JPH03189048A - 鋳物用砂型の鋳型材料 - 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〉 この発明は、金属鋳造品を製造する場合に使用される鋳
物用砂型の製造に用いられる鋳型材料に関し、特に新規
なシリケートポリオールを用いたシリケート−ウレタン
結合剤を含有する鋳型材料に関するものである。

〈従来の技術〉 一般に、種々の金属の鋳造品を製造するのに使用される
鋳物用砂型（以下、単に砂型ともいう）は、珪砂、ジル
コンサンド等の鋳物用砂を有機系結合剤によって固める
方法と、無機系結合剤によって固める方法により製造さ
れているが、前者の有機系結合剤を使用する方法として
は、シェルモールド法、ＯＪプロセス、ジノキュア法、
ペップセット法、コールドボックス法、フラン樹脂を使
用する方法、酸硬化型フェノール樹脂を使用する方法等
がある。

この内ウレタン樹脂系の結合剤を使用する方法としては
、アルカリ硬化型フェノール樹脂とポリイソシアネート
とのウレタン化反応を利用するペップセット法があり、
この方法は、多種少量の大型または複雑な機械鋳造品に
用いられている。

一方、−船釣なポリエーテル系のウレタン樹脂結合剤は
、耐熱性が劣るためアルミ鋳物などの低温で使用する場
合を除いて、高温を要する鉄鋳物用の結合剤としては使
用されていなかった。そこで鉄用の有機系結合剤として
は、耐熱性、炭化性の良いフェノールポリオールを用い
たフェノールウレタン樹脂や、フラン樹脂系の結合剤が
使用されていた。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、フェノール−ウレタン樹脂は、液状フェノール
樹脂が粘度が高く希釈剤を必要とし、このため砂型製造
時に希釈剤の臭気、フェノール樹脂特有のホルマリン臭
気がすること、またフラン樹脂においては、フラン樹脂
の硬化剤であるスルホン酸からの刺激性の並値酸臭がす
る等の作業環境上の問題があった。

本発明は、鉄鋳物用砂型の結合剤としても十分に耐熱性
を有するポリエーテル系のウレタン樹脂結合剤を用いた
新規な鋳物用砂型の鋳型材料を提供するものである。

く課題を解決するための手段〉 本発明の目的は、結合剤として（ａ）テトラアルコキシ
シランまたはその加水分解率が５０％以下のその加水分
解脱水重縮合物（シリケートオリゴマー）を官能基数２
のポリオールによって変性して得られた水酸基価２００
〜１５００のシリケートポリオール、（５）ウレタン化
触媒および（ｃ）ポリイソシアネートを用い、シリケー
トポリオール（ａ）とポリイソシアネート（ｃ）との使
用割合がＮ　Ｇ　Ｏｌｏ　Ｈ当量比で０．８〜１．５の
範囲で使用することによって達成される。

以下、本発明につき詳細に説明する。

本発明に使用されるテトラアルコキシシランは、下式で
示される。

ＯＲ。

Ｒ４０Ｓｉ　　　ＯＲｚ ＯＲ。

（ここでＲ，−Ｒ，は、同じであっても異なってもよ（
メチル基、エチル基、ブチル基等のアルキル基である。

） テトラアルコキシシランの加水分解脱水重縮合反応は下
記の（Ｎ式の通りである。即ち、シリケートオリゴマー
の製造はテトラアルコキシシランモノマー中に酸性、中
性あるいはアルカリ性の水を必要量だけ加え反応によっ
て生じるアルコール（加えた水の２倍モル生じる）を除
去することによって行われる。

ｍ　（Ｓ　ｉ　　（ＯＲ）　ａ　）　＋ｍｎＨｚ　Ｏ−
（Ｓ　ｉ　　（ＯＲ）　４−２１１０１１　）　ｅａ　
＋２ｍｎＲＯＨ（１） （式中、Ｒはアルキル基を表わし、ｎは０〜２の数を表
わす。ｍは整数で好ましくは２〜３ｏである。） シリケートオリゴマーの加水分解率とは、（Ｉ［）式に
従って計算される値であり、求める加水分解率によって
加える水の量は決ってくる。

即ち、テトラアルコキシシランの全てのアルコキシ基が
分解したものは加水分解率１００％、２つのアルコキシ
基が分解したものは加水分解率５０％として表す。本発
明ではテトラアルコキシシラン（加水分解率Ｏのオリゴ
マーと称す）または加水分解率５０％までのシリケート
オリゴマー、好ましくは加水分解率０〜３０％、さらに
好ましくは０〜２０％のシリケートオリゴマーが使用さ
れる。

本発明に於て使用される官能基数２のポリオールとして
は、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリ
エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピ
レングリコール、ポリプロピレングリコール、ブタンジ
オール、ヘキサンジオール等の多官能アルコールおよび
これらのアルコールにエチレンオキサイド、プロピレン
オキサイド等のアルキレンオキサイドを付加させた物等
があげられる。

これらのポリオールはすべて可燃性物質であり、溶融鉄
によって熱分解されてしまう。従ってこれらポリオール
の分子量は小さい方がよく、好ましくは６２〜３００さ
らに好ましくは６２〜１５０である。

テトラアルコキシシランまたはその加水分解脱水重縮合
物とポリオールとの反応は通常のエステル交換反応によ
って行なわれる。すなわち所定量のテトラアルコキシシ
ランまたはその加水分解脱水重縮合物と所定量のポリオ
ールとを反応容器に取り、攪拌しつつ約６０〜２００°
Ｃにて反応させアルコールを溜出させて得る。反応は窒
素気流下で行なっても、減圧下で行なっても常温大気圧
下で行なってもよく、また触媒は使用してもしなくても
よく、使用する場合は通常のエステル交換触媒であるア
ルキルスズ、酢酸マグネシウム、チタン酸エステル等が
使用できる。

テトラアルコキシシランまたはその加水分解脱水重縮合
物とポリオールとの反応割合は、テトラアルコキシシラ
ンまたはその加水分解脱水重縮合物のアルコキシ基とポ
リオールとの当量比で１＝１〜１５であることが好まし
く、更に好ましくは１：１〜８である。過剰のポリオー
ルはポリイソシアネートと反応するため放置強度を向上
させるが、注湯時に熱分解されてしまうため少ない方が
よい。また必要に応じてシリケートポリオールにさらに
有機溶剤や他の有機系鋳物用結合剤、ウレタン用エーテ
ルポリオール、エステルポリオール等を添加して使用し
てもよい。

本発明において使用されるシリケートポリオールの使用
割合は、砂に対して０．４〜３％であることが好ましい
。０．４％未満では充分な砂型強度が得られず、３％を
越えると砂型の崩壊性が悪くなる。なお「％」は特記し
ない限り、「重量％」である。

本発明に於て使用されるウレタン化触媒としては、通常
のウレタン樹脂の製造に使用される全ての触媒が使用で
きる。例えばＮ、Ｎ、Ｎ’　、Ｎ’テトラメチル・ヘキ
サメチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミ
ン、トリエチルアミン、Ｎ、Ｎ、Ｎ’　、Ｎ’−テトラ
メチル−１，３＝ブタンジアミン等のアミン系触媒、ジ
ブチル錫ジラウレート等の有機金属触媒がある。一般に
これらのウレタン化触媒の添加量が全樹脂に対して０．
１％未満では砂型強度が十分でなく、またそれが３％を
越えると、硬化速度が速くなりすぎて造形作業を円滑に
遂行できなくなることから、その添加量は全樹脂に対し
てＯ，１〜３％であることが好ましい。

本発明に於て使用されるポリイソシアネートとしては、
−分子中に２個以上のイソシアネートＭを有する有機化
合物であって、脂肪族系および芳香族系ポリイソシアネ
ート化合物、さらにこれらの変性物が包含される。脂肪
族系ポリイソシアネートとしては例えば、ヘキサメチレ
ンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジ
シクロヘキシルメタンジイソシアネート、メチルシクロ
ヘキサンジイソシアネート等があり、芳香族系ポリイソ
シアネートとしては例えば、トルエンジイソシアネート
、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメリックジ
フェニルメタンジイソシアネート等があり、これらの変
性物としては、カルボジイミド変性物、プレポリマー変
性物等がある。

本発明における好ましいポリイソシアネートは、芳香族
系ポリイソシアネートまたは芳香族系ポリイソシアネー
トの変性物であり、特に好ましくはジフェニルメタンジ
イソシアネート、ポリメリックジフェニルメタンジイソ
シアネートおよびこれらの変性物である。これらのイソ
シアネートを以下に具体的に示す。

ジフェニルメタンジイソシアネートは、以下に示す構造
を持つものである。

ポリメリックジフェニルメタンジイソシアネートは、上
記ジフェニルメタンジイソシアネートの重合物でありＮ
ＧＯ（％）が２９〜３５であり、粘度２５００ｃｐｓ　
（２５°Ｃ）以下のものである。

これらの変性物としては、カルボジイミド変性物、プレ
ポリマー変性物等がある。カルボジイミド変性物は、公
知のリン系触媒を用いてカルボジイミド結合を導入した
ものであり、プレポリマー変性物は、イソシアネートと
ポリオールとを反応させ末端にイソシアネート基を残し
たものであり、このプレポリマー用ポリオールとしては
ポリウレタン樹脂用のすべてのポリオールが使用できる
。またイソシアネートと有機溶剤を混合して使用しても
差し支えない。

本発明に於けるシリケートポリオール（ａ）とポリイソ
シアネート（ｃ）との割合は、ＮＣ０１０Ｈ当量比で０
．８〜１．５であることが必要であり、好ましくは１．
０〜１．２である。当量比が０．８未満では充分な強度
の砂型が得られず、１．５を越えても強度的には向上せ
ずコスト高になる。

本発明の鋳型材料を用いて鋳物用砂型を製造する方法は
特に規定されるものではなく、一般の砂型の製造方法に
従って製造することができる。即ち、鋳物用砂にシリケ
ートポリオール、ウレタン化触媒、ポリイソシアネート
を任意の順序で順次添加混合し、金型等に注入、放置す
ることにより製造される。

また鋳型の製造に際しては、上記シリケートポリオール
、ウレタン化触媒およびポリイソシアネートの他に、本
発明の効果を阻害するおそれのない限りにおいて、−Ｃ
に鋳型製造に用いられる種種の添加物、例えばシリカア
ルミナ等の耐火物微粉末、各種安定剤等を併用すること
ができる。

かくして得られる本発明の鋳型材料は従来のものとは全
く異なる新規な鋳型材料であり、難燃性および耐熱性と
もに優れ、臭気等の問題もなく、これを用いて製造した
鋳物の性状も優れたものが得られる。

〈実施例〉 本発明の鋳型材料を実施例により具体的に説明するが、
本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。

社−料 ａ）シリケートポリオール： ■テトラエチルシリケート１モルとジエチレングリコー
ル４モルとを、反応容器に取り１４０°Ｃまで昇温し、
生成するエタノールを除去し、水酸基価５５０、粘度３
５０ｃ　ｐ　ｓ　／　２５°Ｃのシリケートポリオール
を得る。

■テトラエチルシリケート１モルとプロピレングリコー
ル４モルとを、■と同様に反応させ、水酸基価６５０、
粘度５００ｃｐｓ／２５°Ｃのシリケートポリオールを
得る。

■テトラメチルシリケートの４０％加水分解品１当量と
ジエチレングリコール１当量とを■と同様に反応させ、
流出するメタノール量を計算量の４０％の段階でス）７
プさせた物、すなわちシリケートオリゴマー１当量に対
してジエチレングリコール０．４当量を反応させた物と
、０．６当量の未反応のジエチレングリコールの混合物
、水酸基価６３０、粘度４１０ｃｐｓ／２５°Ｃのシリ
ケートポリオールを得る。

ｂ）ウレタン化触媒：オクチル酸スズ Ｃ）イソシアネート：ポリメリックジフェニルメタンジ
イソシアネート、粘度５３ｃｐｓ／２５°Ｃ，ＮＣＯ％
　３２．０％ ｄ）鋳物用砂：フリーマントル、平均粒度４９μｍ 上記の各材料を用いて下記の方法にて鋳物用砂型を製造
し、製造後２４時間経過した時点で、ジョージ・フィッ
シャー社製のインパクトペネトレーションテスターにて
放置強度を測定した（目盛り３）。放置強度の測定結果
及び各処方内容について表１に示す。

辻塁立製造方抜 サンドミキサーに鋳物用砂３００ｇを取り、攪拌しつつ
シリケートポリオール、そしてウレタン化触媒を必要量
加え、３０秒間攪拌し、ついでイソシアネートを加え、 ３０秒間攪拌し、 この砂を 直径５ｃｍ、 高さ５ｃｍの型に充填し硬化させる。

このように本発明の鋳型材料を用いて得られた砂型の強
度は従来の鋳型材料と同等もしくはそれ以上に鋳造には
充分であり、悪臭の問題は全くなかった。

〈発明の効果〉 本発明の鋳型材料は、その分子中に酸化珪素（Ｓ　ｉ　
Ｏｚ　）を含むことから通常のポリエーテルポリオール
より耐熱性に優れ、更に臭気等の作業環境に問題のない
ものが得られる。

出　願　人　　エム・デイ−化成株式会社三菱化成株式
会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋳物用砂とその結合剤を含有する鋳型材料であっ
   て、前記結合剤は、 （ａ）テトラアルコキシシランまたは加水分解率が５０
   ％以下のその加水分解脱水重縮合物（シリケートオリゴ
   マー）を官能基数２のポリオールと反応させて得られた
   水酸基価２００〜１５００のシリケートポリオール、 （ｂ）ウレタン化触媒および （ｃ）ポリイソシアネート とからなり、シリケートポリオール（ａ）とポリイソシ
   アネート（ｃ）との割合がＮＣＯ／ＯＨ当量比で０．８
   〜１．５の範囲であることを特徴とする鋳物用砂型の鋳
   型材料。