JPH0890148A - 鋳型用フェノール樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 フェニルボレートとホルムアルデヒド類を溶
剤還流脱水反応させ後、アルカリ性アルカリ金属又はア
ルカリ土類金属化合物を添加してなる水溶性フェノール
樹脂組成物であって、アルカリ金属又はアルカリ土類金
属イオンのフェノール類に対するモル比が０．５〜４．
５の範囲にある鋳型用バインダー組成物、及び粒状耐火
骨材１００重量部に対し前記水溶性フェノール樹脂組成
物０．５〜６重量部を加え混合し、この混合物を造型
し、炭酸ガスを通過させる主型または中子鋳型の造型方
法 【効果】 安価で非毒性の炭酸ガスを通過させることに
より硬化し、鋳型特性、特に耐熱性と注湯後の鋳型崩壊
性が共に良好で、高速鋳型造型も可能である。更に、作
業環境においても優れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粒状耐火骨材に水溶性
フェノール樹脂加え鋳物用主型及び中子を成形した後比
較的安価で非毒性の炭酸ガスを通過させることにより硬
化することができ、鋳型特性特に耐熱性と注湯後の鋳型
崩壊性が共に良好で、高速鋳型造型でき、且つ作業環境
に優れている炭酸ガス硬化鋳型フェノール樹脂組成物に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋳造工業分野において、常温硬化
型鋳型造型方法には、有機系及び無機系の各種粘結剤を
用いる方法がある。水ガラス等を用いる無機系粘結剤を
炭酸ガスで硬化する方法は、鋳湯時に有害ガスの発生が
少ない反面鋳湯後の鋳型の崩壊性が悪く、仕上工数が有
機系バインダーに比べ多く必要である事、さらに砂の回
収・再生が困難である欠点が上げられる。一方、有機系
粘結剤を用いる造型法としては、フラン樹脂、尿素変性
フラン樹脂と過酸化物を有機スルホン酸や硫酸また亜硫
酸ガスで硬化する方法，ベンジリックエーテル型フェノ
ール樹脂とポリイソシアネートの混合物を液状やガス状
の第三級アミンで硬化する方法がある。これらの造型方
法は、注湯後の鋳型崩壊性は良好であるが、造型時の臭
気や鋳物にガス欠陥，スス欠陥，ベーニング欠陥等の悪
影響を及ぼすなど、冶金学上多くの問題点が指摘されて
いる。更に、発生するＳＯx、ＮＯxガスによる作業環境
の悪化、大気汚染による酸性雨の一原因との指摘もされ
始め社会問題となっている。

【０００３】このような欠点を解決する目的で、粘結剤
に冶金学的に優れた塩基性の物質を用い製造する技術が
望まれていた。従来このような製造技術としては、鋳型
造型技術においてはレゾール形フェノール系樹脂とギ酸
メチルガスを用い鋳型を製造する技術は特公昭６１−３
７０２２号公報で公知であり、またレゾール型ナトリウ
ムフェノラート樹脂水溶液とオキシアニオンを用いる技
術は特開平１−２２４２６３号公報により、またアルコ
ール可溶のフェノール樹脂と多価金属水酸化物等を炭酸
ガスで硬化させる技術は特開昭５６−６６３４５号公報
により知られている。しかし上記の方法はギ酸メチルが
特殊引火物であり消防法、現場作業上制約が大きく、ま
た他の有機バインダーに比べ作業環境等の改善の点では
効果がみられるが、鋳型などの製造時における鋳型強度
が低く、また硬化速度が非常に遅くなるため、生産効率
が乏しいという欠点がる。現実問題として、高強度，速
硬化性能と作業環境の改良はバインダーの製造面からは
相反するものである、このため従来これ等のバランスの
上に立って性能の設計がなされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、高強度
及び速硬化性と作業環境との両立という課題を解決する
ために鋭意研究した結果、粒状耐火骨材にフェニルボレ
ートとホルムアルデヒド類を特定の方法で反応させた
後、アルカリ性金属化合物を添加して得た水溶性フェノ
ール樹脂を添加混合して成形した砂型に炭酸ガスを吹込
み硬化させることにより鋳型強度を大幅に向上させるこ
とを見出し、本発明を完成するに至った。本発明者の目
的とするところは、有害ガスの発生が少なく作業環境性
に優れる上、鋳型等の強度、硬化速度も速くまた冶金学
的に優れたフェノール樹脂組成物を提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、フェニルボレ
ートとホルムアルデヒド類を溶剤還流脱水反応させ後、
アルカリ性アルカリ金属又はアルカリ土類金属化合物を
添加してなる水溶性フェノール樹脂組成物であって、ア
ルカリ金属又はアルカリ土類金属イオンのフェノール類
に対するモル比が０．５〜４．５の範囲にある鋳型用バ
インダー組成物、及び粒状耐火骨材１００重量部に対し
前記水溶性フェノール樹脂組成物０．５〜６重量部を加
え混合し、この混合物を造型し、炭酸ガスを通過させる
主型または中子鋳型の造型方法に関する。ここで粒状耐
火骨材とは、天然珪砂、人造珪砂、オリビンサンド、ジ
ルコンサンド、クロマイトサンド及びこれ等の回収砂、
再生砂等である。

【０００６】本発明の水溶性フェノール樹脂組成物と
は、フエノールボレートとホルムアルデヒド類とを溶剤
還流下で反応させた後、アルカリ金属水酸化物水溶液を
添加溶解させた樹脂であり、その固形分は好ましくは２
０〜７０重量％である。かかる特定割合のフェノール樹
脂固形分を含有することにより鋳型強度を向上させるこ
とが出来る。２０重量％より少ないと鋳型強度向上効果
が充分でなく、また７０重量％以上では硬化速度が遅く
なり、実用的でない。

【０００７】本発明に使用されるフェニルボレートは、
例えばフェノール、クレゾール、レゾルシノール、カテ
コール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフ
ェノールＣ、ビスフェノールＨ、イソプロペニルフェノ
ールのダイマー、ビスフェノールＡ残渣、クミルフェノ
ール、ノニルフェノール、ブチルフェノール、オクチル
フェノール、アミルフェノール、その他の置換フェノー
ルとホウ酸あるいは無水ホウ酸とを硼酸／フェノール類
モル比０．２〜０．８で脱水反応して得たフェニルボレ
ート類である。

【０００８】ホルムアルデヒド類としてはホルマリン、
パラホルムアルデヒド、トリオキサン、フルフラール、
α―ポリオキシメチレン、アセトアルデヒド等があるが
これに限定されるものではない。アルデヒド類はフェニ
ルボレート類１モルに対し０．６〜３．６モルの範囲に
ある量を使用するのが好ましい。

【０００９】アルカリ性アルカリ金属又はアルカリ土類
金属化合物において、アルカリ金属水酸化物としては水
酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、
水酸化バリウム等のアルカリ金属及びアルカリ土類金属
の水酸化物、炭酸ソーダ、酢酸ソーダなどの弱酸・強塩
基塩類も含まれる。特に好ましいアルカリ金属水酸化物
はフェノール樹脂水溶液に低粘性を与える水酸化カリウ
ムである。樹脂中のアルカリ金属イオンはフェノールの
モル比に対し０．５〜４．５の範囲にあることが好まし
く、１．５〜３．７の範囲にあることが更に好ましい。

【００１０】水溶性フェノール樹脂組成物において、フ
ェノール類の一部を尿素、メラミン、リグニンその他前
述のアルデヒド類と反応し得る化合物におきかえるこ
と、及びアマニ油、支那桐油、カシュー・ナットオイル
などの樹脂状物を生成しうる物質を配合することも本発
明に含まれる。また、本発明の水溶性フェノール樹脂
は、０．２〜２．０重量％のγ―アミノプロピルトリエ
トキシシラン、γ―グリシドフェノールトリメトキシシ
ランのようなシランカップリング剤を含むことが鋳型強
度向上のため望ましい。

【００１１】本発明の水溶性フェノール樹脂は水溶性の
レゾール型フェノール樹脂であるが、必要ならばメタノ
ール、エタノールなどのアルコール類、アセトン、メチ
ルエチルケトンなどのケトン類、ピロリドン又はＮ置換
ピロリドン、アルキルエーテル類、エステル類等の溶剤
で一部または全量を置き換えることも可能である。

【００１２】

【実施例】以下本発明を実施例により説明する。しかし
本発明は実施例により限定されるものではない。また実
施例、比較例で示される「部」及び「％」はすべて「重
量部」及び「重量％」である。

【００１３】（フェノール樹脂組成物の合成例１）溶剤
還流脱水反応装置と撹拌器付きの反応容器にフェノール
９００部、硼酸１２５部とを溶剤還流脱水下で１７５℃
・１５時間反応させフェノールボレートを得た。このフ
ェノールボレート１０００部と９２％パラホルムアルデ
ヒド１４５部とを溶剤還流反応法にて１２０℃・２時間
反応させた後、脱水する事により黄色のプレポリマーを
得た。この反応は強い発熱反応で有る事から溶剤還流反
応法によった。これを６０℃以下に冷却しながら５０％
水酸化カリウム６００部を添加溶解させた。さらにγ―
アミノプロピルトリエトキシシラン０．５％を加えて水
溶性フェノール樹脂組成物を得た。

【００１４】（フェノール樹脂組成物の合成例２）溶剤
還流脱水反応装置と撹拌器付きの反応容器にフェノール
９００部、硼酸１９０部とを溶剤還流脱水下で１７５℃
・１５時間反応させフェノールボレートを得た。このフ
ェノールボレート１０００部と９２％パラホルムアルデ
ヒド１４５部とを溶剤還流反応法にて１２０℃・２時間
反応させ後、脱水する事により黄色のプリポリマーを得
た。この反応は強い発熱反応で有る事から溶剤還流反応
法による必要がある。これを６０℃以下に冷却しながら
５０％水酸化カリウム６００部を添加溶解させた。さら
にγ―アミノプロピルトリエトキシシラン０．５％を加
えて水溶性フェノール樹脂組成物を得た。

【００１５】（フェノール樹脂組成物の合成例３）溶剤
還流脱水反応装置と撹拌器付きの反応容器にフェノール
９００部、硼酸１２５部とを溶剤還流脱水下で１７５℃
・１５時間反応させフェノールボレートを得た。このフ
ェノールボレート１０００部と９２％パラホルムアルデ
ヒド１５５部とを溶剤還流反応法にて１２０℃・２時間
反応させた後、脱水する事により黄色のプリポリマーを
得た。この反応は強い発熱反応で有る事から溶剤還流反
応法によった。これを６０℃以下に冷却しながら５０％
水酸化カリウム６００部を添加溶解させた。さらにγ―
アミノプロピルトリエトキシシラン０．５％を加えて水
溶性フェノール樹脂組成物を得た。

【００１６】（造型評価）合成例で得た樹脂組成物につ
いて以下のような条件で評価を行った。表１に示す割合
で鋳物砂と樹脂を混合後５０φ×５０ｍｍの形状のテス
トピースを造型した、次に炭酸ガスを０.５ｋｇ／ｃｍ²
・１０Ｌ／分で１０秒間通気して硬化させ鋳型を得た。
このテストピースを強度試験機による圧縮強度及び充填
密度を測定した。また熱間強度試験とし２８φ×５０ｍ
ｍのテストピースを造型し、これにアルミニウム箔を卷
き６００℃・４分間保持後圧縮強度を測定し比較した。

【００１７】（比較例）比較例として国内で使用されて
いるガス硬化法であるコールドボックス法について実施
した。鋳型の造型は次の条件にて実施した。樹脂として
スミライトレジンＰＲ−５１６７０（成分１）及びＨＰ
−３１（成分２）を使用した。造型は成分１及び成分２
を等量使用し、鋳物砂に前記樹脂を２．０％の割合で混
合し造型し、トリエチルアミンガスを通気して硬化させ
た。以下、上記実施例と同様にして評価した。結果を表
１に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【発明の効果】本発明の鋳型用バインダーは、粒状耐火
骨材にバインダーを混合して鋳物用主型あるいは中子を
造型した後、安価で非毒性の炭酸ガスを通過させること
により硬化し、鋳型特性、特に耐熱性と注湯後の鋳型崩
壊性が共に良好で、高速鋳型造型も可能である。更に、
作業環境においても優れている。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フェニルボレートとホルムアルデヒド類
   を溶剤還流脱水反応させ後、アルカリ性アルカリ金属又
   はアルカリ土類金属化合物を添加してなる水溶性フェノ
   ール樹脂組成物であって、アルカリ金属又はアルカリ土
   類金属イオンのフェノール類に対するモル比が０．５〜
   ４．５の範囲にあることを特徴とする鋳型用バインダー
   組成物。
2. 【請求項２】 粒状耐火骨材１００重量部に対し請求項
   １記載の水溶性フェノール樹脂組成物０．５〜６重量部
   を加え混合し、この混合物を造型し炭酸ガスを通過させ
   ることを特徴とする主型または中子鋳型の造型方法。