(57)【要約】  インベストメント鋳造シェル組成物又はスラリーの調製には、平均直径が約１ｎｍから約１μｍ未満の親水性フィブリルを含むインベストメント鋳造シェル組成物バインダーを使用することができる。インベストメント鋳造プロセスにおいて、シェルビルドの厚さ及び強度が改善されたインベストメント鋳造シェルを製造するため、インベストメント鋳造シェルのバインダー及び組成物を使用することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
インベストメント鋳造シェル組成物バインダーであって、平均直径が約１ｎｍより大きく且つ約１μｍ未満の親水性フィブリルを含むバインダー。
【請求項２】
前記親水性フィブリルが、約１０ｎｍから約１μｍ未満の間、好ましくは約５０ｎｍから約５００ｎｍの間、より好ましくは約１００ｎｍから３００ｎｍの間の平均直径を有する、請求項１に記載のバインダー。
【請求項３】
親水性フィブリルが約１００ｎｍから約１００μｍの間の平均長さを有する、請求項１又は請求項２に記載のバインダー。
【請求項４】
前記親水性フィブリルが１５以上、好ましくは２０以上、より好ましくは２５以上のアスペクト比を有する、請求項１に記載のバインダー。
【請求項５】
親水性フィブリルがセルロースフィブリルを含む、請求項１に記載のバインダー。
【請求項６】
前記親水性フィブリルが天然源に由来する、請求項１から５のいずれか一項に記載のバインダー。
【請求項７】
前記親水性フィブリルが、樹木、野菜、テンサイ、柑橘類及びそれらの組み合わせからなる群から選択される原料に由来する、請求項６に記載のバインダー。
【請求項８】
前記親水性フィブリルがフィブリル化繊維を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のバインダー。
【請求項９】
前記親水性フィブリルがミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のバインダー。
【請求項１０】
前記親水性フィブリルは、当該バインダーの総質量(total  mass)に基づいて、約０．１重量％(wt%)から約２０重量％、好ましくは、当該バインダーの総質量に基づいて約０．１重量％から約５重量％、より好ましくは、当該バインダーの総質量に基づいて約０．２重量％から約４重量％の量で存在する、請求項１から９のいずれか一項に記載のバインダー。
【請求項１１】
コロイドダルシリカをさらに含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のバインダー。
【請求項１２】
少なくとも１つの追加のポリマーをさらに含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載のバインダー。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの追加のポリマーが、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、スチレン、ブタジエン、塩化ビニル、酢酸ビニル、及びそれらの組み合わせからなるリストから選択される１つ又は複数のモノマーを含む、請求項１２に記載のバインダー。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの追加のポリマーがスチレンポリマーを含む、請求項１３に記載のバインダー。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載のバインダーよび耐火性成分を含むインベストメント鋳造シェル組成物。
【請求項１６】
請求項１５に記載の組成物であって、ここで、前記バインダー中の前記親水性フィブリルは、当該組成物の総質量(total  mass)に基づいて約０．０１重量％(wt%)から約１重量％、好ましくは、当該組成物の総質量に基づいて約０．０１重量％から約０．５重量％、より好ましくは、当該組成物の総質量に基づいて約０．０５重量％から約０．２重量％、さらにより好ましくは、当該組成物の総質量に基づいて、０．０５重量％から約０．１５重量％の量で存在する、組成物。
【請求項１７】
前記耐火性成分が、溶融シリカ、アルミノケイ酸塩、アルミナ、ケイ酸ジルコニウム、マイクロシリカ、ジルコニア、ジルコン、イットリア、石英、炭素、及びそれらの組み合わせからなるリストから選択される少なくとも１つを含む、請求項１５又は請求項１６に記載の組成物。
【請求項１８】
ここで、前記耐火性成分は、リスト：  溶融シリカメッシュ１２０、溶融シリカメッシュ１４０、溶融シリカメッシュ１７０、溶融シリカメッシュ２００、溶融シリカメッシュ２７０、溶融シリカメッシュ３２５、及びそれらの組み合わせ、から選択される溶融シリカを含む、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１９】
請求項１５から１８のいずれか一項に記載の組成物であって、ここで、前記耐火性成分は、広い分布の溶融シリカを含み、ここで、前記広い分布の溶融シリカは、好ましくは、８５％の溶融シリカ５０から８０メッシュと１５％の溶融シリカ１２０メッシュとの組み合わせを含む、組成物。
【請求項２０】
請求項１５から１９のいずれか一項に記載の組成物から調製されたインベストメント鋳造シェル。
【請求項２１】
請求項１５から１９のいずれか一項に記載のインベストメント鋳造シェル組成物を調製する方法であって、当該方法は以下：
（ｉ）前記親水性フィブリルを水性溶媒中で混合すること；
（ｉｉ）バインダーを形成するため、（ｉ）における混合物を、コロイダルシリカを含む容器に添加すること；
（ｉｉｉ）オプションで、ポリマー、消泡剤、ｐＨ調整剤、殺菌剤及び殺カビ剤を含む１つ又は複数の追加の薬剤を前記バインダーに添加すること；
（ｉｖ）スラリーを形成するため、前記バインダーを耐火成分と混合すること；
を含む方法。
【請求項２２】
物品を作製するためのインベストメント鋳造方法であって、当該方法は、インベストメント鋳造シェルスラリーの少なくとも１つのコートで消耗性プリフォームをコーティングすることを含み、ここで、スラリーコートのうち少なくとも１つは、請求項１５から１９のいずれか一項に記載のインベストメント鋳造シェル組成物を含む、インベストメント鋳造方法。
【請求項２３】
第２の層以上のスラリーコートが、請求項１５から１９のいずれか一項に記載のインベストメント鋳造シェル組成物を含む、請求項２２に記載のインベストメント鋳造方法。
【請求項２４】
前記少なくとも１つのスラリーコートのうちの１つ又は複数をオプションでスタッコすることをさらに含み、ここで、スラリーコート及びスタッコ加工によって生成された前記１つのスタッココートは、シェル層を作成し、ここで、一度乾燥した各シェル層は、少なくとも１ｍｍの厚さ、好ましくは少なくとも１．１ｍｍの厚さ、より好ましくは少なくとも１．２ｍｍの厚さ、さらにより好ましくは少なくとも１．３ｍｍの厚さである、請求項２２又は請求項２３に記載のインベストメント鋳造方法。
【請求項２５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載のバインダー；及び
耐火性成分(component)；
を含むインベストメント鋳造シェル組成物を調製するためのキット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インベストメント鋳造シェル組成物バインダー、インベストメント鋳造シェル組成物、及びそれらの調製方法に関する。本発明はまた、物品を作製するためのインベストメント鋳造シェル及びインベストメント鋳造法に関する。本発明はまた、インベストメント鋳造組成物を調製するためのキットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロストワックス、ロストパターン又は精密鋳造としても知られるインベストメント鋳造は、金属製品を製造するためのプロセスである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
当該プロセスは、典型的には、以下のステップ：  （１）物品の使い捨てプリフォーム（例えば、ワックスで形成される）を準備するステップ；（２）前記プリフォームの周りにセラミック鋳造シェルを構築するステップ；（３）前記使い捨てプリフォームを取り外すステップ（例えば、脱ろうする）；（４）前記鋳造シェルを焼結するステップ；（５）前記鋳造シェルに溶融金属を注ぐステップ；（６）前記鋳造シェル内で前記金属を冷却するステップ；及び（７）前記鋳造シェルを取り外すステップ；
を含む。
【０００４】
ステップ（１）のプリフォームに好適な使い捨て材料には、前記鋳造シェルを無傷のままにしながら溶融、気化、又は燃焼するいずれの材料が含まれる。ポリスチレンや特定のポリマーも使用できるが、典型的にはワックスが使用される。
【０００５】
ステップ（２）のセラミック鋳造シェルは、通常、プリフォームをインベストメント鋳造シェルスラリーに浸漬してプリフォーム上に１つ又は複数のシェル層を形成することにより、使い捨てプリフォームパターンの周囲に形成される。典型的には、インベストメント鋳造シェルスラリーは、耐火材料とバインダーの混合物から形成される。耐火材料は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ４）、アルミノケイ酸塩（Ａｌ２ＳｉＯ５）で構成できる。バインダーは、アルコールベース又は水ベースであり得、且つ一般に、コロイド状シリカ又はケイ酸エチルを含む。典型的には、インベストメント鋳造シェル用のスラリー組成物は、７５から８０％の耐火材料及び２０から２５％のバインダーを含む。
【０００６】
通常、各スラリーコーティングの後にスタッココーティングを施してシェル層を完成させる。シェル層が適用されたら、グリーンインベストメント鋳造シェルを空気乾燥させる。これらのステップを繰り返して、鋳造シェルが目的の厚さになるまで連続層を構築する。
【０００７】
ステップ（３）での使い捨てプリフォームの取り外し、例えば脱ろうは、一般的に蒸気オートクレーブ又はフラッシュ焼成によって達成される。このステップの間に、使い捨てのプリフォームは、溶融、気化、又は燃え尽きて、物品のネガティブインプリントを有するグリーンシェルモールドを残す。
【０００８】
ステップ（４）でのシェルの焼結(sintering)は、圧力によって又は焼成(firing)によって開始できる。ただし、従来は焼成が使用されていた。焼結はシェルをより高密度の塊(mass)に融合し、透過性を低下させ、且つシェルの強度を効果的に高める。
【０００９】
次に、焼成されたシェルモールドは、ステップ（５）において溶融金属で満たされる。これは、重力充填、圧力充填、真空充填、及び／又は遠心力による充填を包含するさまざまな方法を使用して達成することができる。金属が冷却されると（ステップ（６））、鋳造シェルが分解され、鋳造された金属製品が残される（ステップ（７））。
【００１０】
インベストメント鋳造シェルは弱い傾向があり、多段階インベストメント鋳造プロセス中に破損する傾向がある。例えば、シェルの故障は典型的には、使い捨て材料がシェル内に膨張するときのステップ（3）で、及び焼成されたシェルに溶融金属が注がれるときのステップ（5）で、並びにシェルが機器間で1つのステップから別のステップに移動するときに、処理中に、発生する。
【００１１】
塗布するスラリーとスタッコの層数を増やすことでシェルの強度を向上させ、それにより、シェルの厚さを増やすことができる。ただし、別の層が最上部に形成される前に各層を十分に乾燥させる必要があるため、追加のスラリーコートごとにインベストメント鋳造プロセスの長さが長くなる。材料資源の
増加は、プロセスのコストも増加させる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様は、インベストメント鋳造シェル組成物バインダーを提供し、ここで、前記バインダーは、約１ｎｍから約１μｍの間の平均直径を有する親水性フィブリルを含む。
【００１３】
いくつかの実施形態では、親水性フィブリルは、約１ｎｍから約１μｍ未満の間、約１０ｎｍから約１μｍ未満、約２０ｎｍから約１μｍ未満、約１０ｎｍから約９００ｎｍの間、約２０ｎｍから約１００ｎｍの間、約５０ｎｍから約５００ｎｍの間、約５０ｎｍから約４００ｎｍ、約５０ｎｍから約３５０ｎｍの間、約１００ｎｍから約４００ｎｍの間、約１００ｎｍから約３５０ｎｍの間、約１００ｎｍから３００ｎｍの間の平均直径、及びそのエンドポイントの組み合わせを有する。いくつかの実施形態では、親水性フィブリルは、約１μｍ未満、約９００ｎｍ未満、約５００ｎｍ未満、約４００ｎｍ未満、約３００ｎｍ未満の平均直径を有する。
【００１４】
いくつかの実施形態では、親水性フィブリルは、約１００ｎｍから約１００μｍの間、約５００ｎｍから約１００μｍの間、約１０μｍから約１００μｍの間の平均長さを有する。親水性フィブリルは、約５００ｎｍから約４μｍの間、又は約１μｍから約３μｍの間の平均長さを有し得る。
【００１５】
いくつかの実施形態では、親水性フィブリルは、１５以上、２０以上、２５以上、５０以上のアスペクト比（長さ対幅の比）を有する。
【００１６】
親水性という用語は、水への親和性を意味する。フィブリルの親水性は、フィブリルの分子構造によって決定され得る。例えば、親水性フィブリルは、水素結合供与に利用可能な−ＯＨ基を含み得る。親水性フィブリルはさらに水に不溶性であり得る。
【００１７】
驚くべきことに、バインダー中に親水性フィブリルを含む組成物から調製されたインベストメント鋳造シェルは、一貫してより厚いコーティング層（例えば、最大３０％厚い）及び増加した強度（例えば、シェルを破壊するために必要な最大４０％多い力）を有するシェルをもたらすことが見出された。さらに、結果として得られたインベストメント鋳造シェルは、透過性が向上していることがわかった。シェルの透過性の増加は通常、シェルの強度の低下に関連しているため、強度と透過性の組み合わせは驚くべき結果であった。
【００１８】
本発明の文脈における「透過性」は、ガスがシェルを通過する速度を指す。
透過性が低いと、空気がシェル内に閉じ込められ、溶融金属がシェルのキャビティを満たすのを妨げる可能性がある。また、高温でシェルに亀裂が生じる可能性もある。本発明の文脈における「多孔性(porosity)」という用語は、シェル内の空の（ボイド）スペースの割合を指す。高い多孔性のシェルは、必ずしも透過性が高いとは限らない。
【００１９】
いくつかの実施形態では、親水性フィブリルは、セルロースフィブリルを含む。
【００２０】
いくつかの実施形態では、親水性フィブリルは、天然源に由来、例えば、植物、動物、又は地質学的プロセスによって生成された天然繊維に由来し得る。天然繊維には、セルロース、キチン、キトサン、コラーゲン、ケラチン、皮膜(tunican)が含まれる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、親水性フィブリル、例えば、セルロースフィブリルは、樹木、野菜、テンサイ、柑橘系の果物、及びそれらの組み合わせからなるグループから選択された原材料に由来する。
【００２２】
親水性繊維は、フィブリル化繊維から構成されるか、又はフィブリル化繊維として提供され得る。
【００２３】
例えば、親水性フィブリルは、フィブリル化に供された１つ又は複数の繊維に由来し得る。「フィブリル化」という用語は、繊維をフィブリルに分割することを指す。天然繊維、合成繊維、又は再生繊維であり得る繊維のフィブリル化は、繊維表面の外部及び内部セグメントを主繊維構造から部分的に分離させる。フィブリルは、１つのセグメントによって主要な繊維構造に付着する可能性がある。フィブリルは、他のフィブリルに付着して、三次元ネットワークを形成し得る。フィブリル化は、いずれの既知の技術、例えば、機械的又は熱機械的、化学的、又はそれらの組み合わせを使用して達成することができる。有利には、フィブリルは、元の繊維と比較して、著しく大きな結合表面積を有する。
【００２４】
代替の実施形態において、親水性フィブリルは、合成的に、又は他のいずれの既知の方法によって誘導又は形成され得る。
【００２５】
いくつかの実施形態では、親水性フィブリルは、ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を含む。セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）、ナノ結晶セルロース（ＮＣＣ）、又はセルロースナノクリスタル（ＣＮＣ）としても知られるミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）は、アモルファス及び結晶領域を有するフィブリルの３次元ネットワークを含むセルロース材料である。フィブリル化プロセス（例えば、本明細書に記載される）を通して、セルロース繊維の外層が剥ぎ取られ、フィブリル束が露出し、それらが分離されて、大きな表面積を有する不溶性フィブリルの三次元ネットワークを形成する。絡み合ったセルロースフィブリルは、ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）として知られている。
【００２６】
本発明の実施形態では、親水性フィブリルは非イオン性である。
【００２７】
本発明の実施形態では、親水性フィブリルは、マツ、好ましくはトウヒからの木材パルプから作られる。
【００２８】
本発明の実施形態において、親水性フィブリルは、親水性フィブリルを作製するために使用される供給原料中のセルロースと比較して修飾されていないセルロースを含む。
【００２９】
本発明の実施形態において、親水性フィブリルは、酵素及び／又は機械的方法を使用して木材パルプを分解することによって作製される。
【００３０】
本発明の文脈における「繊維」及び「フィブリル」という用語は、それらのサイズ及びアスペクト比によって区別される。繊維の直径はマイクロからミリスケールである一方、フィブリルの直径はナノメートルスケール、つまり１ｎｍから１μｍである。例えば、パルプ化セルロース繊維は、典型的には、２μｍから８０μｍの範囲の直径、及び０．００５ｍｍから１０ｍｍの範囲の長さを有する。対照的に、ミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）フィブリルの直径は１ｎｍから１μｍである。ＭＦＣの複雑な三次元構造のため、個々のフィブリルの長さを定義することは困難である。各フィブリルは他のフィブリルとネットワークを形成し、それらが一緒になって数マイクロメートルの長さを形成する可能性がある。
【００３１】
いくつかの実施形態では、親水性フィブリルは、バインダーの総質量(mass)に基づいて約０．１重量％(wt%)から約２０重量％、好ましくはバインダーの総質量に基づいて約０．１重量％から約５重量％の量、好ましくは、バインダーの総質量に基づいて約０．１重量％から約５重量％、バインダーの総質量に基づいて約０．２重量％から約４重量％、又は、バインダーの総質量に基づいて、０．２重量％から約０．４重量％の量で存在する。いくつかの実施形態では、親水性フィブリルは、バインダーの総質量に基づいて少なくとも約０．２重量％、バインダーの総質量に基づいて少なくとも約０．２５重量％の量で存在する。いくつかの実施形態において、親水性フィブリルは、バインダーの総質量に基づいて最大で約０．５重量％、バインダーの総質量に基づいて最大で約０．４５重量％、又はバインダーの総質量に基づいて最大で約０．４％の量で存在する。
【００３２】
バインダーは、コロイド状シリカをさらに含み得る。いくつかの実施形態において、バインダーは、ケイ酸エチルを含み得る。有利には、コロイドからのシリカ粒子は、バインダー中の親水性フィブリルと水素結合を形成し得る。これは、インベストメント鋳造シェル用の堅牢なセラミックマトリックスの形成に貢献し、したがってシェルの構築と強度を向上させると考えられている。
【００３３】
バインダーは、少なくとも１つの追加のポリマーをさらに含み得る。例えば、少なくとも１つの追加のポリマーは、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、スチレン、ブタジエン、塩化ビニル、酢酸ビニル、及びそれらの組み合わせからなるリストから選択される１つ又は複数のモノマーを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの追加のポリマーはスチレンを含む。
【００３４】
有利なことに、スチレンポリマーは、シェルに可撓性を与えることによって、増加したグリーン強度、すなわち耐破損性を提供することが見出された。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの追加のポリマーは、スチレンブタジエンコポリマーを含む。代替の実施形態では、少なくとも１つの追加のポリマーは、スチレンアクリレートコポリマーを含む。有利には、スチレンポリマーは、バインダー中の親水性フィブリルと水素結合を形成し得、したがって、シェルビルドの厚さ及び強度を改善し得る。
【００３５】
少なくとも１つの追加のポリマーは、バインダーの総質量（ｍａｓｓ）に基づいて、約０から約２０重量％（ｗｔ％）、バインダーの総質量に基づいて約５から約１５重量％、又は、バインダーの総質量に基づいて約１０から約１５重量％の量で存在し得る。一実施形態では、少なくとも１つの追加のポリマーは、バインダーの総質量に基づいて約１２重量％の量で存在する。
【００３６】
バインダーは、湿潤剤、消泡剤、ｐＨ調整剤、殺菌剤及び殺菌剤からなるリストから選択される少なくとも１つの追加の薬剤（agent）をさらに含み得る。
【００３７】
界面活性剤としても知られる「湿潤剤」という用語は、表面張力を低下させることによって液体の拡散特性を高める化学物質を指す。インベストメント鋳造のシェルスラリーに湿潤剤を使用して、スラリーとワックスパターンとの間の接着性を向上させることができる。
【００３８】
消泡剤(defoamer)としても知られる「消泡剤(anti-foam  agent)」という用語は、液体中の泡の形成を低減又は防止する物質を指す。消泡剤は、インベストメントシェルスラリーに使用して気泡の形成を減らし、ワックスパターンへのスラリーの接着を改善し、最終製品の表面仕上げを改善することができる。
【００３９】
バインダーのｐＨは、バインダーの特性に大きな影響を与える可能性がある。例えば、コロイダルシリカ粒子は、約１０のｐＨで負に帯電している。９．０未満のｐＨレベルでは、コロイダルシリカ粒子がゲル化し始める可能性があるため、ｐＨ９．４以上のｐＨが好ましい。したがって、ｐＨ調整剤は、バインダーのｐＨを制御するのに使用することができる。
【００４０】
殺生物剤とも呼ばれる「殺菌剤（bactericide）」という用語は、細菌の増殖を低減又は防止する化学物質を指す。「殺カビ剤(fungicide)」という用語は、真菌の成長を低減又は防止する化学物質を指す。インベストメント鋳造シェルスラリー中の細菌及び真菌の増殖は、ｐＨを低下させてゲル化を引き起こす可能性があり、これによりインベストメント鋳造組成物の貯蔵寿命が短くなり、結果として生じるシェルが弱くなる。
【００４１】
本発明の第２の態様は、本明細書に記載のバインダー及び耐火性成分を含むインベストメント鋳造シェル組成物を提供する。組成物は、スラリーとして提供することができる。「スラリー」という用語は、溶媒に懸濁された固体粒子を含む半液体混合物を指す。本発明の文脈において、インベストメント鋳造スラリーは、インベストメント鋳造シェルを構築するために、使い捨てプリフォームパターンをプリフォームの周りに層を形成するために浸漬する組成物を指す。
【００４２】
いくつかの実施形態では、バインダーは、組成物の総質量(mass)に基づいて２０重量％(wt%)から４０重量％の濃度で組成物中に存在する。バインダーは、水又はアルコール中のコロイド溶液（ゾル）として提供され得る。
【００４３】
いくつかの実施形態では、バインダー中の親水性フィブリルは、組成物の総質量(mass)に基づいて、約０．０１重量％(wt%)から約１重量％、組成物の総質量に基づいて約０．０１重量％から約０．５重量％、組成物の総質量に基づいて約０．０５重量％から約０．２重量％、又は、組成物の総質量に基づいて、約０．０５重量％から約０．１５重量％の量で存在する。
【００４４】
スラリーの粘度を作業不能と予想されるレベルまで大幅に増加させたにもかかわらず、驚くべきことに、ＭＦＣにはチキソトロピー効果があり、予想よりも高いレベルで組み込むことができることがわかった。
【００４５】
耐火性成分は、以下：  溶融シリカ（ＳｉＯ２）、アルミノケイ酸塩（Ａｌ２ＳｉＯ５）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ケイ酸ジルコニウム（ＺｒＳｉＯ４）、マイクロシリカ、ジルコニア（ＺｒＯ２）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ４）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、石英、炭素、及びそれらの組み合わせ、からなるリストから選択される少なくとも１つを含み得る。
【００４６】
耐火性成分は、メッシュ１２０、メッシュサイズ１４０、メッシュ１７０、メッシュ２００、メッシュ２７０、メッシュ３２５、又はそれらの組み合わせの溶融シリカを含み得る。
【００４７】
いくつかの実施形態では、耐火成分は、約５μｍから約１５μｍの範囲のｄ１０値を含む粒子サイズ分布、、約３５μｍから約５５μｍの範囲のｄ５０値、及び約９０μｍから約１１０μｍの範囲のｄ９０値、約１０μｍから約１５μｍの範囲のＤ［３，２］値及び約４０μｍから約６０μｍの範囲のＤ［４，３］値を有する溶融シリカを含む。
【００４８】
ｄ１０値は、粒子の１０％が所定の値よりも小さくなる直径を示し、ｄ５０値は、粒子の５０％が所定の値よりも小さくなる直径を示し、且つｄ９０値は、粒子の９０％が指定された値よりも小さくなる直径を指す。Ｄ［３，２］は表面の平均直径を示し、Ｄ［４，３］は体積の平均直径を示す。
【００４９】
代替の実施形態では、耐火性成分はアルミノケイ酸塩を含む。いくつかの実施形態では、耐火性成分は、か焼(calcined)カオリンアルミノケイ酸塩を含む。
【００５０】
一実施形態では、耐火成分は、約９μｍのｄ１０、約４６μｍのｄ５０及び約９９μｍのｄ９０、約１２μｍのＤ［３，２］及び約５７μｍのＤ［４，３］のパラメータを含む粒子サイズ分布を含む。
【００５１】
一実施形態では、耐火成分は、約５μｍのｄ１０、約３１μｍのｄ５０、約９９のｄ９０、約１２μｍのＤ［３，２］及び約４３μｍのＤ［４，３］のパラメータを含む粒子サイズ分布を含む。
【００５２】
代替の実施形態では、耐火成分は、広範囲に分布する溶融シリカを含む。広範囲に分布する溶融シリカ粉(flour)は、ある量の微細なシリカ粒子をある量のより大きなシリカ粒子と組み合わせることによって調製することができる。例えば、広範囲に分布するシリカ粉は、５０から０メッシュのシリカ（平均サイズが約２００ミクロン）の８０％から９０％、及び１２０メッシュのシリカ（平均サイズが約１２５ミクロン）の１０から２０％から構成され得る。
【００５３】
シリカメッシュ２００、シリカメッシュ２７０、及び８５％５０−８０メッシュと１５％  １２０メッシュ（ＥＺ  Ｃａｓｔ（登録商標）、Ｒｅｍｅｔ  ＵＫ  Ｌｔｄ）を含む広範囲に分布する粉(flour)の粒度分布も図１５に示されている。
【００５４】
本明細書に記載のバインダーと組み合わせて広い粒子分布を有する耐火物成分を使用すると、狭い粒子サイズ分布を有する耐火物を使用する場合と比較して、改善されたシェル構築及びより高い強度を有するインベストメント鋳造シェルがもたらされることが見出された。
【００５５】
本発明の第３の態様は、本明細書に記載のインベストメント鋳造シェル組成物から調製されたインベストメント鋳造シェルを提供する。
【００５６】
本発明の第４の態様は、インベストメント鋳造シェル組成物を調製する方法を提供する。当該方法は、以下：
ｉ）親水性フィブリルを水性溶媒中で混合すること；
（ｉｉ）バインダーを形成するため、（ｉ）における混合物を、コロイダルシリカを含む容器に添加すること；
（ｉｉｉ）オプションで、ポリマー、消泡剤、ｐＨ調整剤、殺菌剤及び殺カビ剤を含む１つ又は複数の追加の薬剤をバインダーに添加すること；
（ｉｖ）スラリーを形成するため、前記バインダーを耐火成分と混合すること；
を含む。
【００５７】
本発明の第５の態様は、物品を作成するためのインベストメント鋳造法を提供する。当該方法は、使い捨てプリフォームをインベストメント鋳造シェルスラリーの少なくとも１つのコートでコーティングすることを含み、ここで、スラリーコートの少なくとも１つは、本明細書に記載のインベストメント鋳造シェル組成物を含む。
【００５８】
いくつかの実施形態では、第２層以上（例えば、バックアップ層）のスラリーコートは、本明細書に記載のインベストメント鋳造シェル組成物を含む。例えば、スラリーコートは、本明細書に記載のインベストメント鋳造シェル組成物にプリフォームを浸漬することによって形成することができる。いくつかの実施形態では、第１のスラリーコート（例えば、プライムコート）は、本明細書に記載のインベストメント鋳造シェル組成物を含まない。すなわち、第１のスラリーコートは、異なる既知のプライムコート組成物を含む。
【００５９】
いくつかの実施形態では、当該方法は、少なくとも１つのスラリーコートのうちの１つ又は複数をスタッコ加工(stuccoing)することをさらに含む。ここで、スラリーコート及びスタッコ加工によって生成されたスタッココートは、シェル層を作成し、ここで、一度乾燥された各シェル層は、少なくとも１ｍｍの厚さ、好ましくは少なくとも１．１ｍｍの厚さ、より好ましくは、少なくとも１．２ｍｍの厚さ、さらにより好ましくは、少なくとも１．３ｍｍの厚さである。いくつかの実施形態では、インベストメント鋳造シェルモールドの最終層は、スタッココートを含まない。
【００６０】
いくつかの実施形態では、当該方法は、インベストメント鋳造シェル組成物の少なくとも２層、少なくとも３層、少なくとも４層、少なくとも５層、少なくとも６層を適用することを含む。いくつかの実施形態では、当該方法は、インベストメント鋳造シェル組成物の最大７層、最大６層、最大５層、最大４層、最大３層を適用することを含む。
【００６１】
当該方法は、後続の層を適用する前に各層を乾燥させるステップをさらに含み得る。当該方法は、てグリーンインベストメント鋳造シェルを製造するため、コーティングされたプリフォームを乾燥させるステップをさらに含み得る。
【００６２】
有利には、本発明のインベストメント鋳造シェル組成物は、従来の組成物と比較してより厚いシェル層をシェルに提供し、同じシェルビルド厚さに到達するために必要な層はより少ない。したがって、シェルの構築時間が大幅に短縮され、時間とコストを節約できる。本発明のインベストメント鋳造シェル法は、強度及び汎用性が改善されたインベストメント鋳造シェルをさらに提供する。
【００６３】
当該方法は、焼成されたインベストメント鋳造シェルモールドを製造するため、グリーンインベストメント鋳造シェルモールドを加熱するステップをさらに含み得る。当該方法は、消耗可能なプリフォームパターンを溶融材料、例えば溶融金属で置き換えるステップをさらに含み得る。当該方法は、物品を製造するため、インベストメント鋳造シェルモールド内で溶融材料を固化させるステップをさらに含み得る。
【００６４】
「プライムコート」又はプライム層は、使い捨てプリフォームパターンの周りに形成されるインベストメント鋳造シェルの第１の層を指す。プライムコートは、インベストメント鋳造スラリーのコートをプリフォームに塗布し、オプションでその後にスタッココートを塗布することによって形成される。プライムコートは使い捨てプリフォームへの良好な接着性を備えている必要がある。これにより、正確なパターンモールドが作成され、注入中の溶融金属との反応に抵抗である。このため、プライムコート用のスラリーは、後続のバックアップコート及びシールコート用のスラリーとは異なる組成を含み得る。
【００６５】
あるいは、プライムコートは、バックアップコート又はシールコートと同じ組成物を含み得る。「パターンウォッシュ」と呼ばれることもある溶剤を使用して、第１のスラリーコートを塗布する前にワックスパターンを洗浄することができる。パターンウォッシュを使用すると、ワックスに残っている可能性のある汚れや残留離型剤を除去することで、スラリーのワックス表面への付着を促進する。パターンウォッシュは石油ベースの場合がある。
【００６６】
「バックアップコート」又はバックアップ層という用語は、インベストメント鋳造シェルの構造を構築するためにプライムコートの上に塗布されるスラリーの層を指す。バックアップコートは、インベストメント鋳造スラリーのコートを下にあるプライムコート又はバックアップコートに塗布し、オプションでその後にスタッココートを塗布することによって形成される。「シールコート」又はシール層という用語は、インベストメント鋳造シェルの最終的な外層を指す。シールコートは、下にあるバックアップコートの上にインベストメント鋳造スラリーのコートを塗布することによって形成される。スタッコは通常、シールコートには塗布されない。
【００６７】
「スタッコ」という用語は、骨材で作られた材料を指す。スタッコは、シリカ、アルミナ、ジルコン、アルミノケイ酸塩、ムライト及び／又はクロマイトを含み得る。
【００６８】
本発明の第６の態様は、以下：  本明細書に記載のインベストメント鋳造シェル組成バインダー；及び耐火性コンポーネント；を含むインベストメント鋳造シェルを調製するためのキットを提供する。有利には、本発明のバインダーは、良好な安定性及び貯蔵寿命を有し、したがって、エンドユーザーが耐火性コンポーネントと直接組み合わせることができる形式で包装及び販売することができる。特に、ＭＦＣを含む本発明のバインダーは、良好な化学的安定性を有することが見出され、例えば、加速ゲル試験に供された場合（６０℃のオーブンで密閉ボトルに入れて保持）、スラリーのバインダー成分のゲル化は、少なくとも７１日後には起こらなかった。ＭＦＣを含むバインダーも、良好な物理的安定性を持ち、分離することなく良好な分布を維持することがわかった。これは、わずか数時間後に分離が観察されるマクロスケール繊維を含むバインダーとは対照的である。
【００６９】
インベストメント鋳造シェルの性能試験
インベストメント鋳造プロセス中、インベストメント鋳造シェルは高い内圧と熱応力にさらされる。例えば、シェルは、ワックスの除去に耐えるのに十分なグリーン強度、鋳造金属の圧力に耐えるのに十分な焼成強度、金属注入時の割れを防止する高い耐熱衝撃性、高い化学的安定性、鋳造される金属との低い反応性、金型を介した適切な熱伝達を維持するのに十分な透過性と熱伝導率を備えている必要がある。
【００７０】
グリーンシェルテストは、取り扱いに耐えるシェルの能力、及び使い捨てプリフォームを取り外すプロセス（例えば「脱ろう」）を確立するために実行される。プリフォームとして、例えばワックスは溶け始め、シェルにも膨張し、したがって、シェルは、プロセスの次の段階でその形状と強度を維持するのに十分な強度が必要である。本発明のバインダーのポリマー成分によって付与される可撓性は、ロストワックス鋳造プロセスのこの段階で特に有益である。
【００７１】
ホットシェルテスト（つまり、約１０００℃で焼成した後にシェルをテストする場合）は、溶融金属が空のシェルに注がれるときにロストワックスプロセス中にシェルの状態を再現するために実行される。この段階は通常、約１０００℃の温度の炉で行われ、その温度でシェルに含まれる有機物はすべて燃え尽きる。シェルは、炉内の高温、並びに溶融金属がシェルに注がれるときの衝撃によって引き起こされる機械的歪みに耐えるのに十分な強度が必要である。
【００７２】
コールドシェルテストは、シェルが冷却され、封入された金属が固化した後、ロストワックス鋳造プロセスの最後にシェルの状態を再現するために実行される。この段階のシェルは寿命が尽きたので、もはや高強度を必要とせず、理想的にはよりもろくなり、鋳造された金属パターンからより簡単に切り離すことができる。
【００７３】
シェルの機械的試験は、インベストメント鋳造プロセス中にインベストメント鋳造シェルがどのように機能するかを確立するために特に重要であることが理解されよう。
【００７４】
破壊係数（modulus  of  rupture）（ＭＯＲ）は、曲げ強度、曲げ強度、又は破壊強度とも呼ばれ、材料が降伏（破損）する直前に曲げられたときの材料の応力として定義される。ＭＯＲは通常、メガパスカル（ＭＰａ）、つまり１ｍ２の材料を破壊するのに必要な力（Ｎ）、で測定される。ＭＯＲの一般式は次のとおり：
ＭＯＲ＝３ＷＬ／２ＢＤ２
式中、Ｗは荷重、Ｌはスパン(pan)、Ｂは幅、且つＤは厚さである。したがって、理論的には、シェル材料の強度（ＭＯＲ）は厚さに依存せず、且つ関連する材料と処理の特性のみに依存する必要がある。
【００７５】
破壊力は、破壊強度とも呼ばれ、材料を破壊するために必要な圧縮荷重として定義される。この測定値は、インベストメント鋳造シェルにとって特に重要である。これは、シェルが破損する前に耐えることができる負荷を示すためです。鋳造のために溶融金属がシェルに注がれるときの漏れや故障を防ぐために、高い破壊力が重要である。
【００７６】
厚さが異なるため、ＭＯＲは断面積あたりの測定値であるが、より厚いサンプルに欠陥が存在する傾向があるため、同じ材料のサンプルではＭＯＲが低く見える場合がある。したがって、破壊力は、鋳造シェルの強度のより正確な尺度である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
本発明は、以下の添付の図面を参照して説明される。
【図１】図１は、ＭＦＣを含まないスラリーから調製された従来のシェルと比較した、２つの異なる粘度でバインダーとして０．１％及び０．２％のＭＦＣを含むスラリーから調製されたシェルの破壊係数（ＭＯＲ）の結果を示すグラフである［ｎ＝１０］。  図面中の対訳：  No  MFC  MFCなし；MFC  binder  MFC  バインダー；Green  グリーン;Hot  ホット;Cold  コールド；[宮崎副所長1]
【図２】図２は、バインダーとして０．１％及び０．２％のＭＦＣを含むスラリーから調製されたシェルのシェルの厚さを、ＭＦＣを含まないスラリーから調製された従来のシェルと比較したグラフである［ｎ＝１０］。  図面中の対訳：  Thickness  厚さ;No  MFC  MFCなし；MFC  binder  MFC  バインダー；Green  グリーン;Hot  ホット;Cold  コールド；
【図３】図３は、バインダーとして０．１％及び０．２％のＭＦＣを含むスラリーから調製されたシェルの、ＭＦＣを含まないスラリーから調製された従来のシェルと比較した破壊力の結果を示すグラフである［ｎ＝１０］。  図面中の対訳：  Load  荷重；No  MFC  MFCなし；MFC  binder  MFC  バインダー；Green  グリーン;Hot  ホット;Cold  コールド；
【図４】図４は、バインダーとして０．３％のＭＦＣを含むスラリーから調製された６又は９のシェル層を含むシェルの破壊係数（ＭＯＲ）の結果を、ＭＦＣを含まないスラリーから調製された従来のシェルと比較して示すグラフである［ｎ＝１０］。  図面中の対訳：  No  MFC  MFCなし；MFC  binder  MFC  バインダー；Green  グリーン;Hot  ホット;Cold  コールド；
【図５】図５は、バインダーとして０．３％のＭＦＣを含むスラリーから調製された６又は９のシェル層を含むシェルのシェル厚さを、ＭＦＣを含まないスラリーから調製された従来のシェルと比較したグラフである［ｎ＝１０］。  図面中の対訳：  Thickness  厚さ;No  MFC  MFCなし；MFC  binder  MFC  バインダー；Green  グリーン;Hot  ホット;Cold  コールド；
【図６】図６は、バインダーとして０．３％のＭＦＣを含むスラリーから調製された６又は９のシェル層を含むシェルの破壊力の結果を、ＭＦＣを含まないスラリーから調製された従来のシェルと比較したグラフである［ｎ＝１０］。  図面中の対訳：  Load  荷重；No  MFC  MFCなし；MFC  binder  MFC  バインダー；Green  グリーン;Hot  ホット;Cold  コールド；
【図７】図７は、ＭＦＣを含まないスラリーから調製された従来のシェルと比較して、バインダーとして０．４％のＭＦＣを含むスラリーから調製された３又は４のシェル層を含む１０００℃で焼成されたシェルのシェル厚さを比較するグラフである［ｎ＝４］。  図面中の対訳：  Thickness  厚さ;No  MFC  MFCなし；MFC  in  binder  バインダー中のＭＦＣ；Coats  コート；
【図８Ａ】図８Ａは、ＭＦＣを含まないスラリーから調製された従来のシェルと比較した、１０００℃でのバインダーとして０．１％、０．２％及び０．３％のＭＦＣを含むスラリーから調製されたホットシェルの透過性を示すグラフである［ｎ＝５］。  図面中の対訳：  Thickness  厚さ;No  MFC  MFCなし；MFC  binder  MFCバインダー；Coats  コート；
【図８Ｂ】図８Ｂは、ＭＦＣを含まないスラリーから調製された従来のシェルと比較した、１０００℃での焼成後の室温でのバインダーとして０．１％、０．２％、及び０．３％のＭＦＣを含むスラリーから調製されたコールドシェルの透過性を示すグラフである［ｎ＝５］。  図面中の対訳：  No  MFC  MFCなし；MFC  in  binder  バインダー中のＭＦＣ；
【図９】図９は、０％ＭＦＣ、０．３％ＭＦＣ及び０．３％ナイロン繊維を有するバインダーシステムを有するスラリーから調製されたシェルの破壊係数（ＭＯＲ）の結果を示すグラフである［ｎ＝１０］。図面中の対訳：  Nylon  Fibre  ナイロンファイバー；Green  グリーン;Hot  ホット;Cold  コールド；
【図１０】図１０は、０％ＭＦＣ、０．３％ＭＦＣ及び０．３％ナイロン繊維を有するバインダーシステムを有するスラリーから調製されたシェルのシェル厚さを示すグラフである［ｎ＝１０］。  図面中の対訳：  Thickness  厚さ;Nylon  Fibre  ナイロンファイバー；Green  グリーン;Hot  ホット;Cold  コールド；
【図１１】図１１は、０％ＭＦＣ、０．３％ＭＦＣ及び０．３％ナイロン繊維を有するバインダーシステムを有するスラリーから調製されたシェルの破壊力の結果を示すグラフである［ｎ＝１０］。  図面中の対訳：  Force  力；Nylon  Fibre  ナイロンファイバー；Green  グリーン;Hot  ホット;Cold  コールド；
【図１２】図１２は、それぞれ１２％、６％、３％及び０％のスチレンポリマーに加えて、０．３％のＭＦＣを有するバインダーシステムを有するスラリーから調製されたシェルの破壊係数（ＭＯＲ）の結果を示すグラフである［ｎ＝１０］。  図面中の対訳：  Polymer  ポリマー; Green  グリーン;Hot  ホット;Cold  コールド；
【図１３】図１３は、それぞれ１２％、６％、３％及び０％のスチレンポリマーに加えて、０．３％のＭＦＣを有するバインダーシステムを有するスラリーから調製されたシェルのシェルの厚さを比較するグラフである［ｎ＝１０］。  図面中の対訳：  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  厚さ；Ｐｏｌｙｍｅｒ  ポリマー；  Ｇｒｅｅｎ  グリーン；Ｈｏｔ  ホット；Ｃｏｌｄ  コールド；
【図１４】図１４は、それぞれ１２％、６％、３％及び０％のスチレンポリマーに加えて、０．３％のＭＦＣを有するバインダーシステムを有するスラリーから調製されたシェルの破壊力の結果を示すグラフである［ｎ＝１０］。  図面中の対訳：  Ｆｏｒｃｅ  力；Ｐｏｌｙｍｅｒ  ポリマー；Ｇｒｅｅｎ  グリーン；Ｈｏｔ  ホット；Ｃｏｌｄ  コールド；
【図１５】図１５は、さまざまな溶融シリカ耐火物の粒子サイズ分布、２００メッシュ、２７０メッシュ、及び広範囲に分布する溶融シリカ耐火物、の比較を示す  図面中の対訳：  。％Ｖｏｌｕｍｅ  ％体積；Ｓｉｚｅ  サイズ；ｍｅｓｈ  メッシュ；
【図１６】図１６は、ＭＦＣを含まないスラリーから調製された従来のシェルと比較した、バインダーとして０．３％のＭＦＣを含むスラリーから調製されたシェルの破壊係数（ＭＯＲ）の結果に対する耐火材料の影響を示す［ｎ＝１０］。  図面中の対訳：  Ｎｏ  ＭＦＣ  ＭＦＣなし；ｍｅｓｈ  メッシュ；ｓｉｌｉｃａ  シリカ；ｗｉｄｅ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  広い分布の；Ｇｒｅｅｎ  グリーン；Ｈｏｔ  ホット；Ｃｏｌｄ  コールド；
【図１７】図１７は、ＭＦＣを含まないスラリーから調製された従来のシェルと比較した、バインダーとして０．３％のＭＦＣを含むスラリーから調製されたシェルのシェル厚に対する耐火材料の影響を示す［ｎ＝１０］。  図面中の対訳：  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  厚さ；ｍｅｓｈ  メッシュ；ｓｉｌｉｃａ  シリカ；ｗｉｄｅ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  広い分布の；Ｇｒｅｅｎ  グリーン；Ｈｏｔ  ホット；Ｃｏｌｄ  コールド；
【図１８】図１８は、ＭＦＣを含まないスラリーから調製された従来のシェルと比較した、バインダーとして０．３％のＭＦＣを含むスラリーから調製されたシェルの破壊力の結果に対する耐火材料の影響を示す［ｎ＝１０］。  図面中の対訳：  Ｆｏｒｃｅ  力；ｍｅｓｈ  メッシュ；ｓｉｌｉｃａ  シリカ；ｗｉｄｅ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  広い分布の；Ｇｒｅｅｎ  グリーン；Ｈｏｔ  ホット；Ｃｏｌｄ  コールド；
【図１９】図１９は、さまざまなバインダーシステムの粘度に対するＭＦＣの影響を示す。  図面中の対訳：  Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ  粘度；Ｎｏ  ＭＦＣ  ＭＦＣなし；Ｂｉｎｄｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  バインダーシステム；
【図２０】図２０は、さまざまなバインダーシステムのレオロジーに対するＭＦＣの影響を示す。  図面中の対訳：  Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ  粘度；Ｓｈｅａｒ  ｒａｔｅ  せん断速度；Ｂｉｎｄｅｒ  バインダー；
【図２１】図２１は、異なるスチレンポリマーを含むバインダーシステムを含むスラリーから調製されたシェルのシェルの厚さを、ＭＦＣを含まないスラリーから調製された従来のシェルと比較したグラフである［ｎ＝１０］。  図面中の対訳：  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  厚さ；Ｎｏ  ＭＦＣ  ＭＦＣなし；Ｓｔｙｒｅｎｅ  ｐｏｌｙｍｅｒ  スチレンポリマー；Ｇｒｅｅｎ  グリーン；Ｈｏｔ  ホット；Ｃｏｌｄ  コールド；
【図２２】図２２は、ＭＦＣを含まないスラリーから調製された従来のシェルと比較した、異なるスチレンポリマーを含むバインダーシステムを含むスラリーから調製されたシェルの破壊力の結果を示すグラフである［ｎ＝１０］。  図面中の対訳：  Ｌｏａｄ  荷重；Ｓｔｙｒｅｎｅ  ｐｏｌｙｍｅｒ  スチレンポリマー；Ｇｒｅｅｎ  グリーン；Ｈｏｔ  ホット；Ｃｏｌｄ  コールド；
【図２３】図２３は、フィブリルスラリー、ＭＦＣスラリー、及びｆＨＤＰＥスラリーを使用せずに作成したシェルのＭＯＲ結果を示す［ｎ＝１０］。  図面中の対訳：  Ｎｏ  ｆｉｂｒｉｌｓ  フィブリルなし；Ｇｒｅｅｎ  グリーン；Ｈｏｔ  ホット；Ｃｏｌｄ  コールド；
【図２４】図２４は、フィブリルスラリー、ＭＦＣスラリー、及びｆＨＤＰＥスラリーを使用せずに作成したシェルの厚さの結果を示す［ｎ＝１０］。  図面中の対訳：  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  厚さ；Ｎｏ  ｆｉｂｒｉｌｓ  フィブリルなし；Ｇｒｅｅｎ  グリーン；Ｈｏｔ  ホット；Ｃｏｌｄ  コールド；
【図２５】図２５は、フィブリルスラリー、ＭＦＣスラリー、及びｆＨＤＰＥスラリーを使用せずに作成したシェルの破壊力の結果を示す［ｎ＝１０］。  図面中の対訳：  Ｌｏａｄ  荷重；Ｎｏ  ｆｉｂｒｉｌｓ  フィブリルなし；Ｇｒｅｅｎ  グリーン；Ｈｏｔ  ホット；Ｃｏｌｄ  コールド；
【図２６】図２６は、さまざまなバインダーシステムのせん断速度に依存する粘度に対するｆＨＤＰＥ又はＭＦＣの添加の影響を示す。  図面中の対訳：  Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ  粘度；Ｓｈｅａｒ  ｒａｔｅ  せん断速度；Ｂｉｎｄｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ  バインダーシステム；
【図２７】図２７は、さまざまなバインダーシステムのせん断応力とせん断速度との関係に対するｆＨＤＰＥ又はＭＦＣの添加の影響を示す。  図面中の対訳：  Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ  粘度；Ｓｈｅａｒ  ｒａｔｅ  せん断速度；Ｂｉｎｄｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ  バインダーシステム；
【発明を実施するための形態】
【００７８】
実施例
実施例例１    インベストメント鋳造シェル組成の配合(formulations)
１．１    シェルルーム試験の配合
表１
【表１】
2021534980.tif 000002
＊    Ｌｉｐａｔｏｎ  ＳＢ  ５８４３は、同量のＡｄｂｏｎｄ（登録商標）ＢＶ（Ｒｅｍｅｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）と置き換えることができる。
^    Ｂｕｒｓｔ  １００は、同量のＦｕｍｅｘｏｌ（登録商標）（Ｈｕｎｔｓｍａｎ  Ｔｅｘｔｉｌｅ  Ｅｆｆｅｃｔ）に置き換えることができる。
表中の対訳：  Ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ  構成成分；Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ  （ｎｏ  ＭＦＣ）  従来の（ＭＦＣなし）；Ｅｘａｍｐｌｅ  ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ  実施例配合物；[宮崎副所長2]
実施例配合物；
【００７９】
１．２  実験室規模の試験のための配合
１．２．１  耐火物としての２００メッシュの溶融シリカ
表２
【表２】
2021534980.tif 000003
＊    Ｌｉｐａｔｏｎ  ＳＢ  ５８４３は、同量のＡｄｂｏｎｄ（登録商標）ＢＶ（Ｒｅｍｅｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）と置き換えることができる。
^    Ｂｕｒｓｔ  １００は、同量のＦｕｍｅｘｏｌ（登録商標）（Ｈｕｎｔｓｍａｎ  Ｔｅｘｔｉｌｅ  Ｅｆｆｅｃｔ）に置き換えることができる。
＃    Ｗｅｔ−ｉｎ（登録商標）は、同量のＶｉｃｔａｗｅｔ（登録商標）１２（ＩＬＣＯ  Ｃｈｅｍｉｅ）と置き換えることができる。
表中の対訳：  Ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ  構成成分；Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ  （ｎｏ  ＭＦＣ）  従来の（ＭＦＣなし）；Ｅｘａｍｐｌｅ  ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ  実施例配合物；
【００８０】
１．３    耐火物としての広域分布シリカ（ＷＤＳ）
表３
【表３】
2021534980.tif 000004
＊    Ｌｉｐａｔｏｎ  ＳＢ  ５８４３は、同量のＡｄｂｏｎｄ（登録商標）ＢＶ（Ｒｅｍｅｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）と置き換えることができる。
^    Ｂｕｒｓｔ  １００は、同量のＦｕｍｅｘｏｌ（登録商標）（Ｈｕｎｔｓｍａｎ  Ｔｅｘｔｉｌｅ  Ｅｆｆｅｃｔ）に置き換えることができる。
＃    Ｗｅｔ−ｉｎ（登録商標）は、同量のＶｉｃｔａｗｅｔ（登録商標）１２（ＩＬＣＯ  Ｃｈｅｍｉｅ）と置き換えることができる。
表中の対訳：  Ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ  構成成分；Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ  （ｎｏ  ＭＦＣ、WDS）  従来の（ＭＦＣ、WDSなし）；Ｅｘａｍｐｌｅ  ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ  実施例配合物；Ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ  構成成分；Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ  （ｎｏ  ＭＦＣ）  従来の（ＭＦＣなし）；Ｅｘａｍｐｌｅ  ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ  実施例配合物；fused silica 溶融シリカ；ｃｏｌｌｏｉｄａｌ  ｓｉｌｉｃａ  コロイダルシリカ；Ｂｉｏｃｉｄｅ  殺生物剤；ｗｅｔｔｉｎｇ  ａｇｅｎｔ  湿潤材；ａｎｔｉ−ｆｏａｍｉｎｇ  ａｇｅｎｔ  消泡剤；ｍｉｃｒｏｆｉｂｒｉｌｌａｔｅｄ  ｃｕｌｌｕｏｓｅ  ＭＦＣ；
【００８１】
１．３    倉庫規模の試験用のバインダー配合
表４
【表４】
2021534980.tif 000005
＊    Ｌｉｐａｔｏｎ  ＳＢ  ５８４３は、同量のＡｄｂｏｎｄ（登録商標）ＢＶ（Ｒｅｍｅｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）と置き換えることができる。
^    Ｂｕｒｓｔ  １００は、同量のＦｕｍｅｘｏｌ（登録商標）（Ｈｕｎｔｓｍａｎ  Ｔｅｘｔｉｌｅ  Ｅｆｆｅｃｔ）に置き換えることができる。
表中の対訳：  Ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ  構成成分；Ｅｘａｍｐｌｅ  ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ  実施例配合物；ｃｏｌｌｏｉｄａｌ  ｓｉｌｉｃａ  コロイダルシリカ；ｄｅｉｏｎｉｓｅｄ  ｗａｔｅｒ  脱イオン水；Ｂｉｏｃｉｄｅ  殺生物剤；ｗｅｔｔｉｎｇ  ａｇｅｎｔ  湿潤材；ａｎｔｉ−ｆｏａｍｉｎｇ  ａｇｅｎｔ  消泡剤；ｍｉｃｒｏｆｉｂｒｉｌｌａｔｅｄ  ｃｕｌｌｕｏｓｅ  ＭＦＣ；
【００８２】
１．4    粘度調整
各試験スラリーの粘度は、ザーンカップを使用して測定した（＃４）。カップのサンプリング端が浸漬後にサンプルの表面を破壊したときにタイミングを開始し、スラリーの流れの最初の決定的な破壊がサンプリングカップの底部で観察されたときに停止した。テストの前に、各スラリーの粘度を２５秒に調整した（特に指定のない限り）。粘度調整は、（粘度を下げるため）脱イオン水を加えることによってか、（粘度を上げるため）スラリーから水を蒸発させることによって実行された。
【００８３】
実施例２    破壊係数（ＭＯＲ）、シェルビルドの厚さ、及び破壊力
２．１    シェルルームトライアル（０．１％及び０．２％ＭＦＣバインダー）
２．１．１    サンプル調製
実施例スラリー配合物１及び２は、表１に記載されているように調製された。各スラリーは、それぞれ２５秒及び３０秒の粘度で試験された。
【００８４】
５本のワックスバー（２５ｍｍｘ１５０ｍｍ）をパターン洗浄液に浸し、水ですすぎ、温度制御された部屋（気流０．６ｍ／ｓ、湿度４５％ＲＨ、温度２５℃）で乾燥させた。次に、表５に記載された浸漬プロトコルに従って、各バーを試験スラリー組成物に浸漬して、シェルを形成した。合計９つのスラリーコートが各ワックスバーに塗布された。最初の８コートの後には、それぞれスタッココートが続いた。各層（スラリー＋スタッコ）を約１時間乾燥させた後、さらに最上部にコーティングを施した。シェルテスト用のワックスパターンにはプライムコートは塗布されていない。
表５
【表５】
2021534980.tif 000006
表中の対訳：  Ｔｙｐｅ  ｏｆ  ｄｉｐ  浸漬タイプ；Ｂａｃｋｕｐ  ｃｏａｔ  バックアップコート；Ｓｅａｌ  ｃｏａｔ  シールコート；Ｓｔｕｃｃｏ  ｕｓｅｄ  使用スタッコ；Ｎｏｎｅ  なし；ｃｏａｔｓ  コート；
【００８５】
ＭＯＲ、厚さ、及び破壊力の測定は、緑色（風乾）、ホット(hot)（１０００℃での焼成(firing)直後）、及びコールド(cold)（焼成後に室温に冷却された後）のときに、コーティングされた各ワックスバーで実行された。
【００８６】
２．１．２    方法
テストは、ＢＳＩ  ＢＳ  １９０２−４．４：１９９５及びＢＳ  ＥＮ  ９９３−６：１９９５に従って実施された。各ワックスバーの上部又は下部から平らな長方形のシェルサンプルを取り出し、且つＭＯＲテストに使用した。幅は２か所で測定され、平均が取られた。シェルのサンプルは、２つのサポートビーム（固定スパン）の間にシェルサンプルを配置すること、及びサンプルの上から均一に荷重を加えることにより、３点曲げ試験で破裂するかどうかをテストした。破壊時の荷重を記録し、破壊の表面積を２箇所で測定し、平均を取った。ＭＯＲは、：
ＭＯＲ＝３ｘ（破壊時の荷重）ｘスパン(span)）／（２ｘ（幅）ｘ（厚さ）２
のように計算され、結果を図１に示す。各サンプルのシェルの厚さを測定し、結果を図２に示す。
【００８７】
破壊力試験は、校正済みの２５００Ｎロードセルを備えたＬｌｏｙｄ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ＬＲＸ引張試験装置（モデルＴＧ１８）で実施した。破壊力の結果を図３に示す。結果は、バインダー中に０．１％及び０．２％のＭＦＣを含むスラリーから作られたシェルの強度が、ＭＦＣを含まない従来のスラリー配合物と比較していくらかの改善を示したことを示す。結果を考慮して、０．３％のＭＦＣを含むスラリー配合物についてさらなる試験を実施した。
【００８８】
２．２    ラボスケールトライアル（バインダー中０．３％ＭＦＣ）
２．２．１  サンプル調製
実施例配合物３は、表２に記載されているように、２５秒の粘度に調製された。５本のワックスバー（２５ｍｍｘ１５０ｍｍ）をパターン洗浄液に浸し、水ですすぎ、温度制御された部屋（気流０．６ｍ／ｓ、湿度４５％ＲＨ、温度２５℃）で乾燥させた。次に、各バーを、以下の表６に記載されている浸漬プロトコルに従って、０．３％ＭＦＣ（表２を参照）を含む試験スラリー組成物に浸漬して、シェルを形成した。
表６
【表６】
2021534980.tif 000007
表中の対訳：  Ｔｙｐｅ  ｏｆ  ｄｉｐ  浸漬タイプ；Ｂａｃｋｕｐ  ｃｏａｔ  バックアップコート；Ｓｅａｌ  ｃｏａｔ  シールコート；Ｓｔｕｃｃｏ  ｕｓｅｄ  使用スタッコ；Ｎｏｎｅ  なし；ｃｏａｔｓ  コート；Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ  （ｎｏ  ＭＦＣ）  従来の（ＭＦＣなし）；Ｅｘａｍｐｌｅ  ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ  実施例配合物；
【００８９】
試験は、グリーン（風乾）、ホット（１０００℃での焼成直後）、及びコールド（焼成後に室温に冷却された後）のときに、コーティングされた各ワックスバーで実施された。
【００９０】
２．２．２    結果
ＭＯＲ、厚さ、及び破壊力の結果を図４からに示す。
【００９１】
結果は、従来のスラリー組成物と比較して、０．３％ＭＦＣを含むスラリー組成物の同じ数のコートのシェル厚さの有意な増加を示す。例えば、９コートでシェルの厚さが平均約３０％増加し、且つ６コートでシェルの厚さが約１６％増加する。
【００９２】
破壊力は、従来のスラリーから作られたシェルと比較して、バインダーに０．３％のＭＦＣを含むスラリーから作られたシェルでも大幅に改善されている。例えば、バインダー中にＭＦＣを含まない従来のスラリーと比較して、バインダー中に０．３％のＭＦＣを含むスラリーから調製された８つのバックアップコート及び１つのシールコートを有するグリーンシェルを破壊するために平均４０％多い(40%  more)力が必要である。ホットシェルの場合、シェルを破壊するには平均２３％多い(23%  more)力が必要である。
【００９３】
２．３    バインダーに０．４％のＭＦＣを含む組成物
バインダーに０．４％のＭＦＣを含むことを除いて、実施例３のインベストメント鋳造シェル配合物を調製した。スラリーは、従来のスラリーと比較してシェルビルドが大幅に増加したインベストメント鋳造シェルを製造した。例えば、３コートで約６８％増加し、４コートで約７６％増加する（図７を参照）。しかしながら、スラリーは一貫性のない作業特性を有することが見いだされて、且つバインダー中に０．３％のＭＦＣを含む組成物ほど効果的にワックスバーを覆っていなかった。
【００９４】
実施例３    透過性テスト
３．１    サンプル調製
実施例配合物１、２及び３は、表１に従って調製された。実施例配合物１及び２のスラリーは、それぞれ２５秒及び３０秒の粘度で試験された。従来のスラリー及び実施例配合物３（表２）を含むスラリーもまた、２５秒の粘度に調製された。
【００９５】
透過性試験のためのＢＳＩ（ＢＳ  １９０２：セクション１０．２：１９９４）承認の方法に従った。
【００９６】
５つのプラスチック製のピンポンボールを中空のガラス棒（不浸透性のムライト）に取り付け、棒とボールの接合部をワックスで密封した。次に、ピンポンボールを以下の表７に示す浸漬プロトコルに従って試験スラリーに浸漬してシェルを形成し、温度制御された部屋（気流０．６ｍ／ｓ、湿度４５％ＲＨ、温度２５℃）で乾燥させた。
表７
【表７】
2021534980.tif 000008
表中の対訳：  Ｔｙｐｅ  ｏｆ  ｄｉｐ  浸漬タイプ；Ｂａｃｋｕｐ  ｃｏａｔ  バックアップコート；Ｓｅａｌ  ｃｏａｔ  シールコート；Ｓｔｕｃｃｏ  ｕｓｅｄ  使用スタッコ；Ｎｏｎｅ  なし；ｃｏａｔｓ  コート；Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ  （ｎｏ  ＭＦＣ）  従来の（ＭＦＣなし）；Ｅｘａｍｐｌｅ  ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ  実施例配合物；
【００９７】
コーティングされた各ボールを１０００℃の温度まで焼成して、シェルからピンポンボールを焼き尽くした。焼成プロセス中のシェルの亀裂を最小限に抑えるために、表８に示す加熱傾斜率(ramp  rate)を使用して温度を上げた。
【００９８】
各シェルの透過性は、窒素ガス（１．０５  ＰＳＩ）をガラス棒とシェルサンプルに通して測定し、流量をｍＬ／ｍｉｎで計算した。次に、サンプルを破壊し、平均厚さを測定した。透磁率定数（Ｋ）は次のように：
Ｋ＝ｄＶ／ｐｔＡ
計算された。ここで、ｄはシェルの厚さ（ｃｍ）、Ｖはガスの体積（ｍＬ）、ｐはシェル全体の圧力損失（ｃｍＨ２Ｏ）、ｔはタイム（秒）、Ａはボールの内部面積から挿入されたロッドの面積を引いたものである（ｃｍ２）。
【００９９】
１０００℃で焼成した直後に透過性をテストした（ホット）。焼成後、ボールを室温で２４時間冷却し、透過性を再テストした（コールド）。
表８
【表８】
2021534980.tif 000009
表中の対訳：  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  温度；ｈｏｌｄ  ｔｉｍｅ  保持タイム；
【０１００】
３．２.    結果
従来のスラリーと比較した、バインダー中に０．１％、０．２％、０．３％のＭＦＣを含むスラリー（実施例配合物１から３）のシェルルーム試験の透過性試験の結果を図８Ａ（ホット）及び図８Ｂ（コールド）に示す。
【０１０１】
結果は、ＭＦＣの濃度が増加するにつれて同じ粘度のスラリーの透過性が増加することを示す。この結果は、ＭＦＣが高温で燃え尽きる有機材料であるため、シェルマトリックスにボイドが残り、ホットシェルとコールドシェルの透過性が向上するという事実によって説明できる。
【０１０２】
実施例４
実施例４    ミクロンスケールの直径を持つ繊維を含むスラリーとの比較
０．３％ＭＦＣの代わりに、平均直径５２μｍ、平均長さ０．５ｍｍのナイロン繊維０．３％（１２．４ｋｇ）を使用したことを除いて、配合物３に従ってスラリーを調製した。実施例２に記載の方法に従って、ＭＯＲ、厚さ、及び破壊力の測定を行った。結果を図９から１１に示す。結果は、ＭＦＣとは対照的に、ミクロン範囲の直径を持つ繊維を追加しても、シェルの構築又は破壊強度が大幅に向上しないことを示す。
【０１０３】
実施例５    スラリー特性の分析
実施例配合物３及びＭＦＣを含まない従来のスラリーを表２に従って調製し、スラリーの特性を、以下に記載されるプロトコルを使用して評価した。結果を表9に示す。
【０１０４】
５．１．    スラリー分析
％全固形分（％  ｔｏｔａｌ  ｓｏｌｉｄｓ）    スラリー中のすべての有効成分、つまり水を除去したすべてのスラリー成分、の測定値。スラリー中の全固形分は、水分バランス（Ｍｅｔｔｌｅｒ  ＭＪ３３）を使用して決定された。安定した重量(weight)が得られるまでスラリーのサンプルを１４０℃で乾燥させ、固形分のパーセンテージを計算した。あるいは、この測定は、サンプルを１４０℃で約１時間オーブン乾燥すること、及び固形分パーセンテージを計算することによって行うことができる。
【０１０５】
スラリー密度（Ｓｌｕｒｒｙ  ｄｅｎｓｉｔｙ）    スラリーの比重(specific  gravity)（ＳＧ）、つまり、水と比較したスラリー材料の密度の比率、として定義される。ＳＧは、比重計を使用すること、又はスラリーのサンプルを計量して水のサンプルと比較することによって測定した。
【０１０６】
５．２    バインダー分析
スラリー中のバインダーの特性をテストするため、スラリーサンプルを４６００ｒｐｍで約３０分間遠心分離し、新しいバイアルにデカントし、４６００ｒｐｍで約３０分間再度遠心分離した。上澄みバインダーをバイアルの上部から取り出した。バインダーの特性は、以下に説明するプロトコルを使用して評価した。
【０１０７】
％バインダー固形分(％  ｂｉｎｄｅｒ  ｓｏｌｉｄｓ)    「％全固形分」で説明したのと同じ方法で測定するが、バインダー上清のサンプルを使用する。
【０１０８】
％シリカ（％  ｓｉｌｉｃａ）    強熱減量で測定。バインダー上清のサンプルを９８０℃で６０分間焼成し、シリカ残留物の割合を直接計算した。あるいは、シリカのパーセンテージは、バインダーの上清の比重（ＳＧ）を測定することによって見つけることができる。メスフラスコと精密天びんを使用し、適切な表で変換を調べることにより、ＳＧ測定値をシリカのパーセンテージに変換できる。
【０１０９】
％ポリマー固形分（％  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｓｏｌｉｄｓ）    １４０℃でのバインダー固形分と強熱減量によって測定されたシリカの割合との差として計算される。「％ポリマー濃縮物(concentrate)」は、ポリマー固形分の２倍のパーセンテージである。
【０１１０】
細菌カウント（Ｂａｃｔｅｒｉａ  ｃｏｕｎｔ）    上清バインダーのサンプルを採取し、培養スライドにピペッティングし、３０℃で４８時間インキュベートすることで測定する。細菌感染が存在する場合、標準的なコントロールスライドと比較できる染色として培養スライドに表示される。
【０１１１】
バインダー粘度（Ｂｉｎｄｅｒ  ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ)    ブルックフィールド粘度計（６０ｒｐｍ、２３から２５℃）を使用して測定。
【０１１２】
加速ゲル試験（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ  ｇｅｌ  ｔｅｓｔ）    スラリーの加速老化、及びしたがってゲル化、をシミュレートする試験。バインダーの上清を気密ボトルに入れて６０℃で４８時間保持した（室温で約１か月に相当）。粘度に有意な変化がなかった場合、「合格(pass)」が記録された。
【０１１３】
５．３．    結果
表９
【表９】
2021534980.tif 000010
表中の対訳：  Ｔｅｓｔ  テスト；ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ  ｓｌｕｒｒｙ  従来のスラリー；Ｅｘａｍｐｌｅ  ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ  実施例配合物；Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  差；
【０１１４】
結果は、バインダー中にＭＦＣが存在すると、スラリーの粘度が著しく増加し、実施例配合物３と従来のスラリーとの間でほぼ４秒の差があることを示している。
【０１１５】
バインダー粘度試験の結果は、遠心分離後にＭＦＣ材料がバインダーに存在しないことを示している。対照的に、マイクロからミリスケールの直径を有する繊維を含む鋳造シェルバインダーは、遠心分離によって除去されないため、スラリー試験に影響を与え、且つ正確な測定を妨げる。
【０１１６】
実施例６    倉庫規模の方法
６．１    バインダーの調製
実施例５（表４を参照）の調製に使用されるバインダーは、以下のように倉庫で調製された。
【０１１７】
ホモジナイザー（Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎ（登録商標）、Ｌ４ＲＴ）を使用して、７．２ｋｇのＭＦＣを脱イオン水（１９．２ｋｇ）にブレンドした。次に、ブレンドを２つの容器にデカントした。２４０ｋｇのドラムを電子はかり付きのポンプトラックに置き、１９２ｋｇのコロイダルシリカ（Ｒｅｍａｓｏｌ（登録商標）ＳＰ３０、Ｇｒａｃｅ  ＧＭＢＨ）をドラムにデカントした。電気攪拌機（Ｂｏｓｃｈ（登録商標）Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ、ＧＲＷ１２Ｅ）を使用して、ＭＦＣと脱イオン水のブレンドをドラム内のコロイダルシリカにゆっくりと加え、１０乃至１５分間攪拌した。次に、Ａｄｂｏｎｄ（登録商標）ＢＶポリマー（Ｒｅｍｅｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）又はＬｉｐａｔｏｎ  ＳＢ  ５８４３（Ｓｙｎｔｈｏｍｅｒ  ｐｌｃ）をドラムにゆっくりと加え、さらに１５乃至２０分間撹拌を続けた。１．２ｋｇの消泡剤（Ｆｕｍｅｘｏｌ（登録商標）１００、Ｈｕｎｔｓｍａｎ  Ｔｅｘｔｉｌｅ  Ｅｆｆｅｃｔ、又はＢｕｒｓｔ  １００、Ｒｅｍｅｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）を添加し、混合物をさらに５分間撹拌した。次に、１．２ｋｇの殺生物剤（Ａｃｔｉｃｉｄｅ（登録商標）ＭＢＳ５０：５０  １，２−ベンズイソチアゾール−３（２Ｈ）−オン：２−メチル−２Ｈ−イソチアゾール−３−オン；  Ｔｈｏｒ  Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｉｅｓ）を加え、混合物をさらに５分間撹拌した。スラリーが完全に混合されるまで、攪拌をさらに１５分間続けた。バインダーのサンプルをテスト用に採取した。
【０１１８】
６．２バインダー分析
スラリーの特性は、実施例５に記載されたプロトコルを使用して評価され、結果は表１０に示されている。
表１０
【表１０】
2021534980.tif 000011
表中の対訳：  Ｔｅｓｔ  テスト；Ｅｘａｍｐｌｅ  ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ  実施例配合物；Ｐａｓｓ  合格；Ｎｉｌ  ゼロ；
【０１１９】
実施例７    ポリマー濃度の影響
シェルビルドの厚さに対するポリマー濃度の影響を評価するために、バインダーに６％３％及び０％のスチレンブタジエンポリマー（Ａｄｂｏｎｄ（登録商標）ＢＶ、ＲｅｍｅｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ又はＬｉｐａｔｏｎＳＢ  ５８４３、Ｓｙｎｔｈｏｍｅｒ  ｐｌｃ）を含むスラリーを調製した。ＭＯＲ、シェルの厚さ、及び破壊力のテストは、グリーン及びホット（１０００°Ｃ）で実行された。サンプルの準備とテストプロトコルについては、実施例２を参照。結果を図１２から１４に示す。
【０１２０】
結果は、ポリマーの濃度が０％から１２％に増加すると、シェルの厚さが増加することを示す。バインダー中のポリマーの濃度が０％から１２％に増加すると、破壊強度のグリーンシェル力も増加する。
【０１２１】
実施例８    耐火材料の効果
シェルビルドの厚さに対する耐火材料の影響を評価するために、鋳造シェルスラリーは、広範囲に分布するシリカ耐火物（ＥＺ  ＣａｓｔＴＭ；  Ｒｅｍｅｔ  ＵＫ  Ｌｔｄ）を使用して調製した。溶融シリカ２００メッシュ、溶融シリカ２７０メッシュ、広範囲に分布する溶融シリカの粒度分布を図１５に示す。粒度分布はＭａｌｖｅｒｎ  Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ３０００で測定した。
【０１２２】
ＭＯＲ、シェルの厚さ、及び破壊力のテストは、グリーン及びホット（１０００°Ｃ）で実行された。サンプルの準備とテストプロトコルについては、実施例２を参照。結果を図１６から１８に示す。
【０１２３】
結果は、バインダーに０．３％ＭＦＣと組み合わせて広範囲に分布するシリカ耐火物を使用すると、従来のスラリーと比較してシェルの構築が４０％以上増加することを示す。シェルを破壊するのに必要な力も、グリーンシェルでは最大３０％、ホットシェルでは最大１０％増加する。
【０１２４】
実施例９    バインダー粘度テスト
バインダー粘度試験を実施して、バインダー中にさまざまな濃度のＭＦＣ（０％、０．２２５％、０．２５％、及び０．２７５％）を含むバインダーを比較した。各バインダーシステムについてテストを５回繰り返し、結果を図１９に示す。結果は、バインダーの粘度がＭＦＣの濃度の増加に比例して増加することを示す。
【０１２５】
実施例１０    スラリーレオロジー
インベストメント鋳造シェルバインダーのレオロジーに対するＭＦＣの影響を調査した。表１１に示すように、５つの異なるバインダーシステムを準備した。
表１１
【表１１】
2021534980.tif 000012
＊    Ｌｉｐａｔｏｎ  ＳＢ  ５８４３は、同量のＡｄｂｏｎｄ（登録商標）ＢＶ（Ｒｅｍｅｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）と置き換えることができる。
^    Ｂｕｒｓｔ  １００は、同量のＦｕｍｅｘｏｌ（登録商標）（Ｈｕｎｔｓｍａｎ  Ｔｅｘｔｉｌｅ  Ｅｆｆｅｃｔ）に置き換えることができる。
＃    Ｗｅｔ−ｉｎ（登録商標）は、同量のＶｉｃｔａｗｅｔ（登録商標）１２（ＩＬＣＯ  Ｃｈｅｍｉｅ）と置き換えることができる。
表中の対訳：  Ｂｉｎｄｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ  バインダーシステム；Ｂｉｎｄｅｒ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｅｓ  バインダー成分；Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ  ａｍｏｕｎｔ  パーセンテージ量；ｃｏｌｌｏｉｄａｌ  ｓiｌｉｃａ  コロイダルシリカ；ｗｅｔｔｉｎｇ  ａｇｅｎｔ  湿潤剤；ａｎｔｉ−ｆｏａｍｉｎｇ  ａｇｅｎｔ  消泡剤；
【０１２６】
せん断速度の関数としてのバインダーシステムの粘度は、ＭＣＲ  ９２レオメーター（Ａｎｔｏｎ−Ｐａａｒ  ＧｍｂＨ）を使用してテストされた。結果を図２０に示す。
【０１２７】
ＭＦＣを含まないすべてのバインダーシステムは、ニュートン又はほぼニュートンの挙動を示した。一方、ＭＦＣを包含したバインダーシステムは、せん断に依存した粘度の低下を示した。
【０１２８】
実施例１１    安定性
０．３％のＭＦＣを含む配合物３に使用されバインダーの化学的安定性を、代わりに０．３％のナイロン繊維（平均直径５２μｍ；平均長さ０．５ｍｍ）を含む同等のバインダーと比較した。
【０１２９】
バインダーを加速ゲル試験にかけ、上澄みバインダーを気密ボトルに入れ、オーブン内で６０℃に保持した。
【０１３０】
結果を以下の表１２に示す。
表１２
【表１２】
2021534980.tif 000013
表中の対訳：  Binder  バインダー
配合物３のバインダー（０．３％ＭＦＣ）
配合３のバインダー（０．３％ＭＦＣを０．３％ナイロン繊維に置き換え）
Observations    観察
７１日後にゲル化なし；ファイバードロップアウトなし
４１日後にゲル化なし；繊維は数時間後に懸濁液からドロップアウト
【０１３１】
実施例１２    ポリマータイプ
実施例配合物３（実施例１を参照）のキャスティングシェルスラリーは、２つの異なるスチレンポリマーを有するバインダーシステムを用いて調製された。
【０１３２】
厚さと破壊力の結果を図２１と２２に示す。ポリマー１はスチレンアクリレートポリマー（Ｒａｖａｓｏｌ  ＳＡ−１；Ｒａｖａｇｏ（登録商標）Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｌｔｄ）である。ポリマー２は、スチレンブタジエンポリマー（Ａｄｂｏｎｄ（登録商標）ＢＶ、Ｒｅｍｅｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ又はＬｉｐａｔｏｎ  ＳＢ  ５８４３、Ｓｙｎｔｈｏｍｅｒ  ｐｌｃ）である。両方のバインダーシステムは、ＭＦＣを使用しない従来のスラリー配合と比較して、シェルの厚さと強度の改善を示した。
【０１３３】
実施例１３    ＭＦＣとフィブリル化高密度ポリエチレン（ｆＨＤＰＥ）の比較
一連の３つの鋳造シェルスラリーを比較した。テストされたスラリーは、表１３に示されているものである。
表１３
【表１３】
2021534980.tif 000014
表中の対訳：  Ｉｎｇｒｅｄｉｎｅｔｓ  構成成分；Ｎｏ  ｆｉｂｒｉｌ  ｓｌｕｒｒｙ  フィブリルなしスラリー；  ｓｌｕｒｒｙ  スラリー；ｆｕｓｅｄ  ｓiｌｉｃａ  溶融シリカ；ｃｏｌｌｏｉｄａｌ  ｓｉｌｉｃａ  コロイダルシリカ；ｗｅｔｔｉｎｇ  ａｇｅｎｔ  湿潤剤；ａｎｔｉ−ｆｏａｍｉｎｇ  ａｇｅｎｔ  消泡剤；ｆｉｂｒｉｌｓ  フィブリル；
【０１３４】
ＭＦＣとは、Ｂｏｒｒｅｇａａｒｄから入手したＥｘｉｌｖａ（登録商標）Ｐ０１−Ｖ、１０％濃度を指す。
＊    Ｌｉｐａｔｏｎ  ＳＢ  ５８４３は、同量のＡｄｂｏｎｄ（登録商標）ＢＶ（Ｒｅｍｅｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）と置き換えることができる。
＃    Ｖｉｃｔａｗｅｔ（登録商標）１２は、同量のＷｅｔ−ｉｎ（登録商標）（Ｒｅｍｅｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）と置き換えることができる。
【０１３５】
ｆＨＤＦＰは、米国テネシー州ジョンソンシティーのＭｉｎｉｆｉｂｅｒｓ、Ｉｎｃ．から入手したＳｈｏｒｔＳｔｕｆｆ（登録商標）Ｆｉｂｒｉｌｌａｔｅｄ  ＨＤＰＥファイバー（＃ＥＳＳ５０Ｆ）を指す。ＳｈｏｒｔＳｔｕｆｆ（登録商標）ファイバー（＃ＥＳＳ５０Ｆ）の平均繊維長は約０．１ｍｍ、直径は５μｍである。また、ＳｈｏｒｔＳｔｕｆｆ（登録商標）ファイバー（＃ＥＳＳ５Ｆ）も利用できる。これは、平均繊維長が約０．１ｍｍ、直径が５μｍである。これは、低せん断水系での分散が少ないと言われている。
【０１３６】
ＭＯＲテストは、実施例２のセクション２．１に従って実施された。ＭＯＲ、厚さ、及び破壊力の結果を図２３−２５に示す。
【０１３７】
ＭＯＲ試験の結果は、フィブリルなしでｆＨＤＰＥをスラリーに添加した場合、ＭＯＲ強度に改善がないことを示した。フィブリルを含まないスラリーと比較して、ｆＨＤＰＥを含むスラリーではシェルビルドの厚さのわずかな増加が見られるが、この増加はＭＦＣを含むスラリーで見られる増加ほど重要ではない。
【０１３８】
実施例５に従って３つのスラリーの特性を分析した。結果を表１４に示す。
表１４
【表１４】
2021534980.tif 000015
表中の対訳：  Ｔｅｓｔ  テスト；Ｎｏ  ｆｉｂｒｉｌ  ｓｌｕｒｒｙ  フィブリルなしスラリー；  ｓｌｕｒｒｙ  スラリー；
【０１３９】
結果は、ＭＦＣが耐火物と一緒に遠心分離されることを示唆すル。これは、フィブリルなしのスラリーとＭＦＣスラリーとの間のバインダーの結果が一貫していたために見ることができル。ＭＦＣ繊維とｆＨＤＰＥ繊維は両方とも粘度を増加させ、フィブリルなしのスラリーとＭＦＣスラリートの間で約４秒、フィブリルなしのスラリーとｆＨＤＰＥスラリーとの間で約２秒の差をもたらした。
【０１４０】
図２６は、せん断速度の関数として調製されたバインダーサンプルの粘度を図示する。バインダー１から５は表１１に記載されているとおりである。バインダー６から９は表１５に記載されているとおりである。
表１５
【表１５】
2021534980.tif 000016
表中の対訳：  Ｂｉｎｄｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ  バインダーシステム；Ｂｉｎｄｅｒ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  バインダー成分；  ｃｏｌｌｏｉｄａｌ  ｓｉｌｉｃａ  コロイダルシリカ；Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ  ａｍｏｕｎｔ  パーセンテージ量；
【０１４１】
＊    Ｌｉｐａｔｏｎ  ＳＢ  ５８４３は、同量のＡｄｂｏｎｄ（登録商標）ＢＶ（Ｒｅｍｅｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）と置き換えることができる。
【０１４２】
図２６は、ＳＰ３０にｆＨＤＰＥ繊維を追加すると、非常に低いせん断速度で粘度の増加が制限されることを示す。ただし、この効果は、バインダー混合物が明らかなずり流動化(shear  thinning)挙動を示したＳＰ３０へのＭＦＣの添加と比較した場合、ほとんど明らかではない。さらに、ｆＨＤＰＥを含有する混合物にスチレンブタジエン共重合体を添加すると、ｆＨＳＰＥ繊維による粘度変更効果がなくなるようであったが、一方、ＭＦＣとスチレンブタジエン共重合体を含有するＳＰ３０混合物はずり流動化特性を維持できる。
【０１４３】
図２７は、バインダーサンプルのせん断応力とせん断速度のプロットを示す。データは、ｆＨＳＰＥ繊維を含むすべてのサンプルがニュートン又はほぼニュートンの挙動を示したのに対し、ＭＦＣを含むサンプルはより擬塑性又はずり流動化の挙動を示したことを示す。
【０１４４】
本開示は以下の付記を含む。
（付記１）
インベストメント鋳造シェル組成物バインダーであって、平均直径が約１ｎｍより大きく且つ約１μｍ未満の親水性フィブリルを含むバインダー。
（付記２）
前記親水性フィブリルが、約１０ｎｍから約１μｍの間、好ましくは約５０ｎｍから約５００ｎｍの間、より好ましくは約１００ｎｍから３００ｎｍの間の平均直径を有する、付記１に記載のバインダー。
（付記３）
親水性フィブリルが約１００ｎｍから約１００μｍの間の平均長さを有する、付記１又は付記２に記載のバインダー。
（付記４）
前記親水性フィブリルが１５以上、好ましくは２０以上、より好ましくは２５以上のアスペクト比を有する、付記１に記載のバインダー。
（付記５）
親水性フィブリルがセルロースフィブリルを含む、付記１に記載のバインダー。
（付記６）
前記親水性フィブリルが天然源に由来する、付記１から５のいずれか一項に記載のバインダー。
（付記７）
前記親水性フィブリルが、樹木、野菜、テンサイ、柑橘類及びそれらの組み合わせからなる群から選択される原料に由来する、付記６に記載のバインダー。
（付記８）
前記親水性フィブリルがフィブリル化繊維を含む、付記１から７のいずれか一項に記載のバインダー。
（付記９）
前記親水性フィブリルがミクロフィブリル化セルロース（ＭＦＣ）を含む、付記１から８のいずれか一項に記載のバインダー。
（付記１０）
前記親水性フィブリルは、当該バインダーの総質量(total  mass)に基づいて、約０．１重量％(wt%)から約２０重量％、好ましくは、当該バインダーの総質量に基づいて約０．１重量％から約５重量％、より好ましくは、当該バインダーの総質量に基づいて約０．２重量％から約４重量％の量で存在する、付記１から９のいずれか一項に記載のバインダー。
（付記１１）
コロイドダルシリカをさらに含む、付記１から１０のいずれか一項に記載のバインダー。
（付記１２）
少なくとも１つの追加のポリマーをさらに含む、付記１から１１のいずれか一項に記載のバインダー。
（付記１３）
前記少なくとも１つの追加のポリマーが、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸、メタクリル酸エステル、スチレン、ブタジエン、塩化ビニル、酢酸ビニル、及びそれらの組み合わせからなるリストから選択される１つ又は複数のモノマーを含む、付記１２に記載のバインダー。
（付記１４）
前記少なくとも１つの追加のポリマーがスチレンポリマーを含む、付記１３に記載のバインダー。
（付記１５）
付記１から１４のいずれか一項に記載のバインダーよび耐火性成分を含むインベストメント鋳造シェル組成物。
（付記１６）
付記１５に記載の組成物であって、ここで、前記バインダー中の前記親水性フィブリルは、当該組成物の総質量(total  mass)に基づいて約０．０１重量％(wt%)から約１重量％、好ましくは、当該組成物の総質量に基づいて約０．０１重量％から約０．５重量％、より好ましくは、当該組成物の総質量に基づいて約０．０５重量％から約０．２重量％、さらにより好ましくは、当該組成物の総質量に基づいて、０．０５重量％から約０．１５重量％の量で存在する、組成物。
（付記１７）
前記耐火性成分が、溶融シリカ、アルミノケイ酸塩、アルミナ、ケイ酸ジルコニウム、マイクロシリカ、ジルコニア、ジルコン、イットリア、石英、炭素、及びそれらの組み合わせからなるリストから選択される少なくとも１つを含む、付記１５又は付記１６に記載の組成物。
（付記１８）
ここで、前記耐火性成分は、リスト：  溶融シリカメッシュ１２０、溶融シリカメッシュ１４０、溶融シリカメッシュ１７０、溶融シリカメッシュ２００、溶融シリカメッシュ２７０、溶融シリカメッシュ３２５、及びそれらの組み合わせ、から選択される溶融シリカを含む、付記１５から１７のいずれか一項に記載の組成物。
（付記１９）
付記１５から１８のいずれか一項に記載の組成物であって、ここで、前記耐火性成分は、広い分布の溶融シリカを含み、ここで、前記広い分布の溶融シリカは、好ましくは、８５％の溶融シリカ５０から８０メッシュと１５％の溶融シリカ１２０メッシュとの組み合わせを含む、組成物。
（付記２０）
付記１５から１９のいずれか一項に記載の組成物から調製されたインベストメント鋳造シェル。
（付記２１）
付記１５から１９のいずれか一項に記載のインベストメント鋳造シェル組成物を調製する方法であって、当該方法は以下：
（ｉ）前記親水性フィブリルを水性溶媒中で混合すること；
（ｉｉ）バインダーを形成するため、（ｉ）における混合物を、コロイダルシリカを含む容器に添加すること；
（ｉｉｉ）オプションで、ポリマー、消泡剤、ｐＨ調整剤、殺菌剤及び殺カビ剤を含む１つ又は複数の追加の薬剤を前記バインダーに添加すること；
（ｉｖ）スラリーを形成するため、前記バインダーを耐火成分と混合すること；
を含む方法。
（付記２２）
物品を作製するためのインベストメント鋳造方法であって、当該方法は、インベストメント鋳造シェルスラリーの少なくとも１つのコートで消耗性プリフォームをコーティングすることを含み、ここで、前記スラリーコートのうち少なくとも１つは、付記１５から１９のいずれか一項に記載のインベストメント鋳造シェル組成物を含む、インベストメント鋳造方法。
（付記２３）
第２の層以上のスラリーコートが、付記１５から１９のいずれか一項に記載のインベストメント鋳造シェル組成物を含む、付記２２に記載のインベストメント鋳造方法。
（付記２４）
前記少なくとも１つのスラリーコートのうちの１つ又は複数をオプションでスタッコすることをさらに含み、ここで、スラリーコート及びスタッコ加工によって生成された前記１つ(the  a)のスタッココートは、シェル層を作成し、ここで、一度乾燥した各シェル層は、少なくとも１ｍｍの厚さ、好ましくは少なくとも１．１ｍｍの厚さ、より好ましくは少なくとも１．２ｍｍの厚さ、さらにより好ましくは少なくとも１．３ｍｍの厚さである、付記２２又は付記２３に記載のインベストメント鋳造方法。
（付記２５）
付記１から１４のいずれか一項に記載のバインダー；及び
耐火性成分(component)；
を含むインベストメント鋳造シェル組成物を調製するためのキット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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