K 6910に準拠して測定した。
各々の尿素変性ノボラック樹脂の粘度は、コーンプレート粘度計(東亜工業株式会社製、商品名:CV1S)を用い、試料の0.15gを秤取して、プレート温度:160℃において、その溶融粘度を測定することによって、行なった。
示差走査熱量計(DSC)による各々の尿素変性ノボラック樹脂の熱分解に伴う吸熱量の測定は、以下の様にして測定した。
−尿素変性ノボラック樹脂におけるメチレン結合の結合様式及びオルソ/パラ(o/p)結合比の測定−
各々の尿素変性ノボラック樹脂におけるメチレン結合の結合様式及びo/p結合比の測定は、核磁気共鳴装置(米国:バリアン社製;INOVA 400)を用いて、13C−NMR(100MHz、溶媒:重ピリジン−d5)を測定して、[o,o−フェノール−CH2 −フェノール]結合、[o,p−フェノール−CH2 −フェノール]結合、[p,p−フェノール−CH2 −フェノール]結合、[o−フェノール−CH2 −NHCO−]結合、[p−フェノール−CH2 −NHCO−]結合、[−NH−CH2 −NH−]結合の存在密度を求め、それぞれの結合比を計算した。なお、この測定に用いた樹脂は、実施例4、実施例11及び実施例14のものである。その結果を、下記表4に示す。
各々の尿素変性ノボラック樹脂の赤外線(IR)スペクトルの測定を、赤外線分光器(JASCO社製;FT/IR-4200)を用いて測定し、NH結合の特性吸収帯(1450cm-1)、CH2 結合の特性吸収帯(1300〜1400cm-1)、C=O結合の特性吸収帯(1700cm-1)の存在を確認した。そこでは、特に、C=O結合の存在により、尿素変性ノボラック樹脂が形成されていることを認識することができる。なお、この測定に用いた樹脂は、実施例3、実施例4及び比較例3のものである。そして、その結果が、図1に示されている。
実験用スピードミキサーに対して、150〜180℃に予熱した耐火性粒子(フラタリー)の7000gと、実施例1〜14又は比較例3の各樹脂の140g(2.0%/耐火性粒子)とを投入し、ミキサー内にて60秒間混練することにより、耐火性粒子表面に、それぞれの尿素変性ノボラック樹脂を溶融被覆せしめた。次いで、ミキサー内に、硬化剤であるヘキサメチレンテトラミンの21g(15.0%/樹脂)を冷却水:105g(1.5%/耐火性粒子)に溶解してなるヘキサメチレンテトラミン水溶液を添加し、送風冷却した後、ステアリン酸カルシウムの7g(0.1%/耐火性粒子)を添加することにより、各種のRCS(試料1〜15)を得た。この得られた試料1〜15については、下記の試験法に従って、その特性の測定を行なった。その結果を、下記表5に示す。
−融着点の測定−
上記において製造された各種シェルモールド用RCSを用いて、JACT法に準じて、それぞれ測定した。
上記で製造された各種シェルモールド用RCSを用いて、JIS−K−6910に準じて、それぞれ、JIS式テストピース(幅:10mm×厚さ:10mm×長さ:60mm、焼成条件:250℃×60秒間)を作製し、そしてその得られたJIS式テストピース(以下、単に、テストピース又はTPとも言う)について、冷間時における強度(MPa)を、JACT試験法:SM−1に準じて測定し、鋳型強度として評価した。
Claims (14)
- フェノール系化合物と、アルデヒド類と、尿素若しくはメチロール尿素とを共縮合せしめて、尿素変性ノボラック型フェノール樹脂を製造するに際して、
前記フェノール系化合物と前記アルデヒド類とを接触させて、それらの反応を進行せしめる一方、前記尿素若しくはメチロール尿素を、前記共縮合のために予定された使用量に到達するまで、反応系に、連続的に又は断続的に少しづつ添加して、その添加される尿素若しくはメチロール尿素を、前記フェノール系化合物及び前記アルデヒド類に順次共縮合させるようにしたことを特徴とする尿素変性ノボラック型フェノール樹脂の製造方法。 - 前記尿素若しくはメチロール尿素が、水溶液又は懸濁液の形態において、反応系に添加せしめられる請求項1に記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
- 前記尿素若しくはメチロール尿素が、一定割合の添加速度にて、反応系に連続的に添加される請求項1又は請求項2に記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
- 前記尿素若しくはメチロール尿素の断続的な添加が、一定の間隔を空けて、一定量毎において実施される請求項1又は請求項2に記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
- 前記尿素若しくはメチロール尿素が、固体である請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
- 前記フェノール系化合物と前記アルデヒド類とを初期縮合させた後、その初期縮合物に対して、前記尿素若しくはメチロール尿素の添加が、開始される請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
- 前記初期縮合物中に残留するアルデヒド類の量が、前記尿素若しくはメチロール尿素の前記共縮合のために予定された使用量に等しくなったときに、該尿素若しくはメチロール尿素の添加が開始される請求項6に記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
- 前記尿素変性ノボラック型フェノール樹脂の熱分解に伴う吸熱量が、5〜200J/gであることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
- 前記尿素変性ノボラック型フェノール樹脂が、その示差走査熱量計による熱分解に伴う吸熱量の測定において、280℃〜400℃の範囲内に吸熱ピークを有することを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れか1項に記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
- フェノール(P)と、アルデヒド類(F)と、尿素若しくはメチロール尿素(U)とを、モル比[F/(P+U)]が0.50〜0.75となる割合において共縮合せしめてなり、重量平均分子量(Mw)が550〜2500である尿素変性ノボラック型フェノール樹脂であって、その熱分解に伴う吸熱量が5〜200J/gであり、且つその示差走査熱量計による熱分解に伴う吸熱量の測定において、280℃〜400℃の範囲内に吸熱ピークを有し、更にコーンプレート粘度計を用いて160℃で測定された溶融粘度が、500〜4500mPa・sであることを特徴とする尿素変性ノボラック型フェノール樹脂。
- 尿素若しくはメチロール尿素(U)によるフェノール(P)の尿素変性率:U/(U+P)が5〜50%であることを特徴とする請求項10に記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂。
- [フェノール−CH 2 −NHCO−]結合数、[−NH−CH 2 −NH−]結合数及び「フェノール−CH 2 −フェノール」結合数の合計に占める[フェノール−CH 2 −NHCO−]結合数の割合が、25〜35%である請求項10又は請求項11に記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂。
- 請求項1乃至請求項9の何れか1項に記載の製造方法により得られた尿素変性ノボラック型フェノール樹脂を用いて、耐火性粒子を被覆してなることを特徴とするレジンコーテッドサンドの製造方法。
- 請求項10乃至請求項12の何れか1項に記載の尿素変性ノボラック型フェノール樹脂を用いて、耐火性粒子を被覆してなることを特徴とするレジンコーテッドサンドの製造方法。
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