JP2004105982A - Binder composition for amine gas hardening type mold, molding sand composition obtained from this binder and sand core for casting light alloy - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アミンコールドボックス法により製作されるガス硬化型鋳型、とくに軽合金鋳造に適した砂中子の製造に好適な鋳物砂組成物及びこれに用いられる粘結剤組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、シェルモールド法の競合技術として重視されるようになってきたアミンコールドボックス法は、2液反応硬化型粘結剤の構成成分であるフェノール樹脂の有機溶剤溶液(フェノール樹脂成分)とポリイソシアネート化合物若しくはその有機溶剤溶液(ポリイソシアネート成分)とを鋳物砂に添加混練した混練砂、すなわち鋳物砂組成物を成形型内に充填した後、第三級アミン(硬化触媒)を作用させることにより、フェノール樹脂とポリイソシアネート化合物との反応を促進して鋳物砂組成物を短時間で鋳造用の砂型(主型や砂中子)に賦形できる量産可能なガス硬化鋳型の製作法である。
【0003】
ところで、自動車産業分野では、軽量化及び燃費改善の観点から、エンジン鋳物は鉄製からアルミニウム合金等の軽合金製への転換を余儀なくされている。しかしながら、鋳造金型内に砂中子をセットした後に注湯温度の低いアルミニウムやマグネシウム合金等の軽合金溶融金属を注湯する砂型鋳造法により軽合金鋳物の製造を行った場合、得られた鋳放し鋳物には、一般に鋳物内に残存する使用済みの砂中子の排出を図るための高温熱処理やチッピング処理等の砂出し作業が施されている。このように軽合金鋳造に用いられる砂中子には、従来より鋳放し鋳物からの使用済み砂中子の排出性(以下、これを「崩壊性」という。)が重視されてきたが今だ十分であるとはいえず、加えてエンジンの高性能化に伴う鋳物の薄肉化や構造の複雑化のため、さらなる砂中子の崩壊性が要求されている。
特開2000−84643号公報には、ケイ酸エステル及び/又はその加水分解生成物を構成要件に具備しない鋳型用粘結剤組成物が記載され、そしてこの構成により、圧縮強度などの鋳型に必要な特性を維持しつつ、低粘度で計量性に優れ、有機溶媒、特に非極性溶媒分を低減し、これによる作業環境の改善及び金型へのしみ着き性を改善できる鋳型用粘結剤を提供すると記載されている。しかしながら、この文献には、本発明のようにケイ酸エステル及び/又はその加水分解生成物を構成要件に具備することにより、大幅に改善された砂中子の崩壊性を提供できるため、軽合金鋳物製造でのエネルギーコストの低減及び作業環境の改善に寄与することができるという効果を奏することは何ら記載も示唆もされていない。
【特許文献1】
特開2000−84643号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の目的は、アミンコールドボックス法によるガス硬化型鋳型、とくに軽合金鋳造に適した崩壊性に優れた砂中子の製造に用いられる粘結剤組成物を提供することにある。本発明の他の目的は、このような特質を備えた軽合金鋳造用の砂中子を提供できるアミンガス硬化型鋳型用鋳物砂組成物を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述したような技術進化のなか、シェルモールド法で製作される砂中子より崩壊性に優れ、加えてエネルギーコスト及び作業環境の改善にも有利な砂中子を提供できるアミンコールドボックス法に注目して鋭意検討を行なった結果、オルソクレゾール変性フェノール樹脂とケイ酸エステル及び/又はその加水分解生成物との組合せが砂中子の崩壊性改善に極めて有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0006】
すなわち、本発明(請求項1)は、オルソクレゾール変性フェノール樹脂、ポリイソシアネート化合物、有機溶剤、ケイ酸エステル及び/又はその加水分解生成物を必須成分とすることを特徴とするアミンガス硬化型鋳型用粘結剤組成物である。また、他の本発明(請求項2)は、請求項1に記載の粘結剤組成物と鋳物砂とを含むことを特徴とするアミンガス硬化型鋳型用鋳物砂組成物である。とくに、鋳物砂としてアルミナ質サンド、ムライト質サンド及びこれらの混合物の群から選ばれる1種を好ましい態様(請求項3)としている。さらに、他の本発明(請求項4)は、請求項2又は3に記載の鋳物砂組成物と第三級アミンとの接触により該鋳物砂組成物を硬化させてなることを特徴とする軽合金鋳造用砂中子である。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるアミンガス硬化型鋳型用粘結剤組成物(以下単に「粘結剤組成物」という。)は、少なくとも、鋳物砂の2液反応硬化型粘結剤として機能する(A)フェノール樹脂成分及び(B)ポリイソシアネート成分と、使用済みの砂中子の崩壊剤として機能する(C)ケイ酸エステル、その加水分解生成物及びこれらの混合物の群から選ばれる1種から構成されるが、該(A)及び(B)成分は一般に鋳物砂へのコーティング性の観点から有機溶剤により適宜濃度に調整された溶液として使用される。
【0008】
前記(A)成分は、(B)成分中のポリイソシアネート化合物と反応することにより、鋳物砂間での強度発現を惹起するオルソクレゾール変性フェノール樹脂を約40〜80質量%の割合で含む有機溶剤溶液であるが、該成分には必要に応じて鋳型強度の向上又は吸湿劣化抑制のため、シランカップリング剤、例えばγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなど、また可使時間延長剤、例えばイソフタル酸クロリド等のカルボン酸クロリドのほかホスホン酸クロリドなどを0.01〜5質量%の割合で配合してもよい。
【0009】
ここでいう有機溶剤としては、ポリイソシアネート化合物には非反応性でフェノール樹脂には良溶媒であれば特に制限なく使用できるが、ポリイソシアネート成分との相溶性を考慮して、一般的には樹脂を溶解するための極性溶剤、例えば脂肪族カルボン酸エステル、特に環境安全性の観点から、ジカルボン酸メチルエステル混合物(デュポン社製商品名:DBE グルタル酸ジメチル、アジピン酸ジメチル及びコハク酸ジメチルの混合物)などのジカルボン酸アルキルエステル、菜種油メチルエステル等の植物油のメチルエステル、オレイン酸エチル、パルミチン酸エチル、これらの混合物等の脂肪酸モノエステルなどのエステル類のほか、例えばイソホロン等のケトン類、イソプロピルエーテル等のエーテル類、フルフリルアルコールなどと、樹脂の分離が生じない程度の量のポリイソシアネート化合物を溶解するための非極性溶剤、例えばパラフィン類、ナフテン類、アルキルベンゼン類等の石油系炭化水素類、具体的には例えばイプゾール150(商品名、石油系溶剤、出光石油社製)、ハイゾール(商品名、石油系溶剤、昭和シェル石油社製)などが併用される。
【0010】
またオルソクレゾール変性フェノール樹脂としては、例えば酸、塩基、二価金属塩等の反応触媒の存在下にオルソクレゾール及び/又はフェノールとアルデヒド類(例えばホルマリン、パラホルムアルデヒド、ポリオキシメチレン、グリオキザール、フルフラール及びこれらの混合物等)とを反応させると得られる(1)オルソクレゾールとフェノールとの共縮合型オルソクレゾール変性フェノール樹脂若しくは(2)オルソクレゾール樹脂とフェノール樹脂との混合型オルソクレゾール変性フェノール樹脂のほか、これらの樹脂を変性剤で改質した(3)改質型オルソクレゾール変性フェノール樹脂又は(1),(2)及び(3)の任意の混合物などが例示される。
【0011】
(1)共縮合型オルソクレゾール変性フェノール樹脂は、オルソクレゾール(oCr)とフェノール(P)とを、砂中子の崩壊性の観点から、好ましくはoCr/P(質量比)=30/70〜90/10、好ましくは50/50〜90/10の範囲でアルデヒド類と同時的又は段階的に反応させて得られるノボラック型、レゾール型及びベンジルエーテル型の共縮合樹脂の群から選ばれる少なくとも1種の共縮合型オルソクレゾール変性フェノール樹脂である。一般的にはベンジルエーテル型の共縮合型オルソクレゾール変性フェノール樹脂である。
【0012】
また(2)混合型オルソクレゾール変性フェノール樹脂は、オルソクレゾールとアルデヒド類とを反応させると得られるノボラック型、レゾール型及びベンジルエーテル型のオルソクレゾール樹脂の群から選ばれる少なくとも1種のオルソクレゾール樹脂(X)とフェノールとアルデヒド類とを反応させると得られるノボラック型、レゾール型及びベンジルエーテル型のフェノール樹脂の群から選ばれる少なくとも1種のフェノール樹脂(Y)とを、砂中子の崩壊性の観点から、X/Y(質量比)=3/7〜9/1、好ましくは5/5〜9/1の割合で混合して得られる混合型オルソクレゾール変性フェノール樹脂である。一般的にはベンジルエーテル型の混合型オルソクレゾール変性フェノール樹脂である。
【0013】
また(3)改質型オルソクレゾール変性フェノール樹脂は、共縮合樹脂、オルソクレゾール樹脂又はフェノール樹脂の製造時ないし製造後にさらに任意の改質剤、例えばアルキッド樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、キシレン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリアミド樹脂、尿素系化合物、メラミン系化合物、エポキシ系化合物、ポリビニルアルコール、アミド類、アマニ油などと混合ないしは反応させて得られる改質されたノボラック型、レゾール型及びベンジルエーテル型の樹脂の群から選ばれる少なくとも1種の改質型オルソクレゾール変性フェノール樹脂である。一般的にはベンジルエーテル型の改質型オルソクレゾール変性フェノール樹脂である。
【0014】
(B)成分として用いられるポリイソシアネート成分は、オルソクレゾール変性フェノール樹脂との反応性を有する分子内にイソシアネート基を2個以上有するポリイソシアネート化合物を約65〜90質量%の割合で含む有機溶剤溶液、場合によっては原液状態のポリイソシアネート化合物である。かかるポリイソシアネート化合物の例としては、例えばジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート(以下「クルードMDI」という。)等の芳香族ポリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ポリイソシアネート、4,4′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等の脂環式ポリイソシアネート、これらのポリイソシアネートとポリオールとを反応させて得られるイソシアネート基を有するプレポリマー及びこれらポリイソシアネートの混合物などが例示される。
【0015】
(C)成分として用いるケイ酸エステル、その加水分解生成物及びこれらの混合物(以下「ケイ酸エステル等」という。)は、理由は定かでないが砂中子の崩壊性の改善に有効に機能するものであって、このようなケイ酸エステル等の例としては、ケイ酸エステル、例えばメチルシリケート、エチルシリケート、プロピルシリケート、ブチルシリケートなど、ケイ酸エステルの加水分解生成物、例えばコルコート社製商品のメチルシリケート51、エチルシリケート40及びこれらの混合物などが例示される。(C)成分は、一般に高度の加水分解性を有するため、好ましくは(B)ポリイソシアネート成分又は鋳物砂組成物を調製する際に添加混合して用いられる。
【0016】
本発明にかかるアミンガス硬化型鋳型用鋳物砂組成物は、(A)フェノール樹脂成分、(B)ポリイソシアネート成分及び(C)ケイ酸エステル等を鋳物砂に添加混練して得られる混練砂であって、前述したように該混練砂は先ず成形金型内で砂中子形状に賦形した後、これに硬化触媒の第三級アミン(例えばトリエチルアミン、ジメチルエチルアミン、ジメチルイソプロピルアミン等)を通気することにより、前記混練砂と第三級アミンとの接触による該混練砂の硬化が進行して砂中子が形成される。得られる砂中子は鋳造後の崩壊性に優れるため、特に軽合金鋳造用鋳型として有用である。この鋳物砂組成物は、一般的には回分式ないし連続式ミキサー内で、鋳物砂と(A)成分とを混練した後、(B)成分及び(C)成分を加えて再混練する方法又は鋳物砂内に(A),(B)及び(C)成分を同時に添加して混練する方法などにより調製される。
【0017】
かかる鋳物砂組成物の調製において、(A)フェノール樹脂成分及び(B)ポリイソシアネート成分は、鋳物砂100質量部に対し、それぞれ0.01〜5.0質量部、好ましくは0.1〜2.0質量部の割合で配合される。また、両成分の配合割合は特に限定はされないが、一般的には質量基準で(A)成分/(B)成分=70/30〜30/70である。また、(C)成分の配合量は、砂中子の崩壊性改善効果の観点から、一般的には(A)フェノール樹脂成分100質量部に対し、0.1質量部以上を必要とするが、コストを考慮すると好ましくは1〜20質量部である。また、鋳物砂としては、例えばケイ砂、オリビンサンド、ジルコンサンド、クロマイトサンド、アルミナサンド、フェロクロム系スラグ、フェロニッケル系スラグ、転炉スラグ、ムライト系人工粒子(例えば伊藤忠セラテック社市販の商品名ナイガイセラビーズ)、これらの再生砂などが挙げられる。中でも、鋳型回収後の研磨再生処理の観点から、球状で耐破砕性に優れるムライト系人工粒子が好ましい。これらは1種で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0018】
【実施例】
次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。なお、「部」及び「%」はすべて「質量部」及び「質量%」を意味する。また得られた鋳物砂組成物については、次の試験法により鋳型強度(抜型強度と24時間後の放置強度)の測定と砂中子の崩壊性の評価を行なった。
【0019】
1.鋳型強度(抜型強度と24時間後の放置強度)の測定
コールドボックス造型機のサンドマガジン内に鋳物砂組成物を投入後、これを曲げ強度試験片作製用金型内にゲージ圧0.3MPa で充填した。次に該金型内にガスジェネレーター(ゲージ圧0.2MPa ×1秒間)よりトリエチルアミンを通気し、エアーパージ(ゲージ圧0.2MPa ×10秒間)し、抜型して曲げ試験片(幅30mm×長さ85mm×厚み10mm)を作製した。得られた試験片は、直ちに又は常温で24時間放置後にデジタル鋳物砂強度試験機(高千穂精機社製)により曲げ強度(N/cm2 )を測定し、前者を抜型強度、後者を24時間後の放置強度とした。
【0020】
2.砂中子の崩壊性の評価
図1において、あらかじめ常温自硬性砂で作製した上部に溶湯注入口1、下部に砂中子の幅木固定部2(この部分は鋳造後のアルミ鋳物からの使用済み砂中子の排出口7となる)、中間に空間部を有する主型3(幅80mm×長さ125mm×厚さ75mm)内に鋳物砂組成物で作製した円形無空砂中子4(試験片:直径47mm×高さ49mm)を幅木固定部2で接着固定した後、相方の主型3′を接着固定して鋳造試験用砂型5を作製した。
【0021】
次に、鋳造試験用砂型5の溶湯注入口1からアルミニウム合金(温度710±5℃)を注湯し、室温まで放置冷却し、その後主型3,3′をバラシして図2に示すような使用済み砂中子6の排出口7(直径16mm)を有する円形でアルミニウム合金製の鋳物8を得た。得られた鋳物8は、先ずチッピング前の振出(0秒)で排出された砂中子の量を測定し、次いでエアーハンマー(圧力0.1MPa )で3秒毎にチッピングを繰返し、その都度排出口7から排出される砂中子の量を測定した。この操作は使用済み砂中子6がほぼ総て排出されるまで繰返した。砂中子の崩壊性は、0秒、3秒毎の排出量を総排出量で除した百分率(%)で表示し、排出率100%に達する時間が短いほど崩壊性はよいと判断した。
【0022】
製造例1 <フェノール樹脂成分(1)の調製>
還流器、温度計、攪拌機を備えた三つ口反応フラスコ内にオルソクレゾール50部、フェノール50部、92%パラホルムアルデヒド49部及び二価金属塩としてナフテン酸鉛0.32部を仕込み、還流温度で3時間反応を行った後、加熱濃縮してベンジルエーテル型の共縮合型オルソクレゾール変性フェノール樹脂を得た。次に、このオルソクレゾール変性フェノール樹脂50部に有効量のγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランと有機エステル系溶剤(商品名:DBEグルタル酸ジメチル、アジピン酸ジメチル及びコハク酸ジメチルの混合物、デュポン社製)を25部と石油系溶剤(商品名、ソルベッソ100、エクソンモービル社製)を25部添加して濃度50%の共縮合型オルソクレゾール変性フェノール樹脂の有機溶剤溶液、すなわちフェノール樹脂成分(1)を調製した。
【0023】
製造例2,3 <フェノール樹脂成分(2),(3)の調製>
製造例1において、オルソクレゾール(oCr)とフェノール(P)との配合割合(oCr/P、質量比)が30/70、92%パラホルムアルデヒド50部及び還流時間が5時間(製造例2)、又はoCr/P=70/30、92%パラホルムアルデヒド47部及び反応時間が5時間(製造例3)に変更した以外は、製造例1と同様にして濃度50%の共縮合型オルソクレゾール変性フェノール樹脂の有機溶剤溶液、すなわちフェノール樹脂成分(2)及び(3)を調製した。
【0024】
製造例4〜5 <フェノール樹脂成分(4)及び(5)の調製>
還流器、温度計、攪拌機を備えた三つ口反応フラスコ内にオルソクレゾール100部、92%パラホルムアルデヒド39部及び二価金属塩としてナフテン酸鉛0.32部を仕込み、還流温度で6時間反応を行った後加熱濃縮してベンジルエーテル型オルソクレゾール樹脂を得た。また、フェノール100部、92%パラホルムアルデヒド52部及び二価金属塩としてナフテン酸鉛0.32部を仕込み、還流温度で1時間反応を行った後加熱濃縮してベンジルエーテル型フェノール樹脂を得た。次に、それぞれの樹脂50部に製造例1と同様に有効量のγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランと前記した有機溶剤(DBE及びソルベッソ100)を50部添加して濃度50%のオルソクレゾール樹脂有機溶剤溶液と濃度50%のフェノール樹脂有機溶剤溶液を調製した。さらに前者50部と後者50部とを混合して濃度50%の混合型オルソクレゾール変性フェノール樹脂の有機溶剤溶液、すなわちフェノール樹脂成分(4)を調製した。また、フェノール樹脂の有機溶剤溶液はそのままフェノール樹脂成分(5)とした。
【0025】
製造例6 <ポリイソシアネート成分の調製>
攪拌機を備えた混合槽内でポリイソシアネート化合物であるポリメチレンポリフェニレンポリイソシアネート(商品名:コスモネートM200、三井化学社製)80部とソルベッソ100 20部とを混合して濃度80%のポリイソシアネート成分を調製した。
【0026】
実施例1
実験用品川ミキサー内でナイガイセラビーズ#550(商品名:伊藤忠セラテック社製)1000部と製造例1で調製したフェノール樹脂成分(1)1.0部とを30秒間混練した後、製造例6で調製したポリイソシアネート成分1.0部とケイ酸エステルの加水分解生成物(商品名:メチルシリケート51、メチルシリケートの加水分解生成物、コルコート社製)0.05部とを添加してさらに30秒間混練して混練砂、いわゆる鋳物砂組成物(1)を調製した。得られた鋳物砂組成物(1)は、下記の試験法により鋳型強度の測定及び砂中子の崩壊性の評価を行なった。その結果を表1に示す。
【0027】
実施例2,3
実施例1の鋳物砂組成物の調製において、フェノール樹脂成分(1)に代えてフェノール樹脂成分(2)又は(3)を用いた以外は実施例1と同様にして鋳物砂組成物(2)又は(3)を調製した。得られた鋳物砂組成物は、下記の試験法により鋳型強度の測定及び砂中子の崩壊性の評価を行なった。その結果を表1に示す。
【0028】
実施例4〜6
実施例1の鋳物砂組成物の調製において、(C)成分として用いたメチルシリケート51の配合量0.05部(5%)を0.02部(2%)、0.1部(10%)又は0.2部(20%)に変更した以外は、実施例1と同様にして鋳物砂組成物(4),(5)又は(6)を調製した。得られた鋳物砂組成物は、下記の試験法により鋳型強度の測定及び砂中子の崩壊性の評価を行なった。その結果を表1に示す。
【0029】
実施例7
実施例1の鋳物砂組成物の調製において、(C)成分として用いたメチルシリケート51をケイ酸エチル(商品名:エチルシリケート28、コルコート社製)に変更した以外は実施例1と同様にして鋳物砂組成物(7)を調製した。得られた鋳物砂組成物は、下記の試験法により鋳型強度の測定及び砂中子の崩壊性の評価を行なった。その結果を表1に示す。
【0030】
実施例8
実施例1の鋳物砂組成物の調製において、フェノール樹脂成分(1)に代えてフェノール樹脂成分(4)を用いた以外は実施例1と同様にして鋳物砂組成物(8)を調製した。得られた鋳物砂組成物は、下記の試験法により鋳型強度の測定及び砂中子の崩壊性の評価を行なった。その結果を表1に示す。
【0031】
比較例1
実施例1の鋳物砂組成物の調製において、メチルシリケート51を用いなかった以外は実施例1と同様にして比較用鋳物砂組成物(9)を調製した。得られた鋳物砂組成物は、下記の試験法により鋳型強度の測定及び砂中子の崩壊性の評価を行なった。その結果を表1に示す。
【0032】
従来例1
実施例1の鋳物砂組成物の調製において、フェノール樹脂成分(1)に代えてフェノール樹脂成分(5)を用い、かつメチルシリケート51を用いなかった以外は実施例1と同様にして従来の鋳物砂組成物(10)を調製した。得られた鋳物砂組成物は、下記の試験法により鋳型強度の測定及び砂中子の崩壊性の評価を行なった。その結果を表1に示す。
【0033】
【表1】
【0034】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、オルソクレゾール変性フェノール樹脂とケイ酸エステル及び/又はその加水分解生成物との併用により、従来のフェノール樹脂ベースより、大幅に改善された砂中子の崩壊性を提供できるため、軽合金鋳物製造でのエネルギーコストの低減及び作業環境の改善に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は砂中子の崩壊性評価のための鋳造試験用砂型の縦断面図である。
【図2】図2は使用済み砂中子を内包した鋳物の縦断面図である。
【符号の説明】
1…溶湯注入口
2…幅木固定部
3,3′…主型
4…砂中子
4′…砂中子の幅木
5…鋳造試験用砂型
6…使用済み砂中子
7…排出口
8…鋳物[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gas-hardening mold produced by an amine cold box method, particularly to a molding sand composition suitable for producing a sand core suitable for light alloy casting, and a binder composition used therefor.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the amine cold box method, which has been gaining importance as a competitive technology of the shell mold method, uses an organic solvent solution (phenol resin component) of a phenol resin, which is a component of a two-component reaction-curable binder, and a polyisocyanate. A compound or an organic solvent solution thereof (polyisocyanate component) is added to and kneaded with molding sand, and after kneading sand, that is, a molding sand composition is filled in a molding die, a tertiary amine (curing catalyst) is actuated. This is a method for producing a mass-producable gas-hardening mold capable of promoting the reaction between a phenolic resin and a polyisocyanate compound to form a molding sand composition into a sand mold (main mold or sand core) for casting in a short time.
[0003]
By the way, in the field of the automobile industry, it is inevitable to switch from castings made of iron to products made of light alloys such as aluminum alloys from the viewpoint of weight reduction and improvement of fuel efficiency. However, when a light alloy casting was manufactured by a sand casting method of pouring a light alloy molten metal such as an aluminum or magnesium alloy having a low pouring temperature after setting a sand core in a casting mold, the obtained result was obtained. As-cast castings are generally subjected to sand removal operations such as high-temperature heat treatment and chipping treatment to discharge used sand cores remaining in the castings. As described above, sand cores used for light alloy casting have been focused on the ability to discharge used sand cores from as-cast castings (hereinafter referred to as "disintegration"). It is not sufficient, and in addition, the thinning of castings and the complicated structure due to the high performance of the engine require further collapse of the sand core.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-84643 describes a binder composition for a mold that does not include a silicate ester and / or a hydrolysis product thereof as a constituent element. A low-viscosity binder with low viscosity and excellent weighability while reducing organic solvents, especially non-polar solvents, thereby improving the working environment and improving the adhesion to the mold. It is stated to provide. However, according to this document, by providing a silicate ester and / or a hydrolysis product thereof as a constituent element as in the present invention, it is possible to provide a significantly improved disintegration property of a sand core. There is no description or suggestion that it has the effect of reducing energy costs and improving the working environment in casting production.
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-84643
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to provide a binder composition used for producing a gas-hardening mold by the amine cold box method, particularly a sand core excellent in disintegration suitable for light alloy casting. Another object of the present invention is to provide a molding sand composition for an amine gas-curable mold capable of providing a sand core for light alloy casting having such characteristics.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have been able to provide a sand core which is more excellent in disintegration than the sand core manufactured by the shell mold method, and is also advantageous in improving energy cost and working environment in the above-mentioned technological evolution. As a result of intensive studies focusing on the amine cold box method, it was found that the combination of ortho-cresol-modified phenolic resin and silicate ester and / or its hydrolysis product is extremely effective in improving the disintegration of sand cores. As a result, the present invention has been completed.
[0006]
That is, the present invention (claim 1) provides an amine gas-curable mold characterized by comprising an ortho-cresol-modified phenol resin, a polyisocyanate compound, an organic solvent, a silicate ester and / or a hydrolysis product thereof as essential components. It is a binder composition. Another aspect of the present invention (claim 2) is a molding sand composition for an amine gas-curable mold, comprising the binder composition according to
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The binder composition for an amine gas-curable mold according to the present invention (hereinafter simply referred to as “binder composition”) functions as at least a two-part reaction-curable binder for molding sand (A) a phenolic resin. Component and (B) a polyisocyanate component, and (C) a silicate ester functioning as a disintegrant for a used sand core, a hydrolysis product thereof, and one selected from the group consisting of a mixture thereof. The components (A) and (B) are generally used as a solution whose concentration is appropriately adjusted with an organic solvent from the viewpoint of coating properties on molding sand.
[0008]
The component (A) is an organic solvent containing an ortho-cresol-modified phenolic resin, which reacts with the polyisocyanate compound in the component (B) to cause the strength between molding sands to be developed, at a ratio of about 40 to 80% by mass. Although it is a solution, the component contains a silane coupling agent such as γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, etc. A pot life extending agent, for example, a carboxylic acid chloride such as isophthalic acid chloride, or a phosphonic acid chloride or the like may be added at a ratio of 0.01 to 5% by mass.
[0009]
The organic solvent used herein can be used without any particular limitation as long as it is non-reactive with the polyisocyanate compound and a good solvent for the phenolic resin. A polar solvent for dissolving the compound, for example, an aliphatic carboxylic acid ester, especially from the viewpoint of environmental safety, a mixture of dicarboxylic acid methyl esters (trade name: DBE manufactured by DuPont: a mixture of dimethyl glutarate, dimethyl adipate and dimethyl succinate) In addition to alkyl esters of dicarboxylic acids, methyl esters of vegetable oils such as rapeseed oil methyl esters, esters such as fatty acid monoesters such as ethyl oleate and ethyl palmitate, and mixtures thereof, ketones such as isophorone, isopropyl ether and the like Ethers, furfuryl alcohol, etc. And a non-polar solvent for dissolving a polyisocyanate compound in such an amount that resin separation does not occur, for example, petroleum hydrocarbons such as paraffins, naphthenes and alkylbenzenes, specifically, for example, Ipsol 150 (product Name, petroleum solvent, Idemitsu Sekiyu KK, and Hisol (trade name, petroleum solvent, Showa Shell Sekiyu KK) and the like.
[0010]
Examples of the orthocresol-modified phenol resin include orthocresol and / or phenol and aldehydes (for example, formalin, paraformaldehyde, polyoxymethylene, glyoxal, furfural, and the like) in the presence of a reaction catalyst such as an acid, a base, and a divalent metal salt. Or a mixture of ortho-cresol and phenol resin, and (2) a mixed ortho-cresol-modified phenol resin of ortho-cresol and phenol resin. And (3) a modified ortho-cresol-modified phenol resin obtained by modifying these resins with a modifier, or an arbitrary mixture of (1), (2) and (3).
[0011]
(1) The co-condensed ortho-cresol-modified phenolic resin is preferably obtained by converting ortho-cresol (oCr) and phenol (P) from the viewpoint of the disintegration of the sand core, preferably oCr / P (mass ratio) = 30 / 70- At least one selected from the group of co-condensation resins of novolak type, resol type and benzyl ether type obtained by reacting with aldehydes simultaneously or stepwise in the range of 90/10, preferably 50/50 to 90/10. Is a type of co-condensed ortho-cresol-modified phenolic resin. Generally, it is a benzyl ether type co-condensation type ortho-cresol-modified phenol resin.
[0012]
Further, (2) the mixed ortho-cresol-modified phenol resin is at least one ortho-cresol resin selected from the group of novolak-type, resol-type and benzyl ether-type ortho-cresol resins obtained by reacting ortho-cresol with aldehydes. (X) at least one phenolic resin (Y) selected from the group of phenolic resins of the novolak type, resole type and benzyl ether type obtained by reacting phenol with aldehydes, and the disintegration of sand core In view of the above, a mixed orthocresol-modified phenol resin obtained by mixing at a ratio of X / Y (mass ratio) = 3/7 to 9/1, preferably 5/5 to 9/1. Generally, it is a mixed-type ortho-cresol-modified phenol resin of benzyl ether type.
[0013]
Also, (3) the modified orthocresol-modified phenolic resin may be further modified at any time after or after the production of the co-condensation resin, the orthocresol resin or the phenolic resin, for example, an alkyd resin, an epoxy resin, a melamine resin, a urea resin, Modified novolak type, resol type and benzyl obtained by mixing or reacting with xylene resin, vinyl acetate resin, polyamide resin, urea compound, melamine compound, epoxy compound, polyvinyl alcohol, amides, linseed oil, etc. It is at least one modified orthocresol-modified phenol resin selected from the group of ether type resins. Generally, it is a benzyl ether type modified orthocresol-modified phenol resin.
[0014]
The polyisocyanate component used as the component (B) is an organic solvent solution containing about 65 to 90% by mass of a polyisocyanate compound having two or more isocyanate groups in a molecule having reactivity with an ortho-cresol-modified phenol resin. In some cases, the polyisocyanate compound is in the form of a stock solution. Examples of such polyisocyanate compounds include, for example, aromatic polyisocyanates such as diphenylmethane diisocyanate and polymethylene polyphenylene polyisocyanate (hereinafter referred to as "crude MDI"), aliphatic polyisocyanates such as hexamethylene diisocyanate, and 4,4'-dicyclohexyl. Examples thereof include alicyclic polyisocyanates such as methane diisocyanate, prepolymers having isocyanate groups obtained by reacting these polyisocyanates with polyols, and mixtures of these polyisocyanates.
[0015]
The silicate used as the component (C), a hydrolysis product thereof, and a mixture thereof (hereinafter, referred to as “silicate ester or the like”) function effectively for improving the disintegration of the sand core, for unknown reasons. Examples of such silicates include silicates, for example, methyl silicate, ethyl silicate, propyl silicate, butyl silicate, and the like, hydrolysis products of silicates, such as those manufactured by Colcoat Co., Ltd. Examples thereof include methyl silicate 51, ethyl silicate 40, and a mixture thereof. Since the component (C) generally has a high degree of hydrolyzability, it is preferably added and mixed when preparing the (B) polyisocyanate component or molding sand composition.
[0016]
The amine gas-curable molding sand composition for a mold according to the present invention is kneaded sand obtained by adding and kneading (A) a phenol resin component, (B) a polyisocyanate component, and (C) a silicate ester to the molding sand. As described above, the kneaded sand is first formed into a sand core shape in a molding die, and a tertiary amine (eg, triethylamine, dimethylethylamine, dimethylisopropylamine, etc.) as a curing catalyst is aerated therethrough. Thereby, the hardening of the kneaded sand due to the contact between the kneaded sand and the tertiary amine proceeds to form a sand core. The obtained sand core has excellent disintegration properties after casting, and is particularly useful as a casting mold for light alloys. This molding sand composition is generally kneaded with molding sand and the component (A) in a batch type or continuous mixer, and then the components (B) and (C) are added and then re-kneaded. It is prepared by a method in which the components (A), (B) and (C) are simultaneously added to the foundry sand and kneaded.
[0017]
In the preparation of such a molding sand composition, (A) the phenolic resin component and (B) the polyisocyanate component are each 0.01 to 5.0 parts by mass, preferably 0.1 to 2 parts by mass, per 100 parts by mass of the molding sand. 0.0 parts by mass. The mixing ratio of the two components is not particularly limited, but is generally (A) / (B) = 70/30 to 30/70 on a mass basis. In addition, from the viewpoint of the effect of improving the disintegration of the sand core, the amount of the component (C) generally needs to be 0.1 part by mass or more based on 100 parts by mass of the phenol resin component (A). Considering the cost, it is preferably 1 to 20 parts by mass. Examples of the foundry sand include silica sand, olivine sand, zircon sand, chromite sand, alumina sand, ferrochrome slag, ferronickel slag, converter slag, and mullite artificial particles (for example, Niigai commercially available from ITOCHU CERATECH CORPORATION). Cerabeads) and their recycled sands. Among them, mullite-based artificial particles which are spherical and have excellent crush resistance are preferred from the viewpoint of polishing and regenerating treatment after the recovery of the mold. These may be used alone or in combination of two or more.
[0018]
【Example】
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, "part" and "%" all mean "part by mass" and "% by mass". In addition, the obtained molding sand composition was subjected to measurement of mold strength (strength of punching and standing strength after 24 hours) and evaluation of disintegration of the sand core by the following test methods.
[0019]
1. Measurement of mold strength (stretching strength and standing strength after 24 hours) After the casting sand composition was charged into a sand magazine of a cold box molding machine, this was placed in a bending strength test piece forming mold at a gauge pressure of 0.3 MPa. Filled. Next, triethylamine was passed through the mold from a gas generator (gauge pressure: 0.2 MPa × 1 second), air purged (gauge pressure: 0.2 MPa × 10 seconds), the mold was removed, and a bending test piece (width 30 mm × length) was removed. 85 mm x
[0020]
2. Evaluation of the disintegration of the sand core In FIG. 1, the molten
[0021]
Next, an aluminum alloy (temperature: 710 ± 5 ° C.) is poured from the molten
[0022]
Production Example 1 <Preparation of phenol resin component (1)>
A three-necked reaction flask equipped with a reflux condenser, a thermometer, and a stirrer was charged with 50 parts of orthocresol, 50 parts of phenol, 49 parts of 92% paraformaldehyde, and 0.32 part of lead naphthenate as a divalent metal salt. , And concentrated by heating to obtain a benzyl ether-type co-condensed ortho-cresol-modified phenol resin. Next, an effective amount of γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane and an organic ester solvent (trade name: mixture of DBE dimethyl glutarate, dimethyl adipate and dimethyl succinate, DuPont) Of a cocondensation-type ortho-cresol-modified phenolic resin having a concentration of 50% by adding 25 parts of a petroleum solvent (trade name, Solvesso 100, manufactured by ExxonMobil Co., Ltd.) to the organic solvent solution, that is, the phenolic resin component (1). ) Was prepared.
[0023]
Production Examples 2 and 3 <Preparation of phenol resin components (2) and (3)>
In Production Example 1, the mixing ratio (oCr / P, mass ratio) of orthocresol (oCr) and phenol (P) was 30/70, 50 parts of 92% paraformaldehyde, and the reflux time was 5 hours (Production Example 2). Or co-condensed orthocresol-modified phenol having a concentration of 50% in the same manner as in Production Example 1 except that oCr / P was 70/30, 47 parts of 92% paraformaldehyde, and the reaction time was changed to 5 hours (Production Example 3). An organic solvent solution of the resin, that is, phenolic resin components (2) and (3) were prepared.
[0024]
Production Examples 4 to 5 <Preparation of phenol resin components (4) and (5)>
100 parts of orthocresol, 39 parts of 92% paraformaldehyde, and 0.32 part of lead naphthenate as a divalent metal salt were charged into a three-neck reaction flask equipped with a reflux condenser, a thermometer, and a stirrer, and reacted at a reflux temperature for 6 hours. After that, the mixture was concentrated by heating to obtain a benzyl ether type ortho-cresol resin. Also, 100 parts of phenol, 52 parts of 92% paraformaldehyde and 0.32 part of lead naphthenate as a divalent metal salt were charged, reacted at reflux temperature for 1 hour, and then concentrated by heating to obtain a benzyl ether type phenol resin. . Next, an effective amount of γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane and 50 parts of the above-mentioned organic solvent (DBE and Solvesso 100) were added to 50 parts of each resin in the same manner as in Production Example 1, and a 50% concentration of orthocresol was added. A resin organic solvent solution and a phenol resin organic solvent solution having a concentration of 50% were prepared. Further, 50 parts of the former and 50 parts of the latter were mixed to prepare an organic solvent solution of a mixed type orthocresol-modified phenol resin having a concentration of 50%, that is, a phenol resin component (4). The solution of the phenol resin in the organic solvent was used as it is as the phenol resin component (5).
[0025]
Production Example 6 <Preparation of polyisocyanate component>
In a mixing tank equipped with a stirrer, 80 parts of polymethylene polyphenylene polyisocyanate (trade name: Cosmonate M200, manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) and 20 parts of Solvesso 100 are mixed and a polyisocyanate component having a concentration of 80% is mixed. Was prepared.
[0026]
Example 1
After kneading 1000 parts of NAIGAI CERABEADS # 550 (trade name: manufactured by ITOCHU CERATECH CORPORATION) and 1.0 part of the phenolic resin component (1) prepared in Production Example 1 for 30 seconds in an experimental article river mixer, Production Example 6 1.0 part of the polyisocyanate component prepared in the above and 0.05 part of a hydrolysis product of a silicate ester (trade name: methyl silicate 51, hydrolysis product of methyl silicate, manufactured by Colcoat Co., Ltd.) and further 30 parts The mixture was kneaded for 2 seconds to prepare a kneaded sand, a so-called foundry sand composition (1). The obtained molding sand composition (1) was subjected to measurement of mold strength and evaluation of disintegration of the sand core by the following test methods. Table 1 shows the results.
[0027]
Examples 2 and 3
A molding sand composition (2) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the phenol resin component (2) or (3) was used instead of the phenol resin component (1) in the preparation of the molding sand composition of Example 1. Or (3) was prepared. The obtained molding sand composition was measured for mold strength and evaluated for disintegration of the sand core by the following test methods. Table 1 shows the results.
[0028]
Examples 4 to 6
In the preparation of the molding sand composition of Example 1, the compounding amount of methyl silicate 51 used as the component (C) was 0.05 part (5%), and 0.02 part (2%) and 0.1 part (10% ) Or 0.2 parts (20%), except that a molding sand composition (4), (5) or (6) was prepared in the same manner as in Example 1. The obtained molding sand composition was measured for mold strength and evaluated for disintegration of the sand core by the following test methods. Table 1 shows the results.
[0029]
Example 7
In the preparation of the molding sand composition of Example 1, the same procedure as in Example 1 was conducted, except that methyl silicate 51 used as the component (C) was changed to ethyl silicate (trade name: ethyl silicate 28, manufactured by Colcoat Co., Ltd.). A casting sand composition (7) was prepared. The obtained molding sand composition was measured for mold strength and evaluated for disintegration of the sand core by the following test methods. Table 1 shows the results.
[0030]
Example 8
A molding sand composition (8) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the phenol resin component (4) was used instead of the phenol resin component (1) in the preparation of the molding sand composition of Example 1. The obtained molding sand composition was measured for mold strength and evaluated for disintegration of the sand core by the following test methods. Table 1 shows the results.
[0031]
Comparative Example 1
A comparative molding sand composition (9) was prepared in the same manner as in Example 1 except that methyl silicate 51 was not used in the preparation of the molding sand composition of Example 1. The obtained molding sand composition was measured for mold strength and evaluated for disintegration of the sand core by the following test methods. Table 1 shows the results.
[0032]
Conventional example 1
A conventional casting was prepared in the same manner as in Example 1 except that the phenolic resin component (5) was used in place of the phenolic resin component (1) and the methyl silicate 51 was not used in the preparation of the molding sand composition of Example 1. A sand composition (10) was prepared. The obtained molding sand composition was measured for mold strength and evaluated for disintegration of the sand core by the following test methods. Table 1 shows the results.
[0033]
[Table 1]
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the combined use of an ortho-cresol-modified phenol resin and a silicate ester and / or a hydrolysis product thereof significantly improves the disintegration of a sand core compared to a conventional phenol resin base. Therefore, it is possible to contribute to reduction of energy cost and improvement of working environment in the production of light alloy castings.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a sand mold for a casting test for evaluating the collapse property of a sand core.
FIG. 2 is a vertical sectional view of a casting including a used sand core.
[Explanation of symbols]
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