JPH02299741A - 樹脂被覆砂の流動性の改善方法 - 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） 本発明は鋳物用の砂中子及び砂鋳型の製造に有用な樹脂
結合剤及び樹脂被覆された砂の流動性を改善する方法に
関する。

〈従来の技術） 鋳物中子及び鋳型用の結合剤系は周知である。

鋳造技術分野では金属鋳物製造用の中子又は鋳型は、通
常、砂等の集合体と適量の結合剤若しくは結合剤系との
混合物から調製される０代表的には、集合体材料と結合
剤とを混合したあと、得られた混合物をラム加圧、吹き
込み、その他の方法で所望の形状若しくは模様にして、
触媒及び／又は熱を使用して堅固な硬化状態に硬化させ
る。

鋳造工業は、鋳型及び中子を形成する各種の方法を開発
してきた。その−法の「ホットボックス（ｈｏｔ−ｂｏ
ｘ）ｊ法と称される方法は、集合体材料と結合剤との混
合物を加熱された模様保持箱又は中子保持箱内で硬・化
させる。硬化に加熱を必要としない別タイプの結合剤系
は、「非ベーク（１〇−ｂａｋｅ）法」として知られて
いる。鋳型又は中子の形成に使用される第三の方法は、
「コールドボックス（ｃｏｌｄ−ｂｏｘ）法」として知
られている。「コールドボックス」法は、一般に、常温
で触媒又は硬化剤のガスを成形された樹脂被覆砂に通し
て硬化させることにより行われる。

酸又は酸塩で硬化される樹脂は、ホットボックス法及び
非ベーク法にも使用されていた。斯かる酸硬化樹脂は、
フェノール樹脂及びフラン樹脂の両者並びに前記樹脂と
他の樹脂との混合物を包含する。フェノールレゾール樹
脂のアルカリ性溶液は、非ベーク法及びコールドボック
ス法の画法の結合剤として使用されてきた。非ベーク法
に斯かるアルカリ性フェノールレゾール樹脂を使用する
際には、気体状又は蒸発したエステル硬化剤を用いて硬
化する。

（発明が解決しようとする課題） アルカリ性フェノールレゾール及び酸硬化可能な樹脂で
被覆した砂は、その他の結合剤系で被覆した砂よりも流
動性に乏しい傾向を有する。この傾向は、鋳物中子及び
鋳型の品質に悪影響を与える可能性がある。コールドボ
ックス法の場合、この被覆砂を中子ボックスに吹き込む
のに高い吹き込み圧力を必要とし、均一で密な中子の吹
き込みは更に困難となる。

ある種の界面活性剤を使用すると、アルカリ性フェノー
ルレゾール及び酸硬化可能樹脂の結合剤で被覆された砂
の流動性が改善されることが、本発明により知見された
。斯かる砂は、より平滑な表面及びより鋭い縁並びによ
り均一な密度を有する中子及び鋳型を形成する。斯く形
成された中子及び鋳型は、品質が更に良好な鋳物を与え
る。この改善は、更に微妙な模様の中子及び鋳型の製造
をも可能とする。更には、本発明の樹脂被覆砂を中子ボ
ックスに吹き込む際に、低い圧力で吹き込み可能となり
、模様の摩耗及び吹き出され排出される砂量が少なくな
る。これに加え、斯かる砂から調製される中子は、中子
ボックスから更に容易に離型されるー。

（課題を解決するための手段） 本発明は、アルカリ性フェールレゾール樹脂結合剤と酸
硬化可能な樹脂結合剤とからなる群から選択される樹脂
で被覆された砂の流動性を改善する方法を提供するもの
である。この方法は、砂と樹脂結合剤との混合物に樹脂
結合剤の約０．０１乃至５重量パーセント量の含フッ素
界面活性剤（ｆｌｕ。

ｒｏｓｕｒｆａｃＬａｎｔ、）を添入することを包含す
る。

更に本発明は、鋳物砂、該砂の約０．５乃至８重量パー
セントのアルカリ性フェノールレゾール樹脂結合剤と酸
硬化可能な樹脂結合剤とからなる群から選択される樹脂
結合剤、及びフェノールレゾール樹脂の約０．Ｏｌ乃至
約５重量パーセントの含フッ素界面活性剤を含有する鋳
物中子及び鋳型調製用の鋳物用混合物を提供するもので
ある。

本発明は、亦、アルカリ性フェノールレゾール樹脂結合
剤と酸硬化可能な樹脂結合剤とからなる群から選択され
る樹脂結合剤、及び該樹脂結合剤の約０．０１乃至約５
重量パーセントの含フッ素界面、活性剤を含有する鋳物
中子及び鋳型用の結合剤を提供する。

本発明の方法は、鋳物砂の中子及び鋳型の結合剤として
使用される各種樹脂と共に使用される。

斯かる樹脂は、ホットボックス法又は非ベーク法で酸又
は酸塩により硬化される樹脂を包含する。

本発明は、ギ酸メチル、トリアセチン、ブチロラクトン
等のエステルの一種以上により硬化され名アルカリ性フ
ェノールレゾール樹脂結合剤を用いた際に特に有用であ
る。

エステルで硬化されるアルカリ性フェノールレゾール樹
脂結合剤は、非ベーク法又はコールドボックス法の何れ
にも使用できる。この樹脂結合剤を非ベーク法で使用す
る際には、先ず樹脂及びエステルで砂を被覆する０次に
、この被覆された砂を中子ボックス又は鋳型ボックス内
に配して樹脂を常温で硬化させると、内実の中子又は鋳
型が得られる。この方法及びそれに有用なエステルは、
米国特許第４．４７４９０４号（Ｒｅ　３２，８１２＞
に詳しく記載されており、その全体を引用する。

コールドボックス法にエステル硬化のアルカリ性フェノ
ールレゾール樹脂結合剤を使用する際には、先ず鋳物砂
を樹脂で被覆し、この被覆砂を中子ボックスに吹き込ん
だ後、ギ酸メチル等のガス状エステル又は蒸発したエス
テルを被覆砂に通して樹脂を硬化させる。この方法は、
米国特許第４゜４６８．３５９号（Ｒｅ　３２，７２０
）に詳しく記載されており、その全体も引用する。

本発明に使用される酸硬化の樹脂結合剤は、フェノール
レゾール樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、又はフルフ
リルアルコール若しくはそれとホルムアルデヒドとの反
応混合物又はフェノール或いは前記のものの各種混合物
から製造される広範な生成物を包含する。ホットボック
ス樹脂の商業品は、フェノール樹脂とフラン樹脂である
。代表的フェノール系ホットボックス樹脂は、フェノー
ルレゾール樹脂と尿素ホルムアルデヒド樹脂との混合物
であり、一方のフラン系ホットボックス樹脂の代表は、
フルフリルアルコール又はそのホルムアルデヒドとの反
応生成物と尿素ホルムアルデヒドとの混合物である。斯
かる両タイプのホットボックス樹脂を混合して、フェノ
ール−フランホットボックス樹脂にすることも可能であ
る９酸硬化可能な非ベーク樹脂は、フェノール、尿素、
ホルムアルデヒド及びフルフリルアルコールから製造さ
れる広範な生成物を包含する。非ベーク樹脂には、尿素
を含有しないものもある。この種のものには、フェノー
ルレゾールの非ベーク結合剤及びフラン系非ベーク結合
剤又はフェノール樹脂又はフラン樹脂の混合物が包含さ
れる。フェノール又はフランの非ベーク樹脂の多くは、
尿素ホルムアルデヒド樹脂も含有する。

酸硬化のホットボックス樹脂は、代表的には、酸塩触媒
を用いて硬化される。この目的には硝酸アンモニウム及
び塩化アンモニウムが頻々使用される。酸硬化の非ベー
ク樹脂は、トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸又
はリン酸等の酸を用いて硬化される。

鋳物中子及び鋳型の製造に広く用いられる耐火材料は、
何れも本発明の組成物及び方法に使用可能である。斯か
る耐火材料は、シリカサンド、レークサンド、ジルコン
サンド、クロマイトサンド、オリビン（ｏｌｉｖｉｎ）
サンド等を包含する。これら材料の混合物も使用できる
。

この方法に用いる樹脂結合剤は、鋳物結合剤の操作に普
通使用される割合で使用することができる０通常、この
割合は、耐火材料１００部当り、樹脂結合剤約０．５乃
至約８重量部の範囲である。

本発明の実施に際し、含フッ素界面活性剤は、樹脂結合
剤の約０，１乃至約２重量バーセント量使用される。こ
の含フッ素界面活性剤は、砂に被覆される前の樹脂に混
合される。別法として、樹脂で砂を被覆する前、被覆中
、被覆後に分けて含フッ素界面活性剤を添加してもよい
。

本発明実施の際に使用される含フッ素界面活性剤は、ア
ニオン、ノニオン、カチオン又は両性の界面活性剤であ
る。斯かる含フッ素界面活性剤は、−以上のフッ素化炭
化水素疎水基が結合したイオン性又は非イオン性の親水
基を含有する。好適な含フッ素界面活性剤は、デュポン
社（ＤｕＰｏｎｔＣｏｍｐａｎｙ　）製のＺｏｎｙｌ■
及び３Ｍ社製のＦｌｕｏｒａｄである。

鋳造技術の実際業務では、鋳造中子及び鋳型の調製に用
いる樹脂中に頻々各種添加剤を含める。

斯かる添加剤はシラン、脱臭剤、尿素等の材料を包含し
、本発明方法にも使用できて樹脂被覆砂の流動性改善を
阻害しない。

以下の実施例で本発明を説明する。これら諸実施例は単
なる説明用であって、本発明を限定するものではない、
実施例中、部数及び百分率は、特記無い限り全て重量基
準である。

え１匠Ｌ ＷＥＤＲＯＮ　５３０砂をアルカリ性フェノール樹脂と
フッ素界面活性剤との混合物で被覆した。樹脂の使用量
は、砂の１．７５重量パーセントであって、含フッ素界
面活性剤の使用量はフェノールレゾール樹脂の約３重量
パーセントであった。アルカリ性フェノールレゾール樹
脂は、アクメレジン社（ＡｃｍｅＲｅｓｉｎ　Ｃｏｒｐ
ｏｒａｔｉｏｎ、米国イリノイ州、ウェストチェスター
）のＢＥＴＡＳＥＴ　９５１１なる市販樹脂を使用した
。含フッ素界面活性剤は四種を用いた。アニオン界面活
性剤ＰＣ−１０９、カチオン界面活性剤ＦＣ−１３５及
びノニオン界面活性剤ＦＣ−１７１とＦＣ−４３０であ
る。

この界面活性剤は全て３Ｍ社（米国ミネソタ州セントボ
ール）の商品名Ｆｌｕｏｒａｄなる商業品である。

含フッ素界面活性剤を添加しない樹脂で被覆した砂を用
いて、比較試験を行った。

樹脂被覆砂の流動性は、ＡＦＳ鋳型及び中子試験ハンド
ブック（ＡＦＳ　Ｍｏ１ｄ　ａｎｄ　Ｃｏｒｅ　ｔｅｓ
Ｌ　Ｈａｎｄ−ｔ）ｏｏｋ）に記載の成形適性（ｍｏｌ
ｄａｂｉｌｉＬｙ　）試験法により、砂に樹脂を添加し
た３分後に測定した。

この方法で、樹脂被覆砂３００ｇを８メツシュ円筒篩を
備えたディータートラブ（Ｄｉｅｔｅｒｔ　ｔａｂ　）
の成形適性及び作業寿命試験器内に配した。この砂混合
物を鎮静に通して１０秒間ふるい分けした。成形適性指
数を篩通過砂の百分率として計算した。第１表に記した
試験結果は、含フッ素界面活性剤含有樹脂で被覆された
砂が、樹脂のみぞで被覆された砂よりもはるかに高い成
形適性指数を有し、従ってはるかに流動性に富むことを
示している。

第」−宍一 無しく比較試験）　　　　　　　７１．５ＦＣ−１０９
（３，３％）　　　　　　　９４．２ＦＣ−１３５（３
，０％）　　　　　　　９２．６ＦＣ−１７１（３，１
％）　　　　　　　８８．０ＦＣ−４３０（３，１％）
　　　　　　　７８．３え１４［ 含フッ素界面活性剤ＦＣ−１０９及びＦＣ−１３５の添
加量を変えた点を除き実施例Ｉの一般的処方に従った。

第２表に記した結果は、含フッ素界面活性剤の添加量を
減らしたフェノール樹脂で被覆した砂は、尚かつ、含フ
ッ素界面活性剤を含有しない比較試験よりもはるかに改
善された流動性を与えることを示している。

箸！ Ｏ（比較試験）　　　　　　　　７１．５　　７１．５
０．５　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　８３
．００．７５　　　　　　　　　　　８４．９　　８８
．８１．０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　８６．６１．５　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　８７．３　　　９２．０３・０　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　−　　　　９２．６３．
３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　９４．２
１パーセントの含フッ素界面活性剤ＦＣ−１０９を含有
するＢＥＴＡＳＥＴ　９５１１樹脂で被覆した砂で標準
ＡＦＳ（ドツグボーン）引張り試験用中子を製造して試
験した。試験中子は、該混合物を５５１ｋＰａ　（８０
ボンド／平方インチ）の空気圧でレッドフォードラボラ
トリ−（Ｒｅｄｆｏｒｄ　Ｌａｂａｒａｔ、ｏｒｙ）の
三キャビティーのコールドボックス機に吹き込んで調製
した。ギ酸メチルと空気との７０　：　３０混合物をこ
の中子に７秒間通して硬化させた。１０秒後に中子ボッ
クスを開けて中子を収り出した。硬化した中子の離型特
性を記録した。一連の中子は、中子ボックスを洗浄せず
に調製した。含フッ素界面活性剤を添加しなかったレゾ
ール樹脂ＢＥＴＡＳＥＴ　９５１１で被覆した砂を用い
、同一処理を実施した。界面活性剤が存在しない中子の
取り出しは、段々と困難になった。

しかしながら、界面活性剤が存在すると、次組の中子は
中子ボックスからより容易に離型された。

この中子離型の改善は、本発明方法に従った際に観察さ
れる更なる利点である。

えｍ フェノールレゾール樹脂としてアクメレジン社（Ａｃｍ
ｅ　Ｒｅ５ｉｎ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　、米国イリ
ノイ州ウェストチェスター）のＡＬｐＨＡＳＥＴ　９０
１０　ｔ！ｆ脂を使用したことを除き、実施例■の一般
処方に従った。樹脂１．５重量パーセント及びエステル
硬化剤のトリアセチン帆３８重量パーセントを用いて砂
を被覆した。この樹脂は、下記のデュポン社（Ｅ、　１
．ＤｕＰｏｎｔｄｅ　Ｎｅｍｏｕｒｓ　Ｃｏ、、米国プ
ラウエア州ウィルミントン）契合フッ素界面活性剤の一
種を１パーセント含有した：アニオン界面活性剤ＦＳＡ
、カチオン界面活性剤ＦＳＣ１両性界面活性剤ＦＳＫ　
　及びノニオン界面活性剤ＦＳＮ。成形適性試験の結果
を第■表に示す、この結果は、上記含フッ素界面活性剤
は全て、エステル硬化可能なアルカリ性フェノールレゾ
ール樹脂で被覆された砂の流動性を改善することを示し
ている。

ＦＳＡ　　　　　　　　　　　　９４．６ＦＳＣ９１６ ＦＳＫ　　　　　　　　　　　　９３．９ＦＳＮ　　　
　　　　　　　　　９１．４無しく比較試験＞　　　　
　　８４．１火１１殊Ｎ− 砂を被覆する樹脂がホットボックス樹脂又は酸硬化のノ
ーベーク樹脂の何れかであったことを除き、実施例Ｉの
一般処方に従った。ホットボックス樹脂としては、尿素
−ホルムアルデヒドを含有するフェノールレゾール樹脂
であるアクメレジン社のＲｅ５ｉｎ　７４５　ＰＬを使
用した。先ず砂をアクメレジン社の酸塩触媒４５１４Ｒ
Ｉ　ＢＳ　０．４５重量パーセントで被覆した。この混
合物を一分間攪拌したあと、該樹脂を１．５重量添加し
、更に１分間攪拌した。

この樹脂は含フッ素界面活性剤を１重量パーセント含有
した。引き続き、この樹脂被覆砂の流動性を成形適性指
数試験法を用いて試験した。

各種含フッ素界面活性剤を１重量パーセント含有するア
クメレジン社製のフェノール系非ベーク樹脂Ｒｅ５ｉｎ
　９７５を同様に試験した。この場合には、０．４重量
％の酸性触媒９１０　　（アクメレジン社）を先ず砂に
被覆し、次に含フッ素界面活性剤を含有する樹脂を砂に
添加した。

本試験法では、デュポン社及び３Ｍ社の各種含フッ素界
面活性剤を多数使用した。第■表に記した試験結果は、
多数の含フッ素界面活性剤が本発明の方法に使用して好
適なることを示している。

第」Ｌ宍− ３Ｍ　　ＦＣ−１３５７６，３８８，３３１４ＦＣ−４
３１６８，９６３，０ （ａ）樹脂と界面活性剤とが相溶しなかった。

実」１種Ｎ− 砂の被覆に用いた樹脂がフラン樹脂の非ベーク樹脂であ
った点を除き、実施例■の一般処方に従った。使用樹脂
は、アクメジン社のフラン非ベーク樹脂Ｒｅ５ｉｎ　９
３５であった。　０．４５重量パーセントのアクメレジ
ン社製酸触媒９４Ａで先ず砂を被覆し、次に１パーセン
トの含フッ素界面活性剤を含有する樹脂１．５重量パー
セントを添加した。使用した含フッ素界面活性剤は、実
施例■で用いたデュポン社の含フッ素界面活性剤であっ
た。第Ｖ表に記した試験結果は、含フッ素界面活性剤が
、酸硬化可能な非ベークフラン樹脂で被覆された砂の流
動性を改善することを示している。

ＦＳＡ　　　　　　　　　　　６１．６ＦＳＣ６３、Ｉ ＦＳＫ　　　　　　　　　　　６４　、１無しく比較試
＠＞　　　　　５９．２ 従って、本発明が、樹脂被覆砂の流動性を改善し、前記
の目的、狙い及び利点を十分に満たす方法を提供するも
のであることは明らかである０本発明を特定の実施態様
で説明してきたが、前記説明に照らして多数の別法、変
更及び変法が可能なることは当業者には明白なことであ
り、それら全ては特許請求の範囲記載の精神及び広範な
範囲内に含まれるものである。

（外４名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、アルカリ性フェノールレゾール樹脂結合剤と酸硬化
   可能な樹脂結合剤とからなる群から選択される樹脂結合
   剤で被覆される砂の流動性を改善する方法であって、砂
   と樹脂結合剤との混合物に樹脂結合剤の約０．０１乃至
   約５重量パーセント量の含フッ素界面活性剤を添入する
   ことを特徴とする樹脂被覆砂の流動性を改善する方法。 ２、砂を被覆する前の樹脂結合剤に含フッ素を界面活性
   剤を添加する請求項１記載の方法。 ３、樹脂結合剤が、エステル硬化可能なフェノールレゾ
   ール樹脂のアルカリ性溶液である請求項１記載の方法。 ４、フェノールレゾール樹脂が更にエステルを含有する
   請求項３記載の方法。 ５、エステルがトリアセチンを含有する請求項４記載の
   方法。 ６、樹脂結合剤が、酸硬化可能な非ベーク鋳物用樹脂で
   ある請求項１記載の方法。 ７、酸硬化可能な非ベーク鋳物用樹脂が、フェノール樹
   脂を含有する請求項６記載の方法。 ８、酸硬化可能な非ベーク鋳物用樹脂が、フラン樹脂を
   含有する請求項６記載の方法。 ９、砂を酸触媒でも被覆する請求項６記載の方法。 １０、樹脂結合剤が、酸硬化可能なホットボックス鋳造
   用樹脂である請求項１記載の方法。 １１、酸硬化可能なホットボックス樹脂が、フェノール
   樹脂を含有する請求項１０記載の方法。 １２、含フッ素界面活性剤活性剤の量が、樹脂結合剤の
   約０．１乃至約２重量パーセントである請求項１記載の
   方法。 １３、鋳物砂、該砂の約０．５乃至約８重量パーセント
   のアルカリ性フェノールレゾール樹脂結合剤と酸硬化可
   能な樹脂結合剤とからなる群から選択される樹脂結合剤
   及び該樹脂結合剤の約０．０１乃至約５重量パーセント
   の含フッ素界面活性剤を含有する、鋳物中子及び鋳型を
   調製するための鋳物用混合物。 １４、樹脂結合剤が、エステル硬化可能なフェノールレ
   ゾール樹脂のアルカリ性水溶液である請求項１３記載の
   鋳物用混合物。 １５、フェノール樹脂が更にエステルを含有する請求項
   １４記載の鋳物用混合物。 １６、エステルがトリアセチンを含有する請求項１５記
   載の鋳物用混合物。 １７、樹脂結合剤が、酸硬化可能な非ベーク鋳物用樹脂
   である請求項１３記載の鋳物用混合物。 １８、酸硬化可能な非ベーク鋳物用樹脂が、フェノール
   樹脂を含有する請求項１７記載の鋳物用混合物。 １９、酸硬化可能な非ベーク鋳物用樹脂が、フラン樹脂
   を含有する請求項１７記載の鋳物用混合物。 ２０、砂を酸触媒でも被覆する請求項１７記載の鋳物用
   混合物。 ２１、樹脂結合剤が酸硬化可能なホットボックス鋳物用
   樹脂である請求項１３記載の鋳物用混合物。 ２２、酸硬化可能なホットボックス樹脂が、フェノール
   樹脂を含有する請求項２１記載の鋳物用混合物。 ２３、含フッ素界面活性剤の量が、フェノールレゾール
   樹脂の約０．１乃至約２重量パーセントである請求項１
   ３記載の鋳物用混合物。 ２４、アルカリ性フェノールレゾール樹脂結合剤と酸硬
   化可能な樹脂結合剤とからなる群から選択される樹脂結
   合剤及び該樹脂結合剤の約０．０１乃至約５重量パーセ
   ントのフッ素系界面活性剤を含有する鋳物中子及び鋳型
   用の結合剤。 ２５、樹脂結合剤が、エステル硬化可能なフェノールレ
   ゾール樹脂のアルカリ性溶液である請求項２４記載の樹
   脂結合剤。 ２６、フェノールレゾール樹脂が更にエステルを含有す
   る請求項２５記載の樹脂結合剤。 ２７、エステルがトリアセチンを含有する請求項２６記
   載の樹脂結合剤。 ２８、フェノールレゾール樹脂結合剤が、酸硬化可能な
   非ベーク鋳物用樹脂である請求項２４記載の樹脂結合剤
   。 ２９、酸硬化可能な非ベーク鋳物用樹脂がフェノール樹
   脂を含有する請求項２８記載の樹脂結合剤。 ３０、酸硬化可能な非ベーク鋳物用樹脂が、フラン樹脂
   を含有する請求項２８記載の樹脂結合剤。 ３１、砂を酸触媒でも被覆する請求項２８記載の樹脂結
   合剤。 ３２、樹脂結合剤が酸硬化可能なホットボックス鋳造用
   樹脂である２４記載の樹脂結合剤。 ３３、酸硬化可能なホットボックス樹脂がフェノール樹
   脂を含有する請求項３２記載の樹脂結合剤。 ３４、含フッ素界面活性剤活性剤の量が、樹脂結合剤の
   約０．１乃至約２重量パーセントである２４記載の樹脂
   結合剤。