JPS61144235A - 鋳物砂用粘結剤 - 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、鋳型又は中子の製造に用いる鋳物砂用粘結剤
に関するものである。

（従来の技術） 従来の鋳型及び中子に関しては、合金の種類を問わず鋳
物砂用粘結剤としては、例えば■工業調査会発行の「プ
ラスチック技術全書１５」に記載されているように、フ
ェノール樹脂を使用したシェルモールド法がその造型法
として広く使用されている。特に中子においては、生産
性、寸法精度が優れているために、はとんどがシェルモ
ールド法で製造され重用されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このシェルモールド法においては、アル
ミニウムのような低融点の軽合金鋳物の鋳型、特に中子
に使用した場合、溶湯熱でフェノール樹脂の一部が熱変
化をおこし、極めて強固な炭化構造に変化するために中
子の残留強度が高く、鋳込み後、鋳物ごと約５００℃の
ような高温で長時間（５〜１０時間）の加熱を行なって
黒鉛構造となっている結合剤の残金を燃焼せしめて排出
しており、多大なエネルギーの消費を必要とするという
欠点を有する。そのため容易に熱分解する高崩壊性シェ
ルモールド法粘結剤の開発が望まれている。

一方、この炭化構造を形成するのは、フェノール樹脂の
ベンゼン環に起因するという研究結果に基づいて、ベン
ゼン環を含まない熱硬化性樹脂の探索が行われているが
、耐熱性が充分でなく温時強度が低く又樹脂の熱分解性
が良すぎるため鋳型にガス欠陥ができ易く鋳型の成形歩
留りが非常に悪い等の問題点があった。

さらに一方では近年上述のシェルモールド法による鋳型
又は中子の造形が加熱を必要とする点に着目して省エネ
ルギー化という立場で常温で硬化させる方法が研究され
ており、フェノール樹脂組成物とイソシアネート化合物
を組合せたいわゆるコールドボックス法が開発されてい
るが、本質的にフェノール樹脂を使用するため鋳込み後
の鋳型又は中子の崩壊性が悪く、未だ満足すべきものは
開発されていないのが現状である。

かかる現況下で崩壊性を改善するために、無機発泡剤を
樹脂によりマイクロカプセル化したものをフェノール樹
脂被覆砂にコートした鋳物砂が特開昭５９−７０４３８
号公報で提案されている。しかしこのような樹脂被覆砂
では該公報にも記載されているように無機発泡剤に比し
これを被覆する樹脂の熱分解がおそいため、中子の崩壊
前に発泡剤の熱分解により発生するガスの一部分は砂粒
間を通して樹脂を破壊せずに逃散するため尚崩壊性の改
善を必要とする問題点が残る。

（問題点を解決するための手段） 本発明者は、上記の点に注目し鋭意検討した結果、鋳型
、特に中子を作るための粘結剤として１分子中にメチロ
ール基を有する縮合性反応化合物に常温で固体でかつ分
解点が１３０〜４００℃の化合物を表面にコーティング
した水酸化カルシウムを添加して成る粘結剤が イ、鋳型を形成した場合に充分な強度を有すること ロ、アルミニウム合金のような比較的低融点の鋳造にお
いても鋳型の崩壊性がよいことの条件を満足することを
確かめた。

従って本発明の鋳物砂用粘結剤は、１分子中にメチロー
ル基を有する縮合反応性化合物（＾）１００重量部に常
温で固体でかつ分解点が１３０℃〜４００℃の化合物（
Ｂ）を表面にコーティングした水酸化カルシウム（Ｃ）
を０．５〜３５重量部添加したことを特徴とする。

本発明に用いる１分子中にメチロ−゛ル基を有する化合
物とはフェノールホルムアルデヒド樹脂、フラン樹脂（
フルフリルアルコール・フルフラール共縮合樹脂、フル
フリルアルコール樹脂、フルフラール・フェノール共縮
合樹脂、フルフラールケトン共縮合樹脂、フルフリルア
ルコール・ホルムアルデヒド・樹脂、フルフリルアルコ
ール・尿素・ホルムアルデヒド樹脂、フルフリルアルコ
ールフェノール・尿素・ホルムアルデヒド樹脂、フルフ
リルアルコール・フェノール・ホルムアルデヒド樹脂）
、メラミン・ホルムアルデヒド樹脂、尿素・ホルムアル
デヒド樹脂、レゾルシノール・ホルムアルデヒド樹脂等
がある。フェノールホルムアルデヒド樹脂はフェノール
とホルムアルデヒドを酸又はアルカリの存在下で縮合さ
せて得られる熱硬化性樹脂で、酸を縮合剤としたものを
ノボラック型、アルカリを縮合剤としたものをレゾール
型と称する。

ノボラック型フェノール樹脂は加熱しても硬化しにくく
、一般にヘキサメチレンテトラミン等の硬化剤を必要と
する。レゾール型フェノール樹脂は加熱のみで硬化する
。又ノボラック型フェノール樹脂と、レゾール型フェノ
ール樹脂の混合物は硬化剤を必ずしも必要とせず、加熱
により硬化さ　〜せることができる。

一方、本発明で用いる常温で固体でかつ分解点１３０℃
〜４００℃の化合物（Ｂ）としては不飽和ポリエステル
、アクリル樹脂、トリスヒドロキシエチルイソシアヌレ
ート、α−メチルスチレン樹脂等がある。

化合物（Ｂ）は常温で液体であると、コーテツドサンド
を作成する際にコーティングされた砂がブロッキングす
るため中子成形体の砂づまりが悪く、常温強度、温時強
度とも低下する。又、分解点が１３０℃未満であると、
中子砂作製時（１３０ｔ〜１４０”Ｃ）にコーティング
化合物が分解するため中の水酸化カルシウムが活性にな
り樹脂のゲル化を促進させ、中子砂成形体の常温強度が
低下してしまう。一方、分解点が４００℃より高いとア
ルミニウム鋳込み時（４００℃〜５００℃）にコーティ
ング化合物が分解しにくいため、水酸化カルシウムが活
性になりにくり、樹脂の劣化を促進させず、中子砂の排
砂性の低下を招く。以上のことより、水酸化カルシウム
表面にコーティングする化合物（Ｂ）は常温で固体でか
つ分解点が１３０℃以上で４００℃以下でなければなら
ない。

水酸化カルシウムは一般に消石灰とよばれ酸化カルシウ
ムと水を反応させるか又はカルシウム塩水溶液に水酸化
アルカリを加えることによって得られる。

化合物（Ｂ）を表面にコーティングした水酸化カルシウ
ム（Ｃ）の添加量は多い程排砂性が向上するが、あまり
多いと縮合反応性化合物（＾）の硬化阻害を起こすため
、排砂性と中子強度のバランスを考えて０．５重量部〜
３５重量部とする。

次いで本発明の鋳物砂用粘結剤をつくる場合の水酸化カ
ルシウム（Ｃ）の表面への化合物（Ｂ）のコーティング
率は、水酸化カルシウム１００重量部に対して５重量部
以上が良い。コーティングが５重量部未満であると、表
面被覆が不均一であり、水酸化カルシウムを十分に被覆
することができず、中子の常温強度が低下してしまう。

又、コーテイング量が多いと、アルミニウム湯を鋳込ん
だ際に十分に分解せず水酸化カルシウムの活性が現われ
ていないので、排砂性が低下する。従ってコーティング
率は５重量部〜５０重量部がより好ましい。

コーティング方法は、コーティングする化合物（Ａ）を
溶媒に溶解し、水酸化カルシウムに均一にコートする湿
式法や化合物（Ｂ）を溶融して直接水酸化カルシウムに
コートする乾式法等があるが、水酸化カルシウム表面に
均一にコーティングできれば方法は問わない。

（作　用） 次に前記縮合反応性化合物（Ａ）としてフェノール樹脂
を例にとって作用を説明する。

一般にフェノール樹脂は、１５０〜２００℃にて硬化し
、三次元架橋をすることにより強固な樹脂を形成する。

さらに加熱すると、反応が進み強度が高くなるが３００
℃付近で強度のピークに達し、その後は樹脂が熱劣化す
ることにより強度が低下し６００℃付近で最ももろくな
る。又さらに６００°Ｃ以上から樹脂の炭素化、黒鉛化
が進み再び強度が増大すると言われている。

水酸化カルシウムはＰ　Ｈ１２〜１４でアルカリ性を示
すため、フェノール樹脂に添加すると硬化さらに劣化を
促進するため中子成形時（２００℃）の温時強度は増大
し、アルミニウム注湯時（４５０℃〜５００℃）では樹
脂の劣化が起こり最ももろい状態になるため排砂性が向
上すると考えられる。

しかし以上に示した水酸化カルシウムを添加してなるフ
ェノール樹脂鋳物砂を作るには、砂をミキサーで攪拌し
、１４０℃になった時点で樹脂を投入し、その後連続し
て水酸化カルシウム粉末を添加させるが、温度が高いた
め砂の表面にコーティングされている樹脂が水酸化カル
シウムのＰＨにより部分的に硬化が進みゲル化してしま
う。従って鋳物砂を焼成し中子成形体を作る場合砂粒間
の樹脂の融着が不完全であるため、中子成形体の常温強
度が弱く、中子取板を十分慎重にしないと中子折れが発
生してしまい、生産歩留まりに支障をきたしてしまうと
いう問題が発生した。しかるに本発明の方法において水
酸化カルシウムの表面を常温で固体でかつ分解点１３０
℃〜４００℃の化合物にてコーティングしたものを前記
縮合反応性化合物に加えることにより、水酸化カルシウ
ムを添加してなるフェノール樹脂鋳物砂に付随する前記
問題点が解決され、常温強度が強くかつ排砂性が良好な
鋳物砂用粘結剤を得られる。

本発明の鋳物砂川粘結剤を使用して樹脂被覆砂を製造す
るにあたり、通常充分に予熱された珪砂に本発明の粘結
剤を添加混合して、砂表面に粘結剤を融着させる方法が
取られる。又鋳型を作成するには、鋳型の寸法形状及び
粘結剤の主剤であるメチロールを有する縮合反応性化合
物の種類によりあらかじめ１５０℃〜３００℃に予熱し
た金型に鋳物砂を入れ１０〜１８秒保持焼成する。又は
有機酸や無機酸を用いて常温で固化させる方法もある。

（実施例） 次にこの発明を実施例、比較例および試験例により説明
する。

実施例１ 日産化学■製、トリスヒドロキシエチルイソシアヌレー
ト（Ｔ）ＩＥＩＣ）　５ｇとメタノール１５０ｃｃを１
１フラスコに入れ４０℃に加熱し溶解された。

上記、溶液に市販の水酸化カルシウム１００ｇを添加し
、エバポレータにて攪拌しつつメタノールを減圧除去し
た。メタノール除去後、表面コーティングされた水酸化
カルシウムを真空乾燥させ、ＴＨＥＩＣ１０％コーティ
ングした水酸化カルシウム（Ｃ）を得た。

市販のノボラック型フェノール樹脂（群栄化学■製、商
品番号５Ｐ１６４０）を粉砕し粉末状にし、次いで回転
中のミキサに１３０℃で予熱したケイ砂（商品名　日光
珪砂６号）４ｋｇを入れ直ちに前記粉末状のボラックフ
ェノール樹脂８０　ｇ　（！：ＴＨＥＩＣコーティング
水酸化カルシウム（Ｃ）　０．４ｇ　（樹脂１００重量
部に対して０．５重量部に相当）の混合物を投入し攪拌
した。

珪砂の温度が１１０℃になった時点で１２ｇのへキサメ
チレンテトラミンを２０重重量濃度の水溶液で加え、樹
脂が固化しはじめ砂がブロッキング状態になった時点で
ステアリン酸カルシウム４．０ｇを投入し、外観上乾燥
状態になるまで攪拌して実施例１の樹脂被覆砂を作成し
た。このとき攪拌終了時点では砂の温度は樹脂の軟化点
以下に下がった。

以下同様にＴＨＥＩＣ５重量％コーティング水酸化カル
シウム２．４ｇ（３重量部）、４．０ｇ（５重量部）、
８．０ｇ（１０重量部）、１２．０ｇ（１５重量部）＋
　１６．０ｇ（２０重量部）。

２４．０ｇ（３０重量部）、２８．０ｇ（３５重量部）
を加えた樹脂被覆砂７種類を作成した。

大施勇主 市販のレゾール型フェノール樹脂（群栄化学■製、商品
番号ＰＳ２１７６）を粉砕し粉末状にし、次いで回転中
のミキサーに１４０℃に予熱した珪砂（商品名　日光珪
砂６号）６ｋｇを入れ、直ちに前記粉末状のレゾール型
フェノール樹脂１２０ｇをＴＨＥＩＣコーティング水酸
化カルシウム（Ｃ）を０．６ｇ　（樹脂１００重量部に
対し０．５′重量部に相当）の混合物を投入し攪拌した
。

樹脂が固化しはじめ砂がプロ７キング状態になった時点
でステアリン酸カルシウム４．０ｇを投入し実施例２の
樹脂被覆砂を得た。

以下同様にＴＨＥＩＣ５重量％コーティング水酸化カル
シウム３．６ｇ（３重量部）、６．０ｇ（５重量部）、
１２．０ｇ（１０重量部）、１８．０ｇ（１５重量部）
、２４．０ｇ（２０重量部）。

３６．０ｇ（３０重量部）　、　４２．０ｇ　（３５重
量部）を加えた樹脂被覆砂７種類を作成した。

大１皿主 市販のノボラック型フェノールとレゾール型フェノール
樹脂の混合体（群栄化学■製、商品番号ＰＳ　−２１７
８＞を粉砕し粉末状にした。次いで回転中のミキサーに
１４０℃に予熱した珪砂（商品名　日光珪砂６号）６ｋ
ｇを入れ、直ちに粉末状のフェノール樹脂混合体９０ｇ
と、ＴＨＥＩＣ５重量％コーティング水酸化カルシウム
（Ｃ）を０．６ｇ投入し攪拌した。

樹脂が固化しはじめ砂がブロッキング状態になった時点
でステアリン酸カルシウム４．５ｇを投入し、外観上乾
燥状態になるまで攪拌して実施例３の樹脂被覆砂を得た
。

以下同様にＴＨＥＩＣ５重量％コーティング水酸化カル
シウムを２．７ｇ（３重量部）、４．５ｇ（５重量部）
、９．０ｇ（１０重量部ＬＬ３．５ｇ（１５重量部）、
　１８．０ｇ（２０重量部）。

２７．０ｇ（３０重量部）、３１．５ｇ（３５重量部）
加えた樹脂被覆砂７種類を作成した。

実施例４ 市販のＴＨＥＩＣ１０ｇとメタノールＬＯＯｇを１！フ
ラスコに入れ４０℃に加熱し溶解させた。生成した溶液
に市販の水酸化カルシウム１００ｇを添加し、エバポレ
ータにて攪拌しつつメタノールを除去した。

メタノール除去後、表面コーティングされた水酸化カル
シウムを真空乾燥させ、ＴＨＥＩＣ１０重量％コーティ
ング水酸化カルシウム（Ｃ）を得た。

市販のノボラック型フェノールとレゾール型フェノール
樹脂の混合体（群栄化学■製、商品番号ＰＳ　−２１７
８）を粉砕し粉末状にした。次いで回転中のミキサーに
１４０℃に予熱した珪砂（商品名　日光珪砂６号）６ｋ
ｇを入れ直ちに粉末状のフェノール樹脂混合体９０ｇと
ＴＨＥＩＣ１０重量％コーティング水酸化カルシウム９
ｇを投入し攪拌した。樹脂が固化しはじめ砂がブロッキ
ング状態になった時点でステアリン酸カルシウム４．５
ｇを投入し外観上乾燥状態になるまで攪拌して実施例４
の樹脂被覆砂を得た。

以下同様に水酸化カルシウム表面にコーティングするＴ
）ＩＥＩＣの重量を２０ｇ　（２０重量部）　、　３０
ｇ　（３０重量部）　、　４０ｇ　（４０重量部）　、
　５０ｇ　（５０重量部）としてＴＨＥＩＣコーティン
グ水酸化カルシウム４種類を作成し、ボラック型フェノ
ールとレゾール型フェノール樹脂の混合体に対して１０
重量％加えた樹脂被覆砂を４種類作成した。

大嵐炭】 三菱レイヨン製、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭ
Ａ）　１０　ｇとアセトン１００ｃｃを５００ｃｃフラ
スコに入れ、４０℃に加熱し溶解させた。生成した溶液
に市販の水酸化カルシウム１００ｇを添加し均一にコー
ティングされるまで攪拌し、エバポレータにてアセトン
を減圧除去した。

アセトン除去後、表面コーティングされた水酸化カルシ
ウムを真空乾燥させ、ＰＭＭＡＩＯ％コーティングした
水酸化カルシウム（Ｃ）を得た。

上記コーティング水酸化カルシウムを実施例４に準じノ
ボラック型フェノール樹脂と、レゾール型フェノール樹
脂の混合体に１０重量％加え、実施例５の樹脂被覆砂を
得た。

実施例６ アモコケミカル■製、α−メチルスチレン樹脂１０ｇと
、トルエン１００ｇを５００ｃｃフラスコに入れ溶解さ
せた。生成した上記溶液に市販の水酸化カルシウム１０
０ｇを添加し、エバポレータにて攪拌しつつトルエンを
除去した。

トルエン除去後、表面コーティングされた水酸化カルシ
ウムを真空乾燥させα−メチルスチレン樹脂１０重量％
コーティング水酸化カルシウムを得た。

上記コーティング水酸化カルシウムを実施例４に準じ、
ノボラック型フェノール樹脂と、レゾール型フェノール
樹脂の混合体に１０重量％加え実施例６の樹脂被覆砂を
得た。

大施五工 三井東圧■製、不飽和ポリエステルＬｏｇを２００ｃｃ
　　　　　　　＋フラスコに入れ、１００℃に加熱攪拌
し溶融させた。

上記フラスコ中に市販の水酸化カルシウム１００ｇを添
加し均一にコーティングされるまで攪拌した。

水酸化カルシウムが均一にコーティングされたら室温ま
で冷却し不飽和ポリエステル１０重量％コーティング水
酸化カルシウム（Ｃ）を得た。

上記コーティング水酸化カルシウムを実施例４に準じノ
ボラック型フェノール樹脂と、レゾール型フェノール樹
脂の混合体に１０重量％加え実施例７の樹脂被覆砂を得
た。

ル較炎土 実施例１において、ＴＨＥＩＣコーティング水酸化カル
シウムの添加量を無添加、３２ｇ　（４０重量部）とし
た点のみを異にした比較例１の樹脂被覆砂を２種類作成
した。

比較斑主 実施例２において、ＴＨＥＩＣコーティング水酸化カル
シウムの添加量を無添加、４８ｇ　（４０重量部）とし
た点のみを異にした比較例２の樹脂被覆砂を２種類作成
した。

炊較■主 実施例３において、ＴＨＥＩＣコーティング水酸化カル
シウムの添加量を無添加、３６ｇ　（４０重量部）とし
た点のみを異にした比較例３の樹脂被覆砂を２種類作成
した。

比較例４ 実施例３において、水酸化カルシウムの表面をＴＩ（Ｅ
ＩＣコーティングせずにノボラック型フェノール樹脂と
、レゾール型フェノール樹脂の混合体に１０重量％加え
比較例４の樹脂被覆砂を作成した。

試験例１ 実施例１〜７、比較例１〜４で作成した樹脂被覆砂を２
３０℃で７０秒焼成し試験片を作成し、その焼成温度に
おいて、シェル砂高温抗張力試験機を用いて強度試験を
行なった。

試験例２ 実施例１〜７、比較例１〜４で作成した樹脂被覆砂を２
３０℃で７０秒焼成し試験片を作成し、常温まで冷却し
た後、常温においてシェル砂抗張力試験機を用いて強度
試験を行なった。

試験例３ 実施例１〜７、比較例１〜４で作成した樹脂被覆砂を２
００℃以上に加熱した金型に流し込み２５０°Ｃで５分
間保持し、５０　Ｘ　５０　Ｘ　２０　（ｍｍ）の試験
片を作成した。この試験片を１７０　Ｘ　１２５　（ｍ
ｍ）の寸法のアルミニウム箔につつみ５００℃の炉に入
し、２１．５分後に炉から取り出し冷却した。

この加熱処理は、樹脂被覆砂から実際鋳型を作成した場
合に通常では一番崩壊性の悪い状態に相当する加熱条件
である。

このような加熱処理をした試験片をロータツブ形ふるい
分は装置を用いてロータツブ試験と砂落ち量の関係を測
定した。ここでの砂落ち量はメツシュの金銅を通過した
砂のみを対象にした。

ここでいうロータツブ形ふるい分は装置はＪＩＳＺ２６
０２の粒度試験方法に用いる装置で＃４メツシュのふる
いに前記試験片を入れて、下に受皿を配し、１分間ふる
い分けを行なった。その結果、試験片の重量に対する受
皿に落ちた砂の重量パーセントをもって崩壊性とした。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明の鋳物砂用粘結剤は、
１分子中にメチロール基を有する縮合反応性化合物に常
温で固体でかつ分解点が１３０℃〜４００℃の化合物を
前記特定割合で表面にコーティングした水酸化カルシウ
ムを特定量添加した構成としたことにより、温時強度と
常温時強度が大であり、更に同時に崩壊性が大で中子成
形歩留りが著しく向上するという効果が得られる。

−９９１’、−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、１分子中にメチロール基を有する縮合反応性化合物
   （Ａ）１００重量部に常温で固体で、かつ分解点が１３
   ０℃〜４００℃の化合物（Ｂ）を表面にコーティングし
   た水酸化カルシウム（Ｃ）を０．５〜３５重量部添加し
   たことを特徴とする鋳物砂用粘結剤。