JPH02302460A - フェノール樹脂結合剤システム用改良エステル硬化剤 - Google Patents
フェノール樹脂結合剤システム用改良エステル硬化剤Info
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Abstract
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Description
フェノール樹脂結合剤システム、該結合剤および凝集本
物質を含む成形可能な組成物、ならびに該結合剤から成
形可能な組成物をつくる方法に関する。より詳細には、
本発明は鋳物用結合剤組成物、該組成物ならびに凝集体
物質を含む成形可能な組成物、および該組成物からつく
った鋳物用中子または鋳型に関し、かつそれらの製造方
法を含む。
たは結合剤システムは周知である。鋳造技術において、
金属鋳造物をつ(るための中子または鋳型は通常、砂の
ような凝集体物質、および結合量の結合剤または結合剤
システムの混合物から調製される。典型的には、凝集体
物質および結合剤を混合した後、生成混合物を押込み、
吹込みないしは他の方法で成形して所望の形状または型
とし、さらに触媒および/または熱を用いて硬化させて
固形の硬化状態のものにする。
、鋳物工場で必要とする速硬サイクルを実現するために
高温で硬化させることが多い。しかし、近年になって、
低温で硬化する樹脂結合剤が開発されるようになった。
いヒユームの発生を屡々ひき起す高温硬化法に比べて好
まれる。
種の方法を無焼付法と呼ぶ。該方法においては、結合剤
成分を砂のような凝集体物質表面に被覆し、生成混合物
を押込み、吹込みないしは他の方法で成形して所望の形
状ないしは型にする。
樹脂アルカリ性水溶液を使用する。この方法においては
、通常、鋳物砂をエステル硬化剤と混合した後に、レゾ
ール樹脂溶液を該混合物に加える。この方法は全体を参
考資料として本明細書に収録しである米国特許第4,4
74,904号(再第32.812号)に詳細に記述し
である。
っている。しかし、この方法でつくった中子の初期の引
張強さは、他の無焼付法で調製したものよりも幾分低い
傾向がある。
結合剤の絶対量を増加させて、引張強さの大きいエステ
ル硬化樹脂を得た。これは硬化剤としてフェノールホル
ムアルデヒド9樹脂の有機エステル溶液を用いて達成さ
れた。ノボラック樹脂のみならずレゾール樹脂のエステ
ル溶液の例も提示された。しかし、この方法には限界が
ある。使用したノボラック樹脂はガンマブチロラクトン
に溶解するだけで、アルカリ性フェノール樹脂結合剤の
多くの用途で有用な他のエステル硬化剤には不溶である
。開示されているレゾール樹脂は多くのエステル硬化剤
中では安定な溶液を形成しない。
脂系しゾールm脂のエステル系溶剤溶液がエステル硬化
法に用いるためのすぐれた硬化剤であることを発見した
。この結合剤システムを用いてつくった初期引張強さの
大きな中子は添加する結合剤の絶対量を増大させずに達
成される。さラニ、ベンジルエーテルフェノール樹脂は
通常のレゾール樹脂が安定でないトリアセチン(グリセ
ロールトリアセテート)、エチレングリコールジアセテ
ートおよび他のエステル硬化剤中で安定な溶液を形成す
る。
テル溶液よりなり、該ベンジルエーテル化レゾール樹脂
が溶液の約5重量%ないし約40重itsを占めるアル
カリ性フェノール樹脂系レゾール樹脂結合剤用硬化剤組
成物が提供される。
のアルカリ性水溶液および該フェノール樹脂系レゾール
樹脂用硬化剤よりなり、該硬化剤はベンジルエーテル化
レゾール樹脂のエステル溶液よりなり、該(ンジルエー
テル化レゾール樹脂が硬化剤の約5重量%ないし約40
重t%を占める結合剤組成物が提供される。
発明の結合剤組成物との混合物よりなる鋳物造形用組成
物ならびに前記鋳物造形用組成物を用いる鋳物用中子お
よび鋳型の製造方法が提供される。
脂は、二価金属イオン触媒の存在下でフェノール類と1
モル過剰のアルデヒドとの反応によって調製される。該
樹脂の調製法は周知であり、たとえば米国特許第3,4
85,797号に記載されている。該フェノール樹脂の
生成に用いられるフェノール類は一般にフェノール樹脂
を調製するのに用いられる一価のフェノール類の中のど
のようなものでもよい。典型的なフェノール数にはフェ
ノールそれ自体およびクレゾール類がある。特に有用な
フェノール類はオルトクレゾールである。米国特許第4
,246,157号には市販の80%オルトクレゾール
からベンジルエーテルレゾール樹脂の調製法が詳細に記
述されている。
ルデヒドも極めて広汎にわたることができる。適当なア
ルデヒド1はホルムアルデヒド、アセトアルデヒビ、プ
ロピオンアルデヒビ、フルフルアルデヒド゛、およびペ
ンズアルデヒビのようなフェノール樹脂系レゾール樹脂
の生成にこれまで用いられたアルデヒドの中のどれをも
含む。一般に、使用されるアルデヒドは式RCHO(式
中、Rは水素または水素原子が1ないし8個の炭化水素
基である)を有する。もっとも好ましいアルデヒドはホ
ルムアルデヒドである。
用いられろアルデヒド対フェノール類のモル比は約1.
1:1ないし約2.5:1である。アルデヒド対フェノ
ール類のモル比が約1.2:1ないし約2.2:1の範
囲にあるのが望ましい。
明の方法に特に有用である。該化合物の調製法は周知で
あって、たとえば米国特許第4.546,124号およ
び同第4,657,950号に記載されている。これら
の樹脂は、樹脂のメチロール基の少なくとも一部を1な
いし約4個の炭素原子を有する低級脂肪族アルコールで
エーテル化することによって調製される。該樹脂はベン
ゼン環に結合したアルコキシメチレン基を有する。該基
は一般式=(CH20)nR(式中、Rは使用したアル
コール類のアルキル基、nは少さい正の整数である)を
有する。核基は樹脂中のフェノール性水酸基に対してオ
ルトまたは、oう泣の置換基である。
ルはアルカリ性フェノール樹脂系レゾール樹脂を硬化さ
せるのに通常用いられるエステルであることができる。
エチレングリコールジアセテート、プロピレングリコー
ルジアセテート、プロピレンカーボネート、ジメチルス
クシネート、ジメチルアジO)、ジメチルグルタレート
、グリセロールモノ−およびジアセテート等がある。こ
れらのエステルの混合物も使用することができる。
ル化レゾール樹脂のエステル溶液よりなる。該レゾール
樹脂は溶液の約5ないし約40重量%、好ましくは約1
5ないし約30重量%を占める。
剤アルカリ溶液を硬化させるのに用いられる。該結合剤
は約0.2:1ないし約1.2:1の範囲のアルカリ対
フェノール類のモル比を有する。
:1ないし約0.9:1である。該樹脂に用いられるア
ルカリは通常KOH,NaOH1またはそれらの混合物
であるが、他のアルカリ類も除外されない。樹脂結合剤
溶液は、好ましくは約40ないし約75重t%の範囲の
固形分を有する水溶液である。
調製するのに有用である。該組成物は粒状の耐火性物質
および該耐火性物質の約0.5ないし約8重量%の結合
剤アルカリ性水溶液よりなる。
型および中子の製造に用いられる耐火性物質、たとえば
ケイ砂、クロマイト砂、ジルコン砂またはカンラン砂お
よびこれらの混合物であることができる。このような砂
を用いる場合には、結合剤溶液は砂の約1ないし約3重
量%の量が存在することが望ましい。
の添加剤を、場合によっては本発明の結合剤組成物中に
用いることができる。カップリング剤として公知のオル
ガノシランは結合剤と砂との付着力を高める。この種の
有用なカップリング剤の例には、アミノシラン、エポキ
シシラン、メルカプトシラン、ヒト90キシシラン、お
よびウレイビシランがある。
場合には、鋳物砂のような耐火性物質をベンジルエーテ
ル化レゾール樹脂を含むエステル硬化剤と十分に混合す
る。次いでこの混合物にアルカリ性フェノール樹脂系レ
ゾール樹脂結合剤溶液を添加する。実質的にすべての砂
の粒子が完全かつ均一に結合剤溶液で被覆されるまで混
合を行う。もしくは、樹脂結合剤溶液をまず砂と混合し
、続いて該混合物にエステル硬化剤を添加することもで
きるし、あるいは結合剤溶液ならびにエステル硬化剤を
同時に添加することもできる。いずれにしても、結合剤
および硬化剤で被覆された耐火性物質を、次に中子また
は鋳型ボックス(moldbox )の中に入れる。該
混合物を外界温度で硬化させる。
る。該実施例は、いかなる場合にも本発明を限定する意
図のものではない。特に:4j′Tらなければ、部およ
び百分率はすべて重量単位である。
クレゾール34.21部およびフェノール9.09部を
混合してベンジルエーテル化レゾール樹脂を調製した。
酢酸亜鉛水溶液2.07部およびCa0O,177部を
添加した。溶液中の遊離ホルムアルデヒド含量が3重量
%未滴になるまで内容物を攪拌しながら還流下で加熱し
た。さらに50%クエン酸水溶液0.354部添加した
後真空下で水を除去した。次に混合物を(3)℃で約2
時間加熱後冷却した。該樹脂加部をガンマブチロラクト
ン(資)部中に溶解させてエステル硬化剤溶液を調製し
た。
820gおよび55チKOH溶液44gの混合物を、5
℃の溶液粘度が430−470 cpθになるまで環流
下で加熱した。混合物を室温まで冷却して55チKOH
溶液500gを添加した。最後に、ガンマアミノプロピ
ルトリエトキシシランを樹脂の0.39重量%加えて十
分に混合した。生成樹脂の粘度は25°で155 cp
s テ、ホルムアルデヒド9対フエノールのモル比は2
:1およびKOH:フェノールの比は0.82=1であ
った。
5 kgの量の洗浄乾燥したケイ砂に1.44%のフェ
ノール樹脂系結合剤溶液を添加し、混合物をHobar
t Kitchen Aidミキサー中で1分間攪拌し
た。次いで、Rンジルエーテル化レゾール樹脂含有エス
テル硬化剤のガンマブチロラクトン溶液を樹脂の31.
1重量%添加した。この混合物をさらに閏秒間攪拌した
後直ちに使用してDietert 696中子ボツクス
に入れて標準のAmerican Foundryme
nSocietyの1インチaog bone 引張試
験片を成形した。中子は室温で硬化させ、調合後種々の
時間間隔で試料を破壊した。引張強さ測定は中子引張強
さ測定付属品(tensile core stren
gth accessory)610−Nを取付けたD
istort Universal SandStre
ngthMachine 400−1を用いて行った
。3ないし4回の引張強さ測定値の平均値を記録した。
重量%のガンマブチロラクトン硬化剤を用いて行った。
同一樹脂総量とするように用いたものである。第1表に
示した試験結果から本発明のエステル硬化剤組成物を用
いてつくった中子は通常の硬化剤、ガンマブチロラクト
ンを用いてつくった中子よりもはるかに大きい初期引張
強さを示すことがわかる。
系レゾール樹脂結合剤を用いた試験中子の引張強さ 硬化剤 引張強さくpsi)窃漫
1叫陣 護■隈 20%ベンジルエーテル化樹脂 80チガンマブチロラクトン 120 151
203ガンマブチロラクトン(対比試験)99
113 151実施例■ 次の方法によってメトキシ変性ベンジルエーテル化樹脂
を調製した。すなわち、フェノール38.31部、ホル
ムアルデヒ)’39.61部、メタノール10.87部
および25チ酢酸亜鉛水溶液3,2部の混合物を、遊離
ホルムアルデヒド含量が3チ未満になるまで還流下で攪
拌した。さらに、クエン酸0.4部を加え、混合物を真
空脱水した。次いで温度を上げて混合物を替℃に1時間
保持した。樹脂加部をガンマブチロラクトン閉部と混合
して、エステル硬化剤溶液をつくった。実施例Iに使用
したのと同一の方法および同一比率を用い、この硬化剤
溶液を使用してフェノール樹脂系レゾール樹脂で被覆し
た砂の中子を硬化させた。
び潜時間のあとで120pθ1.140pθ1および1
67pθ1の平均引張強さを示した。これらの試験結果
はアルコキシ変性ベンジルエーテル化レゾール樹脂を含
有する硬化剤を用いてつくった中子のすぐれた引張強さ
を示すものである。
ゾール樹脂を調製した。すなわち、フエノール1100
.9 、50%ホルムアルデヒド9水溶液950yおよ
び25チ酢酸亜鉛水溶液58.7 Fの混合物を、溶液
中の遊離ホルムアルデヒド含量が3チ未満になるまで攪
拌しつつ還流下で加熱した。次いで、50%クエン酸水
溶液10IIを加え、混合物を刃℃に冷却して、真空脱
水した。次に混合物を真空下で92℃で2時間加熱した
。
脂加部のガンマブチロラクトン閉部溶液を使用して、フ
ェノール樹脂系レゾール樹脂で被覆した砂の中子を硬化
させた。このようにして調製した試験中子は1,2.4
および鴎時間後にそれぞれ125 psi、136pa
i、174psiおよび184psiの平均引張強さを
示した。これは再度ベンジルエーテル化レゾール樹脂含
有硬化剤を用いてつ(った中子のすぐれた引張強さを示
すものである。
ル硬化剤を用いて対比試験を行った。この硬化剤は次の
ように調製したフェノール樹脂を含有した。すなわち、
フェノール767I、41.5%ホルムアルデヒド水溶
液50!9およびシュウ酸4.IIの混合物を攪拌しな
がら85℃に加熱し、さらに混合物を還流させながら、
41.5%ホルムアルデヒド゛水溶液を加分にわたり徐
々に添加した。混合物を攪拌しながらさらに2時間還流
させた後混合物を真空下で150℃の温度に加熱して脱
水した。冷却した樹脂関部を65部のガンマブチロラク
トンに溶解して硬化剤を調製した。
ール樹脂のアルカリ溶液を調製した。これは、フェノー
ル168141.5%ホルムアルデヒ)”水溶液323
.9オヨヒ48%KOH水溶液2091り85℃での5
時間の反応を必要とした。溶液を45,6チの含水量ま
で脱水して、5℃で1220p8の粘度を有する樹脂溶
液を得た。この溶液に0.4重量%のガンマアミノプロ
ピルトリエトキシシランを加えた。砂の1.38重量%
の樹脂および樹脂の38.2重量%の硬化剤溶液を用い
、実施例Iに示した一般的な手顆に従って試験川砂の中
子を調製した。
2重量%の実施例■に記載したベンジルエーテル化レゾ
ール樹脂35チおよびガンマブチロラクトン65%を含
有する硬化剤で被覆した砂を用いて試験を繰返した。第
2表に示す試験結果から本発明のベンジルエーテル化レ
ゾール樹脂を含む硬化剤は、日本特許出願公開昭62−
282743号に記載された改良硬化剤を用いてつくっ
た中子よりも著しく大きい引張強さを有する中子を生成
することがわかる。
およびトリアセチン(イ)部の混合物である同様の試験
を行った。第2表に示す試験結果も、またベンジルエー
テル化樹脂を含むエステル硬化剤の優秀性を示すもので
ある。
ガンマブチロラクトン 118
140 17035%ノボラック樹脂 (対比
試験) 104 134 15865チガ
ンマプチロラクトン 20チベンジルエーテル樹脂 Xチガンマブチロラクトン 62
104 19160チドリアセチン 20%ノボラック檀拐旨 (対比試験)20チガン
マブチロラクトン 61 91
15960%トリアセチン 実施例■ 実施例Iおよび■のベンジルエーテル化レゾール樹脂な
エステルトリアセチンに溶解して別のエステル硬化剤の
例を得た。この硬化剤溶液は20%のベンジルエーテル
化樹脂を含有した。フェノール樹脂結合剤のアルカリ溶
液は実施例■で用いたものよりも高比率のKOH:フェ
ノールを含有した。
OH溶液4.4部を混合することにより調製した。
.1重量%の実施例Iおよび■のベンジルエーテル化樹
脂含有トリアセチン硬化剤で砂を被覆した砂の中子を調
製した。対比試験は、砂を覆つ1.5重量%のフェノー
ル樹脂結合剤および樹脂の5重量%のトリアセチン硬化
剤単独を用いて行った。
アルカリ性フェノール樹脂系レゾール結合剤を用いて調
製した砂の中子が通常のエステル硬化剤、トリアセチン
を用いて硬化させたものよりもすぐれた引張強さを有す
ることを示す。
系レゾール樹脂結合剤を用いた試験中子の引張強さ80
チドリアセチン 97 1
54 20020チ実施例■のベンジルエーテ#[
180%トリアセチン 134
190 213トリアセチン(対比試験)
78 129 174したが
って、本発明によって、前記目的、目標および利点を十
分に満足させるアルカリ性フェノール樹脂系レゾール樹
脂結合剤システム用改良エステル硬化剤および該硬化剤
を含む鋳物用結合剤組成物が提供されたことは明かであ
る。本発明を特定の態様に関連させて記述したけれども
、前記記述から見て多くの代案、修正および変更は当業
者にとっては明かであろうとことは明白である。
囲内にあると明示されるようなあらゆる代(外4名)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、エステル中のベンジルエーテルレゾール樹脂の溶液
を含み、該ベンジルエーテルレゾール樹脂が該溶液の約
5ないし約40重量%を占める、アルカリ性フェノール
系レゾール樹脂結合剤用硬化剤組成物。 2、ベンジルエーテルレゾール樹脂の調製に用いるフェ
ノール類がフェノール、オルトクレゾールおよびそれら
の混合物よりなる群から選ばれる請求項1記載の硬化剤
組成物。 3、ベンジルエーテルレゾール樹脂がアルコキシ変性ベ
ンジルエーテルレゾール樹脂である請求項1記載の硬化
剤。 4、アルコキシ変性ベンジルエーテルレゾール樹脂がメ
トキシ変性ベンジルエーテルレゾール樹脂である請求項
3記載のベンジルエーテルレゾール樹脂。 5、エステルがガンマブチロラクトン、トリアセチン、
およびそれらの混合物よりなる群から選ばれる請求項1
記載の硬化剤組成物。 6、ベンジルエーテルレゾール樹脂が溶液の約15ない
し約30重量%を占める請求項1記載の硬化剤組成物。 7、フェノール系レゾール樹脂のアルカリ性水溶液およ
び該フェノール樹脂系レゾール樹脂用硬化剤よりなり、
該硬化剤がエステル中のベンジルエーテルレゾール樹脂
の溶液を含み、該ベンジルエーテルレゾール樹脂が硬化
剤の約5ないし約40重量%を占める結合剤組成物。 8、ベンジルエーテルレゾール樹脂の調製に用いられる
フェノール類がフェノール、オルトクレゾール、および
それらの混合物よりなる群から選ばれる請求項7記載の
結合剤組成物。 9、ベンジルエーテルレゾール樹脂がアルコキシ変性ベ
ンジルエーテルレゾール樹脂である請求項7記載の結合
剤組成物。 10、アルコキシ変性フェノール樹脂系ベンジルエーテ
ルレゾール樹脂がメトキシ変性ベンジルエーテル化レゾ
ール樹脂である請求項9記載の結合剤組成物。 11、エステルがガンマブチロラクトン、トリアセチン
、およびそれらの混合物よりなる群から選ばれる請求項
7記載の結合剤組成物。 12、さらに、シランを含んでなる請求項7記載の結合
剤組成物。 13、ベンジルエーテルレゾール樹脂が硬化剤の約15
ないし約30重量%を占める請求項7記載の結合剤組成
物。 14、砂のような粒状耐火性物質および請求項7記載の
結合剤組成物よりなる鋳物造形用組成物。 15、ベンジルエーテルレゾール樹脂の調製に用いられ
るフェノール類がフェノール、オルトクレゾール、およ
びそれらの混合物よりなる群から選ばれる請求項14記
載の鋳物造形用組成物。 16、ベンジルエーテルレゾール樹脂がアルコキシ変性
ベンジルエーテル化レゾール樹脂である請求項14記載
の鋳物造形用組成物。 17、アルコキシ変性ベンジルエーテルレゾール樹脂が
メトキシ変性ベンジルエーテル化レゾール樹脂である請
求項16記載の鋳物造形用組成物。 18、エステルがガンマブチロラクトン、トリアセチン
、およびそれらの混合物よりなる群から選ばれる請求項
14記載の鋳物造形用組成物。 19、結合剤組成物が造形用組成物の約0.5ないし約
8重量%を占める請求項14記載の鋳物造形用組成物。 20、結合剤組成物が、さらにシランを含む請求項14
記載の鋳物造形用組成物。 21、ベンジルエーテル化レゾール樹脂が硬化剤の約1
5ないし約30重量%を占める請求項14記載の鋳物造
形用組成物。 22、粒状耐火性物質をフェノール系レゾール樹脂のア
ルカリ性水溶液および請求項1記載の硬化剤組成物と混
合し、該混合物を中子ボックスまたは鋳型(patte
rnmold)に入れて該樹脂を硬化させることよりな
る鋳物中子および鋳型の製造方法。 23、フェノール樹脂系レゾール樹脂のアルカリ性水溶
液が粒状耐火性物質の約0.5ないし約8重量%である
請求項22記載の方法。 24、結合剤組成物が、さらにシランを含む請求項22
記載の方法。
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