KR20070057244A - 축합된 탄닌 및 푸르푸릴 알코올을 포함하는 점결제 조성물및 그의 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축합된 탄닌 및 푸르푸릴 알코올을 포함하는 점결제 조성물에 관한 것이다. 이 조성물을 사용하여 주조 혼합물(foundry mix)을 제조할 수 있다. 주조 혼합물은 이 조성물을 산 또는 산의 염과 혼합함으로써 제조된다. 그 다음, 주조 혼합물을 몰드(mold) 또는 코어로 성형하고, 가열에 의해 또는 강산 경화 촉매를 사용한 비소성(no-bake) 방법에 의해 경화시킨다. 몰드 및 코어는 금속 물품을 주조하는 데 사용된다.
점결제 조성물, 축합된 탄닌, 푸르푸릴 알코올, 주조 혼합물

Description

축합된 탄닌 및 푸르푸릴 알코올을 포함하는 점결제 조성물 및 그의 용도{BINDER COMPOSITION COMPRISING CONDENSED TANNIN AND FURFURYL ALCOHOL AND ITS USES}
본 발명은 축합된 탄닌 및 푸르푸릴 알코올을 포함하는 점결제 조성물에 관한 것이다. 이 조성물을 사용하여 주조 혼합물(foundry mix)을 제조할 수 있다. 주조 혼합물은 이 조성물을 산 또는 산의 염과 혼합함으로써 제조된다. 그 다음, 주조 혼합물을 몰드(mold) 또는 코어로 성형하고, 가열에 의해 또는 강산 경화 촉매를 사용한 비소성(no-bake) 방법에 의해 경화시킨다. 몰드 및 코어는 금속 물품을 주조하는 데 사용된다.
금속 물품의 주조에 사용되는 몰드 및 코어는 주조용 골재(aggregate), 예를 들면 모래, 및 열경화성 또는 비소성 주조 점결제, 예를 들면 푸란 점결제로부터 제조될 수 있는 것으로 알려져 있다. 열경화성 점결제를 사용한 코어 및 몰드 제조의 문제점 중 하나는 공정이 느리다는 점, 즉 생산성이 낮고, 에너지를 많이 필요로 한다는 점이다. 이러한 점결제 사용의 또다른 문제점은 전형적으로 점결제가 건강 및 안전상 바람직하지 않은 유리 포름알데히드 및(또는) 유리 페놀을 함유한다는 점이다. 이러한 문제들로 인해, 열경화성 점결제를 사용하여 몰드 및 코어를 제조하는 방법의 품질, 생산성, 성능 및 환경상 허용성을 개선하기 위한 시도가 있었다.
열경화성 점결제를 사용하여 몰드 및 코어를 제조하는 가장 널리 공지된 두 방법은 핫-박스(hot-box) 방법 및 웜-박스(warm-box) 방법이다. 핫-박스 방법은 때때로 푸르푸릴 알코올을 사용하여 변형된 페놀성 및(또는) 우레아/포름알데히드 수지로 구성된 점결제를 사용한다. 점결제는 주조용 골재와 혼합되고, 염화암모늄과 같은 잠재 산염 촉매를 사용하여 경화된다. 비록 이 방법은 높은 즉각의 최종 강도를 갖춘 열적으로 안정한 코어를 제공하지만, 점결제 중에 현저한 양의 유리 포름알데히드 및 유리 페놀이 존재한다는 단점을 갖는다.
비록 웜-박스 방법과 핫-박스 방법 사이에는 일부 유사한 점이 있지만, 웜-박스 방법은 핫-박스 방법보다 높은 양의 푸르푸릴 알코올을 사용하고, 경화 촉매로서 핫-박스 방법에 사용되는 것보다 강한 잠재 산염 및(또는) 산을 사용한다. 또한, 웜-박스 방법을 사용하는 경우 때때로 툴링(tooling) 온도가 더 낮을 수 있다. 이 방법의 경화 화학성은 필요로 하는 반응성 및 강도를 얻기 위해 푸르푸릴 알코올의 산 경화에 더 의존한다. 일반적으로, 여전히 페놀성 및 우레아/포름알데히드 수지가 점결제 조성물에 소량으로 혼입되기 때문에, 유리 포름알데히드 및 페놀의 존재는 여전히 건강 및 안전 문제를 일으킬 수 있다. 일반적으로, 이러한 점결제 시스템의 열 안정성은 고온 강도를 제공하는 페놀성 및 우레아/포름알데히드 수지의 양이 적기 때문에 핫-박스 점결제 보다 낮은 것으로 생각된다. 또한, 종종 혼합된 모래의 작업 수명에 대한 즉시 강도 및 반응성이 상당히 약화되기도 한다. 이 방법은 산 경화 촉매의 강도를 증가시킴으로써, 열을 사용하지 않고, 즉 비소성 푸란 방법에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 열을 사용하지 않기 때문에, 대개 큰 강도를 갖는 산 경화 촉매를 사용하는 것이 필요하다. 전형적으로, 이러한 촉매로는 황 함유 촉매, 예를 들면 황산, 술폰산 등이 있다. 이러한 황 함유 촉매 사용의 문제점은 금속이 비소성 방법에 의해 제조된 코어 및 몰드로부터 주조되는 경우 전형적으로 많은 양의 이산화황이 방출된다는 점이다. 이는 환경, 건강 및 안전성 문제를 일으킬 수 있다.
종종, 핫-박스 및 웜-박스 점결제는 우레아/포름알데히드 수지를 함유한다. 이러한 점결제는 주조 공정 동안 기체로서 방출될 수 있는 질소를 함유한다. 방출되는 질소 기체는 다량으로 존재하는 경우 주조 결함을 일으킬 수 있거나, 또는 금속 주물(cast)은 이 유형의 결함에 충분히 민감하다.
핫-박스 및 웜-박스 방법에 장단점이 있는 것은 분명하다. 그러나, 양쪽 방법은 공통된 주요한 단점을 가지며, 이는 유리 포름알데히드 및 유리 페놀을 어느 정도 함유하는 점결제를 사용한다는 점이다. 유리 포름알데히드 또는 유리 페놀을 함유하지 않는 열경화성 점결제는 명백한 장점을 제공할 것이다. 또한, 비소성 방법을 사용하는 경우, 사용되는 경화 촉매의 전형적인 첨가 또는 강도를 사용하지 않고, 촉매 양을 감소시키거나, 현저히 약하고(약하거나) 낮은 황 함량 촉매를 사용할 수 있으며, 이는 주조 공정 동안 전형적으로 이산화황 방출을 줄일 것이다.
본 출원에서 참고하는 모든 인용문헌은 명시적으로 참고문헌으로 인용된다.
발명의 개요
본 발명은 축합된 탄닌, 바람직하게는 케브라초(Quebracho)로부터의 탄닌, 및 푸르푸릴 알코올을 포함하는 점결제 조성물에 관한 것이다. 웜-박스, 핫-박스 또는 비소성 경화 촉매를 점결제 조성물에 첨가할 수 있다. 점결제 조성물을 대량의 주조용 골재와 혼합함으로써 이 조성물을 사용하여 주조 혼합물을 제조할 수 있다. 그 다음, 웜-박스 또는 핫-박스 촉매가 점결제 조성물에 사용된 경우 주조 혼합물을 패턴, 바람직하게는 가열된 패턴에 도입시킴으로써 주조 혼합물을 몰드 또는 코어로 성형시킨다. 그러나, 충분한 강산 촉매가 경화 촉매로서 사용되는 경우 미가열 패턴도 비소성 방법에 사용할 수 있다. 바람직하게는, 몰드 및 코어를 주조 금속 물품에 사용한다.
축합된 탄닌이 >40℃의 온도에서 푸르푸릴 알코올에 용해되는 경우 푸르푸릴 알코올 및 축합된 탄닌이 반응하기 때문에, 성형된 주조 혼합물을 경화시키기 위해 촉매를 사용하고(하거나) 가열하는 것이 불필요하다. 경화 속도를 높이는 것이 필요한 경우, 경화 촉매를 사용하고(사용하거나) 가열시킨다.
유리 포름알데히드 또는 유리 페놀을 함유하는 점결제 성분을 사용할 필요가 없기 때문에, 통상적인 핫-박스 또는 웜-박스 기술과 동등한 온도 및 기간 동안 가열된 툴링에 블로잉(blowing)될 수 있고, 유리 포름알데히드 및 유리 페놀을 갖는 성분을 사용하지 않고 경화된 모래 코어를 형성할 수 있는 주조 혼합물을 제조할 수 있다.
바람직하게는, 점결제는 0% 유리 페놀, 0% 유리 포름알데히드 및 0% 질소를 함유한다.
바람직하게는, 점결제는 유리 포름알데히드를 함유하지 않기 때문에, 포름알데히드 스캐빈저로 작용할 뿐 아니라 점결제 시스템의 질소 함량을 증가시키는 우레아를 점결제 중에 사용할 필요가 없다. 이는, 민감한 금속 주물(casting)에 결함을 일으킬 수 있는 질소 기체를 생성하지 않는 질소 무함유 점결제를 제공한다.
비교적 약산염은 직업적 건강 및 안전상의 이점 외에도, 경화 촉매로 사용될 수 있으며, 이는 우수한 수명(benchlife)을 갖고, 툴링으로부터 배출 즉시 및 코어가 냉각되고 최종 경화물을 획득한 경우 우수한 강도를 갖는 코어 및 몰드를 생성하는 주조 혼합물을 얻을 수 있다.
또한, 실험 연구는, 본 방법에 의해 제조된 코어의 고온 강도가 경화된 푸르푸릴 알코올 단독보다 높으므로 금속 주조 조건 하에서의 코어 뒤틀림 가능성을 낮춘다고 시사하고 있다. 본질적으로, 본 발명은 핫-박스 및 웜-박스 기술 양쪽 모두의 이점을 제공하고, 이의 단점은 존재하더라도 매우 적다.
점결제 조성물을 냉각 경화된 방법 또는 비소성 방법으로 사용하는 경우 훨씬 약한 강도의 촉매, 예를 들면 황을 함유하지 않는 것들, 또는 적은 양의 황 함유 촉매를 사용할 수 있게 한다. 대개, 이는 촉매 중 황 함량을 감소시키며, 이는 금속 부품의 주조 동안 이산화황 노출을 확실히 감소시킨다. 또한, 점결제 중의 유리 페놀, 유리 포름알데히드 및 질소의 양은 줄어들거나 제거된다.
발명의 상세한 설명
상세한 설명 및 실시예는 본 발명의 구체적인 실시양태를 설명하며, 당업자가 최적의 형식을 비롯한 본 발명을 실시할 수 있게 한다. 본 발명의 이러한 구체적으로 개시된 실시양태 외에도 많은 등가의 실시양태가 고려된다.
프로토안토시아니딘(protoanthocyanidin)으로도 공지된 축합된 탄닌은 식물, 예를 들면 식물의 뿌리, 나무껍질, 지맥 또는 잎으로부터 추출한 중합체 플라바노이드(flavanoid)이다. 점결제 조성물에 사용되는 축합된 탄닌은 전형적으로 약 500 내지 약 50,000, 바람직하게는 약 1,000 내지 약 25,000, 가장 바람직하게는 약 1,000 내지 약 10,000의 평균 분자량을 갖는다. 축합된 탄닌은 전형적으로 약 0.1 포아즈 내지 약 200 포아즈, 바람직하게는 약 1.0 포아즈 내지 약 100 포아즈, 가장 바람직하게는 약 5 포아즈 내지 약 100 포아즈의 점도를 갖는다.
바람직한 축합된 탄닌인 케브라초 또는 술포네이트화 케브라초로부터의 탄닌은 아르헨티나 및 파라과이에 풍부한 스키놉시스(Schinopsis)속 나무의 코어로부터 유래한다. 이는 코어로부터의 목재의 건조 중량의 약 30%를 구성하고, 고온수에 의해 용이하게 추출된다.
점결제는 축합된 탄닌의 양이 축합된 탄닌 및 푸르푸릴 알코올의 혼합물의 중량%를 기준으로 전형적으로 약 1.0 중량% 내지 약 40 중량%, 바람직하게는 약 15 중량% 내지 약 30 중량%, 가장 바람직하게는 약 20 중량% 내지 약 25 중량%이도록 축합된 탄닌을 푸르푸릴 알코올과 혼합함으로써 제조된다.
점결제의 경화 속도를 높이기 위해서는 경화 촉매를 점결제 조성물에 첨가하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 임의의 무기산 또는 유기산, 바람직하게는 유기산을 경화 촉매로 사용할 수 있다. 웜-박스 및 핫-박스 방법에 사용되는 전형적인 경화 촉매는 잠재 산염, 예를 들면 염화구리, 구리 톨루엔 술포네이트, 알루미늄 페놀 술포네이트 및 산, 예를 들면 페놀 술폰산, p-톨루엔 술폰산, 락트산, 벤젠 술폰산, 크실렌 술폰산, 황산 및 그들의 혼합물을 포함한다. 톨루엔 술폰산, 크실렌 술폰산, 벤젠 술폰산, HCl 및 H2SO4와 같은 강산이 비소성 방법에 사용하기에 특히 바람직한 경화 촉매이다. 인산과 같은 약산도 비소성 방법에 사용할 수 있다.
사용되는 경화 촉매의 양은 파단없이 취급될 수 있는 주조 성형물을 생성하는 데 유효한 양이다. 일반적으로, 이 양은 점결제의 총 중량을 기준으로 1 내지 60 중량%, 전형적으로 10 내지 40, 바람직하게는 15 내지 35 중량%이다. 촉매를 적합한 희석제, 예를 들면 물, 폴리비닐 아세테이트 등과 혼합할 수 있다.
이형제, 용매, 수명 연장제, 규소 화합물 등과 같은 다른 첨가제를 사용할 수 있고, 이들을 점결제 조성물, 골재 또는 주조 혼합물에 첨가할 수 있다는 점이 당업자에게 자명할 것이다. 비록 반드시 바람직한 것은 아니지만, 점결제는 예를 들면, 레소르시놀, 페놀성 수지, 우레아, 우레아 포름알데히드 수지, 멜라민/우레아/포름알데히드 수지, 멜라민 포름알데히드 수지, 폴리비닐 아세테이트/알코올 및 폴리올(예를 들면, 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올)을 비롯한 다른 성분들도 함유할 수 있다.
주조 혼합물 제조에 사용되는 골재는 이러한 목적으로 주조 산업에 전형적으로 사용되는 것 또는 이러한 목적으로 작용하는 임의의 골재이다. 일반적으로, 골재는 70 중량% 이상의 실리카를 함유하는 모래이다. 다른 적합한 골재 물질은 지르콘, 알루미나-실리케이트 모래, 크로마이트 모래 등을 포함한다. 일반적으로, 골재의 입도는 골재 중 80 중량% 이상이 40 내지 150 메쉬(타일러 스크린 메쉬(Tyler Screen Mesh))의 평균 입도를 갖도록 이루어진다.
사용되는 점결제의 양은 경화 후 취급될 수 있거나, 자가 지지(self-supporting)하는 주조 성형물을 제조하는 데 유효한 양이다. 통상의 모래형 주조 분야에서, 점결제의 양은 골재의 중량을 기준으로 일반적으로 약 10 중량% 이하, 흔히 약 0.5% 내지 약 7 중량% 범위 내이다. 흔히, 통상의 모래 주조 성형물에 대한 점결제 함량은 통상의 모래형 주조 성형물 중에서 골재의 중량을 기준으로 약 0.6% 내지 약 5 중량% 범위이다.
비록 점결제 성분을 골재와 다양한 순서로 혼합할 수 있지만, 경화 촉매를 사용하는 경우, 경화 산 촉매를 골재에 첨가하고, 점결제의 다른 성분을 첨가하기 전에 이를 골재와 혼합시키는 것이 바람직하다.
일반적으로, 경화는 주조 혼합물을 패턴(예를 들면, 몰드 또는 코어 박스)에 충전시켜 작업가능한 주조 성형물을 생성함으로써 수행된다. 핫-박스 및 웜-박스 방법에서, 바람직하게는, 패턴을 전형적으로 15O℃ 내지 300℃ 범위의 온도로 예열한다. 작업가능한 주조 성형물은 파단없이 취급될 수 있는 것이다. 전형적으로, 패턴에서의 체류 시간은 1분 내지 5분이다. 비소성 방법에서, 패턴은 냉각된 것일 수 있고, 체류 시간은 촉매의 강도에 따라 좌우되며, 촉매의 강도가 높을수록 체류 시간이 짧다.
당업계에 공지된 방법에 의해 작업가능한 주조 성형물으로부터 금속 주물을 제조할 수 있다. 용융된 철 또는 비철 금속을 작업가능한 성형물에 또는 주변에 붓는다. 금속을 냉각 및 고형화한 다음, 주물을 주조 성형물로부터 제거한다.
약어 및(또는) 정의
AS 아미노실란, 예를 들면 아미노프로필디메톡시메틸실란.
C-1 46.2% 우레아, 10.5% 염화암모늄 및 46.3% 물로 이루어진 용액.
C-2 수중 80 중량% 락트산 용액.
C-3 알루미늄 페놀 술포네이트의 54% 수용액(영국 웨스트 미드랜드 올드버리 소재의 알브라이트 & 윌슨(Albright & Wilson)으로부터의 엘테솔(Eltesol) 4427).
C-4 락트산 및 파라-톨루엔 술폰산의 80:20 블렌드.
C-5 페놀 술포네이트 핫-박스 촉매.
C-6 파라-톨루엔 술폰산의 65% 수용액.
FA 푸르푸릴 알코올.
FM 수중 50% 용액으로서의 포르말린.
QT 아르헨티나 공화국 부에노스 아이레스 소재의 인두누르 에스.에이.(Indunur S.A.)에 의해 공급된 케브라초 탄닌.
PF 통상적인 푸란 비소성 수지에 사용되는 전용 페놀성 수지.
본 발명을 바람직한 실시양태를 참고로 설명하였지만, 당업자는 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 변화가 이루어질 수 있고, 본 발명의 요소를 등 가물로 치환할 수 있다는 점을 이해할 것이다. 또한, 본 발명의 본질적 범위로부터 벗어남이 없이 본 발명의 교시에 특정 상황 또는 물질을 적합시키기 위한 많은 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 수행하는 데 고려되는 최적 형태로서 개시된 특정 실시양태에 한정되지 않으며, 첨부하는 청구범위의 범위에 속하는 모든 실시양태를 포함하는 것으로 의도된다. 본 출원에서, 달리 명시하지 않으면 모든 단위는 미터법이고, 모든 양 및 %는 중량을 기준으로 한다.
핫/웜-박스 방법에서의 고온(즉시) 및 저온(2 시간) 인장 강도의 측정
통상적인 주방 믹서를 사용하여 모래에서 기지의 양의 수지 및 촉매를 혼합함으로써 실시예에서 제조된 열 경화된 시험 코어의 시험 강도를 측정하였다. 그 다음, 혼합된 모래를 인장 "도그본(dog-bone)" 표준 강도 시험 조각 형상을 형성하는 가열된 툴링에 블로잉하였다. 혼합된 모래를 특정된 시간 동안 툴링에 "체류"하게 한 다음, 시험 조각을 툴링으로부터 제거하였다. "고온" 인장 강도를 즉시 측정하고, 이를 반복하여 평균을 얻었다. 추가의 시험 조각을 제조하고, 2 시간 동안 냉각시키고, 또다시 인장 강도를 측정하였다. 일부 경우, 혼합된 모래를 실온에서 정치시키고, 혼합된 모래의 "수명" 성질 또는 혼합된 모래가 얼마나 지속되는지 평가하기 위해 앞서 언급한 시험을 반복하였다.
푸란 비소성 방법에서의 경화 속도 측정
통상적인 주방 믹서를 사용하여 모래에서 수지 및 촉매를 혼합함으로써 푸란 비소성 방법에서 경화 속도를 측정하였다. 그 다음, 혼합된 모래를 적합한 크기의 용기에 밀어 넣어 시험 비스킷을 만들었다. 그 다음, 몰드 강도 탐침 시험기를 비 스킷에 삽입하고, 경화도의 측정을 위해 다이얼을 읽었다. 다이얼(30 psi)의 완전한 휨 표시는 완전한 경화를 나타내며, 비스킷을 용기로부터 제거하였다. 비스킷의 밑면에서 추가로 측정을 수행하였고, 이때 다이얼의 추가의 완전한 휨 표시는 몰드를 스트리핑(striping)하기 충분한 경화도를 나타낸다.
푸란 비소성 방법에서의 횡방향 강도의 측정
상기 경화 속도 시험과 동시에, 동일한 혼합된 모래 부분도 12조 표준 1×1×12 인치 횡방향 시험 조각 툴링에 손으로 밀어 넣었다. 이 시험 조각들을 경화시키고, 경화 속도 시험에 의해 지시된 바와 같이 툴링으로부터 스트리핑하였다. 그 다음, 시험 조각을 실온에서 추가로 경화시키고, 1 시간, 2 시간, 4 시간 및 24 시간에 강도를 측정하였다.
고온 뒤틀림의 측정
실시예에서 제조된 시험 코어의 시험 강도를 BCIRA 고온 뒤틀림 시험기를 사용함으로써 측정하였다. 120mm×22mm×6mm의 대략의 치수를 갖는 결합된 모래 시험 조각을 제조함으로써 시험을 수행하였다. 시험 조각을 시험기의 한 말단에 걸고, 나머지 시험 조각을 시험 조각의 중심을 전형적으로 800℃ 내지 1000℃의 필요로 하는 온도에 노출시키는 분젠(Bunsen) 화염에 두었다. 수직 휨 측정 장치를 시험 조각의 반대쪽 말단에 위치시키고, 차트 기록기에 연결하여 이 휨을 기록하였다. 화염을 발화시키고, 차트 기록기를 출발시켰다.
시험 조각 내 규사는 시험 조각의 찬 면보다 뜨거운 면에서 더 팽창하여 시험 조각이 위로 휘었다. 그 다음, 점결제의 내열성은 점결제가 열가소성이 될 수 있는 점을 강조한 구체적인 그래프 프로파일을 생성하였다. 이러한 점들은 시험 조각이 위로 휘는 것을 멈추거나 또는 심지어 반대 방향으로 휘어 결국 열 분해로 인해 파단되는 점이다. 위로 많이 휘는 것은 우수한 내열성 및 높은 고온 강도를 시사하며, 이는 주물 금속 분야에서 즉, 감소된 몰드 팽창 및 코어 워피지(warpage)의 다양한 이점을 갖는다.
실시예 1-5( 점결제 제조)
점결제 조성물을 QT를 FA와 혼합함으로써 제조하였다. 점결제의 일부에서, AS 또는 FM을 점결제 조성물에 첨가하였다. 점결제 조성물의 배합을 하기 표 I에 나타낸다. 실시예 1-4의 점결제의 점도는 2O℃에서 대략 50 내지 300 cP였다.
표 I(점결제 조성물)
실시예 QT FA FM AS PF
1 33 67
2 24 76
3 22.9 72.4 4.7
4 23.9 75.7 0.4
51 24 76
6 76 0.2 23.8
1점결제가 1000 cP의 점도로 열적으로 상승된 것을 제외하고 실시예 2와 동일한 점결제임.
실시예 6-10(촉매 없이 가열된 패턴에서 점결제를 사용하여 제조된 코어)
1.9 부의 점결제를 WBB 미네랄스(Minerals)로부터의 100 부의 콘글레톤(Congleton) HST50 모래와 혼합하여 혼합물이 균질해질 때까지 적합한 배치 믹서를 사용하여 주조 혼합물을 형성함으로써 코어를 제조하였다. 그 다음, 생성되는 주조 혼합물을 금속 패턴에 블로잉하고, 25O℃의 온도로 예열하여 압축된 공기를 사용하여 코어를 형성하였다. 달리 특정하지 않으면, 코어를 제거하기 전 60초 동안 패턴에 위치시켰다. 사용된 점결제 및 제조된 코어의 성질을 하기 표 II에 나타낸다.
표 II(점결제 조성물)
인장 강도(kPa)
실시예 점결제 고온 인장 강도 저온 인장 강도
6 2 23.57 260
7 3 14.21 195.8
8 4 5.46 157.6
표 I의 데이터는 주조 혼합물을 가열된 패턴으로 블로잉(blowing)하는 경우 경화 촉매의 존재 하에서 점결제를 사용하여 코어를 제조할 수 있다는 점을 시사한다.
실시예 9
(촉매 없이 열 경화된 실란을 함유하는 점결제)
0.4 부의 실란이 0.4 부의 FA(실시예 4의 점결제)를 대체하는 것을 제외하고 실시예 6을 반복하였다. 점결제를 모래에 첨가하기 전에 실란을 점결제와 혼합하였다.
실란을 첨가한 경우 고온 및 저온 인장 강도는 양쪽 모두 감소하였다. 실란은 본래 염기성이기 때문에, 본 실시예는 경화 기전이 산 강도에 의해 더 많이 구동되므로 웜-박스 방법과 더욱 유사하다는 점을 시사한다.
실시예 10( 촉매없이 열 경화된 FM을 함유하는 점결제 )
점결제가 22.9 부의 QT, 72.4 부의 FA 및 4.7 부의 FM(실시예 3의 점결제)을 포함하는 것을 제외하고 실시예 6을 반복하였다.
FM을 첨가한 경우 고온 및 저온 인장 강도 양쪽 모두 감소하였다. 통상, FM은 핫-박스 경화 기전에서 반응성을 제공하는 데 필요하다. 이는 이 방법이 웜-박스 경화 기전과 더욱 동등하다는 점을 확인한다.
실시예 11-19(경화 촉매 및 가열된 패턴을 사용하여 경화된 점결제를 사용하여 제조한 코어)
점결제를 모래에 첨가하기 전에 촉매를 모래와 혼합하는 것을 제외하고 실시예 6-8을 반복하였다. 본 실시예를 실시하는 경우, 몇 시간 후 주조 혼합물의 색상 또는 점성(consistency)이 크게 변하지 않았음이 관찰되었다. 이는 주조 혼합물의 작업 수명이 줄어듦을 시사하는 전형적으로 녹색으로 변하는 전형적인 웜-박스 시스템과는 상이하다. 핫-박스 방법에 사용되는 주조 혼합물에서 전형적으로 관찰되는 외부 껍질 형성이 관찰되지 않았다. 대신, 주조 혼합물의 작업 수명은 전형적으로 2 내지 4 시간이었으며, 이는 모래 낭비가 감소되고 장치의 세척이 더 용이해지는 주요한 이점을 제공한다.
또한, 점결제 또는 주조 혼합물과 회합된 포름알데히드 또는 페놀 향도 없었다. 유리 포름알데히드 및 유리 페놀의 제거는 사용된 모래의 회수를 용이하게 하고, 이러한 환경에 원치않는 응력을 가하지 않고서도 이의 폐기를 용이하게 한다.
달리 특정하지 않으면, 점결제 대 촉매의 중량비는 4.35:1.0이고, 체류 시간은 60초였다. 사용된 점결제 및 사용된 촉매를 하기 표 III에 나타내며, 제조된 코어의 성질은 상기 표 I에 나타낸다.
표 III(점결제 조성물)
인장 강도(kPa)
실시예 점결제 촉매 고온 인장 강도 저온 인장 강도
11 1 C-3 604.2 2262
122 2 C-1 38.18 98.6
13 3 C-1 27.4 227.7
14 2 C-2 61.84 1426
153 2 C-2 68.36 1217
164 2 C-2 49.87 1071
175 2 C-4 149.8 1071
18 4 C-4 88.12 1943
196 5 C-2 89.41 1502
20 4 C-5 1004 2443
21 4 C-3 828.4 2945
2본 실시예에 대한 체류 시간은 120 초였다. 3점결제 대 촉매 비는 3.0이었다. 4점결제 대 촉매 비는 2.0이었다. 5점결제 대 촉매 비는 3.0이었다. 6점결제 대 촉매 비는 3.0이었다.
연장된 체류 시간 및 고온에서의 고온 뒤틀림 시험 결과는 고온 강도가 전형적인 웜-박스 방법에 의해 제조된 코어보다 우수하다는 점을 시사한다.
실시예 22-23(열을 사용하지 않고 경화 촉매를 사용하여 비소성 방법에 의해 제조된 코어)
1.0 부의 점결제를, 하기 표 IV에 도시된 C-6 촉매의 양으로 미리 혼합시킨 WBB 미네랄스로부터의 100 부의 콘글레톤 HST50 모래와 혼합함으로써 코어를 제조하였다. 주조 혼합물을 적합한 배치 믹서를 사용하여 혼합물이 균질해질 때까지 형성하였다. 그 다음, 생성되는 주조 혼합물을 주위 온도에서 금속 패턴으로 손으로 밀어 넣어 코어를 형성하였다. 최대 강도를 보장하기 위해 혼합된 모래의 작업 시간(work time; WT) 내에서 이를 수행하였다. 달리 특정하지 않으면 15-20분 동안, 또는 파단없이 제거될 수 있도록 충분히 강한 때까지, 즉 스트립 시간(strip time; ST)까지 코어를 패턴에 체류하게 하였다. 사용된 점결제 및 제조된 코어의 성질을 하기 표 IV에 나타낸다.
표 IV(점결제 조성물)
경화 속도(분) 가로 강도(transversal strength)(kg/㎠)
실시예 점결제 촉매 C-6% (BOR) WT ST 1 시간 24 시간
22 6 60 5 16 17.8 33.4
23 4 30 5 16 21.2 28.2
동일한 경화 속도 및 동등한 강도 발현을 얻는 데 촉매 C-6 양의 대략 절반을 필요로 하였다. 따라서, 모래 혼합물에 첨가된 황도 동일하게 감소시키면 분명히 주조시 방출되는 이산화황의 양을 동등하게 감소시킬 것이다.

Claims (28)

  1. (a) 축합된 탄닌 및
    (b) 푸르푸릴 알코올
    을 포함하는 점결제 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 축합된 탄닌의 양이 축합된 탄닌 및 푸르푸릴 알코올의 혼합물의 중량%를 기준으로 약 1.0 중량% 내지 약 40 중량%인 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 액체 경화 촉매를 추가로 포함하는 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 액체 경화 촉매가 염화구리, 구리 톨루엔 술포네이트, 알루미늄 페놀 술포네이트, 페놀 술폰산, p-톨루엔 술폰산, 락트산, 벤젠 술폰산, 크실렌 술폰산, 황산, 그들의 염 및 그들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 액체 경화 촉매의 양이 점결제의 총 중량을 기준으로 약 1 내지 60 중량%인 조성물.
  6. 제3항에 있어서, 상기 축합된 탄닌의 양이 축합된 탄닌 및 푸르푸릴 알코올 의 혼합물의 중량%를 기준으로 약 10 중량% 내지 약 40 중량%인 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 상기 액체 경화 촉매의 양이 점결제의 총 중량을 기준으로 약 15 내지 30 중량%인 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항 기재의 조성물 및 대량의 주조용 골재(foundry aggregate)를 포함하는 주조 혼합물(foundry mix).
  9. 제8항에 있어서, 상기 축합된 탄닌의 평균 분자량이 약 1,000 내지 약 25,000이고, 점도가 약 5 포아즈 내지 약 100 포아즈인 주조 혼합물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 축합된 탄닌이 케브라초(Quebracho)로부터의 탄닌인 주조 혼합물.
  11. (a) 제8항 기재의 주조 혼합물을 패턴에 첨가하여 성형물(shape)을 형성하는 단계,
    (b) 상기 성형물을 파단없이 취급할 수 있을 때까지 경화시키는 단계, 및
    (c) 상기 패턴으로부터 성형물을 회수하는 단계
    를 포함하는 주조 성형물 제조 방법.
  12. (a) 제9항 기재의 주조 혼합물을 패턴에 첨가하여 성형물을 형성하는 단계,
    (b) 상기 성형물을 파단없이 취급할 수 있을 때까지 경화시키는 단계, 및
    (c) 상기 패턴으로부터 성형물을 회수하는 단계
    를 포함하는 주조 성형물 제조 방법.
  13. (a) 제10항 기재의 주조 혼합물을 패턴에 첨가하여 성형물을 형성하는 단계,
    (b) 상기 성형물을 파단없이 취급할 수 있을 때까지 경화시키는 단계, 및
    (c) 상기 패턴으로부터 성형물을 회수하는 단계
    를 포함하는 주조 성형물 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 패턴을 약 100℃ 내지 약 35O℃의 온도로 가열하는 것인 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 패턴을 약 100℃ 내지 약 35O℃의 온도로 가열하는 것인 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 패턴을 약 100℃ 내지 약 35O℃의 온도로 가열하는 것인 방법.
  17. 제11항 기재의 방법에 의해 제조된 주조 성형물.
  18. 제12항 기재의 방법에 의해 제조된 주조 성형물.
  19. 제13항 기재의 방법에 의해 제조된 주조 성형물.
  20. 제14항 기재의 방법에 의해 제조된 주조 성형물.
  21. 제15항 기재의 방법에 의해 제조된 주조 성형물.
  22. 제16항 기재의 방법에 의해 제조된 주조 성형물.
  23. (a) 제11항 기재의 주조 성형물을 제조하는 단계,
    (b) 용융된 금속을 상기 성형물에 또는 주변에 붓는 단계,
    (c) 상기 금속을 냉각시키고 고화시키는 단계, 및
    (d) 그 다음, 주조품을 분리하는 단계
    를 포함하는 금속 주조품 주조 방법.
  24. (a) 제12항 기재의 주조 성형물을 제조하는 단계,
    (b) 용융된 금속을 상기 성형물에 또는 주변에 붓는 단계,
    (c) 상기 금속을 냉각시키고 고화시키는 단계, 및
    (d) 그 다음, 주조품을 분리하는 단계
    를 포함하는 금속 주조품 주조 방법.
  25. (a) 제13항 기재의 주조 성형물을 제조하는 단계,
    (b) 용융된 금속을 상기 성형물에 또는 주변에 붓는 단계,
    (c) 상기 금속을 냉각시키고 고화시키는 단계, 및
    (d) 그 다음, 주조품을 분리하는 단계
    를 포함하는 금속 주조품 주조 방법.
  26. (a) 제14항 기재의 주조 성형물을 제조하는 단계,
    (b) 용융된 금속을 상기 성형물에 또는 주변에 붓는 단계,
    (c) 상기 금속을 냉각시키고 고화시키는 단계, 및
    (d) 그 다음, 주조품을 분리하는 단계
    를 포함하는 금속 주조품 주조 방법.
  27. (a) 제15항 기재의 주조 성형물을 제조하는 단계,
    (b) 용융된 금속을 상기 성형물에 또는 주변에 붓는 단계,
    (c) 상기 금속을 냉각시키고 고화시키는 단계, 및
    (d) 그 다음, 주조품을 분리하는 단계
    를 포함하는 금속 주조품 주조 방법.
  28. (a) 제16항 기재의 주조 성형물을 제조하는 단계,
    (b) 용융된 금속을 상기 성형물에 또는 주변에 붓는 단계,
    (c) 상기 금속을 냉각시키고 고화시키는 단계, 및
    (d) 그 다음, 주조품을 분리하는 단계
    를 포함하는 금속 주조품 주조 방법.
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