JP6887286B2 - 鋳型用ウレタン硬化型有機粘結剤並びにこれを用いて得られる鋳物砂組成物及び鋳型 - Google Patents
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Description
(2)前記塩基性シラン化合物と酸若しくはそのハロゲン化物との反応生成物が予め形成 されて、かかる反応生成物の形態において用いられる前記態様(1)に記載の鋳型用 ウレタン硬化型有機粘結剤。
(3)前記ポリオール化合物が、フェノール樹脂である前記態様(1)又は前記態様(2 )に記載の鋳型用ウレタン硬化型有機粘結剤。
(4)前記フェノール樹脂が、オルソクレゾール変性フェノール樹脂である前記態様(3 )に記載の鋳型用ウレタン硬化型有機粘結剤。
(5)前記ポリオール化合物の100質量部に対して、前記反応生成物が、0.1〜2. 0質量部の割合で用いられることを特徴とする前記態様(1)乃至前記態様(4)の 何れか1つに記載の鋳型用ウレタン硬化型有機粘結剤。
(6)前記塩基性シラン化合物が、アミノ基を含有するアルコキシシランであることを特 徴とする前記態様(1)乃至前記態様(5)の何れか1つに記載の鋳型用ウレタン硬 化型有機粘結剤。
(7)前記アミノ基を含有するアルコキシシランが、3−アミノプロピルトリメトキシシ ラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−ア ミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロ ピルトリメトキシシラン、3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチル−ブチ リデン)プロピルアミン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、 N−(ビニルベンジル)−2−アミノエチル−3−アミノプロピルトリメトキシシラ ン、ヘキサメチルジシラザン及び3−ウレイドプロピルトリアルコキシシランからな る群より選ばれることを特徴とする前記態様(6)に記載の鋳型用ウレタン硬化型有 機粘結剤。
(8)前記酸若しくはそのハロゲン化物が、塩酸、臭化水素酸、硫酸、硝酸、リン酸、フ ッ化水素酸、ホウ酸、ベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、トリフルオロ メタンスルホン酸、ギ酸、酢酸、安息香酸、フェニルホスホン酸ジクロライド、イソ フタル酸クロライド、塩化ベンゾイル、カプリル酸クロライド、ラウリン酸クロライ ド、ミリスチン酸クロライド、パルミチン酸クロライド、イソパルミチン酸クロライ ド、ステアリン酸クロライド、イソステアリン酸クロライド、オレイン酸クロライド 及びセバシン酸ジクロライドからなる群より選ばれることを特徴とする前記態様(1 )乃至前記態様(7)の何れか1つに記載の鋳型用ウレタン硬化型有機粘結剤。
(9)高級脂肪酸エステルを、更に構成成分として含むことを特徴とする前記態様(1) 乃至前記態様(8)の何れか1項に記載の鋳型用ウレタン硬化型有機粘結剤
(10)前記態様(1)乃至前記態様(9)の何れか1つに記載の鋳型用ウレタン硬化型 有機粘結剤と、鋳物砂とからなる鋳物砂組成物。
(11)前記態様(10)に記載の鋳物砂組成物を成形し、硬化せしめてなる鋳型。
コールドボックス造型機のサンドマガジン内に、混練後の鋳物砂組成物を投入した後、この鋳物砂組成物を、曲げ強度試験片作製用金型内に、ゲージ圧:0.3MPaで充填する。次いで、かかる金型内に、ガスジェネレータにより、ゲージ圧:0.2MPaで1秒間、トリエチルアミンガスを通気した後、ゲージ圧:0.2MPaで14秒間、エアーパージし、更にその後、抜型して、幅:30mm×長さ:85mm×厚み:10mmの曲げ試験片(鋳型)を作製する。そして、その得られた試験片を、その造型直後に、及び気温:25℃、相対湿度:50%の常温常湿下において、24時間放置した後、デジタル鋳物砂強度試験機(高千穂精機株式会社製)により、その曲げ強度(kgf/cm2 )を測定する。
上記の鋳型強度の測定の場合と同様にして、それぞれの鋳物砂組成物から試験片を作製した後、その得られた試験片(鋳型)を、気温:10℃、相対湿度:90%の密閉容器内に、120分間或いは24時間放置し、更にその後、デジタル鋳物砂強度試験機(高千穂精機株式会社製)を用いて、曲げ強度(kgf/cm2 )を測定する。
上記の鋳型強度の測定の場合と同様にして、それぞれの鋳物砂組成物から試験片を作製するに際して、鋳物砂としての遠州再生砂と、有機粘結剤(フェノール樹脂溶液+反応生成物+ポリイソシアネート化合物溶液)との混練により、調製される鋳物砂組成物について、その混練後、直ちに造型を行い(混練後待機時間:0分)、その得られた試験片と、混練後120分経過後に造型を行い(混練後待機時間:120分)、その得られた試験片について、それぞれの強度を、鋳型強度として測定し、それら二つの鋳型強度の値を比較することにより、可使時間の評価を行う。
還流器、温度計及び撹拌機を備えた三つ口反応フラスコ内に、フェノールの100質量部、92質量%パラホルムアルデヒドの55.5質量部及び二価金属塩としてナフテン酸亜鉛の0.2質量部を仕込み、還流温度で90分間反応を行った後、加熱濃縮して、水分含有率が1%以下のベンジルエーテル型のフェノール樹脂を得た。次いで、その得られたフェノール樹脂の100質量部を、極性有機溶剤(DBE:米国デュポン社製)の36質量部及び非極性有機溶剤(ハイゾール100:JXエネルギー株式会社製)の61質量部を用いて溶解せしめて、フェノール樹脂分が約51質量%のフェノール樹脂溶液を調製した。
還流器、温度計及び撹拌機を備えた三つ口反応フラスコ内に、フェノールの50質量部及びオルソクレゾールの50質量部(フェノール/オルソクレゾール=50/50)と、92質量%パラホルムアルデヒドの51.9質量部及び二価金属塩としてナフテン酸亜鉛の0.15質量部を仕込み、還流温度で90分間反応を行った後、加熱濃縮して、水分含有量が1%以下のオルソクレゾール変性ベンジルエーテル型のフェノール樹脂を得た。次いで、その得られたフェノール樹脂の100質量部を、極性有機溶剤(DBE:米国デュポン社製)の36質量部及び非極性有機溶剤(ハイゾール100:JXエネルギー株式会社製)の61質量部を用いて溶解せしめて、フェノール樹脂分が約51質量%のフェノール樹脂溶液を調製した。
ポリイソシアネート化合物であるポリメリックMDIの146質量部を、非極性有機溶剤(イプゾール150:出光興産株式会社製)の38.24質量部を用いて溶解すると共に、そこに、ポリメリックMDI量の0.93質量%のフタル酸クロライドを加えて、ポリイソシアネート化合物が約79質量%のポリイソシアネート溶液を調製した。
塩基性シラン化合物として、3−アミノプロピルトリエトキシシラン(KBE903)又はN−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン(KBM602)を用い、また酸若しくはそのハロゲン化物としては、下記表1及び表2に示される化合物をそれぞれ用いて、下記表1及び表2に示される割合において、60℃以下の温度下で、撹拌しながら、塩基性シラン化合物中に、酸若しくはそのハロゲン化物を少しずつ滴下して反応させることにより、下表1,2に示される反応生成物A〜Tを、それぞれ、製造した。
先ず、上記のフェノール樹脂溶液の調製(1)で調製されたフェノール樹脂溶液の197質量部に対して、所定の塩基性シラン化合物と酸若しくはそのハロゲン化物とを予め反応させて準備された反応生成物A〜Tを、それぞれ、下記表3及び表4に示される割合において添加して、撹拌することにより、均一に混合せしめた。次いで、ダルトン株式会社製品川式卓上ミキサー内に、遠州再生砂を投入すると共に、その1000質量部に対して、上記のフェノール樹脂溶液と反応生成物A〜Tのそれぞれの混合物と、上記で調製されたポリイソシアネート溶液とを、それぞれ、10質量部投入し、60秒間撹拌して、混練することにより、鋳物砂組成物を調製した。そして、その得られた各種の鋳物砂組成物を用いて、それぞれの試験片(鋳型)を作製して、上記の測定法に従って、造型直後、及び造型24時間後の鋳型強度(kgf/cm2 )及び造型後120分間の吸湿劣化後の鋳型強度(kgf/cm2 )を、それぞれ測定して、その得られた結果を、下記表3及び表4に示した。
実施例18において、ポリオール化合物として、上記のフェノール樹脂溶液の調製(2)で調製されたオルソクレゾール変性フェノール樹脂の溶液を用いることとしたこと以外は、かかる実施例18と同様にして、鋳物砂組成物を調製し、そして、その得られた鋳物砂組成物から造型された試験片(鋳型)について、上記した測定法に従って、造型直後、及び造型24時間後の鋳型強度(kgf/cm2 )及び造型後120分間の吸湿劣化後の鋳型強度(kgf/cm2 )を、それぞれ測定して、その得られた結果を、下記表4に示した。
実施例1〜20における反応生成物に代えて、塩基性シラン化合物(KBM602又はKBE903)のみを、0.6質量部用いることとしたこと以外は、それら実施例と同様にして、鋳物砂組成物を調製し、そして、その得られた鋳物砂組成物から造型された試験片(鋳型)について、上記した測定法に従って、造型直後、及び造型24時間後の鋳型強度(kgf/cm2 )及び造型後120分間の吸湿劣化後の鋳型強度(kgf/cm2 )を測定し、その得られた結果を、下記表5に示した。
実施例1〜20における反応生成物に代えて、酸若しくはそのハロゲン化物を単独にて0.4質量部用いたこと以外は、それら実施例と同様にして、鋳物砂組成物を調製し、更にその鋳物砂組成物から得られた試験片(鋳型)について、上記した測定法に従って、造型直後、及び造型24時間後の鋳型強度(kgf/cm2 )及び造型後120分間の吸湿劣化後の鋳型強度(kgf/cm2 )を測定して、その結果を、下記表5に示した。
実施例1〜20において、塩基性シラン化合物と酸若しくはそのハロゲン化物との反応生成物A〜Tを添加しないこと以外は、それら実施例と同様にして、鋳物砂組成物を調製した後、その鋳物砂組成物から造型された試験片(鋳型)について、上記した測定法に従って、造型直後、及び造型24時間後の鋳型強度(kgf/cm2 )及び造型後120分間の吸湿劣化後の鋳型強度(kgf/cm2 )を、それぞれ測定し、その結果を、下記表5に示した。
実施例18と同様にして、鋳物砂組成物を調製した後、その得られた鋳物砂組成物の混練後待機時間:0分及び120分のものから造型された試験片(鋳型)について、上記した測定法及び評価法に従って、造型直後、及び造型24時間後の鋳型強度(kgf/cm2 )、及び造型後24時間の吸湿劣化後の鋳型強度(kgf/cm2 )を、それぞれ測定して、その得られた結果を、下記表6に示した。
実施例22において、高級脂肪酸エステルとして、リシノレイン酸とグリセリンの重縮合物を、下記表6に示される割合において更に用いたこと以外は、かかる実施例22と同様にして、鋳物砂組成物を調製した後、そして、その得られた鋳物砂組成物の混練後待機時間:0分及び120分のものから造型された試験片(鋳型)について、上記した測定法及び評価法に従って、造型直後、及び造型24時間後の鋳型強度(kgf/cm2 )及び造型後24時間の吸湿劣化後の鋳型強度(kgf/cm2 )を、それぞれ測定して、その得られた結果を、下記表6に示した。
比較例9において得られた、反応生成物や高級脂肪酸エステルを含有しない鋳物砂組成物の混練後待機時間:0分及び120分のものを用い、かかる比較例9と同様にして、造型された試験片(鋳型)について、それぞれ、上記の測定法及び評価法に従って、造型直後、及び造型24時間後の鋳型強度(kgf/cm2 )及び造型後24時間の吸湿劣化後の鋳型強度(kgf/cm2 )を測定して、その得られた結果を、下記表6に示した。
Claims (8)
- ウレタン系鋳型の造型に用いられるウレタン硬化型有機粘結剤であって、ポリオール化合物及びポリイソシアネート化合物を含有すると共に、アミノ基を含有するアルコキシシラン(但し、ビス(トリメトキシシリルプロピル)アミンを除く)からなる塩基性シラン化合物と、無機酸、有機スルホン酸(但し、メタンスルホン酸を除く)、有機カルボン酸、有機ホスホン酸及び有機酸のハロゲン化物からなる群より選択された酸若しくはそのハロゲン化物とを予め反応させて得られた反応生成物を含み、更に、炭素数が12以上の飽和脂肪酸又は不飽和脂肪酸(但し、不飽和二重結合の個数は一つである)を用いた高級脂肪酸エステルが、ポリイソシアネート化合物の100質量部に対して0.1〜30質量部の割合において、構成成分として配合せしめられてなることを特徴とする鋳型用ウレタン硬化型有機粘結剤。
- 前記ポリオール化合物が、フェノール樹脂である請求項1に記載の鋳型用ウレタン硬化型有機粘結剤。
- 前記フェノール樹脂が、オルソクレゾール変性フェノール樹脂である請求項2に記載の鋳型用ウレタン硬化型有機粘結剤。
- 前記ポリオール化合物の100質量部に対して、前記反応生成物が、0.1〜2.0質量部の割合で用いられることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の鋳型用ウレタン硬化型有機粘結剤。
- 前記アミノ基を含有するアルコキシシランが、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン及びN−(ビニルベンジル)−2−アミノエチル−3−アミノプロピルトリメトキシシランからなる群より選ばれることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の鋳型用ウレタン硬化型有機粘結剤。
- 前記酸若しくはそのハロゲン化物が、塩酸、臭化水素酸、硫酸、硝酸、リン酸、フッ化水素酸、ホウ酸、ベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、ギ酸、酢酸、安息香酸、フェニルホスホン酸ジクロライド、イソフタル酸クロライド、塩化ベンゾイル、カプリル酸クロライド、ラウリン酸クロライド、ミリスチン酸クロライド、パルミチン酸クロライド、イソパルミチン酸クロライド、ステアリン酸クロライド、イソステアリン酸クロライド、オレイン酸クロライド及びセバシン酸ジクロライドからなる群より選ばれることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の鋳型用ウレタン硬化型有機粘結剤。
- 請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の鋳型用ウレタン硬化型有機粘結剤と、鋳物砂とからなる鋳物砂組成物。
- 請求項7に記載の鋳物砂組成物を成形し、硬化せしめてなる鋳型。
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