KR101120747B1 - 에폭시 수지 및 알킬 실리케이트를 포함하고아크릴레이트가 없는 결합제 - Google Patents

에폭시 수지 및 알킬 실리케이트를 포함하고아크릴레이트가 없는 결합제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (a) 에폭시 수지, (2) 알킬 실리케이트, (c) 지방산 에스테르, (d) 효과량의 산화제를 포함하며, (e) 에틸렌계 불포화 모노머 또는 폴리머를 포함하지 않는, 이산화황 가스 및 산화제의 존재 하에 경화되는 주조 결합제 조성물에 관한 것이다. 주조 결합제 조성물은 주조 혼합물을 만드는데 사용된다. 주조 혼합물은 코어 및 주형과 같은 주조 모형을 만드는데 사용되는데, 이는 금속 주물, 특히 철이 함유된 주물을 만드는데 사용된다.
주조 결합제 조성물, 에폭시 수지, 알킬 실리케이트.

Description

에폭시 수지 및 알킬 실리케이트를 포함하고 아크릴레이트가 없는 결합제{Acrylate-free Binders Containing An Epoxy Resin and An Alkyl Silicate}
본 발명은 (a) 에폭시 수지, (b) 알킬 실리케이트, (c) 지방산 에스테르, (d) 효과량의 산화제를 포함하며, (e) 에틸렌계 불포화 모노머 또는 폴리머를 포함하지 않는, 이산화황 및 산화제의 존재하에 경화하는 주조 결합제 조성물에 관한 것이다. 주조 결합제 조성물은 주조 혼합물을 만드는 데 사용된다. 주조 혼합물은 코어 및 주형과 같은 주조 모형을 만드는데 사용되는데, 이는 금속 주물, 특히 철을 함유한 주물을 만드는데 사용된다.
주조 산업에서, 금속 부품을 만드는데 이용되는 과정 중 하나는 "사형주조 (sand casting)"이다. 사형주조에서, 일회용 주형과 코어는 모래 및 유기 또는 무기 결합제의 혼합물로 제조된다. 주조 모형은 코어/주형의 조립으로 마련되는데, 이로 인해 녹은 금속이 주입될 공동부가 만들어진다. 주형과 코어의 조립체 속으로 녹은 금속이 주입되고 냉각된 후에, 공정에서 생성된 금속 부품은 조립체에서 제거된다. 결합제는 주형 및 코어가 녹은 금속과 접촉하게 될 때 해체되지 않도록 필요하다.
사형주조에서 사용되는 두 가지 탁월한 제조 방법은 상온경화법과 저온박스 법이다. 상온경화법에서, 액체 경화 촉매 또는 공반응물은 혼합물을 패턴 (pattern)에 따라 성형하기 전에 주조 혼합물을 만들기 위해 골재 및 결합제와 혼합된다. 주조 혼합물은 패턴에 주입되어 스스로 지지하고 다룰 수 있게 될 때까지 경화되도록 두어 성형된다. 저온박스법에서, 가스상 경화 촉매 또는 공반응물은 혼합물을 경화시키기 위해 골재와 결합제의 성형된 혼합물 (주로 코어박스 안에서)에 통과된다.
코어와 주형을 만들기 위해 주조 산업에서 널리 사용되는 저온박스법은 "이산화황에 의해 경화되는 에폭시/아크릴레이트 계"이다. 이 방법에서, 히드로퍼옥사이드 혼합물 (주로 쿠멘 히드로퍼옥사이드), 에폭시 수지, 다관능성 아크릴레이트, 전형적으로 커플링제, 및 선택적인 희석제의 혼합물이 골재 (모래)에 혼합되고 전형적으로 코어 또는 주형 같은 특별한 모형으로 압축된다. 선택적으로 질소 또는 다른 비활성 가스로 희석된 이산화황(SO2)이 결합제/골재 모형에 불어 넣어진다. 주형은 즉시 경화되고 주조 코어/주형 계에서 즉시 사용될 수 있다. 이 결합제 조성물에서, 아크릴레이트 성분은 결합제가 모래에 가해질 때까지 히드로퍼옥사이드와 분리되게 유지되어야만 하고, 그렇지 않으면 아크릴레이트 성분의 자유 라디칼 중합반응이 조기에 시작되어 결합제를 쓸모없게 만들 것이다.
[발명의 간단한 요약]
본 발명은
(a) 40 내지 80 중량부의 에폭시 수지,
(b) 1 내지 40 중량부의 지방산 에스테르,
(c) 1 내지 10 중량부의 알킬 실리케이트, 및
(d) 효과량의 산화제
삭제
를 포함하며, 에틸렌계 불포화 모노머 또는 폴리머를 포함하지 않고, 여기서 (a), (b), (c), 및 (d)는 개별적인 성분 또는 다른 성분과 혼합된 것이며, 상기 중량부는 주조 결합제 조성물 100 중량부를 기준으로 한 것인, 이산화황 가스 및 산화제의 존재 하에 경화되는 주조 결합제 조성물에 관한 것이다.
이 아크릴레이트가 없는 결합제에 알킬 실리케이트의 첨가는 부식 저항성 및 고온 장력 강도로 측정했을 때 강화된 고온 강도를 가지는 주조 모형을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 장력 강도 형성의 개선은 주조업에서 코어 제조 과정시 낮은 결합제 수준의 사용을 가능하게 한다. 이는 경금속 (즉, 알루미늄) 및 철이 함유된 부품 양쪽 모두의 주조에 유익하다.
아크릴레이트가 없기 때문에 가지는 결합제의 다른 장점은 결합제의 모든 성분이 한 패키지로 팔리고 사용될 수 있다는 것이다. 이는 소비자의 결합제 보관 및 취급 작업을 단순화한다.
주조 결합제는 주조 혼합물을 만드는데 사용된다. 주조 혼합물은 코어 및 주형과 같은 주조 모형을 만드는데 사용되는데, 이는 금속 주물을 만드는데 사용된다.
발명의 상세한 설명과 실시예는 발명의 특정한 실시태양을 예시하고, 이는 당업자로 하여금, 최상의 방식을 포함한 본 발명을 실시할 수 있도록 할 것이다. 여기 특정하게 개시된 것 외에도 발명의 많은 동등한 실시태양이 실시 가능할 것이라는 것이 예상된다. 모든 퍼센트는 달리 명시되지 않는 한 중량 퍼센트이다.
에폭시 수지는 에폭시 수지의 에폭시드 관능가 (몰당 에폭시드기)가 1.9 이상, 전형적으로 2.0 내지 4.0이 되도록 에폭시드기, 즉,
Figure 112006005255052-pct00001
를 갖는 수지이다.
에폭시 수지의 예로 (1) 비스페놀 A, B, F, G 및 H의 디글리시딜 에테르, (2) 할로겐-치환된 지방족 에폭시드 및 비스페놀 A, B, F, G, 및 H와 같은 다른 비스페놀 화합물의 디글리시딜 에테르, 및 (3) 페놀릭-알데히드 노볼락의 글리시딜 에테르인 에폭시 노볼락, (4) 지환식 에폭시 수지, 및 (5) 이들의 혼합물이 포함된다.
에폭시 수지 (1)은 알칼리 촉매의 존재 하에 에피클로로히드린을 비스페놀 화합물과 반응시킴으로써 만들어진다. 실시 조건을 조절하고 비스페놀 화합물에 대한 에피클로로히드린의 비율을 변화시킴으로써, 다른 분자량을 가지는 생성물이 만들어질 수 있다. 다양한 비스페놀에 기반한 위에서 설명된 에폭시 수지의 유형은 널리 다양한 상업적인 출처에서 입수할 수 있다.
에폭시 수지 (2)의 예는 할로겐-치환된 지방족 에폭시드, 비스페놀 A, B, F, G, 및 H와 같은 다른 비스페놀 화합물의 디글리시딜 에테르, 및 에폭시 노볼락 수지를 포함한다. 할로겐-치환된 지방족 에폭시드의 예로 에피클로로히드린, 4-클로로-1,2-에폭시부탄, 5-브로모-1,2-에폭시펜탄, 6-클로로-1,3-에폭시헥산 등이 포함된다.
에폭시 노볼락 (3)의 예는 에폭시 크레졸 및 에폭시 페놀 노볼락을 포함하는데, 이들은 노볼락 수지 (주로 오르쏘크레졸 또는 페놀 및 포름알데히드의 반응에 의해 만들어진다)를 에피클로로히드린, 4-클로로-1,2-에폭시부탄, 5-브로모-1,2-에폭시펜탄, 6-클로로-1,3-에폭시헥산 등과 반응시킴으로써 생산된다.
지환식 에폭시 수지의 예는 임의의 지방족, 지환식, 또는 임의의 지방족기를 가진 혼합된 지방족-지환식 에폭시드를 포함하며, 방향족기를 가진 지방족 에폭시 수지, 즉 혼합된 지방족-방향족 에폭시 수지를 추가로 포함한다. 지방족 에폭시 수지는 폴리머 에폭시드 화합물과의 혼합물로 모노머 에폭시드 화합물을 포함할 수 있다. 가장 바람직한 지방족 에폭시 수지는 다음 화학식에 나타나있다.
Figure 112006005255052-pct00002
(위 식에서, "n" 은 1 이상, "m" 은 정수이며, 전형적으로 1 내지 4, 바람직하게는 2 내지 3이다.) 또는
Figure 112006005255052-pct00003
(위 식에서 "n" 은 1 이상이다.)
구조식 Ⅰ과 Ⅱ의 R은 자연상태에서 우세하게 지방족이지만, 혼합된 지방족-방향족기뿐만 아니라 산소 관능기도 지닐 수 있다. 전형적으로, R은 알킬기, 시클로알킬기, 혼합된 알킬-지환식기 및 치환된 알킬기, 시클로알킬기, 또는 알킬-지환식 기로 이루어진 군에서 선택되고, 여기서 치환기는 예를 들어 에테르, 카르보닐, 및 카르복실기를 포함한다.
지방족 에폭시 수지의 특정한 예는 3,4-에폭시시클로헥실메틸-3,4-에폭시시클로헥산 카르복실레이트, 비닐시클로헥센 디옥사이드, 2-(3,4-에폭시시클로헥실-5,5-스피로-3,4-에폭시) 시클로헥산-메타-디옥산, 비스-(3,4-에폭시시클로헥실) 아디페이트, 1,2-에폭시-p-비닐시클로헥센, 리모넨 디옥사이드, 리모넨 모노옥사이드, 및 수소화된 비스페놀 디글리시딜 에테르를 포함한다.
바람직하게 사용되는 것은 적어도 2.1 내지 3.5, 바람직하게 약 2.3 내지 약 3.0의 평균 에폭시드 관능가를 가진 에폭시 수지이다. 특히 바람직한 것은 165 내지 200 g/당량의 에폭시기 당 평균 중량을 가진 에폭시 수지이다.
어떠한 지방산 에스테르라도 본 발명에서 사용될 수 있다고 예상되지만, 바람직하게 사용되는 것은 에스테르를 만들기 위해 사용되는 지방산이 탄소원자수 12 이상, 특히 12 내지 22의 탄소 사슬을 갖는 지방산 에스테르이다. 바람직하게, 지방산 에스테르의 에스테르기는 1 내지 8개의 탄소 원자를 가진다. 지방산 에스테르는 식물성 또는 동물성 지방 및 기름의 에스테르교환반응에 의해 쉽게 만들 수 있는데, 정상적으로는 트리클리세리드의 형태로 이용가능하거나 또는 그러한 지방 및 기름으로부터 얻은 지방산의 에스테르반응으로부터 만들 수 있다.
유채유 메틸 에스테르는 식물성 기름으로부터 얻는 에스테르의 전형적인 예이며, 그것은 특히 디젤 연료의 형태로 낮은 가격에 입수가능하기 때문에 적합한 용매이다. 그러나 대두유, 아마인유, 해바라기유, 땅콩유, 동유, 팜핵유, 코코넛 유, 피마자유, 및/또는 올리브유와 같은 다른 식물성 기름의 에스테르 역시 사용될 수 있다. 게다가, 해양동물 기름, 수지(tallow oil), 및 동물성 지방 또한 본 발명에 따라 사용되는 알킬 에스테르의 출발물질의 역할을 할 수 있다.
결합제에 사용되는 알킬 실리케이트는 모노머 또는 폴리머 알킬 실리케이트일 수 있다. 모노머 알킬 실리케이트의 예로서 테트라에틸 오르쏘실리케이트, 테트라메틸 오르쏘실리케이트, 및 혼합된 알킬 실리케이트를 포함한다. 폴리머 알킬 실리케이트의 예는 다이나실(Dynasil) 40과 같은 알킬 실리케이트의 올리고머, 알콕시 트리알콕시실란의 올리고머, 실본드(Silbond) 40과 같은 디알킬 디알콕시실란의 올리고머, 및 트리알킬 모노알콕시실란의 올리고머를 포함한다. 바람직하게 사용되는 것은 테트라에틸 오르쏘실리케이트 및 폴리에틸실리케이트이다.
산화제는 퍼옥사이드 및/또는 히드로퍼옥사이드이다. 예로서 케톤 퍼옥사이드, 페록시 에스테르 자유 라디칼 개시제, 알킬 옥사이드, 클로레이트, 퍼클로레이 트, 및 퍼벤조에이트를 포함한다. 그러나 바람직하게 자유 라디칼 개시제는 히드로퍼옥사이드, 또는 퍼옥사이드 및 히드로퍼옥사이드의 혼합물이다. 특히 본 발명에서 바람직한 히드로퍼옥사이드는 t-부틸 히드로퍼옥사이드, 쿠멘 히드로퍼옥사이드, 파라멘탄 히드로퍼옥사이드 등을 포함한다. 유기 퍼옥사이드는 방향족, 지방족, 또는 혼합된 방향족-지방족 퍼옥사이드일 수 있다.
유용한 디아실 퍼옥사이드의 예는 벤조일 퍼옥사이드, 라우로일 퍼옥사이드 및 데카노일 퍼옥사이드를 포함한다. 혼합된 방향족-지방족 및 지방족 퍼옥사이드의 예는 각각 디쿠밀 퍼옥사이드 및 디-t-부틸 퍼옥사이드를 포함한다.
용매 또한 결합제 제제에 첨가될 수 있다. 전형적으로, 용매는 에폭시 수지 성분의 결과 점도가 1,000 센티포이즈 미만, 바람직하게 400 센티포이즈 미만이 되도록 결합제의 점도를 줄이기 위해 사용된다. 일반적으로, 용매의 총량은 에폭시 수지의 총 중량을 기준으로 0 내지 25 중량 퍼센트의 양으로 사용된다. 사용될 수 있는 용매로는 극성 용매를 포함하는데, 액체 디알킬 에스테르, 예를 들면 미국 특허 제 3,905,934 호에 개시된 유형의 디알킬 프탈레이트와 같은 것, 및 디메틸 글루타레이트, 디메틸 숙시네이트, 디메틸 아디페이트 및 이들의 혼합물과 같은 다른 디알킬 에스테르 같은 것이다. 적합한 방향족 용매는 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 에틸벤젠 및 그들의 혼합물이다. 바람직한 방향족 용매는 90% 이상의 방향족 함량을 가지고 끓는점 범위가 138 ℃ 내지 232 ℃인 혼합된 용매이다. 적합한 지방족 용매는 케로센을 포함한다.
결합제는 다음 일반 화학식을 가지는 실란 커플링제도 포함할 수 있다.
Figure 112006005255052-pct00004
위 식에서, R'은 탄화수소 라디칼이고 바람직하게 1 내지 6개의 탄소 원자를 가지는 알킬 라디칼이며, R은 알킬기에 1 내지 6개의 탄소 원자를 가지는 알킬 라디칼, 알콕시-치환된 알킬 라디칼, 또는 알킬-아민-치환된 알킬 라디칼이다. 실란은 바람직하게 결합제의 중량을 기준으로 0.01 내지 2 중량 퍼센트의 양으로 결합제에 첨가되고, 바람직하게는 0.1 내지 0.5 중량 퍼센트이다.
페놀 수지, 폴리에스테르 수지, 아민 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 및 폴리에테르 폴리올과 같은 폴리올 역시 주조 결합제에 사용될 수 있다.
페놀 수지의 예는 페놀 레졸 수지, 특히 알콕시-변형된 벤질 에테르 페놀 레졸 수지를 포함하는 벤질 에테르 페놀 레졸 수지를 포함한다. 벤질 에테르 페놀 레졸 수지, 또는 그의 알콕실화된 변형은 당업계에 널리 알려졌고, 미국 특허 제 3,485,797 호 및 제 4,546,124 호에 명확하게 설명되어 있다.
폴리에테르 폴리올은 당업계에 잘 알려진 방법에 따라 소듐 메톡시드와 같은 적절한 촉매의 존재 하에 알킬렌 옥사이드를 다가 알콜과 반응시킴으로써 만들어진다.
폴리에스테르 폴리올은 지방족 및/또는 방향족 폴리에스테르 폴리올일 수 있 다. 이런 폴리올은 일반적으로 약 200 내지 2000, 바람직하게 250 내지 700의 히드록실가를 갖는다.
결합제의 성분은 하나의 성분으로 합해져 주조 골재에 첨가될 수 있고, 또는 개별적으로 또는 다양한 조합으로 첨가될 수 있다.
실리콘, 이형제, 거품제거제, 습윤제 등과 같은 다른 첨가제가 골재나, 또는 주조 혼합물에 첨가될 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 선택된 개별적인 첨가제는 조제자의 특정한 목적에 따라 결정된다.
전형적으로, 결합제 조성물에 사용되는 성분의 양은 에폭시 수지 40 내지 80 중량부, 바람직하게 50 내지 70 중량부, 지방산 에스테르 1 내지 40 중량부, 바람직하게 15 내지 30 중량부, 알킬 실리케이트 1 내지 10 중량부, 바람직하게 2 내지 8 중량부, 및 산화제 10 내지 40 중량부, 바람직하게 12 내지 30 중량부이며, 중량부는 결합제 조성물 100 중량부를 기준으로 한다.
당업계에 잘 알려진 방법으로 주조 혼합물을 만드는 데에 다양한 유형의 골재와 결합제 양이 사용된다. 일반 모형, 정밀 주조를 위한 모형, 및 내화 모형은 결합제 조성물과 적절한 골재를 사용하여 만들어질 수 있다. 결합제의 양과 골재의 유형은 당업자에게 알려져 있다. 주조 혼합물을 만드는데 채택되는 바람직한 골재는 모래인데, 모래의 약 70 중량 퍼센트 이상, 바람직하게는 약 85 중량 퍼센트 이상이 실리카인 모래이다. 다른 적합한 일반 주조 모형용 골재 물질은 지르콘, 올리빈, 알루미노실리케이트, 크로마이트사 등을 포함한다.
일반 사형주조 응용예에서, 결합제의 양은 일반적으로 골재의 중량을 기준으 로 약 10 중량 퍼센트 이하이고 종종 약 0.5 내지 약 7 중량 퍼센트의 범위 내이다. 가장 자주, 일반 사형주조 모형의 결합제 함량은 일반 사형주조 모형에서 골재 중량을 기준으로 약 0.6 내지 약 5 중량 퍼센트이다.
주조 혼합물은 다져넣기, 불어넣기, 또는 다른 알려진 주조 코어와 주형 제작 방법을 통해 원하는 모형으로 성형된다. 모형은 그런 다음 이산화황 증기를 경화제 (가장 전형적으로 담체로서 질소, 및 35 중량 퍼센트 내지 65 중량 퍼센트의 이산화황을 함유한 이산화황의 혼합물)로 사용하는 저온박스법을 통해 거의 순간적으로 경화되며, 이는 여기에 참고자료로 포함된 미국 특허 제 4,526,219 호 및 제 4,518,723 호에 기재되어 있다. 성형품은 바람직하게는 효과적인 촉매량의 이산화황 가스에 노출되고, 선택적으로, 운반 기체가 사용될 수 있다. 모래 혼합물을 가스에 노출시키는 시간은 전형적으로 0.5 내지 10초이다. 주조 모형은 이산화황 가스처리된 후에 경화된다. 주조 모형이 내화코팅되어 있다면 오븐 건조가 필요할 수 있다.
코어 및/또는 주형은 조립체로 만들어질 수 있다. 주물을 제작할 때, 조립체는 수계 내화코팅으로 덮이고, 코팅에서 물을 제거하기 위해 통상의 오븐 또는 전자레인지를 통과할 수 있다.
[약어]
실시예에서 사용되는 약어는 다음과 같다.

SCA
실란 커플링제.

비스-F 에폭시
2.0의 관능성, 약 165 내지 170 g/당량의 에폭시드 당량,
및 25°C에서 3,500 cp의 점도를 가지는 비스페놀-F 에폭시 수지.

CHP
쿠멘 히드로퍼옥사이드.

RME
유채 메틸 에스테르, 콘네스테르(Connester) 6020
(독일 욀뮐 리어(OELMUEHLE LEER)에서 입수가능.)

PES

폴리에틸실리케이트.
(데구사 사(DEGUSSA Corp.)의 다이나실(Dynasil) 40)

내화코팅
32˚보메에서 코어를 침지시켜 도포한 수용성 그래파이트 계의 코
팅, 아쉴란드(Ashland)에 의해 제조된 벨바플라스트(VELVAPLAST)？
CGW 9022.
본 발명이 바람직한 실시태양을 참고로 설명되긴 하였지만, 당업자는 발명의 권리범위를 벗어나지 않고도 다양한 변화가 만들어질 수 있고, 동등물이 그의 요소를 대체할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 게다가, 본 발명의 본질적인 권리범위 등을 벗어남 없이 본 발명의 교시에 따라 특정한 상황 또는 물질을 적합시키기 위해 많은 변형이 만들어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 이 발명을 실시하는데 있어 최상의 방식으로 개시된 특정한 실시태양에 제한되지 않고, 발명이 첨부된 청구항의 권리범위 내에 속하는 모든 실시태양을 포함할 것으로 의도되었다. 본 출원에서, 달리 드러내어 명시되지 않는 한, 모든 단위는 미터 체계이고, 모든 양과 퍼센트는 중량에 의한다.
[실험방법]
[부식 저항성의 측정]
부식 쐐기의 모양 및 실험 방법의 도식은 본원에 참고 자료로 제시된, 영국 철강 주조 연구 협회에서 발행한 문헌 ["Test Casting Evaluation of Chemical Binder Systems," WL Tordoff et al, AFS Transactions, 80-74, (pages 152-153)]의 도 7에 나타나있다. 이 실험에 따르면, 용융 철 (1480˚C)은 주입컵을 통해 지름 1" x 높이 16"의 주둥이로 주입되고, 쐐기 모양의 실험 주형에 60˚ 각도로 부딪히며 통기구가 있는 모래 저장고를 채우도록 주입된다.
주형 공동부가 채워지면 주입을 멈추고, 표본은 냉각되도록 둔다. 냉각되면, 부식 실험 쐐기를 제거하고 부식률을 측정한다. 만약 부식이 일어나면 실험 쐐기의 경사면에 융기로 나타난다.
부식에 대한 저항성은 실험 결과와 결합제로 만들어진 코팅되지 않은 코어를 기준으로 평가한다. 부식의 심한 정도는 숫자 순위 매김을 정하여 나타내는데, 1은 매우 좋음, 2는 좋음, 3은 보통, 4는 나쁨, 5는 매우 나쁨이다. 이것은 아주 엄격한 부식 실험이다. 1 또는 2의 평가는 만약 동일한 내화성/결합제 유형 및 비율이 사용되면 실제의 주조 실시에서 뛰어난 부식 저항성이 있음을 일반적으로 암시하는 것이다. 3 이상의 평가는 코팅이 필요함을 나타낸다. 부식이 특히 심한 몇 개의 실험에서, 척도로 나타낼 수 없는 부식임을 나타내는 5+의 평가가 주어질 수도 있다.
부식 쐐기 주조 실험을 위한 쐐기 주형은 MT 시스템 이산화황/질소 혼합 유 닛에 의해 전달된 50/50 이산화황/질소 혼합물로 6.0 초 가스 처리한 뒤, 그 후 30 초간 건조 공기로 퍼징한다.
[고온 장력 강도 측정]
"개 뼈" 모양의 코어는 AFS 실험번호 329-87-S에 따라 코어의 장력 강도를 실험하기 위해 사용했다. 결합제 조성물이 골재 (모래)와 함께 얼마나 잘 결합하는지는 전형적으로 장력 강도 측정을 이용하여 비교하고, 제곱 인치 당 파운드(psi)로 나타낸다. 코어/주형이 조립 과정 동안 변형되거나 금가는 것을 막기 위해 일단 결합제/모래 혼합물이 경화되면 충분한 코어의 강도가 필요하다. 이것은 코어/주형이 내화코팅용액에 침지되고 통상의 오븐 또는 전자레인지에서 건조될 때 특히 중요하다. 고온 장력 강도 측정은 건조 오븐에서 수계 코팅이 입혀진 장력 실험 표본을 제거한 후에 즉시 이뤄진다. 건조 오븐에서 나왔을 때 더 높은 고온 장력 강도를 가진 결합제 조성물은 더 나은 치수적 정확성을 가지며, 더 적은 코어 파손 문제를 나타낸다.
비교예 A
이 예에서는 아크릴 성분과 알킬 실리케이트를 가지지 않은 결합제가 사용되었다. 결합제의 조성은 다음과 같다:

비스 F 에폭시
56.3 %

RME

23.5

CHP
20.0

SCA
0.2
주조 혼합물을 3000 그람의 실리카 모래와 30 그람의 결합제를 호바트(Hobart) 모래 혼합기를 사용하여 4분 동안 혼합하여 만들었다.
1.0 중량 퍼센트의 결합제를 2000 그람의 실리카 모래에 첨가하고, 그 혼합물을 금속 쐐기 패턴에 불어넣고, 질소 중에 65 퍼센트 함량으로 포함된 이산화황으로 1.5초간 가스 처리한 뒤, 그 후 10초간 공기로 퍼징하여 각 4 파운드 무게의 실험 쐐기 코어를 만들었다.
비교예 A의 결합제로 결합된 실험 쐐기 코어로부터 얻은 주물은 2.5 (보통)의 부식 평가를 받았다.
실시예 1
알킬 실리케이트(PES)를 첨가한 것을 제외하고 비교예 A를 반복했다. 결합제 성분은 아래와 같이 설정됐다.

비스 F 에폭시
51.3 %

RME
23.5

CHP
20.0

PES
5.0

SCA
0.2
실시예 1의 결합제로 결합된 실험 쐐기 코어로부터 얻은 주물은 1.5 (매우 좋음)의 부식 평가를 받았다.
비교예 A와 실시예 1은 아크릴레이트가 없는 결합제에 알킬 실리케이트 첨가의 효과를 보여준다. 결과적인 부식 평가는 "보통"에서 "매우 좋음"으로 개선되었다. 부식에서의 이러한 개선은 몇몇 응용예에서 코어 코팅의 이용을 생략할 수 있도록 할 것이다.
비교예 B
비교예 A에서처럼, 알킬 실리케이트를 포함하지 않은 주조 혼합물을 제조했다. 주조 혼합물은 전술한 것과 같이 실험 주형으로 성형하고, 경화하고, 고온 장력 강도를 측정했다. 이 모래/결합제 혼합물 실험 표본 세 개의 고온 장력 강도의 평균은 17 psi였다.
실시예 2
실시예 1의 결합제를 가지고 비교예 B를 반복했다. 이 모래/결합제 혼합물 실험 표본 세 개의 고온 장력 강도의 평균은 24 psi였다.
비교예 B와 실시예 2는 알킬레이트가 없는 결합제에 알킬 실리케이트 첨가의 고온 강도에서의 효과를 나타낸다. 결과적인 고온 장력 강도는 알킬 실리케이트를 포함한 결합제로 제작된 코어에 비해 40 퍼센트 넘게 개선되었다.
실시예의 결과는 표 I에 요약되어 있다.
Figure 112006005255052-pct00005
표 I의 자료는 알킬 실리케이트를 포함한 결합제로 제작된 코어가 부식 저항성이 더 크고 개선된 고온 장력 강도를 갖는다는 것을 나타낸다.

Claims (11)

  1. (a) 40 내지 80 중량부의 에폭시 수지,
    (b) 1 내지 40 중량부의 지방산 에스테르,
    (c) 1 내지 10 중량부의 알킬 실리케이트, 및
    (d) 10 내지 40 중량부의 산화제
    를 포함하며, 에틸렌계 불포화 모노머 또는 폴리머를 포함하지 않고, 여기서 (a), (b), (c), 및 (d)는 개별적인 성분이거나 또는 상기 다른 성분과 혼합된 것이며, 상기 중량부는 주조 결합제 조성물 100 중량부를 기준으로 한 것인, 이산화황 및 산화제의 존재 하에 경화되는 주조 결합제 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 에폭시 수지가 비스페놀 A로부터 유도된 에폭시 수지, 비스페놀 F로부터 유도된 에폭시 수지, 에폭시드화된 노볼락 수지, 지환식 에폭시 수지, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 주조 결합제 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 에폭시 수지가 165 내지 225 g/당량의 에폭시드 당량을 가지는 것인 주조 결합제 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 페놀 레졸 수지, 폴리에스테르 폴리올, 및 폴리에테르 폴리올로 이루어진 군에서 선택된 폴리올을 추가로 포함하는 주조 결합제 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 산화제가 쿠멘 히드로퍼옥사이드인 주조 결합제 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 에폭시 수지의 양이 50 내지 70 중량부, 지방산 에스테르의 양이 15 내지 30 중량부, 알킬 실리케이트의 양이 2 내지 8 중량부, 및 산화제의 양이 12 내지 30 중량부이고, 여기서 중량이 주조 결합제 조성물 100 중량부를 기준으로 하는 것인 주조 결합제 조성물.
  7. (a) 주조 골재, 및
    (b) 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 주조 결합제 조성물
    을 포함하는 주조 혼합물.
  8. 제7항에 있어서, 결합제 조성물의 양이 10 중량% 이하인 사형 주조에 응용하기 위한 주조 혼합물.
  9. (a) 제7항의 주조 혼합물을 패턴에 도입하는 단계, 및
    (b) 이산화황 가스로 경화시키는 단계
    를 포함하는 주조 모형의 저온박스 제조 방법.
  10. 제9항에 따라서 제조된 주조 모형.
  11. (a) 제9항에 따라서 주조 모형을 제작하는 단계,
    (b) 금속을 액체 상태인 동안에 상기 주조 모형에 주입하는 단계,
    (c) 상기 금속을 냉각 및 응고시키는 단계, 및
    (d) 성형품을 분리하는 단계
    를 포함하는 금속 제품 주조 방법.
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