KR810000572B1 - 알칼리 금속 귀산염 결합제 조성물 - Google Patents

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Description

알칼리 금속 귀산염 결합제 조성물

본 발명은 알칼리 금속 규산염 결합제 조성물에 관한 것이며, 특히 이들을 주물용 금형 및 조물용 코어(core)에 사용하는데 관한 것이다.

주물용 금형 및 코어를 만드는데 사용되는 모래의 결합제로서는 알칼리 금속 규산염 수용액, 특히 규산나트륨 용액이 보통 사용되고 있다. 이들 용액은 일반적으로 SiO₂: Na₂O의 비가 2.0 : 1-3.0 : 1인 규산나트륨을 40-50중량%함유한다. 한가지 방법에 있어서는, 규산나트륨 용액을 모래와 혼합하여 생성된 혼합물을 금형 또는 코어로 성형한다. 그후 이산화탄소 가스를 금형 또는 코어에 통해주면 규산나트륨과 이산화탄소 사이의 화학반응에 의해 결합된 금형 또는 코어가 형성되는 것이다. 또 한가지 방법으로는 예컨대 디아세틴과 트리아세틴의 혼합물과 같은 경화제를 규산나트륨 및 모래와 혼합하고, 이때 생성된 혼합물을 금형 또는 코어로 성형하여 정치시키면 경화제와 규산 나트륨 사이의 화학반응에 의해 경화된다.

그러나, 이들 두가지 방법은 모두 주조후 금형 및 코어를 분해하여 이들을 고형화된 주조용 금속으로 부터 제거하기 힘들다는 난점이 있다. 이와 같은 사실은 코어의 형태가 복잡하거나 또는 금형 및 코어가 고온에서 주형되는 금속을 주조하는데 예컨대, 강을 주조하는데 사용되는 경우에는 특히 불리하다. 따라서, 주조된 모래 주형 또는 코어의 분해 또는 분리 능력을 도와주는 물질, 즉 소위분해제를 모래와 규산 나트륨의 혼합물에 가해주는 여러가지 방법이 과거부터 제안되어 왔다.

이러한 분해제로서는 각종의 탄수화물류가 사용되고 있으며, 셀룰로오즈 유도체, 전분 및 슈크로오즈와 덱스트로즈 같은 당을 함유하는 탄수화물류가 사용되다.

알칼리 금속 규산염과 붕산염 덱스트린을 함유하는 접착제 조성물을 종이 제품의 제조에 사용하는 것은 공지된 사실이다. 붕산염런스트린은 알칼리 금속 붕산염을 전분의 가수분해에 의해 생성된 콜로이드성 혼합물인 덱스트린의 수성 분산액에 첨가함으로써 생성된다. 이런 조성물은 물에 대한 용해도가 매우 낮으며, 잔여 조성물로부터 덱스트린이 부유되어 나오므로 취급하기가 힘들다. 덱스트린의 부유는 팽윤점토를 혼입해 줌으로써 방지될 수 있으나, 이때 생성된 조성물은 점성이 극히 크기 때문에 주물용 모래 결합제로서 적합하지 않다.

환원당, 요소, 포름 알데히드를 함께 가열하고 pH조절제로서 붕사를 사용하여 형성된 균질한 액상 중합축합 생성물로 구성된 보조제와 알칼리 금속 규산염 용액을 주물용 결합제로 사용하는 것은 공지되어 있다. 붕사는 또한 수용성 알칼리 금속 규산염과 알칼리 금속 규산염의 경화제로서의 보조제를 함유하는 주물용 모래에도 첨가될 수 있다. 공지된 첨가량은 알칼리 금속 규산염과 보조제의 3-12중량%이다. 이런 첨가량은 너무 높아서 붕사를 알칼리 금속 규산염 용액에 효과적으로 용해시킬 수 없으며, pH조절제로서 저농도로 사용하여 보조제성분에 첨가했을 때만 유용하게 작용한다. 더욱이 탄수화물이 보조제중에 혼입되면, 탄수화물이 탄수화물로서의 특성을 보유하지 못한다.

어떤 탄수화물이 어떤 옥시 음이온염(특히 붕산염)과 복합된 경우, 생성된 착화합물은 알칼리 금속 규산염 주물용 모래 결합제와 관련하여 유리하게 사용될 수 있다.

본 발명에 의하면, (i) 알칼리 금속 규산염; (ii) 글리칸, 글리칸 올리고 당류, 글리카니톨류, 올리고 당류의 글리카니폴 유도체, 단당류(單糖類)와 이당류(二糖類) 및 이들의 유도체로 부터 선택된 최소한 1종류의 수용성 탄수화물; (iii) 류탄수화물과 함께 수용성 착화합물을 형성할 수 있는 붕소, 주석, 게르마늄, 텔루리움, 또는 비소의 옥시 음이온; 을 혼합하여 얻어진 수용액 상태의 결합제 조성물이 제공된다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, (i) 알칼리 금속 규산염; (ii) 글리칸, 글리칸 올리고 당류, 글리카니톨, 올리고 당류의 글리카니톨 유도체, 단당류와 이당류 및 이들의 유도체로 부터 선택된 수용성 탄수화물류; (iii) 탄수화물과 함께 수용성 착화합물을 형성할 수 있는 붕소, 주석, 게르마늄, 텔루리움 또는 비소의 옥시음이온; 을 혼합하여 얻어진 수용액 상태의 결합제 조성물과 입상(粒狀)물질로 구성된 혼합물을 소망의 형태로 성형하는 것으로 이루어지는, 주물용 금형이나 코어와 같은 결합된 입상 물질 제품을 만드는 방법이 제공된다.

바람직한 알칼리 금속 규산염은 규산나트륨으로서, 이 규산나트륨내의 SiO₂Na₂O의 비는 예컨대 2.0 : 1 내지 3.5 : 1 정도로 다양하게 변할 수 있으나, 상기 비율이 2.0 : 1 내지 2.5 : 1인 규산화나트륨이 바람직하다.

두개 이상의 탄수화물과(또는) 2개 이상의 옥시 음이온의 혼합물로 사용된 수 있다.

글리칸류는 환원당(還元糖) 말단기(末端基)를 가지거나 혹은 갖지 않은 단당류의 중합성 유도체이다.

단당류 성분은 알도오즈 또는 케토오즈이다. 글리칸류의 예를 들면, 글리칸류(글루코즈 중합체), 키실란류(키실로즈의 중합체), 및 글루코-키실란류(글루코즈와 키실로즈의 공중합체)가 있다.

일반적으로 전분, 아밀로즈 및 아밀로펙틴과 같은 고분자량의 글리칸류는 물에 불용성이므로 본 발명의 결합제 조성물로서 적당하지 않다. 적당한 글리칸류는 전분 가수분해물이나 글루코즈 시럽의 성분으로서 유용하다.

글리칸 올리고 당류는 글리칸 모체내의 글리코사이드 결합을 파괴시키는 산, 효소 또는 기타 방법에 의해 생성된 글리칸의 유도체이다. 적당한 글리칸 올리고 당류는 전분 가수분해물이나 글루코즈 시럽의 성분으로서 유용하다.

글리카니톨은 글리칸을 환원시켜 얻은 생성물이다. 글리칸의 단당류 성분은 알도오즈나 케토오즈일 수 있다. 글리카니톨이 생성되는 동안에는, 치환된 알도오즈 또는 케토오즈 말단기의 입체-화학 배위가 유지될 수도 있으며 혹은 유도된 다가 알코올 유도체로 전환될 수도 있다. 예컨대 전분 덱스트린에서의 치환된 글루코즈 말단기와 같은 치환된 환원성 말단기가 환원되면, 배위를 유지하면서 치환된 글루시톨(예 : 솔비톨) 유도체를 생성할 수도 있으면, 혹은 약간의 전환과 함께 탄소 2개의 배위가 바뀐 치환 만니톨 유도체를 생성할 수도 있다. 적당한 글리카니톨류는 수소가 첨가된 전분 가수분해의 성분으로서 유용하다.

올리고 당류의 글리카니톨 유도체는 글리칸 올리고 당류를 환원시켜 얻은 생성물로서, 예컨대 수소가 첨가된 전분 가수분해물의 성분으로서 유용하다. 올리고 당류의 글리카니돌 유도체의 또다른 예로서는 만니톨(말토오즈에서 유도된 것) 및 락티톨(락토오즈로부터 유도된 것)과 같은 이당류의 유도체가 있다.

적당한 단당류에는 예컨대 글루코즈, 만노오즈 및 과당이 포함된다. 적당한 이당류에는 예컨대 슈크로오즈, 말토오즈 및 락토오즈가 포함된다.

적당한 단당류 유도체에는 예컨대 글루코즈 또는 글로오즈의 환원에 의해 생긴 솔비글, 만노오즈의 환원에 의해 생긴 만니톨과 같은 상응하는 헥소오즈의 환원에 의해 생성된 헥시톨 및 예컨대 키실로즈의 환원에 의해 생긴 키실리톨과 같은 상응하는 펜토오즈의 환원에 의해 생긴 펜티톨이 포함된다.

1종류 또는 그 이상의 상술한 바와 같은 탄수화물류를 함유하는 탄수화물 함유물질은 시판되고 있다. 이런 물질에는 예컨대 슈크로오즈 정제로 부터 얻은 당밀(糖密); 우유공정으로 부터 얻은 유장(乳漿); 슈크로오즈, 과당 및 글루코즈의 혼합물인 전화당(轉化糖) 또는 부분 전화당; 및 상기 언급된 글루코즈 시럽과 같은 것이 포함된다.

에스테르화, 에테르화 또는 산화와 같은 공정에 의해 환원성 말단기 이외의 구조가 변경된 수화물류의 유도체도 역시 사용될 수 있다. 이런 유도체에는 예컨대 산화된 전분시럽, 전분의 에스테르및 전분의 카르복실 알킬 에테르류가 있다.

바람직한 탄수화물류는 알칼리 매체내에서 탄수화물이 안정화되도록 환원력을 제거시킨 안정화 탄수화물류이다.

안정화 탄수화물류는 수소첨가에 의해, 또는 에스테르화, 에테르화 또는 산화와 같은 환원력을 제거시키는 다른 공정들에 의해, 또는 요소와 요소 유도체와의 반응에 의해 생성될 수 있다.

안정화 탄수화물류에는 예컨대 글리카니톨류, 올리고 당류의 글리카니톨 유도체, 헥시톨류, 펜티톨류가 있다.

바람직한 안정화 탄수화물류는 안정화된 전분 가수분해물이다. 안정화된 전분 가수분해물은 덱스트로즈 당량이 5-100, 바람직하게는 5-75, 더욱 바람직하게는 10-40인 전분 가수분해물로부터 제조될 수 있다. 덱스트로즈 당량은 환원력, 즉 건조 성분상의 D-글루코즈로 표시되는 전분 가수분해물의 환원당 함량으로 정의된다. 전분 가수분해물은 선택적 산화에 의해, 또는 요소나 요소 유도체의 반응에 의해, 또는 소수첨가에 의해 안정화될 수 있다. 바람직한 방법은 수소를 촉매적으로 첨가하는 것이다. 전분 가수분해물이 안정화되면, 이 전분 가수분해물의 덱스트로즈 당량이 5이하, 바람직하게는 2 이하, 더욱 바람직하게 0.5이하로 감소된다.

옥시 음이온은 옥시 음이온염의 형태로 조성물내에 첨가되어도 좋으며, 또는 옥시 음이온이나 산화물을 함유하는 산을 알칼리 금속 규산염에 함유된 알칼리나 부가 알칼리와 반응시켜서 생긴 해리(解離)된 옥시 음이온염을 조성물내에 직접 생성시켜도 좋다.

적당한 옥시 음이온염에는 예컨대 메타 붕산나트륨, 테트라붕산 나트륨, 펜타 붕산나트륨, 게르만산나트륨, 주석산나트륨, 텔루르산나트륨 및 비산나트륨이 있다. 주석, 텔루리움 및 비소의 옥시 음이온염으로는 주석산염, 아텔루르산염, 비산염이 바람직하다. 가장 바람직한 옥시 음이온염은 쉽게 이용할 수 있고 경제적인 알칼리 금속 붕산염이다.

상기 해리된 옥시 음이온염으로서는 예컨대 알칼리 금속 규산염내의 알칼리와 산화붕소와의 반응에 의해 형성된 알칼리 금속 붕산염, 그리고 알칼리와 이산화 게르마늄과의 반응에 의해 생성된 알칼리 금속게르마늄염이 있다.

주어진 탄수화물류에 적당한 결과를 나타낼 수 있는 옥시 음이온 염은 1종류 이상 있을 수 있으며, 이런 염은 유용한 옥시 음이온염으로 부터 선택되어야 한다.

결합제 조성물은 알칼리 금속 규산염, 탄수화물 또는 옥시 음이온염 성분을 갖는 개별적인 수용액으로서, 또는 2개 성분이나 3개 성분을 미리 혼합한 상태로서 입상(粒狀) 물질내에 첨가될 수 있다. 옥시 음이온염을 탄수화물 수용액이나 수용성 알칼리 금속 규산염과 미리 혼합하고 세번째 성분을 따로 첨가하거나, 또는 이들 세 성분을 모두 미리 혼합하는 것이 바람직하다. 그러나 결합제 조성물을 첨가하는데 적용되는 방법은 사용된 특정한 탄수화물 물질에 따라 다소 달라지게 되는데, 그 이유는 예컨대 환원당을 함유하는 탄수화물류와 같은 몇몇 탄수화물 물질은 알칼리 금속 규산염과 반응하므로 알칼리 금속 규산염과 미리 혼합하여 저장할 수 없기 때문이다. 탄수화물과 알칼리 금속 규산염을 미리 혼합하여 저장해 둘 수 없을 때에는, 알칼리 금속 규산염내의 옥시 음이온염의 일부와 탄수화물 수용액의 일부를 용해시키는 것이 편리하다.

결합제 조성물은 일반적으로 16-47중량%의 알칼리 금속 규산염 및 2-45중량%의 탄수화물류를 포함한다.

옥시 음이온의 최소 함량은 수용성 결합제 조성물의 0.1중량% 이어야 하지만, 옥시 음이온의 최대 함량은 수용성 결합제 조성물 중에 서의 옥시 음이온염의 용해도에 의해 결정되므로 매우 광범위하다. 옥시 음이온염의 함량은 수용성 결합제의 5중량%까지인 것이 보통이다.

옥시 음이온의 존재량은 존재하는 모든 탄수화물을 착화시키기에 충분한 정도인 것이 바람직하다.

바람직한 결합제 조성물은 26-45중량%의 알칼리 금속 규산염, 3-27중량%의 탄수화물 및 0.5-2.0중량%의 옥시 음이온염을 함유하는 것이다.

알칼리 금속 규산염, 탄수화물 및 옥시 음이온을 특정한 방법으로 조합시킨 실제의 조성물은 탄수화물의 성질, 3개 성분의 상호 용해도, 알칼리 금속 규산염에서 실리카에 대한 알칼리 금속 산화물의 비율 및 옥시 음이온의 성질과 같은 여러가지 요소에 따라 달라지게 된다.

이상에서는 결합제 조성물이 3개의 필수성분을 함유하는 것으로 기재되어 있으나, 예컨대 금속 주조물의 표면처리를 개선시키는 것으로 알려진 착색제나 접착제와 같은 다른 성분을 바람직하게는 최소량 함유시킬 수도 있다.

본 발명의 결합제 조성물은 각종의 입상 물질을 결합시키는데 사용될 수 있으나, 특히 주물용 금형 또는 코어제조에 사용되는 실리카, 올리빈, 크로마이드 및 지르콘 모래와 같은 입상 내화성 물질을 결합시키는데 특히 유용하다. 이산화탄소 가스를 생성된 금형 또는 코어에 주입함으로써 이들을 경화시킬 수도 있으며, 또는 알칼리 금속 규산염에 대한 화학적 경화제(예컨대 글리세롤의 아세테이트 에스테르 혼합물등)를 금형 또는 코어를 성형하기 전에 모래 결합제 조성혼합물에 가하는 방식을 사용할 수도 있다.

본 발명에 의하여 개량된 결합제 조성물은 주물용 금형이나 코어의 제조에 있어서 많은 잇점이 있다.

금형 및 코어를 이산화탄소로 가스처리하여 경화시키면 통상의 실시방법에 비하여 처리시간이 감소되므로 이산화탄소를 절약하게 되고, 따라서 기타의 규산염 결합제에 비하여 ＂과잉 처리＂되는 경향이 적다. 또한 금형 및 코어를 건조 또는 습윤조건하에서 가스처리하고 저장하면 그 즉시 강도가 증가하며, 이때 강도가 증가되었다 하더라도 ＂분해성＂, 즉 고형화된 주조용 금속으로 부터 금형 및 코어가 분리되어 제거되는 능력이 손상되지 않는다.

화학적으로 경화된 규산염으로 고착된 모래를 이산화탄소 가스처리와 병용하면 사용되는 규산나트륨의 양을 통상의 실시방법에 비해 감소시킬 수 있다. 규산나트륨으로 고착된 모래의 분해성 및 이러한 모래를 사용하여 생성된 금속주물의 표면처리 특성은 규산나트륨 결합제의 나트륨 함량에 영향을 받는다. 따라서 규산나트륨의 사용량을 감소시키면 규산나트륨을 절약하여 경제적으로 유리할 뿐만 아니라, 모래의 분해성을 증가시키고, 또한 이러한 모래를 사용하여 생성된 금속 주물의 표면처리 특성을 향상시키게 되는 것이다. 뿐만 아니라, 주조된 후 모래중의 잔류 나트륨의 양이 적어지므로 모래를 더욱 쉽게 재생하여 재사용할 수도 있다.

다음의 실시예는 본 발명을 설명하는 것으로서, 대표적인 탄수화물과 옥시 음이온의 사용을 나타낸다.

[실시예 1]

3개의 결합제 조성물을 다음과 같이 제조했다.

(1) 감자전분으로 부터 유도되고, 수소첨가되기 전의 덱스트로즈 당량이 약 30이며, 수소첨가된 후의 덱스트로즈 당량이 약 0.05이고, 전분 가수분해물의 함량이 65중량%인, 수소가 첨가된 전분 가수분해물 시럽(글리카니톨류, 올리고 당류의 글리카니톨 유도체, 환원단 당류 및 환원 이당류의 혼합물) 20중량%를 SiO₂: Na₂O 비가 2.4 : 1 이고 규산나트륨의 함량이 46중량%인 규산나트륨 수용액 80중량%와 혼합했다.

(2) 상기 결합제(1)를 제조하는데 사용된 전분 가수분해물 시럽 100중량부에 수화 메타붕산 나트륨 10중량부를 용해시켰다. 이때 생성된 용액 20중량%를 상기 결합제(1)를 제조하는데 사용된 규산나트륨 용액 80중량%와 혼합했다.

(3) 상기 결합제(1)를 제조하는데 사용된 전분 가수분해물 시럽 100중량부에 무수 테트라붕산 나트륨 7.5중량부를 용해시켰다. 이때 생성된 용액 20중량%를 상기 결합제(1)를 제조하는데 사용된 규산나트륨용액 80중량%와 혼합했다.

전분 가수분해물과 메타붕산 나트륨 및 테트라붕산 나트륨 각각에서의 화학적 상호 반응에 의해 전분 가수분해물 시럽의 점도가 증가되었으며, 이때 결합제(2) 및 (3)의 점도는 결합제(1)의 점도보다 더 높았다. 시험시의 점도차로 인한 영향을 제거하기 위해, 결합제의 점도가 브룩필드(Brookfield) LVF 점도 계로 측정시 1200cp가 되도록 물을 가하였다.

각각의 결합제 조성물 3.5중량부를 규사(AFS 분말도 44) 100중량부와 혼합했다. 모래와 결합제의 혼합물을 사용하여 표준 AFS 50mm 높이 ×50mm 직경의 원통형 코어를 제조하였다. 이 코어를 온도 25℃, 압력 0.35kg/㎠, 유속 5.5ℓ/분의 조건하에서 이산화 탄소가스로 여러번 처리했다.

이와 같이 생성된 코어의 압축강도를 다음과 같이 측정했다.

(a) 처리한 직후(예 : 10초내) 샘플상에서 (b) 비교적 건조한 실험실 분위기하에 24시간 저장되었던 샘플상에서 (c) 습윤조건(25-27℃, 상대습도 90%)하에 24시간 저장되었던 샘플상에서 이때의 결과가 다음 표에 나타나 있다.

상기 결과는 가스처리 시간이 처리직후의 강도뿐만 아니라 24시간 저장한 후의 강도에도 영향을 미치는 것으로 나타났다. 결합제(1)을 사용하여 가스처리 직후 100 P.S.i.의 강도를 얻기 위해서는 약 25초의 가스처리 시간이 요구되며, 24시간 건조 저장후의 경우에는 같은 시간조건에서 약 170 P.S.i.의 강도가 얻어진다.

이에 비하여 결합제(2)의 경우에는 약 20초만이 요구되며, 24시간 건조저장 후에는 약 290P.S.i.의 강도가 얻어진다. 한편 결합제(3)에서는 겨우 약 15초만이 요구되며, 24시간 건조저장 후에는 약 375 P.S.i.의 강도가 얻어진다.

따라서 결합제(2)와 (3)을 사용하면 이산화탄소 가스를 절약할 수 있으며, 건조 및 습윤 저장후 강도를 향상시킬 수 있다.

[실시예 2]

3개의 결합제 조성물을 다음과 같이 제조했다.

(4) 70중량%의 솔비톨 수용액 20중량%를 SiO₂: Na₂O비가 2.4 : 1이고 규산나트륨의 함량이 46중량%인 수용성규산나 규산나트륨 80중량%와 혼합했다.

(5) 상기 결합제(4)를 제조하는데 사용된 솔비톨 용액 100중량부에 수화 메타붕산나트륨 10중량부를 용해시켰다. 이때 생성된 용액 20중량%를 상기 결합제(4)를 제조하는데 사용된 규산나트륨 용액 80중량%와 혼합했다.

(6) 상기 결합제(4)를 제조하는데 사용된 솔비톨 용액 100중량부에 무수테트라붕산 나트륨 7.5중량부를 용해시켰다. 이때 생성된 용액 20중량%를 상기 결합제(4)를 제조하는데 사용된 규산나트륨 용액 80중량%와 혼합했다.

결합제(4)의 점도를 660cp로 하고, 결합제(5)의 점도는 710cp, 결합제(6)의 점도는 1060cp로 하였다.

각각의 결합제 조성물 3.5중량부를 규사(AFS 분말도 44) 100중량부와 혼합했다. 모래와 결합제의 혼합물을 사용하여 표준 AFS 50mm 높이 ×50mm 직경의 원통형 코어를 제조하였다. 이 코어를 온도 24.5-25.0℃, 압력 0.35kg/㎠, 유속 5.5ℓ/분의 조건하에서 이산화 탄소를 여러번 처리했다.

이와 같이 생성된 코어의 압축강도를 다음과 같이 측정했다.

(a) 처리한 직후(예 : 10초내) 샘플상에서 (b) 비교적 건조한 실험실 분위기(17.0-20.0℃, 상대습도 50-55%)하에 24시간 저장되었던 샘플상에서 (c) 습윤조건(24.5-25.0℃, 상대습도 90-95%)하에 24시간 저장되었던 샘플상에서 이때의 결과가 다음 표에 나타나 있다.

결합제(4)(5) 및 (6)은 건조 또는 습윤 조건하에 저장된 코어의 압축강도에서 유사한 결과를 나타내거나 가스처리 속도는 (5)와 (6)이 (4)보다 우수하다. 결합제 (4)를 사용하여 가스처리직후 100P.S.i.의 강도를 얻기 위해서는 31초가 요구되는 반면 결합제(5)에서는 28초, 결합제(6)에서는 23초가 요구된다.

[실시예 23]

결합제 조성물(7)을 하기와 같이 제조했다 :

주석산 나트륨 10중량부를 물 9중량부에 분산시키고 생성된 수성분산액을 실시예 1에서 결합제(7)를 제조하는데 사용된 전분 기수분해물시럽 100중량부와 혼합했다. 전분가수분해물-나트륨시럽 혼합물의 점도는 2000cp 였다. 혼합물 20중량%를 실시예 1에서 결합제(1)을 제조하는데 사용한 규산나트륨 용액 80중량부와 혼합했다. 그 결과 생긴 혼합물에 물을 가하여 점도를 1470cp로 저하시켰다.

결합제 조성물(7)을 실시예 1의 방법에 따라 결합제 조성물(1)과 비교하여 검사했다. 가스처리 온도는 25.0-25.5℃이며 건조저장조건은 온도가 22-23℃이고 상대점도가 52-56%이며 습윤저장조건은 온도가 23-24℃이며 상대습도가 90-95%이다.

시험 조건하에서 결합제(1)은 가스처리직후 100P.S.i의 강도를 얻기위해 21초의 처리시간이 요구되는 반면 결합제(7)은 단지 17.5초 만이 요구된다.

건조 또는 습윤저장시의 강도 및 최대강도는 비록 결합제 조성물(7)이 결합제 조성물(1)보다 실지 결합제 적게 함유되어 있으나 두 결합제 조성물에서 모두 유사하다. 결합제조성물(7)의 실지 결합제 함량이 낮으므로 만일 두 개의 결합제조성물이 실시예에 기재된 만큼 사용된 경우 결합제조성물(1)에 비해 적은 양의 소다가 주물용 모래에 도입될 수 있다.

[실시예 4]

두 개의 결합제 조성물을 하기와 같이 제조했다.

(8) 수소첨가전분가수분해물 시럽 20중량%를 SiO₂: Na₂O 비가 2.2 : 1이며 브룩필드 RVF 점도계로 측정시 점도가 770cp인 규산나트륨 수용액 80중량%와 함께 혼합했다.

수소첨가전분가수분해물 시럽은 옥수수 전분으로부터 유래되며 수소첨가전에 약 33 덱스트로즈 당량을 수소첨가된 후에 0.2이하의 덱스트로즈 당량을 갖는다.

시럽의 고형성분은 시럽을 규산나트륨용액과 함께 혼합하기전에 물을 사용하여 75%에서 68중량%로 감소시켰다.

(9) 무수 테트라붕산나트륨 7.5중량부를 결합제(8)을 제조하는데 사용된 전분가수분해물 시럽 100중량부에 용해시켰다. 시럽의 고형성분은 물을 사용하여 미리 75중량%에서 68중량%로 감소시켰다. 결과 생성된 용액 20중량%를 결합제(8)을 제조하는데 사용된 규산 나트륨 용액 80중량%과 혼합했다.

결합제 각각의 점도를 물을 첨가하여 770cp(브록필드 LVF 점도계로 측정시)로 맞추었다. 결합제조성물(9)를 실시예 1의 방법을 사용하여 결합제조성물(8)과 비교하여 시험했다. 가스처리 온도는 20.5-21.5℃이며 건조 저장조건은 온도가 19-22℃이고 상대점도가 47-51%이며 습윤저장 조건은 온도가 21℃이고 상대점도가 90-95%였다.

그 결과를 하기표에 나타냈다.

결합제(9)는 결합제(8)보다 가스처리 속도 및 최종강도면에서 우수하며 결합제(9)를 함유한 코어도 또한 건조 또는 습윤 저장조건하에 우수한 저장성을 갖는다. 결합제(8)을 사용하여 가스처리직후 100P.S.i.의 강도를 얻기 위해서는 47초가 요구되는 반면 결합제(9)를 사용하면 24초만이 요구된다. 24시간 동안 건조 저장한후 강도가 100P.S.i. 로 되며 결합제(8)을 함유한 코어는 140P.S.i.의 압축강도를 가지는 한편 결합제(9)를 함유하는 유사한 코어는 420P.S.i.의 압축강도를 갖는다.

[실시예 5]

두개의 결합제조성물을 하기와 같이 제조했다 :

(10) 옥수수 전분으로 부터 유도되며 0.1 이하의 덱스트로즈 당량을 가지며 65중량%의 전분 가수분해물 함량을 가진 수소첨가 전분가수분해물 시럽 20중량%를 SiO₂: Na₂O 비가 2.2 : 1이고 20.0℃에서 770cp의 점도(브룩필드 RVF 점도계로 측정시)를 규산나트륨 80중량%와 혼합했다.

(11) 무수 테트라붕산나트륨 7.5중량부를 결합제(10)을 제조하는데 사용된 전분가수분해물 시럽 100중량부에 용해시켰다. 결과 생성된 용액 20중량%를 결합제(10)을 제조하는데 사용된 규산 나트륨 용액 80중량%와 혼합했다.

결합제(10) 및 (11)을 제조하는데 사용된 전분가수분해물은 가수분해 되기전에 약 55덱스트로즈 당량을 갖는다.

각 결합제의 점도를 물로 희석하여 770cp로 맞췄다.

결합제조성물(10) 및 (11)을 실시예 1의 방법을 사용하여 교반했다.

가스처리 온도는 24-25℃이며 건조저장 조건은 온도가 16-20℃이며 상대습도가 48-52%이며, 습윤저장조건은 온도가 26℃이며 상대습도가 90-95%이다.

그 결과를 하기표에 기재한다.

결합제(10)과 (11)은 가스처리 속도 및 가스처리후 강도가 유사하다. 각각의 결합제를 사용하여 100 P.S.i.의 초기강도를 얻기 위해서는 약 45초의 처리시간이 요구된다. 그러나 결합제(11)은 저장시 더 높은 강도를 나타낸다. 결합제(11)을 사용하면 100P.S.i.의 초기 강도가 건조저장시 290P.S.i.로 증가하며 습윤 저장시 145P.S.i.로 증가되나 결합제(10)를 사용하면 처리직후 100P.S.i. 강도인 것이 건조저장시엔 130으로 습윤저장시엔 116P.S.i.로 증가된다.

[실시예 6]

두개의 결합제 조성물을 하기와 같이 제조했다.

결합제(12) 및 (13)을 옥수수 전분으로 부터 유도되며 0.15이하의 덱스트로즈 당량과 63중량%의 전분 가수분해물 함량을 갖는 다른 수소첨가된 전분가수분해물을 사용하여 각기 결합제(10) 및 (11)에 기재된 방법에 따라 제조했다. 결합제(12)와 (13)을 제조하는데 사용된 수소첨가된 전분가스분해물은 주로 수소 첨가된 말토오즈를 함유한다.

결합제(12)와 (13)의 점도를 물로 희석하여 760cp로 맞췄다.

결합제조성물(12)와 (13) 3.5중량부를 각기 규사(AFS 분말도 44) 100중량부와 혼합했다. 모래-결합제 혼합물을 표준 AFS 50mm×50mm 직경의 원통형 코어를 만드는데 사용했다. 코어를 21-23℃, 0.35kg/㎠게이지압 및 5.5ℓ/분의 유속하에 이산화탄소를 사용하여 시간을 달리하여 가스처리했다.

생성된 코어의 압축강도를 처리직후(10초내) 샘플에 대해 측정하였다.

그 결과를 하기표에 기재한다.

비록 얻얼 수 있는 강도는 유사하나 속도가 결합제(13)보다 우수하다. 따라서 결합제(12)를 사용하여 처리직후 100P.S.i. 의 강도를 얻기 위해서는 25초가 요구되는 반면 결합제(13)에서는 오직 21초 만이 요구되며 가스소모를 약 16% 감소시켜 준다.

[실시예 7]

결합제(14)를 하기와 같이 제조했다.

무수 테트라붕산나트륨 7.5중량부를 말티톨 용액 100중량부에 용해시켰다. 이 혼합물 20중량부를 SiO₂: Na₂O의 비가 2.2 : 1이며 200℃에서 점도가 440cp(브룩필드 RVF 점도계로 측정시)인 규산나트륨 수용액 80중량부와 혼합했다. 결과 생긴 결합제의 점도를 물을 사용하여 750cp로 맞췄다.

결합제(14)를 실시예 1에 기재된 방법으로 결합제(9)와 비교했다. 생성된 압축강도를 비교했다 :

(a) 가스처리직후(10초내)

(b) 비교적 건조한 실험실 분위기하에 가스 온도는 21.0℃이고 저장조건은 온도가 18-20℃이고 상대점도가 48-51%였다.

그 결과를 하기표에 기재했다.

결합제(14)는 결합제(9)와 유사한 결과를 나타냈다.

[실시예 8]

하기와 같이 결합제조성물을 제조했다.

(15)붕산 9.9중량부를 옥수수 전분으로 부터 유도되고 0.2이하의 덱스트로즈 당량을 가지며, 약 63중량%의 전분가수분해물 함량을 가진 수소첨가된 전분가수분해물 시럽 100중량부에 용해시켰다. 결과 생성된 용액 20중량%를 SiO₂: Na₂O 비가 2,2 : 1 이고 20.0℃에서 점도가 710CP(브록필드 RVF 점도계로 측정시)인 규산나트륨의 수용액 80중량%와 혼합했다.

(16) 붕산 9.9중량부와 수산화나트륨 3.3중량부 결합제(15)를 제조하는데 사용된 수소첨가된 전분가수분해물 시럽 100중량부에 용해시켰다. 결과 생성된 용액 20중량%를 결합제(15)를 제조하는데 사용된 규산 나트륨 용액 80중량%와 혼합했다.

(17) 산화붕소 5.5중량부를 결합제(15)를 제조하는데 사용된 수소첨가된 전분가수분해물 시럽 100중량부에 용해시켰다. 결과 생성된 용액 20중량%를 결합제(15)를 제조하는데 사용된 규산나트륨 용액 80중량%와 혼합했다.

(18) 산화붕소 5.5중량부와 수산화 나트륨 3.14중량부를 결합제(15)를 제조하는데 사용된 수소첨가된 전분가수분해물 시럽 100중량부에 용해시켰다. 결과 생성된 용액 20중량%를 결합제(15)를 제조하는데 사용된 규산 나트륨용액 80중량%와 혼합했다. 결합제(15)-(18)의 점도를 필요에 따라 750CP로 맞췄다. 결합제(15)-(18)을 제조하는데 사용된 수소첨가된 전분가수분해물은 수소첨가되기 전 약 33의 덱스트로즈 당량을 갖는다.

결합제(15)-(18)을 실시예 1에 기재된 방법을 사용하여 결합제(8) 및 (9)와 비교했다. 생성된 코어의 압축강도를 가스처리직후(10초내) 측정했다. 가스온도는 21℃였다. 그 결과를 하기표에 기재했다.

결합제(9) 및 (15)-(18)의 처리속도 및 최종강도는 서로 유사하나 모두 결합제(8) 보다는 훨씬 우수하다.

또한 붕산 염화합물을 결합제내로 도입시키는 방법은 이들 결합제의 향상된 효능을 변경시키지 않는다. 결합제(9) 및 (15)-(18)은 붕소의 중량부로서 표시되는 거의 같은 농도의 붕산염 화합물을 갖는다.

[실시예 9]

하기와 같은 조성물을 제조했다.

(19) 무수테트라붕산나트륨 7.5중량부를 결합제(8)을 제조하는데 사용된 수소첨가된 전분가수분해물 시럽 100중량부에 용해시켰다. 결과 생긴 용액의 점도는 4500CP에서 1100CP로 감소되었다.

조성물(19) 0.7중량부를 규사(AFS 분말도 44) 100중량부와 혼합했다.

SiO₂: Na₂O의 비가 2.2 : 1이고 점도가 440cp인 규산나트륨수용액 2.8중량부를 동일한 모래와 혼합했다.

결합제(9) 3.5중량부를 규사 100중량부와 혼합했다.

이들 두개의 결합제-모래 혼합물을 실시예 1의 방법을 사용하여 비교했다. 생성된 샘플의 압축강도를 가스처리 직후(10초내)에 측정했다. 가스온도는 21℃였다.

그 결과를 하기표에 기재했다.

따라서 결합제(9)에 의해 얻은 향상된 효능은 만일 결합제를 조성물(19)와 규산나트륨을 조합하여 2부분으로 모래에 첨가하는 경우 유지된다.

[실시예 10]

하기와 같이 결합제조성물을 제조했다 :

(20) 이산화게르마늄 3.14중량부와 수산화나트륨 2.4중량부를 결합제(8)을 제조하는데 사용된 수소첨가된 전부 가수분해물 100중량부에 용해시켰다. 결과 생긴 용액 20중량%를 결합제(8)을 제조하는데 사용된 규산나트륨용액 80중량부와 혼합했다. 결과 생긴 결합제의 점도를 물을 가하여 700cp로 맞췄다.

결합제조성물(20)을 실시예 1의 방법을 사용하여 결합제조성물(8)과 비교 실험했다. 가스처리온도는 25.0-25.5℃이고 건조저장조건은 온도가 19-21℃, 상대점도가 48-51%이며 습윤 저장조건은 온도가 25℃ 상대점도가 90-95%였다.

그 결과를 하기표에 기재했다.

결합제조성물(20)은 가스처리속도 및 최종 강도면에서 결합제조성물(8)보다 우수하며 결합제(20)를 함유하는 코어도 또한 건조 및 습윤저장 조건하에서 보다 나은 저장성을 갖는다. 결합제(8)을 사용하여 가스처리 직후 100p.s.i.의 강도를 얻기 위해서는 29초가 필요한 반면 결합제(20)을 쓰면 25초가 걸린다. 24시간 저장한 후 강도가 100p.s.i.로 되고 결합제(8)을 함유하는 코어는 건조조건하에 저장시 278p.s.i.의 압축강도를 갖으며 습윤 조건하에 저장시 124p.s.i.를 갖는 반면 결합제(20)을 사용하여 제조된 유사한 코어는 건조저장후 485p.s.i.습윤저장후엔 188p.s.i.의 압축강도를 갖는다.

[실시예 11]

결합제조성물을 하기와 같이 제조했다.

(21) 아비산나트륨 7.5중량부를 결합제(8)을 제조하는데 사용된 수소첨가된 전분가수분해물 시럽 100중량부에 용해시켰다.

결과 생긴 용액 20중량부를 결합제(8)을 제조하는데 사용된 규산나트륨 용액 80중량부와 혼합했다.

결과 생긴 결합제의 점도를 물과 첨가하여 750cp로 맞췄다.

결합제조성물(21)을 실시예 1의 방법으로 결합제(8)과 비교했다. 가스처리온도는 21.5-22.0℃였다.

그 결과를 하기에 기재했다.

결합제(21)은 강도 발현 속도가 상당히 빠르다. 따라서 결합제(21)은 약 15초후에 100p.s.i. 강도를 얻는데 반해 결합제(8)은 같은 강도를 얻는데 28초가 요구된다.

[실시예 12]

하기와 같이 조성물을 제조했다.

(23) 글루코즈 65중량%를 함유하는 글루코즈 수용액

(24) 무수테트라붕산나트륨 7.5중량부를 조성물(23) 100중량부에 용해시켰다.

(24) 무수 테트라붕산나트륨 10중량부를 조성물(23) 100중량부에 용해시켰다.

(26) 수화메탄붕산나트륨 10중량부를 조성물(23) 100중량부에 용해시켰다.

노성물(23)-(26) 각각 1중량부를 규사(AFS 분말도 44) 100중량부위 혼합한 후 SiO₂: Na₂O 비가 2.4 : 1이고 20.0℃에서 점도가 2000cp(브룩필드 RVF 전도계로 측정시)인 규산나트륨 2.5부와 혼합했다. 모래-결합제 혼합물을 표준 AFS 50mm 높이 ×50mm직경 원통형 코어를 제조하는데 사용했다. 코어를 시간을 달리하고 25℃, 0.35kg/㎠게이지 압, 5.5ℓ/분 유속에서 이산화탄소가스로 처리했다.

제조된 코어의 압축강도를 하기와 같이 측정했다.

(a) 가스 처리직후(10초내)의 샘플상에서 (b) 비교적 건조한 실험실 분위기 하에 24시간 저장한 샘플상에서 (c) 습윤조건(25-27℃ 상대습도 90%)하에 24시간 저장한 샘플상에서 그 결과를 하기표에 기재했다.

상기 결과는 조성물(24)-(26)에서 처리직후 강도 발현 속도가 향상된 것을 나타냈다. 조성물(26)도 또한 강도가 증가되었다. 코어의 저장성도 또한 처리시간 대부분에서 조성물(24)-(26)을 사용했을 때 향상되었다. 이런점에서 볼 때 조성물(25) 및 (26)은 조성물(24)보다 더 우수하다. 따라서 가스처리직후 100p.s.i.의 강도를 얻기 위해서는 조성물(23)-(26)에서 각기 19,15,13.5 및 13.5초가 요구된다. 이런 처리시간은 결합제(23)-(26)에 대해 각기 58,80,240 및 150p.s.i.의 건조 저장강도를 나타내며 99,125,128,155p.s.i.의 습윤 저장강도를 나타냈다.

[실시예 13]

하기와 같은 조성물을 제조했다.

(27) 글리칸류, 글리칸올리고당류, 단당류 및 이당류의 혼합물을 함유하며 덱스트로즈 당량이 53-53이고 전분가수분해물 함량이 약 60중량%인 전분가수분해물시럽

(28) 무수테트라붕산나트륨 7.5부를 조성물(27)의 전분가수분해물 100중량부에 용해시켰다. 조성물(27)의 점도는 20.0℃에서 700cp였으며 조성물(28)의 점도는 물로 희석하여 700cp로 저하시켰다.

노성물(27)과 (28)을 실시예 12에 기재된 방법과 규산나트륨 용액을 사용하여 비교했다.

제조된 크어의 압축강도를 측정했다 :

(a) 가스처리후 즉시

(b) 비교적 건조한 실험실 분위기하에 24시간 저장한 후 그 결과를 하기표에 기재했다.

조성물(28)은 (27)에 비해 최종강도는 비슷하나 가스처리시 강도발현속도가 더 우수하다. 또한(28)의 저장성은 (27)보다 높다. 따라서 조성물(28)은 100p.s.i.의 강도를 얻는데 41초의 처리시간이 요하며, 저장후 강도가 310p.s.i이 된다. 조성물(27)은 61초의 처리시간이 요구되며 저장시 강도는 86p.s.i로 저하된다.

[실시예 14]

하기와 같은 조성물을 제조했다 :

(29) 65중량%의 슈크로오즈를 함유하는 슈크로오즈 수용액 20중량%를 SiO₂: Na₂O 비가 2.4 : 1 이고 20.0℃에서 점도가 2000cp인 규산나트륨 수용액 80중량%와 혼합했다.

(30) 무수 테트라 붕산나트륨 7중량부를 결합제(29)를 제조하는데 사용된 슈크로오즈 용액 100부에 용해시켰다. 결과 생긴 용액 20중량%를 결합제(29)를 제조하는데 사용된 규산나트륨 용액 80중량%와 혼합했다.

결합제(29)와 (30)의 점도를 물로 희석하여 20.0℃에서 900cp로 저하시켰다.

이를 결합제를 하기와 같이 비교했다.

각 결합제 3.5중량부를 규사(AFS분말도 44) 100중량부와 혼합했다. 그 결과 생간 모래-결합제혼합물을 실시예 12에 기재된 방법에 따라 중자를 제조하는데 사용했다. 샘플의 압축강도를 가스처리 직후에 측정했다.

얻은 결과를 하기표에 기재했다.

이들 결과는 비록 최종강도는 서로 비슷하나 가스처리직후 100p.s.i.의 강도의 발현에는 결합제(29)는 24초를 요하나 결합제(30)은 단지 19초만을 요한다.

[실시예 15]

하기와 같은 결합제조성물을 제조했다.

(31) 아텔루르산나트륨 5중량부를 결합제(8)을 제조하는 사용된 수소첨가된 전분가수분해물시럽 100중량부에 용해시켰다. 결과 생긴용액 20중량부를 결합제(8)을 제조하는데 사용된 규산나트륨 용액 80중량부와 혼합했다. 결과 생긴 결합제의 점도를 물로 희석하여 750cp로 맞췄다.

결합제 조성물(31)을 실시예 1의 방법을 사용하여 결합제(8)과 비교했다.

가스처리온도는 22℃였다.

검사조건하에서 결합제(8)은 가스처리직후 100p.s.i의 강도를 얻는데 31초의 처리시간이 요구되는 한편 결합제(31)은 오직 24초 뿐이었으나 최종 강도는 유사했다.

Claims (1)

1. 알칼리금속규산염; 글리칸, 글리칸 올리고 당류, 글리카니톨, 올리고 당류의 글리카니톨 유도체, 단당류, 이당류 및 이들의 유도체로 부터 선택된 하나 이상의 수용성 탄수화물; 탄수화물과 함께 수용성 착화합물을 형성할 수 있는 붕소, 주석, 게르마늄, 텔루리움, 또는 비소의 옥시 음이온을 혼합하여 얻은 수용액 상태의 결합제 조성물.