KR20180133468A - 주조 산업용 몰딩의 제조를 위한 충전제로서 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체의 용도 - Google Patents

주조 산업용 몰딩의 제조를 위한 충전제로서 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체의 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주조 산업용 몰딩을 제조하기 위한 충전제로서 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체의 용도; 충전제로서 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체 및 바인더를 포함하고, 바인더는 물유리, 페놀-포름알데히드 수지, 반응물로서 폴리이소시아네이트 및 자유 히드록실 기(OH기)를 함유하는 폴리올 성분을 포함하는 2-성분 시스템, 및 녹말로 이루어진 군에서 선택되는 주조 산업용 몰딩 제조용 조성물; 그리고 또한 주조 산업용 몰딩; 및 주조 산업용 몰딩의 제조방법에 관한 것이다.

Description

주조 산업용 몰딩의 제조를 위한 충전제로서 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체의 용도
본 발명은 주조(foundry) 산업용 몰딩(molding)을 제조하기 위한 충전제(filler)로서 팽창 펄라이트(expanded perlite)의 밀폐-기공(closed-pore) 미소구체(microsphere)의 용도, 주조 산업용 몰딩을 제조하기 위한 조성물, 주조 산업용 몰딩, 및 주조 산업용 몰딩의 제조방법에 관한 것이다.
주조 산업에서 성형된 금속성 부품의 제조에서, 액체 금속은 주조(casting) 몰드(mold)에 도입되고, 여기서 응고된다. 응고 공정은 금속 부피에서의 감소를 수반한다; 일반적으로, 그러므로, 주물(casting)의 응고에서 부피 결손을 보상하기 위해, 그리고 주물에서 보이드(void) 형성을 방지하기 위해, 주조 몰드 내부 또는 그 위에 피더(feeder)가 사용된다. 피더는 주물, 또는 위험에 있는(at risk) 주물의 영역에 연결되고, 몰딩 캐비티(cavity)의 상부 및/또는 측면에 일반적으로 위치한다.
주조 산업용 피더를 제조하기 위한 기존 조성의 측면에서, 하기 2개의 주요 그룹에서 차이점이 도출된다:
A. 단열성(insulating) 화합물, 즉 단열성 피더 서라운드(surround) 또는 단열성 패드(pad) 또는 포켓(pocket) 제조용 성형 및 경화 가능한 조성물(화합물). (경화된) 단열성 재료는 온도 평형이 일어날 때까지, 몰드로부터 주조 중에 액체 금속으로부터 우선 어느 정도 열을 흡수하고; 이 시점부터 앞으로, 단열성 재료는 추가 열 손실에 대해 특정 시간 동안 액체 주조 금속을 보호한다. 따라서 단열성 화합물로부터 형성된 단열성 포켓 또는 피더는 응고의 시작을 지연하고 주물의 조밀한 공급(dense feeding)을 촉진한다. 단열성 화합물은 일반적으로 적어도 하나의 입자상(과립상) 충전제 및 바인더를 포함한다.
B. 발열성(exothermic) 피더 가열(heating) 화합물, 즉 몰드로부터 주조 중에 알루미노서멀(aluminothermal) 또는 유사 반응의 결과로서 자신을 가열하는 성형 및 경화 가능한 발열성 조성물(화합물). 발열성 피더 가열 화합물(발열성 몰딩 재료로도 불림)로부터, 몰드로 삽입되고 용융물(melt)과 접촉하여 열을 발생시킬 수 있는 피더를 제조하는 것이 가능하다. 이 열의 전달은 가열 화합물에서 알루미노서멀 또는 유사 전환 반응 때문에 일어난다. 예외적인 경우에서, 방출된 열은 피더에서 액체 금속을 가열하는 역할을 하지만, 어떤 경우에는 열 손실의 (부분) 보상을 하는 역할을 한다. 발열성 가열 화합물을 갖는 피더가 사용될 경우, 금속은 단열성 화합물(상기 A 참조) 기반 피더와 비교하여 더 오래 액체로 남는다. 따라서 주물의 조밀한 공급이 개선될 수 있고, 원할 경우, 작은 피더가 사용될 수 있으며, 이에 따라 순환 작용을 낮추고 주조 회수율(casting yield)을 증가시킬 수 있다. 그러나 발열성 피더 가열 화합물은 단열성 화합물보다 훨씬 더 비싸다. 발열성 피더 가열 화합물은 일반적으로 적어도 하나의 입자상(과립상) 충전제, 바인더, 상대적으로 고-분율의 산화 가능한 금속, 산화 가능한 금속을 위한 산화제(예를 들어, 산화철 및/또는 산화망간, 질산칼륨 또는 질산나트륨), 및 또한 점화제(igniter)를 포함한다. 산화 가능한 금속은 바람직하게는 비금속(base metal)이다. 산화 가능한 금속은 더욱 바람직하게는 알루미늄, 마그네슘, 칼슘 및 실리콘으로 이루어진 군에서 선택된다.
피더 제조용 피더 화합물에서, 그리고 이 화합물로부터 제조된 피더 자신에서, 고온 안정성 및 경량과 함께 효과적인 단열성을 나타내기 위해, 입자상(과립상) 충전제로서 경량 충전제를 사용하는 것이 일반적인 관행이다.
DE 10 2005 025 771은 중공 세라믹 구체(sphere), 0.3 g/㎤ 미만의 부피 밀도(bulk density)를 갖는 중공 유리 구체, 경화된 바인더, 및 선택적으로 섬유 재료를 포함하는 단열성 피더를 개시한다. DE 10 2005 025 771의 피더는 선택적으로 충전제로 불릴 수 있는 재료를 추가로 포함한다.
산업적 관행에서, 구체(특히 비산재(flyash)의 구체)는 피더에 자주 이용된다. 이 구체는 특히 Al2O3 함량에 따라 그리고 알칼리 금속과 알칼리 토금속 및 또한 철과 같은 동반 금속의 분율에 따라 다른 품질 수준으로 분류될 수 있다. 특히, 구리, 철 및 스틸 주조 적용에서, 관행상 요구되는 구체 품질은 특히 높다; 그러나 이러한 품질은 부피의 측면에서 제한되고 및/또는 매우 비싸며, 그래서 재현 가능하게 이용 가능한 대체물에 대한 지속적인 수요가 있다.
경량 충전제의 공지된 예는 Liaver의 팽창(expanded) 유리 및 Poraver의 발포(foamed) 유리, Omega의 타입 K20의 중공 유리 구체, 및 또한 개방-기공(open-pore) 팽창 펄라이트를 포함한다. 펄라이트는 산성 화산암인 유문암(rhyolite)의 그룹으로 분류된다. 펄라이트는 약 900-1000　kg/㎥의 부피 밀도를 갖는 완두콩 크기까지의 유리상(glasslike), 그레인-쉘(grain-shell) 비드(bead)로 구성된다. 펄라이트는 물을 함유하는데, 화염용 분류층(entrained flow)에서의 산업적 조작에서, 선택적으로는 공기, 산소-농후 공기 또는 산소의 도입으로, 증발되어 펄라이트의 팽창을 유발한다. 열처리는 약 350℃부터 1150℃까지의 온도 범위에서 통상적으로 수행된다. 이 공정의 과정에서, 펄라이트는 원래 부피의 20배까지 팽창한다. 팽창 공정은 개방-기공 구결정(spherulite) 구조를 형성하고, 팽창된 개방-기공 펄라이트는 입자 크기에 따라 50 내지 500 kg/㎥의 부피 밀도를 갖는다. 유리상 베이스 재료 및 팽창된 구조 때문에, 개방-기공 팽창 펄라이트는 약 0.05 내지 0.09　W/mK의 매우 낮은 열전도도를 나타낸다. 낮은 부피 밀도 및 낮은 열전도도 때문에, 개방-기공 팽창 펄라이트는 건축-재료 산업에서 단열재로 이용되지만, 1100℃까지의 온도에서 사용되는 단열성 벽돌용 내화물 산업에서도 이용된다. 또한, 예를 들어 DE 2121353 A(Baur), WO 2006/097278 A1(AS Lungen) 및 US 2003/0032701 A1(Gough)에 피더에서의 개방-기공 팽창 펄라이트의 용도가 공지되어 있다. 공극률의 명확한 기재 없이, 재료가 "팽창 펄라이트"를 포함하는 것으로 기술될 경우, 해당 재료는 항상 팽창 개방-기공 펄라이트인 것으로 추정되어야 하는데, 그 이유는 수년 전까지 이것이 팽창 펄라이트의 유일한 형태이었기 때문이다.
펄라이트의 밀폐-셀(closed-cell) 팽창을 위한 공정은 EP 2 697 181 A1(출원의 공개일: 2014년 2월 19일)에서 아마도 처음으로 기술된다. 상기 문헌의 [0005] 및 [0006] 단락은 그때에 종래기술에서 공지된 펄라이트 퍼니스(furnace)가 어떻게 개방-기공 과립(granule)을 형성하는지를 기술한다. EP　2　899　174　A2(출원일: 2015년 1월 2일)에서 기재되어 있듯이, 펄라이트의 팽창은 수년간 알려졌었지만, 기존 팽창 방법은 개방-셀 리븐(riven) 펄라이트를 형성하였다(단락 [0019]).
DE 11 2011 103 297 T5는 융합(fusional) 주조 공정에서 피더로 사용되고 벽과 주물사(molding sand) 사이의 열 손실을 감소시킬 수 있는 복합체 층을 포함하는 부싱(bushing)을 기술한다. 기술된 충전제는 중공 미소구체 또는 기타이고, 대안적으로 예를 들어 팽창 펄라이트와 같은 다른 재료이다. DE 11 2011 103 297 T5에서 사용된 용어 "팽창 펄라이트"는 개방-셀 또는 개방-기공 리븐 펄라이트를 의미하는 것으로 추정될 수 있는데, 그 이유는 공개된 문서가 밀폐-기공 펄라이트를 위한 첫 번째 제조방법을 개시하기 오래 전에 작성되었기 때문이다.
EP 0 140 900 B1은 팽창 펄라이트 입자의 균질 혼합물로 구성되는 단열 플레이트의 용도를 개시한다. 팽창 펄라이트 입자의 공극률이 구체적으로 기재되지 않았지만, 사용된 펄라이트는 개방-셀 또는 개방-기공, 리븐 펄라이트이었던 것으로 추정되어야 한다; 상기 관측과 비교해라. 주조 산업용 몰딩을 제조하기 위한 이러한 펄라이트의 용도가 기술되어 있지 않다.
AT 371 092 B는 펄라이트의 밀폐 미소구체를 제조하는 공정을 기술한다. 그러나 제조된 밀폐 미소구체는 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체가 아니고, 대신에 특정 벽 두께로 펄라이트의 외부 쉘(shell)을 갖는 중공 미소구체이고 그렇지 않으면 중공 (구체 입자)이다.
"내화성, 발열성, 단열성 몰딩"이란 제목을 갖는 AT 372 367 B는 팽창 펄라이트의 용도를 기술한다. 용어 "팽창 펄라이트"는 개방-셀 또는 개방-기공, 리븐 펄라이트를 의미하는 것으로 추정되어야 하는데, 그 이유는 공개된 문서가 밀폐-기공 펄라이트를 위한 첫 번째 제조방법을 개시하기 오래 전에 작성되었기 때문이다.
US 4,183,980 및 US 4,255,489는 폴리디메틸실록산으로 코팅된 펄라이트를 기술한다. 이 코팅된 펄라이트는 플라스틱의 밀도를 감소시키기 위해 플라스틱용 충전제로 사용된다. 개시된 코팅된 펄라이트는 "비-다공성"인 것으로 언급되어 있다.
EP 0 353 860은 구형 펄라이트이고 다공성이지 않은 팽창 펄라이트를 기술한다. 상기 문헌에서 기재되어 있듯이, 제조된 입자는 수많은 적용을 위해 충전제로서 사용될 수 있다. 그러나 주조 산업용 몰딩을 제조하기 위한 펄라이트의 용도는 기술되어 있지 않다.
DE 2121353 A는 펄라이트로 구성되는 중공 비드의 용도를 기술하는데, 이 중공 비드의 표면은 내화성 코팅을 구비하였다. 내화성 코팅의 결과로서, 중공 비드의 온도 안정성이 개선되고, 개방-기공 펄라이트의 외부 기공이 밀폐되며, 이에 따라 바인더의 양에서의 감소를 허용하는데, 그 이유는 바인더가 펄라이트의 기공으로 들어가지 않기 때문이다.
WO 2006/097278 A1은 연속적인 개방 기공 구조를 갖는 다공성 내화성 물질을 포함하는 주조 산업용 몰딩 제조용 몰딩 화합물을 기술한다. 연속적인 개방 기공 구조를 갖는 다공성 내화성 물질로서, 부석(pumice), 팽창 혈암(shale), 질석(vermiculite), 보일러 샌드(boiler sand) 또는 발포 용암(lava)과 함께, 펄라이트도 언급된다.
US 2003/0032701 A1은 0.4 g/㎤ 미만의 부피 밀도를 갖는 내열성 경량 충전제를 포함하는 내열성 단열 재료를 기술하는데, 경량 충전제는 가능하게는 하소된 규조토(calcined kieselguhr), 규조토, 팽창 질석 또는 펄라이트를 포함한다. 주조 산업에서 단열 재료의 용도는 기술되어 있지 않다.
최근 몇 년에 걸쳐 주조 산업에서 지속적인 발전의 결과로서, 사용되는 피더 재료에 부과된 요건은 현저하게 증가하였다. 요즘에는, 예를 들어, 주조 산업에서 고압 몰딩 유닛의 점점 빈번한 이용 때문에, 피더는 수년 전보다 현저하게 높은 압력을 견디도록 요구된다. 더구나, 특히 하부 피더 부품이 상부 피더 부품으로 삽입되는 피더에서의 용도를 위해, 높은 탄성계수와 함께 고강도에 대한 수요가 있다. 이러한 종류의 피더는 CHEMEX GmbH(독일)의 상표명 "Telespeiser"로 상업적으로 이용 가능하고, 예를 들어 EP 1184104 B1에 더욱 상세하게 기술되어 있다.
지금까지 제조된 개방-기공 팽창 펄라이트는 피더 재료에 대해 요청된 높아진 요건을 충족할 수 없었고, 따라서 추가 변경 없이 피더에 사용되기에 부적합한 것으로 드러났다.
따라서, 본 발명의 목적은 현재 지배적으로 사용되는 경량 충전제에 대해 적어도 부분적인 대체물로서 사용될 수 있고, 바람직하게는 제조된 성형 부품의 강도 및 탄성계수에서 개선이 있으며, 몰딩의 부품에 더 좋은 단열 효과가 있는 몰딩 제조용 경량 충전제를 제공하는 것이다. 이 경량 충전제는 일관된 품질로 높은 이용 가능성을 특징으로 한다.
제기된 목적은 본 발명에 따라 주조 산업용 몰딩 제조용 충전제로서 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체의 용도에 의해 달성된다.
팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체는 중량에서 엄청나게 가볍다. 펄라이트의 팽창은 수년간 알려졌다. 그러나 현재까지의 팽창 방법은 개방-기공 리븐 펄라이트를 형성한다. 밀폐된 캐비티를 갖는 구체로 구성되는, 팽창 펄라이트의 혁신적인 밀폐-기공 미소구체가 본 발명에서 이용되는데, 캐비티는 채널(channel) 또는 개구(opening)를 통해 서로 연결되지 않는다. 이러한 혁신적인 펄라이트의 제조공정은 복수의 온도 영역을 갖는 다운파이프(downpipe)-타입 퍼니스에서 다단계로 수행된다. 이 공정에서, 먼저 펄라이트 모래는 입도 프로파일(grading profile)에 의해 다른 입자 크기들로 분류된다. 이후, 각 개별 입자 크기가 트리클(trickle) 채널에서, 온도 상승을 특징으로 하는 복수의 온도 영역에 노출됨으로써, 펄라이트 입자가 팽창되도록 한다.
놀랍게도, 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체를 충전제로서 포함하는 주조 산업용 몰딩은 특히 우수한 특성을 갖는 것으로 자체 조사에서 밝혀졌다. 특히, 몰딩은 개선된 안정성 및 단열 효과를 특징으로 한다.
볼-형태(ball-like)이고 외부 쉘만 지니는 구형 입자와는 대조적으로, 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체는 미소구체 내부에서 개별 기공의 벽으로부터 형성된 구조를 갖는다. 그 결과, 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체를 충전제로서 포함하는 몰딩은 큰 안정성을 갖는다.
놀랍게도, 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체는 개방-기공 리븐 펄라이트와 비교하여 더 큰 안정성을 갖고, 몰딩을 제조하기 위해 더 적은 바인더가 필요한 것으로 드러났다. 따라서, 정해진 양의 바인더에 대해, 얻어진 몰딩에서 더 큰 강도를 얻는 것이 가능하거나, 정해진 또는 약간 증가한 강도를 위해 소량의 바인더가 필요하다.
펄라이트는 화산 활동이 있는 영역에서 생성되는 암석이고, 화산 활동 때문에 끊임없이 재생된다. 가장 중요한 펄라이트 자원은 지중해 영역, 북 및 중앙아메리카, 폴리네시아, 뉴질랜드 및 중국에서 발견된다. 따라서 펄라이트의 이용 가능성은 높다.
본 발명에 따른 용도에서 바람직하게는, 미소구체는 펄라이트 모래가 다단 온도 영역을 갖는 트리클 채널에서 팽창되고, 트리클 채널의 온도 영역은 바람직하게는 전기적으로 가열되는 공정에 의해 얻어질 수 있다.
개방-기공 팽창 펄라이트의 제조를 위해 흔히 이용되는 산업적 조작에서, 펄라이트 모래는 화염을 통한 분류층에서, 선택적으로는 공기, 산소-농후 공기 또는 산소의 도입으로, 또는 향류 원리에 따른 열풍 기체(hot gas)의 흐름에서 팽창된다. 이런 식으로 팽창 공정의 정밀한 온도 제어를 수행하는 것이 가능하지 않은 것으로 밝혀졌다. 따라서 팽창 공정 중에 펄라이트 모래는 화염을 통한 분류층에서 가열되지 않고 및/또는 화염에 의해 가열되지 않으며 및/또는 열풍 기체의 흐름에서 가열되지 않는 것이 바람직하다.
펄라이트 모래는, 다단 온도 영역에서의 처리 이전에, 다른 입자 크기들로 분류되고, 특정 입자 크기를 갖는 펄라이트 모래만이 사용되는 것이 본 발명에 따라 바람직하다. 다른 입자 크기로의 분류는 바람직하게는 입도 프로파일에 의해 달성된다.
팽창 공정에 사용되는 펄라이트 모래의 표적화된 제어에 의해, 팽창 펄라이트의 입자 크기를 제어하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 용도에서 바람직하게는, 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체는 180 내지 300　㎛, 바람직하게는 190 내지 270　㎛, 더욱 바람직하게는 200 내지 250 ㎛의 입자 크기 d50을 갖는다.
본 발명에 따라 바람직한 본 발명에 따른 용도에서, 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체는
(a) 20 내지 170　㎛, 바람직하게는 80 내지 160　㎛, 더욱 바람직하게는 100 내지 140 ㎛의 입자 크기 d10을 갖고
및/또는
(b) 280 내지 600　㎛, 바람직하게는 290 내지 450　㎛, 더욱 바람직하게는 300 내지 400 ㎛의 입자 크기 d90을 갖는다.
입자 크기는 DIN 66165에 따른 체(sieve) 분석에 의해 측정된다.
자체 조사에서 드러난 바와 같이, 놀랍게도, 상기 특정된 입자 크기를 갖는 팽창 펄라이트의 용도는 주조 산업용 몰딩의 제조에 특히 유리하다.
본 발명의 목적에 특히 유리한 용도에서, 미소구체는 그 표면에서 밀폐된다.
따라서 본 발명의 목적에 유리한, 주조 산업용 몰딩 제조용 충전제로서 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체의 용도에서, 미소구체는 그 표면에서 밀폐된다.
본 발명의 특정 실시형태에서, 바람직한 미소구체는 그 표면에서 밀폐되고, 표면이 무정형 및 비결정질 상태로 존재하는 것들이다.
개방-기공 리븐 펄라이트와 대조적으로, 밀폐된 표면을 갖는 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체는 몰딩 제조에 더 적은 바인더가 필요하다는 이점을 갖는 것으로 놀랍게도 드러났다. 그 결과, 더 적은 바인더가 사용될 수 있거나, 정해진 양의 바인더에 대해 획득된 부착력이 더 좋다. 밀폐된 표면 때문에, 또한, 미소구체는 더 큰 강도를 획득한다. 또한, 이러한 미소구체는 특히 우수한 단열 효과를 나타내는 것으로 놀랍게도 드러났다.
개방-기공의 통상적인 팽창 펄라이트와 비교하여, 본 발명에 따른 용도용 펄라이트는 밀폐-기공 구체 표면 및 현저하게 더욱 안정한 내부 입자 구조로 구별된다. 밀폐-기공 펄라이트는 서로 분리된 기공을 갖는 밀폐 발포 구조를 갖고, 거의 매끄러운 표면을 갖는다.
본 발명에 따른 바람직한 용도에서, 미소구체는 1.8 초과, 바람직하게는 2.5 초과, 더욱 바람직하게는 3.0 초과, 매우 바람직하게는 4.0 초과, 특히 바람직하게는 5.0 초과의 순수(pure) 밀도 대 겉보기(apparent) 밀도의 비율을 갖고, 겉보기 밀도 및 순수 밀도는 헬륨 비중계(pyknometer)로 측정된다.
순수 밀도는 존재하는 캐비티의 부피의 고려 없는, 미소구체의 재료 부분의 밀도를 의미한다. 순수 밀도는 입자가 더 이상 어떠한 기공도 포함하지 않을 때까지 재료를 세분(comminuting) 및 분쇄(grinding )함으로써 측정된다. 이후, 세분 및 분쇄된 물질의 밀도는 헬륨 비중계에 의해 측정된다. 헬륨은 불활성 기체이고 극히 작은 분자 직경을 가져서, 샘플에서 모든 접근 가능한 캐비티를 채우기 때문에 사용된다.
겉보기 밀도는 기공 공간을 포함하는 부피에 근거한 다공성 고체의 밀도이다. 미소구체의 겉보기 밀도는, 미소구체가 세분되거나 분쇄되는 일 없이, 헬률 비중계로 측정된다.
순수 밀도 대 겉보기 밀도의 높은 비율은 다공성 물체의 밀폐-기공 성질의 척도이다.
또한, 본 발명에 따른 바람직한 용도에서, 밀폐-기공 미소구체는 70% 초과, 바람직하게는 75% 초과, 더욱 바람직하게는 80% 초과의 공극률을 갖는다.
이 경우에서 공극률은 공극률 = (1 - 겉보기 밀도 / 순수 밀도) × 100%의 통상적인 공식에 따라 계산되고, 물질의 캐비티 부피 대 전체 부피의 비율을 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 바람직한 용도에서, 바람직하게는 그 표면에서 밀폐된 밀폐-기공 미소구체는 2.0 ml/g 미만, 바람직하게는 1.5 ml/g 미만, 더욱 바람직하게는 1.3 ml/g 미만, 매우 바람직하게는 1.2 ml/g 미만의 300초 후 Enslin 흡수율(water absorption)을 갖는다. 여기서 절차 및 평가는 DIN 18132:12-04에 따른다.
흡수율의 측정은 기술자에게 익숙하다. 이 방법은 Enslin 장치로 알려진 장치를 이용하고, 이 장치에서 유리 흡인(suction) 필터가 튜브를 통해 눈금 표시 피펫(graduated pipette)에 연결된다. 피펫은 정확하게 수평으로 장착되므로, 유리 프릿(frit)과 동일한 높이에 있다. 따라서 1.5 ml/g의 흡수율은 1 g의 미소구체 당 1.5 ml의 물의 흡수율에 해당한다.
본 발명에 따른 미소구체의 특히 바람직한 용도에서, 미소구체는 1.3 N/㎟ 초과, 바람직하게는 1.6 N/㎟ 초과, 더욱 바람직하게는 1.9 N/㎟ 초과, 매우 바람직하게는 3 N/㎟ 초과의 입자 강도를 갖는다.
입자 강도는 DIN EN 13055-1 부록 A, 방법 1(0.5 mm 진폭으로 2*30초 흔들기)에 근거한 방법으로 측정되었다.
높은 입자 강도를 갖는 미소구체의 사용을 통해 - 다른 이점과 함께 - 몰딩의 강도 저하 없이, 주조 산업용 몰딩(바람직한 몰딩과 관련해서는, 하기 참조)에서 미소구체의 양을 증가시키는 것이 가능하다. 그 결과, 몰딩은 금속 용융물의 메탈로스태틱(metallostatic) 압력을 견딜 수 있다.
본 발명에 따른 밀폐-기공 미소구체의 용도 중 하나의 실시형태에서, 미소구체는 0.07　W/mK 이하, 바람직하게는 0.06　W/mK 이하, 더욱 바람직하게는 0.05　W/mK의 열전도도를 갖는다.
본 발명에 따른 용도용 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체는 개방-기공 미소구체보다 현저하게 낮은 열전도도를 갖는 것으로 드러났다. 특히 피더에서 밀폐-기공 미소구체를 이용할 경우에, 낮은 열전도도 때문에, 피더의 단열 효과에 현저가 증가가 제공될 수 있다.
밀폐-기공 미소구체의 용도 중 하나의 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 미소구체는 500 kg/㎥ 미만의 부피 밀도, 바람직하게는 350 kg/㎥ 미만의 부피 밀도, 특히 300 kg/㎥ 미만의 부피 밀도를 갖는 것이 바람직하다.
밀폐-기공 미소구체의 용도 중 하나의 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 미소구체는 100 내지 500 kg/㎥의 부피 밀도, 바람직하게는 200 내지 350 kg/㎥의 부피 밀도, 더욱 바람직하게는 300 내지 350 kg/㎥의 부피 밀도를 갖는 것이 바람직하다.
부피 밀도는 DIN EN ISO 60 2000-1에 따라 측정된다.
500 kg/㎥ 미만의 낮은 부피 밀도에서, 본 발명에 따른 용도용 미소구체를 이용하여 제조된 성형 부품 및 조성물은 특히 낮은 밀도를 갖는다.
본 발명에 따른 바람직한 용도에서, 미소구체는 800℃ 초과, 바람직하게는 900 내지 1150℃, 더욱 바람직하게는 1050 내지 1100℃의 소결 온도를 갖는다.
본 발명에 따른 용도에서 바람직하게는, 미소구체는 0.5% 미만, 바람직하게는 0.3% 미만, 더욱 바람직하게는 0.05% 미만의 함수율(moisture content)을 갖는다.
너무 높은 함수율에서, 주조 산업에서 제조된 몰딩의 사용 중에, 스팀의 갑작스러운 방출이 있는 것이 가능하여, 주물 결함 및/또는 몰딩 손상 사례를 초래할 수 있거나, 높은 수분 함량의 경우에 폭발이 있을 수 있다.
개방-기공 리븐 펄라이트와 대조적으로, 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체는 매우 낮은 흡수성(water absorbency)을 갖는다. 흡수성과 관련하여 개방-기공 펄라이트를 개선하기 위해, 지금까지 펄라이트는 예를 들어 역청(bitumen)을 이용하여 피복되었다. 다른 변형예는 개방-기공 펄라이트를 파라핀으로 함침하거나 실리콘으로 향상시키는 것이다. 그러나 이런 식으로 처리된 펄라이트는 주조 산업용 몰딩 제조용 충전제로서 사용하기에 덜 적합한데, 그 이유는 이러한 처리에도 불구하고 이러한 제품의 압축 강도가 낮고, 또한 특정 제품에서 내열성이 충분히 높지 않기 때문이다. 밀폐-기공 미소구체는 첨가제 없이 제조되고 이에 따라 완전히 펄라이트로 구성되는 것이 본 발명에 따라 바람직하다. 더구나, 특별히 처리된 펄라이트는 비교적 비싸서, 처리된 펄라이트를 이용할 경우 경제적 불리함을 유발한다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시형태에 따르면, 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체는 SiO2, Al2O3 및 K2O, 바람직하게는 SiO2, Al2O3, K2O, Na2O, CaO 및 FeO를 포함한다.
이 경우에서 미소구체가 미소구체 전체 중량을 기준으로 60 내지 85 중량%의 SiO2, 9 내지 15 중량%의 Al2O3, 및 3 내지 7 중량%의 K2O; 바람직하게는 미소구체 전체 중량을 기준으로 60 내지 85 중량%의 SiO2, 9 내지 15 중량%의 Al2O3, 및 3 내지 7 중량%의 K2O, 1 내지 6 중량%의 Na2O, 0.1 내지 2 중량%의 CaO, 및 0.1 내지 2 중량%의 FeO를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시형태에 따르면, 미소구체는 팽창 유리와 조합되어 사용된다.
이 경우에서, 사용될 미소구체는 2개의 다른 입자 크기를 갖는 팽창 유리와 조합되어 사용되는 것이 특히 유리하고, 따라서 특히 바람직한 것으로 드러났다. 이 경우에서, 제1팽창 유리는 0.1 내지 0.3 mm의 범위에서 입자 크기를 갖고, 제2팽창 유리는 0.25 내지 0.5 mm의 범위에서 입자 크기를 갖는 것이 특히 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 용도에서 바람직하게는, 사용될 미소구체 및 팽창 유리 또는 모든 팽창 유리들 사이의 중량 비율은 1:1 내지 1:2, 바람직하게는 1:1.5 내지 1:1.9이다.
주조 산업용 몰딩 제조용 충전제로서 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체의 용도에서 본 발명에 따라 특히 바람직하게는, 미소구체는 그 표면에서 밀폐되고 1.9 N/㎟ 초과의 입자 강도를 가지며, 미소구체는 2개의 다른 입자 크기를 갖는 2개의 다른 팽창 유리와 조합되어 사용된다. 이 경우에서, 제1팽창 유리는 0.1 내지 0.3 mm의 범위에서 입자 크기를 갖고, 제2팽창 유리는 0.25 내지 0.5 mm의 범위에서 입자 크기를 가지며, 미소구체 및 팽창 유리의 혼합물은 콜드 박스(cold box) 공정에 의한 몰딩 제조에 사용되는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시형태에 따르면, 미소구체는 하소된 왕겨 재(rice husk ash)와 조합되어 사용된다.
또한, 본 발명에 따른 용도에서 바람직하게는, 미소구체는 팽창 유리 및 하소된 왕겨 재와 조합되어 사용된다. 이 경우에서 하소된 왕겨 재의 분율은 미소구체, 팽창 유리 및 하소된 왕겨 재의 전체 중량을 기준으로, 0.5 내지 5 중량%의 범위, 바람직하게는 1 내지 3 중량%의 범위에 있는 것이 특히 바람직하다. 이 경우에서, 바람직하게는, 미소구체 및 팽창 유리 또는 모든 팽창 유리들 사이의 중량 비율은 1:1 내지 1:2, 바람직하게는 1:1.5 내지 1:1.9이고, 팽창 유리는 바람직하게는 0.1 내지 0.3 mm의 범위에서 입자 크기를 갖는다. 미소구체, 팽창 유리 및 하소된 왕겨 재의 혼합물은 바인더로서 물유리(water glass)를 이용한 몰딩 제조에 특히 적합하다.
DE　10　2011　079　692에 기술된 하소된 왕겨 재를 이용하는 것이 바람직하다. 하소된 왕겨 재는 바람직하게는 DE 10 2011 079 692의 방법에 의해 제조된다.
또한, 본 발명에 따른 용도에서 바람직하게는, 미소구체는 유기 또는 무기 바인더와 또는 유기 또는 무기 바인더의 혼합물과 조합되어 사용되고, 바인더는 바람직하게는 물유리, 페놀-포름알데히드 수지, 반응물로서 폴리이소시아네이트 및 자유 히드록실 기(OH기)를 함유하는 폴리올 성분(바람직하게는 페놀 수지)을 포함하는 2-성분 시스템, 및 녹말로 이루어진 군에서 선택된다.
상술한 2-성분 시스템과 관련하여, 자유 히드록실 기는 히드록실 기가 에테르화되지 않은 것을 의미한다. 폴리올 성분으로서 사용될 수 있는 바람직한 페놀 수지는 예를 들어 EP 1 057 554 B1에 기술된 바와 같은 오르토-축합 페놀 레졸(ortho-fused phenolic resol)(벤질 에테르 수지로도 불림)이다. 용어 "오르토-축합 페놀 레졸" 또는 벤질 에테르 수지는, 기술자의 통상적인 이해에 따르면, 또한 교과서 "페놀 수지: 한 세기의 진보"(편집자: L. Pilato, 출판사: Springer, 출판연도: 2010년) 477페이지 및 그림 18.22에 따른 구조를 갖는 화합물, 그리고 또한 VDG [독일 자동차 제조사 협회] R 305 데이터 시트 "우레탄 콜드 박스 공정"(1998년 2월)에 따라 "벤질 에테르 수지(오르토-페놀 레졸)"로 언급되고 및/또는 섹션 2.2에 표시된 벤질 에테르 폴리올의 화학식 내에 있는 화합물을 포함한다.
반응물로서 폴리이소시아네이트 및 자유 히드록실 기(OH기)를 함유하는 폴리올 성분(바람직하게는 페놀 수지)을 포함하는 2-성분 시스템 중에서, 콜드 박스 바인더가 바람직하다. 콜드 박스 바인더는 미스트(mist) 또는 증기 형태(("가스처리(gassing)"))로 공급되는 3차 아민 촉매에 의해 경화되는 바인더이다.
2-성분 시스템의 개별 성분은 선택적으로 용매에서의 용액에 있다. 폴리올 성분 및 폴리이소시아네이트 성분용 용매를 선택할 경우, 용매가 반응에 영향을 줄 수도 있지만, 용매는 촉매의 존재하에 폴리이소시아네이트 및 폴리올 사이의 반응에 어떠한 관련 방식으로도 참여하지 않는 것이 보장되어야 한다. 콜드 박스 바인더 성분에 적합한 용매로서, 특히 a) 지방산 메틸 에스테르, 바람직하게는 유채씨유(rapeseed oil) 메틸 에스테르, 및/또는 b) 알킬 실리케이트(바람직하게는 테트라에틸 실리케이트(TEOS)), 알킬 실리케이트 올리고머, 또는 알킬 실리케이트 및/또는 알킬 실리케이트 올리고머의 대응 혼합물을 사용하는 것이 가능하다. 콜드 박스 바인더용 용매로서 알킬 실리케이트, 알킬 실리케이트 올리고머, 및 특히 테트라에틸 실리케이트(TEOS)의 사용은 예를 들어 EP　1　057　554　B1에 기술되어 있다. 지방산 메틸 에스테르 및 특히 유채씨유 메틸 에스테르의 사용은 EP 0 771 599 B2에 기술되어 있다.
본 발명에 따른 용도에서 바람직하게는, 미소구체는 유기 바인더, 바람직하게는 콜드 박스 바인더와 조합되어 사용되고, 콜드 박스 바인더는 유기 아민과의 가스처리에 의해 경화된다.
또한, 주조 산업용 몰딩은 단열성 또는 발열성 피더, 피더 서라운드, 피더 슬리브(sleeve), 피더 캡(cap), 충전 깔때기(filling funnel), 공급 요소(supply element), 및 가열 패드로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
비철(nonferrous) 주조용 단열성 또는 발열성 피더, 바람직하게는 알루미늄 주조용 단열성 피더를 제조하기 위한 본 발명에 따른 용도가 특히 바람직하다.
콜드 박스 공정, 바람직하게는 폴리우레탄 콜드 박스 공정에 의해 몰딩을 제조하기 위한 본 발명에 따른 용도가 특히 바람직하다. 본 발명에서, 콜드 박스 공정은 피더 제조를 위해 주로 차가운 - 즉, 가열되거나 뜨겁지 않은 - 몰드를 이용하여 피터를 제조하는 공정이다. 폴리우레탄 콜드 박스 공정은 종래기술에서 공지되어 있다 - 예를 들어 VDG [독일 자동차 제조사 협회] R 305 데이터 시트 "우레탄 콜드 박스 공정"(1998년 2월)을 참고해라.
폴리우레탄 콜드 박스 공정("우레탄 콜드 박스 공정"으로도 불림)에 의해 피더를 제조하기 위해, 우선 조성물(피더 화합물)은 본 발명에 따른 용도용 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체 및 선택적으로 다른 성분(예를 들어, 상술한 바와 다른 충전제)과 반응물로서 폴리이소시아네이트 및 자유 히드록실 기(OH기)를 함유하는 폴리올 성분(바람직하게는 페놀 수지)을 포함하는 2-성분 바인더 시스템의 두 성분을 혼합함으로써 제조된다. 이후, 몰딩 혼합물은 성형된다. 그 후, 3차 아민 촉매와의 간단한 가스처리로, 성형된 몰딩 혼합물이 경화된다. 이후, 피더는 몰드로부터 제거되어 사용될 수 있다.
비철 주조, 바람직하게는 알루미늄 주조용 주조 산업용 콜드 박스 공정에 의해 몰딩을 제조하기 위한, 그 표면에서 밀폐된, 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체의 본 발명에 따른 용도에서 특히 바람직하게는, 미소구체는 1.9 N/㎟ 초과의 입자 강도를 갖고, 2개의 다른 입자 크기를 갖는 팽창 유리와 조합되며, 제1팽창 유리는 0.1 내지 0.3 mm의 범위에서 입자 크기를 갖고, 제2팽창 유리는 0.25 내지 0.5 mm의 범위에서 입자 크기를 가지며, 제1팽창 유리 및 제2팽창 유리 사이의 중량 비율은 바람직하게는 1.5:1 내지 1:1.5, 바람직하게는 1.05:1 내지 1:1.05의 범위에 있고, 더욱 바람직하게는 1:1이며 및/또는 미소구체 및 팽창 유리 또는 모든 팽창 유리들 사이의 중량 비율은 1:1 내지 1:2, 바람직하게는 1:1.5 내지 1:1.9이다.
본 발명에 따른 다른 측면은 주조 산업용 몰딩을 제조하기 위한, 바람직하게는 주조 산업용 피더를 제조하기 위한, 더욱 바람직하게는 알루미늄 주조용 피더를 제조하기 위한 조성물에 관한 것이고, 상기 조성물은 충전제로서 (상술한 바와 같은) 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체 및 바인더를 포함하며, 바인더는 물유리, 페놀-포름알데히드 수지, 반응물로서 폴리이소시아네이트 및 자유 히드록실 기(OH기)를 함유하는 폴리올 성분(바람직하게는 페놀 수지)을 포함하는 2-성분 시스템, 및 녹말로 이루어진 군에서 선택된다. 바인더는 바람직하게는 유기 바인더, 더욱 바람직하게는 콜드 박스 바인더이다. 바인더는 바람직하게는 반응물로서 폴리이소시아네이트 및 자유 히드록실 기(OH기)를 함유하는 폴리올 성분(바람직하게는 페놀 수지)을 포함하는 2-성분 시스템을 포함하거나, 또는 물유리를 포함한다.
본 발명의 목적을 위해, 본 발명에 따른 용도용 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체에 대해 기술된 특징은 바람직하게는 본 발명의 바람직한 조성물에서도 실현된다.
본 발명에 따른 조성물에서 바람직하게는, 미소구체는 펄라이트 모래가 다단 온도 영역을 갖는 트리클 채널에서 팽창되고, 트리클 채널의 온도 영역은 바람직하게는 전기적으로 가열되는 공정에 의해 얻어질 수 있다.
본 발명에 따른 조성물에서 바람직하게는, 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체는 180 내지 300　㎛, 바람직하게는 190 내지 270　㎛, 더욱 바람직하게는 200 내지 250 ㎛의 입자 크기 d50을 갖는다.
본 발명에 따른 조성물에서 바람직하게는, 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체는
(a) 20 내지 170　㎛, 바람직하게는 80 내지 160　㎛, 더욱 바람직하게는 100 내지 140 ㎛의 입자 크기 d10을 갖고
및/또는
(b) 280 내지 600　㎛, 바람직하게는 290 내지 450　㎛, 더욱 바람직하게는 300 내지 450 ㎛의 입자 크기 d90을 갖는다.
본 발명에 따른 조성물은 조성물 전체 중량을 기준으로 적어도 30 중량%, 바람직하게는 40 중량%, 더욱 바람직하게는 60 중량%의 미소구체를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 조성물은
a) 산화제, 바람직하게는 질산칼륨 또는 질산나트륨, 그리고 금속 산화물 및 산화될 금속
및/또는
b) 상술한 바와 같은 미소구체가 아닌 구체 입자를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시형태에 따르면, 본 발명의 조성물은 비산재, 발포 유리, 규사, 하소된 규조토, 샤모트(schamotte), 근청석(cordierite), 멀라이트(mullite)의 구체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되고, 바람직하게는 팽창 유리, 근청석, 하소된 왕겨 재 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 성분을 포함한다.
본 발명의 조성물은 2개의 다른 입자 크기를 갖는 팽창 유리를 추가로 포함하는 것이 특히 바람직하다. 이 경우에서, 제1팽창 유리는 0.1 내지 0.3 mm의 범위에서 입자 크기를 갖고, 제2팽창 유리는 0.25 내지 0.5 mm의 범위에서 입자 크기를 갖는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 조성물에서 바람직하게는, 제1팽창 유리 및 제2팽창 유리 사이의 중량 비율은 1.5:1 내지 1:1.5, 바람직하게는 1.05:1 내지 1:1.05의 범위에 있고, 더욱 바람직하게는 1:1이며
및/또는
미소구체 및 팽창 유리 또는 모든 팽창 유리들 사이의 중량 비율은 1:1 내지 1:2, 바람직하게는 1:1.5 내지 1:1.9이다.
팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체를 포함하거나 이로 구성되는 본 발명에 따른 조성물에서 특히 바람직하게는, 미소구체는 그 표면에서 밀폐되고 1.9 N/㎟ 초과의 입자 강도를 가지며, 미소구체는 2개의 다른 입자 크기를 갖는 팽창 유리와 조합되어 존재한다. 여기서, 제1팽창 유리는 0.1 내지 0.3 mm의 범위에서 입자 크기를 갖고, 제2팽창 유리는 0.25 내지 0.5 mm의 범위에서 입자 크기를 가지며, 미소구체 및 팽창 유리의 혼합물은 콜드 박스 공정에 의한 몰딩 제조에 사용되는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시형태에 따르면, 본 발명의 조성물은 비산재, 발포 유리, 규사, 하소된 규조토, 샤모트, 근청석 및 멀라이트의 구체로 이루어진 군에서 선택되는 성분을 추가로 포함한다.
본 발명의 다른 측면은 상술한 바와 같은 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체를 이용하거나, 본 발명의 조성물을 이용하여 제조된 주조 산업용 몰딩에 관한 것이다.
본 발명과 관련하여 다른 측면은 주조 산업용 몰딩의 제조방법에 관한 것으로, 상기 방법은:
(a) 상술한 바와 같은 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체를 제조하거나 제공하는 단계;
(b) 단계 (a)에서 제조되거나 제공된 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체와 바인더 및 또한 선택적으로 다른 성분을 혼합하여 조성물을 형성하는 단계; 및
(c) 단계 (b)의 조성물을 성형 및 경화시켜 몰딩을 형성하는 단계
또는
(i) 본 발명의 조성물을 제조하거나 제공하는 단계; 및
(ii) 단계 (i)의 조성물을 성형 및 경화시켜 몰딩을 형성하는 단계를 포함한다.
여기서 기재된 선택적 다른 성분은
- 바람직하게는 비산재, 발포 유리, 규사, 하소된 규조토, 샤모트, 근청석, 멀라이트의 구체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되고, 바람직하게는 팽창 유리, 근청석, 하소된 왕겨 재 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 다른 충전제,
- 산화제, 바람직하게는 질산칼륨 또는 질산나트륨, 그리고 선택적으로 금속 산화물 및 산화제에 의해 산화되는 금속(바람직하게는 알루미늄, 마그네슘, 칼슘 및 실리콘으로 이루어진 군에서 선택됨)을 포함한다.
본 발명의 방법에서 특히 바람직하게는, 유기 또는 무기 바인더, 또는 유기와 무기 바인더의 혼합물이 단계 (b)에서 사용되고, 바인더는 바람직하게는 물유리, 페놀-포름알데히드 수지, 반응물로서 폴리이소시아네이트 및 자유 히드록실 기(OH기)를 함유하는 폴리올 성분(바람직하게는 페놀 수지)을 포함하는 2-성분 시스템, 및 녹말로 이루어진 군에서 선택된다.
본 발명의 방법에서 특히 바람직하게는, 유기 바인더, 바람직하게는 콜드 박스 바인더가 단계 (b) 또는 (i)에 사용되고, 단계 (c) 또는 (ii)에서 경화는 콜드 박스 공정에 따라 유기 아민과의 가스처리에 의해 수행된다.
본 발명에서 상기에서 바람직한 것으로 특정된 2개 이상의 측면은 바람직하게는 동시에 실현되고; 첨부된 청구범위에 나타나는 이러한 측면의 조합 및 대응 특징의 조합이 더욱 특히 바람직하다.
도 1은 본 발명의 실시예 2(inventive 3으로 표시; 굵은 파선) 및 비교예 2(standard formula 1로 표시; 연속적인 라인) 및 비교예 3(standard formula 2로 표시; 회색 파선)의 온도/시간 플롯을 나타낸다. 도면에 나타나듯이, 알루미늄 용융물의 온도는 제조되는 밀폐된 피더에서 오랫동안 유지되고, 달리 말하면 알루미늄 용융물은 더 천천히 냉각된다.
본 발명은 실시예에 의해 이하에서 더욱 상세하게 설명된다.
실시예:
측정 방법:
1. 입자 크기 측정:
밀폐-기공 미소구체의 입자 크기는 DIN 66165-2 (4.1987)에 따라 이의 방법 F(정지한 가스성 유체에서 교반되는 개별 체 또는 체 세트로 기계적 체 거름)를 이용하여 체 거름(sieving)에 의해 측정된다. 타입 RETSCH AS 200 컨트롤의 진동 체 거름 기계가 사용되고; 진폭은 레벨 1.8로 설정되며; 10초 간격마다 체 거름이 없고; 체 거름 시간은 5분이다.
2. 부피 밀도의 측정:
부피 밀도는 DIN EN ISO 60 2000-1에 따라 측정되었다.
3. 화학적 조성 및 형태의 측정:
샘플의 형태 분석은 SEM(Jeol, JSM 6510)에 의해 수행되었다. 화학적 조성 분석은 Oxford INCA의 EDX를 이용한 EDX 분석에 의해 수행되었다.
또한, 형태를 측정하기 위해, Visicam 3.0 카메라를 구비한 VisiScope ZTL 350 광 현미경이 이용되었다.
4. 입자 강도:
입자 강도는 DIN EN 13055-1 부록 A, 방법 1(0.5 mm 진폭으로 2*30초 흔들기)에 근거한 방법으로 측정되었다.
실시예 1 및 비교예 1:
하기 표에 명시된 성분들을 이용하여, 시험 막대들이 콜드 박스 공정(촉매 N,N-디메틸프로필아민)에 의해 제작되었고, 이들의 굴곡 강도는 VDG 표준 P 73, 방법 A(BOSCH Profi　67 믹서 사용, 주위 온도 및 주위 습도에서 처리, 래밍(ramming)에 의해 제조, 1시간 후 및 24시간 후에 포착된 시험 값, 각 경우에서 3회 측정)에 근거한 방법으로 저압 압력계 N(모터 구동)를 구비한 PFG 강도 시험 장치를 이용하여 측정되었다.
실시예 1에서, 0.25 mm의 입자 크기 d50(d10=0.14 mm, d90=0.40 mm) 및 300 g/l의 부피 밀도를 갖고 2.0 N/㎟의 입자 강도를 갖는 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체가 사용된다.
실시예 1 비교예 1
팽창 유리 0.1 - 0.3 mm 30.00 30.00
팽창 유리 0.25 - 0.50 mm 30.00 30.00
팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체 40.00 -
Cenolite P55120(개방-기공, 팽창 펄라이트) - 40.00
폴리이소시아네이트 성분
(Aktivator 6324, Huttenes-Albertus)		 8.00 8.00
벤질 에테르 수지 성분
(Gasharz 7241, Huttenes-Albertus)		 8.00 8.00
실린더의 질량 [g] 41.5 39
가스 투과율 95 105
굴곡 강도 1h [N/㎠] 260 120
270 120
270 110
평균 굴곡 강도 1h [N/㎠] 267 117
굴곡 강도 24h [N/㎠] 280 140
270 120
270 130
평균 굴곡 강도 24h [N/㎠] 273 130
실시예 1의 혼합물은 피더에 사용되기에 적합하다. 비교예 1의 혼합물은 불충분한 강도 때문에, 피더에 사용되기에 적합하지 않다.
실시예 2 및 비교예 2와 3:
하기 표에 표시된 성분들을 이용하여, 바닥이 밀폐된 피더 캡이 콜드 박스 공정(촉매 N,N-디메틸프로필아민)에 의해 각 조성물로부터 제작되었고, 피더 캡은 동일한 기하구조를 갖는 다른 조성물로부터 제작되었다.
제조된 피더 캡은 느슨한 규사층(loose quartz sand bed) 중심으로 성형되고 각 경우에서 중심에 코팅된 Pt/Rh.Pt 열전대가 제공된다. 이후, 피더 캡은 알루미늄 용융물(Al 226)로 충전되었고, 알루미늄 용융물의 욕(bath) 온도는 800℃이었다. 알루미늄 용융물이 피더 캡으로 부어진 후, 온도 프로파일이 기록된다.
실시예 2에서, 0.25 mm의 입자 크기 d50(d10=0.14 mm, d90=0.40 mm) 및 300 g/l의 부피 밀도를 갖고 2.0 N/㎟의 입자 강도를 갖는 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체가 사용된다.
실시예 2 비교예 2 비교예 3
구체 - 100.0 18.0
팽창 유리 0.25-0.5　mm 30.0 - 30.0
팽창 유리 0.1-0.3　mm 30.0 - 52.0
팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체 40.0 - -
전체 건조 혼합물 [질량%] 100.0 100.0 100.0
폴리이소시아네이트 성분
(Aktivator 6324, Huttenes-Albertus)		 8.0 8.0 7.5
벤질 에테르 수지 성분
(Gasharz 7241, Huttenes-Albertus)		 8.0 8.0 7.5
도 1은 실시예 2(inventive 3으로 표시) 및 비교예 2(standard formula 1로 표시) 및 비교예 3(standard formula 2로 표시)의 온도/시간 플롯을 나타낸다. 각 주조는 동일한 온도에서 수행되었다. 도면에서 볼 수 있듯이, 실시예 2의 본 발명 조성물은 비교예 2와 3의 조성물보다 더 좋은 단열 효과를 나타낸다.
실시예 3: 펄라이트의 Enslin 흡수율의 측정:
개방-기공 팽창 펄라이트(Cenolite P55120) 및 밀폐 표면을 갖는 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체의 흡수율은 Enslin의 방법에 의해 측정되었다. 측정은 Enslin 장치를 이용하여 0.5 g의 각 벌크 제품에 대해 이루어졌다. 결과는 하기 표에 요약된다.
경과 시간 [s] 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체의 흡수율 [ml/g] 개방-기공 팽창 펄라이트(Cenolite P55120)의 흡수율 [ml/g]
30 1.1 1.6
40 1.1 2.0
60 1.1 2.1
120 1.1 2.1
180 1.1 2.1
300 1.1 2.1
측정 결과가 명확하게 나타내듯이, 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체의 흡수율은 개방-기공 팽창 펄라이트의 흡수율의 단지 약 절반이다. 기대했던 대로, 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체의 경우에서보다 개방-기공 팽창 펄라이트의 개방 기공에 상당히 더 많은 물이 침투할 수 있다.

Claims (16)

  1. 주조 산업용 몰딩을 제조하기 위한 충전제로서 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체의 사용 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    미소구체는 펄라이트 모래가 다단 온도 영역을 갖는 트리클 채널에서 팽창되고, 트리클 채널의 온도 영역은 바람직하게는 전기적으로 가열되는 공정에 의해 얻어질 수 있는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    미소구체는 100 내지 400　㎛, 바람직하게는 150 내지 300　㎛, 더욱 바람직하게는 200 내지 250 ㎛의 입자 크기 d50을 갖는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    미소구체는 그 표면에서 밀폐되는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    미소구체는 1.8 초과, 바람직하게는 2.5 초과, 더욱 바람직하게는 4.0 초과의 순수 밀도 대 겉보기 밀도의 비율을 갖고, 겉보기 밀도 및 순수 밀도는 헬륨 비중계로 측정되는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    미소구체는 1.3 N/㎟ 초과, 바람직하게는 1.6 N/㎟ 초과, 더욱 바람직하게는 1.9 N/㎟ 초과의 입자 강도를 갖는 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    미소구체는 500 kg/㎥ 미만의 부피 밀도, 바람직하게는 350 kg/㎥ 미만의 부피 밀도, 특히 300 kg/㎥ 미만의 부피 밀도를 갖는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    미소구체는 비산재, 발포 유리, 규사, 하소된 규조토, 샤모트, 근청석, 멀라이트의 구체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 추가적인 성분과 조합되어 사용되는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    미소구체는 유기 또는 무기 바인더와 또는 유기 및 무기 바인더의 혼합물과 조합되어 사용되고, 바인더는 바람직하게는 물유리, 페놀-포름알데히드 수지, 반응물로서 폴리이소시아네이트 및 자유 히드록실 기(OH기)를 함유하는 폴리올 성분을 포함하는 2-성분 시스템, 및 녹말로 이루어진 군에서 선택되는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    주조 산업용 몰딩은 단열성 또는 발열성 피더, 피더 서라운드, 피더 슬리브, 피더 캡, 충전 깔때기, 공급 요소, 및 가열 패드로 이루어진 군에서 선택되는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    비철 주조용 단열성 또는 발열성 피더, 바람직하게는 알루미늄 주조용 단열성 피더를 제조하기 위한 방법.
  12. 주조 산업용 몰딩을 제조하기 위한, 바람직하게는 주조 산업용 피더를 제조하기 위한, 더욱 바람직하게는 알루미늄 주조용 피더를 제조하기 위한 조성물로서, 상기 조성물은 충전제로서 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체 및 바인더를 포함하고, 바인더는 물유리, 페놀-포름알데히드 수지, 반응물로서 폴리이소시아네이트 및 자유 히드록실 기(OH기)를 함유하는 폴리올 성분을 포함하는 2-성분 시스템, 및 녹말로 이루어진 군에서 선택되는 조성물.
  13. 제12항에 있어서,
    미소구체는 펄라이트 모래가 다단 온도 영역을 갖는 트리클 채널에서 팽창되고, 트리클 채널의 온도 영역은 바람직하게는 전기적으로 가열되는 공정에 의해 얻어질 수 있는 조성물.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    비산재, 발포 유리, 규사, 하소된 규조토, 샤모트, 근청석, 멀라이트의 구체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 성분을 추가로 포함하는 조성물.
  15. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체를 이용하거나, 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 이용하여 제조되는 주조 산업용 몰딩.
  16. (a) 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체를 제조하거나 제공하는 단계;
    (b) 단계 (a)에서 제조되거나 제공된 팽창 펄라이트의 밀폐-기공 미소구체와 바인더 및 또한 선택적으로 다른 성분을 혼합하여 조성물을 형성하는 단계; 및
    (c) 단계 (b)의 조성물을 성형 및 경화시켜 몰딩을 형성하는 단계
    또는
    (i) 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 제조하거나 제공하는 단계; 및
    (ii) 단계 (i)의 조성물을 성형 및 경화시켜 몰딩을 형성하는 단계를 포함하는 주조 산업용 몰딩의 제조방법.
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