JPS6011581B2 - 炭酸ガス硬化用鋳型粘結材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新規な鋳型の製造方法に用いられる炭酸ガス硬
化性銭型粘結材料に関する。

従来から水ガラス（珪酸ソーダ）を炭酸ガスで硬化させ
るものが広く使われている。

これは、加熱の必要がないこと、炭酸ガス吹き込み後、
直ちに抜型できるなどの利点をもっている。しかし、粘
結材料が無機物であるため燃焼性がなく鋳造後の鋳型の
崩壊性が悪く又多湿時には鋳型を放置することにより、
強度が低下するという欠点を有している。水ガラス一炭
酸ガス法の鋳型の崩壊性を改良するため、水ガラスにデ
キストリン、木材、合成樹脂などを添加した粘結材料が
提案されているが、これらはいずれも水ガラスの重合を
阻害し、粘結力を低下させ注湯後の鋳型の崩壊性改善を
鋳型強度を両立させるのに十分とは言えなかった。一方
有機物を粘縞材料としたものにフェノール樹脂を使用し
加熱して鋳型とするシェルモールド法鋳型や、フラン樹
脂を酸で硬化させる目硬性鋳型が知られており鋳型の崩
壊性は勝れているが、加熱を必要としたり、常温で固化
するまでに長時間かかるなどの欠点をもつている。

又、フェノール樹脂とィソシアネートを主粘給材とし、
アミンガスを吹き込むことにより室温で直ちに硬化抜型
できる鋳型用粘結材料が開発されたが使用するアミンガ
スの毒性や臭気の対策に問題がある。本発明は上記欠点
を改善する目的でなされたもので有機物を主要紙給材と
して用い取り扱いに安全な炭酸ガスを吹き込んで室温で
直ちに抜型でき注傷後の崩壊性が勝れかつ多湿時の鋳型
強度を改善した鋳型を与える鋳型用半占続材料を提供す
るものである。本発明は、ａ）フェノール性樹脂と、ｂ
）多価金属の水酸化物、酸化物、塩化物の１種又は混合
物と、ｃ）水と、ｄ）アルカリ金属の水酸化物と、ｅ）
ェポキシ化合物と、ｆ）必要に応じてアルコール類から
なる炭酸ガス硬化性鋳型材料に関し、これと耐火物粒子
からなる鋳型用組成物は取り扱いに安全な炭酸ガスを吹
き込んで硬化させることができ、室温は直ちに抜型でき
注湯後の鋳型の崩壊性に優れ、その上多湿時の鋳型強度
低下を改善した鋳型を製造することができる。

硬化の機構は炭酸ガスを吹き込むことによりフェノール
性樹脂又はその多価金属塩が新出して砂を固化させ、さ
らに鋳型を放置することによりフェノール性水酸基とェ
ポキシ化合物中のェポキシ基がバインダー中のアルカリ
金属の水酸化物の触媒作用により反応し鋳型強度を向上
させるためと考えられる。本発明で用いられるフェノー
ル性樹脂としてはいわゆるフェ／ールホルムアルデヒド
系樹脂だけでなくフェノール変性キシレン樹脂、フェノ
ール変性トルェン樹脂、カシュー樹脂、ＤＦＫ（頁岩油
）樹脂などその高分子骨格の中に多価金属と塩を形成し
、ェポキシ基と反応するフェノール性水酸基をもってい
る樹脂であればよい。

フェノール性樹脂としては多価金属塩の新出が容易なこ
とから好ましくはアルコール溶性フェノール性樹脂が用
いられる。

アルコール溶性フヱ／ール性樹脂とはフェノール性樹脂
を重量で１ぴ音量の水と２軍０で十分に婿拝した場合で
も、肉眼で判別できるにごりを生ずるような非水溶性の
樹脂をいう。すなわち水混和度１０以下の樹脂をいう。
そして樹脂中に一部水溶性樹脂を含んでいたとしても使
用される樹脂全体として上述の性質を有していれば良い
。又フェノール性樹脂はしゾール型、／ボラック型、Ｎ
メチレン型レゾール、ジメチレンェーテル製しゾール、
ホルマール型レゾール等樹脂の結合形成に関係なく本目
的に使用することができ、樹脂合成原料であるフェノー
ル類についてもフェノールだけでなくクレゾール、ブチ
ルフェノール、ビスフエノール、ノニルフエノール、力
テコ−ル、レゾルシノールなど使用することができる。

アルデヒド類についてもホルマリン、パラホルム、ヘキ
サミン、アセトアルデヒドなどが使用できる。多価金属
の水酸化物、酸化物、塩化物としてはＣａ，Ｍｇ，ＡＩ
，Ｚｎ，Ｂ８，Ｆ１，Ｎｊ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｓｎなどの水
酸化物、酸化物、塩化物が使用できるが、フェノール性
樹脂との反応性、水との親和性から好ましくはアルカリ
士金属の水酸化物、酸化物、塩化物の１種又は混合物が
用いられ特にＣａ，斑，Ｍｇの水酸化物、酸化物、塩化
物の１種又は混合物が好ましい。

配合量はアルコール溶性フェノール樹脂１０の重量部に
対し１０〜３０の重量部、好ましくは３０〜１５の重量
部用いられる。多量に用いると炭酸ガスによる硬化速度
は速くなるが鋳型のボロッキが激しく肌が悪くなる。小
量すぎると炭酸ガス硬化速度が遅くなる。水は多価金属
の水酸化物、酸化物、塩化物のイオン解離とフェノール
性水酸基との反応を起こさせるために必要であり、炭酸
ガス吹き込み時に、これらの多価金属の炭酸塩やフェノ
ール塩形成に伴なう粘結力の出現に必要なものである。

従って水の量は使用するアルコール溶性フェノール性樹
脂、多価金属の親水性によって異なってくるものである
が、一般に水の量が少なすぎると反応は起こりにくく、
多すぎると粘精力が不足する。アルコール溶性フェ／ー
ル性樹脂１０の重量部に対して５０〜５０の重量部、好
ましくは１００〜３０の重量部用いられる。アルカリ金
属は、フェノール性水酸基と親水性の塩をつくりアルコ
ール溶性フェノール性樹脂の多価金属塩の生成を客易し
更にェポキシ化合物との反応の触媒として働くものと考
えられる。

たとえば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リ
チウムの１種または混合物が用いられ、親水性の程度か
ら水酸化ナトリウムが好ましく、アルカリ金属の配合量
は、フェノール性樹脂１０の重量部に対して１〜１０の
重量部好ましくは１０〜６の重量部用いられる。多すぎ
ると炭酸ガス硬化速度が遅くなり少なすぎるとフルコー
ル溶性フェ／−ル樹脂の多価金属塩の生成を困難にし又
ェポキシ化合物との反応速度も遅くなる。ェボキシ化合
物は、フェノール性水酸基とェポキシ基が反応し分子量
が大きくなり疎水性が大となり鋳型強度を向上させるも
のである。ａ）アルコール溶性フェノール樹脂と、ｂ）
多価金属の水酸化物、酸化物、塩化物の１種又は混合物
と、ｃ）水と「 ｄ）アルカリ金属の水酸化物と、ｆ）
必要に応じてアルコール類からなる粘続材料は炭酸ガス
により硬化し鋳型用粘結材料として使用できるが、多湿
時には水ガラス‐炭酸ガス鋳型と同じように鋳型が低下
する欠点がある。この欠点を改善するためにェポキシ化
合物を入れることによりフェノール性水酸基とェポキシ
基が反応し、分子量が大きくなり疎水性が大となり多湿
時の鋳型強度の低下を防ぐものと考えられる。ここでい
うェポキシ化合物とは一般に分子内にェポキシ基を含む
化合物であり通常ェポキシ樹脂と称されるものすべてを
含み、ェポキシ当量及びグリシジルェーテル型、クリシ
ジルェステル型、脂環型等の樹脂構造に制限されない。

又樹脂の形状にも制限されない。一般には耐火物粒子に
対する被覆効果を大きくするため低粘性のものが好まし
く、更に好ましくは低分子化合物でェポキシ当量の小さ
なものがよい。又高粘性あるいは固型のものに溶剤を添
加してもよい。

この溶媒についてはェポキシ化合物を溶解するものであ
れば何でも良く、通常はアセトン、メチルエチルケトン
、シクｏヘキサノン等のケトン類、トルェン、シクロヘ
キサノンナフサ等が使用される。ェポキシ化合物の配合
量はアルコール溶性フェノール性樹脂１０の重量部に対
して０．１〜２０の重量部が好ましい。

多すぎると炭酸ガスによる硬化速度が遅くなり、少なす
ぎると効果がない。本発明の粘綾材料には必要に応じて
アルコール類を配合することができる。

アルコール類としては低級一価アルコールと多価アルコ
ールが使用できる。

低級一価アルコールは炭酸ガスを通気した時に生成する
フェノール性樹脂の多価金属塩が不溶折出するのを促進
し、粘結力を向上させる効果がある。又多価アルコール
は多価金属の水酸イ幻物、酸化物、塩化物の１種又は混
合物の溶解度を高めフェノール性樹脂の多価金属塩の生
成を促進し炭酸ガス通気直後の鋳型強度を高める効果が
ある。アルコールとしては、メタノール、エタノール、
ｎ−ブロピルアルコ−ル、インプロピルアルコール、ｔ
−ブチルアルコール、エチレングリコール、ブロピレン
グリコール、グリセリン、ジヱチレングリコール、ジプ
ロピレングリコール、トリメチロールプロパン、トリメ
チロールエタン、ソルビツト、マンニツト、ズルシッド
等の一種又は混合物が用いられ、その使用量はアルコー
ル溶性フェノール樹脂１０の重量部に対して３０匹重量
部以下が好ましい。多すぎると鋳型の内部硬化が悪くな
る欠点がある。本発明に用いられる耐火物粒子は鋳型の
製造に通常用いられるものなら使用できる。

たとえばシリカ砂、ジルコン砂、オリビン砂、クロマイ
ト砂等が用いられる。又グラフアィト粉、コールダスト
等の添加物を鋳型用組成物に添加することも可能である
。

粘結材料の耐火物粒子への混合方法は特に規定するもの
ではないが、混合機としてはスピードミキサー、連続ミ
キサー、マーラなど遠練性のあるものが好ましい。本発
明による粕結材料を耐火物粒子に添加混練した鋳型用組
成物は密閉容器に保存することが好ましいが、好ましく
は混合後なるべく速やかに使用する。

硬化に使用する炭酸ガスについては必ずしも１００％Ｃ
０２である必要はなく炭酸ガスを含む気体であればよく
、樹脂その他を配合した耐火物粒子を型込めした際にそ
の粒子間を通過するのに必要な圧力、流速をもった炭酸
ガスであればよい。

炭酸ガスの量は鋳型が硬化し木型等のパターンから抜型
できる強度に達するまで吹き込めば良い。通常なガス圧
０．１〜５．０ｋ９／めで３〜１２現砂あれば良く、鋳
型の大きさ、耐火物粒子の通気性によって異ってくる。
本発明による粘結材料は耐火物粒子に添加混合して鋳型
用組成物として使用される。

耐火物粒子への添加混合は均一に混合されていることが
好ましく、耐火物粒子に均等に被覆されていることが更
に好ましい。粘結材料の使用量は耐火物粒子１０の重量
部に対して好ましくは０．５〜２の重量部さらに好まし
くは１〜１の重量部用いられる。耐火物粒子への添加方
法は特に規定するものではないが、粕結材料の各成分の
一部または全部をあらかじめ混合することも、水、アル
コール類に溶かして溶液水、乳イ劫伏、懸濁状として添
加し砧結材料とすることができる。好ましくはあらかじ
めアルコール溶性フェノール性樹脂のアルカリ金属水溶
液と必要に応じてアルコール類の混合物の混合溶液をつ
くっておき、耐火物粒子にこれとェポキシ化合物と多価
金属の水酸化物、酸化物塩化物の１極又は混合物を混合
して鋳型用組成物とする。以下本発明の実施例を示す。
実施例 １ アルコール溶性フェノール性樹脂‘ａ｝の製造法冷却器
、渡梓装置を備えた四つ口フラスコにフェノール９４０
夕、３７％ホルムアルデヒド水溶液１０５０夕、ヘキサ
メチレンテトラミン４２夕を入れ９０℃で水ｒ反応させ
た後、脱水濃縮し３０『０で１００ポイズのレゾール型
フェノール樹脂【ａ’を得た。

この樹脂風を重量で１針音量の水と２６０で十分に鷹拝
すると肉眼で判別できるにごりを生じた。鋳型用粘結材
料配合砂の製造法 遠州鉄工製スピードミキサーを用し、珪砂（遠州水洗砂
）５ｋｇに対して上記で得たアルコール溶性フェノール
性樹脂｛ａ’８０夕と水１００夕と水酸化ナトリウム２
０夕とメタノール６０夕よりなる樹脂溶液とェピコート
８２８（油化シェルェポキシ社製、ェポキシ当量１８４
〜１９４分子量約３８０ビスフェノールＡ型ェポキシ樹
脂）３０夕と水酸化カルシウム１００夕を添加し２分間
混合し粘結材料配合砂を得た。

圧縮強度測定用試験片の製造法得られた粘結材料配合砂
１５５夕を５００の木型でランマーを用いてつき固め高
さ５仇舷×５００の試験片を成型し炭酸ガスをガス圧２
０ｋ９／地、流量２５そ／ｍｉｎで１項砂吹き込み、型
からとり出して圧縮強度試験片とした。

この試験片を用いて抜型直後の圧縮強度、２５℃、６靴
Ｈ％の雰囲気中に２球ｒ放置後の圧縮強度および抜型後
すぐ２５℃、水張りデシケータ中に２仇ｒ放置後の圧縮
強度を測定した。

表−１に試験片の測定値を示した。実施例 ２ アルコール溶性フェノール性樹脂は実施例１で得られた
樹脂｛ａーを用いた。

粘結材料配合砂は珪砂（遠州水洗砂）５ｋ９に対して上
記で得たアルコール溶性フェノール性樹脂‘ａ｝６０夕
と水１００夕と水酸化ナトリウム２０夕とグリセリン６
０夕よりなる樹脂溶液とェピコート１００１（油化シェ
ルェポキシ社製、融点６８℃ェポキシ当量４５０〜５０
止分子量約９００のェポキシ樹脂）４０夕をメチルエチ
ルケトン２０のこ溶解させた樹脂溶液６０夕と水酸化カ
ルシウム１００夕を添加し２分間混合し得た。

実施例１と同じ方法で試験片を作成し測定結果を表−１
に示した。比較例 １ アルコール溶性フェノール性樹脂は実施例１で得られた
樹脂‘ａ）を用いた。

粘結材料配合砂は実施例１と同じ方法でェピコート８２
８を添加しないで得た。

実施例１と同じ方法で試験片を作成し測定結果を表一１
に示した。比較例 ２遠州鉄工製スピードミキサーを用
し、珪砂（遠州水洗砂）５ｋ９に対して、水ガラス（サ
ンドセット３号）２５０夕を添加し、３分間混合し粘続
材料配合砂を得た。

実施例１と同じ方法で試験片を作成し、測定結果を表−
１に示した。表−１測定結果 注・）ＢＸ公は多湿時の鋳型強度低下の評価方法とした
。

注２）実施例１，２比較例１，２で用いた粘結材料配合
砂で中子をつくり鋳鉄を鋳込んだ後の鋳型の崩壊性を観
察した。実施例に示した表−１より明らかなように、ａ
）フェノール性樹脂と、ｂ）多価金属の水酸化物、酸化
物、塩化物の１種又は混合物と、ｃ）水と、ｄ）アルカ
リ金属の水酸化物と、ｅ）ェポキシ化合物と、ｆ）必要
に応じてアルコール類からなる炭酸ガス硬化性粘結材料
を用いることにより多湿時の強度低下を改善し、かつ鋳
込み後の鋳型の崩壊性の優れた粘結材料が得られた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ａ）フエノール性樹脂と、ｂ）多価金属の水酸化物
   、酸化物、塩化物の１種又は混合物と、ｃ）水と、ｄ）
   アルカリ金属の水酸化物と、ｅ）エポキシ化合物と、ｆ
   ）必要に応じてアルコール類からなる炭酸ガス硬化性鋳
   型粘結材料。 ２ 多価金属の水酸化物、酸化物、塩化物の１種又は混
   合物がアルカリ土金属の水酸化物、酸化物、塩化物の１
   種又は混合物である特許請求の範囲第１項記載の炭酸ガ
   ス硬化性鋳型粘結材料。 ３ アルカリ土金属の水酸化物が水酸化カルシウムであ
   る特許請求の範囲第２項記載の炭酸ガス硬化性鋳型粘結
   材料。 ４ アルカリ金属の水酸化物が水酸化ナトリウムである
   特許請求の範囲第１項記載の炭酸ガス硬化性鋳型粘結材
   料。