KR101944156B1 - 친환경 몰드, 및 그 제조 방법 - Google Patents

친환경 몰드, 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

친환경 몰드의 제조 방법이 제공된다. 상기 몰드의 제조 방법은, 베이스 분말(base powder)을 준비하는 단계, 상기 베이스 분말 및 수용성 유기 바인더를 혼합하여, 예비 몰드(preliminary mold)를 제조하는 단계, 상기 예비 몰드를 실리콘 및 금속을 포함하는 무기 바인더로 코팅하는 단계, 및 상기 무기 바인더가 코팅된 상기 예비 몰드를 열처리하여, 금속 실리케이트가 코팅된 몰드를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

친환경 몰드, 및 그 제조 방법{Environmental casting mold, and method of fabricating of the same}
본 발명은 친환경 몰드 및 그 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 수용성 유기 바인더 및 무기 바인더를 포함하는 몰드 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.
기존의 주조용 주형은 주로 레진계 바인더를 사용하며, 이러한 레진계 바인더는 경화성 화합물로써 분자구조 내에 인체에 유해한 물질이 내포되어 있다. 따라서, 주조 시 레진계 유기 바인더의 분해로 유독가스가 발생하여 작업장 및 작업자의 건강에 문제를 야기시킨다. 또한, 가스 형태로 주입되는 경화제 (예: isocyanate)의 경우 매우 유독하여 피부병이나 발진, 호흡곤란 등의 질병을 유발시킨다.
또한, 주조용 주형은 주조 시 유기 바인더의 분해에 의해 블로우 홀 생성, 고온에서의 열처리 불가, 낮은 치수 안정성의 문제가 수반되어진다. 따라서, 용탕의 유동성 불량으로 인해 주조품에 수축 및 응고 결함들이 발생하게 되어 복잡형상의 얇은 두께 주조품 제작에는 정밀 주조 공법이 이용될 수 밖에 없다. 하지만 정밀 주조는 주형 제조 시 8-10 회의 세라믹 코팅 공정 및 건조 공정이 적용되어야 함으로써 길고 복합한 제조공정에 따라 생산성이 낮고, 제조원가 상승, 주조제품의 크기 제한 등의 해결과제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 친환경적인 몰드 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 복잡한 형상의 주조품을 용이하게 제조할 수 있는 몰드 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 고온에서 강도 및 치수 안정성이 향상된 몰드 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 고온 열처리가 가능한 몰드 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 제조 비용이 감소되고 제조 공정이 간소화된 몰드 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 몰드의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 몰드의 제조 방법은, 베이스 분말(base powder)을 준비하는 단계, 상기 베이스 분말 및 수용성 유기 바인더를 혼합하여, 예비 몰드(preliminary mold)를 제조하는 단계, 상기 예비 몰드를 실리콘 및 금속을 포함하는 무기 바인더로 코팅하는 단계, 및 상기 무기 바인더가 코팅된 상기 예비 몰드를 열처리하여, 금속 실리케이트가 코팅된 몰드를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 예비 몰드를 열처리하느 단계는, 상기 무기 바인더의 유리화(glassfication) 온도보다 높은 온도에서 수행될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 무기 바인더는, 실리콘을 포함하는 제1 물질, 및 상기 제1 물질의 유리화 온도를 감소시키고, 금속을 포함하는 제2 물질을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 몰드의 제조 방법은, 상기 무기 바인더 내의 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질은 졸-겔 반응하여, 실리카 및 금속 수산화물을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 예비 몰드를 열처리하는 단계에서, 상기 무기 바인더 내의 상기 실리카 및 상기 금속 수산화물이 반응하여, 상기 금속 실리케이트가 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 물질은 금속 알콕사이드를 포함하고, 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질의 졸-겔 반응에 의해 알코올이 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 몰드의 제조 방법은, 상기 예비 몰드를 열처리하기 전, 상기 예비 몰드를 건조하여, 상기 알코올을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 무기 바인더는 점도 조절제를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수용성 유기 바인더는, 아로마틱 관능기(aromatic functional group)을 포함하지 않을 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 몰드를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 몰드는, 베이스 분말 및 수용성 유기 바인더를 포함하되, 금속 실리케이트로 코팅될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 실리케이트는, 상기 베이스 분말 사이에 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 베이스 분말 및 수용성 유기 바인더를 혼합하여 예비 몰드가 제조되고, 상기 예비 몰드를 무기 바인더로 코팅 후, 상기 예비 몰드를 열처리하여, 유리질의 금속 실리케이트가 코팅된 몰드가 제조될 수 있다.
이에 따라, 레진계의 바인더를 사용하지 않는 친환경적인 방법으로, 고온 열처리가 가능하여 복잡한 주조품을 용이하게 제조할 수 있고, 상기 수용성 유기 바인더에 의해 높은 성형 강도를 갖고, 상기 금속 실리케이트에 의해 높은 소성 강도 및 치수 안정성을 갖는 몰드가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 몰드의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 비교 예에 따른 성형체의 FT-IR 분석 결과 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 성형체의 FT-IR 분석 결과 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예 및 비교 예에 따른 성형체들의 파괴 강도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 성형체의 파단면을 촬영한 SEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 비교 예에 따른 성형체의 파단면을 촬영한 SEM 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 몰드의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 베이스 분말(base powder)이 준비된다(S110). 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 분말은 모래일 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 분말은, 인조사, 천연사, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 베이스 분말 및 수용성 유기 바인더를 혼합하여, 예비 몰드 (preliminary mold)가 제조될 수 있다(S120). 상기 수용성 유기 바인더는 친환경 바인더일 수 있다. 다시 말하면, 상기 수용성 유기 바인더는, 후속되는 열처리 공정 또는 주조 공정에서 고온 분해되어 발생되는 유독 가스 또는 발암 물질이 최소화된 분자 구조를 갖는 고분자 화합물에서 선택될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 수용성 유기 바인더는 아로마틱 기능기(aromatic functional group)를 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 수용성 유기 바인더는 PVA(polyvinyl alcohol)일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수용성 유기 바인더의 고분자 사슬의 엉킴으로 경화가 일어 날 수 있고, 이에 따라, 상기 수용성 유기 바인더의 분자량 및 함량에 따라서, 후술되는 몰드의 강도가 조절될 수 있다.
상기 예비 몰드가 건조될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 예비 몰드는, 100℃~200℃에서 건조될 수 있다.
상기 예비 몰드가 실리콘 및 금속을 포함하는 무기 바인더로 코팅될 수 있다(S130). 일 실시 예에 따르면, 상기 예비 몰드는, 상기 무기 바인더 내에 침지될 수 있다.
상기 무기 바인더는, 실리콘을 포함하는 제1 물질, 금속을 포함하는 제2 물질, 및 점도 조절제를 포함할 수 있다.
상기 제1 물질은, 실리카 전구체일 수 있다. 후술되는 상기 예비 몰드의 열처리에 의해 상기 제1 물질이 유리질로 변하여, 몰드의 강도를 향상시킬 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 물질은, 실리케이트(silicate) 계열 또는 실록산(siloxan) 계열의 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 물질은, 테트라에틸오쏘실리케이트, 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라 프로폭시실란, 테트라 부톡시실란, 테트라이소프록폭시실란, 메톡시트리에톡시실란, 디메톡시디에톡시실란, 에톡시트리메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메칠디에톡시실란, 디에틸디에톡시실란, 테트라메톡시메틸실란, 테트라메톡시에틸실란, 또는 테트라에톡시메틸실란 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 무기 바인더 내에 상기 제1 물질의 함량은 60 중량부 이하일 수 있다. 만약, 상기 무기 바인더 내에 상기 제1 물질의 함량이 60 중량부보다 높은 경우, 후술되는 유리화 반응의 온도가 높아져, 몰드의 기계적 강도가 저하될 수 있다. 하지만, 상술된 바와 같이, 일 실시 예에 따르면, 상기 무기 바인더 내에 상기 제1 물질의 함량이 60 중량부 이하로 제어되어, 기계적 강도가 향상된 몰드가 제조될 수 있다.
상기 제2 물질은, 상기 제1 물질의 유리화 온도를 감소시킬 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 물질은, 아래의 <화학식 1>로 표시되는 금속 알콕사이드일 수 있다.
<화하식 1>
MOR
상기 <화학식 1>에서, M은 알칼리 금속(예를 들어, 리튬, 나트륨, 칼륨 등) 또는 알칼리토 금속(예를 들어, 베를륨, 마그네슘, 칼슘 등)이고, R은 수소 또는 알킬기(예를 들어, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 이소프로필기, 헥실기, 사이클로 헥실기)일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 물질 내에 상기 제2 물질의 함량은 60중량부 이하일 수 있다. 만약, 상기 무기 바인더가 상기 제2 물질을 포함하지 않는 경우, 후술되는 바와 같이, 상기 제1 물질의 유리화 온도가 증가되어 공정 온도 및 공정 비용이 증가될 수 있다. 또한, 상기 무기 바인더 내에 상기 제2 물질의 함량이 60 중량부보다 높은 경우, 실리카 망상 구조의 생성을 저해하고 백화 현상을 유발하여 몰드의 강도가 저하될 수 있다. 하지만, 상술된 바와 같이, 일 실시 예에 따르면, 상기 무기 바인더 내에 상기 제2 물질의 함량이 60 중량부 이하로 제어되어, 기계적 강도가 향상된 몰드가 제조될 수 있다.
상기 무기 바인더 내의 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질은, 졸-겔반응하여, 실리카, 금속 수산화물, 및 알코올이 생성될 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들어, 상기 제1 물질이 테트라에틸오쏘실리케이트이고, 상기 제2 물질이 소듐 메톡사이드인 경우, 아래의 <화학식 2>, <화학식 3>과 같이 가수 분해 및 축합 반응하여, 실리카, 소듐 수산화물, 및 에탄올이 생성될 수 있다. <화학식 3>에서 n은 1 이상의 유리수일 수 있다.
<화학식 2>
NaOMe + H2O -> MeOH + NaOH
<화학식 3>
nSi(OEt)4 + 4nH2O -> (n+1)SiO2 + 4nEtOH
상기 점도 조절제는, 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질의 가수 분해 및 상기 무기 바인더의 점도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 점도 조절제는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 이소프로필기, 헥실기, 또는 사이클로 헥실기 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 예비 몰드가 건조될 수 있다. 상기 예비 몰드가 건조되어, 상기 무기 바인더 내의 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질이 졸-겔 반응하여 생성된 상기 알코올이 제거될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 예비 몰드는, 80℃~120℃의 온도에서 30분 내지 3시간 동안 건조될 수 있다. 상기 알코올이 충분히 제거되지 않는 경우, 상기 무기 바인더 내의 상기 실리카 및 상기 금속 수산화물이 기화되거나 분해되어, 후술되는 유리화 반응의 효율이 감소될 수 있다.
상기 무기 바인더가 코팅된 상기 예비 몰드를 열처리하여, 금속 실리케이트로 코팅된 몰드가 제조될 수 있다(S140). 상기 금속 실리케이트는 유리질일 수 있다. 상기 금속 실리케이트는, 상기 베이스 분말 사이에 제공되어, 상기 몰드의 강도가 향상될 수 있다. 다시 말하면, 상기 금속 실리케이트가 입자와 입자 사이에 제공되어, 입자와 입자의 계면에서 결합력이 향상될 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 무기 바인더는 상기 제1 물질 및 상기 제2 물질의 졸-겔 반응에 의해 생성된 상기 실리카 및 상기 금속 수산화물을 포함할 수 있다. 상기 실리카 및 상기 금속 수산화물을 포함하는 상기 무기 바인더가 코팅된 상기 예비 몰드가 열처리되어, 상기 실리카 및 상기 금속 수산화물이 반응되고, 이에 따라, 상기 금속 실리케이트가 형성될 수 있다.
예를 들어, 상술된 바와 같이, 상기 제1 물질이 테트라에틸오쏘실리케이트이고, 상기 제2 물질이 소듐 메톡사이드이고, <화학식 2>, <화학식 3>에 의해 실리카 및 소듐 수산화물이 생성된 경우, 아래의 <화학식 4>와 같이, 반응하여, 소듐 실리케이트가 생성될 수 있다.
<화학식 4>
2NaOH + SiO2 -> Na2OSiO2 + H2O
일 실시 예에 따르면, 상기 예비 몰드를 열처리하는 단계는, 상기 무기 바인더가 유리질로 바뀌는 유리화(glassfication) 온도보다 높은 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 무기 바인더의 유리화 온도가 860℃인 경우, 860℃보다 높은 900℃~1000℃의 온도에서 30분 내지 2시간 동안, 상기 예비 몰드가 열처리될 수 있다. 만약, 상기 예비 몰드의 열처리가 상기 무기 바인더의 유리화 온도보다 낮은 온도에서 수행되는 경우, 유리질의 상기 금속 실리케이트가 용이하게 생성되지 않을 수 있다. 또한, 상기 예비 몰드의 열처리가 1000℃보다 높은 온도에서 수행되는 경우, 유리질의 상기 금속 실리케이트의 기화 및 분해가 촉진되어 유리화 효율이 감소될 수 있다. 하지만, 상술된 바와 같이, 일 실시 예에 따르면, 상기 예비 몰드의 열처리가 상기 무기 바인더의 유리화 온도보다 높고, 1000℃보다 낮은 온도에서 수행되어, 유리화 효율이 향상되고 상기 금속 실리케이트가 용이하게 생성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 베이스 분말 및 상기 수용성 유기 바인더를 혼합하여 상기 예비 몰드가 제조되고, 상기 예비 몰드를 상기 무기 바인더로 코팅 후, 상기 예비 몰드를 열처리하여, 유리질의 상기 금속 실리케이트가 코팅된 몰드가 제조될 수 있다. 이에 따라, 레진계의 바인더를 사용하지 않는 친환경적인 방법으로, 고온 열처리가 가능하여 복잡한 주조품을 용이하게 제조할 수 있고, 상기 수용성 유기 바인더에 의해 높은 성형 강도를 갖고, 상기 금속 실리케이트에 의해 높은 소성 강도 및 치수 안정성을 갖는 몰드가 제공될 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예와 달리, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 몰드의 제조 방법은, 베이스 분말을 무기 바인더에 침지하는 단계, 상기 무기 바인더에 침비된 상기 베이스 분말을 수득 및 건조하여, 상기 무기 바인더가 코팅된 상기 베이스 분말을 제조하는 단계, 상기 무기 바인더가 코팅된 상기 베이스 분말 및 수용성 유기 바인더를 이용하여 예비 몰드를 제조하는 단계, 상기 예비 몰드를 열처리하여, 유리질의 금속 실리케이트가 코팅된 몰드를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 무기 바인더 상에 상기 유기 바인더가 코팅되어, 상기 유기 바인더의 연소에 의해 상기 무기 바인더의 손실이 저하될 수 있다. 이에 따라, 상기 예비 몰드의 열처리 과정에서 상기 무기 바인더의 유리화 효율이 향상될 수 있다. 또한, 상기 베이스 분말 사이에 상기 금속 실리케이트가 용이하게 제공되어, 입자와 입자의 계면 사이에서 결합력이 향상될 수 있다. 이로 인해, 상기 몰드의 강도가 향상될 수 있다.
이하, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 몰드의 특성 평가 결과가 설명된다.
실시 예에 따른 성형체 제조
베이스 분말로 인조사 7호, 수용성 유기 바인더로 분자량 89,000~98,000인 PVA를 준비하였다. 인조사 7호와 2.34wt%의 PVA를 혼합하여 예비 성형체를 제조하고, 100℃에서 1시간 동안 건조하였다.
실리콘을 포함하는 제1 물질로 테트라에틸오쏘실리케이트, 소듐을 포함하고 유리화 온도를 감소시키는 제2 물질로 소듐 메톡사이드, 점도 조절제로 이소부틸알콜을 준비하였다. 38wt%(0.18mol%)의 테트라에틸오쏘실리케이트, 56wt%(1.5mol%)의 소듐 메톡사이드, 6wt%(0.08mol%)의 이소부틸알코올을 혼합하여 무기 바인더를 제조하였다.
상기 예비 성형체를 상기 무기 바인더에 침지하고, 상기 무기 바인더가 코팅된 상기 예비 성형체를 1000℃에서 1시간 동안 열처리하여, 소듐 실리케이트가 코팅된 실시 예에 따른 성형체를 제조하였다.
비교 예에 따른 성형체 제조
레진으로 코팅된 인조사 7호 및 헥사아민을 이용하여, 예비 성형체를 제조하였다. 상술된 실시 예에서 설명된 상기 무기 바인더에 상기 예비 성형체를 침지하고, 상기 무기 바인더가 코팅된 상기 예비 성형체를 1000℃에서 1시간 동안 열처리하여, 비교 예에 따른 성형체를 제조하였다.
유해 가스 분석
상술된 실시 예에 따른 성형체 및 상술된 비교 예에 따른 성형체의 제조 과정에서 생성된 유해 가스 성분을 측정하고, 측정 결과를 아래 <표 1>과 같이 도시하였다.
구분 탄소
(wt%,C)		 수소
(wt%,H)		 질소
(wt%,N)		 유황분
(S)
실시 예 0.36 0.07 0.13 -
비교 예 (열처리 후) 1.93 0.06 0.13 -
비교 예 (열처리 전) 0.03 0.05 0.12 -
<표 1>에서 알 수 있듯이, 비교 예에 따라 레진을 이용하여 예비 성형체를 제조하고 상기 무기 바인더에 코팅 후, 열처리하기 전에는 유해 가스 내 탄소 성분이 0.03wt%에 불과하였으나, 열처리 공정을 수행하여 성형체를 제조하는 경우, 유해 가스 내 탄소가 1.93wt%으로 급격하게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 반면, 비교 예에 따라서 레진을 사용하지 않고 수용성 고분자인 PVA를 이용하여 예비 성형체를 제조하고, 상기 무기 바인더에 코팅후 열처리하여 성형체를 제조하는 경우 유해 가스 성분으로 탄소가 0.36wt% 발생되었다.
다시 말하면, 비교 예에 따라 레진을 이용하여 성형체를 제조하는 경우, 실시 예에 따라 PVA를 이용하여 성형체를 제조하는 경우보다, 유해 가스 내 탄소 성분이 5.36배 많은 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라서, 레진을 사용하지 않고, 수용성 고분자를 이용하여 몰드를 제조하는 것이 친환경적인 몰드의 제조 방법인 것을 확인할 수 있다.
FT-IR 결과 분석
도 2는 본 발명의 비교 예에 따른 성형체의 FT-IR 분석 결과 그래프이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 성형체의 FT-IR 분석 결과 그래프이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상술된 실시 예에 따른 성형체 및 상술된 비교 예에 따른 성형체의 FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectrometry)분석을 수행하였다. 도 2 및 도 3은 각각 비교 예 및 실시 예에 따른 성형체들의 FT-IR 분석 결과이다.
도 2 및 도 3에서 알 수 있듯이, 비교 예에 따라서 레진을 이용하여 성형체를 제조하는 경우 benzolic cycle (aromatic group) 피크가 측정된 것을 확인할 수 있다. 반면, 실시 예에 따라서 PVA를 이용하여 성형체를 제조하느 경우, benzolic cycle (aromatic group) 피크가 관찰되지 않는다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따라서, 레진을 사용하지 않고, 수용성 고분자를 이용하여 몰드를 제조하는 것이 친환경적인 몰드의 제조 방법인 것을 확인할 수 있다.
파괴 강도 분석 및 파단면 분석
도 4는 본 발명의 실시 예 및 비교 예에 따른 성형체들의 파괴 강도를 설명하기 위한 그래프이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 성형체의 파단면을 촬영한 SEM 사진이고, 도 6은 본 발명의 비교 예에 따른 성형체의 파단면을 촬영한 SEM 사진이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 상술된 실시 예에 따른 성형체 및 비교 예에 따른 성형체에 대해서, 만능 시험기(universial testing machine)을 이용하여 4 point bending mode, 0.5 mm/min의 속도로 상온에서 5회 측정한 값의 평균값을 계산하여, 도 4에 도시하였다. 이후, 실시 예에 따른 성형체 및 비교 예에 따른 성형체의 파단면에 대해서 SEM 사진 촬영하여, 도 5 및 도 6에 각각 도시하였다.
도 4에서 알 수 있듯이, 비교 예에 따라 레진을 이용하여 제조된 성형체의 성형 강도(도 4의 2-1) 및 소성 강도(도 4의 2-2)는 각각 2.68MPa 및 1.56MPa로 측정되었다. 또한, 실시 예에 따라 PVA를 이용하여 제조된 성형체의 성형 강도(도 4의 1-1) 및 소성 강도(도 4의 1-2)는 각각 3.85MPa 및 2.74MPa로 측정되었다. 성형 강도의 경우, 비교 예에 따른 성형체와 비교하여 실시 예에 따른 성형체가 약 143% 향상된 것을 확인할 수 있다. 또한, 소성 강도의 경우, 비교 예에 따른 성형체와 비교하여 실시 예에 따른 성형체가 약 175% 향상된 것을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 본 발명의 실시 예에 따라서, 레진을 사용하지 않고, 수용성 고분자를 이용하여 몰드를 제조하는 것이 성형 강도 및 소성 강도가 향상된 몰드를 제조하는 효율적인 방법인 것을 확인할 수 있다.
도 5 및 도 6에서 알 수 있듯이, 실시 예에 따른 성형체에서 수용성 유기 바인더인 PVA 및 베이스 분말인 인조사의 혼합이, 비교 예에 따른 성형체에서 레진 및 베이스 분말인 인조사의 혼합보다, 더 균일한 것을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 본 발명의 실시 예에 따라서, 수용성 유기 바인더릉 이용하여 베이스 분말과 혼합하는 것이, 바인더와 베이스 분말의 혼합의 균일성을 향상시키는 효율적인 방법임을 확인할 수 있다.
또한, 무기 바인더를 코팅한 후, 열처리 공정을 수행하여 제조된 소듐 실리케이트가 코팅된 성형체의 경우, 소듐 실리케이트가 베이스 분말인 인조사 사이에 침투 및 제공된 것을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 본 발명의 실시 예에 따라서, 베이스 분말을 이용하여 제조된 예비 몰드를 무기 바인더에 코팅하고, 무기 바인더가 코팅된 예비 몰드를 열처리하여, 금속 실리케이트가 코팅된 몰드를 제조하는 것이, 몰드의 강도, 고온 안정성을 향상시키는 효율적인 방법인 것을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 베이스 분말(base powder)을 준비하는 단계;
    상기 베이스 분말 및 수용성 유기 바인더를 혼합하여, 예비 몰드(preliminary mold)를 제조하는 단계;
    상기 예비 몰드를 실리콘 및 금속을 포함하는 무기 바인더로 코팅하는 단계; 및
    상기 무기 바인더가 코팅된 상기 예비 몰드를 열처리하여, 금속 실리케이트가 코팅된 몰드를 제조하는 단계를 포함하되,
    상기 수용성 유기 바인더는 PVA이고,
    상기 PVA의 분자량에 따라서, 상기 몰드의 강도를 조절하고,
    상기 무기 바인더는 실리카 전구체 및 금속 알콕사이드를 포함하고,
    상기 실리카 전구체 및 상기 금속 알콕사이드의 함량을 조절하여 상기 몰드의 강도를 조절하는 것을 포함하고,
    상기 실리카 전구체는 60중량부 이하이고,
    상기 금속 알콕사이드는 60중량부 이하이고,
    상기 PVA의 분자량은 89,000~98,000인 것을 포함하는 몰드의 제조 방법
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 예비 몰드를 열처리하는 단계는, 상기 무기 바인더의 유리화(glassfication) 온도보다 높은 온도에서 수행되는 것을 포함하는 몰드의 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 예비 몰드를 열처리하는 단계에서, 상기 무기 바인더 내의 상기 실리카 전구체 및 상기 금속 알콕사이드가 반응하여, 금속 실리케이트가 형성되는 것을 포함하는 몰드의 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 무기 바인더는 점도 조절제를 더 포함하는 몰드의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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