JPH0523779A - 鋳物砂型の製造方法 - Google Patents

鋳物砂型の製造方法

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JPH0523779A
JPH0523779A JP18095091A JP18095091A JPH0523779A JP H0523779 A JPH0523779 A JP H0523779A JP 18095091 A JP18095091 A JP 18095091A JP 18095091 A JP18095091 A JP 18095091A JP H0523779 A JPH0523779 A JP H0523779A
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昭 吉田
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昭夫 萬羽
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【構成】 フェノール類とアルデヒドとを縮合させる段
階において二価の金属元素化合物を用いて、酸性領域下
で反応させ、その前の段階及び/又は後の段階にアルカ
リ性領域下でアルカリ金属触媒で反応を行う事によって
製造される水溶性フェノール樹脂を粘結剤とし、有機エ
ステルを硬化剤として、耐火性粒状材料を造型する鋳物
用砂型の製造方法において、耐火性粒状材料として再使
用を目的とする回収砂又は再生砂を使用する。 【効果】 従来の初めからアルカリ触媒の存在下レゾー
ル化させた水溶性フェノール樹脂を用いた場合よりも高
強度の鋳型が得られる。その結果、粘結剤の使用量の低
減が可能となるため、鋳物砂の回収及び再生が非常に容
易となり、又鋳込時の鋳型から発生するガス発生量を減
少し得るので、ガス欠陥の発生を抑制し、健全な鋳物が
製造でき、実用上非常に有益なものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自硬性鋳型及びガス硬化
性鋳型造型法に用いられる鋳物用砂型の製造方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】有機粘結剤を用いて主型や中子のような
鋳型を製造する造型法として、自硬性鋳型法、コールド
ボックス鋳型法、クローニング法(シェル法)は公知で
ある。特に有機自硬性鋳型造型法は機械鋳物分野を中心
に生産法、鋳物品質、安全衛生上の観点から無機系に代
って既に汎用的な造型法となっている。一方、従来、
中、高速で鋳型を製造するにはフェノール樹脂を粒状耐
火物に被覆した、所謂コーテッドサンド(Coated Sand)
を加熱硬化して鋳型を製造するクローニング法が幅広く
使用されている。しかし、鋳型製造時の省エネルギー、
鋳型生産速度、更に鋳型、鋳物の品質を改善するため
に、ガス状又はエロゾル状物質で常温硬化させるコール
ドボックス鋳型法がクローニング法を代替する鋳型の製
造法として鋳物業界で真剣に導入が試みられてきてい
る。
【0003】最近鋳物品質及び作業環境を改善する粘結
剤組成物として、水溶性フェノール樹脂を粘結剤とし、
これを有機エステルで硬化せしめる有機自硬性鋳型造型
法及びガス硬化性鋳型造型法に用いられる鋳物砂用粘結
剤組成物が特開昭50−130627号公報、特開昭58−154433
号公報、特開昭58−154434号公報等により知られるよう
になった。この粘結剤を用いた鋳型造型法では、従来の
酸硬化型粘結剤剤と異なり粘結剤組成物中に硫黄元素や
窒素元素を含まないため、注湯時の亜硫酸ガスの発生に
よる作業環境の汚染が無い、或は鋳物に対して硫黄や窒
素元素に起因するところの鋳物欠陥が少ないという特徴
を有する反面、該粘結剤を用いた場合の鋳物砂の再生性
が極端に悪く、その使用には制限があることは良く知ら
れているところであり、その改善が強く要望されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点に
鑑みなされたものである。従来から用いられている水溶
性フェノール樹脂は、得られる鋳型の強度が低いため、
造型に必要な鋳造強度を得るために樹脂の添加量が多く
ならざるを得なかった。又この粘結剤の特に大きな欠点
として、一旦鋳造した後再使用を目的とする回収砂や複
数回繰り返して使用した再生砂を用いるほど鋳型強度の
確保が難しくなり、益々粘結剤の砂に対する使用量が多
くなる等の悪循環に陥りやすい欠点があった。又このよ
うな鋳型中の粘結剤量の増大は、注湯時の熱分解ガス量
の増大につながり、鋳物のガス欠陥及び作業環境の悪化
につながる等の欠点も併せ持つことになる。かような欠
点を少しでも軽減するために、一般的には砂表面の残留
有機物やアルカリ分の除去のため、強度の機械的研磨再
生処理を行うと同時に新砂の補給割合を多くするか、若
しくは砂の使い捨て等で対処しているのが現状であっ
た。このため、鋳物砂を再生で使用する場合には砂の再
生率はせいぜい85%程度が限界であった(FoundryTrade
Journal −8/22 December 1989)この再生砂につい
て、一般的に普及している酸硬化型のフラン樹脂の場合
と比較すると、なお一層違いが明確になる。即ち、酸硬
化型フラン樹脂の場合、一般的に新砂よりも再生砂を用
いる方が鋳型の強度を高く設定できるため、粘結剤の添
加量は再生砂系では多少少なくすることが出来る。更に
強度の機械的研磨再生処理を必要としないため、再生砂
の回収率も約95%以上である。硬化可能な粘結剤によっ
て結合した砂から鋳型と中子を製造する場合に、砂の再
生は重要な経済的問題である。鋳型又は中子から砂を再
生するには、鋳造物を取り出した後に、使用済み鋳型と
中子を機械的な振動又は分解により砂をばらばらにし、
塊又は凝集体を破壊し砂を回収する。回収した砂表面に
は粘結剤の焼け残り成分が存在するため、普通は次に再
生処理する。再生砂の再生方法には一般的に認められた
3方法(機械的、湿式、熱的)がある。湿式再生方法
は、洗浄水に関連した廃棄問題と砂の乾燥に要するエネ
ルギーコストのために、比較的好ましくない方法であ
る。また熱的再生方法は、この方法のエネルギーコスト
が高いために、比較的好ましくない方法である。この反
面、機械的再生方法は最も経済的であるために、鋳物工
業で最も一般的に用いられており、普及している再生方
法である。
【0005】かようにして得られた再生砂を使用する場
合は、水溶性フェノール樹脂を粘結剤とし、有機エステ
ルを硬化剤とするバインダープロセスでは、十分な鋳型
強度が得られないという前述した如きこのプロセス特有
の欠点が存在する。これは広く普及している酸硬化性フ
ラン樹脂の場合とは全く異なる現象であり、改良が強く
望まれている。最近再生砂を用いた鋳型の強度向上を目
的として、粘結剤中の樹脂固形分濃度を低くする方法が
特開平1−262042号公報に、又再生砂を予めシラン溶液
で前処理する方法が特開平1−262043号公報に開示され
ている。しかし、これらの方法は再生砂の強度を多少向
上させるものもあるが、満足な鋳型強度は得られない。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記問題点
を解決すべく鋭意研究の結果、フェノール類と過剰のア
ルデヒドとを反応させる段階において二価の金属イオン
触媒の存在下pH7以下で初期反応後、過剰のアルカリ
性触媒の存在下レゾール化して得られた水溶性フェノー
ル樹脂を粘結剤とし、有機エステルを硬化剤として、耐
火性粒状材料を造型する鋳物用砂型の製造方法におい
て、耐火性粒状材料として特に再使用を目的とする回収
砂又は再生砂を使用することにより、従来から用いられ
ている水溶性フェノール樹脂、即ちフェノール類と過剰
のアルデヒドとを反応させる段階において、二価の金属
イオン触媒の存在下pH7以下で初期反応させることな
く、過剰のアルカリ性触媒の存在下レゾール化してなる
ものより、造型された鋳型の強度が大幅に向上すること
を見出し、本発明を完成するに到ったものである。即
ち、本発明はフェノール類とアルデヒドとを縮合させる
段階において二価の金属元素化合物を用いて、酸性領域
下で反応させ、その前の段階及び/又は後の段階にアル
カリ性領域下でアルカリ金属触媒で反応を行う事によっ
て製造される水溶性フェノール樹脂を粘結剤とし、有機
エステルを硬化剤として、耐火性粒状材料を造型する鋳
物用砂型の製造方法において、耐火性粒状材料として再
使用を目的とする回収砂又は再生砂を使用することを特
徴とする鋳物砂型の製造方法を提供するものである。
【0007】本発明の鋳物用砂型の製造方法に用いる粘
結剤組成物自体は、特開平2−261815号公報で公知であ
るが、かかる粘結剤組成物を用いるに当って特に再使用
を目的とする回収砂又は再生砂を使用し、鋳物用砂型を
造型せしめることについてなんら記載されていない。
又、上記特開平2−261815号公報に於てベンジルエーテ
ル型の樹脂を得ることにより鋳型強度が向上すると記載
されてはいるが、これはその実施例に記載の如く耐火性
粒状材料が新砂の場合で、しかもガス硬化性鋳型で効果
が認められると言うものである。しかるに本発明者等
は、耐火性粒状材料として上記再生砂等を用いて鋳物用
砂型を造型する場合、その鋳型強度においては樹脂構造
が決定的に支配するものではなく、その合成時に用いら
れる触媒、即ち二価の金属イオンが上記再生砂等を用い
て鋳型を造型した場合にその鋳型強度を更に向上する効
果を有するものであることを見出したのである。再使用
を目的とする回収砂又は再生砂としては石英質を主成分
とする珪砂、クロマイト砂、ジルコン砂、オリビン砂、
アルミナサンド等が挙げられるが、本発明においては、
特にこのような再生砂を用いた場合の鋳型強度の向上効
果が顕著であり、又これらの再生砂の中でも特に石英質
を主成分とする珪砂が有効であり、珪砂成分であるSiO2
重量%が97重量%以上のものが特に顕著な効果を発揮す
る。又、再生砂を使用する場合、再生砂は通常の摩耗式
或は焙焼式で得られるものが使用されるが、再生砂を得
る方法は特に限定されるものではない。
【0008】本発明の鋳物用砂型の製造方法において
は、従来より公知であるシランカップリング剤を使用す
ることができる。その具体例としては、好ましいものと
してγ−アミノプロピルトリエトキシシランやγ−(2
−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、
γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等が挙げ
られる。本発明においてはこれらのシランカップリング
剤を粘結剤又は再生砂の混練時に併用することもでき
る。
【0009】本発明により鋳物砂型を製造するにあたっ
ては周知の方法が採用される。例えば、再生砂 100重量
部に、硬化剤の有機エステルを0.05〜9重量部、好まし
くは0.1〜5重量部及びレゾール化した水溶性フェノー
ル樹脂水溶液 0.4 〜15重量部、好ましくは0.6 〜5重
量部を周知の方法で混練し、従来の自硬性鋳型製造プロ
セスをそのまま利用して鋳型を製造することができる。
本発明に用いられる有機エステルとしてはラクトン類或
は炭素数1〜10の一価又は多価アルコールと炭素数1〜
10の有機カルボン酸より導かれる有機エステルの単独若
しくは混合物が用いられるが、自硬性鋳型造型法ではγ
−ブチロラクトン、プロピオンラクトン、ε−カプロラ
クトン、ギ酸エチル、エチレングリコールジアセテー
ト、エチレングリコールモノアセテート、トリアセチン
等を用いるのが好ましく、ガス硬化性鋳型造型法ではギ
酸メチルを用いるのが好ましい。
【0010】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明はこの実施例のみに限定されるものではな
い。合成例1 攪拌機、還流コンデンサー、温度計を備えた四つ口フ
ラスコに水 255重量部、フェノール 267重量部、92%パ
ラホルムアルデヒド158重量部及び酢酸亜鉛 2.7重量部
を加え、攪拌しながら湯浴上で加熱し85℃に保持し、16
時間かけて反応させた。その後、48%水酸化カリウム
292重量部加え、樹脂溶液の粘度が25℃で100cp になっ
た時点で冷却した後、γ−アミノプロピルトリエトキシ
シランを4.0g加えて、樹脂溶液(固形分49%、重量平均
分子量2300)を得た。
【0011】合成例2 攪拌機、還流コンデンサー、温度計を備えた四つ口フ
ラスコに水 264重量部、フェノール 277重量部、48%水
酸化カリウム 292重量部加え、攪拌しながら湯浴上で加
熱し85℃に保持した。その後、92%パラホルムアルデヒ
ド 163重量部を1時間かけて添加した。同温度で反応を
続け、樹脂溶液の粘度が25℃で100cp になった時点で冷
却し、γ−アミノプロピルトリエトキシシランを4重量
部加えて、樹脂溶液(固形分49%、重量平均分子量230
0)を得た。
【0012】実施例1 合成例1で得られた樹脂溶液を用い、下記の鋳型強度の
測定方法に従って抗圧力試験用テストピースを作製し、
調製後の鋳型強度の経時変化を測定した。
【0013】比較例1 合成例2で得られた樹脂溶液を用い、実施例1と同様に
抗圧力試験用テストピースを作製し、調製後の鋳型強度
の経時変化を測定した。
【0014】鋳型強度の測定方法 砂の種類がフリーマントル珪砂である再生砂 100重量
部に対し、トリアセチンを 0.375重量部、本発明の実施
例及び比較例の水溶性フェノール樹脂(固形分49%、重
量平均分子量2300)を 1.5重量部添加混練した混合物を
50mmφ×50mmh のテストピース用模型に充填し、混練後
の抗圧力の経時変化を測定した。
【0015】再生砂の調製方法 フリーマントル珪砂の新砂 100重量部に対し硬化剤で
あるトリアセチン0.375重量部、γ−アミノプロピルト
リエトキシシラン 0.5重量%(フェノール樹脂)を含有
する水溶性フェノール樹脂(固形分49%、重量平均分子
量2300)を 1.5重量部添加混練した混合物より造型した
鋳型を用い、FC−25(S/M=3.5)を鋳造し、回収した砂を
クラッシャーにかけ、日本鋳造(株)製M型ロータリー
クレーマーを用いて再生(A再生、2パス)した。以上
の工程を繰り返して得られた再生砂を上記の鋳型強度試
験用のテストピースの調製に用いた。実施例及び比較例
での抗圧力の測定結果を表1に示す。
【0016】
【表1】
【0017】
【発明の効果】上記実施例及び比較例から明らかな様
に、二価の金属イオン触媒の存在下pH7以下で初期反
応後、アルカリ触媒の存在下レゾール化させたた水溶性
フェノール樹脂を用いて鋳型を造型する場合、耐火性粒
状材料として再使用を目的とする回収砂又は再生砂を用
いることにより、従来の初めからアルカリ触媒の存在下
レゾール化させた水溶性フェノール樹脂を用いた場合よ
りも高強度の鋳型が得られる。その結果、粘結剤の使用
量の低減が可能となるため、鋳物砂の回収及び再生が非
常に容易となり、又鋳込時の鋳型から発生するガス発生
量を減少し得るので、ガス欠陥の発生を抑制し、健全な
鋳物が製造でき、実用上非常に有益なものとなる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 萬羽 昭夫 愛知県豊橋市富士見台2丁目18の8 (72)発明者 仲井 茂夫 愛知県豊橋市飯村町字東川6 レジデンス ひがし205

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 フェノール類とアルデヒドとを縮合させ
    る段階において二価の金属元素化合物を用いて、酸性領
    域下で反応させ、その前の段階及び/又は後の段階にア
    ルカリ性領域下でアルカリ金属触媒で反応を行う事によ
    って製造される水溶性フェノール樹脂を粘結剤とし、有
    機エステルを硬化剤として、耐火性粒状材料を造型する
    鋳物用砂型の製造方法において、耐火性粒状材料として
    再使用を目的とする回収砂又は再生砂を使用することを
    特徴とする鋳物砂型の製造方法。
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