JP6823430B2

JP6823430B2 - 砂型用油性塗型剤組成物

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Publication number: JP6823430B2
Application number: JP2016223782A
Authority: JP
Inventors: 啓一朗田中
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2016-11-17
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2021-02-03
Anticipated expiration: 2036-11-17
Also published as: JP2018079497A

Description

本発明は、砂型用油性塗型剤組成物に関する。

砂型用塗型剤は、溶融金属が接する鋳型表面に塗布又は噴霧（ぶっかけも含む）して塗膜を塗装することにより、鋳型の表面を保護し、溶融金属と鋳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ものである。

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砂落ち性（膜はがれ性）が問題になることがある。鋳物表面に塗型膜が残留すると、当該塗型膜を除去するために鋳物表面に対して数十分間のショットブラスト処理が必要になり、鋳物の生産性を向上させることが困難になることがあった。

前記課題に対し、下記特許文献１には熱膨張率が低いコーディエライトを耐火性骨材に含有させて塗型膜の砂落ち性（膜剥がれ性）を向上させる技術が開示されている。

また、塗型剤と溶融金属界面の反応で発生する鋳物表面の白膜を抑制する耐白膜性も砂型用塗型剤に要求される最も重要な性能の一つである。

前記課題に対し、下記特許文献２には耐火性骨材に黒曜石を含有させて耐白膜性を向上させる技術が開示されている。

特開２０１１−３１２７４号公報特開２０１０−９４７１４号公報

しかし、従来の技術では砂落ち性と耐白膜性を両立させることは困難であった。

本発明は、砂落ち性と耐白膜性を両立させることができる砂型用油性塗型剤組成物を提供する。

上述のように、コーディエライトは熱膨張係数が低いことから、砂落ち性の向上に有効である。しかし、コーディエライトは耐熱性に劣るという問題がある。当該問題解決のために、耐熱性に優れるシリカ等を耐火性骨材に含有させることが考えられる。しかし、耐火性骨材にシリカを含有させた場合には、鋳物表面の白膜化が起こる傾向がある。鋳物表面の白膜化を抑制するためには、耐火性骨材に黒鉛を含有させることが考えられるが、黒鉛は熱膨張率がきわめて高く、高温での融着性も高いので塗型の構造安定性を低下させる。そのため、熱膨張率が低く砂落ち性を向上させるコーディエライトとの併用はためらわれる。しかし、コーディエライト、シリカ類、及び黒鉛の三成分を特定条件で併用することで砂落ち性が高いまま維持され鋳物表面の白膜化も抑えることができることを見出し、本発明に至った。

本発明の砂型用油性塗型剤組成物は、粘結剤、焼結剤、及び耐火性骨材を含有する砂型用油性塗型剤組成物であって、前記耐火性骨材が（Ａ）コーディエライト、（Ｂ）黒鉛、及び（Ｃ）シリカ類を含有し、前記耐火性骨材中の前記（Ｃ）シリカ類の含有量が１０質量％以上９０質量％以下、及び前記（Ｃ）シリカ類と前記（Ｂ）黒鉛の質量比（（Ｃ）シリカ類／（Ｂ）黒鉛）が０．５以上２０以下であり、前記耐火性骨材中の前記（Ａ）コーディエライトの含有量が５質量％以上６０質量％以下である（但し、前記シリカ類がシリカを含有する場合、当該シリカの実際の含有量に１．５の係数を乗じて得られた値を当該シリカの含有量とみなす）。

本発明によれば、砂落ち性と耐白膜性を両立させることができる砂型用油性塗型剤組成物を提供することができる。

Ａ、Ｂは、鋳物の製造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。

＜砂型用油性塗型剤組成物＞
本実施形態の砂型用油性塗型剤組成物（以下、単に塗型剤組成物ともいう）は、粘結剤、焼結剤、及び耐火性骨材を含有する砂型用油性塗型剤組成物であって、前記耐火性骨材が（Ａ）コーディエライト、（Ｂ）黒鉛、及び（Ｃ）シリカ類を含有し、前記耐火性骨材中の前記（Ｃ）シリカ類の含有量が１０質量％以上９０質量％以下、及び前記（Ｃ）シリカ類と前記（Ｂ）黒鉛の質量比（（Ｃ）シリカ類／（Ｂ）黒鉛）が０．５以上２０以下であり、前記耐火性骨材中の前記（Ａ）コーディエライトの含有量が５質量％以上６０質量％以下である（但し、前記シリカ類がシリカを含有する場合、当該シリカの実際の含有量に１．５の係数を乗じて得られた値を当該シリカの含有量とみなす）。

〔粘結剤〕
前記塗型剤組成物は、粘結剤として、常温で強い塗型膜を形成できるアラビアガム、多糖類などの糖類、フェノール、ロジン、石油樹脂のような有機粘結剤や、鋳込み時に塗型膜の熱間強度を上げるためのエチルシリケート、ケイ酸ソーダなどの無機粘結剤を含有していてもよい。条件によりこれらの粘結剤を併用してもよい。

前記塗型剤組成物中の前記粘結剤の含有量は、鋳型上での塗膜強度の観点から、耐火性骨材１０００質量部に対して、３質量部以上が好ましく、８質量部以上がより好ましく、乾燥時の塗膜のフクレの観点から、５０質量部以下が好ましく、３０質量部以下がより好ましい。また、前記塗型剤組成物中の前記粘結剤の含有量は、最適な塗膜の状態をつくる観点から、耐火性骨材１０００質量部に対して、３〜５０質量部が好ましく、８〜３０質量部がより好ましい。

〔焼結剤〕
前記塗型剤組成物は、焼結剤として、高熱時においても強い塗型膜を維持できるアタパルジャイト、セピオライトなどの鎖状粘土鉱物、カオリナイト、タルク、緑泥石、モンモリロナイトおよびヘクトライトなどの層状粘土鉱物を含有していても良い。当該焼結剤は、高熱時の強度とともに耐火性、経済性、作業性の観点からアタパルジャイト、セピオライト、モンモリロナイト、及びヘクトライトからなる群より選択される少なくとも１種以上が好ましく、アタパルジャイトがより好ましい。

前記塗型剤組成物中の前記焼結剤の含有量は、塗膜強度の観点から、耐火性骨材１０００質量部に対して、５質量部以上が好ましく、１０質量部以上がより好ましく、作業性の観点から、１００質量部以下が好ましく、５０質量部以下がより好ましい。また、前記塗型剤組成物中の前記焼結剤の含有量は、塗膜強度向上の観点から、耐火性骨材１０００質量部に対して、５〜１００質量部が好ましく、１０〜５０質量部がより好ましい。

〔耐火性骨材〕
［（Ａ）コーディエライト］
前記耐火性骨材は、膜はがれ性向上の観点から、コーディエライトを含有する。

前記コーディエライトは、鋳型の製造で耐火性骨材に含有させることができるものであれば特に限定することなく用いることができる。

前記コーディエライトの平均粒径は、経済性および入手容易性の観点及び適切な厚みの塗型膜を得る観点から、５μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上がより好ましく、１２μｍ以上が更に好ましく、適切な厚みの塗型膜を得る観点から、２００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましく、８０μｍ以下が更に好ましい。また、前記コーディエライトの平均粒径は、経済性および入手容易性の観点、及び適切な厚みの塗型膜を得る観点から、５〜２００μｍが好ましく、１０〜１００μｍがより好ましく、１２〜８０μｍが更に好ましい。なお、本明細書において、平均粒径は、実施例に記載の方法により測定する。

前記耐火性骨材中のコーディエライトの含有量は、膜はがれ性の観点から、５質量％以上であり、７質量％以上が好ましく、１０質量％以上がより好ましく、耐焼着性及び塗膜強度の観点から、６０質量％以下であり、５５質量％以下が好ましく、５０質量％以下がより好ましい。また、前記耐火性骨材中のコーディエライトの含有量は、耐焼着性及び膜はがれ性の観点、及び塗膜強度の観点から、５〜６０質量％であり、７〜５５質量％が好ましく、１０〜５０質量％がより好ましい。

［（Ｂ）黒鉛］
前記耐火性骨材は、耐白膜性の観点から、黒鉛を含有する。

前記黒鉛は、鋳型の製造で耐火性骨材に含有させることができるものであれば特に限定することなく用いることができる。このような黒鉛としては、板状黒鉛（鱗状黒鉛）、土状黒鉛、人造黒鉛粉等が例示できる。

前記黒鉛の平均粒径は、耐白膜性の観点から、１μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上がより好ましく、２０μｍ以上が更に好ましく、耐白膜性の観点から、１５０μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましい。また、前記黒鉛は、耐焼着性、耐白膜性の観点、及び塗布性の観点から、１〜１５０μｍが好ましく、１０〜１５０μｍがより好ましく、２０〜１００μｍが更に好ましい。

前記耐火性骨材中の黒鉛の含有量は、耐白膜性の観点から、１質量％以上が好ましく、２質量％以上がより好ましく、２．５質量％以上が更に好ましく、色相、熱膨張率の観点から、５０質量％以下が好ましく、４０質量％以下がより好ましく、３５質量％以下が更に好ましい。また、前記耐火性骨材中の黒鉛の含有量は、耐白膜性の観点、及び色相、熱膨張率の観点から、１〜５０質量％が好ましく、２〜４０質量％がより好ましく、２．５〜３５質量％が更に好ましい。

［（Ｃ）シリカ類］
前記耐火性骨材は、耐焼着性の観点から、シリカ類を含有する。なお、本明細書において、シリカ類は、二酸化ケイ素を含むものを意味する。前記シリカ類は、鋳型の製造で耐火性骨材に含有させることができるものであれば特に限定することなく用いることができ、シリカ、ムライト、バン土頁岩、アルミナシリケート等が例示できる。これらの中でも耐焼着性の観点から、ムライト、バン土頁岩からなる群より選ばれる１種以上が好ましい。前記ムライトは、耐焼着性の観点から人工ムライトが好ましい。

前記シリカ類の平均粒径は、耐焼着性、作業性の観点から、１μｍ以上が好ましく、５μｍ以上がより好ましく、作業性の観点から、１５０μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましい。また、前記シリカ類の平均粒径は、耐焼着性の観点、及び作業性の観点から、１〜１５０μｍが好ましく、５〜１００μｍがより好ましい。

前記耐火性骨材中のシリカ類の含有量は、耐焼着性の観点から、１０質量％以上であり、２０質量％以上が好ましく、３０質量％以上がより好ましく、耐白膜の観点から、９０質量％以下であり、８０質量％以下が好ましく、７０質量％以下がより好ましい。また、前記耐火性骨材中のシリカ類の含有量は、耐焼着性の観点、及び耐白膜性の観点から、１０〜９０質量％であり、２０〜８０質量％が好ましく、３０〜７０質量％がより好ましい。

前記耐火性骨材中の前記（Ｃ）シリカ類と前記（Ｂ）黒鉛の質量比（（Ｃ）シリカ類／（Ｂ）黒鉛）は、耐白膜性の観点から２０以下であり、１５以下が好ましく、耐焼着性の観点から０．５以上であり、１．０以上が好ましく、３．０以上がより好ましい。前記耐火性骨材中の前記（Ｃ）シリカ類と前記（Ｂ）黒鉛の質量比は、耐白膜性の観点から０．５〜２０であり、１．０〜２０が好ましく、３．０〜１５がより好ましい。

なお、シリカ類の中でもシリカは白薄膜化の働きが強い。そのため、シリカの実際の含有量に１．５の係数を乗じて得られた値を当該シリカの含有量とみなすことによって、実情に則したシリカ類の含有量、及びシリカ類と黒鉛の質量比を求めることができる。例えば、耐火性骨材中のシリカの含有量が２０質量％、バンド頁岩の含有量が５質量％で耐火性骨材が他のシリカ類を含まない場合、シリカの含有量２０質量％に係数１．５を乗算して得られる値３０質量％にバンド頁岩の含有量５質量％を加算した３５質量％を耐火性骨材中のシリカ類の含有量とみなす。

［その他の耐火性骨材］
前記耐火性骨材は、本実施形態の砂型用油性塗型剤組成物の効果を損なわない範囲で他の鋳型の製造に耐火性骨材として用いられる他の粒子を含んでいてもよい。このような粒子としては、ジルコン、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、黒曜石、オリビン、タルク、雲母、酸化チタン、酸化鉄などが例示できる。これらの粒子の平均粒径は、作業性の観点から、５μｍ以上が好ましく、８０μｍ以下が好ましい。

〔溶媒〕
前記砂型用油性塗型剤組成物は、浸透性や乾燥性の観点から、溶媒として、油性溶媒が含有される。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質量部に対し、７０〜２００質量部が好ましく、９０〜１５０質量部がより好ましい。

〔その他の成分〕
前記塗型剤組成物は、顔料や染料などの着色剤、塗布作業性を向上させるレオロジー調整剤、沈降防止剤、界面活性剤などの添加剤を含有してもよい。また、前記塗型剤組成物は、ヒドロキシアルキル化セルロースなどのセルロース誘導体、ポリビニルアルコール、アルギン酸ソーダなどの増粘剤や防腐剤などの添加剤、更に、フェロマンガン、マグネシア、セピオライト等を含んでもよい。

＜鋳物の製造方法＞
本実施形態の鋳物の製造方法は、砂型表面に前記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。本実施形態の鋳物の製造方法では、前記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。

塗型膜の厚みは、塗型剤本来の働きを発揮させる観点から、５０〜３００μｍが好ましく、７５〜１５０μｍがより好ましく、更に８０〜１２０μｍが好ましい。

前記塗型剤組成物は、消失模型鋳造法（フルモールド法）、及び砂型鋳造法いずれの鋳物の製造方法にも好適に用いることができるが、前記塗型剤組成物は塗布作業性に優れているため、砂型鋳造法による鋳物の製造方法でより優れた効果を得ることができる。

前記塗型剤組成物を砂型（鋳型）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、スプレー塗布などの従来知られている方法が使用できる。

以下、本発明を具体的に示す実施例などについて説明する。

＜塗型剤組成物の調製＞
〔耐火性骨材の平均粒径の測定〕
耐火性骨材の平均粒径は、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。実施例で用いた耐火性骨材に関する評価結果は表１に示す。
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質量％）を加えた溶媒
分散方法：撹拌、内蔵超音波照射（３分間）
試料濃度：２ｍｇ／１００ｍｌ

〔塗型剤組成物の調製例〕
下記表２実施例１〜１０、及び比較例１〜３に記載の組成の耐火性骨材１０００質量部に対して、ＨＰＣ−Ｈ（ヒドロキシプロピルセルロース：日本曹達株式会社製）２．３質量部、アタゲル５０（アタパルジャイト：ＢＡＳＦ社製）９．８質量部、マルキード３００２（マレイン酸変性ロジン：荒川工業化学株式会社製）９．０質量部、パンゲルＢ４０（セピオライト：トルサ社製）２０．１質量部、メタノール５７２．１質量部を所定量添加し、２５℃において、混練機にて混練し、ペースト状の塗型剤組成物を得た。より具体的には、ＨＰＣ−Ｈを少量のヘキサンで湿潤させた後、耐火性骨材と準備したメタノール１９７質量部に、アタゲルを添加した。この後、２軸プラネタリーミキサー（混練機）により自転１６０ｒｐｍ、公転６０ｒｐｍで８分撹拌した。前記混合物に、マルキード、パンゲルとメタノール７４質量部を混入し同じ速度で、５分撹拌した。この混合物にメタノール６質量部を加えて同速度で４分撹拌した後、残りのメタノールを少量ずつ添加し塗型剤組成物を得た。

＜塗型剤組成物の評価＞
フラン再生砂（ＡＦＳ４５）を鋳物砂として使用し、花王クエーカー社製フラン樹脂（ＥＦ-５３０２）を鋳物砂１００質量部に対して０．８質量部添加し、更に花王クエーカー社製硬化剤（ＴＫ−３）をフラン樹脂１００質量部に対して４０質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、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を作製した。そして、塗型剤組成物の粘度（濃度）を４５ボーメに調整し、当該塗型剤組成物を刷毛を用いて円柱の空隙側面を塗布した。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、鋳物表面の砂落ち性、耐白膜性を評価した。砂落ち性、耐白膜性の程度を下記基準により評価した。

〔砂落ち性〕
Ａ：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、合計面積の５０％未満
Ｃ：塗型膜が残留している箇所が、の５０％以上１００％未満
Ｄ：全面にわたって塗型膜が残留

〔耐白膜性〕
Ａ：白膜の残留が全くない
Ｂ：白膜の残留している箇所が、合計面積の５０％未満
Ｃ：白膜の残留している箇所が、の５０％以上１００％未満
Ｄ：全面にわたって白膜が残留

評価結果を表２に示す。

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油性塗型剤組成物であって、
前記耐火性骨材が（Ａ）コーディエライト、（Ｂ）黒鉛、及び（Ｃ）シリカ類を含有し、
前記耐火性骨材中の前記（Ｃ）シリカ類の含有量が１０質量％以上９０質量％以下、及び前記（Ｃ）シリカ類と前記（Ｂ）黒鉛の質量比（（Ｃ）シリカ類／（Ｂ）黒鉛）が０．５以上２０以下であり、
前記耐火性骨材中の前記（Ａ）コーディエライトの含有量が５質量％以上６０質量％以下であり、
前記（Ａ）コーディエライト、前記（Ｂ）黒鉛、及び前記（Ｃ）シリカ類の合計含有量が９０質量％以上である、砂型用油性塗型剤組成物（但し、前記シリカ類がシリカを含有する場合、当該シリカの実際の含有量に１．５の係数を乗じて得られた値を当該シリカの含有量とみなす）。
前記耐火性骨材に含有される前記（Ｃ）シリカ類と前記（Ｂ）黒鉛の質量比が１．０以上２０以下である、請求項１に記載の砂型用油性塗型剤組成物。
前記（Ｃ）シリカ類が、ムライト、及びバン土頁岩からなる群より選ばれる少なくとも１種以上を含有する、請求項１又は２に記載の砂型用油性塗型剤組成物。
前記ムライトが、人工ムライトである、請求項３に記載の砂型用油性塗型剤組成物。
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項に記載の砂型用油性塗型剤組成物である、鋳物の製造方法。