JPH03189047A - 鋳物用砂型の鋳型材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、金属鋳造品を製造する場合に使用される鋳物
用砂型の製造に用いられる鋳型材料に関する。特にフェ
ノール樹脂を使用するペップセット法に関し、常温大気
下に放置した後の強度にすぐれ、かつ塗型作業を軽減し
得る鋳物用砂型を製造することができる鋳型材料に関す
るものである。

〈従来の技術〉 −ｇに、種々の金属の鋳造品を製造するのに使用される
鋳物用砂型（以下、単に砂型ともいう）は、珪砂、ジル
コンサンド等の鋳物用砂を有機系結合剤によって固める
方法と、無機系結合剤によって固める方法により製造さ
れている、前者の有機系結合剤を使用する方法としては
、シェルモールド法、ＯＪプロセス、ツノキュア法、ペ
ップセット法、コールドボックス法、フラン樹脂を使用
する方法、酸硬化型フェノール樹脂を使用する方法等が
ある。

この内アルカリ硬化型フェノール樹脂とポリイソシアネ
ートとのウレタン化反応を利用するペップセット法は、
多種少量の大型または複雑な機械鋳造品に用いられてい
る。

しかし、従来のペップセット法によって製造された砂型
は、いずれも溶湯注入後の強度（以下「高温強度」とい
う）が劣るとともに、その砂型に溶湯が注入されると、
バインダーが燃焼し砂粒どうしの結合が緩み、溶湯が砂
の間に侵入する差込み事故が発生するので、その溶湯の
砂型内部への侵入を防ぐため、砂型の溶湯と接触する部
分に、塗型材料として黒鉛、雲母粉、木炭粉、滑石等を
主剤とした塗型剤を刷毛またはスプレー等で塗布しなけ
ればならず、この塗型作業は砂型製造費の３０〜５０％
も占めて、砂型のコストアップの主要な一因をなしてい
た。

この問題に対して、特公昭６３−４０６１７号公報は、
ペップセット法等の有機系バインダーを使用して砂型を
製造する際に従来の添加成分の他さらに、エチルシリケ
ートにようなテトラアルコキシシラン、これの加水分解
脱水重縮合生成物、水分散性シリカゾル、およびアルコ
ール分散型シリカゾル等のセラミック系バインダーを添
加することによって、常温大気下に一定時間放置した後
の強度（以下、「放置強度」という）、高温強度にすぐ
れ、かつ塗型を全く必要としないか、あるいは極簡単な
塗型しか必要としない鋳型材料を提案している。

しかし、この方法は、従来の２成分系（触媒は液状フェ
ノール樹脂に添加して使用する）に新たにセラミック系
バインダーを添加するため、３成分系となり、設備変更
が必要であった。

またアルカリ硬化型液状フェノール樹脂は粘度が高いた
め、約４０−ｔ％もの希釈剤（芳香族もしくはエステル
系の単独または混合溶剤）を加えて使用されている。し
かしこれらの希釈剤は低粘度の有機溶剤であり、これら
の希釈剤が鋳物用砂型中に取り込まれると強度低下を引
き起こすだけでなく、溶融鉄を注湯した際にこれらの希
釈剤が熱分解し、ガス欠陥や発煙等を生じてしまうため
、砂型を製造する際には、これらの希釈剤を除去する工
程が必要であり、このような希釈剤を用いない方法が望
まれていた。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は有機系バインダーおよびセラミック系バインダ
ーを用い砂型を製造する際に煩雑な操作や設備変更を少
なくして、強度に優れた砂型を経済的に製造する方法の
開発を目的とするものである。

本発明者らは、前記特公昭６３−４０６１７号公報記載
の無塗型鋳造可能な鋳型材料において、セラミック系バ
インダーとしである特定の物質を用いるならば、意外に
もこれが有機系バインダーのアルカリ硬化型液状フェノ
ール樹脂と均一に相溶して、希釈剤にもなり併せて鋳型
材料の成分数を減少させ、経済的な鋳型材料を提供でき
ることを見出し、本発明を完成するに至った。

く課題を解決するための手段〉 すなわち本発明の要旨は、鋳物用砂とその結合剤とを含
む鋳型材料であって、前記結合剤は、（ａ）テトラアル
コキシシランまたはその加水分解率が５０％以下の加水
分解脱水重縮合物（シリケートオリゴマー）を官能基数
２のポリオールと反応させて得られた水酸基価２００〜
１５００のシリケートポリオールと水酸基価４００〜９
００のアルカリ硬化型液状フェノール樹脂とを１　：　
０．１〜１：３の重量比で均一混合したシリケートポリ
オール含有フェノール樹脂、（ｂｌアルカリ触媒および
（ｃ）ポリイソシアネートとからなり、シリケートポリ
オール含有フェノール樹脂（ａ）とポリイソシアネート
（ｃ）との割合がＮＧＯ１０Ｈ当量比で０．８〜１゜５
の範囲であることを特徴とする鋳物用砂型の鋳型材料に
存する。

以下、本発明につき詳細に説明する。

本発明に使用されるテトラアルコキシシランは、下式で
示される。

ＯＲ。

Ｒ４０−３ｉ−ＯＲｚ Ｒ１ （ここでＲ，−Ｒ，は、同じであっても異なってもよ（
メチル基、エチル基、ブチル基等のアルキル基である。

） テトラアルコキシシランの加水分解脱水重縮合反応は下
記の（１）式通りである。即ち、加水分解脱水重縮合？
ｌ（シリケートオリゴマー）の製造はテトラアルコキシ
シランモノマー中に酸性、中性あるいはアルカリ性の水
を必要量だけ加え、反応によって生じるアルコール（加
えた水の２倍モル生じる）を除去することによって行わ
れる。シリケートオリゴマーの加水分解率とは、下記（
ＩＩ）式に従って計算される値であり、求める加水分解
によって加える水の量は決ってくる。

ｍＳｉ（ＯＲ）４＋ｍｎ）１２０−（Ｓｉ（ＯＲ）４−
ｚｎ　０）ｌＩ＋２ｍｎＲＯ）ｌ　（１）（式中、Ｒは
アルキル基を表わし、ｎは０〜２の数を表わす。ｍは整
数で好ましくは２〜３０である。） 即ち、テトラアルコキシシランの全てのアルコキシ基が
分解したものは加水分解率１００％、２つのアルコキシ
基が分解したものは加水分解率５Ｏ％として表す。本発
明ではテトラアルコキシシラン（加水分解率Ｏ％のシリ
ケートオリゴマーと称す）乃至加水分解率５０％までの
シリケートオリゴマーを用いることが好ましく、更に好
ましくは加水分解率Ｏ〜３０％、特に好ましくは０〜２
０％のシリケートオリゴマーが使用される。

本発明に於て使用される官能基数２のポリオールとして
は、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリ
エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピ
レングリコール、ポリプロピレングリコール、ブタンジ
オール、ヘキサンジオール等の多官能アルコールおよび
これらのものにエチレンオキサイド、プロピレンオキサ
イド等のアルキレンオキサイドを付加させた物等が挙げ
られる。

これらのポリオールはすべて可燃性物質であり、溶融鉄
によって熱分解されてしまう。従ってこれらポリオール
の分子量は小さい方がよく、好ましくは６２〜３００、
さらに好ましくは６２〜１５０である。

テトラアルコキシシランまたはその加水分解脱水重縮合
物とポリオールとの反応は通常のエステル交換反応によ
って行なわれる。すなわち所定量のテトラアルコキシシ
ランまたはその加水分解脱水重縮合物と所定量のポリオ
ールとを反応容器に取り、撹拌しつつ約６０〜２００℃
にて反応させアルコールを溜出させて得る。反応は窒素
気流下で行なっても、減圧下で行なっても常温大気下で
行なってもよく、また触媒は使用してもしなくてもよく
、使用する場合は通常のエステル交換触媒であるアルキ
ルズズ、酢酸マグネシウム、チタン酸エステル等が使用
できる。

テトラアルコキシシランまたはその加水分解脱水重縮合
物とポリオールとの反応割合は、テトラアルコキシシラ
ンまたはその加水分解脱水重縮合物のアルコキシ基とポ
リオールとの当量比で１：１〜１：１５が好ましく、更
に好ましくはＩｌｌ〜１：８である。過剰のポリオール
はポリイソシアネートと反応するため放置強度において
は強度を向上させるが、注湯時に熱分解されてしまうた
め上記範囲内で少ない方がよい。かくして得られる水酸
基価２００〜１５００のシリケートポリオールが本発明
に使用される。

本発明に於て使用されるアルカリ硬化型液状フェノール
樹脂としては、例えば特公昭４８−２５４３１号公報、
４９−１７１４１号公報、４９３７４８６号公報等に記
載の公知の液状フェノール樹脂が挙げられ、ペップセッ
ト法において使用されるすべてのものが使用できる。す
なわちベンジリックエーテルタイプの液状フェノール樹
脂であり、水酸基価４００〜９００のものである。

シリケートポリオールとアルカリ硬化型液状フェノール
樹脂との混合割合は、シリケートポリオールの重量を１
とした場合０．１〜３であることが必要であり、好まし
くは０．１−１、さらに好ましくは０．１〜０．６であ
る。アルカリ硬化型液状フェノール樹脂が少なすぎると
注湯時における結合剤の炭化が悪くなり、多すぎると粘
度が高くなり鋳物用砂やポリイソシアネートとの混合性
が悪くなる。また必要に応じてシリケートポリオールと
アルカリ硬化型液状フェノール樹脂との混合物にさらに
有機溶剤等を添加して使用することはかまわない。

本発明において使用されるシリケートポリオール含有フ
ェノール樹脂の使用割合は、砂に対して０、４〜３％が
好ましい。なお、本明細書においては特に記載しない限
り「重量％」である。

この量が０．４％未満では充分な砂型強度が得られず、
３％を超えると砂型の崩壊性が悪くなる。

本発明に於て使用されるアルカリ触媒としては、ペップ
セット法において使用される全ての触媒（例えば特公昭
４８−２５４３１号記載のもの）が使用できる。すなわ
ち窒素またはリン原子を含有する化合物であり、好まし
くはピリジン系有機化合物である。一般にこれらのアル
カリ触媒の添加量が全樹脂に対して０．２％未満では砂
型強度が十分でなく、またそれが２％を超えると、硬化
速度が速くなりすぎて造形作業を円滑に遂行できなくな
ることから、その添加量は全樹脂に対して０゜２〜２％
が好ましい。なお全樹脂とは結合剤中の全樹脂成分を意
味する。

本発明に於て使用されるポリイソシアネートとしては、
−分子中に２個以上のイソシアネート基を有する有機化
合物であって、脂肪族系および芳香族系ポリイソシアネ
ート化合物、さらにこれらの変性物が包含される。脂肪
族系ポリイソシアネートとしては例えば、ヘキサメチレ
ンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジ
シクロヘキシルメタンジイソシアネート、メチルシクロ
ヘキサンジイソシアネート等があり、芳香族系ポリイソ
シアネートとしては、例えばトルエンジイソシアネート
、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメリックジ
フェニルメタンジイソシアネート等があり、これらの変
性物としては、カルボジイミド変性物、プレポリマー変
性物等がある。

本発明における好ましいポリイソシアネートは、芳香族
系ポリイソシアネートまたは芳香族系ポリイソシアネー
トの変性物であり、特に好ましくはジフェニルメタンジ
イソシアネート、ポリメリックジフェニルメタンジイソ
シアネートおよびこれらの変性物である。これらのイソ
シアネートを以下に具体的に示す。

ジフェニルメタンジイソシアネートは、以下に示す構造
を持つものである。

ＮＣＯＮＣＯ ポリメリックフェニルメタンジイソシアネートは、上記
ジフェニルメタンジイソシアネートの重合物であり、Ｎ
ＧＯ（％）２９〜３５であり、粘度２５００ｃｐｓ　　
（２５℃）以下のものである。

これらの変性物としては、カルボジイミド変性物、プレ
ポリマー変性物等がある。カルボジイミド変性物は、公
知のリン系触媒を用いてカルボジイミド結合を導入した
ものであり、プレポリマー変性物は、イソシアネートと
ポリオールとを反応させ末端にイソシアネート基を残し
たものであり、このプレポリマー用ポリオールとしては
ポリウレタン樹脂用のすべてのポリオールが使用できる
。またイソシアネートと有機溶剤を混合して使用しても
差し支えない。

本発明に於けるシリケートポリオール含有フェノール樹
脂（ａ）とポリイソシアネート（ｃ１との混合割合は、
ＮＣ０１０Ｈ当量比で０．８〜１．５であることが必要
であり、好ましくは１．０〜１．２である。

当量比が０．８未満では充分な強度の砂型が得られず、
一方、１．５を超えても強度的には向上せずコスト高に
なる。

本発明の鋳型材料を用いて鋳物用砂型を製造する方法は
特に規定されるものではなく、一般の砂型の製造方法に
従って製造することができる。すなわち、サンドミキサ
ーに鋳物用砂を取り、撹拌しつつ液状フェノール樹脂に
溶剤および／またはシリケートポリオール、そしてアル
カリ触媒を必要量配合したものを加え、３０秒間撹拌し
、ついでイソシアネートを加え、３０秒間撹拌し、この
砂を必要な型に充填し硬化させることにより製造される
。

また、鋳型の製造に際しては、本発明の効果を阻害する
慣れのない限り一般に鋳型製造に用いられる種々の添加
物、例えば、シリカアルミナ等の耐火物微粉末、各種安
定剤等を併用することができる。

かくして得られる本発明の鋳型材料を用いることによっ
て、放置強度、高温強度に優れ、且つ無塗型鋳造可能で
あるという性能を全く損なう事なく、実用上も経済上も
以下の３点に示す有用な効果が得られる。

第一に、セラミック系バインダーであるテトラアルコキ
シシランまたはその加水分解脱水重縮合物（シリケート
オリゴマー）を変性したシリケートポリオールをアルカ
リ硬化型液状フェノール樹脂と均一に混合することによ
って無塗型可能な鋳造材料は３成分から従来どうり２成
分となり設備変更の必要がなくなる。

第二に、このシリケートポリオールは粘度が数十〜数百
ｃｐｓと低いため、このシリケートポリオルとアルカリ
硬化型液状フェノール樹脂とを均一に混合すれば、従来
使用されていた希釈剤である有機溶媒は必要なくなる。

すなわち希釈剤を除去する工程がなくなる。

第三に、このシリケートポリオールは、このちの自身が
ポリイソシアネートと反応するため無塗型化や希釈剤と
して働くばかりでなく、常温においても高温においても
鋳物用砂型の強度を向上させる方向に働く。

〈実施例〉 本発明の鋳型材料を実施例により具体的に説明するが、
本発明はその要旨を超えない限り、これらの具体例に限
定されるものではない。

実施例１ 詩工材料 ａ）液状フェノール樹脂　水酸基価　７８０ｂ）フェノ
ール樹脂希釈溶剤：キシレンＣ）シリケートポリオール
：テトラエチルシリケート１モルとジエチレングリコー
ル４モルとを、反応容器−に取り１４０℃まで昇温し、
生成するエタノールを除去して得られた水酸基価５５０
、粘度３５０　ｃ　ｐ　ｓ　／　２５℃のシリケートポ
リオール。

ｄ）アルカリ触媒７４．４’−ジピリジンｅ）イソシア
ネート：ポリメリックジフェニルメタンジイソシアネー
ト／トリクロロエチレン−９０／１０（ｗｔ／賀ｔ）、
粘度４３ｃｐｓ／２５℃、ＮＣ０％２７．８％ ｆ）鋳物用砂：フリーマントル、平均粒度４９μｍ 上記の各材料を用いて下記の方法にて鋳物用砂型を製造
し、製造後３時間経過した時点で、ジョージ・フィッシ
ャー社製のインパクトペネトレーションテスターにて放
置強度を測定した（目盛り３）。放置強度の測定結果及
び各処方内容について表１に示す。

砂型製造方法 サンドミキサーに鋳物用砂３００ｇを取り、撹拌しつつ
表１に示す量の液状フェノール樹脂、溶剤および／また
はシリケートポリオール、そしてアルカリ触媒を加え、
３０秒間撹拌し、ついでイソシアネートを加え、３０秒
間撹拌し、この砂を直径５ｃｍ、高さ５　ｃｍの型に充
填し硬化させる。

第二に、このシリケートポリオールは粘度が怒十〜数百
と低いため、このシリケートポリオールとアルカリ硬化
型液状フェノール樹脂とを均一番、′混合すれば、従来
使用されていた希釈剤である４１機溶媒は必要なくなる
。すなわち希釈剤を除去ｊる工程がなくなる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋳物用砂とその結合剤とを含有する鋳型材料であ
   って、前記結合剤が、 （ａ）テトラアルコキシシランまたはその加水分解率が
   ５０％以下のその加水分解脱水重縮合物（シリケートオ
   リゴマー）を官能基数２のポリオールと反応させて得ら
   れた水酸基価２００〜１５００のシリケートポリオール
   と水酸基価４００〜９００のアリカリ硬化型液状フェノ
   ール樹脂とを１：０．１〜３の重量比で均一混合したシ
   リケートポリオール含有フェノール樹脂、 （ｂ）アルカリ触媒、および （ｃ）ポリイソシアネートからなり、且つ（ａ）と（ｃ
   ）との割合がＮＣＯ／ＯＨ当量比が０．８〜１．５の範
   囲であることを特徴とする鋳物用砂型の鋳型材料