JP4817136B2

JP4817136B2 - 赤外線乾燥機用水性塗型剤の製造方法

Info

Publication number: JP4817136B2
Application number: JP2001169265A
Authority: JP
Inventors: 喬永易; 徳生白銀; 豊黒川; 英之平田; 喜一高本; 豊三原
Original assignee: 株式会社ツチヨシアクティ; 国立大学法人香川大学
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2021-06-05
Also published as: JP2002361363A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水性塗型剤を塗布した鋳型を赤外線乾燥機で乾燥する場合の乾燥時間の速い水性塗型剤の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋳型用の塗型剤は、従来はアルコール性塗型剤が主であり、これは塗布後に着火乾燥することで溶剤であるアルコールを迅速に燃焼・気化させ、鋳型に塗型を被覆させる。この方法では着火乾燥時のCO₂を含む燃焼ガス発生、高温の炎による作業環境の悪化、燃焼による鋳型の脆化等の問題が存在する。そのために、塗型剤の溶剤として、環境に対する悪化等の問題の発生しない水を溶剤とする塗型剤、すなわち水性塗型剤への転換が望まれている。しかしながら、この水性塗型剤の使用に当たっては、アルコール性塗型剤で行っていた着火乾燥による乾燥方式が不可能である。何らかの乾燥機による水分の気化工程が必要となる。この乾燥機として、熱風乾燥機、マイクロ波乾燥機及び赤外線乾燥機が使用される。熱風乾燥機は作業環境を悪化されることから、またマイクロ波乾燥機は塗型を施す鋳型で最も生産量の多い鋳型であるフラン鋳型において誘電率が高く鋳型が高温になる問題から使用できないことから、今後は遠赤外線乾燥機を含む赤外線乾燥機が主流になると考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、赤外線乾燥機による水性塗型剤の乾燥時間は、アルコール性塗型剤の着火乾燥と比較した場合、極めて長いために作業時間短縮上からその乾燥時間短縮が望まれている。そこで、本発明は、乾燥時間の短縮を図ることができる赤外線乾燥機用水性塗型剤の製造方法を提供せんとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
水性塗型剤を塗布した鋳型を赤外線乾燥機で乾燥する際に、水性塗型剤に赤外線の吸収効率の高い塗型構成物を用いることで、溶剤としての水の気化を促進し、水性塗型剤の乾燥時間を速めることがその解決方法として考えられる。そこで本発明者たちは、吸収効率の高い塗型構成物を見出す手段として、個々の塗型構成物の赤外線吸収スペクトルと赤外線乾燥機から放射される赤外線放射率を測定することで、計算により各々の塗型構成物の赤外線吸収効率効率を求め、これを利用した乾燥時間の短い塗型構成物の開発が出来ないか検討した。
【０００５】
赤外線の放射率と各物質の吸収率をそれぞれの波長ｘ（μｍ）を変数とする関数と考え、各塗型構成物の吸収率を以下と仮定する。
赤外線の放射率：ｒ（ｘ）
塗型構成物−１（水）の吸収率：ｆ1（ｘ）
塗型構成物−２の吸収率：ｆ2（ｘ）
塗型構成物−３の吸収率：ｆ3（ｘ）
・
・
・
・
塗型構成物−ｎの吸収率：ｆn（ｘ）
また、塗型剤として用いた各塗型構成物の質量パーセントをそれぞれ、ｗ１、ｗ２、ｗ３、ｗ４、・・・・・・とし、遠赤外線の放射量ｘを変数とする確率密度関数ｆｒ（ｘ）として、次の式１のように定義する。
【０００６】
【式１】

【０００７】
ｆｒ（ｘ）は確率密度関数であるので、式２となる。このようにそれぞれの関数を定義すると、ある塗型剤の種別に対して、その塗型剤を遠赤外線乾燥機で乾燥させる乾燥効率ηは、式３のように仮定して計算することができる。遠赤外線の放射率並びに塗型に含まれる物質の吸収率は図１に示した。
【０００８】
【式２】

【０００９】
【式３】

【００１０】
次に、式３を検証するために塗型に含まれる塗型構成物を２種類変化させて水性塗型剤を試作し乾燥時間を測定した。その結果を図２に示す。式３により求めた乾燥効率ηは実測乾燥時間とよく対応しており、遠赤外線の放射率と塗型構成物の吸収率から乾燥効率を求める仮説は成り立つ。図３には製品であるの水性塗型剤を用いて、乾燥効率と乾燥時間の関係を示した。製品では２０種類程度の塗型構成物や粘結剤等が含まれ、全ての吸収率を測定していないために、測定を行った塗型構成物（図中にその合計量を示す）のみで乾燥効率を求めた。これにおいても、吸収率と乾燥効率がよく対応している。以下、この乾燥効率を、吸収効率という。
【００１１】
この吸収効率が、０．３５以上、特に０．４０以上である水性塗型剤は極めて乾燥時間が迅速となる。０．４０以上となる水性塗型剤の構成物としては、アルミナ質耐火物が全耐火物中の40重量部以上配合されていることが望ましい。なお、水性塗型剤の構成物としては、耐火物、水、粘結剤、懸濁剤からなり、懸濁剤は少量である。耐火物がおよそ５５〜６５％、水がおよそ２５から３５％、粘結剤はおよそ５％、懸濁剤はおよそ５％以下であることが望ましい。
以上、本発明は、水性塗型剤を構成する個々の塗型構成物について、３μｍ〜１０μｍを含む波長に対する吸収率の赤外線吸収スペクトルを測定すると共に、赤外線乾燥機より放射される前記波長における赤外線放射率を測定し、前記量測定結果の間に吸収効率を求め、これにより配合する塗型構成物とその配合率を決定し、この配合率に基づき水性塗型剤を構成する各塗型構成物を配合するものであり、前記吸収効率は、前記測定結果の赤外線放射率と、前記測定結果の個々の塗型構成物の赤外線の吸収率と、前記個々の塗型構成物の質量パーセントとから求められるものであり、且つ、求められた吸収効率に基づき前記の配合する物質とその配合率を決定することを特徴とする水性塗型剤の製造方法を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明では粘結剤と懸濁剤の吸収効率は低くかつその量が少ないことから、耐火物に注目して種々の耐火物の吸収効率を測定し、アルミナ質耐火物の吸収効率が高いことを見出した。すなわち、アルミナ質耐火物とは、Al₂O₃を成分あるいは主成分とするアルミナ、コランダム、アルミナセラミックス、アルミナホワイトウェア、アルミナシリコン、アルミナジルコン、アルミナセメント、アルミナゲル等の一種もしくは二種以上組み合わせからなる。
【００１３】
水性塗型剤を塗布する鋳型としては、フラン鋳型、アルカリフェノール鋳型、コールドボックス鋳型、シェル鋳型、生型、精密鋳造用鋳型、金型、消失模型、Ｖプロセス等の鉄鋳物、アルミ鋳物、銅鋳物等の各種合金の鋳造に用いられる各種鋳型である。
【００１４】
水性塗型剤の構成物である耐火物とは、塗型に耐火性を付与し得る物質であり、一般に、黒鉛、石炭粉、シリカ、ジルコン、酸化鉄、雲母、タルク、カ焼マグネシウム、クロマイト、オリビン、シャモット等が使用される。本発明のアルミナ質耐火物に、これらを組み合わせて使用することで、塗型剤としての各種機能(焼着防止、浸炭・浸硫防止、ガス欠陥防止、塗型剤の塗布性等)を付与する。
【００１５】
本発明の塗型剤の粘結剤とは、塗型の配合物同士を粘結させる物質であり、水性塗型剤に通常使用されるような粘結剤を配合できる。すなわち、ベントナイト、粘土、澱粉、水ガラス、リン酸塩、亜硫酸塩、亜麻仁油、フェノール樹脂(レゾール)、その他水性樹脂等が配合できる。
【００１６】
本発明の懸濁剤は、水性塗型剤に必要に応じて配合されるもので、通常使用されるような懸濁剤を配合できる。すなわち、アルギン酸ナトリウム、砂糖、水溶性ポリマー、界面活性剤等が配合できる。
【００１７】
【実施例】
アルミナ質耐火物を40重量部以上含む耐火物、粘結剤、水及び懸濁剤を配合して水性塗型剤を作製し、その配合範囲の例を表１から表８に示す。また、アルミナ質耐火物を含まない塗型剤の配合範囲の例を表９から表１１に示す。
各配合範囲に該当する塗型剤を制作し、十分に攪拌・分散した塗型剤を500mlビーカーに入れ、φ28×50のフラン鋳型を５秒間ドブ漬けし、およそφ28×40の鋳型に塗型を塗布し、所定の赤外線乾燥機で乾燥までの時間を測定して、表１２に示した。また、作成した各塗型剤の遠赤外線吸収効率は前述の式３を用いて、計算によって求めて、表１２に示した。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】

【００２０】
【表３】

【００２１】
【表４】

【００２２】
【表５】

【００２３】
【表６】

【００２４】
【表７】

【００２５】
【表８】

【００２６】
【表９】

【００２７】
【表１０】

【００２８】
【表１１】

【００２９】
【表１２】

【００３０】
以上、表１〜表８の例は、表９〜表１１に比して、乾燥時間が飛躍的に短縮されたことが確認された。尚、本発明の塗型剤は、耐火物、粘結剤、水、及び、必要に応じて懸濁剤を配合して完成される。この種の塗型剤は、使用に際しては、所定量の水を加えて混練りすることによって完成され、使用されるが、塗型剤のメーカーからは、水を配合せず、あるいは僅かに配合した状態で、出荷される。上記の吸収効率は、所定量の水を加えた状態の完成状態で測定され、その値が０．３５以上であることが望ましい。但し、水は、赤外線の吸収率が低いため、実質的には吸収効率に大きな影響を与えるものではないが、水を配合しない状態で、上記の吸収効率が０．３５以上であることがより望ましい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、赤外線の吸収効率が高く、その結果、塗型の乾燥時間が短い塗型構成物を、容易に得ることのできる塗型構成物の製造方法を提供することができたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の効果を示す説明図である。
【図２】本願発明の効果を示す説明図である。
【図３】本願発明の効果を示す説明図である。

Claims

水性塗型剤を構成する個々の塗型構成物について、３μｍ〜１０μｍを含む波長に対する吸収率の赤外線吸収スペクトルを測定すると共に、赤外線乾燥機より放射される前記波長における赤外線放射率を測定し、前記量測定結果の間に吸収効率を求め、これにより配合する塗型構成物とその配合率を決定し、この配合率に基づき水性塗型剤を構成する各塗型構成物を配合するものであり、
前記吸収効率は、前記測定結果の赤外線放射率と、前記測定結果の個々の塗型構成物の赤外線の吸収率と、前記個々の塗型構成物の質量パーセントとから求められるものであり、且つ、求められた吸収効率に基づき前記の配合する物質とその配合率を決定することを特徴とする水性塗型剤の製造方法。