JPS5843168B2 - 中子および鋳型用結合剤組成物並びに中子および鋳型の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はポリオールとインシアナト・ウレタン重合体と
の混合物である中子および鋳型用の樹脂状結合剤組成物
に関するものである。

かかる組成物はガス状触媒を包含する既知のウレタン触
媒により硬化（ｃｕｒｅ）することができる。

他の観点においては本発明は微粒子状固形物を結合する
のに有用な硬化性ウレタン結合剤組成物に関するもので
ある。

特に、本発明はインシアネート反応体または成分として
インシアナト・ウレタン重合体を使用したノーベーク型
およびコールドボックス型のウレタン結合剤に関するも
のである。

かかる結合剤は砂または他の中子および鋳型用骨材を結
合して、金属、特にアルミニウムおよび比較的低温で鋳
造される他の軽金属を鋳造するための鋳型または中子を
形成することができる。

かかる結合剤を使用して作った中子および鋳型は低い鋳
込温度で使用する場合には優れた崩壊性（ｃｏｌｌａｐ
ｓｉｂｉ ｌｉ ｔｙ）すなわちシェイクアウト特性を
示す。

鋳物用中子および鋳型として有用な骨材を結合する際に
使用されるウレタン・コールドボックス結合剤は既知で
ある。

米国、特許第３．４０９，５７９号はかかるコールドボ
ックス結合剤組成物およびこれを使用して鋳物用中子お
よび鋳型を製造する方法の１例である。

さらに、鋳物用中子および鋳型として有用な骨材を結合
する際に使用されるウレタン・ノーベーク結合剤も既知
である。

米国特許第３．６７６，３９２号はかかるノーベーク結
合剤組成物およびこれを使用して鋳物用中子および鋳型
を製造する方法の１例である。

鋳物工業において長時間にわたって要望されていたのは
、アルミニウムおよびマグネシウムのような軽金属を鋳
造するための中子および鋳型を製造する際に有用なノー
ベークおよびコールドボックス結合剤である。

従来技術のノーベーりおよびコールドボックス結合剤で
は、これらの軽金属を鋳造するための所要の中子および
鋳型特性並びに良好なシェイクアウト特性を有する中子
および鋳型を提供することができなかった。

作業可能な強度および耐摩耗性を達成するのに十分な結
合剤を使用する場合には、中子および鋳型は軽金属の鋳
込温度では崩壊性が不充分である。

すなわち、シェイクアウト不良である。

軽金属を鋳造する際に遭遇する現在の問題は、一方では
強く脆くない中子および鋳型を生成し、他方ではアルミ
ニウムおよびマグネシウムの鋳込温度で十分破壊してシ
ェイクアウトを容易にする結合剤を見出すことであった
。

本発明の目的はフェノール系ポリオールであるポリオー
ル成分と、ポリヒドロキシ化合物とポリインシアネート
とを結合させることにより生成するインシアナト・ウレ
タン重合体であるポリイソシアネート成分とを、混合物
として使用した中子および鋳型用ウレタン結合剤組成物
を得ようとするにある。

この混合物はガス状触媒または他のウレタン触媒で硬化
させることができる。

明確にするために、 「ポリヒドロキシ化合物」なる術
語を使用して、インシアナト・ウレタン重合体を生成さ
せる際のポリオール反応体を記載する。

「ポリオール」なる術語は中子および鋳型用結合剤を生
成する反応と関連する第１部分と称される反応体番？、
、適用される。

ここに「ポリヒドロキシ化合物」および「ポリオール」
とは同二種類の化合物を乞食するものとする。

本発明の他の目的は強度および非脆砕性を有するが低い
鋳込温度、すなわち鉄金属の鋳込温度より低い温度で十
分破壊する砂中子および鋳型を製造するのに使用するこ
とができるウレタン・ノーベクおよびコールドボックス
結合剤を得ようとするにある。

本発明により製造される中子および鋳型はアルミニウム
およびマグネシウムのような軽金属の鋳込温度において
強度とともにシェイクアウト特性を示す。

本発明においては、ポリヒドロキシ化合物とポリイソシ
アネートとの反応生成物であるイソシアナト・ウレタン
重合体とフェノール系ポリオールであるポリオールとを
組合わせることによりノーベークまたはコールドボック
スウレタン結合剤を生成することができ、かかる結合剤
は砂または他の適当な中子および鋳型用骨材と混合して
硬化させた際に浸れた作業特性、すなわち強度、耐摩耗
性および非脆砕性を有する中子および鋳型を形成するこ
とを確かめた。

これらの特性は、非鉄金属を鋳造するのに使用した場合
には、優れたシェイクアウト特性と結び付いている。

どのように優れた作業特性とシェイクアラ）％性とが組
合わせられていることは、結合剤を使用して低温鋳造に
使用しようとする中子を製造する場合に、特に意味のあ
る特異なことである。

触媒を使用して結合剤系の成分を硬化させることかでき
る。

中子および鋳型を製造するコールドボックス法では、適
当な触媒はガス状第三アミンまたは蒸気として導入でき
るアミンである。

トリメチルアミン、ジメテルエチ）Ｌ７）’ミンおよび
トリエチルアミンは好適な触媒である。

また既知のウレタン技術を包含する触媒もノーベーク結
合剤系の成分として使用される。

本発明の樹脂成分は二成分組成物または二成分系として
使用することができる。

第１部分はポリオールである。

第山部亦は特殊な種類のポリイソシアネート化合物であ
るインシアナト・ウレタン重合体である。

画部分とも液状とし、普通有機溶媒溶液とする。

使用の際に、すなわち、ウレタン結合剤を形成する際に
、ポリオール部分とインシアナト・ウレタン重合体部分
とを組合わせて目的とする用途に使用する。

中子および鋳型用にノーベーク適用する場合、すなわち
本発明の組成物を中子および鋳型用結合剤として使用す
る場合には、先ず第１部分と砂のような中子および鋳型
用骨材とを混合するのが好ましい。

次いで、第２成分を添加し、結合剤を骨材上に均一に分
布させた後に、生成した中子および鋳型用混合物を所望
の形状に形成する。

ウレタン技術において既知である液体アミン触媒および
金属触媒はノーベーク法で使用されている。

適当な触媒を選定することにより、中子製造法の条件、
例えば作業時間およびス） ＩＪツブ時間を所望のよう
に調整することができる。

またコールドボックス技術において既知であるガス状ア
ミン触媒も使用することかできる。

実際の硬化工程は、第三アミンを不活性ガス流中に懸濁
させ、この第三アミンを含有するガス流を、成型した成
形物に滲透するのに十分な圧力下に、樹脂の硬化が終る
まで鋳型に通すことにより達成される。

本発明の結合剤組成物は商業的に極めて重要な属性であ
る受λれられる引張強度を達成するのに極めて短い硬化
時間を必要とするにすぎない。

最適硬化時間は実験的に容易に決めることができる。

硬化させるには触媒濃度の第三アミンか必要であるにす
ぎないので、硬化を達成するには普通極めて希薄な流れ
で十分である。

しかし、第三アミン濃度が硬化に必要な濃度より極めて
高くても、生成する硬化生成物にとって有害ではない。

不活性力ス流、例えば空気、二酸化炭素または窒素に０
．０１〜２０容量俤の第三アミンを含有させたものを使
用することが七キる。

常態ガス状の第三アミンをそのまま、または希薄な形態
で鋳型に通すことができる。

適当な第三アミンはトリメチルアミンのようなガス状第
三アミンである。

しかし、トリエチルアミンのような常態液体の第三アミ
ンも揮発させた形態またはガス状媒質中に懸濁させた形
態で鋳型に通す場合には同様に適当である。

アンモニア、第一アミンおよび第三アミンは常温反応さ
せる際に若干の油性を示すが、これらの物質は第三アミ
ンより著しく劣っている。

機能的にはジメチルエタノールアミンのような置換アミ
ンも第三アミンの範囲内に包含され、硬化剤（ｃｕｒｉ
ｎｇ ａｇｅｕｔ）として使用することができる。

第三アミンの作用を妨害しない官能基は水酸基、アルコ
キシ基、アミノおよびアルキルアミノ基、ケトキシ基、
チオ基等である。

本発明のウレタン結合剤組成物を生成するのに使用され
るインシアナト・ウレタン重合体は普通ウレタン反応に
おいてポリヒドロキシ化合物とポリイソシアネートとの
反応生成物として生成する。

ここに「イソシアナト・ウレタン重合体」と称するのは
、かかる反応生成物を意味するが、かかる合成反応に限
定されるものではない。

インシアナト・ウレタン重合体は従来知られており、文
献ではプレポリマーまたは付加物と呼ばれていることが
ある。

既知のウレタン中子および鋳型用結合剤は、ノーベーク
型およびコールドボックス型のいずれであっても、ポリ
オールとポリイソシアネートとを反応させることにより
生成する。

本発明においても結合剤はポリオールとインシアネート
とを反応させることにより生成する。

このポリイソシアネ卆傘−ト取分は特殊な種類のもので
、上述のようにインシアナト・ウレタン重合体と称され
る。

この種類のインシアネートはインシアネートとポリヒド
ロキシ化合物とを反応させて未反応インシアネート基を
有するウレタン化合物を生成することにより形成される
。

この反応によりポリヒドロキシ化合物のＯＨ基は「キャ
ップ」され、反応生成物中に自由なインシアネート基が
残る。

これらの自由なインシアネート基がポリオールに存在す
る。

Ｈ基との反応に使用できるのは勿論である。

上述の反応は次の一般式で表わされる： 上述のように、本発明の中子および鋳型用結合剤の最も
重要で予期できぬ特徴は軽金属め物からシェイクアウト
すなわち容易に崩壊除去できる鋳物用中子および鋳型を
生成することができる性質にある。

かかる鋳物から中子をシェイクアウトする問題は長い間
問題であった。

結合剤を使用して良好な崩壊性を有する中子および鋳型
を製造するには、結合剤がそのなかに組み入られたある
分子構造を持っていて、この分子構造がその結合強度の
故に弱い結合として働いて容易の破壊を可能にすること
が必要がある。

上述のインシアナト・ウレタン重合体が容易に崩壊する
中子および鋳型を生成することができる理由は、結合剤
中に熱的に不安定なある分子構造が存在するからである
。

イソシアナト・ウレタン重合体を生成させ、これを中子
および鋳型用結合剤組成物の成分として使用すると、か
かる熱的に不安定な基のあるもの、例えばＣＨ２基およ
び一〇−（エーテル）基が結合剤組成物中に導入される
。

ノーベーク型およびコールドボックス型のウレタン中子
および鋳型用結合剤を生成するのに普通使用されるポリ
イソシアネートは、上述のイソシアナト・ウレタン重合
体に導入される基より大きい凝集エネルギーを有する基
を有する。

上述の理論的考察から中子および鋳型用結合剤のインシ
アナト・ウレタン重合体を生成する際の反応体として使
用されるポリヒドロキシ化合物は熱的に不安定な構造単
位を有する必要があるか、あるいは重合体骨格中に熱的
に不安定な構造単位を有するイソシアナト・ウレタン重
合体を生成することができる必要がある。

かかる不安定な構造単位を有する故に有用であることが
分ったポリヒドロキシ化合物としては、グリコール、グ
リセリン、炭水化物、ポリエステルポリオール、ポリエ
ーテルポリオール、アミンベースポリオール、ジオール
、トリオール、水酸官能基を有するビニルまたはアクリ
ル重合体等がある。

シェイクアウト試験については実施例で詳述するが、こ
の試験は結合剤の成分としてインシアナト・ウレタン重
合体を含有する結合剤が軽金属の鋳込温度で破壊する性
質を確認するためのものである。

他の試験として熱重量分析および保持された圧縮強度を
試験した。

これらの試験は相対的な結合剤破壊程度を示す。

好適なポリオールとしてはグリセリンおよびジエチレン
グリコールがある。

上述のポリヒドロキシ化合物を反応させることにより生
成するあるインシアナト・ウレタン重合体を使用するこ
とに関する可能性は、重合体を適正に安定化すること、
すなわち重合体を溶液として維持するごとに依存する。

さらに、ポリヒドロキシ化合物の選定に関しては実際上
の限界がある。

ポリヒドロキシ化合物の分子量が増大すると、重合体の
粘度が高くなる。

重合体を砂の被覆に使用するのであるから、また砂を均
一に被覆することが求められるから、容易に流動する物
質が好ましい。

上述のポリヒドロキシ化合物と反応して上述のインシア
ナト・ウレタン重合体を生成するポリイソシアネートは
、ポリオールの水酸基の数に対して、ポリヒドロキシ化
合物中に存在するすべてのＯＨ基をキャップするが１個
以上のインシアネート基を未反応のまま残すことができ
るような分量で存在させる必要がある。

広範囲のポリイソシアネートを使用することができる。

かかるポリイソシアネートの例としては、ジフェニルメ
チンジイソシアネート、メチレン−ビス−（シクロヘキ
シルイソシアネート）およびインホロンジイソシアネー
トがある。

しかし、トリレンイソシアネートを使用するのが極めて
好ましく、このインシアネート以下にＴＤＩと略記する
。

ＴＤＩが好ましいのは、この化合物の２個のインシアネ
ート基の反−傘応性が等しくないことによる。

一方のイソシアネート基は他方のインシアネート基より
著しくポリオールの水酸基と反応し易い。

ＴＤＩのインシアネート基の選択的反応性は明確な構造
を有するイソシアナト・ウレタン重合体の生成を可能に
する。

インシアネート基が選択的反応性を示さない場合には、
生成するインシアナト・ウレタン重合体は交差結合に対
する可能性があるため余り明確な構造を持っていないこ
とがあり、かかるイソシアナト・ウレタン重合体は使用
できるが好ましくない。

イソホロンジイソシアネートも上述の選択的反応を有し
ており、好ましいポリイソシアネートである。

次に示す２種の反応は上述のインシアナト・ウレタン重
合体のある好ましい製造方法を説明するものである： 上述のように、インシアナト・ウレタン重合体を形成す
る反応体の分量またはモル比は、重合体が生成する場合
にすべてのＯＨ基がキャップされかつ自由なイソシアネ
ート基が残るように選定するのが重要である。

当業者は、インシアナト・ウレタン重合体においてＯＨ
基をキャップしかつ未反応のインシアネート基を得るの
に必要な適当なモル比を認めるであろう。

イソシアナト・ウレタン重合体を生成するための反応条
件は知られている。

この重合体を中子および鋳型用結合剤として使用しよう
とする場合には、反応を反応媒質中でウレタン触媒の存
在下に僅かに高い温度（４０〜４５℃）で行うのが好ま
しい。

重合体が生成した後に、反応媒質を真空下にストリップ
して溶媒および触媒を除去するのが有効である場合があ
る。

若干のイソシアナト・ウレタン重合体が市販されている
。

結合剤組成物を形成するのに用いるポリオール成分は、
鋳型製造法および中子製造法において有効であることが
知られている任意のポリオールとすることができる。

米国特許第３，４８５，７９７号明細書に記載されてい
るＰＥＰ樹脂として知られているフェノール系ポリオー
ルが特に好ましい。

他のフェノール系ポリオールも有効である。

ポリエステルポリオールおよびアミンポリオールもまた
使用できる。

イソシアナト・ウレタン重合体が結合剤のシェイクアウ
ト特性に対し重要な役割をするので、中子および鋳型用
結合剤の形成において使用されるポリオールの種類には
理論的に不都合はない。

１種めフェノール系ポリオールを他種のフェノール系ポ
リオールと混和または混合することが有利であることを
確かめた。

かかる混和物または混合物の一部として、ＰＥＰ樹脂と
して鋳物工業で知られている米国特許第３，４８５，７
９７号明細書に記載されている水酸基含有フェノール樹
脂を使用するのが好ましい。

新規な結合剤組成物の第２成分またはパッケージは、上
述のインシアナト・ウレタン重合体である。

普通、ポリイソシアネート成分と考えられるインシアナ
ト・ウレタン重合体は、はぼ化学量論的分量で、すなわ
ちポリオール成分と完全に反応するのに十分な濃度で使
用する。

しかし、限界内でこの分量から偏倚してもよく、ある場
合には有利な結果が得られる。

イソシアナト・ウレタン重合体は有機溶媒溶液の形態で
使用し、この際溶媒は溶液の８０重量係までの範囲で存
在させる。

この溶液の濃度はイソシアナト・ウレタン重合体により
決定される。

ある場合にはインシアナト・ウレタン重合体を生成する
際に使用する反応媒質を溶媒のすべてまたは一部とする
ことができる。

ポリオールまたはインシアナト・ウレタン重合体のいず
れかと組合わせて使用するか、あるいは両成分に対して
使用する溶媒は、イソシアナト・ウレタン重合体とポリ
オールとの反応には意味ある程度までは関与しないが、
反応に影響を及ぼすことがある。

かくして、インシアナト・ウレタン重合体とのポリ・オ
ールとの間の極性の差によって、両成分が相溶性である
溶媒の選定が制限される。

かかる相溶性が本発明の結合剤組成物の完全な反応およ
び硬化を達成するのに必要である。

極性溶媒はポリオールに対して良好な溶媒である。

従ってポリオールおよびイソシアナト・ウレタン重合体
に対する溶媒が混合した場合に相溶性である場合には、
複数の溶媒を使用するか、または混合溶媒を使用するの
が好ましい。

相溶性以外に、ポリオールまたはイソシアナト・ウレタ
ン重合体に対する溶媒は低粘度、低臭気、高沸点および
不活性を提供するように選定する。

かかる溶媒の例としてはベンゼン、トルエン、キシレン
、エチルベンゼンおよびこれらの混合物がある。

好適な芳香族溶媒は高芳香族分および２８０°−７２５
°Ｆ（１３７，８°〜３８５℃）の範囲の沸点を有する
溶媒および溶媒混合物である。

極性溶媒は芳香族溶媒と併用した場合に不相溶性になる
ような極端な極性を有していてはいけない。

普通、適当な極性溶媒はカップリング溶触として業界で
分類されている溶媒で、フルフラール、セロソルブアセ
テート、クリコールジアセテート、ブチルセロソルブア
セテート、イソホロン等を含む。

若干の反応性ポリオールもまた溶媒として使用すること
ができる。

〔式中のＲ１は炭化水素残基、好ましくは１〜６個の炭
素原子を有するアルキル基、ｙはアルキル基、アルコキ
シ置換アルキル基、またはアルキル−アミノ置換アルキ
ル基（ただし、アルキル基は１〜６個の炭素原子を有す
る）を示す〕で表わされるシランがこの結合剤組成物に
対する添加剤とルて潜在的価値を有する。

結合剤成分を一緒にし、次いで砂または同様の中子およ
び鋳型用骨材と混合して中子および鋳型用混合物を形成
するか、または上記成分を骨材と順次混合することによ
り中子および鋳型用混合物を形成することができる。

結合剤を骨材粒子上に分布する方法は当業者に良く知ら
れている。

中子および鋳型用混合物は随意に他の成分、例えば酸化
鉄、粉砕した亜麻繊維、木粉、ピッチ、耐火性物質粉末
等を含有することができる。

骨材、例えば砂が通常主要成分であり、結合剤部分は比
較的少量である。

使用する砂は乾燥砂が好ましいが、若干の水分は許容す
ることができる。

前述のように、本発明の結合剤を使用して作った中子の
優れたシェイクアウト特性すなわち崩壊性は予期されな
い重要な知見である。

本発明の結合剤は容易に崩壊すなわち破壊して中子を鋳
造された金属から分離することができる。

低い温度、例えば１８００°Ｆ（９８２，２℃）または
それ以下の温度における鋳物では、シェイクアウトが主
要な問題であった。

一般にアルミニウムおよびマグネシウムを包含する非鉄
金属はこのような低い温度で鋳造される。

結合剤の崩解性の不足は鋳物から砂を除去する際に大き
な困難を招く。

従って、低度のシェイクアウト特性すなわち崩壊性、換
言すれば低度の結合剤崩壊を示す中子は、鋳物から砂を
除去するのに一層長い時間および一層多量のエネルギー
を必要とする。

本発明の結合剤組成物を使用すると、ある場合には外部
エネルギーを全く使用することなく実際に１ｏｏ％シェ
イクアウトが達成される。

しかし、大部分の商業的用途では外部エネルギーが有用
であるかまたは必要である。

しかし、エネルギー量は従来の結合剤で結合された中子
を軽合金鋳物から除去するのに現在必要とされているエ
ネルギー量より著しく少ない。

シェイクアウトの改善は結合剤組成物中のインシアナト
・ウレタン重合体の存在に帰することができる。

当業者には明らかなように、すべての中子のシェイクア
ウト性能は、ある程度まで砂粒を結合して凝着成形する
のに使用し゛た結合剤量により決定される。

使用する結合剤の砂の重量に対する割合は所望の中子特
性により左右され、この所要の中子特性は結合剤系から
要求される。

結合剤系における結合剤量が増大するにつれて、普通中
子の引張強度が増大する。

従って結合剤量は、所望の性能特性を達成するために適
当な限界内で変えることができる。

本発明においては、結合剤の好適範囲は砂の重量に対し
て０．７％〜２．５係である。

しかし、ある用途では０．５％程度の少量を使用し、ま
た１０係程度の多量を使用して、なお有利である特性を
達成することができることがある。

しかし、結合剤量を増大する場合には、高結合剤量でシ
ェイクアウトの程度が低下することがある。

またシェイクアウトの程度は結合剤が曝される温度に関
係することを確かめた。

結合剤を弱体化しかつシェイクアウトを生ぜしめるため
には結合剤をある温度に曝す必要がある。

鋳込温度が高いほどシェイクアウトが増大するようであ
る。

中子または鋳型の厚さは結合剤が曝される温度を制御す
る因子である。

例えば、極めて厚い中子の場合には、中子の内部が結合
剤を破壊しかつシェイクアウトを生せしめるのに十分な
温度に曝されない場合がある。

本発明を次の例について説明する。

なお、次の例では特記せぬ限りすべての「部」は「重量
部」、「係」は「重量部」を意味するものとする。

例１ １モル当量のグリセリンと２．９モル当量のトリレンジ
イソシアネートとを反応させることによりイソシアナト
・ウレタン重合体を製造した。

ＮＣ０１０Ｈ当量比は１．９５対１であった。

ＴＤＩは２，４異性体がｓｏ％で、２，６異性体が２０
係であった。

ジブチル錫ジラウレートを使用してこの反応に触媒作用
を及ぼした。

ＴＤＩに対し０．０７係の触媒を使用した。

反応はセロソブルアセテートからなる反応媒質中で行っ
た。

反応を実施する際に、ＴＤＩと溶媒と触媒との混合物を
反応容器に装入した。

この混合物にポリオールを添加した。この反応を５０℃
で３時間１５分の間進行させ、次いで温度を８０〜８５
℃に上昇し、さらに反応を３時間継続した。

・生成物を冷却した。生成物の非揮発分を試験し、５９
．８％であることを見出した。

この値は非揮発分の理論量６０％と一致した。生成物の
粘度は６，６ストークスであった。

この溶液は中子および鋳型を製造するための中子および
鋳型用結合剤としてすぐに使用することができた。

この溶液を第■部分と称した。

アシュランド・ケミカル・カンパニーから市販されてい
るフェノール樹脂をペースとするポリオール溶液を使用
した。

このポリオール溶液はイソキュア（ＩＳＯＣＵＲＢ）３
０８という商品名で市販されている。

このフェノール系ポリオール溶液を第１部分と称した。

フェノール系ポリ′オールの水酸基と完全に反応する化
学量論理的分量に近い第田部分を使用した。

ウニドロン５０１０砂（洗浄し、乾燥した微粒のシリカ
砂、アフスグフン（ＡＦＳＧＦＮ、商品名）６６を適当
な混合装置に入れた。

第１部分と砂とを、均一な被覆が生成するまで混合した
。

この被覆された砂に第■部分を添加し、均一な砂混合物
が生成するまで混和した。

使用した全結合剤（第１部分と第■部分との合計量）は
砂の２係であった。

砂とフェノール系ポリオールとインシアナト・ウレタン
重合体との混合物を、「ドツグボーン（ｄｏｇ ｂｏｎ
ｅ）Ｊとして知られている標準引張ブリケット試験用中
子を製造するために、従来の中子取内に吹込んだ。

このドツグボーン試験用中子を第三アミン触媒に曝すこ
とによりこの中子を硬化させた。

第三アミン触媒であるジメチルエチルアミンを不活性担
体ガスである二酸化炭素中に懸濁させた。

この中子を第三アミン触媒に約１秒間（ガス時間）曝し
、次いでこの第三アミン触媒を空気で４秒間パージする
ことにより除去し、中子取から取出した。

引張強度ｐ ｓ ｉ（ｋｇＡｆｔ）は中子取から取出し
た際に４０（２，８１）、１時間後に１１８（８，３０
）３時間後に１４５ （１０，１９）、−昼夜静置（約
２４時間）後に１８０ （１２，６６）であった。

この「ドツグボーン」中子を使用してアルミニウム鋳物
の場合についてシェイクアウト試験を行った。

７個の引張ブリケット（ドツグボーン）を鋳型内に配置
した。

この鋳型を湯口系に組合せた。この鋳型は金属の厚さが
すべての方向で約にインチ（６，３５ｍｕｔ）である中
空鋳物を生成するように設計した。

鋳物の端部に開口を設けて鋳物から中子を取出せるよう
にした。

アルミニウムインゴットから作ツタ約１３００’Ｆ （
７０４，４°Ｃ）の溶融アルミニウムを鋳型に注入した
。

アルミニウム鋳物を約１時間冷却した後に湯口系から分
離し、鋳型から取出し、シェイクアウト試験を行った。

シェイクアウト試験は鋳物を１ガロン（３，７９１）容
器に入れて行った。

この容器をかきまぜ機構の上に置き、５分間転がした。

このようにして鋳物から除去された砂中子の重量を砂中
子の最初の重量と比較し、シェイクアウトの割合−を計
算した。

上述のようにかきまぜた後に鋳物に残留する砂を掻取っ
て除去し、秤量した。

上述のフェノール系ポリオール−インシアナト・ウレタ
ン重合体結合剤で結合した砂中子はシェイクアウト１１
％であることが実測された。

上述のシェイクアウト試験は標準試験ではない。

かかる性質を測定する標準試験は知られていない。

実施した試験は結合剤の崩壊性を理解しかつ結合剤の相
対的崩壊性を比較するのに妥当なものである。

得られた係の値はある程度変動していたが、信頼できる
ものであった。

例２〜９ 下記の成分および例１に記載した方法を使用して試験用
中子を作り、アルミニウム鋳物の場合について下記の方
法を使用してこれらの中子試験した。

例１０ １モル当量のグリセリンと２．９モル当量のトリレンジ
イソシアネートとを反応させることにより、インシアナ
ト・ウレタン重合体を製造した。

ＮＣＯ対ＯＨ当量比は１．９５〜１．０であった。

ＴＤＩは２．４異性体が８０係で２，６異性体が２０％
であった。

ジブチル錫ジラウレートを使用してこの反応に触媒作用
を及ぼした。

ＴＤＩに対し０．０５％の触媒を使用した。

反応はセロソルブアセテート（４０％）よりなる反応媒
質中で行った。

反応を実施する際にＴＤＩと溶媒と触媒との混合物を反
応容器に装入した。

この混合物にポリオールを添加した。

この反応を５１〜５４℃で１．５４時時間桁させ、次い
で温度を７９〜８２℃に上昇し、さらに反応を３．９時
間継続した。

生成物を冷却した。生成物の非揮発分を試験し、５８．
４であることを見出した。

この値は非揮発分の理論量６０％と一致した。

生成物の粘度は１１．９ストークスであった。

この溶液は中子および鋳型を製造するための中子および
鋳型用結合剤としてすぐに使用することができた。

この溶液を画用部分と称した。アシュランド・ケミカル
・カンパニーから市販されているフェノール樹脂をベー
スとするフェノール系ポリオール溶液を使用した。

このフェノール系ポリオールはペプセット１５０５とい
う商品名で市販されている。

このフェノール系ポリオール溶液を第１部分と称した。

ノーベーク中子を上述の第１部分および画用部分の成分
から次のようにして作った。

ウニドロン５０１０砂（洗浄し、乾燥した微粒シリカ砂
、ＡＦＳＧＦＭ６６）を適当な混合装置に入れた。

第１部分および触媒（第１部分の重量に対し０．５％の
ｎ−メチルイミゾール）と砂とを、均一な被覆が生成す
るまで混合した。

この被覆された砂に第■部分を添加し、均一な砂混合物
が生成するまで混和した。

ポリオールの水酸基と完全に反応する化学量論理的分量
に近い僅かに過剰量のポリイソシアネートを用いた。

使用した全結合剤（第１部分と第■部分との合計量）は
砂の２係であった。

砂とポリオールとポリイソシアネートとの混合物を中子
箱に入れ、「ドツグボーン」として知られている標準引
張ブリケットを作った。

作業時間は５分で、ストリップ時間は６分であった。

１時間、３時間および２４時間（−昼夜）後の引張強度
はそれぞれ８３ ｐ ｓ ｉ （５，８４に９／ｉ）、
１４５ｐｓｉ（７，６６ｋｙ／ｆｆ１）および２５３
ｐ ｓ ｉ （１７，７９に／ｆｆ１）であった。

この「ドツグボーン」中子を使用してアルミニウム鋳造
の場合についてシェイクアウト試験を行った。

７個の引張ブリケット（ドツグボーン）を鋳型内に配置
した。

この鋳型を湯口系に組合せた。この鋳型は金属の厚さが
すべての方向で約にインチ（６，３５１ｎｆｆｌ）であ
る中空鋳物を生成するように設計した。

鋳型の端部に開口を設けて鋳型から中子を取出せるよう
にした。

アルミニウムインコツトから作った約１３０００Ｆ（７
０４，４°Ｃ）の溶融アルミニウムを鋳型に注入した。

アルミニウム鋳物を約１時間冷却した後に湯口系から分
離し、鋳型から取出し、シェイクアウト試験を行った。

シェイクアウト試験は鋳物を１ガロン（３，７９１）容
器に入れて行った。

この容器をかきまぜ機構上に置き、５分間転がした。

このようにして鋳物から除去された砂中子の重量を砂中
子の最初の重量と比較し、シェイクアウトの割合（パー
セント）計算した。

上述のようにかきまぜた後に鋳物に残留する砂を掻取っ
て除去し、秤量した。

上述のポリオール−イソシアナト・ウレタン重合体結合
剤で結合した砂中子はシェイクアラ）７７％であること
が実測された。

例１１〜１３ 下記の成分および例１ ０に記載した方法を使用 して試験用中子作り、アルミニウム鋳物の場合について
下記の方法を使用してこれらの中子を試験した。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軽金属を鋳造する際に使用され、上記軽金属の鋳造
   後に崩壊する中子および鋳型を製造するのに有用な結合
   剤組成物において、 フェノール系ポリオールであるポリオール成分と、ポリ
   ヒドロキシ化合物とポリイソシアネートとの反応生成物
   であって上記ポリイソシアネートのＮＣＯ基のモル当量
   が上記ポリヒドロキシ化合物のＯＨ基のモル当量より大
   きいインシアナト・ウレタン重合体であるインシアネー
   ト成分と、硬化剤との混合物であることを特徴とする中
   子および鋳型用結合剤組成物。 ２ ポリオール成分が次の一般式： （式中のＲは水素原子またはフェノールの水酸基に対し
   てメタ位装置のフェノール系置換基、ＭおよびＮはこれ
   らの合計が２以上でＭ対Ｎの比が１以上である数、Ｘは
   水素原子またはメチロール基を示し、上記メチロール基
   対水素原子のモル比は１以上である）で表わされるフェ
   ノール樹脂である特許請求の範囲第１項記載の結合剤組
   成物。 ３ ポリイソシアネート成分がトリレンジイソシアネー
   トであ′る特許請求の範囲第１項記載の結合剤組成物。 ４ ポリヒドロキシ化合物がグリセリンである特許請求
   の範囲第１項記載の結合剤組成物。 ５ ポリヒドロキシ化合物がジエチレングリコールであ
   る特許請求の範囲第１項記載の結合剤組成物。 ６ ポリヒドロキシ化合物がトリメチロールプロパンで
   ある特許請求の範囲第１項記載の結合剤組成物。 ７ 硬化剤がウレタン触媒である特許請求の範囲第１項
   記載の結合剤組成物。 ８ 硬化剤が常温でガス状の第三アミンである特許請求
   の範囲第１項記載の結合剤組成物。 ９ 軽金属を鋳造する際に使用され、上記軽金属の鋳造
   後に崩壊する中子および鋳型を製造するに当り、 ａ）フェノール系ポリオールであるポリオール成分と、
   ポリヒドロキシ化合物とポリイソシアネートとの反応生
   成物であって上記ポリインシアネートのＮＣＯ基のモル
   当量が上記ポリヒドロキシ化合物のＯＨ基のモル当量よ
   り大きいイソシアナト・ウレタン重合体であるイソシア
   ナト※※ トｇ分との混合物である結合剤組成物を骨材
   上に骨材重量の１０％以下の結合量分布させることによ
   り中子および鋳型用混合物を生成し、ｂ）この中子およ
   び鋳型用混合物を所望の中子および鋳型の形状に成形し
   、 Ｃ）この成形した中子および鋳型用混合物と、常温でガ
   ス状である第三アミンとを、結合剤が硬化するまで接触
   させる ことを特徴とする中子および鋳型の製造方法。 １０ ポリイソシアネート成分がトリレンジイソシアネ
   ートである特許請求の範囲第９項記載の方法。 １１ ポリヒドロキシ化合物がグリセリンである特許
   請求の範囲第９項記載の方法。 １２ ポリヒドロキシ化合物がジエチレングリコールで
   ある特許請求の範囲第９項記載の方法。 １３ ポリヒドロキシ化合物がトリメチロールプロパン
   である特許請求の範囲第９項記載の方法。 １４ポリオ一ル成分が次の一般式： （式中のＲは水素原子またはフェノールの水酸基に対し
   てメタ位置のフェノール系置換基、ＭおよびＮはこれら
   の合計が２以上でＭ対Ｎの比が１以上である数、Ｘは水
   素原子またはメチロール基を示し、上記メチロール基対
   水素原子のモル比は１以上である）で表わされるフェノ
   ール樹脂である特許請求の範囲第９項記載の方法。 １５軽金属を鋳造する際に使用され、上記軽金属の鋳造
   後に崩壊する鋳型および中子を製造するに当り、 ａ） フェノール系ポリオールであるポリオール成分
   と、ポリヒドロキシ化合物とポリインシアネートとの反
   応生成物であって上記ポリイソシアネートのＮＣＯ基の
   モル当量が上記ポリヒドロキシ化合物のＯＨ基のモル当
   量より大きいインシアナト・ウレタン重合体であるイン
   シアネート成分と、硬化剤との混合物である結合剤組成
   物を骨材上に骨材重量の１０饅以下の結合量分布させる
   ことにより中子および鋳型用混合物を生成し、 ｂ）この中子および鋳型用混合物を所望の中子および鋳
   型の形状に成形し、 Ｃ）この成形した鋳型および中子を硬化させることを特
   徴とする鋳型および中子の製造方法。 １６ ポリインシアネート成分がトリレンジイソシアネ
   ートである特許請求の範囲第１５項記載の方法。 １７ ポリヒドロキシ化合物がグリセリンである特許
   請求の範囲第１５項記載の方法。 １８ ポリヒドロキシ化合物がジエチレングリコール
   である特許請求の範囲第１５項記載の方法。 １９ ポリヒドロキシ化合物がトリメチロールプロパン
   である特許請求の範囲第１５項記載の方法。 ２０ ポリオール成分が次の一般式： （式中のＲは水素原子またはフェノールの水酸基に対し
   てメタ位置のフェノール系置換基、ＭおよびＮはこれら
   の合計が２以上でＭ対Ｎの比が１以上である数、Ｘは水
   素原子またはメチロール基を示し、上記メチロール基対
   水素原子のモル比は１以上である）で表わされるフェノ
   ール樹脂である特許請求の範囲第１５項記載の方法。 ２１ 硬化剤がウレタン触媒である特許請求の範囲第
   １５項記載の方法。