JPS6234646A - 鋳物砂成型用バインダ− - 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］ 本発明は鋳物砂成型用バインダーに関する。更に詳しく
は、ブタジェン／無水マレイン酸共重合体の加水分解物
またはその部分中和物（Ａ）とポリビニルアルコール（
Ｂ）よりなる組成物で、その成分の比が（Ａ）／（Ｂ）
　−３／９７〜９７／３　　（重量比）のものよりなる
鋳物砂成型用パイ、ンダ７に関する。

［従来の技術とその問題点］ 従来、鋳物砂のバインダー（粘結剤）としては、主とし
て水ガラスなど無機系のもの、フラン樹脂、フェノール
樹脂等有機系のもの、あるいは水ガラスと有機エステル
など無機−有機混合物などが知られているが、これらの
各種のバインダーには、それぞれ一長一短がある。

たとえば水ガラスを用いた場合、使用済みの砂型を廃棄
すると、砂の表面に固着している水ガラスがアルカ１う
性のため、廃棄周辺の土壌を汚染することがある。この
ような公害上の問題から、水ガラスに代わる鋳物砂成型
用バインダーの開発が要望されている。

その一つの解決策として、自硬性のフラン樹脂あるいは
フェノール樹脂を原料とするｆＪ機バインダーが注目さ
れている。これらの有機バインダーは使用袋に砂を粉砕
、摩擦、あるいは燃焼することにより、有機バインダー
が除去されるので、鋳物砂ち再利用できて有利である。

しかしながら、粉砕、摩擦などによる操作は面倒であり
、また燃焼時には悪臭を発するなどの欠点がある。さら
に鋳物砂の性質、含水量、温度、湿度、硬化剤として使
用する酸の種類、その濃度などの要因により、バインダ
ーの便化速度、砂型の機械的強度が著しく異なり、取扱
いが困難である。またバインダーの原料は、保存中に漸
次重合がは進するので、製造Ｉ！！１年以内に消費しな
ｔプればならないという欠点があった。

イノｎバインダーとしてこのほかに、イソブプレンなど
のα−オレフィンと無水マレイン酸との共重合体ら提案
されている。このような無水マレイン酸などを用いた水
溶性ポリマーは、上述の欠点を解消するだりでなく、鋳
物砂再生の容易さ、種々の他種ポリマーとの重合の容易
さなどの点から有望視されている。しかしながら、上記
の共重合体からなるバインダーでは、大きな強度を有す
る砂う翳ま得られず、高品質・高精度の鋳物が要求され
ている現在、中型や大型の砂型、および高精度を要求さ
れる鋳物用の砂型には、上述の欠点の改良を望みつつ、
あえてフラン樹脂等の自硬性の右。

機バインダーが用いられているのが現状である。

Ｅ問題点を解決するための手段］ 本発明の目的は、上述した従来提案の鋳物砂成型用バイ
ンダーの欠点を解消することにある。りなわら本発明は
、従来提案されてきた無水マレイン酸系共重合体などか
らなる有機バインダーの長所を兼ねそなえ、ざらに本発
明のバインダーを用いて製造された砂型は、すぐれた乾
燥強度を有し、高品質・高精度の鋳物の製造に使用でき
る。

以下に本発明を更に詳しく説明する。

本発明は、ブタジェン／無水マレイン酸共重合体の加水
分解物またはその部分中和物（Ａ）と、ポリビニルアル
コール（Ｂ）よりなる組成物で、その成分の比が（Ａ）
／（Ｂ）　−３／９７〜９７／３　　（重量比）のもの
よりなる鋳物砂成型用バインダーに関するものである。

本発明におけるブタジェン／無水マレイン酸共重合体は
、無水マレインＰａ単位をほぼ５ｏ七ル％有するもので
あって、その製造は、たとえばアセトン、メチルエチル
ケトン、シクロヘキサノンなどのケｌ〜ン類や、テトラ
じドロフラン、ジオキサン、ジメヂルホルムアミド等の
極性溶媒、ベンピン等の非極性溶媒、またはこれらの重
合物等の溶媒中で、ブタジェンと無水マレイン酸とを、
過酸化ベンゾイルやアゾビスイソブチロニトリル等のラ
ジカル重合開始剤を用いて、溶液重合、スラリー重合な
どの方法により共重合させることにより行なわれる。反
応終了後、溶媒を除去すれば共重合体が１７られる。本
発明におけるブタジェン／無水マレイン酸共重合体の分
子量は、通常３，０００〜３００、０００程度である。

この共重合体を水に溶解させると、酸無水基が開裂して
カルボキシル基となり、加水分解物が得られる。溶液１
合侵、スチームストリッピングにより溶媒を除去すると
すれば、加水分解物が水溶液として同時に得られる。

また本発明では、上記加水分解物の代わりに、たとえば
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウ
ム、酸化マグネシウムなどのアルカリもしくはアルカリ
土類金属の酸化物または水酸化物等アルカリ性を示す金
属化合物、あるいはアミン、アンモニアなどの塩基性有
機化合物などの塩基で上記加水分解物中のカルボキシル
基の一部を中和した部分中和物を用いることもできる。

部分中和物の中和度は、経済性、砂型の乾燥強度などの
面から、なるべく小さい方が好ましい。

本発明のバインダーの一成分として用いるポリビニルア
ルコールの製造は、たとえばアセトン、ベンピン、ジオ
キサンなどの有機溶媒中で、酢酸ビニルを、アゾビスイ
ソブチロニトリルなどの重合開始剤により重合させて、
得られたポリ酢酸ビニルをけん化するなどして得られる
。本発明のポリビニルアルコールは、通常、けん化度５
０モル％以上、平均重合ｆｉ　１００〜２．　Ｇｏｏ程
度である。

また本発明におけるブタジェン／無水マレイン酸共重合
体の加水分解物またはその部分中和物（Ａ）とポリビニ
ルアルコール（Ｂ）よりなる組成物は、その成分の比が
（Ａ）／（Ｂ）　−３／９７〜９７／３、好ましくは２
Ｇ／　８０〜８Ｇ／２０（重量比）である。上記の組成
比からはずれた組成比においては、両成分による相乗効
果が得られないので好ましくない。

本発明におけるブタン１ン／無水マレイン駿共重合体の
加水分解物またはその部分中和物、およびポリビニルア
ルコールからなるバインダーの使用量は、鋳物砂１００
重量部に対して０．１〜５、好ましくは０．３〜３重昌
部となる罎を使用するのが好ましい。０．１重量部未満
では−１分な乾燥強度は得られず、また５１吊部より多
く用いても、特に効果の増大は望めず、不経済となるた
りである。

本充用の効果が得られる範囲で、でんぶＩしなどの公知
のバインダーを適宜の聞、本発明のバインダーと併用す
ることができる。

本発明のバインダーを使用して鋳物砂型を製造するには
、水の共存下で本発明のバインダーと鋳物砂、たとえば
けい砂を混合し、しかる後をに充填し、加熱乾燥させ、
鋳物砂型を！Ｊ造する。

共存させる水は如何なる態様でも使用でき、例えば、前
記加水分解物またはその部分中和物（Ａ）とポリビニル
アルコール（Ｂ）のそれぞれ単独を予め溶解さぜた水溶
液、あるいは両成分を同じく予め溶解させた水溶液とし
て、鋳物砂に混合させることによっても行なうことがで
きる。さらに、固体の両成分を、場合により前記の塩基
とともに鋳物砂と混合する際に、水を添加することによ
っても行なうことができる。

本発明の（Ａ）成分たる前記加水分解物は、前述したよ
うに、ブタジェン／無水マレイン酸共重合体を溶液重合
で製造後、重合溶媒をスチームストリッピングにより除
去するならば、同時に加水分解物の水溶液が得られるの
で、この加水分解物水溶液として鋳物砂と混合するよう
にすれば便利であり、好ましい。また、加水分解物水溶
液に、前記の塩基を添加し、部分中和すれば、（Ａ）成
分の一つである部分中和物の水溶液が容易に得られる。

したがって、部分中和物も、このような水溶液で使用す
るのが好ましい。

共存さすべき水の吊は、バインダーと水の合計に対して
、バインダーとしての固形分２１１度が、５〜５０重量
％、好ましくは１５〜４０重遭％となる吊である。固形
分濃度が５重け％未満となるような水分量では、水分量
が多くなり過ぎて、砂型の硬化強度が不足し、また、加
熱乾燥に時間を要するなどの理由で好ましくない。また
、５０重量％を越える固形分濃度では、加水分解物など
の水溶液として用いる場合、該水溶液の粘度が大きくな
り過ぎて操作が不便となり、また水分；ｄが少な過ぎで
、鋳物砂とバインダーを均一に混合するのがｔｘｔ、＜
なり、砂型の強度などが低下するので好ましくない。

なお、前述したように、ブタジェン／無水マレイン酸共
重合体は、水、特に塩基性とした水に容易に溶解し、加
水分解して加水分解物水溶液を与え、その塩基性を適宜
に調節した塩基性水中では、同時に部分中和物水溶液を
与える。

したがって、水の共存下に、本発明の（八）成分たる加
水分解物またはその部分中和物を固体として、鋳物砂と
混合する態様においては、加水分解物またはその部分中
和物の代わりに、対応するブタジェン／無水マレイン酸
共重合体を用いることもできるので、かかる態様も、本
発明の一態様であると理解されるべぎである。

また、本発明のバインダーは、水に溶解時に、ゲル化を
起こすことがある。（Ａ）成分として部分中和物を用い
るならば、ゲル化が起こることが少なく好ましいのであ
るが、部分中和物を用いる場合も含めて、水と共存させ
るときには、適宜にゲル化防止剤を添加して、ゲル化を
防止するのが好ましい。

本発明のバインダーを用いることによる鋳物用砂型の製
造は、本発明のバインダーを水の共存下で鋳物砂と混合
し、その後架に充填し加熱乾燥して硬化させる。成形後
型に入れたまま、すなわち脱型せずに、加熱乾燥するこ
ともできる。また、加圧もしくは圧縮成形後脱型し、加
熱乾燥してもよい。この場合、湿態強度゛を向上させる
ために従来公知の添加剤、例えば、しゅう酸、過ホウ素
酸ナトリウムなどを適宜の聞混合して用いることもでき
る。

しかしながら、本発明のバインダー、水、および鋳物砂
の混合物は、従来品に比べて流動性が良いので、手込め
あるいは加圧、振動、真空吸引圧などを利用した造型装
置による成形もできる。

また加熱操作は任意の方法で行なうことができ、例えば
真空加熱乾燥する方法、温度５０〜２００℃、時間０１
５〜１０分間の熱風乾燥を利用する方法、あるいはマイ
クロ波加熱、誘電加熱などを利用する方法など、いずれ
の方法も取ることができる。特に熱風乾燥やマイクロ波
加熱、誘電加熱による加熱操作が、乾燥強度、硬化速度
が良く好ましい。

［本発明の効果］ 本発明のバインダーを用いて得られる砂型は、従来から
提案されてきたバインダーを用いて得られる砂型や、ブ
タジェン／無水マレイン酸共重合体の加水分解物または
その部分中和物あるいはポリビニルアルコールなどを単
独でバインダーとして用いで得られる砂型に比べて、乾
燥強度が大きく、そのうえ注湯時の高温による砂型の破
損がほとんど認められない。すなわち熱間強度が非常に
大きいので、高品質・高精度の鋳物のｉ造に使用できる
。またバインダーの使用ｍが少なくても、十分な乾燥強
度を有する砂型が得られるので経済的である。

本発明のバインダー、水、および鋳物砂の混合物は、従
来提案のバインダーを用いる方法などに比べて流動性が
良いので、容易でかつ十分な型込めができる。°すなわ
ら手込め、あるいは加圧、振動、真空吸引圧などを利用
した造型装置による成形もできる。この場合、特に畠圧
力の加圧などの必要がないので、木型など耐圧性の低い
模型による成形でも、複雑かつ高精度の砂型ができる。

また、本発明にお１プるブタジェン／無水マレイン酸共
重合体は従来提案されてきたα−オレフィ　　　　　□
ン／無水マレイン酸共重合体に比べて水に対する溶解度
が大きいので、水分量を減らして乾燥時間、コストなど
を節約できる。

本発明のバインダーを用いて得られる砂型の残留強度（
ｔ２Ｆ込後）が適当であるので、使用後（鋳込後）に、
砂型を破壊するのｌメ容易であるうえ、使用済の砂を再
使用できる。

また使用済の砂による公害問題、例えば土壌汚染、燃焼
時の悪臭などの問題を起こすこともない。

［実　施　例１ 以下に実施例により本発明を詳述する。

友ｉ亘−」 （バインダーの調製） ラジカル触１１１ｉ！（アゾビスイソブチロニトリル）
により、アセトン中でブタジェンと無水マレイン酸を反
応させ、ブタジェン／無水マレイン酸共重合体のアセト
ン溶液を得た。共重合体の分子量は約３０，０００であ
り、また共重合体中の無水マレイン酸単位の含有邑は約
５０モル％で゛あった。

次に、上記のアレトン溶液に、水蒸気を吹ぎ込み、アセ
トンを留去させるとともに、共重合体中のＭ無水基を開
裂させることによりブタジェン／無水マレイン酸共重合
体の加水分解物の水溶液を得た。なお、ＩＲ分析などに
よると、共重合体中の酸無水基は、はぼ全て開裂し、カ
ルボキシル基になっていた。この水溶液に苛性ソーダを
加えて、カルボキシル基の一部を中和し、ｐＨ３，５と
したのら、次表に示す固形分としての重量化でポリビニ
ルアルコール（けん化度９８モル％、平均重合度３００
）を混合、溶解させた。

（バインダーの試験） 上記の如くして得られたブタジェン／無水マレイン酸共
重合体の加水分解物の苛性ソーダによる部分中和物とポ
リビニルアルコールとの混合物の水溶液の１１度を２５
重脂気に調製して、その固形分がけい砂１００重吊部に
対して２．０重３部となるようにけい砂と混練した。こ
の混合物は流動性かあった。

次に、５０＃φｘ５ｏｆｆｉの鋳型試験片作成用の型に
流し込んで、手込めで充填、成形し、脱型せずに型ごと
電子レンジ（０，５ｋＷ）で１０分間加熱、乾燥させた
。加熱乾燥後、試験片を取り出し、乾燥強度を測定した
。結果を次表に示す。

■ 比較例　１ 実施例１と同様にして得られたブタジェン／無水マレイ
ン酸共重合体の加水分解物の苛性ソーダによる部分中和
物の水溶液の濃度を２５重量％に調整して、ポリビニル
アルコールを加えずに、固型分割合、成形方法、加熱方
法など実施例１と同様にしてバインダーの試験を行なっ
たところ、乾燥強度は７３Ｋｇ／Ｃｄであった。

比較例　２ 実施例１と同じポリビニルアルコールを用いて、濃度２
５重量％のポリビニルアルコールの水溶液を作り、固型
分割合、成形方法、加熱方法など実施例１と同様にして
バインダーの試験を行なったところ、乾燥強度は６７に
９／ｌ：ｄであった。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ブタジエン／無水マレイン酸共重合体の加水分解
   物またはその部分中和物（Ａ）とポリビニルアルコール
   （Ｂ）よりなる組成物で、その成分の比が（Ａ）／（Ｂ
   ）＝３／９７〜９７／３（重量比）のものよりなる鋳物
   砂成型用バインダー。
2. （２）前記部分中和物が、アルカリまたはアルカリ土類
   金属の酸化物または水酸化物により部分中和してなるも
   のであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   鋳物砂成型用バインダー。