KR102401543B1 - 내수성이 우수하고 유해 가스 발생이 없는 주조 몰드용 친환경 바인더 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내수성이 우수한 주조몰드용 친환경 바인더 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물유리, 가수분해 실란화합물 및 경화조절제로 이루어진다.
상기의 성분으로 이루어지는 주조몰드용 친환견 바인더 조성물은 가수분해 실란화합물이 함유되어 우수한 내수성을 나타내며, 중자제조나 용해주입시 유해가스나 폐기물이 발생하지 않아 친환경 적이다.
상기의 성분으로 이루어지는 주조몰드용 친환견 바인더 조성물은 가수분해 실란화합물이 함유되어 우수한 내수성을 나타내며, 중자제조나 용해주입시 유해가스나 폐기물이 발생하지 않아 친환경 적이다.
Description
본 발명은 유해 가스 발생이 없고 내수성이 우수한 주조 몰드용 친환경 바인더 조성물에 관한 것으로, 상세하게는 가수분해한 실란화합물이 함유되어 우수한 내수성을 나타내며, 중자제조나 몰드에 용해 주입시 유해가스나 폐기물이 발생하지 않는 내수성이 우수한 주조 몰드용 친환경 바인더 조성물에 관한 것이다.
현재 주조공정에서 사용되는 프로세스는 유기 화합물과 탄산칼슘등의 가스를 사용해 경화을 시키기 때문에 주조 몰드에 용해 주입시 인체 및 환경에 해로운 여러 가지 유해가스를 발생시켜 작업자 및 작업 환경이 좋지 않습니다.
상기의 문제점을 해소하기 위해 친환경 무기 바인더를 이용하여 용해 주입시 유해가스나 폐기물의 발생을 억제하고 주조몰드의 강도저하를 감소시키는 시도가 이루어졌다. 그러나, 종래의 친환경 바인더는 수분에 취약하여 고가의 항온항습 설비없이는 주조몰드가 본래의 형상을 유지할 수 없는 문제가 있었다. 또한, 중형 및 소형 작업장에서는 고가의 항온항습 설비를 별도로 구비하기 어려울 뿐만 아니라, 종래의 항온항습 설비의 호환성이 낮아 모든 장비를 교체해야 하기 때문에 경제적으로 막대한 손실을 유발하게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 개발자들은 가스발생이 적고, 내수성이 우수한 주조몰드용 친환경 바인더 조성물을 개발하여 상기의 문제점을 해소할 수 있을 뿐만 아니라, 유해가스나 폐기물이 발생하지 않아 친환경적인 바인더를 개발하고자 노력하여, 그에 따라 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 가수분해 실란화합물이 함유되어 우수한 내수성을 나타내며, 중자제조나 용해주입시 유해가스나 폐기물이 발생하지 않아 친환경적인 내수성이 우수한 주조몰드용 친환경 바인더 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 물유리, 가수분해 실란화합물 및 경화조절제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내수성이 우수한 주조몰드용 친환경 바인더 조성물을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 내수성이 우수한 주조몰드용 친환경 바인더 조성물은 물유리 100 중량부, 가수분해 실란화합물 5 내지 30 중량부 및 경화조절제 1 내지 5 중량부로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 가수분해 실란화합물은 실란 수지 100 중량부에 정제수 90 내지 110 중량부 및 염산 0.01 내지 0.1 중량부를 혼합하고, 75 내지 85℃의 온도에서 4 내지 8시간 동안 반응하여 제조되는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 실란 수지는 폴리알콕시 실란 또는 에폭시 실란으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 에폭시 실란은 γ-글리시독시프로필메톡시실란으로 이루어지는 것으로 한다.
본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 경화조절제는 염화나트륨 및 산화알루미늄이 1:1의 중량부로 혼합되어 이루어지는 것으로 한다.
본 발명에 따른 주조몰드용 친환경 바인더 조성물은 가수분해 실란화합물이 함유되어 우수한 내수성을 나타내며, 중자제조나 용해주입시 유해가스나 폐기물이 발생하지 않아 친환경적인 탁월한 효과를 나타낸다.
이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명에 따른 내수성이 우수한 주조몰드용 친환경 바인더 조성물은 물유리, 가수분해 실란화합물 및 경화조절제로 이루어지며, 물유리 100 중량부, 가수분해 실란화합물 5 내지 30 중량부 및 경화조절제 1 내지 5 중량부로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 물유리는 이산화규소와 알칼리를 융해해서 얻은 규산나트륨(액상)을 진한 농도로 수용액화 한 것으로, 규사와 소다회의 혼합물을 1300 내지 1500℃의 온도에서 용융한 후에 저압증기솥 등에서 처리하는 과정을 통해 제조할 수 있다.
상기 알칼리는 대체로 Na2이고(경우에 따라서는 K2O를 사용하기도 한다), 공기 속에서는 이산화탄소를 흡수해서 겔 모양의 규산이 석출되므로 강한 접착력을 보인다. 강한 알칼리성으로, 산으로 중화시켜 생성된 침전을 건조시킨 것이 실리카겔이며 건조제로 사용한다. 또 물유리에서 수분을 증발시키거나, 또는 물유리무수물과 소량의 물을 가열하면 합수(合水) 물유리가 생긴다. 이러한 물유리는 접착제, 접합제, 내화(耐火) 시멘트 등의 원료가 된다.
상기 가수분해 실란화합물 5 내지 30 중량부가 함유되며, 본 발명에 따른 주조몰드용 친환경 바인더 조성물에 내수성을 부여하는 역할을 한다. 이러한 가수분해 실란화합물은 실란 수지 100 중량부에 정제수 90 내지 110 중량부 및 염산 0.01 내지 0.1 중량부를 혼합하고, 75 내지 85℃의 온도에서 4 내지 8시간 동안 반응하여 제조되는 것이 바람직하다.
상기 가수분해 실란화합물의 제조과정을 아래 반응식 1로 나타내었다.
[반응식 1]
또한, 상기의 과정을 통해 제조된 가수분해 실란화합물은 물유리와 혼합된 후에 상온에서 200 내지 400rpm의 속도로 교반되면서 반응이 진행되는데, 상기 가수분해 실란화합물과 물유리의 반응과정을 아래 반응식 2로 나타내었다.
[반응식 2]
이때, 상기 실란 수지는 폴리알콕시 실란 또는 에폭시 실란으로 이루어지며, 상기 에폭시 실란은 γ-글리시독시프로필메톡시실란으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 폴리알콕시 실란 또는 에폭시 실란을 산처리하여 가분분해하면 아래 구조식 1과 같은 가수분해성 실란화합물이 생성된다.
[구조식 1]
알콕시 실란은 상기와 같이 알킬기는 유기재료와 결합되고, 알콕시기는 가수분해를 통해 실라놀기가 형성되면서 무기재로와의 축합반응이 일어나는 특징이 있는 구조를 나타낸다.
또한, 알콕시 실란은 커플링제(Coupling agent)로 이용하게 되면, 이중 유·무기 반응성을 통해 공유결합을 형성함으로써, 금속이나 규산기질에 대한 점착성을 강화시킬 수 있다.
실란은 기본적으로 상온에서 습기에 의해 축합반응을 일으켜 고분자화 된다. 즉, 한쪽말단의 에톡시기가 물에 의해 가수분해되어 에탄올이 떨어져나가고 실라놀기(-Si-OH)가 되는데, 실라놀기는 구조가 불안정하기 때문에 실록산 결합인 Si-O-Si로 결합하여 실란이 가교되어 겔화되는 과정이 진행된다.
그러나, 알콕시 실란이 수성제제에 성공적으로 결합되기 위해서는 가수분해 후 상기와 같은 축합반응이 일어나기 전에 수성제제에 적절하게 분산될 필요가 있으며, 이에 따라 알콕시 실란의 실록산 결합을 지양시키고 분산상태를 유지할 수 있어야 한다.
본 발명은 물유리의 몰농도를 높여 물유리를 주성분으로 하는 물유리를 주성분으로 하는 주조몰드용 친환경 바인더 조성물의 내수성을 확보하면서도 물유리 조성물의 용액안정성을 동시에 만족시키는 조성을 도출해낸 것이다.
상기 가수분해 실란화합물의 함량이 5 중량부 미만이면 친환경 바인더의 내수성 향상효과가 미미하며, 상기 가수분해 실란화합물의 함량이 30 중량부를 초과하게 되면 친환경 바인더의 내수성은 크게 향상되지 않으면서 상대적으로 물유리의 함량이 지나치게 줄어들기 때문에 바람직하지 못하다.
상기 경화조절제는 1 내지 5 중량부가 함유되며, 본 발명에 따른 주조몰드용친환경 바인더에 함유되어 주조몰드의 경화도를 조절하는 역할을 하는데, 염화나트륨 및 산화알루미늄으로 이루어지는데, 염화나트륨과 산화알루미늄이 1:1의 중량부로 혼합되어 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 경화조절제의 함량이 1 중량부 미만이면 주조몰드의 경화도가 지나치게 낮아지게 되며, 상기 경화조절제의 함량이 5 중량부를 초과하게 되면 주조몰드의 경화도가 지나치게 증가하기 때문에 바람직하지 못하다.
이하에서는, 본 발명에 따른 내수성이 우수한 주조몰드용 친환경 바인더 조성물의 제조방법 및 그 제조방법으로 제조된 바인더가 적용된 주조몰드의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.
<제조예 1> 가수분해 실란화합물의 제조
실란 수지(폴리알콕시 실란) 100 중량부에 정제수 90 내지 110 중량부 및 염산 0.05 중량부를 혼합하고, 80℃의 온도에서 6시간 동안 반응시켜 가수분해 실란화합물을 제조하였다.
<제조예 2> 내수성이 우수한 주조몰드용 친환경 바인더 조성물의 제조
물유리 100 중량부, 상기 제조예 1을 통해 제조된 가수분해 실란화합물 10 중량부 및 경화조절제(염화나트륨과 산화알루미늄이 1:1의 중량부로 혼합) 3 중량부를 상온에서 300rpm의 속도로 반응시켜 내수성이 우수한 주조몰드용 친환경 바인더 조성물을 제조하였다.
<실시예 1>
모래(베트남 사) 1kg에 상기 제조예 2를 통해 제조된 바인더 조성물 40g을 혼합하고 주물사용 믹서기(YOUNGJIN MACHINERY CO, LTD)로 혼합하여 혼련사를 제조하고, 제조된 혼련사를 주물용 시험 중자기(YOUNGJIN MACHINERY CO, LTD)를 사용하여 17.5×22.4×22.4mm(LxWxH) 직사각형 모양의 시험 중자를 제조하였다.
<실시예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 바인더 조성물 30g을 혼합하여 시험 중자를 제조하였다.
<실시예 3>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 바인더 조성물 50g을 혼합하여 시험 중자를 제조하였다.
<비교예 1>
모래 1kg을 주물용 시험 중자기(YOUNGJIN MACHINERY CO, LTD)를 사용하여 17.5×22.4×22.4mm(LxWxH) 직사각형 모양의 시험 중자를 제조하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 바인더 조성물 10g을 혼합하여 시험 중자를 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2를 통해 제조된 중자의 압축강도와 내수강도를 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.
{단, 압축강도는 KS A 5304에 준하여 측정하되, 조형온도를 110℃, 열풍 챔버 온도는 260℃, 열풍온도 150℃, 열풍 시간을 70초로 설정하였으며, 제조된 시험 중자는 상온에서 1분 및 60분 후에 항절강도를 측정하는 방법을 이용하였으며,
내수강도는 제조된 중자를 50분 동안 냉각하고, 절대 습도 299g/cm3의 대기상태로 38℃의 온도와 상대습도 65%의 조건에서 1시간 및 3시간씩 노출 시킨 후 변화되는 시험 중자의 강도를 확인하는 방법을 이용하였다.}
| 구분 | 압축강도(N/cm2) | 내수강도(N/cm2) | ||
| 1분 | 60분 | 1시간 | 3시간 | |
| 실시예 1 | 187.3 | 330.6 | 289.5 | 209.5 |
| 실시예 2 | 175.6 | 328.4 | 277.7 | 205.6 |
| 실시예 3 | 189.5 | 332.7 | 294.8 | 210.5 |
| 비교예 1 | 154.1 | 270.6 | 224.3 | 118.1 |
| 비교예 2 | 161.6 | 283.5 | 260.3 | 190.5 |
상기 표 1에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 내지 3과 같이 본 발명에 따른 내수성이 우수한 주조몰드용 친환경 바인더 조성물이 적용된 중자는 비교예 1 내지 2를 통해 제조된 중자에 비해 압축강도가 향상될 뿐만 아니라, 내수강도가 우수한 것을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 주조몰드용 친환경 바인더 조성물은 가수분해 실란화합물이 함유되어 우수한 내수성을 나타내며, 중자제조나 용해주입시 유해가스나 폐기물이 발생하지 않아 친환경적인 효과를 나타낸다.
Claims (6)
- 물유리 100 중량부; 폴리알콕시 실란 또는 에폭시 실란 100 중량부에 정제수 90 내지 110 중량부 및 염산 0.01 내지 0.1 중량부를 혼합하고, 75 내지 85℃의 온도에서 4 내지 8시간 동안 반응하여 제조된 가수분해 실란화합물 5 내지 30 중량부; 및 경화조절제 1 내지 5 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내수성이 우수한 주조몰드용 친환경 바인더 조성물.
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- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 에폭시 실란은 γ-글리시독시프로필메톡시실란으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내수성이 우수한 주조몰드용 친환경 바인더 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
상기 경화조절제는 염화나트륨 및 산화알루미늄이 1:1의 중량부로 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 내수성이 우수한 주조몰드용 친환경 바인더 조성물.
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