KR20230128259A - 주조 산업에서 사용하기 위한 물품을 생산하기 위한 방법, 상응하는 몰드, 코어, 공급 요소 또는 몰딩 재료 혼합물, 및 장치 및 용도 - Google Patents

주조 산업에서 사용하기 위한 물품을 생산하기 위한 방법, 상응하는 몰드, 코어, 공급 요소 또는 몰딩 재료 혼합물, 및 장치 및 용도 Download PDF

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휴테네스 알베르투스 케미쉐 베르케 게젤샤프트 미트 베슈렝크터 하프퉁
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Abstract

본 발명은 몰드, 코어, 공급 요소 및 몰딩 재료 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 주조 산업에서 사용하기 위한 물품을 생산하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법은 하기 단계, 즉 (S1) 공간적으로 분리된 3개의 컨테이너 내의 성분으로서 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 하나의 성분 (A), 규산나트륨을 포함하는 제1 액체 성분 (B), 및 수상에 용해된 알루미네이트 이온을 포함하는 제2 액체 성분 (C)를 포함하는 결합제 시스템을 생산 또는 제공하는 단계; 및 (S2) 알루미네이트 이온 및 입자상의 무정형 이산화규소가 규산나트륨에 전적으로 또는 부분적으로 혼합된 몰딩 재료 혼합물을 생산하도록 하나 이상의 단계에서 몰드 베이스 재료 (D) 및 결합제 시스템의 상술한 성분 (A), 성분 (B) 및 성분 (C) 모두의 내용물을 소정의 수량 비율로 접촉시키는 단계를 가지며, 이때 단계 (S1) 및 단계 (S2)는 몰딩 재료 혼합물을 생산하기 위한 시스템에서 수행된다. 또한, 본 발명은 상응하는 몰딩 재료 혼합물뿐만 아니라, 장치 및 용도에 관한 것이다.

Description

주조 산업에서 사용하기 위한 물품을 생산하기 위한 방법, 상응하는 몰드, 코어, 공급 요소 또는 몰딩 재료 혼합물, 및 장치 및 용도
본 발명은 몰드, 코어, 공급 요소 및 몰딩 재료 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 주조 산업에서 사용하기 위한 물품을 생산하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 공정의 추가의 세부사항은 첨부된 청구범위 및 하기에 있는 설명으로부터 명백하게 될 것이다. 또한, 본 발명은 상응하는 몰드, 코어, 공급 요소 및 몰딩 재료 혼합물에 관한 것이다. 게다가, 본 발명은 본 발명의 공정을 수행하기 위한 기기, 및 본 발명의 공정을 수행하기 위한 본 발명의 기기의 상응하는 용도에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 경화된 결합제 시스템에 의해 결합된 몰드 베이스 재료를 포함하는 몰딩의 내습성을 증가시키기 위한 경화성 결합제 시스템의 제2 액체 성분으로서 수상에 용해된 알루미네이트 이온을 포함하는 액체 성분의 용도에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명의 공정을 이용하여 물품을 생산하기 위한 수상에 용해된 알루미네이트 이온을 포함하는 액체 성분의 용도에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 결합제를 생산하기 위한 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분, 제1 액체 성분 및 제2 액체 성분의 용도에 관한 것이다. 각각의 세부사항은 첨부된 청구범위 및 하기에 있는 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
희생 몰드(lost mold)에서의 주조는 준정형 성분(near-net-shape component)을 생산하기 위해 광범위하게 사용되는 공정이다. 주조 이후, 몰드를 파괴하고, 주조 부품을 제거한다. 희생 몰드는 주조 몰드이며, 따라서 원판(negatives)이 되고; 이들은 주조될 동공을 함유하며, 그 결과 완성형 주조 부품을 얻는다. 추후에 주조되는 부품의 내부 윤곽은 코어에 의해 형성된다. 주조 몰드를 생산할 때, 제작될 주조 부품의 모델은 몰딩 재료 내에 동공을 형성한다. DE 10 2017 107 531 A1 문헌의 단락 [0001] 내지 단락 [0005] 내의 관련 세부사항을 참조한다.
DE 10 2012 020 509 A1 문헌에는 금속 가공을 위한 주조 몰드 및 코어를 생산하기 위한 몰딩 재료 혼합물이 개시되어 있으며, 여기서 몰딩 재료 혼합물은, 적어도, 내화성 몰드 베이스 재료; 무기 결합제, 및 ZrO2 및 SiO2를 얻기 위한 ZrSiO4의 열적 파괴에 의해 생산 가능한 입자상의 무정형 SiO2를 포함한다. 또한, DE 10 2012 020 509 A1에는 몰딩 재료 혼합물이, 예를 들어 물유리를 기준으로 무기 결합제를 포함할 수 있다는 것이 개시되어 있다.
DE 10 2013 111 626 A1 문헌에는 몰드 또는 코어를 생산하기 위한 몰딩 재료 혼합물이 개시되어 있으며, 여기서 몰딩 재료 혼합물은, 적어도, 내화성 몰드 베이스 재료, 결합제로서의 물유리, 입자상의 무정형 이산화규소 및 하나 이상의 분말상 산화 붕소 화합물을 포함한다. 이 문헌에는 몰딩 재료 혼합물에 대한 붕소 화합물의 첨가가 이를 이용하여 생산된 코어의 수분 안정성을 개선시킨다는 것이 추가로 개시되어 있다.
DE 10 2013 106 276 A1 문헌에는 금속 가공을 위한 주조 몰드 및 코어를 생산하기 위한 몰딩 재료 혼합물이 개시되어 있으며, 여기서 몰딩 재료 혼합물은, 적어도, 내화성 몰드 베이스 재료; 및 입자상의 무정형 SiO2 및 1.9 내지 2.60, 바람직하게는 1.95 내지 2.40 및 보다 바람직하게는 2 내지 2.30의 [SiO2]/[M2O] 몰비를 갖는 유기 결합제로서의 물유리를 포함한다. 몰딩 재료 혼합물 내의 [Li2O]/[M2O] 또는 [Li2O활성]/[M2O] 몰비가 0.030 내지 0.17, 바람직하게는 0.035 내지 0.16 및 보다 바람직하게는 0.040 내지 0.14인 리튬 화합물. 이 문헌에는 몰딩 재료 혼합물에 대한 리튬 화합물의 첨가가 이를 이용하여 생산된 몰딩의 수분 안정성을 개선시킨다는 것이 추가로 개시되어 있다.
EP 1 802 409 B1 문헌에는 금속 가공을 위한 주조 몰드를 생산하기 위한 몰딩 재료 혼합물이 개시되어 있으며, 여기서 몰딩 재료 혼합물은, 적어도, 내화성 몰드 베이스 재료, 일정 비율의 입자상의 합성 무정형 이산화규소가 몰딩 재료 혼합물에 첨가되는 것을 특징으로 하는 물유리-기반 결합제를 포함하고; 단락 [0078]에는 실란의 첨가가 특히 높은 습도에 대한 저항성과 관련하여 강도에 대해 긍정적 효과를 갖는다는 것이 언급되어 있다.
EP 2 209 572 B1 문헌에는 금속 가공을 위한 주조 몰드를 생산하기 위한 몰딩 재료 혼합물이 개시되어 있으며, 여기서 몰딩 재료 혼합물은, 적어도, 내화성 몰드 베이스 재료; 물유리-기반 결합제; 이산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄 및 산화아연으로 이루어진 군으로부터 선택되는 일정 비율의 입자상 금속 산화물을 포함하며, 이때 몰딩 재료 혼합물에는 일정 비율의 적어도 하나의 계면활성제가 첨가된다. EP 2 209 572 B1 문헌의 단락 [0153]에 따르면, 고온 강도 및 코어 중량에서의 동시 증가를 관찰하는 것이 무정형 이산화규소 및 계면 활성 물질 둘 모두의 첨가를 통해 가능하지만, 저온 강도 및 수분 안정성도 또한 유리하다.
EP 2 104 580 B1 문헌에는 금속 가공을 위한 주조 몰드를 생산하기 위한 몰딩 재료 혼합물이 개시되어 있으며, 여기서 몰딩 재료 혼합물은, 적어도, 내화성 몰드 베이스 재료; 물유리-기반 결합제; 이산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄 및 산화아연으로 이루어진 군으로부터 선택되는 일정 비율의 입자상 금속 산화물을 포함하며, 이때 몰딩 재료 혼합물에는 탄수화물이 첨가된다. EP 2 104 580 B1 문헌의 단락 [0112]에는 탄수화물 화합물, 특히 덱스트린 화합물의 첨가가 놀랍게도 고온 강도의 증가를 초래한다는 것이 개시되어 있고; 생산된 코어의 저장 안정성의 개선이 또한 보고된 바 있다.
따라서, 선행 기술분야에는 물유리-기반 몰딩 재료 혼합물이 이미 개시되어 있다. 특정 베이스 제형에서 비롯하여 첨가제, 특히 리튬-함유 또는 붕소-함유 화합물의 첨가가 이를 사용하여 생산된 몰딩의 내습성(수분 안정성)을 개선시킬 수 있는 것으로 또한 알려져 있다.
본 발명의 기술분야에서는 일반적으로 양호한 내습성을 갖는 몰딩(주조 몰드, 코어 또는 공급 요소)이 생산 가능한 몰딩 재료 혼합물이 요구되고 있다.
현재까지, 특히 리튬 화합물 및 붕소 화합물이 높은 수분 안정성을 갖는 몰딩의 생산에 사용되었다.
그러나, 리튬 화합물의 사용은 연관된 높은 비용 및 제한된 이용 가능성으로 인해 주조 산업 분야에서 많은 경우에 문제가 있는 것으로 인식되고 있다. 몰딩 재료 혼합물에서의 리튬 화합물의 사용은 (리튬 화합물이 없는 달리 동일한 몰딩 재료 혼합물 또는 달리 동일한 몰딩과 비교하여) 많은 경우에 몰딩의 주조 시에 수득되는 금속 부품의 주조 표면에서의 열화를 추가로 초래하고; 이는 특히 침투 또는 샌드 접착 시에 나타난다.
또한, 주조 산업 분야에서 몰딩 재료 혼합물 내의 붕소-함유 화합물의 사용은, 붕소 화합물(예를 들어, 붕사)이 생산 독성이 있는 것으로 분류되므로 점점 불리한 것으로 간주된다.
따라서, 양호한 내습성을 갖는 몰딩(주조 몰드, 코어 또는 공급 요소)을 생산하는 것이 가능한 몰딩 재료 혼합물이 주조 산업 분야에서 특히 요구되고 있으며, 이의 구성성분은 존재하는 경우 기껏해야 극히 소량의 리튬-함유 또는 붕소-함유 화합물을 포함한다.
또한, 리튬 화합물 또는 붕소 화합물을 포함하는 알려진 몰딩 재료 혼합물로부터 생산된 몰딩(주조 몰드, 코어 또는 공급 요소)보다 더욱더 유리한 내습성을 갖는 몰딩(주조 몰드, 코어 또는 공급 요소)을 생산하는 것이 가능한 몰딩 재료 혼합물이 주조 산업 분야에서 요구되고 있다.
보다 구체적으로, 유리하게 높은 상대 몰딩 중량(코어의 경우 코어 중량) 및 유리하게 양호한 내습성을 동시에 갖는 몰딩 또는 코어를 생산하는 것이 가능한 몰딩 재료 혼합물이 주조 산업 분야에서 요구되고 있다.
보다 구체적으로, 유리하게 높은 상대 몰딩 중량(코어의 경우에 코어 중량) 및 유리하게 양호한 내습성을 동시에 가져서, 이들이 주조되는 경우, 특히 이들이 용융된 알루미늄 또는 용융된 알루미늄 합금을 이용하여 주조되는 경우에 수득되는 주조된 금속 부품의 높은 표면 품질을 초래하는 몰딩 또는 코어를 생산하는 것이 가능한 몰딩 재료 혼합물이 주조 산업 분야에서 요구되고 있다.
보다 구체적으로, 상술한 요구 모두 또는 일부를 충족시키고 주조에서 자원 효율적인 방식으로 생산될 수 있는 이 같은 몰딩 재료 혼합물이 요구되고 있다.
게다가, 본 발명의 분야에서 자원의 에너지 효율적 및 환경 보존적 사용에 대한 요구가 증가하고 있다.
본 발명은,
몰드, 코어, 공급 요소 및 몰딩 재료 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 주조 산업에서 사용하기 위한 물품을 생산하기 위한 공정,
- 주조에 사용하기 위한 몰드, 코어, 공급 요소 또는 몰딩 재료 혼합물,
- 몰드, 코어, 공급 요소 및 몰딩 재료 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 물품을 생산하기 위한 주조에서의 기기,
- 본 발명의 공정을 수행하기 위한 기기의 용도,
- 몰딩의 내습성을 증가시키기 위한 경화성 결합제 시스템의 액체 성분으로서 용해된 알루미네이트 이온을 포함하는 액체 성분의 용도,
- 몰드, 코어, 공급 요소 및 몰딩 재료 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 주조 산업에서 사용하기 위한 물품을 생산하기 위한 용해된 알루미네이트 이온을 포함하는 액체 성분의 용도, 및
- 결합제의 생산을 위한 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분, 제1 액체 성분 및 제2 액체 성분의 용도에 관한 것이다.
이들 범주 중 하나와 관련하여 설명되고 바람직한 것으로 지칭되는 특정 실시형태, 양태 또는 속성 각각은 또한 각각의 기타 범주에 상응하게 또는 유사하게 적용 가능하며, 그 반대로 적용 가능하다.
달리 명시하지 않는 한, 본 발명의 바람직한 양태 또는 실시형태 및 이들의 다양한 범주는 본 발명의 기타 양태 또는 실시형태 및 이들의 다양한 범주와 조합될 수 있으며, 특히 기타 바람직한 양태 또는 실시형태와 조합될 수 있다. 개별적으로 바람직한 양태 또는 실시형태를 다시 서로 조합하면 본 발명의 바람직한 양태 또는 실시형태가 얻어진다.
본 발명의 주요 양태에서, 몰드, 코어, 공급 요소 및 몰딩 재료 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 주조 산업에서 사용하기 위한 물품을 생산하기 위한 공정에 의해 상술한 문제점이 해결되고 목적이 달성되며, 이때 이 공정은,
(S1) 공간적으로 분리된 3개의 용기 내의 하기 성분을 포함하는 결합제 시스템을 생산 또는 제공하는 단계:
- 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A),
- 물유리를 포함하는 제1 액체 성분 (B),
및
- 수상에 용해된 알루미네이트 이온을 포함하는 제2 액체 성분 (C),
(S2) 알루미네이트 이온 및 입자상의 무정형 이산화규소가 물유리에 전적으로 또는 부분적으로 혼합된 몰딩 재료 혼합물을 얻기 위해 하나 이상의 단계에서 몰드 베이스 재료 (D) 및 결합제 시스템의 상기 성분 (A), 성분 (B) 및 성분 (C) 모두의 구성성분을 소정의 비율로 접촉시키는 단계를 포함하며,
이때 단계 (S1) 및 단계 (S2)는 몰딩 재료 혼합물을 생산하기 위한 시스템에서 실시된다.
본 발명의 공정은 상술한 단계 (S1) 및 단계 (S2)를 포함하며, 선택적으로 추가의 단계를 포함하며, 이로 인해 몰드, 코어, 공급 요소 및 몰딩 재료 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 주조 산업에서 사용하기 위한 물품이 얻어진다. 특히 몰드, 코어 및 공급 요소로 이루어진 군으로부터 선택되는 물품의 생산을 위해, 상술한 단계 (S1) 및 단계 (S2) 이 외에도 바람직하게는 추가의 특정 단계가 실시된다는 것이 본원에서 명백하게 될 것이다. 바람직한 추가적인 단계를 갖는 본 발명의 공정의 상응하는 구성이 하기에 추가로 설명되어 있다.
따라서, 본 발명의 공정의 제1 바람직한 구성은 몰딩 재료 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 주조 산업에서 사용하기 위한 물품을 생산하기 위한 공정이며, 이때 이 공정은,
(S1) 공간적으로 분리된 3개의 용기 내의 하기 성분을 포함하는 결합제 시스템을 생산 또는 제공하는 단계:
- 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A),
- 물유리를 포함하는 제1 액체 성분 (B),
및
- 수상에 용해된 알루미네이트 이온을 포함하는 제2 액체 성분 (C),
(S2) 알루미네이트 이온 및 입자상의 무정형 이산화규소가 물유리에 전적으로 또는 부분적으로 혼합된 몰딩 재료 혼합물을 얻기 위해 하나 이상의 단계에서 몰드 베이스 재료 (D) 및 결합제 시스템의 상기 성분 (A), 성분 (B) 및 성분 (C) 모두의 구성성분을 소정의 비율로 접촉시키는 단계를 포함하며,
이때 단계 (S1) 및 단계 (S2)는 몰딩 재료 혼합물을 생산하기 위한 시스템에서 실시된다.
특정한 경우, 몰딩 재료 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 주조 산업에서 사용하기 위한 물품을 생산하기 위한 공정은 단계 (S1) 및 단계 (S2)로 이루어져 있다.
DE 10 2012 020 509 A1 문헌에는 물유리가 다가 이온, 예를 들어 붕소 또는 알루미늄을 또한 함유할 수 있다는 것이 기재되어 있고; 이와 관련하여 EP 2 305 603 A1 문헌을 참고한다.
DE 10 2013 106 276 A1 문헌의 단락 [0052]에는 물유리-기반 결합제가 다가 이온, 예를 들어 붕소 또는 알루미늄을 또한 함유할 수 있다는 것이 기재되어 있고; 이와 관련하여 EP 2 305 603 A1 문헌을 참고한다. EP 2 305 603 A1 문헌에는 적어도 6개월 동안 20℃에서 저장 안정성을 갖는 실리케이트의 투명한 수용액(물유리)을 생산하기 위한 공정이 개시되어 있다.
WO 2018/185251 문헌에는 하나 이상의 다가 양이온, 예를 들어 알루미늄을 추가로 또한 함유할 수 있는, 물유리를 포함하는 용액 또는 분산액이 개시되어 있다.
EP 2 934 788 B9 문헌에는 금속 가공을 위한 몰드 및 코어를 생산하기 위한 몰딩 재료 혼합물이 개시되어 있다.
US 5,743,953 문헌에는 주조용 고온 경화성 결합제 시스템이 개시되어 있다.
US 4,432,798 문헌에는 골재/결합제 조성물로부터 만들어진 강화 성형 물품이 개시되어 있다.
EP 3 225 327 A1 문헌에는 규산나트륨을 포함하는 분말 조성물이 개시되어 있다.
US 3,203,057 문헌에는 금속 주조용 샌드 코어를 생산하기 위한 조성물이 개시되어 있다.
학술 논문["GEOPOL®. The Innovated Environment Friendly Inorganic Binder System" by the authors M. Vykoukala, A. Buriana and , Archives of Foundry Engineering, Volume 19, Issue 1/2019, 109-116 (2019), doi:10.24425/afe.2019.127103]에는 폴리시알레이트 기반 무기 결합제 시스템(GEOPOL®)이 개시되어 있다.
DE 197 38 373 C2 문헌에는 몰딩 화합물이 개시되어 있다. 이는 물유리 수산화알루미늄 현탁액이 결합제로서 혼합된, 팽창성 유리 과립으로 이루어져 있는 몰딩 화합물이 개시되어 있는 EP 0 763 506 A1 문헌을 지칭한다.
EP 2 921 243 A1 문헌에는 산화알루미늄을 포함하는 목록으로부터 일정 비율의 입자상 금속 산화물을 갖는 물유리-함유 결합제가 기술되어 있다.
WO 2018/185251 문헌에는 주조 몰드, 코어, 및 이들로부터 재생된 몰드 베이스 재료를 생산하기 위한 공정이 개시되어 있다.
DE 10 2012 020 510 A1은 금속 가공용 주조 몰드 및 코어를 생산하기 위한 몰딩 재료 혼합물에 관한 것으로, 몰딩 재료 혼합물은, 적어도, 내화성 몰드 베이스 재료, 무기 결합제, 및 산소성 가스에 의한 금속 규소의 산화에 의해 생산 가능한 입자상의 무정형 SiO2를 포함한다. 무기 결합제는 적어도 수용성 인산염 유리, 수용성 보레이트 및/또는 물유리일 수 있으며, 특히 1.6 내지 4.0, 바람직하게는 2.0 내지 3.5 미만의 SiO2/M2O 몰비(여기서, M은 리튬, 나트륨 및/또는 칼륨임)를 갖는 물유리일 수 있다. 물유리 결합제 대신에, 예를 들어 US 5,641,015에 기술된 바와 같은 수용성 인산염 유리 및/또는 보레이트 기반의 유리를 사용하는 것이 또한 가능하다. 바람직한 인산염 유리는 적어도 200 g/ℓ 바람직하게는 적어도 800 g/ℓ의 수용성을 가지며, 30 몰% 내지 80 몰%의 P2O5, 20 몰% 내지 70 몰%의 Li2O, Na2O 또는 K2O, 0 몰% 내지 30 몰%의 CaO, MgO 또는 ZnO 및 0 몰% 내지 15 몰%의 Al2O3, Fe2O3 또는 B2O3을 함유한다. 특히 바람직한 조성은 58 중량% 내지 72 중량%의 P2O5, 28 중량% 내지 42 중량%의 Na2O 및 0 중량% 내지 16 중량%의 CaO이다. 인산염 음이온은 바람직하게는 인산염 유리 내의 사슬 형태이다. DE 10 2012 020 510 A1에는 수용성 인산염 유리 및 물유리가 동시에 사용되는 경우에 수용성 인산염 유리가 알루미네이트 이온을 함유한다는 것이 기재되어 있지 않다.
이제, 놀랍게도 본 발명의 공정에서 결합제 시스템의 일부로서의 알루미네이트 이온의 사용은 몰드, 코어 및 공급 요소의 수분 안정성에서의 향상을 초래한다는 것이 밝혀졌다. 마찬가지로, 놀랍게도, 이들 몰드 및 코어에서의 주조, 특히 용융된 알루미늄 또는 용융된 알루미늄-함유 합금을 이용한 이들 몰드 및 코어에서의 주조에 의해 상기 얻어진 성분 또는 알루미늄 성분의 특히 고품질의 주조 표면이 또한 얻어진다.
또한, 놀랍게도 결합제 시스템에서의 알루미네이트 이온의 사용은 이를 사용하여 생산된 물품의 열적 안정성에서의 향상을 초래한다는 것이 밝혀졌고; 이와 관련하여 더 아래에 기재된 실시예를 참고한다.
본 발명의 공정에서 사용된 결합제 시스템은 언급된 적어도 3개의 성분, 성분 (A), 성분 (B) 및 성분 (C)로 이루어져 있고; 본 발명의 공정의 단계 (S1)에서 결합제 시스템의 이들 3개의 성분 (A), 성분 (B) 및 성분 (C)는 공간적으로 분리된 용기 내에 있다.
"입자상"이란 용어는 고체 분말(분진을 포함함) 또는 과립 물질; 바람직하게는 주입 가능하여 체질 가능한 분말 또는 과립 물질을 지칭한다.
사용된 입자상의 무정형 이산화규소는 합성적으로 생산된 유형 또는 자연적으로 발생한 유형일 수 있다. 후자는, 예를 들어 DE 10 2007 045 649에 알려져 있지만, 이들은 종종 상당량의 결정성 성분을 함유하며, 따라서 발암성으로 분류되므로 바람직하지 않다.
전형적으로 및 바람직하게는, 일부 경우에 입자상의 무정형 이산화규소는 분진 형태의 입자를 포함한다.
바람직하게는, 입자상의 무정형 이산화규소는, 각각의 경우 하기 실시예 2를 참고하여 실시예 1에 기술된 바와 같이 레이저 산란에 의해 측정된, 20 ㎛ 미만의 입자 크기 분포의 중간값을 갖는 입자, 보다 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛의 입자 크기 분포의 중간값을 갖는 입자, 가장 바람직하게는 0.1 ㎛ 내지 1.5 ㎛ 범위의 입자 크기 분포의 중간값을 갖는 입자를 포함한다.
본문의 문맥에서 "합성적으로 생산된" 입자상의 무정형 이산화규소는, 무정형 이산화규소가,
- 무정형 이산화규소의 산업적 합성을 위해 계획된 화학 반응 공정의 표적 생성물,
또는
- 무정형 이산화규소가 아닌 표적 생성물의 산업적 합성을 위해 계획된 화학 반응 공정의 부산물임을 의미한다.
학술 논문["Mikrosilica - ein Staub macht Karriere" by the authors B. Friede and , Nachr. Chem., 59: 956~958 (2011); doi:10.1002/nadc.201190068], 특히 이의 도 4에 개시된 모든 무정형 SiO2 종은 본 발명의 문맥에서 사용될 수 있고; 이들 모든 무정형 SiO2 종은 본문에 인용된 문헌에 명시된 모든 SiO2 종처럼 개별 사례의 요건에 따라 바람직하다.
많은 경우에 인용된 참고문헌에 명시된 유형의 입자상의 무정형 이산화규소의 혼합물이 또한 바람직하다.
본문의 문맥에서 "액체 성분"이란 용어는 특히 자유롭게 흐르는 물질 또는 물질 혼합물을 포함하고, 20℃ 및 1,013.25 mbar에서의 액상을 포함하고; 수용액(액체 용매에 용해된 물질)을 포함하는 액체 이외에도, 상기 용어는 액체 연속상 중의 입자상 물질의 현탁액을 포함한다.
물유리는 본 발명의 공정에서 액체 성분의 용해된 구성성분의 형태를 취하고; 이는, 예를 들어 오토클레이브(autoclave)에서 유리질 나트륨 및 칼륨 실리케이트를 용해함으로써 생산될 수 있거나, 열수 공정에서 리튬 실리케이트로부터 생산될 수 있다. 물유리는 (수학적 측면에서) 일정 비율의 이산화규소 및 알칼리 금속 산화물을 함유하며, 이러한 비율은 물유리 계수로서 지칭된다. 본 발명에 따르면, 언급된 알칼리 금속 이온 중 1개, 2개 또는 그 이상을 함유하는 물유리 및/또는 1개 또는 추가적으로 또한 하나 이상의 다가 양이온, 예를 들어 알루미늄 이온을 함유하는 물유리를 사용하는 것이 가능하다. 많은 경우, 물유리에 리튬 이온이 본질적으로 없는 경우가 바람직하다.
본 발명의 문맥에서 몰딩 재료 혼합물은 다수의 구성성분 중 하나로서 몰드 베이스 재료를 포함한다. 몰드 베이스 재료는 바람직하게는 내화성 몰드 베이스 재료이다. 본문에서, 당업자의 관습적 이해에 따르면 "내화성" 질량, 재료 및 광물은 철 용융물, 통상 주철의 주조 또는 고체화하는 과정에 적어도 열적 응력을 잠시 견딜 수 있는 것을 지칭한다. 적합한 몰드 베이스 재료는 천연 및 합성 몰드 베이스 재료, 예를 들어 석영 샌드, 지르콘 샌드 또는 크롬 철광 샌드, 갈람석, 질석, 보크사이트 또는 내화 점토이다.
몰드 베이스 재료 (D)과 결합제 시스템의 모든 상기 성분 (A), 성분 (B) 및 성분 (C)의 구성성분의 "접촉"은, 몰드 베이스 재료 (D)가 기타 성분 중 최초 성분과 접촉할 때 시작되고, 언급된 구성성분 또는 구성요소를 포함하는 몰딩 재료 혼합물이 존재하는 경우에 끝난다.
접촉 단계에서 결합제 시스템의 상기 모든 성분의 "구성성분"의 사용이 가능하다는 사실은, 각각의 경우에 공간적으로 분리된 3개의 용기에 존재하는 바와 같이 완전한 성분으로서 단계 (S2)에서 성분 (A), 제1 액체 성분 (B) 또는 제2 액체 성분 (C)를 사용하는 것이 필수가 아니고; 대신에 각각의 경우에 단계 (S2)에서 공간적으로 분리된 용기에 존재하는 성분의 선택된 구성성분만을 사용하는 것이 충분하다는 것을 의미하고; 예를 들어, 언급된 성분의 가공이 단계 (S1)과 단계 (S2) 사이에 일어나는 경우에 이는 사실이다. 개별 사례의 요건에 따르면, 당업자라면 성분 (A), 성분 (B) 및/또는 성분 (C)가 전부 사용되는지, 또는 결합제 시스템의 상기 성분의 구성성분 중 어느 것이 사용되는지를 결정할 것이다. 당업자라면 전형적으로 단순한 실험으로부터 적합한 혼합 비율을 확인할 것이다. 또한, 적합한 혼합 비율은 이후에 기술된 실시예 및 바람직한 구성으로부터 명백하게 될 것이다.
본 발명의 공정은 금속 주조용으로 관습적인 몰딩의 생산, 즉 예를 들어 코어, 공급 요소 및 몰드(주조 몰드)의 생산에 적합하다. 단계 (S2)에서 얻어지는 몰딩 재료 혼합물은 몰드 및/또는 코어 및/또는 공급 요소가 최종 생성물로서 생산되는 중간체이다. 특히 유리하게는, 매우 얇을 벽을 갖는 단면을 갖는 몰딩을 생산하는 것이 또한 가능하다. 본 발명의 공정에서 (단계 (S2)에서 얻어지는 몰딩 재료 혼합물로부터) 최종 생성물로서 생산 가능한 몰드, 코어 및 공급 요소는 특히 양호한 내습성을 갖는다.
상응하는 몰딩 재료 혼합물을 사용하는 경우에 달성되는 몰드, 코어 및 공급 요소의 이러한 양호한 내습성은 붕소 화합물(예를 들어, DE 10 2013 111 626에 개시된 바와 같음) 및 리튬 화합물(예를 들어, DE 10 2013 106 276에 개시된 바와 같음)의 사용이 전적으로 없는 경우에 또한 달성된다.
내습성의 측정은 예를 들어 첨부된 실시예에 기술되어 있다.
그러나, 일부 경우에 리튬 화합물 및/또는 붕소 화합물이 단계 (S2)에서 얻어지는 몰딩 재료 혼합물에 또한 존재하는 경우가 바람직하다.
DE 10 2013 106 276에 기술된 바와 같이 이로부터 생산된 몰드, 코어 또는 공급 요소의 내습성에 대한 몰딩 재료 혼합물 내의 리튬 화합물의 긍정적 효과, 및 DE 10 2013 111 626에 기술된 바와 같은 몰딩의 내습성에 대한 붕소 화합물의 긍정적 효과는 이 같은 경우에 본 발명의 공정에서 증폭된다.
그러나, 많은 경우에 상술한 이유로 인해 리튬 화합물 및/또는 붕소 화합물의 사용을 전적으로 없애는 것이 바람직하고; 이러한 방식으로도, 리튬 화합물 및/또는 붕소 화합물의 사용에서 기인하는 알려진 단점을 야기하지 않으면서 본 발명의 공정에 의해 생산 가능한 몰드, 코어 및 공급 요소의 유리하게 높은 내습성을 달성하는 것이 본 발명의 공정에 의해 가능하다.
주조 산업 분야에서, 몰딩(몰드 및/또는 코어 및/또는 공급 요소)의 생산 시의 공정 파라미터는 생산된 몰딩의 수분 안정성에 유의한 영향을 미친다는 것이 주지의 사실이다. 예를 들어, 코어 박스 온도의 정기적 증가는 생산된 몰딩의 수분 안정성의 증가를 야기하고; 당업자라면 공정 파라미터의 선택 시에 이를 고려할 것이다.
본 발명의 공정은 당업자가 선행 기술분야로부터 알려져 있는 물유리-기반 결합제 시스템을 사용한다는 상술한 이점으로 실시된다. 적합한 사용 분야는 알루미늄 주조용 및 철, 강철 또는 황동 주조용 적용 둘 모두와 관련이 있다.
본 발명의 공정에서 중간체로서 얻어지는 몰딩 재료 혼합물은 물유리-결합형 공급제의 생산용으로 또한 사용된다.
본 발명의 공정에 의해 많은 적용을 위한 물성, 즉 비교적 높은 내습성(수분 안정성) 및 비교적 높은 상대 몰딩 중량(주어진 몸체의 부피를 기준으로 한 질량: 이는 코어의 경우에 코어 중량으로 지칭됨)의 특히 긍정적인 조합을 갖는 몰드 및 코어가 수득된다.
보다 구체적으로 달성하고자 하는 것은, 주조 산업 분야에서 특히 바람직한 조합, 즉 본 발명의 공정에서 (단계 (S2)에서 얻어지는 몰딩 재료 혼합물로부터) 최종 생성물로서 생산 가능한 몰드 및 코어의 내습성, 코어 중량 및 굴곡 강도의 조합이다.
본 발명은, 구체적으로 및 바람직하게는, 단계 (S2)의 접촉 단계에서,
- 단계 (S1)에서 결합제 시스템의 구성성분으로서 존재하는 일정량의 제1 액체 성분 (B),
및/또는
- 단계 (S1)에서 결합제 시스템의 구성성분으로서 존재하는 일정량의 제2 액체 성분 (C),
및/또는
- 결합제 시스템의 구성성분으로서 존재하는 제1 액체 성분 (B)의 분리, 바람직하게는 여과 이후 제1 액체 성분 (B)의 선택된 구성성분,
및/또는
- 결합제 시스템의 구성성분으로서 존재하는 제2 액체 성분 (C)의 분리, 바람직하게는 여과 이후 제2 액체 성분 (C)의 선택된 구성성분을 사용함으로써, 단계 (S2)의 몰드 베이스 재료 (D)와 결합제 시스템의 상기 성분 (A), 성분 (B) 및 성분 (C) 모두의 구성성분을 소정의 비율로 접촉시키는 단계가 하나 이상의 단계로 실시되는 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)에 관한 것이다.
본문의 문맥에서 성분((A), (B) 또는 (C))의 수량은 서로에 대한 화학적 구성성분 모두의 몰비가 전체 성분에서 서로에 대한 이들 구성성분의 몰비에 상응하는 (이의 개별 용기 내의) 개별 성분의 정량 가능한 수량(즉, 질량 또는 부피와 관련됨)을 의미하는 것으로 이해된다. 전형적으로, 성분 또는 액체 성분의 수량은, 단계 (S1)에서 결합제 시스템을 생산 또는 제공하는 단계와 단계 (S2)에서 성분 또는 액체 성분을 몰드 베이스 재료와 접촉시키는 단계 사이에 어떠한 분리 공정, 즉 특히 어떠한 여과도 실시되지 않는 경우에 사용된다.
단계 (S2)의 접촉 단계에서,
- 단계 (S1)에서 결합제 시스템의 구성성분으로서 존재하는 일정량의 제1 액체 성분 (B),
또는
- 단계 (S1)에서 결합제 시스템의 구성성분으로서 존재하는 일정량의 제2 액체 성분 (C)가 사용된다는 사실은,
단계 (S2)에서 제1 액체 성분 (B) 또는 제2 액체 성분 (C)의 구성성분이 일반적으로 사용되지만, 오히려 구체적으로는 제1 액체 성분 (B)의 수량 또는 제2 액체 성분 (C)의 수량이, 각각의 경우에 결합제 시스템의 일부로서 개별적인 용기(기타 용기와는 공간적으로 분리됨)에서, 각각의 경우에 단계 (S1)에 존재하거나 이로부터 얻어진다는 것이 사실이 아님을 의미한다.
바람직하게는, 2개의 성분(제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)) 모두는 결합제 시스템의 일부로서 단계 (S1)에서 존재하거나 이로부터 얻어지는 바와 같이 단계 (S2)에서 사용되고; 이러한 방식으로, 주조에서의 공정을 특히 효율적, 자원 보존적 및 특히 환경적으로 친화적인 방식으로 실시하는 것이 가능하다.
그러나, 일부 경우에 단계 (S2)의 접촉 단계에서 제1 액체 성분 (B) 및/또는 제2 액체 성분 (C)의 선택된 구성성분만을 사용하는 것이 바람직하다. 이는, 예를 들어 단계 (S1)에서의 결합제 시스템의 구성성분으로서 존재하는 바와 같은 개개의 액체 성분에 분리 공정을 가하고, 단계 (S2)에서 분리 공정의 모든 생성물을 사용하지 않음으로써 달성될 수 있다. 분리 공정은 바람직하게는 여과이며, 이 경우에 이어 단계 (S2)의 접촉 단계에서 여과액을 사용하는 것이 특히 바람직하고; 그러나, 개별 사례의 요건에 따르면 당업자라면 기타 분리 공정을 바람직한 것으로 또한 간주할 것이다.
많은 경우, 특히 몰드 및/또는 코어가 층별로 증강되는 경우, 본 발명의 공정에 의해 생산 가능한 몰드 및 코어의 바람직하게 양호한 내습성과 이들 몰드 및 코어를 주조에 사용하는 경우에 수득된 금속 주조의 특히 유리한 표면 품질의 특히 바람직하게 양호한 조합이 달성된다.
많은 경우, 결합제 시스템의 구성성분으로서 단계 (S1)에서 존재하는 일정량의 제1 액체 성분 (B) 또는 결합제 시스템의 구성성분으로서 단계 (S1)에서 존재하는 일정량의 제2 액체 성분 (C)를 사용하는 것이 단계 (S2)에서 바람직하고, 기타 개개의 성분(그러나, 결합제 시스템의 구성성분으로서 단계 (S1)에서 존재하는 바와 같은 완전한 성분은 아님)의 선택된 구성성분만을 사용하는 것이 단계 (S2)에서 바람직하다.
결합제 시스템의 상기 성분이 단계 (S2)의 접촉 단계에서 소정의 비율로 사용된다는 사실은, 구성성분의 개별 성분의 소정의 질량 또는 부피 또는 몰량이 각각의 경우(예를 들어, 제형에　따라) 사용된다는 것을 의미한다.
보다 구체적으로는, 몰드 베이스 재료가 단계 (S2)에서 결합제 시스템의 상기 성분과 하나 이상의 단계로 접촉된다는 사실은, 몰드 베이스 재료 (D)가 성분 (A), 성분 (B) 및 성분 (C)의 구성성분 또는 수량과 동시에 또는 비동시에 접촉된다는 것을 의미하며, 여기서 성분 (A), 성분 (B) 및 성분 (C)의 구성성분 또는 수량은 개별 사례의 요건에 따른 순서로, 예를 들어 개별적으로, 집합적으로, 또는 예비 혼합된 형태에서 집합적으로 몰드 베이스 재료 (D)와 공간적으로 별도로 접촉되거나, 공간적으로 별도로 접촉되지 않는다.
많은 경우, 바람직하게는 몰딩의 층상 증강과 함께, 몰드 베이스 재료가 성분 (A)와 먼저 접촉되고, 그 이후에만 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 구성성분 또는 수량과 동시에 또는 연속적으로 접촉되는 경우가 바람직하다.
본 발명의 공정의 특히 바람직한 구성에서, 바람직하게는 몰딩(몰드 및/또는 코어 및/또는 공급 요소)의 층상 증강과 함께, 몰드 베이스 재료는 성분 (A)와 먼저 접촉되고; 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 수량이 혼합되고; 얻어진 혼합물은 여과되고; 여과액으로서 얻어지는 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 구성성분의 혼합물은 성분 (A)와 이미 접촉한 몰드 베이스 재료와 접촉된다.
본 발명의 공정의 특히 바람직한 구성에서, 바람직하게는 몰딩의 층상 증강과 함께, 몰드 베이스 재료는 성분 (A)와 먼저 접촉되고; 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 수량은 각각의 경우에 여과액으로서 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 구성성분을 얻기 위해 서로에 대해 별도로 각각 여과되고; 추가의 단계에서, 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 여과액을 모으고, 얻어진 혼합물을 성분 (A)와 이미 접촉한 몰드 베이스 재료와 추가의 단계에서 접촉시킨다.
본 발명의 공정의 특히 바람직한 구성에서, 바람직하게는 몰딩의 층상 증강과 함께, 몰드 베이스 재료는 성분 (A)와 먼저 접촉되고; 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 수량은 각각의 경우에 여과액으로서 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 구성성분을 얻기 위해 서로에 대해 별도로 각각 여과되고; 추가의 단계에서, 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 개별 여과액은 성분 (A)와 이미 접촉한 몰드 베이스 재료와 공간적으로 별도로 또는 시간적으로 별도로 접촉된다.
본 발명의 공정의 특히 바람직한 구성에서, 바람직하게는 몰딩의 층상 증강과 함께, 몰드 베이스 재료는 성분 (A) 및 액체 성분 (C)와 임의의 순서로 먼저 접촉되고; 액체 성분 (B)의 일정량은 여과액으로서 액체 성분 (B)의 구성성분을 얻기 위해 여과되고; 액체 성분 (B)로부터의 이들 구성성분은 성분 (A) 및 액체 성분 (C)와 이미 접촉한 몰드 베이스 재료와 추가의 단계에서 접촉된다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때 단계 (S1)에서의 결합제 시스템의 구성성분으로서 각각 존재하는 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량은, 단계 (S2)에서,
- 먼저 물유리 및 알루미네이트 이온을 소정의 비율로 포함하는 혼합물을 얻기 위해 소정의 비율로 혼합된 후, 몰드 베이스 재료가 이러한 혼합물과 접촉되는데, 이때 이는, 바람직하게는,
(a) 상기 액체 성분의 수량 또는 구성성분을 혼합하는 단계와 몰드 베이스 재료를 얻어진 혼합물과 접촉시키는 단계 사이에 24시간 이하의 기간, 바람직하게는 12시간 이하의 기간, 보다 바람직하게는 4시간의 기간, 가장 바람직하게는 1시간 이하의 기간을 허용하거나/허용하고,
(b) 얻어진 혼합물에서 고체가 형성되기 전에 몰드 베이스 재료를 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 수량 또는 구성성분의 얻어진 혼합물을 접촉, 바람직하게는 혼합시킴으로써 이루어지거나,
- 몰드 베이스 재료 (D)가 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량과 (i) 전적으로 동시에, (ii) 부분적으로 동시에, 또는 (iii) 연속적으로 임의의 순서로 접촉되기 전에는 혼합되지 않는다.
- 단계 (S1)에서의 결합제 시스템의 구성성분으로서 각각 존재하는 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 수량,
또는
- 단계 (S2)에서 사용되는 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량을 소정의 비율로 혼합함으로써 얻어지는 혼합물로서,
물유리 및 알루미네이트 이온을 포함하는 혼합물은 바람직하게는 적어도 6개월 동안 20℃에서 저장 안정하지 않고, 보다 바람직하게는 적어도 2개월 동안 20℃에서 저장 안정하지 않으며, 따라서 이의 생산 이후에 빠르게 소모되어야 한다.
혼합물이 명시된 기간 동안 20℃에서 저장 안정하지 않는다는 사실은, 이들이 명시된 기간이 끝날 때까지 투명하게 유지되지 않으며, 명시된 기간이 끝나기 전에 겔화 또는 침전물이 존재한다는 것을 의미한다.
본 발명의 공정에서 명시된 기간 이내에 사용되는 경우, 본 발명의 공정 및 본 발명의 공정 생성물의 상술한 긍정적 효과는 상기 혼합물의 낮은 저장 안정성과 연관된 임의의 문제점 없이 달성된다. 단계 (S2)의 접촉 단계는, 고체의 불안정성 또는 허용할 수 없는 수량의 침전으로 인해 혼합물이 본 발명의 공정에서 사용하기에 적합하지 않게 되기 전에 이루어진다.
당업자라면 용액에서 고체의 형성을 검출하는 방법을 알고 있고; 이들은, 예를 들어 혼합물에서의 광 산란을 조사하거나, 혼합물의 혼탁도를 검출할 것이다. 고체가 예외적인 정도로 침전하면, 예를 들어 이는 (변경된) 혼탁도에 의해, 또는 침전물의 형성에 의해 육안으로 볼 때도 투명하고; 겔 형성의 경우에 점도의 뚜렷한 변화가 분명하거나 측정 가능하다. 상응하는 시험 방법이 당업자에게 알려져 있다.
많은 경우, 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 구성성분 또는 수량이 몰드 베이스 재료 (D)와 접촉되기 전에 서로 혼합되지 않는 경우가 바람직하고; 따라서 이들 경우에 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 구성성분 또는 수량이 먼저 서로 혼합되고, 그 이후에만 얻어진 혼합물이 몰드 베이스 재료 (D)와 접촉된다는 것이 배제된다.
"전적으로 동시에"가 의미하는 것은 (B) 및 (C)에 대한 접촉 기간이 동일하다는 것이며, 이는 이들이 동시에 시작하고 동시에 끝난다는 것을 의미한다. "부분적으로 동시에"가 의미하는 것은 (B) 및 (C)에 대한 접촉 기간이 중첩된다는 것이다. 예를 들어, 계량 장치(예를 들어, 액체 성분 (B) 및 성분 (C)에 대해 각각 하나)는 (i) 동시에 개방할 수 있고 동시에 폐쇄할 수 있다(즉, 접촉은 전적으로 동시에 구현됨). (ii) 제1 계량 장치가 먼저 개방되고, 제2 계량 장치가 그 이후에 개방되지만, 제1 계량 장치가 폐쇄되기 전에 개방된다(즉, 접촉이 부분적으로 동시에 구현됨)는 것이 가능하다. 최종적으로, (iii) 하나의 계량 장치가 먼저 개방되고 폐쇄되고, 제2 계량 장치가 그 이후에만 개방되고 폐쇄된다(즉, 연속적인 접촉이 임의의 순서로 구현됨)는 것이 가능하다.
본원에 기술된 방식으로 공정을 수행하면 본 발명의 공정에서 생산 가능한 몰드, 코어 및 공급 요소의 내습성이 예외적인 정도로 증가하고, 동시에 이들 몰드 및 코어를 사용한 주조(특히, 알루미늄을 사용한 주조 또는 알루미늄-함유 합금을 사용한 주조) 시에 수득된 금속 조각이 특히 높은 표면 품질을 갖게 된다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때, 단계 (S2)에서,
바람직하게는 자동화 방식으로, 그리고/또는 하나 이상의 계량 장치에 의해,
(i) 몰드 베이스 재료 (D)에,
및/또는
(ii) 결합제 시스템의 다른 성분의 구성성분 또는 수량에
제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량을 개별적으로 미리 결정된 계량 속도로 첨가하고/하거나, 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량을 개별적으로 미리 결정된 계량 속도로 첨가한다.
많은 경우, 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 구성성분 또는 수량을 몰드 베이스 재료 (D)에 개별적으로 미리 결정된 계량 속도로 첨가하는 것이 바람직하다.
개별적으로 미리 결정된 계량 속도로의 계량식 첨가는 특히 자원 보전 공정을 가능케 한다. 개별적으로 결정된 계량 속도로의 계량식 첨가가 계량된 것들 중에서 선택된 구성성분 또는 수량에 대해서만 자동화되는 것이 많은 경우에 바람직하다. 그러나, 일부 경우에 개별적으로 결정된 계량 속도로의 계량식 첨가가 계량된 구성성분 또는 수량 모두에 대해 자동화되는 것이 바람직하다. 하나 이상의 계량 장치에 의한 개별적으로 미리 결정된 계량 속도로의 자동화 계량식 첨가가 바람직하다.
본 발명의 공정과 관련하여 상술한 이점 및 효과는 본원에서 특히 재생 가능한 방식으로 나타난다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때 몰딩 재료 혼합물을 생산하기 위한 시설은,
- 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및/또는 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량 및/또는 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A)의 구성성분 또는 수량 및/또는 몰드 베이스 재료 (D)의 계량식 첨가를 위한 하나 이상의 계량 장치,
및
- 하나의 계량 장치 또는 다수의 계량 장치를 위한 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어 장치, 바람직하게는 마이크로프로세서-보조 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어 장치를 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 몰딩 재료 혼합물을 생산하기 위한 시설은 적어도 4개의 계량 장치; 즉 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량 및 성분 (A)의 구성성분 또는 수량 및 몰드 베이스 재료 (D)에 대해 각각 하나를 포함한다.
일부 경우에 바람직한 일 실시형태에서, 몰딩 재료 혼합물을 생산하기 위한 시설은 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량을 위한 공통의 계량 장치를 포함한다.
일부 경우에 바람직한 일 실시형태에서, 몰딩 재료 혼합물을 생산하기 위한 시설은 2개의 계량 장치; 즉 (i) 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량을 위한 하나의 공통 계량 장치, 및 (ii) 성분 (A)의 구성성분 또는 수량 및 몰드 베이스 재료 (D)를 위한 하나의 공통 계량 장치를 포함한다.
각각의 경우, 이러한/이들 계량 장치(들)는 바람직하게는 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어 장치에 의해 제어되고; 보다 바람직하게는 이러한/이들 계량 장치(들)는 마이크로프로세서-보조 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어 장치에 의해 제어되고; 공통의 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어 장치가 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량 및 성분 (A)의 구성성분 또는 수량 및 몰드 베이스 재료 (D)를 개별적으로 미리 결정된 계량 속도에 의해 계량식으로 첨가하는 것을 제어하는 경우가 본원에서 매우 특히 바람직하다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때 단계 (S2)의 접촉 단계에서 사용된 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 사용된 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 총 질량은,
- 15 중량% 내지 35 중량%, 바람직하게는 18 중량% 내지 30 중량%, 보다 바람직하게는 20 중량% 내지 30 중량%, 가장 바람직하게는 22 중량% 내지 27 중량%의 이산화규소,
- 8 중량% 내지 17 중량%, 바람직하게는 10 중량% 내지 17 중량%, 보다 바람직하게는 10 중량% 내지 16 중량%의 알칼리 금속 산화물,
- 최대 4.0 중량%, 바람직하게는 0.4 중량% 내지 4.0 중량%, 보다 바람직하게는 0.45 중량% 내지 3.5 중량%, 더욱더 바람직하게는 0.75 중량% 내지 3.0 중량%, 바람직하게는 1 중량% 내지 2.5 중량%, 특히 바람직하게는 1.25 중량% 내지 2 중량%의 알루미네이트 이온의 수량(Al2O3으로서 계산됨)을 포함하며,
여기서 중량 백분율은 단계 (S2)의 접촉 단계에서 사용된 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 총 질량을 기준으로 한다.
Na, Li 및 K는, 예를 들어 유도 결합 플라즈마 광학 방출 분광법(ICP-OES)을 통해 검출된다.
이산화규소 및 알칼리 금속 산화물의 명시된 함량과 함께 상술한 효과 및 이점이 특히 양호한 정도로 달성된다.
바람직한 농도 범위에서, 주조 산업 분야에서 특히 바람직한 몰드, 코어 및 공급 요소의 내습성이 정규적으로 달성되고; 보다 구체적으로 달성되는 것은 주조 산업 분야에서 특히 바람직한 조합, 즉 본 발명의 공정에서 (단계 (S2)에서 얻어지는 몰딩 재료 혼합물로부터) 최종 생성물로서 생산 가능한 몰드 및 코어의 내습성, 코어 중량 및 굴곡 강도의 조합이다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때 단계 (S2)에서 사용되는 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 사용된 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 총 질량에서 Al2O3에 대한 알칼리 금속 산화물의 질량비(물유리 계수의 계산 시에 상기 과정과 유사하게 측정됨)는 35:1 내지 3:1의 범위, 바람직하게는 20:1 내지 5:1의 범위, 보다 바람직하게는 15:1 내지 7:1의 범위이다.
Al2O3에 대한 알칼리 금속 산화물의 명시된 비율과 더불어, 상술한 효과 및 이점이 예외적인 정도로 달성되고; 특히 이들 질량비를 갖는 결합제 시스템은 주조 산업에서의 이의 가공과 관련하여 특히 유리한 물성을 갖는다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때, 단계 (S2)에서, 접촉 또는 혼합 단계가 시작될 때 사용된 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량의 온도 및 사용된 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 온도는 각각 5℃ 내지 35℃ 범위 이내에 있다.
이는 몰드, 코어 및 공급 요소의 층상 증강에 특히 사실이다.
바람직하게는, 접촉 또는 혼합 단계가 시작될 때 사용된 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 사용된 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량은 각각 주조에서 주위 온도이다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때 단계 (S2)에서 사용되는 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 총 질량에서 SiO2에 대한 Al2O3의 질량비(물유리 계수의 측정 시에 상기 과정과 유사하게 측정됨)는 1:70 초과, 바람직하게는 1:69 초과, 보다 바람직하게는 1:64 초과이다.
많은 경우, 단계 (S2)에서 사용되는 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 혼합물이 투명한 용액이 아닌 경우가 본 발명의 문맥에서 바람직하다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때 단계 (S2)에서 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A)의 구성성분 또는 수량은 몰드 베이스 재료와 접촉되고, 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량과 접촉되며, 이때,
- 단계 (S1)에서 결합제 시스템의 구성성분으로서 사용된 성분 (A)는,
(i) 입자상, 바람직하게는 분말 또는 과립 물질이거나,
(ii) 입자상의 무정형 이산화규소의 현탁액이고/이거나,
- 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는, 단계 (S2)에서 사용되는 성분 (A)의 구성성분 또는 수량은 (i) 분말 또는 과립 물질의 형태, 바람직하게는 분말의 형태로 사용되거나, (ii) 현탁액의 형태로 사용되고/되거나(바람직하게는 "사용되고"),
- 성분 (A)의 입자상의 무정형 이산화규소는 단계 (S2)에서 구성성분으로서 사용되고, 바람직하게는,
- 입자상의 합성 무정형 이산화규소의 총 질량을 기준으로 이산화규소를 적어도 80 중량%의 비율로 함유하고 이차 구성성분으로서 적어도 탄소를 함유하는 입자상의 합성 무정형 이산화규소로서, 바람직하게는 아크 용융로에서 석영을 환원시킴으로써 생산 가능한 입자상의 합성 무정형 이산화규소;
- 산화 지르코늄을 이차 구성성분으로서 포함하고, 바람직하게는 ZrSiO4의 열적 파괴에 의해 생산 가능한 입자상의 합성 무정형 이산화규소;
- 산소성 가스에 의해 금속 규소를 산화시킴으로써 생산 가능한 입자상의 합성 무정형 이산화규소;
- 이산화규소 용융물을 켄칭함으로써 생산 가능한 입자상의 합성 무정형 이산화규소;
- 바람직하게는 사염화규소의 열분해에 의해 생산 가능한 흄드 실리카;
및
- 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고/되거나,
- 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A)는 단계 (S2)에서 또한 사용되는 1개, 2개, 3개 또는 그 이상의 추가의 구성성분을 추가로 포함하고,
- 바람직하게는 알루미늄의 산화물, 바람직하게는 알파상의 산화알루미늄, 보크사이트, 지르코늄의 산화물, 바람직하게는 산화지르코늄(IV), 혼합 산화알루미늄/규소, 산화아연, 황산바륨, 인 화합물, 바람직하게는 인산삼칼슘, 시트 실리케이트(sheet silicate), 그래파이트, 카본블랙, 유리 비드, 마그네슘의 산화물, 보로실리케이트, 세라믹 중공 비드, 산화 붕소 화합물, 바람직하게는 분말상 산화 붕소 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 입자성 재료, 바람직하게는 입자성 무기 재료,
- 수용성 재료,
- 알칼리 금속 수산화물,
- 계면활성제,
- 필름 형성제,
- 소수화제(hydrophobizing agent), 바람직하게는 유기 규소 화합물, 실란, 실리콘 및 실록산, 왁스, 파라핀, 금속 비누,
및
- 탄수화물로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다.
바람직하게는, 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는, 단계 (S2)에서 사용되는 성분 (A)의 구성성분 또는 수량은 (i) 분말 또는 과립 물질의 형태, 바람직하게는 분말의 형태로 사용되거나, (ii) 현탁액으로서 사용된다.
일부 경우, 결합제 시스템의 성분들 중 하나 또는 몰딩 재료 혼합물 중 어떠한 것도 ZrSiO4로부터 ZrO2를 수득하기 위해 ZrSiO4의 열적 분해에 의해 생산된 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A) 내의 이산화규소의 비율, 바람직하게는 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A) 내의 입자상의 무정형 이산화규소의 비율은, 각각의 경우에 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A)의 총 질량을 기준으로 적어도 25 중량%, 바람직하게는 적어도 30 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 40 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 50 중량%이다.
원시 공정 또는 제조 공정에 따르면, 천연 및/또는 합성 무정형 이산화규소는 최대 50 중량%의 이차 구성성분, 즉 결정성 이산화규소 및/또는 비-이산화규소 물질을 함유한다. 따라서, "입자상의 무정형 이산화규소"란 표현은 또한 입자상의 무정형 이산화규소에 존재하는 이차 구성성분을 항상 포함한다. 특히, 입자상의 무정형 이산화규소의 이들 비율과 함께 많은 경우에 유리한 조합, 즉, 바람직하게 높은 수분 안정성 및 바람직하게 높은 몰딩 중량(코어의 경우에 코어 중량)의 조합이 달성 가능하다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때 단계 (S1)에서 결합제 시스템의 구성성분으로서 존재하는 제1 액체 성분 (B) 및/또는 제2 액체 성분 (C)는 단계 (S2)에서 추가의 가공 없이 개별 용기에서 사용된다.
단계 (S1)에서 결합제 시스템의 구성성분으로서 존재하는 제1 액체 성분 (B) 및/또는 제2 액체 성분 (C)가 단계 (S2)에서 추가의 가공 없이 개별 용기에서 사용된다는 사실은, 용기로부터 개별 액체 성분의 수량의 회수와 단계 (S2)에서의 이의 사용 사이에는 어떠한 분리 공정, 보다 구체적으로 어떠한 여과도 없다는 것을 의미한다.
많은 경우, 공정 경제성의 이유로 그리고 환경적 관점에서, 개별 용기로부터 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 회수와 단계 (S2)에서의 사용 이전 사이에는 임의의 액체 성분 (B) 및 성분 (C)에 대한 추가의 가공이 없는 것이 바람직하고; 따라서 성분의 수량(및 단지 특정 구성성분이 아님)이 단계 (S2)에서 사용된다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때,
- 단계 (S2)에서 사용되는 제1 액체 성분 (B)(바람직하게는, 수상임), 바람직하게는 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량은 리튬, 나트륨 및 칼륨으로부터의 하나 이상의 알칼리 금속(M)을 포함하며, 여기서 칼륨 이온의 비율(K2O로서 계산됨)은 바람직하게는 0.1 중량% 초과, 보다 바람직하게는 0.2 중량% 초과, 특히 바람직하게는 0.5 중량% 초과, 가장 바람직하게는 1 중량% 초과이고/이거나;
- 단계 (S2)에서 사용되는 제2 액체 성분 (C), 바람직하게는 제1 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량은 리튬, 나트륨 및 칼륨으로부터의 하나 이상의 알칼리 금속(M)을 포함하며, 여기서 칼륨 이온의 비율(K2O로서 계산됨)은 바람직하게는 0.1 중량% 초과, 보다 바람직하게는 0.2 중량% 초과, 특히 바람직하게는 0.5 중량% 초과, 가장 바람직하게는 1 중량% 초과이고/이거나;
- (S2)에서 사용되는 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 총 질량, 바람직하게는 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 총 질량은 리튬, 나트륨 및 칼륨으로부터의 하나 이상의 알칼리 금속(M)을 포함하며, 여기서 칼륨 이온의 비율(K2O로서 계산됨)은 바람직하게는 0.1 중량% 초과, 보다 바람직하게는 0.2 중량% 초과, 특히 바람직하게는 0.5 중량% 초과, 가장 바람직하게는 1 중량% 초과이고/이거나;
- 단계 (S2)에서 사용되는 제1 액체 성분 (B)(바람직하게는, 수상임), 바람직하게는 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량은 제1 액체 성분 (B)의 총 질량을 기준으로 알칼리 금속 실리케이트를 20 중량% 내지 60 중량% 범위, 바람직하게는 25 중량% 내지 50 중량% 범위의 함량으로 포함하고/하거나;
- 단계 (S2)에서 사용되는 제1 액체 성분 (B)(바람직하게는, 수상임), 바람직하게는 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량은 SiO2/알칼리 금속 산화물 몰 계수가 1.6 내지 4.0 범위인 물유리를 포함한다.
얻어진 조합 모두가 바람직하고; 당업자라면 개별 사례의 요건에 따라 각각의 경우에 적합한 조합을 선택할 것이다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때 제1 액체 성분 (B) 및/또는 제2 액체 성분 (C)는 단계 (S2)에서 또한 사용되는 1개, 2개 또는 그 이상의 추가의 구성성분을 추가로 포함하고,
- 계면 활성 물질, 특히 계면활성제, 소포제 및 습윤제,
- 알칼리 금속 포스페이트,
- 바람직하게는 보레이트, 붕산 및 붕산 무수물로 이루어진 군으로부터 선택되는 산화 붕소 화합물로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다.
바람직하게는, 물, 및 그 내부에 용해 및/또는 분산된 물유리뿐만 아니라, 제1 액체 성분 (B)는 바람직하게는 계면활성제, 소포제 및 습윤제로부터의 하나 이상의 계면 활성 물질을 또한 함유한다.
보다 바람직하게는, 물, 및 그 내부에 용해 및/또는 분산된 물유리뿐만 아니라, 제1 액체 성분 (B)는 하나 이상의 계면활성제를 또한 함유한다.
바람직하게는, 물, 및 그 내부에 용해된 알루미네이트 이온뿐만 아니라, 제2 액체 성분 (C)는 바람직하게는 계면활성제, 소포제 및 습윤제로부터의 하나 이상의 계면 활성 물질을 또한 함유한다.
보다 바람직하게는, 물, 및 그 내부에 용해된 알루미네이트 이온뿐만 아니라, 제2 액체 성분 (C)는 하나 이상의 계면활성제를 또한 함유한다.
상기와 같은 이유로 인해, 2개의 액체 성분 (B) 및 성분 (C) 중 어떠한 것도 붕소 화합물을 함유하지 않은 경우가 많은 경우에 바람직할지라도, 제1 액체 성분 (B) 및/또는 제2 액체 성분 (C)가 상기 언급된 붕소 화합물 중 하나 이상을 추가로 포함하는 것이 일부 경우에 바람직하다. 상기 언급된 붕소 화합물 중 하나 이상이 일부 경우에 제1 액체 성분 (B) 또는 제2 액체 성분 (C) 중 하나에 존재하고, 기타 개별 성분에는 본질적으로 붕소 화합물이 없는 경우가 본원에서 바람직하다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때 제2 액체 성분 (C)는 단계 (S2)에서 사용되는 용해된 알칼리 금속 알루미네이트를 포함한다.
많은 경우, 본 발명의 공정에서 알칼리 금속 알루미네이트를 사용하는 것이 양호한 이용 가능성으로 인해 바람직하다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때,
- 단계 (S2)에서 사용되는 제1 액체 성분 (B), 바람직하게는 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량은, 각각의 경우에 제1 액체 성분 (B)의 총 질량을 기준으로,
- 0.4 중량% 이하, 바람직하게는 0.1 중량%의 알루미네이트 이온의 함량(Al2O3으로서 계산됨),
및/또는
- 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 리튬 이온의 함량(LiO2로서 계산됨),
및/또는
- 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 붕소 이온의 함량(B2O3으로서 계산됨)을 포함하고/하거나,
- 단계 (S2)에서 사용되는 제2 액체 성분 (C), 바람직하게는 제1 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량은, 각각의 경우에 제2 액체 성분 (C)의 총 질량을 기준으로,
- 수상에, 0.4 중량% 내지 35 중량% 범위, 바람직하게는 1 중량% 내지 30 중량% 범위, 보다 바람직하게는 2.5 중량% 내지 25 중량% 범위, 가장 바람직하게는 5 중량% 내지 23 중량%의 알루미네이트 이온의 함량(Al2O3으로서 계산됨),
및/또는
- 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 리튬 이온의 함량(LiO2로서 계산됨),
및/또는
- 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 붕소 이온의 함량(B2O3으로서 계산됨)을 포함하고/하거나,
단계 (S2)의 접촉 단계에서 사용되는 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 총 질량은,
- 0.4 중량% 내지 4.0 중량%, 바람직하게는 0.45 중량% 내지 3.5 중량%, 보다 바람직하게는 0.75 중량% 내지 3.0 중량%, 더욱더 바람직하게는 1 중량% 내지 2.5 중량%, 바람직하게는 1.25 중량% 내지 2 중량% 범위의 알루미네이트 이온의 함량(Al2O3으로서 계산됨),
및/또는
- 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 리튬 이온의 함량(LiO2로서 계산됨),
및/또는
- 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 붕소 이온의 함량(B2O3으로서 계산됨)을 포함하며,
여기서 백분율은 단계 (S2)의 접촉 단계에서 사용되는 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 총 질량을 기준으로 한다.
단계 (S2)의 접촉 단계에서 사용되는 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 총 질량이 0.4 중량% 내지 4.0 중량%, 바람직하게는 0.45 중량% 내지 3.5 중량%, 보다 바람직하게는 0.75 중량% 내지 3.0 중량%, 더욱더 바람직하게는 1 중량% 내지 2.5 중량%, 바람직하게는 1.25 중량% 내지 2 중량% 범위의 알루미네이트 이온의 함량(Al2O3으로서 계산됨)을 포함하는 경우, 액체 성분 (B)와 성분 (C)의 얻어진 혼합물은 적어도 6개월 동안 20℃에서 저장 안정성이 없지만; 이는, 단계 (S2)의 접촉 단계가 고체의 불안정성 또는 허용할 수 없는 수량의 침전으로 인해 혼합물이 본 발명의 공정에서 사용하기에 적합하지 않게 되기 전에 이루어지기 때문에 문제가 없다.
바람직하게는, 본 발명의 공정에서, 성분 (B) 및 성분 (C)의 구성성분 또는 수량이 접촉한 이후에도 실리케이트 수용액은 적어도 6개월 동안 20℃에서 저장 안정성이 있고, 보다 바람직하게는 적어도 2개월 동안 20℃에서 저장 안정성이 있는 것은 아니다.
본 발명의 공정이 추가로 바람직하며, 이때 단계 (S2)에서 사용되는 제1 액체 성분 (B), 바람직하게는 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량은, 각각의 경우에 제1 액체 성분 (B)의 총 질량을 기준으로,
- 0.4 중량% 이하, 바람직하게는 0.1 중량%의 알루미네이트 이온의 함량(Al2O3으로서 계산됨),
및
- 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 리튬 이온의 함량(LiO2로서 계산됨),
및
- 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 붕소 이온의 함량(B2O3으로서 계산됨)을 포함한다.
본 발명의 공정이 추가로 바람직하며, 이때 단계 (S2)에서 사용되는 제2 액체 성분 (C), 바람직하게는 제1 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량은, 각각의 경우에 제2 액체 성분 (C)의 총 질량을 기준으로,
- 수상에, 0.4 중량% 내지 35 중량% 범위, 바람직하게는 1 중량% 내지 30 중량% 범위, 보다 바람직하게는 2.5 중량% 내지 25 중량% 범위, 가장 바람직하게는 5 중량% 내지 23 중량%의 알루미네이트 이온의 함량(Al2O3으로서 계산됨),
및
- 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 리튬 이온의 함량(LiO2로서 계산됨),
및
- 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 붕소 이온의 함량(B2O3으로서 계산됨)을 포함한다.
본 발명의 공정이 특히 바람직하며, 이때 단계 (S2)의 접촉 단계에서 사용되는 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 총 질량은,
- 0.4 중량% 내지 4.0 중량%, 바람직하게는 0.45 중량% 내지 3.5 중량%, 보다 바람직하게는 0.75 중량% 내지 3.0 중량%, 더욱더 바람직하게는 1 중량% 내지 2.5 중량%, 바람직하게는 1.25 중량% 내지 2 중량% 범위의 알루미네이트 이온의 함량(Al2O3으로서 계산됨),
및
- 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 리튬 이온의 함량(LiO2로서 계산됨),
및
- 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 붕소 이온의 함량(B2O3으로서 계산됨)을 포함하며,
여기서 백분율은 단계 (S2)의 접촉 단계에서 사용되는 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 총 질량을 기준으로 한다.
그러나, 많은 경우에 주조 산업 분야에서의 리튬-함유 및 붕소-함유 화합물의 알려진 단점으로 인해, 단계 (S2)에서 사용되는 제1 액체 성분 (B), 특히 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 단계 (S2)에서 사용되는 제2 액체 성분 (C), 특히 제1 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량 둘 모두에는 본질적으로 리튬-함유 및 붕소-함유 화합물이 없도록 리튬-함유 및/또는 붕소-함유 화합물의 사용을 전적으로 없애는 것이 또한 바람직하고; 이들 화합물 없이도 본 발명의 공정에 의해 생산 가능한 몰드, 코어 및 공급 요소의 유리하게 높은 내습성을 달성하는 것이 본 발명의 공정에 의해 가능하다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때 제2 액체 성분 (C)의 총 질량을 기준으로,
- 제2 액체 성분 (C)는,
- 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 리튬 이온의 함량(LiO2로서 계산됨),
및/또는
- 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 붕소 이온의 함량(B2O3으로서 계산됨)을 포함하고/하거나,
- 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A)는,
- 성분 (A)의 총 질량을 기준으로 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 알루미네이트 이온의 함량, 보다 바람직하게는 0.1 중량% 이하, 가장 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 알칼리 금속 알루미네이트의 함량을 포함하고/하거나,
- 단계 (S2)에서 얻어지는 몰딩 재료 혼합물에서, [Li2O]/[M2O] 몰비는 0.030 미만, 바람직하게는 0.025 미만, 보다 바람직하게는 0.010 미만이고,
여기서 [M2O]는, 궁극적으로 계산 시에 하기 화합물, 즉 무정형 알칼리 금속 실리케이트, 알칼리 금속 산화물 및 알칼리 금속 수산화물(이의 수화물을 포함함)만을 포함하는 알칼리 금속(M)의 몰량(단위: 몰)(M2O로서 계산됨)이며, 여기서 M의 일부로서 Li는 활성 인자 없이 포함되고,
[Li2O]는 궁극적으로 계산 시에 하기 화합물, 즉 무정형 리튬 실리케이트, 리튬 산화물 및 리튬 수산화물(이의 수화물을 포함함)만을 포함하는 Li의 몰량(단위: 몰)(Li2O로서 계산됨)이다.
"활성 인자"란 표현은 DE 10 2013 106 276 A1 문헌의 단락 [0037] 내지 단락 [0038]에 기술되어 있는 의미를 갖는다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 특히 바람직하며, 이때,
- 제2 액체 성분 (C)는, 각각의 경우에 제2 액체 성분 (C)의 총 질량을 기준으로,
- 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 리튬 이온의 함량(LiO2로서 계산됨),
및
- 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 붕소 이온의 함량(B2O3으로서 계산됨)을 포함하고,
- 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A)는,
- 성분 (A)의 총 질량을 기준으로 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 알루미네이트 이온의 함량, 보다 바람직하게는 0.1 중량% 이하, 가장 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 알칼리 금속 알루미네이트의 함량을 포함하고,
- 단계 (S2)에서 얻어지는 몰딩 재료 혼합물에서, [Li2O]/[M2O] 몰비는 0.030 미만, 바람직하게는 0.025 미만, 보다 바람직하게는 0.010 미만이고,
여기서 [M2O]는 궁극적으로 계산 시에 하기 화합물, 즉 무정형 알칼리 금속 실리케이트, 알칼리 금속 산화물 및 알칼리 금속 수산화물(이의 수화물을 포함함)만을 포함하는 알칼리 금속(M)의 몰량(단위: 몰)(M2O로서 계산됨)이며, 여기서 M의 일부로서 Li는 활성 인자 없이 포함되고,
[Li2O]는 궁극적으로 계산 시에 하기 화합물, 즉 무정형 리튬 실리케이트, 리튬 산화물 및 리튬 수산화물(이의 수화물을 포함함)만을 포함하는 Li의 몰량(단위: 몰)(Li2O로서 계산됨)이다.
본 발명의 공정은 이와 같이 특히 환경적으로 책임 있는 방식 및 자원 보전 방식으로 수행될 수 있다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때 물품은 몰드 베이스 재료 (D), 및 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A), 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 개별 구성성분 또는 수량의 개별 총 질량을 사용하여 단계 (S2)에서 생산되며, 여기서,
- 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A)는 사용된 내화성 몰드 베이스 재료 (D)의 총 질량의 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부 내지 3.0 중량부, 바람직하게는 0.3 중량부 내지 2.0 중량부로 사용되고/되거나(바람직하게는 "사용되고"),
- 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량은 사용된 내화성 몰드 베이스 재료 (D)의 수량의 100 중량부를 기준으로 총 0.5 중량부 내지 20 중량부의 범위, 바람직하게는 총 0.5 중량부 내지 7 중량부의 범위, 보다 바람직하게는 총 0.5 중량부 내지 4 중량부의 범위, 가장 바람직하게는 총 0.7 중량부 내지 3 중량부의 범위로 되고/되거나(바람직하게는 "되고"),
- 사용된 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량의 총 질량
대
- 사용된 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 성분의 총 질량
- 의 비율은 86:1 내지 1:1의 범위, 바람직하게는 20:1 내지 2:1의 범위, 보다 바람직하게는 10:1 내지 3:1의 범위이다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때 몰드 베이스 재료 (D)는 적어도 부분적으로는 재생된 몰드 베이스 재료로 이루어져 있고, 바람직하게는 적어도 50 중량% 정도, 보다 바람직하게는 적어도 70 중량% 정도, 가장 바람직하게는 적어도 85 중량% 정도의 재생된 몰드 베이스 재료로 이루어져 있다.
본 발명의 공정은 상술한 효과 및 이점의 달성과 함께 이와 같이 특히 환경적으로 책임 있는 방식 및 자원 보전 방식으로 수행될 수 있다.
많은 경우, 본 발명의 공정에서 최종 생성물로서 얻어지는 몰드, 코어 및 공급 요소가 층상 증강, 바람직하게는 3D 프린팅에 의한 층상 증강에 의해 생산되는 경우가 바람직하다. 상응하는 방법은 선행 기술분야에 알려져 있으며, 예를 들어 DE 10 2014 118 577 A1 및 DE 10 2011 105 688 A1에 알려져 있다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때 이 공정은,
(S3) 바람직하게는 성형 몰드에 의해, 또는 3D 프린터에 의한 단계적 증강(stepwise buildup)에 의해 몰딩 재료 혼합물을 3차원적으로 성형하는 단계,
(S4) 몰드, 코어 또는 공급 요소를 얻기 위해 결합제를 경화시키는 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명의 공정의 제2 바람직한 구성은 몰드, 코어 및 공급 요소로 이루어진 군으로부터 선택되는, 주조 산업에서 사용하기 위한 물품을 생산하기 위한 공정이며, 이때 이 공정은,
(S1) 공간적으로 분리된 3개의 용기 내에 하기 성분을 포함하는 결합제 시스템을 생산 또는 제공하는 단계:
- 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A),
- 물유리를 포함하는 제1 액체 성분 (B),
및
- 수상에 용해된 알루미네이트 이온을 포함하는 제2 액체 성분 (C);
(S2) 알루미네이트 이온 및 입자상의 무정형 이산화규소가 물유리에 전적으로 또는 부분적으로 혼합된 몰딩 재료 혼합물을 얻기 위해 하나 이상의 단계에서 몰드 베이스 재료 (D)와 결합제 시스템의 상기 성분 (A), 성분 (B) 및 성분 (C) 모두의 구성성분을 소정의 비율로 접촉시키는 단계로서,
단계 (S1) 및 단계 (S2)는 몰딩 재료 혼합물을 생산하기 위한 시스템에서 실시되는 단계,
(S3) 바람직하게는 성형 몰드에 의해, 또는 3D 프린터에 의한 단계적 증강에 의해 몰딩 재료 혼합물을 3차원적으로 성형하는 단계,
(S4) 몰드, 코어 또는 공급 요소를 얻기 위해 결합제를 경화시키는 단계를 포함한다.
특정한 경우, 몰드, 코어 및 공급 요소로 이루어진 군으로부터 선택되는 주조 산업에서 사용하기 위한 물품을 생산하기 위한 공정은 단계 (S1), 단계 (S2), 단계 (S3) 및 단계 (S4)로 이루어져 있다.
몰드 및/또는 코어 및/또는 공급 요소의 층상 증강, 바람직하게는 3D 프린팅에 의한 몰드 및/또는 코어 및/또는 공급 요소의 층상 증강을 위한 본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때 단계 (S2)에서 몰드 베이스 재료 (D)를 결합제 시스템의 상기 성분 (A), 성분 (B) 및 성분 (C) 모두의 구성성분과 하나 이상의 단계로 접촉시키는 단계는 적어도 하기 단계를 수행함으로써 구현된다:
(S2-1-1) 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 혼합물을 얻기 위해 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량을 혼합하는 단계;
(S2-1-2) 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분의 여과된 혼합물을 얻기 위해 단계 (S2-1-1)에서 얻어지는 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 혼합물을 여과하는 단계;
(S2-1-3) 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분의 여과된 혼합물을 몰드 베이스 재료 (D), 및 몰드 베이스 재료 (D)와 사전 접촉된 결합제 시스템의 성분 (A)와 접촉시키는 단계.
몰드 및/또는 코어 및/또는 공급 요소의 층상 증강, 바람직하게는 3D 프린팅에 의한 몰드 및/또는 코어 및/또는 공급 요소의 층상 증강을 위한 본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때 단계 (S2)에서 몰드 베이스 재료 (D)를 결합제 시스템의 상기 성분 (A), 성분 (B) 및 성분 (C) 모두의 구성성분과 하나 이상의 단계로 접촉시키는 단계는 적어도 하기 단계를 수행함으로써 구현된다:
(S2-2-1) 각각의 경우에 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 여과액을 얻기 위해 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량을 별도로 여과하는 단계;
(S2-2-2) 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 여과액의 혼합물을 얻기 위해 단계 (S-2-2-1)에서 얻어지는 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 여과액을 혼합하는 단계;
(S2-2-3) 단계 (S2-2-2)에서 얻어지는 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 여과액의 혼합물을 몰드 베이스 재료 (D), 및 몰드 베이스 재료 (D)와 사전 접촉된 결합제 시스템의 성분 (A)와 접촉시키는 단계.
몰드 및/또는 코어 및/또는 공급 요소의 층상 증강, 바람직하게는 3D 프린팅에 의한 몰드 및/또는 코어 및/또는 공급 요소의 층상 증강을 위한 본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때 단계 (S2)에서 몰드 베이스 재료 (D)를 결합제 시스템의 상기 성분 (A), 성분 (B) 및 성분 (C) 모두의 구성성분과 하나 이상의 단계로 접촉시키는 단계는 적어도 하기 단계를 수행함으로써 구현된다:
(S2-3-1) 각각의 경우에 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 여과액을 얻기 위해 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량을 별도로 여과하는 단계;
(S2-3-2) 단계 (S-2-3-1)에서 얻어지는 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 여과액을 몰드 베이스 재료 (D), 및 몰드 베이스 재료 (D)와 사전에 접촉된 결합제 시스템의 성분 (A)와 공간적으로 별도로 그리고/또는 시간적으로 별도로 접촉시키는 단계.
몰드 및/또는 코어 및/또는 공급 요소의 층상 증강, 바람직하게는 3D 프린팅에 의한 몰드 및/또는 코어 및/또는 공급 요소의 층상 증강을 위한 본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때 단계 (S2)에서 몰드 베이스 재료 (D)를 결합제 시스템의 상기 성분 (A), 성분 (B) 및 성분 (C) 모두의 구성성분과 하나 이상의 단계로 접촉시키는 단계는 적어도 하기 단계를 수행함으로써 구현된다:
(S2-4-1) 제1 액체 성분 (B)의 여과액을 얻기 위해 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량을 여과하는 단계;
(S2-4-2) 단계 (S2-4-1)에서 얻어지는 제1 액체 성분 (B)의 여과액을 몰드 베이스 재료 (D)와 접촉시키는 단계로서, 몰드 베이스 재료 (D)는 제2 액체 성분 (C) 및 결합제 시스템의 성분 (A)와 사전 접촉되는 단계.
상술된 바람직한 공정 구성 모두는 개별 사례의 요건에 따라 특히 바람직하고; 당업자라면 개별 요건에 따라 특정 사례에서 적합한 공정을 선택할 것이다.
바로 앞서 기술된 바와 같은 공정이 바람직하며, 이때 단계 (S4)에서,
- 경화는 적어도 부분적으로는 100℃ 내지 300℃ 범위, 보다 바람직하게는 140℃ 내지 250℃ 범위의 온도, 더욱더 바람직하게는 160℃ 내지 200℃ 범위의 온도, 바람직하게는 170℃ 내지 190℃의 온도에서 구현되고/되거나,
- 성형된 몰딩 재료 혼합물은 가열 가능한 성형 몰드에서 가열되고/되거나,
- 성형된 몰딩 재료 혼합물은 고온의 공기와의 접촉에 의해 가열되고/되거나,
- 성형된 몰딩 재료 혼합물은 마이크로웨이브의 작용에 의해 가열되고/되거나,
- 성형된 몰딩 재료 혼합물은 전류의 흐름에 의해 가열되고/되거나,
- 성형된 몰딩 재료 혼합물은 이산화탄소를 이용하여 경화되고/되거나,
- 성형된 몰딩 재료 혼합물은 에스테르를 이용하여 경화된다.
결합제 시스템의 열적 경화를 위한 성형된 몰딩 재료 혼합물을 가열하는 단계는, 예를 들어 100℃ 내지 300℃ 범위의 온도, 보다 바람직하게는 140℃ 내지 250℃ 범위의 온도, 더욱더 바람직하게는 160℃ 내지 200℃ 범위, 바람직하게는 170℃ 내지 190℃ 범위의 온도를 갖는 몰드에서 구현될 수 있다. 성형된 몰딩 재료 혼합물 내의 결합제 시스템의 열적 경화는 바람직하게는 몰딩된 물품의 산업적 제조를 위해 통상의 몰드에서 전적으로 또는 적어도 부분적으로 구현된다.
성형된 몰딩 재료 혼합물 내의 결합제 시스템은 본원에서는 적합한 장비에서 열적으로 경화될 수 있고/있거나, 제어된 온도에서 공기를 이용하여 성형된 몰딩 재료 혼합물을 제어식으로 통기시킴으로써 열적 경화를 보조하는 적합한 기기(예를 들어, 도관, 펌프 등)를 사용하여 열적으로 경화될 수 있다. 이를 위해, 공기는 바람직하게는 100℃ 내지 250℃, 보다 바람직하게는 110℃ 내지 180℃까지 가열된다.
열적 경화 기간(즉, 가열 기간, 및 제어 온도에서 공기를 이용하여 성형된 몰딩 재료 혼합물을 제어식으로 통기시키는 기간을 포함함)은 개별 사례의 요건에 따라 변할 수 있고, 예를 들어 성형된 몰딩 재료 혼합물의 크기 및 기하학적 특징에 따라 달라진다. 성형된 몰딩 재료 혼합물을 제어식으로 통기시킬 때 제어 온도에서의 공기의 흐름 속도 및/또는 부피 흐름은 바람직하게는 산업용으로 허용 가능한 기간, 바람직하게는 매우 짧은 기간 이내에 추가의 가공 또는 사용을 위한 성형된 몰딩 재료 혼합물의 충분한 경화가 달성되도록 조절된다. 5분 미만, 보다 바람직하게는 2분 미만의 기간이 본 발명의 문맥에서 바람직하다. 그러나, 매우 큰 몰드 또는 코어 또는 공급 요소의 경우에 개별 사례의 요건에 따르면 보다 긴 기간이 또한 요구될 수 있다.
성형된 몰딩 재료 혼합물은 이미 몰드 내에서 주로 경화되었을 수 있다.
본 발명의 공정은 열적 경화 단계 내에서 결합제 시스템의 완전한 경화를 요구하지 않는다. 따라서, 상술한 바와 같은 본 발명의 공정의 문맥에서 "열적 경화"는 또한 결합제의 완전한 경화를 포함하지 않는다. 이는, 결합제 시스템이 열적 경화 단계의 비교적 짧은 기간 동안 성형된 몰딩 재료 혼합물의 부피 전반에 걸쳐 반응할 것임이 반응 속도론의 이유로 예상할 수 없으므로 "경화"에 대한 당업자의 이해에 해당한다. 이와 관련하여, 예를 들어 당업자라면 주조 몰드 또는 주조 코어 또는 공급 요소 내의 결합제 시스템(예를 들어, 열적으로 경화되어 있음)의 추가의 경화 현상을 알고 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 성형된 몰딩 재료 혼합물을 몰드로부터 제거할 수 있기 위해 충분한 강도(그린 강도(green strength))를 달성하도록 성형된 몰딩 재료 혼합물의 가장자리 영역에서만 몰드 내에서 결합제 시스템을 경화시키는 것이 또한 가능하다. 후속적으로, 성형된 몰딩 재료 혼합물은 (예를 들어, 용융로 내에서) 추가의 물을 제거함으로써, 또는 감압 하에 또는 전자 오븐 내에서 물을 증발시킴으로써 추가로 경화될 수 있다.
또한, 성형된 몰딩 재료 혼합물에 대한 마이크로웨이브의 작용, 또는 전자기 방사선, 특히 적외선 방사선의 작용에 의해 열적 경화를 야기하거나 보조할 수 있다.
마찬가지로, 성형된 몰딩 재료 혼합물을 통한 전류의 흐름에 의해 열적 경화를 야기하거나 보조할 수 있고; 세부사항은, 예를 들어 DE 10 2017 217098 B3 및 여기에 인용된 문헌에 개시되어 있다.
마찬가지로, 예를 들어 교재[, Michaeli and Spur: Handbuch Urformen [Primary Forming Handbook] (2013), Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, ISBN: 978-3-446-42035-9]의 챕터 1.5.3에 기술된 바와 같이, 이산화탄소의 사용에 의해 경화를 야기하거나 보조할 수 있다.
마찬가지로, 예를 들어 GB 1029057, 및 교재[, Michaeli and Spur: Handbuch Urformen (2013), Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, ISBN: 978-3-446-42035-9]의 챕터 1.5.3에 기술된 바와 같이, 에스테르의 사용에 의해 경화를 야기하거나 보조할 수 있다.
첨가제 제작 부문에서의 저온 경화 방법 및 적용을 본 발명의 공정과 조합하는 것이 또한 가능하다.
본 발명은 구체적으로 및 바람직하게는 액체 성분 (B) 및 성분 (C)는 몰드 베이스 재료 (D) 및 성분 (A)의 부재 하에 접촉되는 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)에 관한 것으로, 이때,
이렇게 형성된 수용액은,
- 가열되지 않고, 후속적으로 냉각된다.
바람직하게는, 본 발명의 공정에서 외부 에너지 공급에 의해 형성된 용액의 가온 또는 가열은 단계 (S2)에서 몰드 베이스 재료 (D)와의 접촉 단계 이전에는 일어나지 않는다. 바람직하게는, 본 발명의 공정에서 형성된 용액의 냉각은 단계 (S2)에서 몰드 베이스 재료 (D)와의 접촉 단계 이전에는 일어나지 않는다.
액체 성분 (B)와 성분 (C)의 혼합물을 얻기 위해 액체 성분 (B) 및 성분 (C)를 몰드 베이스 재료 (D) 및 성분 (A)의 부재 하에 접촉시키는 본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때,
- 액체 성분 (B)와 성분 (C)의 얻어진 혼합물은 프린트헤드 외부에서는 여과되지 않고, 바람직하게는 전혀 여과되지 않는다.
액체 성분 (B)와 성분 (C)의 혼합물을 얻기 위해 액체 성분 (B) 및 성분 (C)를 몰드 베이스 재료 (D) 및 성분 (A)의 부재 하에 접촉시키는 본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때,
- 액체 성분 (B)와 성분 (C)의 얻어진 혼합물은 볼 번호 3을 사용하여 ISO 12058-1 (1997-04-01)에 따라 측정된 100 mPas 미만의 점도를 갖는다.
본 발명은 구체적으로 및 바람직하게는 액체 성분 (B) 및 성분 (C)를 몰드 베이스 재료 (D) 및 성분 (A)의 부재 하에 접촉시켜 불안정한 예비 혼합물을 형성하는 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)에 관한 것이다.
본원에서 "불안정한"은 예비 혼합물이 적어도 6개월 동안 20℃에서 저장 안정성이 없고, 바람직하게는 적어도 2개월 동안 20℃에서 저장 안정성이 없다는 것을 의미한다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때,
- 제2 액체 성분 (C)는 먼저 몰드 베이스 재료 (D)와 접촉되고, 그 이후에만 제1 액체 성분 (B)가 몰드 베이스 재료와 액체 성분 (C)의 혼합물에 첨가된다.
많은 경우, 제2 액체 성분 (C)가 먼저 몰드 베이스 재료 (D)와 접촉되고, 그 이후에만 제1 액체 성분 (B)가 몰드 베이스 재료와 성분 (C)의 혼합물에 첨가되는 경우가 바람직하지만; 많은 경우에 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 접촉 또는 몰드 베이스 재료 (D)에 대한 동시 첨가의 상이한 순서도 마찬가지로 바람직하다.
본 발명의 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때,
- 액체 성분 (B) 및 성분 (C)는 15분 이하의 기간 이내, 바람직하게는 5분 이하의 기간 이내에 서로 접촉된다.
"접촉"은 제1 액체 성분 (B)의 분자가 액체 성분 (C)와 접촉하거나 그 반대로 접촉하는 시점에 시작되고, 이는 두 성분 모두가 완전히 사용되면 종료된다.
공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때,
- 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 접촉 시에 이의 온도는 5℃ 내지 35℃의 범위이다.
온도는 바람직하게는 접촉 작업 전반에 걸쳐 이러한 범위 내에 있다.
공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)이 바람직하며, 이때,
- 공정의 어떠한 단계도 프린트헤드 외부에서의 여과를 포함하지 않고; 바람직하게는, 공정의 어떠한 단계도 여과를 포함하지 않는다.
따라서, 상술한 효과 및 이점은 특히 자원 보전 방식으로, 그리고 많은 경우에 특히 환경적으로 책임 있는 방식으로 달성된다.
본 발명은 또한 상술한 바와 같은 공정, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같은 공정에 의해 생산되거나 생산 가능한, 주조에서 사용하기 위한 몰드, 코어, 공급 요소 및 몰딩 재료 혼합물에 관한 것이다.
본 발명의 몰딩 재료 혼합물은 바람직하게는 본 발명의 공정의 상술한 제1 바람직한 구성에 따른 공정에 의해 생산되었거나, 생산 가능하다. 본 발명의 몰드, 코어 및 공급 요소는 바람직하게는 본 발명의 공정의 상술한 제2 바람직한 구성에 따른 공정에 의해 생산되었거나, 생산 가능하다.
개별 사례의 요건에 따르면, 상기에서 정의된 바와 같은 본 발명의 공정의 모든 또는 개별 양태는 개별적으로 또는 서로 조합하여 주조에서 사용하기 위한 본 발명의 몰드, 본 발명의 코어, 본 발명의 공급 요소 또는 본 발명의 몰딩 재료 혼합물의 생산에 특히 적합하다. 본 발명의 몰드, 본 발명의 코어, 본 발명의 공급 요소 또는 본 발명의 몰딩 재료 혼합물의 생산을 위해, 당업자라면 개별 사례에서 바람직하고 상응하게 구성된 공정을 이용하는 본 발명의 공정의 양태를 확인할 것이다.
본 발명의 공정과 관련하여 상술한 이점 및 효과는 본 발명의 몰드, 본 발명의 코어, 본 발명의 공급 요소 또는 본 발명의 몰딩 재료 혼합물을 이용하여 달성된다.
본 발명은 또한 몰드, 코어, 공급 요소 및 몰딩 재료 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 물품의 생산을 위한 주조에서의 기기에 관한 것으로, 이 기기는, 적어도,
(i)
- 물유리를 포함하는 제1 액체 성분 (B),
및
- 수상에 용해된 알루미네이트 이온을 포함하는 제2 액체 성분 (C)를 포함하는/위한 개별적인 저장 용기,
(ii) 적어도 하나의 몰드 베이스 재료 (D) 및 입자상의 무정형 이산화규소와 접촉시킬 목적으로 용기에 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)를 소정량으로 계량식으로 첨가하기 위한 (제1) 계량 장치를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 기기 내의 제1 계량 장치는, 적어도 하나의 몰드 베이스 재료 (D) 및 입자상의 무정형 이산화규소와 접촉시킬 목적으로 (이의 저장 용기로부터의) 제1 액체 성분 (B) 및 (이의 저장 용기로부터의) 제2 액체 성분 (C)의 소정량을 함께 용기 내에 계량하도록 구성된다.
바람직하게는, 본 발명의 기기의 계량 장치는 계량이 자동화되도록 구성되고; (제1) 계량 장치를 위한 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어 장치에 의한 자동화된 계량식 첨가가 바람직하다. (제1) 계량 장치를 위한 마이크로프로세서-보조 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어 장치에 의한 자동화된 계량식 첨가가 특히 바람직하다.
바람직하게는, 본 발명의 기기의 (제1) 계량 장치는, 본 발명의 공정을 용기 외부에서 수행하는 경우에 적어도 하나의 몰드 베이스 재료 (D) 및 입자상의 무정형 이산화규소와 접촉시킬 목적으로 제1 액체 성분 (B) 및/또는 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량으로부터 고체의 수량, 바람직하게는 본 발명의 분야에서 허용 불가능한 고체의 수량도 형성되지 않도록 구성된다.
몰드 및/또는 코어 및/또는 공급 요소의 층상 증강을 위한 본 발명의 기기(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)가 바람직하다.
이 같은 기기에 의해, 본 발명의 공정은 특히 시간 절약 및/또는 자원 보전 방식으로 실시될 수 있다.
본 발명의 기기(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)가 바람직하며, 여기서 이 기기는, 적어도,
(iii)
- 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A),
및
- 몰드 베이스 재료 (D)를 포함하는/위한 개별적인 저장 용기,
(iv)
- 적어도 물유리 및 알루미네이트 이온과 접촉시킬 목적으로,
- 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A)의 구성성분 또는 수량,
및
- 몰드 베이스 재료 (D)를 소정량으로 계량식으로 첨가하기 위한 (제2) 계량 장치를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 기기의 이러한 (제2) 계량 장치는, (이의 저장 용기로부터의) 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A) 및 (이의 저장 용기로부터의) 몰드 베이스 재료 (D)를 소정량으로 계량하는 단계가 적어도 물유리 및 알루미네이트 이온과 접촉시킬 목적으로 용기 내에 전체적으로 구현되도록 구성된다.
바람직하게는, 본 발명의 기기의 (제2) 계량 장치는 계량식 첨가가 자동화되도록 구성되고; (제2) 계량 장치를 위한 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어 장치에 의한 자동화된 계량식 첨가가 바람직하고, (제2) 계량 장치를 위한 마이크로프로세서-보조 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어 장치에 의한 자동화된 계량식 첨가가 특히 바람직하다.
바람직하게는, 본 발명의 공정에서 본 발명의 몰드 및/또는 코어 및/또는 공급 요소, 특히 복합 몰드 및/또는 코어 및/또는 공급 요소 기하구조를 갖는 본 발명의 몰드 및/또는 코어 및/또는 공급 요소를 생산하는 것이 본 발명의 기기, 특히 몰드 및/또는 코어 및/또는 공급 요소의 층상 증강을 위한 본 발명의 기기에 의해 가능하고; 이는 특히 시간 절약, 자원 보존 방식 및 또한 많은 경우에 특히 환경적으로 책임 있는 방식으로 본 발명의 기기 내에서 달성된다.
본 발명의 기기(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)가 추가로 바람직하며, 이때 이 기기는,
- 적어도 물유리 및 알루미네이트 이온을 포함하는 혼합물을 얻기 위해 적어도 하나의 계량 장치에 의해 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량을 소정의 비율로 자동으로 계량식으로 첨가하기 위한 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어 장치, 바람직하게는 마이크로프로세서-보조 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어 장치;
및/또는
- 적어도 하나의 계량 장치에 의해 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량을 자동으로 계량식으로 첨가하기 위한, 바람직하게는 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A), 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량을 자동으로 계량식으로 첨가하기 위한, 보다 바람직하게는 몰드 베이스 재료 (D), 및 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A), 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량을 자동으로 계량식으로 첨가하기 위한 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어 장치, 바람직하게는 마이크로프로세서-보조 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어 장치를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 공정을 특히 시간 절약 및 자원 보전 방식으로 수행하는 것은 본 발명의 기기, 특히 몰드 및/또는 코어 및/또는 공급 요소의 층상 증강을 위한 본 발명의 기기에 의해 가능하고; 본원에서는 몰드 및/또는 코어 및/또는 공급 요소의 층상 증강 시에 적어도 하나의 계량 장치에서의 자동화 계량식 첨가를 위한 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어 장치, 바람직하게는 마이크로프로세서-보조 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어 장치가 이러한 층상 증강을 또한 제어하는 경우가 특히 바람직하다.
본 발명은 또한 공정(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)을 수행하기 위한 본 발명의 기기(상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같음)의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 기기를 사용하여 본 발명의 공정을 수행하는 것이 특히 바람직하고; 이는 특히 매우 효율적인 방식으로 상술한 효과 및 이점을 달성한다.
본 발명은 또한 수상에 용해된 알루미네이트 이온, 바람직하게는 용해된 알칼리 금속 알루미네이트를 포함하는, 경화성 결합제 시스템의 제2 액체 성분 (C)로서의 액체 성분의 용도에 관한 것으로, 이때 이 경화성 결합제 시스템은, 경화된 결합제 시스템에 의해 결합된 몰드 베이스 재료 (D)를 포함하는 몰딩의 내습성을 증가시키기 위해,
- 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A),
및
- 물유리를 포함하는 제1 액체 성분 (B)를 포함한다.
본 발명의 사용에 의해 개개의 경우에 달리 동일한 조성 및 생산 모드를 갖는 몰딩과 비교하여 개별 몰딩의 놀랍도록 높은 내습성이 야기되지만, 제2 액체 성분 (C)의 사용 없이 야기된다. 상술한 결합제 시스템의 제2 액체 성분 (C)로서, 리튬-함유 및/또는 붕소-함유 화합물이 수상에 용해된 알루미네이트 이온, 바람직하게는 용해된 알칼리 금속 알루미네이트를 포함하는 액체 성분의 본 발명의 용도를 통해 내습성을 증가시킨다는 선행 기술분야로부터 알려져 있는 효과를 추가로 개선시키는 것이 또한 가능하다.
또한, 본 발명은, 상술한 바와 같고, 바람직하게는 상기에서 바람직한 것으로 확인된 바와 같은 본 발명의 공정에 의해 물품의 생산을 위한, 즉 본 발명의 몰드, 본 발명의 코어, 본 발명의 공급 요소 또는 본 발명의 몰딩 재료 혼합물의 생산을 위한, 수상에 용해된 알루미네이트 이온, 바람직하게는 용해된 알칼리 금속 알루미네이트를 포함하는 액체 성분 (C)의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 공정과 관련하여 상술한 이점 및 효과는 수상에 용해된 알루미네이트 이온, 바람직하게는 용해된 알칼리 금속 알루미네이트를 포함하는 액체 성분 (C)의 본 발명의 용도에 관하여 달성된다.
또한, 본 발명은, 결합제의 생산을 위한, 각각 상술한 바와 같고, 바람직하게는 각각 바람직한 것으로 확인된 바와 같은 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A), 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 용도에 관한 것으로, 이때 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)는 86:1 내지 1:1 범위, 바람직하게는 20:1 내지 2:1 범위, 보다 바람직하게는 10:1 내지 3:1 범위의 질량비로 혼합된다.
본 발명의 공정과 관련하여 상술한 이점 및 효과는 명시된 질량비와 혼용 시에 특히 효율적인 방식으로 달성된다.
이하, 본 발명은 실시예에 의해 상세하게 설명된다.
실시예 1 - 레이저 산란에 의한 입자 크기 분포의 측정
본 실시예에서 물질의 선택은 단순히 예시적이며, 본 실시예의 절차에 따라 레이저 산란에 의해 본 발명에 따라 사용될 기타 입자상 이산화규소 종의 입자 크기 분포 또는 중간값을 측정하는 것이 또한 가능하다.
1.1 샘플 제조:
일례로, (RW Silicium GmbH로부터) 상업적으로 시판되고, Si 생산(체분형 RW 필터(RW filter sieved)[" gesiebt"]) 및 ZrO2 생산(RW 필터 Q1 Plus[" Q1 plus"])에서 유래한 입자상 분말 형태인 실리카 흄 입자(CAS 번호: 69012-64-2)의 입자 크기 분포를 레이저 산란에 의해 실험을 통해 측정하였다.
각각의 경우, 약 1 티스푼의 입자상 이산화규소를 약 100 ㎖의 탈염수와 혼합하고, 얻어진 혼합물을 자석 교반기(IKAMAG RET)를 사용하여 30초 동안 분당 500회의 교반기 속도로 교반하였다. 후속적으로, 100% 진폭으로 사전 조정되고 S26d7 소노트로드(sonotrode; Hielscher사)가 구비된 초음파 탐침(Hielscher사; 모델: UP200HT)을 샘플에 침지하고, 이를 사용하여 샘플을 초음파 처리하였다. 초음파 처리는 연속적이었다(펄스형이 아님). Si 생산(체분형 RW 필터) 및 ZrO2 생산(RW 필터 Q1 plus)으로부터 조사된 실리카 흄 입자에 있어서, 300초(체분형 RW 필터의 경우) 또는 240초(RW 필터 Q1 Plus의 경우)의 최적 초음파 처리 시간을 선택하였으며, 이를 실시예 2에서 기술된 바와 같이 사전에 확인하였다.
1.2 레이저 산란 측정:
Horiba LA-960 장비(이하, LA-960로 칭함)를 사용하여 측정을 실시하였다. 측정을 위해, 순환 속도를 6으로 설정하고, 교반기 속도를 8로 설정하고, 샘플에 대한 데이터 기록은 30,000으로 설정하고, 수렴 인자는 15로 설정하고, 분포 모드는 부피로 설정하고, 굴절률(R)은 1.50-0.01i(탈염수 분산 매질의 경우 1.33)로 설정하고, 굴절률(B)는 1.50-0.01i(탈염수 분산 매질의 경우 1.33)로 설정하였다. 레이저 산란 측정을 실온(20℃ 내지 25℃)에서 실시하였다.
LA-960의 측정 챔버는 탈염수로 3/4 정도(최대 충전 수준)까지 충전하였다. 이어서, 교반기를 설정 속도로 작동시켰으며, 순환 스위치를 켜고, 물을 탈기시켰다. 후속적으로, 명시된 파라미터를 사용하여 영점 측정을 실시하였다.
이어서, 일회용 피펫을 사용하여 초음파 처리 직후에 본 실시예 1의 단계 1.1에 따라 제조된 샘플로부터 중앙에서 0.5 ㎖ 내지 3.0 ㎖의 샘플을 채취하였다. 후속적으로, 적색 레이저의 투과율이 80% 내지 90%이고 청색 레이저의 투과율이 70% 내지 90%가 되도록 피펫의 온전한 내용물을 측정 챔버에 도입하였다. 이어서, 측정을 시작하였다. 명시된 파라미터에 기초하여 자동화 방식으로 측정을 평가하였다. Si 생산으로부터 조사된 실리카 흄 입자(체분형 RW 필터)에 있어서, 입자 크기 분포는 소수점 둘째 자리까지 반올림된 중간값이 0.23 마이크로미터인 것으로 확인되었다.
ZrO2 생산으로부터 조사된 실리카 흄 입자(RW 필터 Q1 Plus)에 있어서, 입자 크기 분포는 소수점 둘째 자리까지 반올림된 중간값이 0.84 마이크로미터인 것으로 확인되었다.
실시예 2 - 최적 초음파 처리 시간의 측정:
각각의 입자상 이산화규소의 종에 대해 상이한 초음파 처리 시간으로 측정 시리즈를 실시함으로써 샘플의 유형에 따라 달라지는 초음파 처리의 최적 지속기간을 확인하였다. 이는, 모든 추가의 샘플에 대해 초음파 처리 시간을 10초에서 시작하여 매회 10초씩 연장하고, 본 실시예 1의 단계 1.2에서 기술된 바와 같이 초음파 처리의 종료 직후에 레이저 산란(LA-960)에 의해 개별 입자 크기 분포를 측정함으로써 이루어졌다. 초음파 처리의 지속기간을 증가시키면서, 입자 크기 분포에서 확인된 중간값은 궁극적으로 보다 긴 초음파 처리 시간에 다시 증가할 때까지 처음에서 떨어졌다. 본 실시예 1의 단계 1.1에서 기술된 초음파 처리의 경우, 선택된 초음파 처리 시간은, 이들 측정 시리즈에서 개별 입자 종에 대해 입자 크기 분포의 가장 낮은 중간값이 측정되도록 하는 시간이고; 이러한 초음파 처리 시간은 "최적의" 초음파 처리 시간이다.
실시예 3 - 알칼리 금속 알루미네이트 용액의 생산
일례로, 본 실시예에는 알칼리 금속 알루미네이트 용액의 생산이 기술되어 있다. 본원에서 사용된 농도는 단순히 일례로 나타낸 것이고, 기타 농도를 사용하는 것이 또한 가능하고; 상응하는 물성과 관련하여 상기 설명을 참고한다.
3.1 알루민산칼륨 용액의 생산
2.5:1 1의 산화칼륨 대 산화알루미늄 몰비를 갖는 알루민산칼륨 용액(이하 "알루민산칼륨 용액 1:2.5(potassium aluminate soln. 1:2.5)" 또는 "알루민산칼륨 용액 1:2.5(potassium aluminate solution 1:2.5)"로도 지칭됨)의 생산을 위해, 표 1a에 명시된 제형 2019311(본문에서 각각 동일한 제형 번호는 동일한 조성을 각각 나타냄)에 따르면, 45% 수산화칼륨의 초기 충전물을 교반하면서 93℃ ± 2℃의 온도로 평형화하였다.
이어서, 수산화알루미늄 분말(제형 2019311에 따른 Apyral NH20; 표 1a)을 연속적으로 교반하면서 첨가하였다. 얻어진 혼합물을 95℃ ± 2℃의 온도까지 가열하고, 용액이 표면상 투명해질 때까지 이 온도에서 방치하였다. 후속적으로, 용액을 실온까지 냉각시켰다.
제형 2019311에 따라 얻어진 알루민산칼륨 용액의 몰 조성은 표 1b로부터 명백하게 된다.
3.2 알루민산나트륨 용액의 생산
2.5:1의 산화나트륨 대 산화알루미늄 몰비를 갖는 알루민산나트륨 용액(이하 알루민산나트륨 용액 1:2.5(sodium aluminate soln. 1:2.5)" 또는 "알루민산나트륨 용액 1:2.5(sodium aluminate solution 1:2.5)"로도 지칭됨)의 생산을 위해, 표 1a에 명시된 제형 2019315에 따르면, 33%의 수산화나트륨 용액을 교반하면서 초기 물 충전물에 첨가하고, 93 ± 2℃의 온도로 평형화하였다.
이어서, 수산화알루미늄 분말(제형 2019315에 따른 Apyral NH20; 표 1a)을 연속적으로 교반하면서 첨가하였다. 얻어진 혼합물을 95℃ ± 2℃의 온도까지 가열하고, 용액이 표면상 투명해질 때까지 이 온도에서 방치하였다. 후속적으로, 용액을 실온까지 냉각시켰다.
제형 2019315에 따라 얻어진 알루민산나트륨 용액의 몰 조성은 표 1b로부터 명백하게 된다.
실시예 4 - 물 및 금속 산화물의 중량 백분율을 측정하기 위한 실시예 계산
4.1 Na2O의 중량 백분율
일례로, 하기 계산은 제형 2019315에서 사용된 33%의 NaOH 용액이 공식적으로 수중 25.6 중량%의 Na2O를 포함한다는 것을 보여준다. 기타 농도에 대해서도 유사하게 상응하는 계산을 실시하는 것이 또한 가능하다.
본원에서 사용된 기준은 하기 식이다:
Na2O + H2O → 2NaOH
이는 다음과 같다:
즉, NaOH는 77.5 중량%의 Na2O를 함유한다.
33%의 NaOH 용액의 경우, 이는 다음과 같다:
중량%(33%의 NaOH 중의 Na2O) = 33 ㆍ 77.5 중량%/100 = 25.6 중량%
중량%(33%의 NaOH 중의 H2O) = (100 - 25.6) 중량% = 74.4 중량%
4.2 K2O의 중량 백분율
유사하게, 제형 2019311에서 사용되는 수중 45%의 KOH 용액에 대해 37.8 중량%의 K2O 비율이 알려져 있다.
4.3 Li2O의 중량 백분율
유사하게, 실시예 14에서 사용되는 LiOH 일수화물에 대해 35.6 중량%의 Li2O 비율이 알려져 있다.
본원에서 사용된 기준은 하기 식이다:
Li2O + 3H2O → 2LiOHㆍH2O
4.4 알루민산나트륨 용액의 중량 백분율
하기 계산은 어떻게 알루민산나트륨 용액의 조성이 유사하게 계산되는지를 보여준다.
본원에서 사용된 기준(4.1에 따른 기준에서 벗어남)은 하기 식이다:
Al2O3 + 3H2O → 2Al(OH)3
이는 하기와 같다:
제형 2019315에 따른 용액의 경우, 이는 다음과 같다:
중량%(2019315 중의 Al2O3) = (20 ㆍ 65.4 중량%)/100 = 13.08 중량%
중량%(2019315 중의 Na2O) = (77.63 ㆍ 25.6 중량%)/100 = 19.87 중량%
중량%(2019315 중의 H2O) = (100 - (13.08 + 19.87)) 중량% = 67.05 중량%
4.5 알루민산칼륨 용액의 중량 백분율
유사하게, 제형 2019311에 따른 알루민산칼륨 용액의 조성에 대해 30.24 중량%의 K2O 및 56.68 중량%의 H2O의 비율이 알려져 있다.
4.6 B2O3의 중량 백분율
유사하게, 실시예 14에서 사용되는 사붕산나트륨 10수화물에 대해 36.5 중량%의 B2O3 및 16.3 중량%의 Na2O의 비율이 알려져 있다.
본원에서 사용된 기준은 하기 식이다:
Na2[B4O5(OH)4]ㆍ8H2O → Na2O + 2B2O3 + 10H2O
실시예 5 - 몰딩 재료 혼합물의 생산
제제화의 일례로서 몰딩 재료 혼합물의 생산이 기술되어 있다. 몰딩 재료 혼합물의 조성은 단순히 예시적이고; 사용된 물질의 선택도 또한 단순히 예시적이다.
달리 명시하지 않는 한, 실시예의 본문에서 명시된 제형(오직 일례로서, 본원에서는 표 2a에 따른 제형)에 있어서, 접촉 단계에서 표 2b에 따른 소정의 비율이 존재하는 방식으로 생산 또는 제공된 액체 성분 (B)(물유리를 포함하는 제1 액체 성분) 및 액체 성분 (C)(수상에 용해된 알루미네이트 이온을 포함하는 제2 액체 성분)를 상기 생산 또는 제공된 성분 (A)(무정형 이산화규소를 포함하는 성분) 및 몰드 베이스 재료(성분 D))와 접촉시킨다.
서로에 대한 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 정확한 상대 비율은 각각 상술된 제형으로부터 명백하게 된다.
5.1 절차:
(a) 본 실시예를 위해, 먼저, 일정량의 입자상의 무정형 이산화규소 종 " gesiebt"(레이저 산란에 의해 측정된, 소수점 둘째 자리까지 반올림된 입자 크기 분포의 중간값이 0.23 마이크로미터임) 및 일정량의 입자상의 무정형 이산화규소 종 " Q1 Plus"(레이저 산란에 의해 측정된, 소수점 둘째 자리까지 반올림된 입자 크기 분포의 중간값이 0.84 마이크로미터임)를 (입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A)의 일례로서) 1:1의 중량 비율로 서로 건식 혼합하였다. 실시예의 본문의 문맥에서 달리 명시하지 않는 한, 본원에 기술된 1:1 혼합물은 항상 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A)로서 사용되었다.
(b) 개별적인 용기(물유리를 포함하는 제1 액체 성분 (B)의 일례로서)에서, 물유리 결합제에는 표 2a의 액체 성분 (B)에 따른 조성이 제공되었다. 메모: 추가의 실시예에서, 이러한 절차는 이후에 각각의 경우에 명시된 기타 조성에 적용된다.
(c) 개별적인 용기에서, 산화나트륨 및 산화알루미늄의 몰비가 2.5:1인 (상기 실시예 3.2에 따라 제조됨: 수상에 용해된 알루미네이트 이온을 포함하는 제2 액체 성분 (C)의 일례로서) 알루민산나트륨 용액을 제공한다. 메모: 추가의 실시예에서, 이러한 절차는 이후에 각각의 경우에 명시된 기타 조성에 적용된다.
(d) 접촉 용기에서, 100 PW의 H32 석영 샌드(Quarzwerke GmbH사; AFS 입도 지수(grain fineness number): 45)를 제공하고, 예비 혼합물을 얻기 위해 (a) 하에 본 실시예에서 상술한 0.6 PW의 " gesiebt"와 " Q1 Plus"의 1:1 혼합물을 샌드와 수동으로 혼합하였다.
(e) 이어, 액체 성분 (B) 및 성분 (C)를 표 2a에 명시된 상대 비율에 따라 이러한 고체의 예비 혼합물에 2.1 PW의 총 비율(표 2a에 명시된 상대 비율의 경우, 그 내부에서 정의된 0.1365 PW의 액체 성분 (C) 및 그 내부에서 정의된 1.9635 PW의 액체 성분 (B)의 첨가량이 일례로서 알려져 있고; 따라서 전체 첨가량은 다음과 같다: 0.1365 PW + 1.9635 PW = 2.1 PW)로 개별적으로 각각 첨가하였다. 이 다음으로 불 혼합기(bull mixer; RN10/20 유형; Morek Multiserw사)에서 120초 동안 220 rpm으로 혼합하였다. 이로 인해 주조 산업에서 사용하기 위한 물품의 일례로서 몰딩 재료 혼합물이 얻어졌다. 몰딩 재료 혼합물은 몰드, 코어 및 공급 요소의 생산에 적합하며, 따라서 추가의 사내 연구에서 사용되었다.
실시예 6 - 시험바(test bar)의 생산
일례로, 본 실시예에는 주조 산업용 몰드(몰딩) 또는 코어의 예로서 시험바의 생산이 기술되어 있고; 시험바의 치수 및 사용된 물질의 선택은 단순히 일례로 나타낸 것이다.
6.1 절차
실시예 5에 따라 생산된 몰딩 재료 혼합물을 22.4 ㎜ x 22.4 ㎜ x 185 ㎜의 치수를 갖는 시험바로 형성하였다. (메모: 시험바를 수득하기 위해 실시예 5.1의 절차에 따라 기타 조성물로부터 생산된 몰딩 재료 혼합물을 본원에 기술된 방식으로 가공하였음).
이를 위해, 압축 공기(4 bar) 및 3초의 촬영 시간을 이용하여 몰딩 재료 혼합물을 180℃의 온도를 갖는 시험바용 몰드에 도입하였다. 후속적으로, 경화 지속기간 동안 2 bar의 통기 압력 및 180℃의 통기 및 통기 호스 온도에서 가열된 압축 공기로 추가로 통기시키면서 시험바를 180℃에서 30초 동안 고온 경화시켰다. 그 이후, 몰드를 개방하고, 경화된 시험바를 제거하였다. 몰드로부터의 제거 후, 주위 공기 하에서의 냉각을 위해 생산된 시험바를 이들의 가장 긴 범위의 2개의 단부의 영역에서만 프레임에 얹혀 있도록 이들을 프레임 상에 수직으로 놓았으며, 시험바는 접촉 표면 사이의 접촉 없이 약 16 ㎝의 범위에 걸쳐 있었다.
실시예 7 - 코어 중량의 측정
주위 공기 하에서의 약 1시간의 냉각 시간 이후, 실험용 천칭(Entris 3202-1S 유형; Sartorius사) 상에서 실시예 6에 따라 생산된 시험바의 무게를 측정하였다. 하기 실시예에 포함된 코어 중량 수치는 9개의 개별 측정의 평균에 상응한다(메모: 실시예 6.1의 절차에 따라 기타 몰딩 재료 혼합물로부터 생산된 시험바에 대해 코어 중량을 본원에 기술된 방식으로 또한 측정하였음).
실시예 8 - 고온 강도의 측정
몰드로부터의 제거 직후(실시예 6에서 기술된 바와 같이 프레임 상에의 저장 이전), 실시예 6에 따라 생산된 시험바를 3점 벤딩 장치(Morek Multiserw사)가 구비된 Georg Fischer 강도 시험기에 도입하였다. 몰드를 개방한지 15초 후, 시험바의 파단을 초래하는 힘을 측정하였다. 각각의 고온 강도 수치(단위: N/㎠)는 각각의 경우 3개의 개별 측정의 평균에 상응하고, 10 N/㎠로 반올림되었다(메모: 실시예 6.1의 절차에 따라 기타 몰딩 재료 혼합물로부터 생산된 시험바에 대해 고온 강도를 본원에 기술된 방식으로 또한 측정하였음).
실시예 9 - 1시간 강도의 측정
실시예 6에 따라 시험바를 생산하였다. 몰드로부터의 제거 후 (주위 공기 하에, 그리고 상기 실시예 6에서 기술된 프레임 상에서) 1시간의 냉각 시간 후, 각각의 시험바를 3점 벤딩 장치(Morek Multiserw사)가 구비된 Georg Fischer 강도 시험기에 도입하고, 시험바의 파단을 초래하는 힘을 측정하였다. 각각의 1시간 강도 수치(단위: N/㎠)는 각각의 경우 3개의 개별 측정의 평균에 상응하고, 10 N/㎠로 반올림되었다(메모: 실시예 6.1의 절차에 따라 기타 몰딩 재료 혼합물로부터 생산된 시험바에 대해 1시간 강도를 본원에 기술된 방식으로 또한 측정하였음).
실시예 10 - 수분 안정성의 측정
이들 개개의 프레임 상에서의 (주위 공기 하에, 그리고 상기 실시예 6에서 기술된 프레임 상에서의) 1시간 냉각 시간 후, 시험바를 온도 제어 캐비닛(VC 0034; ) 내에서 제어 조건 하에서 35℃ 및 75% 상대 습도로 저장하였다. 평가를 위해, 카메라(HomeVista 유형; SECACAM사)를 사용하여 시험바를 모니터링하였다. 시험바가 파단될 때까지 이의 사진을 10분마다 촬영하고; 시험바가 완전히 파손되지 않은 마지막 사진의 시간을 수분 안정성에 대해 측정된 시간으로 간주한다. 보고된 수분 안정성은 각각 3개의 개별 측정의 평균에 상응한다(메모: 실시예 6.1의 절차에 따라 기타 몰딩 재료 혼합물로부터 생산된 시험바에 대해 수분 안정성을 본원에 기술된 방식으로 또한 측정하였음).
실시예 11 - 샌드 접착과 관련하여 주조 품질의 측정
코어의 4개의 세로 측면 중 3개가 각각의 경우에 주조 공정에서 용융된 금속과 접촉하는 방식으로 실시예 6에 따라 생산된 시험바를 외부 샌드 몰드 내에 놓았다. 이렇게 제조된 주조 몰드를 사용하여 약 750℃의 주조 온도에서 알루미늄 합금(EN AC-42100)을 주조하였다. 용융물이 냉각된 후, 주조물을 샌드 몰드로부터 꺼내고, 압축 공기 연공 해머(P 2535 Pro 유형; Atlas Copco사)를 사용하여 주조물의 공급 영역에 대한 고주파 해머 충격에 의해 시험바를 제거하고, 시험바와 접촉하는 주조 표면을 압축 공기총으로 취입하였다. 각각의 시험바 조성에 대해, 2개의 상응하는 주조를 개별적인 주조 몰드에서 실시하였다.
주조 품질의 상대적 비교를 위해, 각각의 몰드에 대해 최상의 주조 품질에서 최하의 주조 품질까지 코어와 접촉하는 주조 표면을 평가하였다. 주조 기술 분야에서 수년간의 경험을 갖는 2명의 검사자에 의해 독립적으로 이 평가를 실시하였다. 실시예 6.1의 절차에 따라 기타 몰딩 재료 혼합물로부터 생산된 시험바에 대해 주조 품질을 본원에 기술된 방식으로 또한 측정하였다.
실시예 12 - 고온 물성의 측정
Simpson Technologies Corporation사의 고온 왜곡 시험기를 사용하여 EP 2 097 192 B1(특히 EP 2 097 192 B1의 단락 [0096] 내지 단락 [0099] 참조)에 명시된 방법과 유사하게 열적 응력 하의 변형을 실시하였다. 이러한 장비를 이용하여 수득된 결과는, 당업자의 관점에서 볼 때, BCIRA 고온 왜곡 시험에 의한 고온 왜곡 측정에 의해 측정된 결과와 같았다.
본원에서 사용된 시험바를 실시예 6에 따라 생산하였으며, 이때 유일한 차이점은 고온 왜곡 시험을 위해 생산 및 사용된 시험바가 25 ㎜ x 6 ㎜ x 120 ㎜의 치수를 가지며, 공기가 시험바의 둘레에 자유롭게 순환하도록 2개의 지지체 상에 놓았다는 것이다.
고온 왜곡 시험 동안의 하나의 측면으로부터의 가열 효과는, 시편이 고온 측면의 열적 팽창의 결과로서 저온 측면을 향해 상방으로 벤딩한다는 것이다. 시편의 이러한 움직임은 곡선에서의 "최대 팽창"으로 분류된다. 시편이 전체적으로 가열되는 정도와 동일한 정도로, 결합제는 열가소성 상태로 전환하기 시작한다. 다양한 결합제 시스템의 열가소성 물성으로 인해, 하중 암(load arm)에 의해 인가되는 하중이 시편을 다시 아래로 밀어낸다. 파단까지의 제로선(zero line)에서의 좌표에 따른 이러한 하향 움직임을 "고온 변형"으로 지칭한다. 곡선 상에서의 최대 팽창의 시작과 파단 사이의 경과 시간은 "파단 시간(time until fracture)"으로 지칭되며, 이는 중요한 파라미터이다.
기기에 의해, 실시된 시험에서의 최대 열가소성 변형은 6 ㎜(변형 -6 mm)로 제한된다.
따라서, 이러한 시점이 파단 발생에 해당한다. 실시예 6.1의 절차에 따라 기타 몰딩 재료 혼합물로부터 생산된 시험바에 대해 고온 물성을 본원에 기술된 방식으로 또한 측정하였다.
실시예 13 - 결합제 내의 알루미네이트 이온 함량의 증가
결합제 시스템에서 사용되는 알루미네이트 이온의 수량의 영향을 표시하기 위해, 실시예 5의 절차에 따라 표 3a 및 표 3b에 따른 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 조성을 갖는 몰딩 재료 혼합물을 생산하였고; (표 3a 및 표 3b의 제형에 따른) 액체 성분 (B)와 성분 (C)의 혼합물에 존재하는 (계산된) 몰 조성이 표 3c에 나타나 있다. 제형 2019327, 제형 2019321, 제형 2019328 및 제형 2019329는 본 발명의 실시예이고; 제형 2019326은 비발명 비교예이다(본 발명의 공정과 달리, 수상에 용해된 알루미네이트 이온을 포함하는 어떠한 액체 성분 (C)도 사용되지 않음).
실시예 6의 절차에 따라, 이들 몰딩 재료 혼합물을 사용하여 시험바를 생산하였다.
알루미늄 함량이 증가하는 경우에도 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 개별적 사용량에서 균일한 몰 계수(MR), 균일한 SiO2 함량 및 균일한 Na2O 함량이 존재하도록 몰딩 재료 혼합물용 제형을 본원에서 선택하였다.
표 3a 및 표 3b에 명시된 제형 각각에 대해, 코어 중량(실시예 7에 따름), 고온 강도(실시예 8에 따름), 1시간 강도(실시예 9에 따름) 및 수분 안정성(실시예 10에 따름)을 측정하기 위해 충분한 개수의 시험바를 생산하였고; 이들 측정 결과는 표 4에 나타나 있다.
0.10 몰%의 Al2O3을 갖는 조성(사용된 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 합한 총 질량 기준; 표 3c 참조))의 경우에도, 수분 안정성에서의 유의한 증가가 관찰되었다. 0.2 몰%, 0.3 몰% 및 0.4 몰%의 Al2O3을 갖는 조성에 있어서, 알루미네이트 이온이 없는 (비발명) 비교용 몰딩 재료 혼합물 2019326과 비교하여 심지어 2배수 이상의 수분 안정성의 증가가 측정되었다.
모든 시험바의 고온 강도 및 1시간 강도는 산업용 요구를 초과한 것이었다.
제형 2019326, 제형 2019321 및 제형 2019329에 있어서, 추가적인 시험바(실시예 6에 따름)를 생산하고, 주조 표면(실시예 11에 따름)을 측정하였다. 각각이 제형 2019326, 제형 2019321 및 제형 2019329의 시험바를 함유하는 주조 부품 둘 모두에 있어서, 평가를 실시하는 시험자와는 무관하게, 일련의 주조 품질을 하기와 같이 측정하였다: 2019329 > 2019321 > 2019326. 0.2 몰% 및 0.4 몰%의 Al2O3을 갖는 조성에 있어서, 알루미네이트 이온이 없는 (비발명) 비교용 몰딩 재료 혼합물 2019326과 비교하여 주조 품질의 개선이 밝혀졌다.
제형 2019326, 제형 2019321 및 제형 2019329에 대해, 실시예 12에 따라 추가적인 시험바를 생산하고, 검사하였다. 알루미네이트 이온이 결합제에 많이 존재할수록 열가소성 영역의 수득 이전에 기울기(단위 시간 당 변형)가 낮아진다. 따라서, 알루미네이트 이온이 없는 비교용 몰딩 재료 혼합물 2019326에 대한 열가소성 상태의 영역은 9초 이후에 굳어지고, 0.2 몰%을 갖는 조성의 경우에 10초 이후에 굳어지고, 0.4 몰%을 갖는 조성의 경우 22초가 될 때까지 실제로 굳지 않는다. 파단까지의 총 측정 시간은 결합제 내의 알루미네이트 이온의 수량이 증가함에 따라 또한 증가한다. 비교용 몰딩 재료 혼합물의 경우, 31초의 총 시간 이후에 파단이 일어나는 반면, 0.2 몰%을 갖는 조성의 경우 35초의 총 시간 이후에 파단이 일어나고, 0.4 몰%을 갖는 조성의 경우 40초의 총 시간 이후에만 파단이 일어난다.
실시예 14 - 수분 안정성에 대한 알루미늄, 리튬 및 붕소 이온의 영향
실시예 5의 절차에 따라 표 5a 및 표 5b에 따른 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 조성을 갖는 몰딩 재료 혼합물을 생산하였고; (표 5a 및 표 5b의 제형에 따른) 액체 성분 (B)와 성분 (C)의 혼합물에 존재하는 (계산된) 몰 조성이 표 5c에 나타나 있다. 제형 2019321, 제형 2019441 및 제형 2019446은 본 발명의 실시예이고; 제형 2019326, 제형 2019442 및 제형 2019445는 비발명 비교예이다(본 발명의 공정에서와 달리, 수상에 용해된 알루미네이트 이온을 포함하는 어떠한 액체 성분 (C)도 사용되지 않음).
실시예 6의 절차에 따라 이들 몰딩 재료 혼합물을 사용하여 시험바를 생산하였다.
표 5a 및 표 5b에 명시된 제형 각각에 대해, 코어 중량(실시예 7에 따름), 고온 강도(실시예 8에 따름), 1시간 강도(실시예 9에 따름) 및 수분 안정성(실시예 10에 따름)을 측정하기 위해 충분한 개수의 시험바를 생산하였고; 이들 측정 결과는 표 6에 나타나 있다.
이 결과에서는 수분 안정성을 증가시키기 위해 결합제에서 현재까지 사용된 리튬 화합물 및 붕소 화합물과 비교하여 이러한 결합제를 사용하여 생산된 몰딩의 수분 안정성 (및 추가의 물성)에 대한 결합제 내의 알루미네이트 이온의 영향이 나타나 있다. (비발명) 참고물질로서, 달리 동일한 몰 조성을 갖지만 3개의 수분 안정성 증진제 중 하나가 없는 결합제를 시험하였다(제형 2019326).
이 결과에 따르면 수분 안정성에 대한 알루미네이트 이온의 긍정적 영향이 리튬 화합물 및 붕소 화합을 갖는 비교예보다 높은 것으로 나타나 있다. 게다가, 이 결과에 따르면 붕소 화합물 또는 리튬 화합물에 더해 알루미네이트 이온의 사용이 붕소 화합물 또는 리튬 화합물의 단독 사용과 비교하여 수분 안정성에서의 추가적인 증가를 야기하는 것으로 나타나 있다.
모든 시험바의 고온 강도 및 1시간 강도는 산업용 요구를 초과한 것이었다.
실시예 15 - 결합제 내에서 알루민산나트륨 용액과 알루민산칼륨 용액의 비교
실시예 5의 절차에 따라 표 7a에 따른 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 조성을 갖는 몰딩 재료 혼합물을 생산하였고; (표 7a의 제형에 따른) 액체 성분 (B)와 성분 (C)의 혼합물에 존재하는 (계산된) 몰 조성이 표 7b에 나타나 있다. 제형 2019387 및 제형 2019551은 본 발명의 실시예이다. 결합제 시스템의 액체 성분의 달리 동일한 조성을 이용하여, 알루미네이트 이온을 알루민산칼륨 용액(제형 2019551)의 형태로 1회 도입하고, 알루민산나트륨 용액(제형 2019387)의 형태로 1회 도입하였다.
실시예 6의 절차에 따라, 이들 몰딩 재료 혼합물을 사용하여 시험바를 생산하였다.
표 7a에 명시된 제형 각각에 대해, 코어 중량(실시예 7에 따름), 고온 강도(실시예 8에 따름), 1시간 강도(실시예 9에 따름) 및 수분 안정성(실시예 10에 따름)을 측정하기 위해 충분한 개수의 시험바를 생산하였고; 이들 측정 결과는 표 8에 나타나 있다.
놀랍게도, 이 결과에 따르면 알루민산칼륨의 사용이 알루민산나트륨의 사용과 비교하여 수분 안정성을 한 번 더 뚜렷하게 증가시키는 것으로 나타나 있다. 추가적인 사내 연구에 따르면 칼륨이 액체 성분 (B)에서 발생하든 또는 성분 (C)에서 발생하든 또한 차이가 없는 것으로 또한 나타나 있다(결과 미도시).
실시예 16 - 알루미네이트 이온 및 다양한 마이크로실리카 종의 병용
실시예 5의 절차에 따라, 표 9a에 따른 액체 성분 (B) 및 성분 (C)의 조성을 갖는 몰딩 재료 혼합물을 생산하였고; (표 9a의 제형에 따른) 액체 성분 (B)와 성분 (C)의 혼합물에 존재하는 (계산된) 몰 조성이 표 9b에 나타나 있다. 제형 2019650은 본 발명의 실시예이다.
제1 실험 시리즈(2019650-1)에서, 실시예 5에서 사용된 " gesiebt"와 " Q1 Plus"의 1:1 혼합물을 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 0.6 PW의 성분 (A)로서 사용하였다.
제2 실험 시리즈(2019650-2)에서, 실험 시리즈 2019650-1에서의 절차로부터 절차의 변경 없이, 0.6 PW의 1:1 혼합물 대신에 0.6 PW의 " Q1 Plus"를 사용하였다(즉, " gesiebt" 부재).
제3 실험 시리즈(2019650-3)에서, 실험 시리즈 2019650-1에서의 절차로부터 절차의 변경 없이, 0.6 PW의 1:1 혼합물 대신에 0.6 PW의 " gesiebt"를 사용하였다(즉, " Q1 Plus" 부재).
제형 2019650-1, 제형 2019650-2 및 제형 2019650-3은 본 발명의 실시예에 관한 것이다.
실시예 6의 절차에 따라, 각각의 경우에 이들 몰딩 재료 혼합물을 사용하여 시험바를 생산하였다.
명시된 실험 시리즈 각각에 대해, 코어 중량(실시예 7에 따름), 고온 강도(실시예 8에 따름), 1시간 강도(실시예 9에 따름) 및 수분 안정성(실시예 10에 따름)을 측정하기 위해 충분한 개수의 시험바를 생산하였고; 이들 측정 결과는 표 10에 나타나 있다.
놀랍게도, 이 결과에 따르면 ZrSiO4의 열적 분해에 의한 ZrO2의 생산 시에 생산되었던 이 같은 입자상의 무정형 SiO2만을 입자상의 무정형 이산화규소로서 포함하는 성분 A(" Q1 Plus")의 사용과 비교하여 아크 용융로에서 석영의 환원에 의한 Si 생산 시에 생산된 성분 A(" gesiebt") 내의 입자상의 무정형 SiO2의 적어도 일부의 사용은 예상외로 수분 안정성을 한 번 더 뚜렷하게 증가시키는 것으로 나타나 있다.
실시예 17 - 안정성 시험
17.1 알루민산나트륨을 포함하는 제2 액체 성분 (C)와 제1 액체 성분 (B)의 총 4개의 조합을 생산하였다. 조성은 표 11a 및 표 11b로부터 명백하게 된다
각각의 (계산된) 몰 조성이 표 11c에 나타나 있다.
17.2 알루민산칼륨을 포함하는 제2 액체 성분 (C)와 제1 액체 성분 (B)의 총 4개의 조합을 생산하였다. 조성은 표 11d 및 표 11e로부터 명백하게 된다.
각각의 (계산된) 몰 조성이 표 11f에 나타나 있다.
제형 2019327, 제형 2019321, 제형 2019328, 제형 2019329, 제형 2019684, 제형 2019644, 제형 2019647 및 제형 201950(표 11a, 표 11b, 표 11d 및 표 11e에 정의된 바와 같음)에 따른 조합을 각각의 경우에 용기에 도입하고, 이를 실온(20℃)에서 기밀 상태로 저장하였다.
저장 동안, 저장된 용액의 안정성을 검증을 통해 확인하였다. 침전물 및/또는 겔 형성이 육안으로 관찰 가능한 즉시, 용액은 이 시점에 더 이상 안정하지 않는 것으로 간주되었다.
시험된 샘플 중 어떠한 것도 6개월 이상 동안 안정하지 않았으며, 적어도 샘플 2019329, 샘플 2019644, 샘플 2019467 및 샘플 2019550은 2개월 미만으로 안정한 것으로 밝혀졌다.
실시예 18 - 입자상 알루미네이트 공급원을 이용한 비교
본 실시예에서, 먼저, 입자상의 무정형 이산화규소 종 " gesiebt"(레이저 산란에 의해 측정된, 소수점 둘째 자리까지 반올림된 입자 크기 분포의 중간값이 0.23 마이크로미터임)를 일정량의 입자상의 무정형 이산화규소 종 " Q1 Plus"(레이저 산란에 의해 측정된, 소수점 둘째 자리까지 반올림된 입자 크기 분포의 중간값이 0.84 마이크로미터임)와 1:1의 중량 비율로 건식 혼합하여 (성분 (A)의 일례로서) 예비 혼합물을 수득하였다. 접촉 용기에서, 석영 샌드(몰드 베이스 재료 (D)의 일례로서)와 입자상의 무정형 이산화규소(성분 (A))의 혼합물을 100.6 중량부로 얻기 위해 100 PW의 H32 석영 샌드(Quarzwerke GmbH사; AFS 입도 지수: 45) 및 0.6 PW의 이러한 예비 혼합물을 수동으로 혼합하였다.
각각의 후속적인 실험에서, 각각의 경우에,
(i) 알루미네이트 이온-부재 물유리 결합제(2019683)(표 13의 CE 18.1 참조; 이는 성분 (B)임),
(ii) 혼합 비율이 0.05:2.05인 분말상 AlOH3(Apyral NH20)과 물유리 결합제(20200138)의 혼합물(표 13의 CE 18.2 참조; 이들 구성성분의 혼합에 의해 물유리를 포함하는 제1 액체 성분 (B)가 얻어지고, 여기에 AlOH3이 혼합되어 있음), 및
(iii) 혼합 비율이 1.78:0.32인 결합제 구성성분 2019666(이는 성분 (B)임)과 구성성분 2019665(이는 성분 (C)임)의 혼합물(표 13의 E 18.3 참조; 본 발명의 실시예) 2.1 중량부와 함께 100.6 중량부의 상기 혼합물을 석영 샌드와 입자상의 무정형 이산화규소의 혼합물에 첨가하였고; 이어, 이 다음으로 120초 동안 불 혼합기(RN10/20 유형; Morek Multiserw사) 내에서 각각의 경우에 220 rpm으로 혼합하였다.
얻어진 몰딩 재료 혼합물을 상기 실시예 6의 절차에 따라 각각 가공하여 시험바를 수득하였다. 상술한 혼합물 각각에 대해, 코어 중량(실시예 7에 따름), 고온 강도(실시예 8에 따름), 1시간 강도(실시예 9에 따름) 및 수분 안정성(실시예 10에 따름)을 측정하기 위해 충분한 개수의 시험바를 생산하였고; 이들 측정 결과는 표 14에 나타나 있다.
본 표에서 CE는 "비교예"를 의미하고; E는 본 발명의 실시예를 나타낸다.
Al(OH)3이 전혀 없는 혼합물(CE 18.1)과 비교하면, 분말상 Al(OH)3을 포함하는 혼합물(CE 18.2)은 수분 안정성에서 임의의 유의한 개선을 초래하지 않는 반면(실시예 10 참조), 용해된 Al(OH)3을 포함하는 혼합물(CE 18.3)은 수분 안정성을 상당히 증가시킨다는 것이 이들 결과로부터 명백하게 된다.
실시예 19 - 알루미네이트 첨가의 변화
표 16을 참고하여 하기 표 15로부터 명백하게 된 바와 같이, 제형 19.1 내지 제형 19.3으로부터의 몰딩 재료 혼합물을 사용하여 실시예 5와 유사하게 몰딩 재료 혼합물을 생성하였다. 불 혼합기가 전원이 켜진 경우에만 액체 성분이 서로에 대해 직접 접촉하는 방식으로 이들을 첨가하였다.
표 15에 명시된 제형 각각에 있어서, 코어 중량(실시예 7에 따름), 고온 강도(실시예 8에 따름), 1시간 강도(실시예 9에 따름) 및 수분 안정성(실시예 10에 따름)를 측정하기 위해 충분한 개수의 시험바를 생산하였고; 이러한 측정 결과는 표 17에 기록되어 있다.
알루미네이트 이온 함량(Al2O3으로서 계산됨)이 각각 1.63 중량% 및 2.1 중량%인 혼합물 19.1 및 혼합물 19.2(본원에서 중량 백분율은 항상 사용된 성분 (B) 및 성분 (C)의 총 합계를 기준으로 함)에 있어서, 각각의 경우에 고온 강도, 1시간 강도, 코어 중량 및 수분 안정성에 대해 비교적 유사한 값이 얻어진다. 3.1 중량%의 Al2O3 함량의 경우(혼합물 19.3), 수분 안정성/저장 안정성에서의 유의한 상승을 관찰할 수 있다.

Claims (17)

  1. 몰드, 코어, 공급 요소 및 몰딩 재료 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 주조 산업에서 사용하기 위한 물품을 생산하기 위한 공정으로서,
    (S1) 공간적으로 분리된 3개의 용기 내에 하기 성분을 포함하는 결합제 시스템을 생산 또는 제공하는 단계:
    - 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A),
    - 물유리(waterglass)를 포함하는 제1 액체 성분 (B),
    및
    - 수상에 용해된 알루미네이트 이온을 포함하는 제2 액체 성분 (C);
    (S2) 상기 알루미네이트 이온 및 상기 입자상의 무정형 이산화규소가 상기 물유리에 전적으로 또는 부분적으로 혼합된 몰딩 재료 혼합물을 얻기 위해 하나 이상의 단계에서 몰드 베이스 재료 (D)와 상기 결합제 시스템의 상기 성분 (A), 성분 (B) 및 성분 (C) 모두의 구성성분을 소정의 비율로 접촉시키는 단계를 포함하며,
    이때 상기 단계 (S1) 및 단계 (S2)는 몰딩 재료 혼합물을 생성하기 위한 시스템에서 실시되는 것인, 주조 산업에서 사용하기 위한 물품을 생산하기 위한 공정.
  2. 제1항에 있어서, 단계 (S2)에서의 하나 이상의 단계에서 상기 몰드 베이스 재료 (D)와 상기 결합제 시스템의 상기 성분 (A), 성분 (B) 및 성분 (C) 모두의 구성성분을 소정의 비율로 접촉시키는 단계는, 단계 (S2)의 접촉 단계에서,
    - 단계 (S1)에서 상기 결합제 시스템의 구성성분으로서 존재하는 소정량의 상기 제1 액체 성분 (B)
    및/또는
    - 단계 (S1)에서 상기 결합제 시스템의 구성성분으로서 존재하는 소정량의 상기 제2 액체 성분 (C)
    및/또는
    - 상기 결합제 시스템의 구성성분으로서 단계 (S1)에서 존재하는 상기 제1 액체 성분 (B)의 분리, 바람직하게는 여과 이후 선택된 상기 제1 액체 성분 (B)의 구성성분
    및/또는
    - 상기 결합제 시스템의 구성성분으로서 단계 (S1)에서 존재하는 상기 제2 액체 성분 (C)의 분리, 바람직하게는 여과 이후 선택된 상기 제1 액체 성분 (C)의 구성성분을 사용하여 실시되고/되거나,
    단계 (S2)에서, 단계 (S1)에서의 결합제 시스템의 구성성분으로서 각각 존재하는 상기 제1 액체 성분 (B) 및 상기 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 및/또는 수량은,
    - 물유리 및 알루미네이트 이온을 소정 비율로 포함하는 혼합물을 얻기 위해 먼저 소정의 비율로 혼합되고, 이어서 상기 몰드 베이스 재료 (D)가, 바람직하게는,
    (a) 상기 액체 성분의 수량 또는 구성성분을 혼합하는 단계와 상기 몰드 베이스 재료를 상기 얻어진 혼합물과 접촉시키는 단계 사이에 24시간 이하의 기간, 바람직하게는 12시간 이하, 보다 바람직하게는 4시간, 가장 바람직하게는 1시간 이하의 기간을 허용하고/하거나,
    (b) 상기 얻어진 혼합물에서 고체가 형성되기 전에 상기 몰드 베이스 재료를 상기 제1 액체 성분 (B) 및 상기 제2 액체 성분 (C)의 수량 또는 구성성분의 얻어진 혼합물과 접촉, 바람직하게는 혼합시킴으로써 이러한 혼합물과 접촉되거나,
    - 상기 몰드 베이스 재료 (D)가 상기 제1 액체 성분 (B) 및 상기 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량과 (i) 전적으로 동시에, (ii) 부분적으로 동시에, 또는 (iii) 연속적으로 임의의 순서로 접촉되기 전에 혼합되지 않는 것인 공정.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단계 (S2)에서, 상기 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량은 개별적으로 미리 결정된 계량 속도로, 그리고/또는 상기 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량은 개별적으로 미리 결정된 계량 속도로
    (i) 상기 몰드 베이스 재료 (D)
    및/또는
    (ii) 상기 결합제 시스템의 다른 성분의 구성성분 또는 수량에,
    바람직하게는 자동화된 방식으로 그리고/또는 하나 이상의 계량 장치에 의해 첨가되며,
    상기 몰딩 재료 혼합물을 생산하기 위한 시스템은, 바람직하게는,
    - 상기 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량, 및/또는 상기 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량, 및/또는 입자상의 무정형 이산화규소 및/또는 상기 몰드 베이스 재료 (D)를 포함하는 성분 (A)의 구성성분 또는 수량을 계량식으로 첨가하기 위한 하나 이상의 계량 장치
    및
    - 상기 하나의 계량 장치 또는 다수의 계량 장치를 위한 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어 장치, 바람직하게는 마이크로프로세서-보조 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어 장치를 포함하는 것인 공정.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (S2)의 접촉 단계에서 사용되는 상기 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 상기 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 총 질량은,
    - 15 중량% 내지 35 중량%, 바람직하게는 18 중량% 내지 30 중량%, 보다 바람직하게는 20 중량% 내지 30 중량%, 가장 바람직하게는 22 중량% 내지 27 중량%의 이산화규소,
    - 8 중량% 내지 17 중량%, 바람직하게는 10 중량% 내지 17 중량%, 보다 바람직하게는 10 중량% 내지 16 중량%의 알칼리 금속 산화물,
    - 최대 4.0 중량%, 바람직하게는 0.4 중량% 내지 4.0 중량%, 보다 바람직하게는 0.45 중량% 내지 3.5 중량%, 더욱더 바람직하게는 0.75 중량% 내지 3.0 중량%, 바람직하게는 1 중량% 내지 2.5 중량%, 특히 바람직하게는 1.25 중량% 내지 2 중량%의 알루미네이트 이온의 수량(Al2O3으로서 계산됨)을 포함하며,
    여기서 중량 백분율은 단계 (S2)의 접촉 단계에서 사용되는 상기 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 상기 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 총 질량을 기준으로 하고/하거나,
    (S2)에서 사용되는 상기 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 상기 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 총 질량에서, Al2O3에 대한 알칼리 금속 산화물의 질량비는 35:1 내지 3:1의 범위, 바람직하게는 20:1 내지 5:1의 범위, 보다 바람직하게는 15:1 내지 7:1의 범위인 것인 공정.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (S2)에서, 접촉 단계 또는 혼합 단계를 시작할 때 사용된 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 사용된 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 온도는 각각 5℃ 내지 35℃ 범위 내에 있고/있거나,
    (S2)에서 사용되는 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 총 질량에서, SiO2에 대한 Al2O3의 질량비는 1:70 초과, 바람직하게는 1:69 초과, 보다 바람직하게는 1:64 초과인 것인 공정.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A)의 구성성분 또는 수량은 단계 (S2)에서 상기 몰드 베이스 재료와 접촉되고, 상기 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 상기 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량과 접촉되며, 이때,
    - 단계 (S1)에서 상기 결합제 시스템의 구성성분으로서 사용된 성분 (A)는,
    (i) 입자상, 바람직하게는 분말 또는 과립 물질이거나,
    (ii) 입자상의 무정형 이산화규소의 현탁액이고/이거나,
    - 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는, (S2)에서 사용되는 성분 (A)의 구성성분 또는 수량은 (i) 분말 또는 과립 물질의 형태, 바람직하게는 분말 형태로 사용되거나, (ii) 현탁액으로서 사용되고/되거나,
    - 상기 성분 (A)의 입자상의 무정형 이산화규소는 단계 (S2)에서 구성성분으로서 사용되고, 바람직하게는,
    - 입자상의 합성 무정형 이산화규소의 총 질량을 기준으로 이산화규소를 적어도 80 중량%의 비율로 함유하고 이차 구성성분으로서 적어도 탄소를 함유하는 입자상의 합성 무정형 이산화규소로서, 바람직하게는 아크 용융로에서 석영을 환원시킴으로써 생산 가능한 입자상의 합성 무정형 이산화규소;
    - 산화 지르코늄을 이차 구성성분으로서 포함하고, 바람직하게는 ZrSiO4의 열적 파괴에 의해 생산 가능한 입자상의 합성 무정형 이산화규소;
    - 산소성 가스에 의해 금속 규소를 산화시킴으로써 생산 가능한 입자상의 합성 무정형 이산화규소;
    - 이산화규소 용융물을 켄칭함으로써 생산 가능한 입자상의 합성 무정형 이산화규소;
    - 바람직하게는 사염화규소의 열분해에 의해 생산 가능한 흄드 실리카;
    및
    - 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고/되거나,
    - 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A)는 단계 (S2)에서 또한 사용되는 1개, 2개, 3개 또는 그 이상의 추가의 구성성분을 추가로 포함하고,
    - 바람직하게는 알루미늄의 산화물, 바람직하게는 알파상의 산화알루미늄, 보크사이트, 지르코늄의 산화물, 바람직하게는 산화지르코늄(IV), 혼합 산화알루미늄/규소, 산화아연, 황산바륨, 인 화합물, 바람직하게는 인산삼칼슘, 시트 실리케이트(sheet silicate), 그래파이트, 카본블랙, 유리 비드, 마그네슘의 산화물, 보로실리케이트, 세라믹 중공 비드, 산화 붕소 화합물, 바람직하게는 분말상 산화 붕소 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 입자성 재료, 바람직하게는 입자성 무기 재료,
    - 수용성 재료,
    - 알칼리 금속 수산화물,
    - 계면활성제,
    - 필름 형성제,
    - 소수화제(hydrophobizing agent), 바람직하게는 유기 규소 화합물, 실란, 실리콘 및 실록산, 왁스, 파라핀, 금속 비누,
    및
    - 탄수화물로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되는 것인 공정.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A) 내의 이산화규소의 비율, 바람직하게는 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A) 내의 입자상의 무정형 이산화규소의 비율은 각각의 경우 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A)의 총 질량을 기준으로 적어도 25 중량%, 바람직하게는 적어도 30 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 40 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 50 중량%인 것인 공정.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (S1)에서 상기 결합제 시스템의 구성성분으로서 존재하는 상기 제1 액체 성분 (B) 및/또는 제2 액체 성분 (C)는 단계 (S2)에서 추가의 가공 없이 개별 용기에서 사용되고/되거나,
    - 바람직하게는 수상인 제1 액체 성분 (B)는 리튬, 나트륨 및 칼륨으로부터의 하나 이상의 알칼리 금속(M)을 포함하며, 이때 상기 칼륨 이온의 비율(K2O로서 계산됨)은 바람직하게는 0.1 중량% 초과, 보다 바람직하게는 0.2 중량% 초과, 특히 바람직하게는 0.5 중량% 초과, 가장 바람직하게는 1 중량% 초과이고/이거나,
    - 상기 제2 액체 성분 (C)는 리튬, 나트륨 및 칼륨으로부터의 하나 이상의 알칼리 금속(M)을 포함하며, 이때 상기 칼륨 이온의 비율(K2O로서 계산됨)은 바람직하게는 0.1 중량% 초과, 보다 바람직하게는 0.2 중량% 초과, 특히 바람직하게는 0.5 중량% 초과, 가장 바람직하게는 1 중량% 초과이고/이거나,
    - 상기 제1 액체 성분 (B) 및 상기 제2 액체 성분 (C)의 총 질량은 리튬, 나트륨 및 칼륨으로부터의 하나 이상의 알칼리 금속(M)을 포함하며, 이때 상기 칼륨 이온의 비율(K2O로서 계산됨)은 바람직하게는 0.1 중량% 초과, 보다 바람직하게는 0.2 중량% 초과, 특히 바람직하게는 0.5 중량% 초과, 가장 바람직하게는 1 중량% 초과이고/이거나,
    - 바람직하게는 수상인 상기 제1 액체 성분 (B)는 상기 제1 액체 성분 (B)의 총 질량을 기준으로 알칼리 금속 실리케이트를 20 중량% 내지 60 중량% 범위, 바람직하게는 25 중량% 내지 50 중량% 범위의 함량으로 포함하고/하거나,
    - 바람직하게는 수상인 상기 제1 액체 성분 (B)는 SiO2/알칼리 금속 산화물 몰 계수가 1.6 내지 4.0 범위인 물유리를 포함하는 것인 공정.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 액체 성분 (B) 및/또는 상기 제2 액체 성분 (C)는,
    - 계면 활성 물질, 특히 계면활성제, 소포제 및 습윤제,
    - 알칼리 금속 포스페이트,
    - 바람직하게는 보레이트, 붕산 및 붕산 무수물로 이루어진 군으로부터 선택되는 산화 붕소 화합물로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고, 단계 (S2)에서 또한 사용되는 1개, 2개 또는 그 이상의 추가의 구성성분을 추가로 포함하고/하거나,
    상기 제2 액체 성분 (C)는 단계 (S2)에서 사용되는 용해된 알칼리 금속 알루미네이트를 포함하고/하거나,
    - 상기 제1 액체 성분 (B)는, 각각의 경우 상기 제1 액체 성분 (B)의 총 질량으로 기준으로,
    - 0.4 중량% 이하, 바람직하게는 0.1 중량% 이하의 알루미네이트 이온의 함량(Al2O3으로서 계산됨),
    및/또는
    - 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 리튬 이온의 함량(LiO2로서 계산됨),
    및/또는
    - 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 붕소 이온의 함량(B2O3으로서 계산됨)을 포함하고/하거나,
    - 상기 제2 액체 성분 (C)는, 각각의 경우 상기 제2 액체 성분 (C)의 총 질량을 기준으로,
    - 수상에, 0.4 중량% 내지 35 중량% 범위, 바람직하게는 1 중량% 내지 30 중량% 범위, 보다 바람직하게는 2.5 중량% 내지 25 중량% 범위, 가장 바람직하게는 5 중량% 내지 23 중량% 범위의 수상의 알루미네이트 이온의 함량(Al2O3으로서 계산됨),
    및/또는
    - 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 리튬 이온의 함량(LiO2로서 계산됨),
    및/또는
    - 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 붕소 이온의 함량(B2O3으로서 계산됨)을 포함하고/하거나,
    - 단계 (S2)의 접촉 단계에서 사용되는 상기 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 상기 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 총 질량은,
    - 0.4 중량% 내지 4.0 중량%, 바람직하게는 0.45 중량% 내지 3.5 중량%, 보다 바람직하게는 0.75 중량% 내지 3.0 중량%, 더욱더 바람직하게는 1 중량% 내지 2.5 중량%, 바람직하게는 1.25 중량% 내지 2 중량% 범위의 알루미네이트 이온의 함량(Al2O3으로서 계산됨),
    및/또는
    - 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 리튬 이온의 함량(LiO2로서 계산됨),
    및/또는
    - 0.1 중량% 이하, 바람직하게는 0.01 중량% 이하의 붕소 이온의 함량(B2O3으로서 계산됨)을 포함하며,
    여기서 중량 백분율은 단계 (S2)의 접촉 단계에서 사용되는 상기 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 상기 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량의 총 질량을 기준으로 하는 것인 공정.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물품은 상기 몰드 베이스 재료 (D), 및 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A)의 각각의 구성성분 또는 수량, 상기 제1 액체 성분 (B) 및 상기 제2 액체 성분 (C)의 각각의 총 질량을 사용하여 단계 (S2)에서 생산되며, 여기서,
    - 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A)는 상기 사용된 내화성 몰드 베이스 재료 (D)의 총 질량의 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부 내지 3.0 중량부, 바람직하게는 0.3 중량부 내지 2.0 중량부로 사용되고/되거나,
    - 상기 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량 및 상기 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 수량은 상기 사용된 내화성 몰드 베이스 재료 (D)의 수량의 100 중량부를 기준으로 총 0.5 중량부 내지 20 중량부의 범위, 바람직하게는 총 0.5 중량부 내지 7 중량부의 범위, 보다 바람직하게는 총 0.5 중량부 내지 4 중량부의 범위, 가장 바람직하게는 총 0.7 중량부 내지 3 중량부의 범위로 사용되고/되거나,
    - 상기 사용된 제1 액체 성분 (B)의 구성성분 또는 수량의 총 질량
    대
    - 상기 사용된 제2 액체 성분 (C)의 구성성분 또는 성분의 총 질량
    - 의 비율은 86:1 내지 1:1의 범위, 바람직하게는 20:1 내지 2:1의 범위, 보다 바람직하게는 10:1 내지 3:1의 범위인 것인 공정.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    (S3) 바람직하게는 성형 몰드에 의해, 또는 3D 프린터에 의한 단계적 증강(stepwise buildup)에 의해 상기 몰딩 재료 혼합물을 3차원적으로 성형하는 단계,
    (S4) 몰드, 코어 또는 공급 요소를 얻기 위해 상기 결합제를 경화시키는 단계를 포함하며,
    이때, 바람직하게는 단계 (S4)에서,
    - 상기 경화는 적어도 부분적으로는 100℃ 내지 300℃ 범위, 보다 바람직하게는 140℃ 내지 250℃ 범위의 온도, 더욱더 바람직하게는 160℃ 내지 200℃ 범위의 온도, 바람직하게는 170℃ 내지 190℃의 온도에서 구현되고/되거나,
    - 상기 성형된 몰딩 재료 혼합물은 가열 가능한 성형 몰드에서 가열되고/되거나,
    - 상기 성형된 몰딩 재료 혼합물은 고온의 공기와의 접촉에 의해 가열되고/되거나,
    - 상기 성형된 몰딩 재료 혼합물은 마이크로웨이브의 작용에 의해 가열되고/되거나,
    - 상기 성형된 몰딩 재료 혼합물은 전류의 흐름에 의해 가열되고/되거나,
    - 상기 성형된 몰딩 재료 혼합물은 이산화탄소를 이용하여 경화되고/되거나,
    - 상기 성형된 몰딩 재료 혼합물은 에스테르를 이용하여 경화되는 것인 공정.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 공정에 의해 생산되는, 주조에 사용하기 위한 몰드, 코어, 공급 요소 또는 몰딩 재료 혼합물.
  13. 몰드, 코어, 공급 요소 및 몰딩 재료 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 물품을 생산하기 위한 주조에서의 기기로서, 적어도,
    (i)
    - 물유리를 포함하는 제1 액체 성분 (B),
    및
    - 수상에 용해된 알루미네이트 이온을 포함하는 제2 액체 성분 (C)를 포함하는/위한 개별적인 저장 용기,
    (ii) 적어도 하나의 몰드 베이스 재료 (D) 및 입자상의 무정형 이산화규소와 접촉시킬 목적으로 용기에 상기 제1 액체 성분 (B) 및 상기 제2 액체 성분 (C)를 소정량으로 계량식으로 첨가하기 위한 계량 장치를 포함하고,
    바람직하게는, 적어도,
    (iii)
    - 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A),
    및
    - 몰드 베이스 재료 (D)를 포함하는/위한 개별적인 저장 용기,
    (iv)
    - 적어도 물유리 및 알루미네이트 이온과 접촉시킬 목적으로,
    - 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A)의 구성성분 또는 수량,
    및
    - 상기 몰드 베이스 재료 (D)를 소정량으로 계량식으로 첨가하기 위한 계량 장치를 추가로 포함하는 것인 기기.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 공정을 수행하기 위한 제13항에 따른 기기의 용도.
  15. 수상에 용해된 알루미네이트 이온, 바람직하게는 용해된 알칼리 금속 알루미네이트를 포함하는, 경화성 결합제 시스템의 제2 액체 성분 (C)로서의 액체 성분의 용도로서, 이때 상기 경화성 결합제 시스템은, 상기 경화된 결합제 시스템에 의해 결합된 몰드 베이스 재료 (D)를 포함하는 몰딩의 내습성을 증가시키기 위해,
    - 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A),
    및
    - 물유리를 포함하는 제1 액체 성분 (B)를 포함하는 것인 액체 성분의 용도.
  16. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 공정에 의해 물품을 생산하기 위한,
    수상에 용해된 알루미네이트 이온, 바람직하게는 용해된 알칼리 금속 알루미네이트를 포함하는 액체 성분 (C)의 용도.
  17. 결합제를 생산하기 위한, 각각이 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같이, 입자상의 무정형 이산화규소를 포함하는 성분 (A), 제1 액체 성분 (B) 및 제2 액체 성분 (C)의 용도로서,
    - 상기 제1 액체 성분 (B) 및 상기 제2 액체 성분 (C)는 86:1 내지 1:1 범위, 바람직하게는 20:1 내지 2:1 범위, 보다 바람직하게는 10:1 내지 3:1 범위의 질량비로 혼합되는 것인 용도.
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