KR20230131219A

KR20230131219A - 폴리 우레탄-형성 바인더 시스템용 연기-저감 첨가제로서의할로이사이트 점토

Info

Publication number: KR20230131219A
Application number: KR1020237024901A
Authority: KR
Inventors: 파울라 비바스; 매튜 쇼프너; 리 호르바트
Original assignee: 에이에스케이 케미칼스 엘엘씨
Priority date: 2021-01-12
Filing date: 2022-01-11
Publication date: 2023-09-12
Also published as: MX2023008253A; US20230249244A1; WO2022155137A1; EP4277761A1; JP2024502635A; CA3206007A1

Abstract

폴리우레탄계 바인더 시스템을 갖는 주물 믹스 조성물에서 첨가제로서 사용되는 상당량의 할로이사이트 점토는, 할로이사이트 점토 사용되지 않았을 때와 비교하여, 상기 조성물로부터 형성된 주형 및 코어가 용융 금속에 노출될 때 방출되는 연기의 양을 감소시킨다.

Description

폴리 우레탄-형성 바인더 시스템용 연기-저감 첨가제로서의 할로이사이트 점토

본 출원은 2021년 1월 12일에 출원된 미국 가특허출원 63/136,431의 정규 출원이며, 전체 내용이 여기에 인용된 것과 같이 모두 여기에 참조로서 포함된다.

본 발명은 폴리우레탄 형성 바인더 시스템을 사용하여 형성된 주형 및 코어를 사용하여 금속 부품을 주조하기 위해 사용되는 바인더 시스템용 첨가제에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 이는 적절한 주물 골재(foundry aggregate), 특히 모래 및 2종의 폴리우레탄 바인더 전구체를 함유하는 주물 믹스(foundry mix)에 관한 것이다. 바인더 전구체를 혼합하여 형성된 폴리우레탄을 경화시키기 위해 액체 촉매가 사용된다. 유효량의 할로이사이트 점토를 주물 골재에 첨가제로 포함함으로써 바인더에서 유기 화합물의 분해로 인해 발생하는 연기가 예기치 않게 억제된다.

금속 부품의 주조(casting)에 사용되는 주형 및 코어는 주물 바인더에 의해 함께 유지되는 주물 골재 및/또는 주물 모래로부터 제조될 수 있다. 이를 위해 여러 공정이 사용된다.

"노 베이크(no-bake)" 공정에서, 적절한 골재를 바인더 및 경화 촉매와 혼합하여 주물 믹스를 제조한다. 상기 주물 믹스를 패턴으로 압축한 후, 상기 주물 믹스를 경화하는 것은 주형 또는 코어로서 유용한 주물 형상을 제공한다.

"콜드 박스(cold box)" 공정에서, 적절한 골재를 바인더와 혼합하여 주물 믹스를 제조한다. 주물 믹스를 패턴으로 만든 후, 촉매 증기가 상기 주물 믹스를 통과하며 이를 경화시키고, 주형이나 코어로서 유용한 주물 형상을 제공한다.

또 다른 공정에서, 골재를 열 반응성 바인더 및 촉매와 혼합하여 주물 믹스를 제조한다. 상기 주물 믹스는 이를 경화시키는 가열된 패턴으로 압축하여 주형 또는 코어로서 유용한 주물 형상을 제공한다.

"노 베이크" 공정에 초점을 맞추면, 주물 산업에서 널리 사용되는 일부 바인더는 페놀계 우레탄 노 베이크 바인더, 에스테르-경화된 페놀계 노 베이크 바인더 및 푸르푸릴 알코올 산 경화 노 베이크 바인더를 포함한다.

본 발명의 양수인은 40년 이상 주물 바인더를 제공하는 데 상당히 관여해 왔다. 일부 대표적인 미국 특허에는 Robins의 3,485,797 및 3,676,392, Chang의 6,391,942, 6,479,567 및 7,125,914, Hutchings의 6,559,203, Chen의 6,602,931이 포함되며, 일부 대표적인 미국 공개 출원에는 Dando의 US 2005/0009950이 포함된다.

바인더 패키지를 형성할 때 여러 변수가 고려되었다. 예를 들어, 키우치(Kiuchi)의 미국 특허 제5,616,631호는 종래의 노 베이크 바인더가 낮은 경화 속도 및 낮은 초기 강도를 갖는 경향이 있다고 교시한다. 경화된 주형이 패턴에서 제거될 수 있을 정도로 상기 바인더가 충분히 경화(set up)되는 데 오랜 시간이 필요하므로 패턴의 활용도가 떨어진다. 본 명세서의 용어에서 "박리 시간(strip time)"은 바인더 성분이 모래 또는 골재와 혼합된 때로부터 형성된 주물 형상이 공동 소유한 미국 특허 제6,602,931호에서 시사된 바와 같이 [Harry W. Dietert Co, of Detroit, MI]에서 시판되는 게이지를 사용하는 Green Hardness "B" 척도 로 90 수준에 도달할 때까지 경과된 시간이다.

Kiuchi의 '631은 박리 시간을 짧게 유지하기 위해 초기 인장 강도를 증가시키는 것이 바람직한 결과라고 교시한다.

종래 기술 및 본 명세서에서 사용되는 또 다른 용어는 "작업 시간(work time)"이다. 본 명세서에서 작업 시간의 엄밀한 정의는 바인더 성분과 골재 및 모래가 혼합된 시점부터 그로부터 형성된 주물 형상이 상기 Dietert에서 시판되는 게이지를 사용하여 Green Hardness "B" 척도에서 60 수준에 도달하는 시점 사이의 시간이다. 주물에 적용하기에 보다 적합한 용어로, "작업 시간"은 주형과 코어를 형성하는 데 있어서 상기 모래 혼합물이 효과적으로 작업이 가능한 대략적인 시간으로 정의된다. 따라서 박리 시간과 작업 시간의 차이는 형성된 주형이 작업될 수는 없지만 아직 패턴에서 제거할 수 없을 때까지의 데드 타임의 양이다. 박리 시간에 대한 작업 시간의 비율("W/S")은 이 개념을 무차원 방식으로 표현하며 범위는 (적어도 이론상으로는) 0에서 1까지이다.

궁극적으로, 임의의 주물 바인더 시스템의 목적은 주형 코어의 형상을 재현하는 주형 내의 금속 상에 고체 스킨이 형성되고 나면, 부어진 용융 금속의 열을 사용하여 바인더 화합물을 분해하는 것이다. 이러한 방식으로 모래 및/또는 기타 골재를 쉽게 회수하여 재사용할 수 있다. Pederson의 미국 특허 제7,984,750호에서 시사된 바와 같이, 주철(cast iron)이 주입되는 온도인 약 1000°C보다 낮은 온도에서 주입된 금속과 함께 주형이 사용될 때 바인더를 분해해야 하는 필요성의 과제가 주어졌다. 알루미늄과 마그네슘은 1000°C 미만에서 주입되는 금속의 예시들이다.

바인더를 분해하는 능력만큼 중요한 것은 환경적으로 허용되는 바인더를 제공하는 것이다. 주조 전 및 후에 작업자가 주물 믹스에 노출되기 때문에, 비록 효과적으로 포함되는 재료들이 이러한 노출을 제거한다기보다 감소시키는 쪽으로 논의를 제한하기는 하지만, 연기, 독성 및 악취와 같은 문제들이 고려되어야 한다.

분명히, 적절한 인장 강도 및 작업 시간을 갖는 특정 주물 믹스를 제공하는 바인더 시스템의 능력은 탁월하다. 연기와 악취를 억제하는 역할을 하는 모든 첨가제는 주조의 품질을 저하시켜서는 안되지만 환경 보건 및 안전 준수를 보장하기 위해 일부 타협이 필요할 수 있다.

따라서 적어도 연기 생성을 억제하면서 작업 자격을 충족하는 개선된 바인더 시스템, 특히 "노 베이크" 유기 바인더 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

이러한 목적 및 다른 목적들은 폴리올 성분을 포함하는 제1 부분 및 폴리이소시아네이트 성분을 포함하는 제2 부분으로 제공되는 폴리우레탄 바인더 전구체; 액체 경화 촉매; 적절한 주물 골재; 및 할로이사이트 점토를 포함하는 주물 믹스 조성물에 의해 달성된다.

일부 실시예에서, 할로이사이트 점토는 주물 골재의 중량을 기준으로 약 1 내지 약 4wt% 범위로 존재한다.

많은 실시예에서, 액체 경화 촉매는 액체 아민 촉매, 바람직하게는 나프타 용매와 함께 4-(3-페닐프로필)피리딘을 포함하는 것이며, 특히 여기서 액체 경화 촉매는 폴리우레탄 바인더 성분의 제1 부분을 기준으로 약 4 wt%로 존재한다.

실시예에서, 폴리올 성분은 페놀계 레졸 수지, 이염기성 에스터 및 나프타 용매를 포함한다.

일부 실시예에서, 이소시아네이트 성분은 이소시아네이트, 유채 메틸 에스테르(rapeseed methyl ester) 및 나프타 용매를 포함한다.

일부 실시예에서, 폴리우레탄 바인더 전구체의 제2 부분에 대한 폴리우레탄 바인더 전구체의 제1 부분의, 액체 경화 촉매를 제외한 중량비는 대략 60/40이다.

일부 실시예에서, 폴리우레탄 바인더 전구체는 주물 골재의 중량을 기준으로 약 1.2 wt%이다.

다른 목적들은 다음 단계들을 포함하는 주물 믹스의 제조 방법에 의해 달성된다:

적절한 주물 골재에 상기 주물 골재의 중량을 기준으로 약 1 내지 4 wt%의 범위로 할로이사이트 점토를 첨가하고 혼합하는 단계;

상기 혼합된 할로이사이트 점토 및 주물 골재에 폴리올 성분을 포함하는 폴리우레탄 바인더 전구체의 제1 부분 및 액체 경화 촉매를 첨가하고 혼합하는 단계; 및

이소시아네이트를 포함하는 폴리우레탄 바인더 전구체의 제2 부분을 첨가하는 단계.

이러한 방법들의 일부에서, 상기 폴리우레탄 바인더 전구체의 제1 부분의 상기 폴리우레탄 바인더 전구체의 제2 부분에 대한 중량비는, 액체 경화 촉매를 제외하고 대략 3:2이다.

또한, 이러한 방법들의 일부에서, 상기 폴리우레탄 바인더 전구체는 상기 주물 골재의 중량을 기준으로 약 1.2 wt%인 것이다.

추가적인 목적들은 상기 주물 믹스에 의해 형성된 주물 주형 또는 코어에 의해 달성된다.

다른 목적들은 다음 단계들을 포함하는 주물 형상을 제조하기 위한 노 베이크 방법에 의해 달성된다:

적절한 양으로 상기 주물 믹스 조성물을 제공하는 단계;

할로이사이트 점토를 적절한 주물 골재와 밀접하게 혼합하는 단계;

혼합된 할로이사이트 점토 및 주물 골재에 폴리우레탄 바인더 전구체 및 액상 경화 촉매를 별도로 혼합하여 주물 성형 화합물을 준비하는 단계;

상기 주물 성형 화합물을 패턴에 삽입하여 상기 혼합물이 주물 형상으로 경화되도록 하는 단계; 및

상기 패턴에서 주물 형상을 제거하는 단계.

주물 믹스 조성물은 상업적으로 허용가능한 작업 특성을 가지면서도 연기 방출량을 저감할 수 있는 폴리우레탄 형성 바인더 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 7개의 주물 믹스의 시간에 따른 연기 강도의 그래프를 나타낸 도면이다.

연기 저감

본 발명의 개념은 금속 주조에서 유기 바인더 시스템의 사용으로부터 발생하는 연기의 강도를 시간의 함수로 나타낸 첨부된 도면을 참조하여 명확하게 제시된다. 상기 도면에서 동일한 바인더 시스템이 사용되었지만 주물 믹스, 특히 주물 믹스에 대한 첨가제가 변경되었다. 제시된 데이터는 아래에 자세히 설명된 연기 강도 테스트를 사용하여, 150초 동안 연기 강도를 나타내었다. 매 200 밀리초마다 연기 강도를 측정하였다. 그래프로 나타낸 실시예의 대부분에서 처음 150초 후에 실질적으로 수렴되었음을 쉽게 관찰할 수 있다. 실시예 중 하나는 순간적인 연기 강도 및 플롯 아래의 전체 면적에서 매우 독특함을 나타낸다. 그 영역은 실험 중에 생성된 총 연기를, 적어도 정성적으로, 나타낸다. 각각의 경우 그래프는 세 번의 실험 실행에서 얻은 평균이다.

위에서부터 아래로 7개의 플롯 중 A로 라벨링된 첫 번째 플롯은 첨가제가 없는 바인더 시스템 및 주물 골재의 기본 예시를 나타낸다. 무첨가제 샘플의 강도를 기준으로 곡선 아래 면적을 합산하면 이 곡선의 전체 연기 발생량은 14.6 이다.

B로 라벨링된 두 번째 플롯은 주물 골재에 4% VU 450이 첨가된 동일한 바인더 시스템 및 주물 골재의 데이터를 나타낸다. VU 450이라는 명칭은 ASK Chemicals 에서 시판되는 모래 첨가제의 VEINO ULTRA 시리즈 중 하나, 특히 VEINO ULTRA 450 를 나타낸다. 여기에는 산화철과 적철 및 흑철(산화철 혼합물)이 포함되어 있다. 이것은 금속 주조에서 발생하는 베이닝(veining)의 양을 줄이기 위해 사용되는 모래 첨가제이다. 곡선 아래 면적의 합계는 13.0의 전체 연기 발생량을 갖는다.

C로 라벨링된 세 번째 플롯은 주물 골재에 4% SphereOX®가 첨가된 동일한 바인더 시스템 및 주물 골재의 데이터를 나타낸다. SphereOX는 Chesapeake Specialty Products에서 상업적으로 입수할 수 있으며, 이는 고유한 제조 방법으로 인해 고유한 물리적 및 화학적 특성을 가진 주로 구형인 극도로 순수한 산화철을 생성한다고 문헌에서 주장된다. 곡선 아래 면적의 합계는 12.3의 전체 연기 발생량을 갖는다.

D로 라벨링된 네 번째 플롯은, 황색 산화철("YIO")을 포함하는 VU 450/YIO로 명칭된 첨가제를 4%로 포함하는 동일한 바인더 시스템 및 주물 골재의 데이터를 나타낸다. 여기서 상기 YIO 함량은 20%이다. 곡선 아래 면적의 합은 9.3 의 전체 연기 발생량을 갖는다.

E로 레이블이 지정된 다섯 번째 플롯은 60%의 황색 산화철을 포함하고, 40%의 적산화철, 흑색 산화철 및 점토를 포함하는 첨가제가 4%로 주물 골재에 첨가된 동일한 바인더 시스템 및 주물 골재의 데이터를 나타낸다. 상기 첨가제는 VU NB LOSMK로 명칭된다. 곡선 아래 면적의 합은 7.9 의 전체 연기 발생량을 갖는다.

F로 라벨링된 여섯 번째 플롯은 동일한 바인더 시스템 및 2% 할로이사이트 점토를 포함하는 주물 골재로부터의 데이터를 나타낸다. 할로이사이트는 실험식 Al₂Si₂O₅(OH)₄·n H₂O, CAS 번호 1332-58-7을 갖는 알루미노실리케이트 점토 광물이다. 그것은 디카이트(dickite), 카올리나이트(kaolinite), 몬모릴로나이트(montmorillonite) 및 기타 점토 광물과 혼합되어 발생한다. 미국 특허 제10,829,691호에 따르면. 할로이사이트는 2층(1:1)의 알루미노실리케이트로 구성된 카올린(Kaolin) 점토와 화학적으로 유사하다. 카올린 점토와 할로이사이트의 유일한 차이점은 결정의 형태이다. 할로이사이트 구조는 카올린에서 관찰되는 것과 같이 단지 적층된 판형 구조가 아니라 속이 빈 나노튜브로 구성된다. 이 실험에 사용된 할로이사이트 점토는 Applied Minerals, Inc.에서 DRAGONITE™ 상표명 아래 상업적으로 입수할 수 있다. 곡선 아래 면적의 합은 6.8 의 전체 연기 발생량을 갖는다.

G로 라벨링된 일곱 번째 플롯은 동일한 점토 첨가제를 포함하나, 2% 대신 4%로 첨가된 동일한 바인더 시스템 및 주물 골재로부터의 데이터를 나타낸다. 곡선 아래 면적의 합은 1.3의 전체 연기 발생량을 갖는다.

플롯된 데이터에서 시스템들이 유사한 결과를 나타내는 세 그룹으로 그룹화된다는 것이 매우 분명하다. 4% 할로이사이트 조성으로만 구성된 세 번째 그룹은 여기에 설명된 다른 첨가제 샘플과 뚜렷이 구분된다. 샘플 G는 샘플 A(무첨가제)에 비해 연기가 90% 감소한 것으로 나타났다.

바인더 시스템 및 주물 골재

PEP SET MAGNA 1215/2215는 상업적으로 이용 가능한 폴리우레탄 형성 바인더 시스템이다. 바인더 시스템은 별도로 포장된 두 가지 구성 요소로 판매된다. 1215로 지칭되고 일반적으로 파트 I이라고 하는 제1 부분은 성능 첨가제들과 함께 페놀계 레졸 수지, 이염기성 에스터 및 나프타 용매가 포함되어 있다. 2215로 지칭되고 일반적으로 파트 II라고 하는 제2 부분은 성능 첨가제들과 함께 이소시아네이트 성분, 유채 메틸 에스테르(rapeseed methyl ester) 및 나프타 용매를 제공한다. 파트 I 및 II가 혼합되고 액체 아민 촉매가 첨가된다. PEP SET 3501 CATALYST는 4-(3-페닐프로필)피리딘 (CAS 번호 2057-49-0)과 나프타 용매를 포함한다.

실험 프로토콜에서는 실험용 코어를 준비하였다. 파트 I 및 촉매, 이 경우에는 상업적으로 이용 가능한 PEP SET 3501 CATALYST는 주물 골재인, WEDRON 410 모래로 상업적으로 판매되는 원형 실리카 모래와 혼합되었다. 그런 다음 파트 II가 첨가되었다. 파트 I 대 파트 II의 중량비는 촉매를 제외하고 60/40이었고 바인더 함량은 모래 기준("BOS") 으로 1.2 wt% 이였다. 촉매는 파트 I을 기준으로 4 wt%로 첨가되었다. 도면에서 A로 표시된 한 케이스에서, 기준선을 설정하기 위해 주물 골재에 첨가제를 첨가하지 않았다. 도면에서 B 내지 G로 지정된 케이스들은 주물 골재가 Part I 구성 요소와 혼합되기 전에 지정된 양의 첨가제가 주물 골재에 첨가되었다.

연기 저감 실험 프로토콜

도면에 그려진 연기 감소 데이터는 위에서 설명한 PEP SET MAGNA 1215/2215 바인더 시스템으로 만든 폴리우레탄 노 베이크 코어에서 얻은 것이다. 달리 명시되지 않는 한, 모든 첨가제는 BOS 4.0% 에서 실행되었다. 상기 코어는 측정하기 전에 24시간 동안 방치했다. 그런 다음 상기 코어를 비슷한 질량의 조각들로 자르고 측정 직전에 700 °C에서 1분 동안 가열했다. 오븐에서 꺼낸 코어를 측정 기기 스테이지에 놓고 챔버로 들어 올렸다. 측정 기기에서, 방출된 연기는 첫 번째 면에 조명 어레이가 있고 반대 면에 광전지가 있는 수직 튜브를 통과한다. 직접적인 측정은 불투명도이지만, 상기 튜브를 통과하는 빛 투과율의 감소가 "연기 방출" 비율로 간주된다. 이 측정 기기는 200 밀리초마다 연기의 강도를 측정하고 데이터 로거를 사용하여 데이터를 수집한다. 신호 강도가 더 이상 감지되지 않을 때까지(일반적으로 ~150초) 데이터가 수집된다. 그런 다음 스테이지를 공기로 청소하고 각 샘플을 두 번 더 테스트하였다.

각 실험에서 질량은 46±0.1g으로 일정하게 유지되었다. 코어 질량과 관련된 변동은 평균 질량을 취하여 고려되었다. 각 혼합물에 대한 연기의 총 강도를 결정하기 위해 실험을 3회 수행하였다. 각 실험에서 곡선 아래 면적의 합이 측정되었다. 모든 샘플은 "무첨가제" 샘플을 기준으로 정규화되었다.

인장 강도 프로토콜

연기 데이터에 대한 가장 적절한 결과에 기초하여, 인장 강도 및 작업 시간/박리 시간 테스트를 위해 4개의 조성물 샘플 또는 혼합물을 선택하였다. 이것은 상업적인 허용가능성이 양질의 주조를 재현 가능하게 제공하는 능력에 의존한다는 이해와 일치했다. 혼합 후에, 생성된 주물 믹스를 성형된 코어 패턴을 사용하여 도그-본 모양의 인장 시편으로 압축하였다. 생성된 시험 표본("도그-본")은 1시간, 3시간 및 24시간에서 인장 강도에 대해 실험되었으며, 이 마지막 24시간 실험예는 1시간 및 3시간의 실험과 동일한 습도 수준에서 수행되었다. 코어 패턴에서 제거한 후, 높은 상대 습도(90% RH)에서 24시간 실험도 있었다. 각각의 경우에 3개의 시편을 실험하여 각 혼합물에 대한 평균 인장강도와 표준편차를 얻을 수 있었다.

인장 강도 시험을 수행하기 전에, 상업적으로 허용되는 작업 시간 및 박리 시간을 제공하기 위한 필요에 따라 조성물을 조정하기 위해 선택된 조성물을 시험하였다. 이러한 용어는 Kiuchi의 미국 특허 제5,616,631호를 참조하여 위에 자세히 설명되어 있다. 더 자세한 내용은 공동 소유의 Chen의 미국 특허 제6,602,931호에서 찾을 수 있다. "노 베이크" 바인더는 낮은 경화 속도와 낮은 초기 강도를 갖는 경향이 있음을 알고 있으므로, 연기 저감 첨가제가 이러한 특성에 미치는 영향을 이해하는 것이 바람직했다.

박리 시간과 작업 시간의 차이는 형성된 주형이 작업될 수 없지만 패턴으로부터 아직 제거될 수 없는 데드 타임의 양이다. 박리 시간에 대한 작업 시간의 비율("W/S")은 이 개념을 무차원 방식으로 표현하며 범위(적어도 이론상)는 0에서 1까지이다. 긴 작업 시간과 높은 W/S 비율이 바람직하다.

작업 시간 및 박리 시간에 대해 5분의 목표가 바람직하고 이것은 각각의 조성물이 이 목표를 충족하도록 사용된 촉매의 양을 조정함으로써 달성될 것이라는 것이 초기 관찰에서 결정되었다.

도면에서 조성물 A라고 식별되는 기준선 조성물은 PEP SET MAGNA 1215 및 2215를 60/40 비율로 1.2 wt%(BOS) 함유하였다. 골재는 구형 입자의 WEDRON 410 모래였다. 5분의 작업 시간 및 박리 시간 요구 사항을 함께 생각하기 위해 두 가지 함량의 PEP SET 3501 CATALYST가 사용되었다. 파트 I 기준 2 wt%에서 작업 시간은 6분이었고 박리 시간은 6분45초이었다. 파트 I을 기준으로 촉매를 3wt%로 조정함으로써 작업 시간은 4분15초이었고, 박리 시간은 5분으로 단축되었다. 아래 데이터에서 첨가제가 없는 이러한 구성은 A2 및 A3으로 식별된다.

인장 시험을 위해 조성물 B도 선택하였다. 여기서는 PEP SET MAGNA 1215 및 2215은 60/40 비율로 1.2%가 WEDRON 410 모래와 함께 사용되었다. 첨가제는 BOS 4 wt%의 VU 450으로 지정되었다. 파트 I을 기준으로 4 wt%의 PEP SET 3501 CATALYST는 4분15초의 작업 시간과 4분45초의 박리 시간을 제공했다.

조성물 F는 사용된 BOS 2 wt% 의 할로이사이트 첨가제 때문에 선택되었다. 인장 강도에 대해 실험할 다른 조성물에서와 같이 PEP SET MAGNA 1215 및 2215는 60/40 비율로 1.2%가 WEDRON 410 모래와 함께 사용되었다. 파트 I을 기준으로 6 wt%의 PEP SET 3501 CATALYST는 작업 시간이 4분이고 박리 시간이 4분 45초인 주물 믹스를 제공했다.

조성물 G는 예상외로 낮은 연기 방출량을 제공하는 BOS 4wt%의 할로이사이트 첨가제 때문에 선택되었다. 위에서와 같이 같이 PEP SET MAGNA 1215 및 2215는 60/40 비율로 1.2%가 WEDRON 410 모래와 함께 사용되었다. 그러나, 파트 I을 기준으로 5 wt% 수준의 PEP SET 3551 CATALYST이 작업 시간이 4분15초이고 박리 시간이 5분45초인 주물 믹스를 달성하기 위해서 사용되었다. PEP SET 3551 CATALYST는 조성물 F에 사용된 PEP SET 3501 CATALYST보다 더 높은 수준의 4-(3-페닐프로필)피리딘을 함유한다.

상기 실험은 인장 강도(psi)에 대한 다음 데이터를 제공한다.

인장 강도	A2	A3	B	F	G
1시간 (psi)	215.6	227.6	213.6	170.1	66.2
1시간 표준편차	9.2	5.5	15.5	17.3	1.3
3시간 (psi)	241.2	280.8	234.8	189.2	77.9
3시간 표준편차	17.6	18.0	5.0	4.8	5.1
24시간 (psi)	304.0	294.7	259.3	186.7	78.2
24시간 표준편차	26.7	13.1	11.0	16.2	7.3
24시간 - 90% RH(psi)	101.7	99.3	99.3	75.0	39.0
24시간 - 90% RH표준편차	1.5	20	2.5	5.2	2.6

상기 데이터는 할로이사이트 점토가 상업적으로 허용 가능한 수준의 인장 강도, 작업 시간 및 박리 시간을 유지하면서 BOS 2 wt% 수준에서 폴리우레탄 형성 바인더 시스템에 효과적인 연기 저감 첨가제를 제공할 수 있음을 보여준다. BOS 4 wt% 에서 할로이사이트 점토는 현저한 연기 감소를 제공하지만 주물 믹스의 작업 특성은 아마도 허용할 수 없을 정도로 낮은 수준으로 상당히 손상된다. 인장 강도, 작업 시간 및 박리 시간의 작업 특성과 관련하여 연기 저감을 최적화하기 위해 2%에서 4% 사이의 범위에서 추가 연구가 정당화된다.

Claims

폴리올 성분을 포함하는 제1 부분 및 폴리이소시아네이트 성분을 포함하는 제2 부분으로 제공되는 폴리우레탄 바인더 전구체;
액체 경화 촉매;
적절한 주물 골재; 및
할로이사이트 점토를 포함하는 주물 믹스 조성물
청구항 1에 있어서, 상기 할로이사이트 점토는 상기 주물 골재의 중량을 기준으로 약 1 내지 4 wt%의 범위로 존재하는 것인 주물 믹스 조성물.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 액체 경화 촉매는 액체 아민 촉매이고, 바람직하게는 4-(3-페닐프로필) 피리딘 및 나프타 용매를 포함하는 것인 주물 믹스 조성물.
청구항 3에 있어서, 상기 액체 경화 촉매는 상기 폴리우레탄 바인더 전구체의 제1 부분의 중량을 기준으로 약 4 wt%로 존재하는 것인 주물 믹스 조성물.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 폴리올 성분은 페놀계 레졸 수지, 이염기성 에스터 및 나프타 용매를 포함하는 것인 주물 믹스 조성물.
청구항 1, 2 또는 5에 있어서, 상기 이소시아네이트 성분은 이소시아네이트, 유채 메틸 에스테르(rapeseed methyl ester) 및 나프타 용매를 포함하는 것인 주물 믹스 조성물.
청구항 1 내지 6에 있어서, 상기 폴리우레탄 바인더 전구체의 제2 부분에 대한 상기 폴리우레탄 바인더 전구체의 제1 부분의, 액체 경화 촉매를 제외한 중량비는 대략 60/40인 것인 주물 믹스 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 폴리우레탄 바인더 전구체는 상기 주물 골재의 중량을 기준으로 약 1.2 wt%인 것인 주물 믹스 조성물.
적절한 주물 골재에 상기 주물 골재의 중량을 기준으로 약 1 내지 4 wt%의 범위로 할로이사이트 점토를 첨가하고 혼합하는 단계;
상기 혼합된 할로이사이트 점토 및 주물 골재에 폴리올 성분을 포함하는 폴리우레탄 바인더 전구체의 제1 부분 및 액체 경화 촉매를 첨가하고 혼합하는 단계; 및
이소시아네이트를 포함하는 폴리우레탄 바인더 전구체의 제2 부분을 첨가하는 단계를 포함하는 주물 믹스의 제조 방법.
청구항 9에 있어서, 상기 폴리우레탄 바인더 전구체의 제1 부분의 상기 폴리우레탄 바인더 전구체의 제2 부분에 대한 중량비는, 액체 경화 촉매를 제외하고 약 3:2인 것인 방법.
청구항 8 또는 9에 있어서, 상기 폴리우레탄 바인더 전구체는 상기 주물 골재의 중량을 기준으로 약 1.2 wt%인 것인 방법.
청구항 9 내지 11중 어느 한 항에 따른 제조 방법에 따른 주물 믹스로부터 형성된 주물 주형 또는 코어.
적절한 양으로 청구항 1의 주물 믹스 조성물을 제공하는 단계;
할로이사이트 점토를 적절한 주물 골재와 밀접하게 혼합하는 단계;
혼합된 할로이사이트 점토 및 주물 골재에 폴리우레탄 바인더 전구체 및 액상 경화 촉매를 별도로 혼합하여 주물 성형 화합물을 준비하는 단계;
상기 주물 성형 화합물을 패턴에 삽입하여 상기 혼합물이 주물 형상으로 경화되도록 하는 단계; 및
상기 패턴에서 주물 형상을 제거하는 단계를 포함하는 주물 형상을 제조하기 위한 노 베이크 방법.