KR100356370B1 - 연삭지석 성형체의 초기강도 향상을 위한 첨가제를사용하여 제조된 연삭지석 성형체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연삭지석 성형체에 관한 것으로서, 지석골재, 액상소결 조제, 임시 결합재, 결합 강화제(wetting agent)등과 같은 연삭지석 원료를 혼합하는 공정에서 Li, Na, K, Rb 등과 같은 알칼리 금속 또는 Be, Mg, Ca, Sr 등과 같은 알칼리 토금속의 수산화물을 단독 또는 혼합하여 첨가하는 연삭지석 성형체 제조 공정에서 임시 결합재로 사용되는 전분(dextrin)의 중축합을 촉진시킴과 동시에 중축합시의 발열 반응에 기인한 열을 이용하여 임시 결합재의 결합력을 향상시켜, 성형체의 초기 강도를 향상시키고, 성형체의 운반 자동화나 성형체 불량율을 감소시킬 수 있는 연삭지석 성형체에 관한 것이다.

Description

연삭지석 성형체의 초기강도 향상을 위한 첨가제를 사용하여 제조된 연삭지석 성형체{A Formed grinding wheel prepared by using additives for improvment of green strength}

본 발명은 첨가제를 사용하여 제조된 연삭지석 성형체 및 그 연삭지석 성형체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지석골재, 액상소결 조제, 임시 결합재, 결합 강화제(wetting agent)를 포함하는 연삭지석 원료에 임시 결합재로 사용하는 전분의 중축합을 촉진시킴과 동시에 중축합시의 발열반응에 기인한 열을 이용하여 임시 결합재의 결합력을 향상시키는 금속 수산화물 첨가제를 사용하여 제조된 연삭지석 성형체에 관한 것이다.

연삭지석은 지석골재에 1300 ℃ 이상의 고온에서 소성할 때, 액상을 형성하는 장석, 도석 등의 유리질 액상 형성제와 성형체의 초기 강도를 발현하기 위해서 첨가하는 전분(dextrin), 폴리비닐알코올(PVA) 등의 임시 결합재, 그리고 임시 결합재의 접착력을 발현시키기 위하여 첨가하는 결합 강화제로 구성된다.

연삭지석의 최종 물성은 유리질 액상 형성제에 의해서 발현될 것이나, 연삭지석의 불량율 감소를 통한 생산 효율 향상, 공정의 자동화등을 위해서는 성형 직후의 초기 성형체 강도의 향상이 필수적이다.

이러한 성형체의 초기 강도 발현을 위해서 첨가하는 임시 결합재가 갖추어야 될 특성은,

1) 결합 강화제와의 접촉을 통해서 소량으로 단시간내에 접착 강도를 발현할 것,

2) 1300 ℃ 이상의 소성 온도에서 가능한 탄화 수율이 낮을 것

등을 들 수 있다.

지금까지는 연삭지석의 임시 결합재로서 옥수수 등의 곡물로부터 얻은 전분을 사용해 왔다. 전분은 결합 강화제와의 용해 반응 속도가 늦기 때문에 골재간의 접착력을 발휘하기까지 수시간 내지 수십시간이 소요되며, 성형체를 120 ℃에서 건조하는 공정에서 비로서 강력한 접착력을 갖는 특징이 있다.

따라서, 전분을 임시 결합재로 사용할 경우, 성형 직후 성형체의 초기 강도가 충분히 발현되지 않아, 후공정으로의 이송 도중 파손되거나 성형 직후 모서리 부위가 탈락하는 등의 문제점을 지니고 있으므로, 작업 효율이 떨어지며 생산성의 측면에서도 자동화가 불가능하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기존의 연삭지석 원료 혼합 공정에서 금속 수산화물을 단독 또는 복합으로 첨가하여 성형체를 제조함으로써 임시 결합재로 사용하는 전분의 중축합을 촉진시키는 연삭지석의 강도를 향상시키기 위한 첨가제를 첨가하여 성형체 초기강도가 향상된 연삭지석 성형체를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여,

지석골재, 유리 형성 소결 조제, 임시 결합재인 전분 및 결합 강화제로 이루어진 연삭지석 성형체에 있어서,

Li, Na, K, Rb 및 Cs로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 알칼리 금속의 수산화물을 혼합하여 사용하여 제조된 연삭지석 성형체를 제공한다.

또한, 본 발명은

지석골재, 유리 형성 소결 조제, 임시 결합재인 전분 및 결합 강화제로 이루어진 연삭지석 성형체에 있어서,

Be, Mg, Ca, Sr 및 Ba으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 알칼리 토금속의 수산화물을 혼합하여 첨가제로 사용하여 제조된 연삭지석 성형체를 제공한다.

또한, 본 발명은

지석골재, 유리 형성 소결 조제, 임시 결합재인 전분 및 결합 강화제로 이루어진 연삭지석 성형체에 있어서,

Li, Na, K, Rb 및 Cs로 이루어진 군으로 이루어진 군에서 선택되는 알칼리 금속과 Be, Mg, Ca, Sr 및 Ba으로 이루어진 군으로 이루어진 군에서 선택되는 알칼리 토금속의 수산화물을 2 종 이상 혼합하여 첨가제로 사용하여 제조된 연삭지석 성형체를 제공한다.

한편, 본 발명은 상기 첨가제는 지석골재 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량%를 사용하여 제조된 연삭지석 성형체를 제공한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

기존의 연삭지석 성형체는 전분만을 임시 결합재로 사용하였기 때문에 성형 직후의 초기 강도가 현저히 떨어지는 단점을 지니고 있었다. 이는 전분의 초기 고분자화 반응속도가 지나치게 늦은 것에 기인한 현상으로 전분은 100 ℃ 전후의 열처리를 통하여 비로소 고분자화 반응속도가 증가하여 임시 결합재로서의 역할을 만족시키게 된다.

본 발명자들은 전분을 임시 결합재로 사용하여 제조한 성형체가 120 ℃의 열풍 건조 공정을 거치고 나면 높은 파괴 강도를 나타낸다는 점과 결합 강화제에 의한 용해 반응을 통해서 접착력을 나타내며, 혼합물의 점도가 클수록 성형체의 초기 강도는 향상될 것이라는 점에 착안하여, 전분의 중축합 반응속도를 급격히 높이는 촉매를 사용하여, 전분의 중축합을 촉진(Journal fo Colloid and Interface Science, 200 p 1-6, 1998)하면서, 동시에 중축합 반응시 발생하는 열을 이용하여, 결합 강화제의 증기압을 증가시켜, 성형시 혼합물의 점도를 높임으로써 성형체의 초기 강도를 크게 증가시킬 수 있으리라고 판단하여 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명은 기존의 연삭지석 원료 혼합 공정에서 Li, Na, K, Rb 및 Cs과 같은 알칼리 금속으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 금속의 수산화물 또는 Be, Mg, Ca, Sr 및 Ba과 같은 알칼리 토금속으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 금속의 수산화물 또는 상기 알칼리 금속의 수산화물과 알칼리 토금속의 수산화물을 2 종 이상 혼합하여 첨가제로 사용하여 연삭지석 성형체를 제조한다.

본 발명은 상기 수산화물 단독 또는 그 혼합물을 임시 결합재로 사용하여 전분(dextrin)의 중축합을 촉진시킴과 동시에 중축합시의 발열 반응에 기인한 열을 이용하여 임시 결합재의 결합력이 향상된 연삭지석 성형체를 제공한다.

실제 제조 과정에서 전분에 Ca(OH)₂를 첨가하여, 교반 후 발생하는 열을 온도계로 측정한 결과, 온도가 70 ℃ 부근까지 상승하는 것을 확인할 수 있었으며, 전분의 중축합시 발생하는 이러한 열은 연삭지석 성형체 내의 임시 결합재 전분의 경우에도 동일하게 발생할 것이므로, 이러한 발열 반응은 임시 결합재 전분의 중축합 반응을 촉진함과 동시에 결합 강화제의 증기압을 증가시켜 임시 결합재의 점도를 증가시킬 것이므로, 성형체의 결합력을 증가시켜 초기 강도 향상에 큰 효과를 나타내게 하는 것이다.

상기 첨가되는 금속 수산화물의 첨가량은 0.5 내지 5 중량%가 바람직하다.

상기 첨가량이 0.5 중량% 이하이면 임시 결합재의 결합력을 향상시키기 위한 촉매로서의 역할을 충분히 발휘할 수 없어서 바람직하지 않으며, 5 중량% 이상의 양을 첨가할 경우에는 CaO의 과량 혼입에 의해 유리 형성 소결 조제의 화학 조성을 변화시켜 후 공정인 소성 공정 이후 연삭지석의 특성을 변화시킬 가능성이 있으므로 바람직하지 않다.

상기 결합 강화제로서는 물을 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명을 더욱 잘 이해되도록 하기 위한 것으로 본 발명이 하기하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

알루미나계 지석골재(연삭지립) 100 중량부에 대해서, 유리 형성 소결 조제, 임시 결합재 전분 2.4 중량%, 결합 강화제로서 물을 2.6 중량%에 Ca(OH)₂를 1 중량% 첨가하여 연삭지석 성형체를 제조하였다.

실시예 2

알루미나계 연삭지립 100 중량부에 대해서 유리 형성 소결 조제에 전분을 2.4 중량%, 결합 강화제로서 물을 2.6 중량% 및 LiOH 1 중량%를 첨가하여 연삭지석 성형체를 제조하였다.

비교예 1

알루미나계 연삭지립 100 중량부에 대해서 유리 형성 소결 조제에 전분을 2.4 중량%, 결합 강화제로서 물을 2.6 중량%를 첨가하여 연삭지석 성형체를 제조하였다.

상기 실시예 1, 2 및 비교예 1에서 제조된 연삭지석 성형체의 압축 강도를 측정하기 위하여 성형체 시편의 직경을 44 mm로 하고, 5 kg 로드셀(load cell)을 크로스헤드 스피드 5 mm/분 속도로 하여 압축 강도를 측정한 결과 비교예 1에 의해 제조된 연삭지석은 79 g/㎠의 강도를 나타내었으나 실시예 1에 의해 제조된 연삭지석은 145 g/㎠, 실시예 2에서 제조된 연삭지석은 164 g/㎠의 압축 강도를 나타내었다.

따라서, 첨가제로서 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 또는 이들의 혼합물의 수산화물을 사용함으로써 임시 결합재의 결합 강도가 향상되어 연삭지석 성형체의 초기 강도에 효과가 커다란 효과가 있음을 알 수 있었다.

또한, Ca(OH)₂나 LiOH를 첨가제로 사용한 실시예 1 및 실시예 2의 연삭지석 성형체의 응력-변위 곡선에서, 기존의 조성에 비해 더욱 높은 변위율을 나타내어 첨가제에 의해서 성형체에 연성이 부여됨을 확인할 수 있었다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 기존의 연삭지석 원료 혼합 공정에 Li, Na, K, Rb 등과 같은 알칼리 금속이나 Be, Mg, Ca, Sr 등과 같은 알칼리 토금속의 수산화물 또는 이들 수산화물의 혼합물을 첨가하여 연삭지석 성형체를 제조함으로써, 임시 결합재의 결합력을 향상시켜 성형체 초기 강도가 향상된 연삭지석 성형체를 제공함으로써 작업 효율 및 생산성을 향상시키고 제품의 불량율 감소에 크게 기여할 수 있다.

Claims (4)

1. 지석골재, 유리 형성 소결 조제, 임시 결합재인 전분 및 결합 강화제로 이루어진 연삭지석 성형체에 있어서,

   Li, Na, K, Rb 및 Cs로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 알칼리 금속의 수산화물을 혼합하여 첨가제로 사용하여 제조된 연삭지석 성형체.
2. 지석골재, 유리 형성 소결 조제, 임시 결합재인 전분 및 결합 강화제로 이루어진 연삭지석 성형체에 있어서,

   Be, Mg, Ca, Sr 및 Ba으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종 이상의 알칼리 토금속의 수산화물을 혼합하여 첨가제로 사용하여 제조된 연삭지석 성형체.
3. 지석골재, 유리 형성 소결 조제, 임시 결합재인 전분 및 결합 강화제로 이루어진 연삭지석 성형체에 있어서,

   Li, Na, K, Rb 및 Cs로 이루어진 군으로 이루어진 군에서 선택되는 알칼리 금속과 Be, Mg, Ca, Sr 및 Ba으로 이루어진 군으로 이루어진 군에서 선택되는 알칼리 토금속의 수산화물을 2 종 이상 혼합하여 첨가제로 사용하여 제조된 연삭지석 성형체.
4. 제 1항, 제 2항 또는 제 3항의 어느 한 항에 있어서,

   상기 첨가제가 상기 지석골재 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량% 사용하여 제조된 연삭지석 성형체.