KR20100114646A - Degreasing method for powder injection moldings using super-critical carbon dioxide - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A degreasing method for powder injection moldings using supercritical carbon dioxide is provided to eliminate binders included in powder injection moldings within a short time. CONSTITUTION: A degreasing method for powder injection moldings is characterized in that supercritical carbon dioxide is contacted to powder injection molding to extract and separate binders included in the powder injection molding. The extracting and separation process is performed under a stepwise variation of temperature or/and pressure.

Description

초임계 이산화탄소를 이용하는 분말 사출 성형체의 탈지 방법{Degreasing Method for Powder Injection Moldings Using Super-Critical Carbon Dioxide}Degreasing Method for Powder Injection Moldings Using Super-Critical Carbon Dioxide

본 발명은 초임계 이산화탄소를 이용하는 분말 사출 성형체의 탈지 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 분말 사출 성형체에 초임계 이산화탄소를 접촉시켜 상기 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제를 추출 및 분리하는 분말 사출 성형체의 탈지 방법에 있어서, 상기 초임계 이산화탄소를 이용하여 추출 및 분리하는 단계는 온도, 압력 또는 온도와 압력의 단계적 변화 하에서 실시되는 분말 사출 성형체 탈지 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for degreasing a powder injection molded body using supercritical carbon dioxide. More specifically, the present invention provides a method for degreasing a powder injection molded body for extracting and separating the binder contained in the powder injection molded body by contacting supercritical carbon dioxide to the powder injection molded body, the extraction and separation using the supercritical carbon dioxide The step relates to a powder injection molding degreasing method carried out under temperature, pressure or stepwise change of temperature and pressure.

분말 사출 성형법은 금속산업에서의 분말야금기술과 플라스틱 산업에서의 사출성형기술을 접목시킨 새로운 분말성형 공정이라고 할 수 있다. 이 공정은 최근에 이르러 복잡한 형상의 고형제품을 대량으로 생산하는데 적합한 바, 특히 절삭공구, 자성재료 부품, 귀금속부품, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 등의 응용에 가능하다. 탈지공정은 일반적으로 분말사출성형공정을 포함한 성형공정에서 미세 고체분말의 흐름성을 향상시키기 위해 첨가되는 결합제의 제거공정을 말한다.The powder injection molding method is a new powder molding process that combines powder metallurgy technology in the metal industry and injection molding technology in the plastics industry. This process has recently been suitable for mass production of complex shaped solid products, especially for applications such as cutting tools, magnetic material parts, precious metal parts and MEMS (Micro Electro Mechanical System). The degreasing process generally refers to a process of removing a binder added to improve the flowability of fine solid powder in a molding process including a powder injection molding process.

현재까지 알려지고 있는 공지의 탈지방법은 아래에 예시된 자료에서와 같이 장시간의 탈지시간이 소요되며 또한 다량의 에너지가 요구되는 단점을 가지고 있다. 이들 공지의 탈지방법을 보다 자세히 설명하면 열을 가하여 탈지하는 방법(이하 '가열탈지방법'이라 칭한다)과 용매를 사용하여 탈지하는 방법(이하 '용매탈지방법'이라 칭한다) 그리고 촉매를 사용하여 탈지하는 방법(이하 '촉매탈지방법'이라 칭한다)으로 대별할 수 있다. 가열탈지방법은 미국특허등록 제5,028,367호 및 미국특허등록 제4,404,166호 등에서와 같이 위킹 법(Wicking method)에 대하여 기술하고 있으며, 용매탈지방법은 미국특허등록 제4,197,118호 및 미국특허등록 제4,765,950호 등에서와 같이 메틸렌클로라이드, 아세톤, 프레온 등을 용매로 사용하는 방법이 기재되어 있고, 촉매탈지방법은 미국특허등록 제5,531,958호 및 미국특허등록 제5,073,319호 등에 기재된 바와 같이 질산, 트리플로로 보론(BF3)등의 촉매를 사용하고 있다.Known degreasing methods known to date have the disadvantage of requiring a long degreasing time and a large amount of energy as shown in the following data. These known degreasing methods are described in more detail by degreasing by applying heat (hereinafter referred to as 'heat degreasing method'), degreasing by using a solvent (hereinafter referred to as 'solvent degreasing method'), and degreasing by using a catalyst. It can be roughly classified into a method of hereinafter (hereinafter referred to as 'catalyst degreasing method'). The heat degreasing method is described for the wicking method as in US Patent No. 5,028,367 and US Patent No. 4,404,166, and the solvent degreasing method is described in US Patent No. 4,197,118 and US Patent No. 4,765,950, etc. methylene chloride, acetone, and a method of using Freon, etc. as the solvent is described, as the catalyst degreasing method is US Patent No. 5,531,958 and U.S. Patent No. as described 5,073,319 arc like boron as a nitric acid, a triple (BF 3 ) Catalysts are used.

그러나, 용매탈지방법은 가열 탈지 방법에 비하여 탈지시간을 어느 정도 단축시킬 수 있으나 환경과 인체에 유해한 유기용매를 사용한다는 문제점이 있으며, 장래의 유해한 유기용매 불사용 제제에 대한 문제점을 내포하고 있다.However, the solvent degreasing method can shorten the degreasing time to some extent compared to the heat degreasing method, but there is a problem of using an organic solvent that is harmful to the environment and the human body, and has a problem for a harmful organic solvent-free formulation in the future.

또한, 가열탈지방법은 경제적인 면에서 수십 시간 내지 수백 시간의 탈지시간이 소요되며 온도를 300-500℃ 정도까지 고온으로 가열하여야하는 문제점을 가지고 있다.In addition, the heat degreasing method takes a degreasing time of several tens of hours to several hundred hours in terms of economics and has a problem of heating the temperature to a high temperature of about 300-500 ° C.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.Numerous papers and patent documents are referenced and cited throughout this specification. The disclosures of the cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety to better understand the state of the art to which the present invention pertains and the content of the present invention.

본 발명자들은 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제를 낮은 온도에서 보다 빠른 시간에 분리 및 추출을 할 수 있는 방법을 개발하고자 예의 연구 노력하였고, 그 결과 공용매 없이 초임계 이산화탄소만으로 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제, 특히 저분자 계열의 왁스류만을 임계온도 및 임계 압력하에서 선택적으로 제거시킬 수 있다는 것을 발견함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors earnestly researched to develop a method for separating and extracting the binder contained in the powder injection molding at a lower temperature at a faster time. As a result, the present invention is included in the powder injection molding with supercritical carbon dioxide alone without cosolvents. The present invention has been accomplished by discovering that only binders, especially low molecular weight waxes, can be selectively removed under critical temperatures and critical pressures.

따라서 본 발명의 목적은 분말 사출 성형체에 초임계 이산화탄소를 접촉시켜 상기 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제를 추출 및 분리하는 분말 사출 성형체의 탈지 방법에 있어서, 상기 초임계 이산화탄소를 이용하여 추출 및 분리하는 단계는 온도, 압력 또는 온도와 압력의 단계적 변화 하에서 실시되는 분말 사출 성형체 탈지 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is a method of degreasing a powder injection molded body for extracting and separating the binder contained in the powder injection molded body by contacting the supercritical carbon dioxide to the powder injection molded body, the extraction and separation using the supercritical carbon dioxide The step is to provide a powder injection molding degreasing method which is carried out under temperature, pressure or stepwise change of temperature and pressure.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.

본 발명의 양태에 따르면, 본 발명은 분말 사출 성형체에 초임계 이산화탄소를 접촉시켜 상기 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제를 추출 및 분리하는 분말 사출 성형체의 탈지 방법에 있어서, 상기 초임계 이산화탄소를 이용하여 추출 및 분리하는 단계는 온도, 압력 또는 온도와 압력의 단계적(stepwisely) 변화 하에서 실시되는 분말 사출 성형체 탈지 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, the present invention provides a method for degreasing a powder injection molded body for extracting and separating the binder contained in the powder injection molded body by contacting the supercritical carbon dioxide to the powder injection molded body, using the supercritical carbon dioxide Extracting and separating provide a powder injection molding degreasing method that is carried out under temperature, pressure or stepwisely changing temperature and pressure.

본 발명자들은 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제를 낮은 온도에서 보다 빠른 시간에 분리 및 추출을 할 수 있는 방법을 개발하고자 예의 연구 노력하였고, 그 결과 공용매 없이 초임계 이산화탄소만으로 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제, 특히 저분자 계열의 왁스류만을 임계온도 및 임계 압력하에서 선택적으로 제거시킬 수 있다는 것을 발견함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors earnestly researched to develop a method for separating and extracting the binder contained in the powder injection molding at a lower temperature at a faster time. As a result, the present invention is included in the powder injection molding with supercritical carbon dioxide alone without cosolvents. The present invention has been accomplished by discovering that only binders, especially low molecular weight waxes, can be selectively removed under critical temperatures and critical pressures.

본 발명의 명세서 용어 ‘분말’은 당업계에서 분말 사출 성형체를 제조하는데 사용될 수 있는 모든 재료 분말을 의미한다. 보다 구체적으로, 상기 분말은 금속(단일원소 금속 및 합금 포함), 세라믹 또는 금속과 세라믹이 혼합된 세미트(cermet) 분말을 의미한다. The specification term 'powder' of the present invention means any material powder that can be used to make powder injection molded articles in the art. More specifically, the powder refers to a metal (including mono-element metals and alloys), ceramics or cermet powders in which a metal and a ceramic are mixed.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 분말은 금속 또는 세라믹 분말을 의미한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the powder means a metal or ceramic powder.

일반적으로 초임계 유체는 기체와 유사한 확산속도로 인하여 침투성, 운반성이 우수하고 액체와 같은 밀도로 용해력이 강하므로 다공성 재료로부터 결합제를 추출하는데 매우 효과적이다. 또한, 온도와 압력 변화에 따라 용해력이 변하기 때문에 재료 내에서 선택적인 추출이 가능하다. In general, supercritical fluids are very effective for extracting binders from porous materials because of their excellent permeability and transportability due to gas-like diffusion rates, and high solubility in liquid-like density. In addition, since the dissolving power changes with temperature and pressure changes, selective extraction is possible in the material.

이산화탄소(Carbon Dioxide)는 -78.5℃, 1 atm(14.696 psi)에서는 고체 상태로, 20℃, 1 atm에서는 기체로, 50 atm(734.8 psi), 20℃에서는 액체 상태로 존재한다. 본 발명의 명세서 용어 ‘초임계 이산화탄소’는 72 atm(1,058 psi), 31℃ 이상에서 응축과정 없이 지속적으로 밀도가 변하는 이산화탄소를 의미하며, 상기 초임계 이산화탄소는 기체처럼 유동성이지만 액체와 같은 수준의 밀도를 갖고 있기 때문에 고체 물질을 관통하면서 동시에 용해물을 운반하는 특성이 있다.Carbon dioxide is present in the solid state at −78.5 ° C., 1 atm (14.696 psi), as a gas at 20 ° C., 1 atm, and in the liquid state at 50 atm (734.8 psi) and 20 ° C. The term 'supercritical carbon dioxide' of the present invention refers to carbon dioxide whose density is continuously changed at 72 atm (1,058 psi) without a condensation process at 31 ° C. or higher, and the supercritical carbon dioxide is fluid like gas but has a liquid-like density. It has the property of transporting the melt while simultaneously penetrating the solid material.

본 발명은 본 기술 분야에서 허용되는 초임계 이산화탄소의 유속(예를 들면, 10 ℓ/분의 이상의 초임계 이산화탄소의 유속)에서 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제 또는 바이더를 탈지시킬 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 초임계 이산화탄소는 0.5-10 ℓ/분의 유속으로 분말 사출 성형체에 접촉시킨다. 보다 바람직하게는 0.8-5 ℓ/분, 가장 바람직하게는 1-2 ℓ/분의 유속으로 분말 사출 성형체에 접촉시킨다.The present invention is capable of degreasing binders or binders contained in powder injection moldings at flow rates of supercritical carbon dioxide (eg, flow rates of supercritical carbon dioxide above 10 l / min) that are acceptable in the art. According to a preferred embodiment of the present invention, the supercritical carbon dioxide is contacted with the powder injection molded body at a flow rate of 0.5-10 L / min. More preferably, the powder injection molded body is contacted at a flow rate of 0.8-5 L / min, most preferably 1-2 L / min.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명은 1 ㎜ 이상의 두께를 가지는 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제를 탈지할 수 있다. 보다 바람직하게는, 본 발명은 1.5-30 mm, 보다 더 바람직하게는 2-20 mm, 가장 바람직하게는 3-10 mm의 두께를 가지는 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제를 탈지할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the present invention can degrease the binder contained in the powder injection molded body having a thickness of 1 mm or more. More preferably, the present invention is able to degrease the binder contained in the powder injection molding having a thickness of 1.5-30 mm, even more preferably 2-20 mm, most preferably 3-10 mm.

본 발명의 명세서 용어 ‘결합제 또는 바인더(binder)’는 상기 분말에 유동성을 부여하여 사출 성형시 금형내로 충진되게 하며 냉각 후 형상을 유지하는 역할을 하는 물질을 의미한다.As used herein, the term “binder or binder” refers to a material that imparts fluidity to the powder to be filled into a mold during injection molding and maintains a shape after cooling.

또한, 본 발명의 명세서 용어‘탈지’는 분말 사출 성형체에 포함된 결합제 를 제거하는 것을 의미한다.In addition, the specification term "degreasing" of the present invention means to remove the binder contained in the powder injection molding.

분말 사출 성형법에서 결합제로 사용되는 물질은 폴리에틸렌계, 폴리프로필렌계, 폴리스티렌계 등의 고분자 계열인 열가소성 수지류, 파라핀 왁스, 카나우바왁스, 몬탄왁스, 저팬(Japan)왁스 등의 저분자 계열의 왁스류, 식용류 등의 오일류, 물 및 승화성 물질이 사용되고 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 결합제는 저분자 계열의 왁스류이고, 보다 바람직하게는 상기 결합제는 파라핀 왁스 또는 몬탄 왁스이며, 가장 바람직하게는 파라핀 왁스이다.The binder used in the powder injection molding method is thermoplastic resins such as polyethylene, polypropylene, and polystyrene, and low molecular waxes such as paraffin wax, carnauba wax, montan wax, and Japan wax. Oils, such as edibles, water and sublimable substances are used, but are not limited thereto. According to a preferred embodiment of the present invention, the binder is a low molecular weight wax, more preferably the binder is paraffin wax or montan wax, and most preferably paraffin wax.

상기 결합제 중 저분자 계열의 왁스류는 탈지과정에서 제거되어야 하지만 폴리에틸렌계, 폴리스티렌계, 폴리프로필렌계 등의 고분자 계열은 탈지 후 성형물 내에 남아있어 금속 분말들을 결합시켜 형체를 유지시켜야 한다. 그러나 이러한 고분자 계열 성분은 소결과정에서 모두 제거되어 진다.Low molecular waxes of the binder should be removed during the degreasing process, but polymer series such as polyethylene, polystyrene, and polypropylene should remain in the molding after degreasing to bond metal powders to maintain the shape. However, these polymer-based components are all removed during the sintering process.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 분말 사출 성형체에 포함된 결합제를 추출 및 분리시키기 위한 탈지 온도는 30-300℃이며, 보다 바람직하게는 35-200℃이고, 보다 더 바람직하게는 40-100℃이며, 가장 바람직하게는 40-75℃이다. 상기 결합제 추출 및 분리 단계에서는 탈지 온도를 단계적으로 변화시켜 실시한다. 보다 구체적으로, 상기 단계는 온도를 저온에서 고온으로 단계적으로 상승시키거나 고온에서 저온으로 단계적으로 하강시켜서 실시될 수 있으며, 저온과 고온을 선택적으로 순서에 관계없이 실시될 수 있다. 상기 결합제 추출 및 분리 단계에서 탈지 온도를 단계적으로 변화시키는 경우, 상 기 단계는 본 명세서의 하기에 기술된 탈지 압력을 단계적으로 변화 또는 일정한 압력 하에서 실시된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the degreasing temperature for extracting and separating the binder included in the powder injection molded body using the supercritical carbon dioxide is 30-300 ° C, more preferably 35-200 ° C, and more More preferably, it is 40-100 degreeC, Most preferably, it is 40-75 degreeC. The binder extraction and separation step is carried out by changing the degreasing temperature step by step. More specifically, the step may be carried out by raising the temperature step by step from low temperature to high temperature or by decreasing step by step from high temperature to low temperature, the low temperature and high temperature may be selectively performed in any order. In the case of changing the degreasing temperature step by step in the binder extraction and separation step, the step is carried out stepwise or under a constant pressure to change the degreasing pressure described below herein.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 분말 사출 성형체에 포함된 결합제를 추출 및 분리시키기 위한 탈지 압력은 50-500 bar이며, 보다 바람직하게는 상기 탈지 압력은 80-400 bar이고, 보다 더 바람직하게는 상기 탈지 압력은 100-130 bar이며, 가장 바람직하게는 상기 탈지 압력은 130-250 bar이다. 또한, 상기 탈지 압력의 단계적 변화 방식은 상기 탈지 온도의 단계적 변화 방식과 동일하기 때문에, 이 둘 사이의 공통된 내용은 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여, 그 기재를 생략한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the degreasing pressure for extracting and separating the binder included in the powder injection molding using the supercritical carbon dioxide is 50-500 bar, more preferably the degreasing pressure is 80-400 bar, even more preferably the degreasing pressure is 100-130 bar, and most preferably the degreasing pressure is 130-250 bar. In addition, since the step change method of the degreasing pressure is the same as the step change method of the degreasing temperature, the common content between the two is omitted in order to avoid excessive complexity of the present specification.

본 명세서의 용어 ‘bar 및 Pa’는 압력의 단위를 의미하며, 10 bar는 1 MPa로 서로 교차 환산하여 하기 본 발명의 실시예 및 특허청구범위에 표현하였다.The term 'bar and Pa' of the present specification means a unit of pressure, 10 bar is expressed in the following examples and claims of the present invention by cross-converting with each other in 1 MPa.

본 발명은 초임계 이산화탄소를 이용하여 분말 사출 성형체에 포함된 결합제를 분리 및 추출하는 경우 공용매(cosolvent)와 함께 또는 공용매 없이 사용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명은 초임계 이산화탄소를 이용하여 분말 사출 성형체에 포함된 결합제를 분리 및 추출하는 경우 공용매(cosolvent), 예를 들면 메탄올, 에탄올, 프로판, 이소프로판올, 벤조일알코올을 포함하는 알코올류, 모노에탄올아민, 다이에탄올아민, 트리에탄올아민, 카본테트라클로라이드, 아세톤, 메틸에틸케톤, 테트라하이드로퓨란 등을 이용하지 않는 것을 특징으로 한다.The present invention can be used with or without a cosolvent when separating and extracting the binder included in the powder injection molding using supercritical carbon dioxide. According to a preferred embodiment of the present invention, the present invention is a cosolvent, for example methanol, ethanol, propane, isopropanol, benzoyl alcohol when separating and extracting the binder included in the powder injection molding using supercritical carbon dioxide It is characterized by not using alcohols, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, carbon tetrachloride, acetone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran, and the like.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명 분말 사출 성형체 탈지 방법 은 상기 분말 사출 성형체에 초임계 이산화탄소를 1-50시간 접촉시키는 것을 특징으로 한다. 보다 바람직하게는 상기 분말 사출 성형체에 초임계 이산화탄소를 5-45시간 접촉시키고, 보다 더 바람직하게는 10-40시간 접촉시키며, 가장 바람직하게는 12-38시간 접촉시킨다.According to a preferred embodiment of the present invention, the powder injection molding degreasing method of the present invention is characterized in that the supercritical carbon dioxide is in contact with the powder injection molding for 1-50 hours. More preferably, supercritical carbon dioxide is contacted with the powder injection molded body for 5-45 hours, even more preferably 10-40 hours, and most preferably 12-38 hours.

종래의 탈지 공정은 고정 조건의 초임계 유체 탈지, 가열 탈지 또는 용매 추출의 방법을 사용하였으나 이러한 방법들은 비교적 두께가 얇은 1-3 ㎜ 정도의 사출 성형체에만 효율적으로 적용이 되는 한계가 있다. 그 결과, 1-3 ㎜ 두께의 분말 사출 성형체에 적용하는 고정 조건의 초임계 탈지 공정을 두께 3 ㎜ 이상의 분말 사출 성형체에 적용하는 경우, 분말 사출 성형체에 변형이 생기고 탈지가 되더라도 효율이 매우 떨어져서 실제 탈지 공정으로 사용하기는 매우 어렵게 된다.Conventional degreasing process uses a method of supercritical fluid degreasing, heating degreasing or solvent extraction under fixed conditions, but these methods have a limitation in that they can be efficiently applied only to injection moldings having a relatively thin thickness of about 1-3 mm. As a result, when a supercritical degreasing process of fixed conditions applied to a powder injection molded product having a thickness of 1-3 mm is applied to a powder injection molded product having a thickness of 3 mm or more, the powder injection molded body is deformed and the efficiency is very low even if it is degreased. It becomes very difficult to use in the degreasing process.

이와 비교하여, 본 발명은 온도, 압력 또는 온도와 압력에 단계적 변화를 시킴으로써, 종래기술보다 매우 낮은 온도에서 보다 빠른 시간에 1 mm 이상의 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제를 효과적으로 탈지할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기의 낮은 온도와 단축된 탈지 공정 시간으로 인하여, 매우 높은 에너지 효율로 대량의 분말 사출 성형체를 양산할 수 있다.In comparison, the present invention makes it possible to effectively degrease the binder contained in the powder injection molded body of 1 mm or more in a faster time at a much lower temperature than the prior art by making a step change in temperature, pressure or temperature and pressure. In addition, the present invention is able to mass produce a large amount of powder injection molded body with very high energy efficiency due to the low temperature and short degreasing process time.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명은 상기 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제를 50 중량% 이상 탈지시킨다. 보다 바람직하게는 본 발명은 상기 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제를 70 중량% 이상 탈지시키며, 보다 더 바람직하게는 본 발명은 상기 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제를 80 중량% 이상 탈지시키고, 보다 더욱 더 바람직하게는 본 발명은 상기 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제를 90 중량% 이상 탈지시키며, 가장 바람직하게는 본 발명은 상기 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제를 100 중량% 탈지시킨다.According to a preferred embodiment of the present invention, the present invention degreases at least 50% by weight of the binder contained in the powder injection molding. More preferably, the present invention degreases at least 70% by weight of the binder contained in the powder injection molding, and even more preferably, the present invention degreases at least 80% by weight of the binder contained in the powder injection molding. Even more preferably, the present invention degreases at least 90% by weight of the binder contained in the powder injection molding, and most preferably, the present invention degreases the binder contained in the powder injection molding at 100% by weight.

본 명세서 용어 ‘중량%’는 분말 사출 성형체에 포함된 저분자계열의 왁스류(예컨대, 파라핀 왁스) 총량을 기준으로 탈지된 저분자계열의 왁스류 중량을 백분율로 나타낸 것이다.As used herein, the term 'wt%' refers to the weight of the low molecular weight waxes degreased based on the total amount of the low molecular weight waxes (eg, paraffin wax) included in the powder injection molding as a percentage.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:The features and advantages of the present invention are summarized as follows:

(ⅰ) 본 발명은 분말 사출 성형체에 초임계 이산화탄소를 접촉시켜 상기 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제를 추출 및 분리하는 분말 사출 성형체의 탈지 방법에 있어서, 상기 초임계 이산화탄소를 이용하여 추출 및 분리하는 단계는 온도, 압력 또는 온도와 압력의 단계적 변화 하에서 실시되는 분말 사출 성형체 탈지 방법을 제공한다.(Iii) The present invention provides a method of degreasing a powder injection molded body in which a supercritical carbon dioxide is contacted with a powder injection molded body to extract and separate a binder contained in the powder injection molded body, wherein the extraction and separation using the supercritical carbon dioxide is performed. The step provides a powder injection molding degreasing method which is carried out under temperature, pressure or step change of temperature and pressure.

(ⅱ) 본 발명은 성형물 내의 저분자계열인 왁스 성분만을 제거하는 기술로서 기존의 가열탈지방법이나 용매탈지방법보다 낮은 온도에서 탈지함으로써 에너지 효율 면에서 상당한 가치를 가지고 있으며, 보다 빠른 시간에 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제를 탈지시킬 수 있다.(Ii) The present invention has a significant value in terms of energy efficiency by degreasing at a lower temperature than the conventional heat degreasing method or solvent degreasing method as a technology for removing only low molecular wax components in moldings. The binder contained in can be degreased.

(ⅲ) 본 발명은 공용매 없이 초임계 이산화탄소만으로 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제, 특히 저분자 계열의 왁스류만을 임계온도 및 임계 압력하에 서 선택적으로 제거시킬 수 있다.(Iii) The present invention can selectively remove only binders, particularly low molecular weight waxes, contained in the powder injection molding with supercritical carbon dioxide without cosolvents under critical temperature and critical pressure.

(ⅳ) 또한, 본 발명은 3 ㎜ 이상의 두께를 가진 분말 사출 성형체에 적용이 가능하며, 상용화되면 매우 부가 가치가 높은 제품을 생산할 수 있게 되므로 기술적인 측면 뿐 아니라 상업적으로도 이용 효과가 매우 높은 가능성을 가지고 있다.(Iii) In addition, the present invention is applicable to a powder injection molded body having a thickness of 3 mm or more, and when commercialized, it is possible to produce a very high value-added product, and thus the possibility of having high commercial and commercial effects. Have

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for describing the present invention in more detail and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments in accordance with the gist of the present invention .

실시예Example

최적의 가변 조건 설정Optimum variable condition setting

분말 사출 성형체의 변형이 없는 탈지 조건을 파악하기 위하여 세라믹 분말로 사출 성형한 디스크 시편으로 실험을 하였는데 1 ㎜ 및 2 ㎜ 디스크 샘플의 경우 온도 40-75℃와 압력 100 bar-300 bar 사이의 조건 하에서는 이상이 없었고 일반적으로 온도와 압력이 높을수록 추출 속도는 단축되는 경향을 보였으나, 세라믹 분말 사출 성형체의 두께가 3 ㎜ 이상이 되면 65℃ 온도와 170 bar의 압력 이상에서는 변형이 발생하였다. 즉, 세라믹 분말 사출 성형체의 두께가 3 ㎜ 이상이 되었을 때는 1-2 ㎜ 분말 사출 성형체에 적용하는 압력과 온도 조건을 그대로 적용하 면 분말 사출 성형체에 변형이 일어나기 때문에 조건을 변경할 필요가 있었다. 실험 조건을 조금 더 낮춘 결과 65℃온도와 150 bar 압력의 조건에서는 이상이 생기지 않았다. 이 결과들을 바탕으로 정리하여 두께 6 ㎜ 인 세라믹 분말 사출 성형체 샘플에 대한 압력과 온도 초기 조건은 기본적으로 65℃와 150 bar 이하로 설정하였다. In order to determine the degreasing condition of the powder injection molding without deformation, experiments were carried out on disk specimens injection-molded with ceramic powder. For 1 mm and 2 mm disk samples, the temperature was between 40-75 ℃ and 100 bar-300 bar. In general, the extraction speed tended to be shorter as the temperature and pressure were higher. However, when the thickness of the ceramic powder injection molded product was 3 mm or more, deformation occurred at a temperature of 65 ° C. and a pressure of 170 bar or more. That is, when the thickness of the ceramic powder injection molded body was 3 mm or more, it was necessary to change the conditions because the deformation occurred in the powder injection molded body when the pressure and temperature conditions applied to the 1-2 mm powder injection molded body were applied as they are. As a result of lowering the experimental conditions, no abnormality occurred at the conditions of 65 ° C. and 150 bar pressure. Based on these results, the pressure and temperature initial conditions for the 6 mm thick ceramic powder injection molded sample were basically set to 65 ° C. and 150 bar or less.

두께 5㎜ 의 금속 분말 사출 성형체에 대한 탈지 조건도 파악하였는데, 일반적으로 금속 사출 성형체의 경우에는 세라믹 사출 성형체보다 높은 조건을 적용해도 잘 견디지만 압력 250 bar 에서 온도가 75℃ 일 경우에는 변형이 생겼다. 따라서 실험 조건을 낮춘 결과 50℃의 온도와 250 bar의 압력 조건에서는 이상 없이 탈지가 이루어졌다. 이 결과를 토대로 두께 5㎜ 이상의 금속 분말 사출 성형체에 대한 초기 탈지 조건은 온도 50℃와 250 bar의 압력으로 설정하였으며 그 후 온도와 압력 조건을 점차 증가시키면서 탈지 공정을 실시하였다. Degreasing conditions for metal powder injection moldings with a thickness of 5 mm were also identified. Generally, metal injection moldings withstand higher conditions than ceramic injection moldings, but deformation occurs when the temperature is 75 ° C at a pressure of 250 bar. . Therefore, as a result of lowering the experimental conditions, degreasing was performed without any abnormality at a temperature of 50 ° C. and a pressure of 250 bar. Based on this result, the initial degreasing condition for the metal powder injection molded product having a thickness of 5 mm or more was set to a temperature of 50 ° C. and a pressure of 250 bar, and then a degreasing process was performed while gradually increasing the temperature and pressure conditions.

실시예 1: 세라믹 노즐 샘플에 대한 가변 조건 탈 바인더 제1공정Example 1 Variable Conditions Debinding First Process for Ceramic Nozzle Samples

6 mm 세라믹 노즐 샘플에 CO2를 평균 유속 2 ℓ/min로 가하였고, 가변 조건 탈 바인더 공정을 총 38 시간 동안 연속적으로 실시하였다. 즉, 40℃ 및 13 Mpa 조건에서 12시간, 45℃ 및 15 MPa 조건에서 12시간, 50℃ 및 15 MPa 조건에서 6시간, 55℃ 및 20 MPa 조건에서 6시간, 그리고 60℃ 및 20 MPa 조건에서 2시간 연속적으로 실험하였다.CO 2 was added to a 6 mm ceramic nozzle sample at an average flow rate of 2 L / min and a variable condition debinding process was conducted continuously for a total of 38 hours. That is, 12 hours at 40 ° C. and 13 Mpa, 12 hours at 45 ° C. and 15 MPa, 6 hours at 50 ° C. and 15 MPa, 6 hours at 55 ° C. and 20 MPa, and 60 hours and 20 MPa The experiment was carried out for 2 hours continuously.

Figure 112009022972218-PAT00001
Figure 112009022972218-PAT00001

a) 1 MPa= 10 bar a) 1 MPa = 10 bar

b)세라믹 분말 사출 성형체에 포함된 파라핀 왁스의 총량을 기준으로 한 중량%. b) % by weight based on the total amount of paraffin wax contained in the ceramic powder injection molding.

그 결과, 각각의 단계에서 15 중량%, 15 중량%, 20 중량%, 20 중량% 및 15 중량%의 파라핀 왁스 바인더가 제거 되었으며, 총 85 중량% 이상의 파라핀 왁스 바인더가 제거되었다(표 1).As a result, in each step 15% by weight, 15% by weight, 20% by weight, 20% by weight and 15% by weight of paraffin wax binders were removed, totaling at least 85% by weight of paraffin wax binders (Table 1).

실시예 2: 세라믹 노즐 샘플에 대한 가변 조건 탈 바인더 제2공정Example 2 Variable Condition Debinding Second Process for Ceramic Nozzle Samples

6 mm 세라믹 노즐 샘플에 CO2를 평균 유속 2 ℓ/min로 가하였고, 가변 조건 탈 바인더 공정을 총 35 시간 동안 연속적으로 실시하였다. 즉, 40℃ 및 13 Mpa 조건에서 12시간, 45℃ 및 15 MPa 조건에서 12시간, 50℃ 및 20 MPa 조건에서 6시간, 55℃ 및 20 MPa 조건에서 3시간, 그리고 60℃ 및 25 MPa 조건에서 2시간 연속적으로 실험하였다.CO 2 was added to a 6 mm ceramic nozzle sample at an average flow rate of 2 L / min and a variable condition debinding process was conducted continuously for a total of 35 hours. That is, 12 hours at 40 ° C. and 13 Mpa, 12 hours at 45 ° C. and 15 MPa, 6 hours at 50 ° C. and 20 MPa, 3 hours at 55 ° C. and 20 MPa, and 60 hours and 25 MPa. The experiment was carried out for 2 hours continuously.

Figure 112009022972218-PAT00002
Figure 112009022972218-PAT00002

a) 1 MPa= 10 bar a) 1 MPa = 10 bar

b)세라믹 분말 사출 성형체에 포함된 파라핀 왁스의 총량을 기준으로 한 중량%. b) % by weight based on the total amount of paraffin wax contained in the ceramic powder injection molding.

그 결과, 각각의 단계에서 15 중량%, 15 중량%, 25 중량%, 15 중량% 및 13 중량%의 파라핀 왁스 바인더가 제거 되었으며, 총 83 중량% 이상의 파라핀 왁스 바인더가 제거되었다(표 2).As a result, in each step 15% by weight, 15% by weight, 25% by weight, 15% by weight and 13% by weight of paraffin wax binders were removed, totaling at least 83% by weight of paraffin wax binders (Table 2).

실시 예 3: 세라믹 노즐 샘플에 대한 가변 조건 탈 바인더 제3공정Example 3: Variable Condition Debinding Third Process for Ceramic Nozzle Samples

6 mm 세라믹 노즐 샘플에 CO2의 평균 유속을 2 ℓ/min로 가하였고, 가변 조건 탈 바인더 공정을 총 36 시간 동안 연속적으로 실시하였다. 즉, 40℃ 및 13 Mpa 조건에서 12시간, 45℃ 및 15 MPa 조건에서 12시간, 50℃ 및 20 MPa 조건에서 6시간, 55℃ 및 20 MPa 조건에서 3시간, 그리고 60℃ 및 25 MPa 조건에서 3시간 연속적으로 실험하였다.An average flow rate of CO 2 was applied to the 6 mm ceramic nozzle sample at 2 L / min, and the variable condition debinding process was conducted continuously for a total of 36 hours. That is, 12 hours at 40 ° C. and 13 Mpa, 12 hours at 45 ° C. and 15 MPa, 6 hours at 50 ° C. and 20 MPa, 3 hours at 55 ° C. and 20 MPa, and 60 hours and 25 MPa. The experiment was continued for 3 hours.

Figure 112009022972218-PAT00003
Figure 112009022972218-PAT00003

a) 1 MPa= 10 bar a) 1 MPa = 10 bar

b)세라믹 분말 사출 성형체에 포함된 파라핀 왁스의 총량을 기준으로 한 중량%. b) % by weight based on the total amount of paraffin wax contained in the ceramic powder injection molding.

그 결과, 각각의 단계에서 15 중량%, 15 중량%, 25 중량%, 15 중량% 및 15 중량%의 파라핀 왁스 바인더가 제거 되었으며, 총 85 중량% 이상의 파라핀 왁스 바인더가 제거되었다(표 3).As a result, in each step 15% by weight, 15% by weight, 25% by weight, 15% by weight and 15% by weight of paraffin wax binders were removed, totaling at least 85% by weight of paraffin wax binders (Table 3).

실시 예 4: 금속 분말 사출 성형체에 대한 가변 조건 탈 바인더 제1공정Example 4 Variable Conditions Debinding First Process for Metal Powder Injection Molded Parts

5 ㎜ 금속 분말 사출 성형체에 CO2의 평균 유속을 1 ℓ/min로 가하였고, 가변 조건 탈 바인더 공정을 총 12 시간 동안 연속적으로 실시하였다. 즉, 50℃ 및 25 Mpa 조건에서 2시간, 50℃ 및 25 MPa 조건에서 2시간, 50℃ 및 25 MPa 조건에서 2시간, 55℃ 및 25 MPa 조건에서 2시간, 65℃ 및 25 MPa 조건에서 2시간, 그리고 75℃ 및 25 MPa 조건에서 2시간 연속적으로 실험하였다.The average flow rate of CO 2 was applied to the 5 mm metal powder injection molded body at 1 L / min, and the variable condition debinding process was continuously performed for a total of 12 hours. That is, 2 hours at 50 ° C and 25 Mpa, 2 hours at 50 ° C and 25 MPa, 2 hours at 50 ° C and 25 MPa, 2 hours at 55 ° C and 25 MPa, 2 hours at 65 ° C and 25 MPa The experiments were conducted continuously for 2 hours at 75 ° C. and 25 MPa.

Figure 112009022972218-PAT00004
Figure 112009022972218-PAT00004

a) 1 MPa= 10 bar a) 1 MPa = 10 bar

b)세라믹 분말 사출 성형체에 포함된 파라핀 왁스의 총량을 기준으로 한 중량%. b) % by weight based on the total amount of paraffin wax contained in the ceramic powder injection molding.

그 결과, 각각의 단계에서 40 중량%, 20 중량%, 10 중량%, 10 중량%, 7 중량% 및 5 중량%의 파라핀 왁스 바인더가 제거 되었으며, 총 92 중량% 이상의 파라핀 왁스 바인더가 제거되었다(표 4).As a result, at each step 40% by weight, 20% by weight, 10% by weight, 10% by weight, 7% by weight and 5% by weight of paraffin wax binders were removed, totaling at least 92% by weight of paraffin wax binders ( Table 4).

실시 예 5: 금속 분말 사출 성형체에 대한 가변 조건 탈 바인더 제2공정Example 5 Variable Conditions Debinding Second Process for Metal Powder Injection Molded Parts

5 ㎜ 금속 분말 사출 성형체에 CO2의 평균 유속을 1 ℓ/min로 가하였고, 가변 조건 탈 바인더 공정을 총 12 시간 동안 연속적으로 실시하였다. 즉, 50℃ 및 25 Mpa 조건에서 2시간, 50℃ 및 25 MPa 조건에서 2시간, 55℃ 및 25 MPa 조건에서 2시간, 60℃ 및 25 MPa 조건에서 2시간, 65℃ 및 25 MPa 조건에서 2시간, 그리고 75℃ 및 25 MPa 조건에서 2시간 연속적으로 실험하였다.The average flow rate of CO 2 was applied to the 5 mm metal powder injection molded body at 1 L / min, and the variable condition debinding process was continuously performed for a total of 12 hours. That is, 2 hours at 50 ° C and 25 Mpa, 2 hours at 50 ° C and 25 MPa, 2 hours at 55 ° C and 25 MPa, 2 hours at 60 ° C and 25 MPa, 2 hours at 65 ° C and 25 MPa The experiments were conducted continuously for 2 hours at 75 ° C. and 25 MPa.

Figure 112009022972218-PAT00005
Figure 112009022972218-PAT00005

a) 1 MPa= 10 bar a) 1 MPa = 10 bar

b)세라믹 분말 사출 성형체에 포함된 파라핀 왁스의 총량을 기준으로 한 중량%. b) % by weight based on the total amount of paraffin wax contained in the ceramic powder injection molding.

그 결과, 각각의 단계에서 40 중량%, 20 중량%, 15 중량%, 10 중량%, 7 중량% 및 3 중량%의 파라핀 왁스 바인더가 제거 되었으며, 총 95 중량% 이상의 파라핀 왁스 바인더가 제거되었다(표 5).As a result, at each step 40% by weight, 20% by weight, 15% by weight, 10% by weight, 7% by weight and 3% by weight of paraffin wax binders were removed, totaling at least 95% by weight of paraffin wax binders ( Table 5).

실시 예 6: 금속 분말 사출 성형체에 대한 가변 조건 탈 바인더 제3공정Example 6 Variable Conditions Debinding Third Process for Metal Powder Injection Molded Parts

5 ㎜ 금속 분말 사출 성형체에 CO2의 평균 유속을 1 ℓ/min로 가하였고, 가변 조건 탈 바인더 공정을 총 12 시간 동안 연속적으로 실시하였다. 즉, 50℃ 및 25 Mpa 조건에서 2시간, 50℃ 및 25 MPa 조건에서 2시간, 50℃ 및 25 MPa 조건에서 2시간, 65℃ 및 25 MPa 조건에서 2시간, 75℃ 및 25 MPa 조건에서 2시간, 그리고 75℃ 및 25 MPa 조건에서 2시간 연속적으로 실험하였다.The average flow rate of CO 2 was applied to the 5 mm metal powder injection molded body at 1 L / min, and the variable condition debinding process was continuously performed for a total of 12 hours. 2 hours at 50 ° C and 25 MPa, 2 hours at 50 ° C and 25 MPa, 2 hours at 50 ° C and 25 MPa, 2 hours at 65 ° C and 25 MPa, 2 hours at 75 ° C and 25 MPa The experiments were conducted continuously for 2 hours at 75 ° C. and 25 MPa.

Figure 112009022972218-PAT00006
Figure 112009022972218-PAT00006

a) 1 MPa= 10 bar a) 1 MPa = 10 bar

b)세라믹 분말 사출 성형체에 포함된 파라핀 왁스의 총량을 기준으로 한 중량%. b) % by weight based on the total amount of paraffin wax contained in the ceramic powder injection molding.

그 결과, 각각의 단계에서 40 중량%, 20 중량%, 10 중량%, 17 중량%, 10 중량% 및 3 중량%의 파라핀 왁스 바인더가 제거 되었으며, 총 100 중량% 가까이의 파라핀 왁스 바인더가 제거되었다(표 6 및 도 16).As a result, at each step 40% by weight, 20% by weight, 10% by weight, 17% by weight, 10% by weight and 3% by weight of paraffin wax binders were removed and a total of nearly 100% paraffin wax binders were removed. Table 6 and FIG. 16.

비고Remarks

디스크 시편 실험 결과를 바탕으로 두께 6 ㎜ 의 노즐 샘플의 탈지 조건을 여러 가지로 설정하여 실험해본 결과 파라핀 왁스의 녹는점인 55-60℃이상의 온도에서는 파라핀 왁스가 녹아 변형이 진행되고 150 bar의 비교적 낮은 압력에서도 샘플에 균열이 관찰되었다. 이것은 샘플 속에 있던 많은 양의 파라핀 왁스 바인더가 한꺼번에 빠져나와 모세관력이 강하기 때문에 샘플에 변형을 가져오기 때문이다. 여기에서 초기 탈지 온도와 압력을 매우 낮게 설정하여 파라핀 왁스 바인더 가 급히 빠져 나가지 않도록 느린 속도로 탈지가 일어나게 하고 파라핀 왁스가 녹지 않게 하여 모세관력이 생기지 않는 조건을 만드는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었다. 이 같은 조건으로 샘플에 균열이 생기지 않는 상태로 파라핀 왁스 바인더 의 절반 정도를 제거하면 초기 상태보다 파라핀 왁스 바인더가 훨씬 수월하게 빠져나갈 수 있는 상태가 되었다. 이 상태에서 압력과 온도조건을 단계적으로 높여 나머지 파라핀 왁스 바인더를 제거한 결과 이상이 없는 완전한 샘플을 얻을 수 있었다. 가변 조건 탈지 공정을 적용하지 않고 고정 조건 탈지 공정을 적용하려면 온도와 압력 조건을 매우 낮추어야 하는데 실제 공정에 적용하기에는 시간도 많이 걸리는 등의 무리가 따랐다. 따라서 압력과 온도를 작은 폭으로 상승시켜 절반 정도의 바인더를 제거하고 그 후에는 압력과 온도를 큰 폭으로 높여 잔류 바인더를 제거하는 가변 조건 탈 바인더 공정이 필요하였다. 제거된 바인더는 파라핀 왁스 바인더의 전체 무게대비 약 90% 가까이 되었다. 용매추출법을 적용했을 경우 샘플에 변형이 생겨서 탈지 공정을 적용할 수 없었으며 변형이 생긴 샘플의 탈지 효율은 12시간 탈지 후 20% 정도의 파라핀 왁스 바인더가 제거되는 정도에 그치는 등 실제 공정에 적용하기는 어려웠는데, 이에 비해 가변 조건 탈지 공정은 매우 획기적인 결과를 얻을 수 있었다. Based on the test results of the disk specimens, the experiments were carried out by setting various degreasing conditions of a nozzle sample with a thickness of 6 mm and the paraffin wax melted at a temperature above 55-60 ℃, which is the melting point of paraffin wax. Cracks were observed in the sample even at low pressures. This is because a large amount of paraffin wax binders in the sample are pulled out at once, resulting in deformation of the sample because of the strong capillary force. Here, it was found that it is important to set the initial degreasing temperature and pressure very low so that degreasing occurs at a slow rate so that the paraffin wax binder does not rush out and the paraffin wax does not melt to create a condition in which capillary forces do not occur. Under these conditions, if half of the paraffin wax binder was removed without cracking in the sample, the paraffin wax binder was more easily released than the initial state. In this state, the pressure and temperature conditions were increased stepwise to remove the remaining paraffin wax binder, thereby obtaining a complete sample without any abnormality. In order to apply the fixed degreasing process without the variable condition degreasing process, the temperature and pressure conditions have to be very low, but it takes a long time to apply to the actual process. Therefore, a variable condition debinding process was required to remove the half of the binder by increasing the pressure and temperature to a small width and then to remove the residual binder by increasing the pressure and the temperature to a great extent. The binder removed was about 90% of the total weight of the paraffin wax binder. When the solvent extraction method was applied, the sample could be deformed due to deformation, and the degreasing efficiency of the deformed sample was only 20% of the paraffin wax binder removed after 12 hours of degreasing. In contrast, the variable condition degreasing process yielded very breakthrough results.

두께 5㎜의 금속 사출 성형체의 경우에도 종래 용매 추출법을 적용했을 경우에는 8시간가량 탈지를 한 결과 바인더가 약 30% 정도밖에 제거되지 않았다. 따라서 초임계 이산화탄소를 이용한 가변 조건 탈지 공정을 적용하였는데 12시간동안 파라핀 왁스 바인더를 100% 가까이 제거하는 매우 높은 효율을 얻을 수 있었다.In the case of a metal injection molded body having a thickness of 5 mm, when the conventional solvent extraction method was applied, only about 30% of the binder was removed as a result of degreasing for 8 hours. Therefore, a variable condition degreasing process using supercritical carbon dioxide was applied, and very high efficiency of nearly 100% of the paraffin wax binder was obtained for 12 hours.

위와 같은 초임계 이산화탄소를 용매로 사용한 탈지 공정을 거친 노즐 샘플이 열처리와 소결 공정을 거치면 완제품이 된다.The nozzle sample that has undergone the degreasing process using the above supercritical carbon dioxide as a solvent becomes a finished product after the heat treatment and the sintering process.

이 결과는 그 동안 두꺼운 분말 사출 성형체의 경우 가열탈지나 용매 추출법과 같은 기존의 방법을 비롯하여 고정 조건의 초임계 탈지 공정을 적용하게 되면 분말 사출 성형체에 변형이 생기는 경우가 발생하고 탈지가 되더라도 효율이 매우 떨어져서 실제 탈지 공정으로 사용하기는 매우 어려웠던 것을 볼 때, 획기적인 결과로 볼 수 있다. 현재 탈지 공정이 적용되는 상용화된 제품들은 메탈할라이드 램프에 사용되는 전구 등의 1 ㎜ 정도의 얇은 두께의 세라믹 사출 성형체들인데, 이와 같은 두꺼운 분말 사출 성형체에 대한 초임계 탈지 방법이 상용화되면 매우 부가 가치가 높은 제품을 생산할 수 있게 되므로 기술적인 측면 뿐 아니라 상업적으로도 이용 효과가 높은 연구 결과라고 할 수 있다.This result shows that, in the case of the thick powder injection molding, the conventional method such as heating degreasing or solvent extraction, including the supercritical degreasing process under fixed conditions, may cause deformation of the powder injection molding, and even if degreasing, The results are quite dramatic, as they are very far apart and very difficult to use in actual degreasing processes. Commercially available products to which the degreasing process is currently applied are ceramic injection moldings having a thickness of about 1 mm, such as bulbs used in metal halide lamps, and are extremely valuable when supercritical degreasing methods are commercialized for such thick powder injection moldings. It is possible to produce high-quality products, which can be said to be a research result that is highly effective not only for technical aspects but also for commercial use.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described the specific part of the present invention in detail, it is apparent to those skilled in the art that the specific technology is merely a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereto. Thus, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and equivalents thereof.

도 1은 이산화탄소의 평균 유속을 1 ℓ/분으로 하고, 150 bar의 압력과 65℃의 온도 조건하에서 300시간 동안 3 ㎜ 두께의 세라믹 사출 성형체를 탈지 공정한 결과이다. 3 ㎜ 두께의 세라믹 사출 성형체에 포함된 결합제가 90%가 탈지되었다.1 is a result of degreasing the ceramic injection molded body having a thickness of 3 mm for 300 hours under a pressure of 150 bar and a temperature of 65 ° C. at an average flow rate of carbon dioxide of 1 L / min. 90% of the binder contained in the 3 mm thick ceramic injection molded body was degreased.

도 2는 이산화탄소의 평균 유속을 1 ℓ/분으로 하고, 170 bar의 압력과 65℃의 온도 조건에서 1시간 동안 탈지 공정을 시행한 결과, 크랙(crack)이 발생한 3 ㎜ 두께의 세라믹 사출 성형체의 이미지이다.FIG. 2 shows a 3 mm thick ceramic injection molded product in which cracking occurred as a result of performing a degreasing process for 1 hour at a pressure of 170 bar and a temperature of 65 ° C. with an average flow rate of carbon dioxide of 1 L / min. Image.

도 3은 이산화탄소의 평균 유속을 1 ℓ/분으로 하고, 200 bar의 압력과 65℃의 온도 조건에서 1시간 동안 탈지 공정을 시행한 결과, 크랙이 발생한 3 ㎜ 두께의 세라믹 사출 성형체의 이미지이다.3 is an image of a 3 mm-thick ceramic injection molded body having cracks as a result of performing a degreasing process for 1 hour at a pressure of 200 bar and a temperature of 65 ° C. at an average flow rate of carbon dioxide of 1 L / min.

도 4는 이산화탄소의 평균 유속을 1 ℓ/분으로 하고, 250 bar의 압력과 75℃의 온도 조건에서 1시간 동안 탈지 공정을 시행한 결과, 크랙이 발생한 3 ㎜ 두께의 세라믹 사출 성형체의 이미지이다.FIG. 4 is an image of a 3 mm thick ceramic injection molded body having cracks as a result of performing a degreasing process for 1 hour at a pressure of 250 bar and a temperature of 75 ° C. at an average flow rate of carbon dioxide of 1 L / min.

도 5는 30℃ 온도에서 12시간 동안 용매 추출법으로 탈지 공정을 실행한 6mm 두께 세라믹 사출 성형체의 전면 이미지이다. 30℃ 온도에서 12시간 동안 탈지시켰으며, 성형체에 포함된 파라핀 왁스 결합제 전체 무게 대비 19 중량%의 파라핀 왁스가 탈지되었다.FIG. 5 is a front image of a 6 mm thick ceramic injection molded body subjected to a degreasing process by solvent extraction for 12 hours at a temperature of 30 ° C. FIG. It was degreased at 30 ° C. for 12 hours, and 19% by weight of paraffin wax was degreased relative to the total weight of the paraffin wax binder included in the molded body.

도 6은 30℃ 온도에서 12시간 동안 용매 추출법으로 탈지 공정을 실행한 6mm 두께 세라믹 사출 성형체의 전면 이미지이다. 30℃ 온도에서 12시간 동안 탈지시 켰으며, 성형체에 포함된 파라핀 왁스 결합제 전체 무게 대비 20 중량%의 파라핀 왁스가 탈지되었다.FIG. 6 is a front image of a 6 mm thick ceramic injection molded body subjected to a degreasing process by solvent extraction for 12 hours at a temperature of 30 ° C. FIG. It was degreased at 30 ° C. for 12 hours, and 20% by weight of paraffin wax was degreased relative to the total weight of the paraffin wax binder included in the molded body.

도 7은 30℃ 온도에서 12시간 동안 용매 추출법으로 탈지 공정을 실행한 6mm 두께 세라믹 사출 성형체 2개의 하부 이미지이다.FIG. 7 is a bottom image of two 6 mm thick ceramic injection moldings subjected to a degreasing process with solvent extraction for 12 hours at a temperature of 30 ° C. FIG.

도 8은 이산화탄소의 평균 유속을 2 ℓ/분으로 하고, 250 bar의 압력과 75℃의 온도 조건에서 탈지시킨 부서진 6mm 두께의 세라믹 사출 성형체의 이미지이다.8 is an image of a broken 6 mm thick ceramic injection molded body degreased at a pressure of 250 bar and a temperature of 75 ° C. with an average flow rate of carbon dioxide of 2 l / min.

도 9는 이산화탄소의 평균 유속을 2 ℓ/분으로 하고, 250 bar의 압력과 75℃의 온도 조건에서 탈지시킨 부서진 6mm 두께의 세라믹 사출 성형체의 이미지이다.9 is an image of a broken 6 mm thick ceramic injection molded body degreased at a pressure of 250 bar and a temperature of 75 ° C. with an average flow rate of carbon dioxide of 2 l / min.

도 10은 이산화탄소의 평균 유속을 2 ℓ/분으로 하고, 150 bar의 압력과 55℃의 온도 조건에서 탈지시킨 부서진 6mm 두께의 세라믹 사출 성형체의 이미지이다.10 is an image of a broken 6 mm thick ceramic injection molded body degreased at a pressure of 150 bar and a temperature of 55 ° C. with an average flow rate of carbon dioxide of 2 l / min.

도 11은 이산화탄소의 평균 유속을 2 ℓ/분으로 하고, 150 bar의 압력과 55℃의 온도 조건에서 탈지시킨 부서진 6mm 두께의 세라믹 사출 성형체의 이미지이다.11 is an image of a broken 6 mm thick ceramic injection molded body degreased at a pressure of 150 bar and a temperature of 55 ° C. with an average flow rate of carbon dioxide of 2 l / min.

도 12는 본 발명의 실시예 1의 연속 가변 공정 조건하에서 탈지시킨 완전한 노즐 샘플의 전면 이미지이다. 12 is a front image of a complete nozzle sample degreased under the continuously variable process conditions of Example 1 of the present invention.

도 13은 본 발명의 실시예 1의 연속 가변 공정 조건하에서 탈지시킨 완전한 노즐 샘플의 하부 이미지이다.FIG. 13 is a bottom image of a complete nozzle sample degreased under the continuously variable process conditions of Example 1 of the present invention.

도 14는 이산화탄소의 평균 유속을 1 ℓ/분으로 하고, 250 bar의 압력과 75℃의 온도 조건에서 탈지시켰을 때 균열이 생긴 5 mm 두께의 금속 분말 사출 성형 체의 전면 이미지이다.FIG. 14 is a front image of a 5 mm thick metal powder injection molded body having a mean flow rate of carbon dioxide of 1 L / min and cracked when degreased at a pressure of 250 bar and a temperature of 75 ° C. FIG.

도 15는 이산화탄소의 평균 유속을 1 ℓ/분으로 하고, 250 bar의 압력과 75℃의 온도 조건에서 탈지시킨 부서진 5 mm 두께의 금속 분말 사출 성형체의 전면 이미지이다.FIG. 15 is a front image of a broken 5 mm thick metal powder injection molded body degreased at a pressure of 250 bar and a temperature of 75 ° C. with an average flow rate of carbon dioxide of 1 L / min.

도 16은 본 발명 실시예 4의 연속 가변 공정 조건하에서 탈지시킨 완전한 금속 분말 사출 성형체의 전면 이미지이다.FIG. 16 is a front image of a complete metal powder injection molding degreased under the continuously variable process conditions of Inventive Example 4. FIG.

Claims (13)

분말 사출 성형체에 초임계 이산화탄소를 접촉시켜서 상기 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제를 추출 및 분리하는 분말 사출 성형체의 탈지 방법에 있어서, 상기 초임계 이산화탄소를 이용하여 추출 및 분리하는 단계는 온도, 압력 또는 온도와 압력의 단계적(stepwisely) 변화 하에서 실시되는 것을 특징으로 하는 분말 사출 성형체의 탈지 방법.In the degreasing method of a powder injection molded body in which a supercritical carbon dioxide is contacted with a powder injection molded body to extract and separate a binder contained in the powder injection molded body, the step of extracting and separating using the supercritical carbon dioxide may be performed by using a temperature, pressure or A method of degreasing a powder injection molded body, characterized in that it is carried out under a stepwise change in temperature and pressure. 제 1 항에 있어서, 상기 분말은 금속 또는 세라믹 분말인 것을 특징으로 하는 분말 사출 성형체 탈지 방법.The powder injection molding degreasing method according to claim 1, wherein the powder is a metal or ceramic powder. 제 1 항에 있어서, 상기 분말 사출 성형체는 1 ㎜ 이상의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 분말 사출 성형체 탈지 방법.The powder injection molding degreasing method according to claim 1, wherein the powder injection molding has a thickness of 1 mm or more. 제 1 항에 있어서, 상기 결합제는 저분자 계열의 왁스류인 것을 특징으로 하는 분말 사출 성형체 탈지 방법.2. The powder injection molding degreasing method according to claim 1, wherein the binder is a low molecular weight wax. 제 4 항에 있어서, 상기 왁스류는 파라핀(paraffin)인 것을 특징으로 하는 분말 사출 성형체 탈지 방법.5. The powder injection molding degreasing method according to claim 4, wherein the wax is paraffin. 제 1 항에 있어서, 상기 초임계 이산화탄소는 0.5-10 ℓ/분의 유속으로 분말 사출 성형체에 접촉시키는 것을 특징으로 하는 분말 사출 성형체 탈지 방법.2. The powder injection molding degreasing method according to claim 1, wherein the supercritical carbon dioxide is brought into contact with the powder injection molding at a flow rate of 0.5-10 L / min. 제 1 항에 있어서, 상기 온도는 30-300℃인 것을 특징으로 하는 분말 사출 성형체 탈지 방법.2. The powder injection molding degreasing method according to claim 1, wherein the temperature is 30-300 deg. 제 7 항에 있어서, 상기 온도는 저온에서 고온으로 단계적으로 변화 하는 것을 특징으로 하는 분말 사출 성형체 탈지 방법.8. The powder injection molding degreasing method according to claim 7, wherein the temperature is gradually changed from low temperature to high temperature. 제 1 항에 있어서, 상기 압력은 50-500 bar인 것을 특징으로 하는 분말 사출 성형체 탈지 방법.The method of claim 1 wherein the pressure is 50-500 bar. 제 9 항에 있어서, 상기 압력은 저압에서 고압으로 단계적으로 변화 하는 것을 특징으로 하는 분말 사출 성형체 탈지 방법. The powder injection molding degreasing method according to claim 9, wherein the pressure is gradually changed from low pressure to high pressure. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은 초임계 이산화탄소를 이용하여 결합제를 분리 및 추출하는 경우 공용매를 이용하지 않는 것을 특징으로 하는 분말 사출 성형체 탈지 방법.The powder injection molding degreasing method according to claim 1, wherein the method does not use a cosolvent when separating and extracting the binder using supercritical carbon dioxide. 제 1 항 내지 제 11 항에 있어서, 상기 방법은 분말 사출 성형체에 초임계 이산화탄소를 1-50시간 접촉시키는 것을 특징으로 하는 분말 사출 성형체 탈지 방법.12. The method for degreasing the powder injection molded body according to claim 1, wherein the method comprises contacting the powder injection molded body with supercritical carbon dioxide for 1 to 50 hours. 제 1 항 내지 제 12 항에 있어서, 상기 탈지 방법은 분말 사출 성형체에 포함되어 있는 결합제를 50 중량% 이상 탈지시키는 것을 특징으로 하는 분말 사출 성형체 탈지 방법.The method for degreasing the powder injection molded body according to claim 1, wherein the degreasing method degreases at least 50% by weight of the binder contained in the powder injection molded body.
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