JP6584919B2 - 鋳型の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋳型の製造方法に関する。

水溶性フェノール樹脂を粘結剤とし、エステル化合物を硬化剤として用いた鋳型造型法が知られている。そこでは、高い耐熱性と粘結剤中に鋳物品質を低下させるような硫黄、リン等の元素を含まないため、品質の高い鋳物を製造することができる。この時、鋳型の強度は、鋳型の物性の中でも重要な物性の一つで、鋳造する溶融金属に耐え、またハンドリング時に破損しないように、より高い強度の鋳型が求められている（例えば、特許文献１、２）。

鋳型の造型、あるいは鋳型を用いて所望の鋳物を鋳造する上で、重要な項目として鋳型の硬化速度を向上させることが挙げられる。鋳型の硬化速度を上げると、原型から鋳型を抜型するまでに要する時間（抜型時間）を短くすることができ、鋳型の生産性を上げることができる。

特許第２９９１３７６号 特開平８−５０６０５４号公報

鋳型の鋳込みが行われ、高温の環境で労働を行わなければならないので、敢えて寒冷地に工場を建設する場合がある。よって、低温環境下（例えば５℃以下）で鋳造を行う場合がある。反応速度は温度に影響されるため、従来技術では、低温環境下では鋳型の硬化速度が遅くなり、鋳型の生産性が落ちることがあった。

本発明は、低温環境下（例えば５℃以下）での鋳型の製造でも十分な鋳型の硬化速度が得られる鋳型の製造方法を提供する。

本発明は、耐火性粒子、水溶性フェノール樹脂を含有する鋳型造型用粘結剤組成物、及び前記鋳型造型用粘結剤組成物を硬化させる鋳型造型用硬化剤組成物を混合して鋳型用組成物を得る混合工程、及び前記鋳型用組成物を型枠に詰め、当該鋳型用組成物を硬化させる硬化工程を有する鋳型の製造方法であって、前記鋳型造型用硬化剤組成物が、４員環以下の環状エステル化合物を含有し、前記硬化工程時の環境温度が５℃以下である鋳型の製造方法である。

本発明によれば、低温環境下（例えば５℃以下）での鋳型の製造でも十分な鋳型の硬化速度が得られる鋳型の製造方法を提供することができる。

＜鋳型の製造方法＞
本実施形態の鋳型の製造方法は、耐火性粒子、水溶性フェノール樹脂を含有する鋳型造型用粘結剤組成物、及び前記鋳型造型用粘結剤組成物を硬化させる鋳型造型用硬化剤組成物を混合して鋳型用組成物を得る混合工程、及び前記鋳型用組成物を型枠に詰め、当該鋳型用組成物を硬化させる硬化工程を有する鋳型の製造方法であって、前記鋳型造型用硬化剤組成物が、４員環以下の環状エステル化合物を含有し、前記硬化工程時の環境温度が５℃以下である。本実施形態の鋳型の製造方法によれば、低温環境下（例えば５℃以下）での鋳型の製造でも十分な鋳型の硬化速度が得られる。このような効果を奏する理由は定かではないが、４員環以下の環状エステル化合物のエステルは非常に速い加水分解速度を有するが、水溶性フェノール樹脂の高分子量化反応を促進することから、低温環境下においても十分な鋳型の硬化速度が得られると考えられる。

〔混合工程〕
前記混合工程は、耐火性粒子、水溶性フェノール樹脂を含有する鋳型造型用粘結剤組成物、及び前記鋳型造型用粘結剤組成物を硬化させる鋳型造型用硬化剤組成物を混合して鋳型用組成物を得る工程である。

［耐火性粒子］
前記耐火性粒子としては、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、合成ムライト砂等の従来公知のものを使用でき、また、使用済みの耐火性粒子を回収して再生処理した再生砂も使用できる。前記耐火性粒子は、単独で使用又は２種以上を併用することができる。

［鋳型造型用粘結剤組成物］
（水溶性フェノール樹脂）
前記水溶性フェノール樹脂は、エステル化合物で硬化可能な樹脂であり、一般にはアルカリ条件下でフェノール化合物とアルデヒド化合物とを重縮合させることによって得られるものである。このうちフェノール化合物としては、フェノール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、クレゾール、３，５−キシレノール、レゾルシン、カテコール、ノニルフェノール、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、イソプロペニルフェノール、フェニルフェノール、その他の置換フェノールを含めたフェノール類や、カシューナット殻液のような各種のフェノール化合物の混合物等を１種又は２種以上混合して使用することができる。また、アルデヒド化合物としては、ホルムアルデヒド、フルフラール、グリオキザール等を１種又は２種以上混合して使用することができる。これらの化合物は必要に応じて水溶液として用いることができる。また、これらに、尿素、メラミン、シクロヘキサノン等のアルデヒド化合物と縮合が可能なモノマーや、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ノルマルプロピルアルコール、ブチルアルコール等の１価の脂肪族アルコール化合物や、水溶性高分子のポリアクリル酸塩や、セルロース誘導体高分子、ポリビニルアルコール、リグニン誘導体などを混合しても差し支えない。

前記水溶性フェノール樹脂の合成に用いられるアルカリ触媒としては、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨなどのアルカリ金属の水酸化物が挙げられるが、特にＮａＯＨ、ＫＯＨが好ましい。また、これらのアルカリ触媒を混合して用いてもよい。

前記水溶性フェノール樹脂の重量平均分子量（Ｍｗ）は、鋳型強度を向上させる観点から、５００以上が好ましく、８００以上がより好ましい。前記水溶性フェノール樹脂の重量平均分子量（Ｍｗ）は、鋳型強度を向上させる観点から、８０００以下が好ましく、５０００以下がより好ましい。また、前記水溶性フェノール樹脂の重量平均分子量（Ｍｗ）は、鋳型強度を向上させる観点から、５００〜８０００が好ましく、８００〜５０００がより好ましい。

前記鋳型造型用粘結剤組成物中の前記水溶性フェノール樹脂の含有量は、鋳型強度を向上させる観点から、２０質量％以上が好ましく、２５質量％以上がより好ましく、３０質量％以上が更に好ましい。前記鋳型造型用粘結剤組成物中の前記水溶性フェノール樹脂の含有量は、作業性を向上させる観点から、８０質量％以下が好ましく、７０質量％以下がより好ましく、６０質量％以下が更に好ましい。また、前記鋳型造型用粘結剤組成物中の前記水溶性フェノール樹脂の含有量は、鋳型強度を向上させる観点、及び作業性を向上させる観点から、２０〜８０質量％が好ましく、２５〜７０質量％がより好ましく、３０〜６０質量％が更に好ましい。

上記のような鋳型造型用粘結剤組成物としては、市販品ではカオーステップＳＨ−８０１０、同ＳＨ−８０００、同Ｓ−６５１、同ＳＱ−７０００、同ＳＬ−６０００、同ＳＬ−６０７０、同Ｓ−６８１（全て花王クエーカー社製）などが挙げられる。

（その他の成分）
前記鋳型造型用粘結剤組成物は、本実施形態の効果を阻害しない程度に水、シランカップリング剤、尿素、界面活性剤、アルコール類等の添加剤が含まれていても良い。なお、前記鋳型造型用粘結剤組成物中にシランカップリング剤が含まれていると、得られる鋳型の最終強度をより向上させることができるため好ましい。前記シランカップリング剤の例としては、γ−（２−アミノ）プロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、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、Ｎ−β−（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン等が挙げられる。前記鋳型造型用粘結剤組成物中の前記シランカップリング剤の含有量は、鋳型強度を向上させる観点から、０．００５〜３質量％が好ましく、０．０１〜１質量％がより好ましい。

前記添加剤等を用いる場合、当該添加剤等の添加方法は、前記耐火性粒子に対して、連続式、バッチ式のいずれの方法で添加しても構わない。また、前記添加剤等をスプレー噴霧する方法や、ノズルから定量的に添加する方法をとる事ができる。

［鋳型造型用硬化剤組成物］
前記鋳型造型用硬化剤組成物は、前記鋳型造型用粘結剤組成物を硬化させるものである。当該鋳型造型用硬化剤組成物は、４員環以下の環状エステル化合物を含有する。当該４員環以下の環状エステル化合物は、α−アセトラクトンなどの３員環ラクトン；β−プロピオラクトン、β−ブチロラクトン、３−メチルオキセタン−２オン、などの４員環ラクトンなどを挙げることができ、これらの中でも、低温環境下（例えば５℃）で十分な鋳型の硬化速度を得る観点から、β−ブチロラクトン、及び３−メチルオキセタン−２オンからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が好ましく、β−ブチロラクトンがより好ましい。

前記鋳型造型用硬化剤組成物中の前記４員環以下の環状エステル化合物の含有量は、低温環境下（例えば５℃）で十分な鋳型の硬化速度を得る観点から、１０質量％以上が好ましく、５０質量％以上がより好ましく、８０質量％以上が更に好ましい。

前記鋳型造型用硬化剤組成物は、本実施形態の効果を損なわない範囲で、４員環以下の環状エステル化合物以外の硬化剤や添加剤を含有していても良い。

前記耐火性粒子と前記粘結剤組成物と前記硬化剤組成物との比率は適宜設定できるが、鋳型強度を向上させる観点から、前記耐火性粒子１００質量部に対して、前記粘結剤組成物が０．５質量部以上が好ましく、３質量部以下が好ましい。低温環境下（例えば５℃以下）で十分な鋳型の硬化速度を得る観点から、前記粘結剤組成物１００質量部に対して、前記硬化剤組成物が２０質量部以上が好ましく、３０質量部以下が好ましい。

前記混合工程において、各原料を混合する方法としては、公知一般の手法を用いることが出来、例えば、バッチミキサーにより各原料を添加して混練する方法や、連続ミキサーに各原料を供給して混練する方法が挙げられる。

〔硬化工程〕
前記硬化工程は、前記鋳型用組成物を型枠に詰め、当該鋳型用組成物を硬化させる工程である。

前記硬化工程は、５℃以下の環境温度で行われる。当該環境温度は、本実施形態の効果発現の観点から−２５℃以上が好ましく、０℃以下がより好ましい。

前記硬化工程において、当該鋳型用組成物を硬化させる方法としては、公知一般の手法を用いることが出来る。

以下、本発明を具体的に示す実施例等について説明する。

＜実施例１〜３、比較例１〜５＞
〔耐火性粒子〕
フリーマントル（山川産業株式会社製 新砂）１００質量部に対し、水溶性フェノール樹脂（「カオーステップ ＳＨ−８０１０」花王クエーカー社製）１．４質量部と、当該水溶性フェノール樹脂の硬化剤として有機エステル化合物（トリアセチン）０．３５質量部とを添加混練して得られた鋳型用組成物を用いて造型した鋳型を用いて鋳造後、再生処理した砂（再生砂）を用いた。

〔硬化剤組成物〕
硬化剤組成物として下記表１に記載の市販の試薬化合物を用いた。下記表１中、「β−ブチロラクトン」は東京化成工業株式会社製試薬、「γ−ブチロラクトン」は、和光純薬工業株式会社製試薬、「プロピレンカーボネート」は、和光純薬工業株式会社製試薬（炭酸プロピレン）を用いた。

〔評価方法〕
［鋳型の成型と圧縮強度測定］
前記再生砂１００質量部に対して、水溶性フェノール樹脂（「カオーステップ ＳＨ−８０１０」、花王クエーカー社製）１．４質量部と、前記硬化剤組成物０．３５質量部とを混練して得られた混練砂を型込めし、テストピース（５０ｍｍ×５０ｍｍφ）を成型した。そして、ＪＩＳ Ｚ ２６０１に記載された方法で、テストピースの圧縮強度（ＭＰａ）を測定した。即ち、成型から２０分及び２４時間経過した後のテストピースについて、圧縮速度５ｍｍ／ｓｅｃで圧縮強度を測定した。なお、圧縮強度は、負荷した荷重をテストピースの断面積で除した値とした。試験は、日立恒温恒湿室（ＥＲ−７５ＮＨＰ−Ｒ）内で実施し、鋳型用組成物を型込めする際の雰囲気温度、及び圧縮強度評価の際の雰囲気温度は、表１記載の温度に揃えた。評価結果を表１に示す。

Claims (3)

1. 耐火性粒子、水溶性フェノール樹脂を含有する鋳型造型用粘結剤組成物、及び前記鋳型造型用粘結剤組成物を硬化させる鋳型造型用硬化剤組成物を混合して鋳型用組成物を得る混合工程、及び前記鋳型用組成物を型枠に詰め、当該鋳型用組成物を硬化させる硬化工程を有する鋳型の製造方法であって、
   前記鋳型造型用硬化剤組成物が、４員環以下の環状エステル化合物を含有し、
   前記硬化工程時の環境温度が５℃以下であり、
   前記４員環以下の環状エステル化合物がβ−ブチロラクトン、及び３−メチルオキセタン−２オンからなる群より選ばれる少なくとも１種以上である鋳型の製造方法。
2. 前記環境温度が−２５℃以上０℃以下である請求項１に記載の鋳型の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の鋳型の製造方法に用いられる、４員環以下の環状エステル化合物を含有する鋳型造型用硬化剤組成物であって、
   前記４員環以下の環状エステル化合物がβ−ブチロラクトン、及び３−メチルオキセタン−２オンからなる群より選ばれる少なくとも１種以上である鋳型造型用硬化剤組成物。