JPH08257677A

JPH08257677A - 鋳型製造用粘結剤組成物、鋳型製造用組成物、及び鋳造用鋳型の製造方法

Info

Publication number: JPH08257677A
Application number: JP8884695A
Authority: JP
Inventors: Susumu Okuyama; 進奥山; Tsukasa Honma; 司本間; Hideo Fuchi; 秀男淵
Original assignee: Hodogaya Ashland Co Ltd
Current assignee: Hodogaya Ashland Co Ltd
Priority date: 1995-03-22
Filing date: 1995-03-22
Publication date: 1996-10-08

Abstract

(57)【要約】【目的】高い初期折り曲げ強さを持ち、脱型時の変形
が少ない鋳型を短時間に製造する方法、それに使用する
硬化速度が速くかつ可使時間が実用上問題ない鋳型製造
用組成物、及びそのための粘結剤組成物を提供する。【構成】水溶性フェノール樹脂、硬化促進剤、シラン
化合物及び必要により溶媒を含有する液体状有機酸エス
テル硬化性鋳型製造用粘結剤組成物、これと液体状有機
酸エステル系硬化剤及び粒状耐火性骨材を含有する鋳型
製造用組成物、及びこれを使用する鋳造用鋳型の製造方
法である。この硬化促進剤は、有効成分として、特定の
構造の四級アンモニウム塩を少なくとも１種含有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に硬化速度の速い鋳
造用の鋳型、中子（本明細書の全てにわたって鋳型と略
称する。）の製造、及びそのために使用する組成物に関
する。

【従来の技術】従来、鋳込みの際に刺激性の酸ガスを発
生しない鋳造用鋳型を迅速かつ能率よく製造するための
組成物としては、例えば、液体状エステル系硬化剤で硬
化可能なカリウムアルカリ性フェノール・ホルムアルデ
ヒド樹脂及びシラン化合物を含む樹脂組成物が知られて
いる（特開平１−４０１３６号公報参照）。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来公知の樹脂組成物を使用して鋳型を製造した場
合、その硬化速度が遅いため、実用的な強度を有し脱型
時にたわみなどの変形の少ない鋳型の製造に長時間を要
している。具体的に、公知の硬化剤を選択しても、１．
５ｋｇｆ／ｃｍ² 程度の初期折り曲げ強さを有する鋳型
を製造するためには、少なくとも２５分程度の硬化時間
が必要である。鋳型の生産性を上げるためにその硬化時
間を短縮すると、鋳型製造後に型枠を取りはずした時、
初期折り曲げ強さが不十分（１．５ｋｇｆ／ｃｍ² 未
満）なため、特に複雑な形状の鋳型を製造する場合、製
造した鋳型が折れたり欠けたりすることがある。また、
脱型時の変形も大きくなり、特に大型の鋳型を製造する
場合には寸法精度の上で大きな問題となる。一方、粘結
剤組成物と粒状耐火性骨材とを混合した後、注型するま
での可使時間は長い方が実用上好ましい。

【０００３】本発明は、特に、高い初期折り曲げ強さを
持ち、脱型時の変形が少ない鋳型を短時間に製造する方
法、それに使用する硬化速度が速くかつ可使時間が実用
上問題ない鋳型製造用組成物、及びそのための粘結剤組
成物を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明の液体状有機酸エステル硬化性鋳型製造用
粘結剤組成物は、水溶性フェノール樹脂、硬化促進剤、
シラン化合物及び必要により溶媒を含有し、前記硬化促
進剤が、有効成分として、下記一般式：

【０００５】

【化４】

【０００６】（式中、Ｒ₁ 〜Ｒ₄ はそれぞれアルキル
基、シクロアルキル基、アラルキル基、又はアリール基
を表わし、Ｘ^- は陰イオンを表わす。）で示される四級
アンモニウム塩を少なくとも１種含有することを特徴と
する。

【０００７】本発明の鋳型製造用組成物は、水溶性フェ
ノール樹脂、硬化促進剤、シラン化合物、液体状有機酸
エステル系硬化剤、粒状耐火性骨材及び必要により溶媒
を含有し、前記硬化促進剤が、有効成分として、下記一
般式：

【０００８】

【化５】

【０００９】（式中、Ｒ₁ 〜Ｒ₄ はそれぞれアルキル
基、シクロアルキル基、アラルキル基、又はアリール基
を表わし、Ｘ^- は陰イオンを表わす。）で示される四級
アンモニウム塩を少なくとも１種含有することを特徴と
する。

【００１０】本発明の鋳造用鋳型の製造方法は、水溶性
フェノール樹脂、硬化促進剤、シラン化合物及び溶媒を
含有する粘結剤組成物の溶液と液体状有機酸エステル系
硬化剤と粒状耐火性骨材とを混合し、この混合物を鋳型
枠内に収納して成形し硬化させる方法であって、前記硬
化促進剤が、有効成分として、下記一般式：

【００１１】

【化６】

【００１２】（式中、Ｒ₁ 〜Ｒ₄ はそれぞれアルキル
基、シクロアルキル基、アラルキル基、又はアリール基
を表わし、Ｘ^- は陰イオンを表わす。）で示される四級
アンモニウム塩を少なくとも１種含有することを特徴と
する。

【００１３】本発明における粒状耐火性骨材としては、
珪砂、クロム鉄鉱砂、ジルコン砂、かんらん石砂等の従
来鋳型鋳造用に使用される耐火性の粒状砂のほか、粘土
質の砂、再生砂も使用することができる。

【００１４】本発明に用いられる水溶性フェノール樹脂
とは液体状有機酸エステル系硬化剤で硬化可能な樹脂で
あり、例えばフェノール、クレゾール、レゾルシノー
ル、キシレノール、ビスフェノールＡ、クミルフェノー
ル、ノニルフェノール、ブチルフェノール、フェニルフ
ェノール、エチルフェノール、オクチルフェノール、ア
ミルフェノール、ナフトール、ビスフェノールＦ、ビス
フェノールＣ、カテコール、ハイドロキノン、ピロガロ
ール、フロログルシン、リグニン、ビスフェノールＡ残
渣、クレゾール残渣、クロロフェノール、ジクロロフェ
ノール、その他の置換フェノールを含めたフェノール類
とホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、フルフラール
アルデヒド及びアルデヒドの混合物等との反応によって
得られるフェノール樹脂が挙げられる。これらのフェノ
ール樹脂の縮合に用いられる適当なアルカリ性物質は水
酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム及び
これらの混合物であるが、水酸化カリウムが最も好まし
い。この水溶性フェノール樹脂の重量平均分子量は２０
００を超えて３０００以下である範囲が好ましい。本発
明における水溶性フェノール樹脂としてはカリウムアル
カリ性フェノール・ホルムアルデヒド樹脂が好ましく、
通常、固形分５０〜７５重量％の溶液、特に水溶液とし
て使用される。

【００１５】本発明における硬化促進剤は有効成分とし
て四級アンモニウム塩を１種以上含有し、この四級アン
モニウム塩は下記一般式で表される。

【００１６】

【化７】

【００１７】ここで式中、Ｒ₁ 〜Ｒ₄ はそれぞれアルキ
ル基、シクロアルキル基、アラルキル基、又はアリール
基を表わし、Ｘ^- は陰イオンを表わす。Ｒ₁ 〜Ｒ₃ が炭
素数１〜８の直鎖又は分岐アルキル基であり、Ｒ₄ が炭
素数１〜８の直鎖又は分岐アルキル基、シクロアルキル
基、アラルキル基、又はアリール基である前記一般式の
四級アンモニウム塩が硬化速度が大きいので好ましく、
更に、Ｒ₁ 〜Ｒ₄ がすべて炭素数１〜８の直鎖又は分岐
アルキル基である四級アンモニウム塩が最も好ましい。
Ｒ₁ 〜Ｒ₄ はそれぞれ同じであっても異なっていてもよ
い。Ｘ^- としては、例えば、Ｃｌ^- 、Ｂｒ^- 、Ｉ^- など
のハロゲンイオン、ＯＨ^-、ＨＳＯ₄ ^-を挙げることがで
きる。四級アンモニウム塩としては具体的には、テトラ
メチルアンモニウムクロリド、テトラエチルアンモニウ
ムクロリド、テトラ−ｎ−ブチルアンモニウムクロリ
ド、トリオクチルメチルアンモニウムクロリド、ベンジ
ルトリメチルアンモニウムクロリド、テトラメチルアン
モニウムブロミド、トリエチルベンジルアンモニウムブ
ロミドなどが挙げられる。四級アンモニウム塩の配合量
は、粘結剤被覆砂調製後の可使時間の点から、水溶性フ
ェノール樹脂１００重量部（固形分として）に対して、
０．１〜１０重量部の範囲が好ましく、０．５〜５重量
部の範囲が特に好ましい。四級アンモニウム塩は製造し
た水溶性フェノール樹脂に溶液の形であるいは固体のま
ま配合してもよく、水溶性フェノール樹脂の製造の際に
あらかじめ配合しておいてもよい。また、四級アンモニ
ウム塩は粒状耐火性骨材あるいは液体状有機酸エステル
系硬化剤に溶液の形であるいは固体のまま配合してもよ
い。

【００１８】本発明におけるシラン化合物は、鋳型の強
度を改善するために、樹脂溶液に対して０．０５〜３重
量％の範囲で使用するのが好ましく、その例としては、
γ−グリシドキシ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等を挙げることができ
る。

【００１９】本発明における硬化剤は、液体状の有機酸
エステル系化合物である。この液体状の有機酸エステル
系化合物はその沸点が常温で１００℃以上のものが好ま
しく、具体的には、一価又は多価アルコールとカルボン
酸とのエステル化合物、特に炭素数１〜１０の一価又は
多価アルコールと炭素数２〜１０のカルボン酸とのエス
テル化合物、あるいはラクトン化合物、カーボネート化
合物を挙げることができる。さらに具体的には例えば、
アジピン酸ジメチル、コハク酸ジメチル、エチレングリ
コールジアセテート、モノアセチン、ダイアセチン、ト
リアセチン、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクト
ン、プロピオラクトン、ε−カプロラクトン、あるいは
これらの混合物である。使用される液体状有機酸エステ
ル系硬化剤の量は、粘結剤組成物の溶液に対して５〜１
１０重量％、特に２０〜６０重量％の範囲が好ましい。

【００２０】液体状有機酸エステル系硬化剤による鋳造
用鋳型の製造は、粒状耐火性骨材と粘結剤組成物の溶液
と液体状有機酸エステル系硬化剤とを慣用の方法によっ
て混合し、成形することによって行う。本発明の粒状耐
火性骨材と粘結剤組成物の有機溶剤、水等の溶液と液体
状有機酸エステル系硬化剤とを配合した組成物を成形し
た型は、常温あるいはそれより若干高い温度で一定時間
放置して硬化させる。硬化時間は、型の大きさと形状及
び樹脂の種類に依存するが、１時間から２４時間の範囲
である場合がほとんどである。

【００２１】本発明の粘結剤組成物溶液は、粒状耐火性
骨材に対して、０．５〜８重量％の範囲で配合するのが
好ましい。鋳型の強度の点からは、１〜３重量％の範囲
で配合するのが特に好ましい。

【００２２】

【実施例】以下、実施例及び比較例により、本発明を更
に詳細に説明する。実施例及び比較例において、「部」
は全て「重量部」を意味し、「％」は全て「重量％」を
意味する。実施例１及び２、比較例１粘結剤組成物の調製１００％フェノール２５．８部とＫＯＨ１０部を含む水
溶液を混合して溶解した。この中に４６．９部の３７％
ホルムアルデヒド水溶液をさらに加えた（ホルムアルデ
ヒド：フェノールのモル比は１．９：１）。この混合物
溶液を還流下で３時間加熱した後に冷却して、固形分５
０％のカリウムアルカリ性フェノール・ホルムアルデヒ
ド樹脂の水溶液を製造した。このカリウムアルカリ性フ
ェノール・ホルムアルデヒド樹脂水溶液中に、この樹脂
１００部（固形分として）に対し、表１に示す配合量の
テトラメチルアンモニウムクロリド（以下、ＴＭＡＣと
略称する。）と、γ−グリシドキシプロピルトリメトキ
シシランを１部加えて充分に混合し、粘結剤組成物を調
製した。比較例１ではＴＭＡＣを加えずに粘結剤組成物
を調製した。

【００２３】鋳型試験片の製造１国産６号珪砂１０００部に、硬化剤としてトリアセチン
２．４部及び前記のとおり製造した粘結剤組成物の溶液
を１２部加えて１分間混練して、鋳型製造用組成物を調
製した。この鋳型製造用組成物を調製後直ちに木型枠内
に収納して成形し、常温で表１に示す一定時間放置し
て、２０ｍｍ×２０ｍｍ×２００ｍｍの直方体の鋳型試
験片を製造した。鋳型試験片の折り曲げ強さ、たわみ量
及び弾性率は、（株）東洋ボールドウイン製テンシロン
ＵＴＭ−III −５００を用い、荷重速度２５ｍｍ／分、
スパン１００ｍｍで測定した。結果を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１から、注型後２０分での折り曲げ強さ
は、比較例１では１．２ｋｇｆ／ｃｍ² であったのに対
し、本発明により製造した鋳型試験片では１．９ｋｇｆ
／ｃｍ² となった。また、硬化時間２０分後のたわみ量
は、比較例１では０．２０ｍｍであったのに対し、本発
明で製造した鋳型試験片では０．０９〜０．１２ｍｍと
なり、変形量は約半分となった。さらに、変形しにくさ
を示す弾性率も比較例１の６５から、本発明で製造した
鋳型試験片では１３１〜１６４と高くなり、従来のもの
に較べて変形しにくいことを示している。したがって、
従来法よりも硬化時間を短くできる。

【００２６】実施例３実施例１において、ＴＭＡＣのかわりにベンジルトリメ
チルアンモニウムクロリド（以下、ＢＴＭＡＣと略称す
る。）を使用した以外は実施例１と同様にして鋳型製造
用組成物を調製し、その直後に製造した鋳型試験片の折
り曲げ強さ、たわみ量及び弾性率を測定した。その結果
を表２に示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】実施例４及び５、比較例２鋳型試験片の製造２国産６号珪砂１０００部に、硬化剤としてトリアセチン
２．４部及び実施例１で製造した粘結剤組成物を１２部
加えて１分間混練りして、鋳型製造用組成物を調製し
た。この鋳型製造用組成物を調製後直ちに、あるいは調
製２分後に木型枠内に収納して成形し、常温で表３に示
す一定時間放置して直径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの鋳型
試験片を製造した。比較例２ではＴＭＡＣを加えずに粘
結剤組成物を調製した。製造した鋳型試験片の圧縮強さ
は、（株）東京衡機製作所製アムスラー万能試験機を用
い、荷重速度２５ｍｍ／分で測定した。結果を表３に示
す。

【００２９】

【表３】

【００３０】表３から、粘結剤被覆砂調製後２分まで
は、製造した鋳型試験片の圧縮強さが実用的範囲内にあ
り、その可使時間についても問題がない。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明により製造
した鋳型は硬化速度が速く、高い初期折り曲げ強さを持
ち、たわみ量も少ない。また、弾性率も良好で変形しに
くく、鋳型の製造時間を短縮することができる。しか
も、本発明の組成物の可使時間についても実用上問題が
ない。そのため、鋳型の生産性を著しく向上させること
が可能で、高い初期強度を必要とする複雑な鋳型の生産
性の向上や、鋳型の寸法精度が要求される大型の鋳物の
生産性の向上に大きく寄与しうる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水溶性フェノール樹脂、硬化促進剤、シ
ラン化合物及び必要により溶媒を含有する液体状有機酸
エステル硬化性鋳型製造用粘結剤組成物であって、前記硬化促進剤が、有効成分として、下記一般式：【化１】（式中、Ｒ₁ 〜Ｒ₄ はそれぞれアルキル基、シクロアル
キル基、アラルキル基、又はアリール基を表わし、Ｘ^-
は陰イオンを表わす。）で示される四級アンモニウム塩
を少なくとも１種含有すること、を特徴とする前記粘結
剤組成物。
【請求項２】水溶性フェノール樹脂、硬化促進剤、シ
ラン化合物、液体状有機酸エステル系硬化剤、粒状耐火
性骨材及び必要により溶媒を含有する鋳型製造用組成物
であって、前記硬化促進剤が、有効成分として、下記一般式：【化２】（式中、Ｒ₁ 〜Ｒ₄ はそれぞれアルキル基、シクロアル
キル基、アラルキル基、又はアリール基を表わし、Ｘ^-
は陰イオンを表わす。）で示される四級アンモニウム塩
を少なくとも１種含有すること、を特徴とする前記組成
物。
【請求項３】水溶性フェノール樹脂、硬化促進剤、シ
ラン化合物及び溶媒を含有する粘結剤組成物の溶液と液
体状有機酸エステル系硬化剤と粒状耐火性骨材とを混合
し、この混合物を鋳型枠内に収納して成形し硬化させる
鋳造用鋳型の製造方法であって、前記硬化促進剤が、有効成分として、下記一般式：【化３】（式中、Ｒ₁ 〜Ｒ₄ はそれぞれアルキル基、シクロアル
キル基、アラルキル基、又はアリール基を表わし、Ｘ^-
は陰イオンを表わす。）で示される四級アンモニウム塩
を少なくとも１種含有すること、を特徴とする前記方
法。