KR890001608B1 - 주물용 결합제 조성물과 이를 이용한 성형물 제조방법. - Google Patents

주물용 결합제 조성물과 이를 이용한 성형물 제조방법. Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

주물용 결합제 조성물과 이를 이용한 성형물 제조방법
본 발명은 금속 주물 또는 이와 같은 것에 사용하는 주물용 성형물을 제조하는데 적합한 결합제 조성물에 관한 것이다.
주조에 의하여 금속물품을 제조하는데 있어, 적합한 결합제 조성물을 모래와 같은 골재와 혼합하고, 금형에서 이 혼합물을 성형하고, 다음 이 혼합물을 큐어링(curing)하여 자기자립성 주물용 성형물을 형성하도록하여, 주물용 성형물을 제조한다.
종래는 큐어링 공정에서 열을 사용해야 했으나, 최근 실온에서 큐어링할수 있도록 결합제 조성물이 개방되므로서, 본 분야에서 매우 우수한 발전을 가져왔다. 이러한 결합제 조성물을 사용하는 방법은 비가열 또는 코울드 박스(cold box)계로 공정되어 있다.
예를들면, 실온에서 큐어링할 수 있는, 다시 말해서 가열이 필요없는 결합제 조성물은 1986년 11월 5일 공고된 미국특허번호 제3,409,579호에 서술되어 있다. 이 결합제 조성물은 수지성분, 경화제 성분과 큐어링제로 되어 있다. 수지성분은 비-수성 페놀수지의 유기용매 용액이고, 경화제 성분은 최소한 두 개의 이소시아네이트기를 갖는 액체 폴리이소시아네이트이고, 경화제는 제3급 아민을 뜻한다. 바람직한 수지는 1969년 12월 23일 공고된 미국특허번호 제3,485,797호에 서술되어 있다.
종래 주물용 혼합물은 결합량의 수지성분과 경화성분을 주성분으로 모래를 함유하는 골재와 혼합하는 이때 수시성분과 경화제 성분의 결합량은 골재 중량의 10%이하로 이루어진다. 주물용 혼합물을 금형에서 성형한 다음, 가스상의 제3급 아민 경화제를 주물용 혼합물에 통과시켜서 큐어링한다. 이 제3급 아민 큐어링제는 실온에서 페놀 수지성분과 이소시아네이트 경화제 성분사이의 교차-결합반응에 촉매작용을 하여 고체 중합체를 생성시키고, 그 결과 자기 지지성 주물용 성형물이 1-4초의 비교적 짧은 시간에 형성된다.
실온에서 경화할 수 있는 이러한 비가열 또는 코울드 박스계는 큐어링공정에서 가열이 필요한 종래 시스템과 비교하여 우수한 발전과 제공하여, 상술한 미국특허에서술된 바와 같은 비가열 또는 코울드 박스계는 뚜렷한 상업적 성공을 거두었다. 그러나 이러한 시스템도 더 개발해야 할 점이 많다. 예를들면, 주물용 성형물은 높은 습도하에 저장했을 때 강도의 큰 손실이 일어난다. 또한 주물용 성형물을 물을 갖는 내화성 도포제에 침지시킨 다음 오븐으로 건조할 때 강도의 빠른 손실이 일어난다. 이방법은 금속의 주입시에 주물용 성형물을 사용하여 주물에 침투가 생길 가능성 또는 골재(통상 모래)가 금속에서 탈 기능성을 감소시키는 경우에 사용할 수 있다. 따라서 이러한 상태에서 강도 보존을 계량할 수 있으면 유익하다.
이러한 강도의 손실의 이유는 완전히 이해하지는 못하나, 이론적으로는 다음과 같이 생각된다. 골재 입자를 피복한 페놀 수지와 이소시아네이트 경화물과의 혼합물이 큐어링 공정중에 중합하여 골재에 개개 입자와 입자사이의 여러개의 접촉점에서 다리를 형성하고, 이 중합체 다리는 골재입자에 결합되어 응집체를 형성하는 것으로 믿는다. 그러나 이 과정에서 용매가 중합물질로부터 제거되기 때문에, 수지는 골재 입자를 연속적으로 피복하지 못한다. 용매가 증발할때 수분이 응집물중에 침입하거나 수지 필름중의 불연속 개소 또는 간격 구역으로 이동할 수 있다. 일정기간이 지나면, 이 수분은 점차 입자의 표면과 접착한 중합수지 사이에 침투하므로서, 결합을 약하게 한다. 이것은 설명을 강조하는 것이다.
또한 종래 주물용 성형물은 금형표면에 큐어링 된 수지가 접착하기 때문에 금형 이탈 특성이 불량하게 된다. 이러한 주물용 성형물은 직후 강도, 즉 금형내에서 형성한 직후의 강도가 비교적 낮은 것이기 때문에 큐어링된 주물용 성형물을 금형으로부터 만족스럽게 취출시키기 위하여, 이에 비례하여 골재에 높은 수준의 수지를 필요케한다. 그러므로 금형 이탈특성과 직후 강도를 개량할 수 있으면 유익하다.
본 발명은 건성유에 용해하거나 이와 부분교차-결합하는 유용성 페놀 수지로된 추가성분을 결합제 조성물에 혼합하면, 하나 또는 그 이상의 상기한 개량을 얻을 수 있다.
건성유는 산화성 오일, 즉 이중결합을 갖는 불포화 오일을 뜻한다. 본 발명을 구체적으로 설명하면 큐어링 공정에서, 수지성분과 경화제성분에 의하여 형성된 중합물질에 의하여 추가 성분이 중합체 다리 주변으로 추출되고, 먼저 추가적 성분중의 건성유를 경화제성분의 이소시아네이트와 가볍게 교차-결합시킨다.
그래서 추가 성분중의 건성유 성분이 건조되고, 추가 성분중 페놀 수지 성분은 경화제 성분의 이소시아네이트와 교차-결합한 상태로 되어, 골재 입자를 피복한 중합수지필름 중에 간격이 남을 가능성은 거의 없고, 그 결과 물이 중합체 다리와 골재 입자 사이에 침투하여 이들 사이의 결합을 약하게 할 수 없는 것이다.
본 발명에서는 이러한 추가 성분을 사용하므로서, 주물용 성형물 또는 이와 유사한 것은, 추가 성분이 존재하지 않는 경우에도 강도 손실이 일어나는 습한 상태에 저장할 수 있다. 또한 추가 성분을 사용하여 생성한 주물용 성형물은 물을 갖는 내화성 도포제에 침지한 다음 뚜렷한 강도의 손실이 없이 오븐에서 건조함으로서 추가 성분 없이 생성한 주물용 성형물의 경우에 생기는 파손이 현저하게 감소됨을 알 수 있다. 또한 추가 성분의 사용으로 이와 같은 처리로 일어나는 변형의 가능성이 감소한다. 또한 본 발명은 다른 유익성도 제공한다. 예를들면 추가 성분은 결합제 조성물을 모래와 혼합할 때 유동성을 개량하여 한층 조밀한 주물용 성형물의 제조를 가능하게 하며, 이것은 금속주조에 유익하다. 또한 주물용 성형물이 금형에서 쉽게 이탈할 수 있다. 또 추가 성분은 주물용 성형물의 직후 강도를 계량할 수 있는데, 그 이유는 이소시아네이트 경화제 성분과 추가성분이 페놀수지가 교차-결합을 하기 때문이다.
따라서, 본 발명은 비-수성 페놀 수지의 유기용매 용액으로 된 수지성분, 최소한 두 개의 이소시아네이트기를 갖는 액체 폴리이소시아네이트로된 경화제성분과 건성유에 용해되거나 이와 부분교차-결합한 유용성 페놀수지로된 추가 성분을 혼합하여 되고, 또 상기 수지성분 및 상기 경화제 성분은 큐어링제에 의하여 경화 가능한 것임을 특징으로 하는 결합제 조성물을 제공한다.
수지성분, 경화제성분과 경화제는 진술한 미국특허에 서술된 바와같다.
더우기 추가 성분의 페놀 수지는 다음 일반식을 갖는 페놀 :
Figure kpo00001
(상기식에서 A, B와 C는 수소, 탄화수소기, 옥시하이드로카본기 또는 할로겐이다)과, R이 수소 또는 1-8개의 탄소원자를 갖는 탄화수소기인 일반식 RCHO의 알데히드와의 축합생성물이다. 추가성분의 양은 수지성분 중량의 1-20중량%이고, 바람직하기로는 수지성분의 1-10중량%이다.
건성유는 피마자유, 유동유(油桐油), 아마인유, 홍화유(紅花油), 오이티시카유와 콩기름중에서 선택한 최소한 하나를 뜻한다. 건성유는 피마자유와 유동유의 혼합물도 될수 있고, 이는 유동유 1중량부에 대하여 피마자유 3-4중량부이다.
추가성분은 가드너 홀드의 기포 점성도계 스케일로 약 25℃에서 약 E-M내의 점도를 가지며, 바람직하기로는 약 G-K내의 점도를 가질때이다.
또한 본 발명은 과반량의 골재와, 상기 언급한 결합제 조성물 40중량% 이하로 된 성형용 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 특징으로는, 비-수성 페놀 수지와 유기용매용 용액인 제1수지성분을 공급하고, 최소한 두 개의 이소시아네이트기를 갖는 액체 폴리이소시아네이트로 된 제2경화제성분을 공급하고, 건성유에 용해하거나 이와 부분 교차-결합하는 유용성 페놀수지로된 제3추가 성분을 공급하여, 제1수지성분과 제2경화제 성분과 제3추가성분과 골재를 혼합하여 혼합물을 만들고, 이 혼합물을 금형내에서 성형하고 이 혼합물은 큐어링제로 큐오링하여 성형물로 제조하고, 금형에서 이 성형물을 취출하여서하는 성형물의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 혼합물은 이에 가스상의 큐어링제를 통과시켜서 큐어링시키며, 여기서 가스상의 큐어링제는 제3급 아민을 뜻한다. 또한 큐어링제는 성형 조성물과 혼합되는 액체 촉매를 뜻한다.
추가 성분의 페놀 수지는 노블락 수지 또는 레놀수지이고, 수지성분의 페놀 수지는 불유용성인 폴리벤질에테르수지이다. 추가 성분의 페놀수지는 이 수지가 유용성 페놀수지이면 수지성분중의 페놀수지와 동일한 수지이다.
본 발명의 일예를 들면, 추가 성분은 탈수된 피마자유와 유동유(동유)의 혼합물에 용해하거나 이 혼합물과 부분교차-결합한 페놀 수지를 뜻하고, 이 용액은 마이너랄 스피리트(minerd spirits)와 같은 적합한 유기 용매로 희석된 것이다. 추가 성분은 예열한 탈수 피마자유에 분쇄된 페놀수지를 첨가한 다음 유동유를 첨가하고 더 가열하여 페놀수지와 피마자유와 유동유사이에서 부분교차-결합이 일어나도록하여 제조한다.
바람직하기로는 페놀수지의 사용양은 수지와 건성유 총중량의 10-3중량%이다. 마이너랄 스피리트를 첨가하여 적당한 값으로 용액의 점도를 감소시킨다.
주물용 성형물을 제조하기 위하여, 비-수성 페놀수지의 유기용매 용액으로된 수지성분과, 최소한 두 개의 이소시아네이트기를 갖는 액체 폴리이소시아네이트로 된 경화제성분을 혼합한다. 이 때 비수성 페놀 수지는 오일 성분중의 페놀 수지와 동일한 페놀수지로 한다. 생성혼합물을 모래 골재와 혼합하고, 이 혼합물을 금형에서 성형한다. 도움이 혼합물에 제3급 아민 가스형태의 큐어링제를 실온에서 불어 넣는다. 수지 성분과 경화제성분 사이에서 교차-결합이 급히 일어나서 자기 지지성 생성물이 생성된다. 추가 성분은 습기찬 대기조건하에서 자기 지지강도의 손실에 대한 내성을 갖는데, 이는 전술한 바와 같이 추가 성분의 작용으로 믿는다. 이러한 작용은 통상 약 4시간동안 주위온도에서 서서히 일어나지만, 이는 물을 갖는 내화성 도포제에 침지시킨 후, 건조하기 위해 사용한 열과 같은 열을 사용하면 가속화한다.
본 발명을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
[실시예 1]
추가 성분을 제조하기 위하여, 17,079파운드의 탈수 피마자유를 180℃로 예열하고, 이에 5Cfm의 속도로 공기를 살포한다. 3,369파운드의 미리 분쇄한 페놀수지를 즉시 첨가한 다음, 5,555파운드의 유동유를 첨가하고, 이 용액을 230℃로 가열한다. 이 용액을 약 1시간동안 230℃에서 유지하여 탈수 피마자유와 유동유와 수지를 부분 교차-결합시킨 다음, 150℃로 냉각시킨다. 냉각된 용액을 16,333파운드의 마이너랄 스피리트에 넣으면 25℃에서 가드너 홀드 스케일 G-K (부루크필드 스케일 36,000-64,000과 동일)범위의 점도를 갖는 추가 성분을 얻는다.
시험은 추가 성분을 사용한 주물용 성형물과 이러한 추가 성분을 사용하지 않는 주물용 성형물을 비교하여 행한다. 추가 성분의 첨가양은 수지성분의 10중량%로하고, 주물용 성형물의 제조에 관한 과정은 전술한 미국특허와 같다. 추가 성분은 수지 성분 또는 경화제성분과 혼합성을 가지며, 이는 추가 성분의 피마자유와 유동유와 페놀수지가 부분교차-결합하기 때문인 것으로 믿는다.
추가 성분을 가지거나 가지지 않은, 생성된 주물용 성형물 인장 강도는 금형에서 이형시킨 후 즉시(0분) 측정하거나 8분후, 1시간후와 24시간후에 측정했다. 각 주물용 성형물을 24시간동안 습기찬 분위기에 놓은 다음, 이 시간 끝에 인장강도를 측정했다.
시험결과는 다음과 같고, 인장강도는 Psi로 표시했다.
Figure kpo00002
본 발명에 의하여 제조된 주물용 성형물이 습기를 받았을 때 강도가 우수하게 개량되었음을 쉽게 알 수 있다. 또한 본 발명에 따라 제조된 주물용 성형물은 더 양호한 금형 이탈성을 가지며, 이는 이형제 사용이 필요없거나 추가성분을 사용했을 때에 필요한 이형제 양보다 크게 감소된 양을 사용하는 사실로 입증된다.
[실시예 2]
이형 직후에 각 주물용 성형물을 230℃에서 10분간 소성시킨 것을 제외하고, 상술한 실시예와 동일하게 하고, 추가 성분을 가지거나 가지지 않는 경우에 대하여 주물용 성형물을 제조한다. 각 주물용 성형물의 인장강도를 소성직후(0분), 8분후, 1시간후 및 24시간후에 측정한다. 이들 시험결과는 다음과 같다 :
Figure kpo00003
따라서 본 발명에 의하여 제조된 주물용 성형물의 강도가 이러한 소성으로 우수하게 개량되었음을 알수 있다.
본 발명의 설명과 실시예는 본 분야의 숙련자는 쉽게 이해할 것이며, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위로 명시된다.

Claims (27)

  1. 비-수성 페놀수지의 유기 용매 용액인 수지성분, 최소한 두 개의 이소시아네이트기를 갖는 액체 폴리이소시아네이트인 경화제성분, 모래골재와 건성유에 용해하거나 이와 부분 교차-결합하는 유용성 페놀수지인 추가성분으로 이루어지고, 상기 수지 성분과 상기 경화제 성분이 큐어링제에 의하여 큐어링 가능함을 특징으로 하는 주물용 결합제 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 추가성분의 페놀성분이 다음 일반식을 갖는 페놀 :
    Figure kpo00004
    (상기식에서 A, B와 C는 수소, 탄화수소기, 옥시하이드로 카본기 또는 할로겐이다)과, R과 수소 또는 1-8개의 탄소원자를 갖는 탄화수소기인 일반식 RCHO의 알데히드의 축합생성물임을 특징으로 하는 주물용 결합제 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 추가 성분의 유용성 페놀수지를 노볼락수지와 레솔수지로부터 선택함을 특징으로 하는 주물용 결합제 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 수지성분의 페놀수지가 폴리벤질에테르수지임을 특징으로 하는 주물용 결합제 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 추가 성분의 항이 수지성분의 1-20중량%임을 특징으로 하는 주물용 결합제 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 건성유가 피마자유, 유동유, 아마인유. 홍화유, 오이티시카유와 콩기름중의 최소한 하나임을 특징으로 하는 주물용 결합제 조성물.
  7. 제6항에 있어서, 건성유가 피마자유와 유동유의 혼합물임을 특징으로 하는 주물용 결합제 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 건성유가 유동유 1중량부당 3-4중량부의 피마자유를 함유함을 특징으로 하는 주물용 결합제 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 추가성분이 약 25℃에서 가드너 홀드 기포 점도계 스케일로 약 E-M 범위내의 점도를 가짐을 특징으로 하는 주물용 결합제 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 추가 성분이 약 25℃에서 가드너 홀드 기포 점도계 스케일로 G-K 범위내의 점도를 가짐을 특징으로 하는 주물용 결합제 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 추가 성분이 지방족 용매 또는 방향족 용매에 용해하는 부분 교차-결합된 수지와 건성유로 이루어짐을 특징으로 하는 주물용 결합제 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 추가 성분이 마이너랄 스피리트에 용해하는 부분 교차-결합된 수지와 건성유로 이루어짐을 특징으로하는 주물용 결합제 조성물.
  13. 비-수성 페놀수지의 유기 용매 용액인 제1수지성분을 공급하고, 최소한 두 개의 이소시아네이트기를 갖는 액체 폴리이소시아네이트로된 제2경화제성분을 공급하고, 건성유에 용해하거나 이와 부분교차-결합하는 유용성 페놀수지된 제3추가성분을 공급하고, 결합량의 제1수지성분과 제2경화제성분과 제3추가성분과 모래 골재를 혼합하여 혼합물을 제조하고, 이 혼합물을 금형에서 성형하고, 이 혼합물을 상기 금형내에서 큐어링제로 큐어링하여 성형물을 형성시키고, 금형에서 이 성형물을 취물함을 특징으로 하는 성형물 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 혼합물에 가스상의 큐어링제를 통과시켜서 혼합물을 큐어링함을 특징으로 하는 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 가스상의 큐어링제가 제3급 아민임을 특징으로 하는 제조방법.
  16. 제13항에 있어서, 페놀수지가 다음 일반식을 갖는 페놀 :
    Figure kpo00005
    (상기식에서 A, B와 C는 수소, 탄화수소기, 탄화산수소기 또는 할로겐이다)과, R이 수소 또는 1-8개의 탄소원자를 갖는 탄화수소기인 일반식 RCHO의 알데히드의 축합생성물임을 특징으로 하는 제조방법.
  17. 제13항에 있어서, 추가성분의 유용성 페놀수지를 노볼락수지와 레솔수지로부터 선택함을 특징으로 하는 제조방법.
  18. 제17항에 있어서, 수지성분의 페놀수지가 폴리벤질에테르수지임을 특징으로 하는 제조방법.
  19. 제13항에 있어서, 추가 성분의 양이 수지성분의 1-20중량%임을 특징으로 하는 제조방법.
  20. 제13항에 있어서, 추가 성분의 양이 수지성분의 1-10중량%임을 특징으로 하는 방법.
  21. 제13항에 있어서, 건성유가 피마자유, 유동유, 아마인유, 홍화유, 오이티시카유와 콩기름중에서 선택한 최소한 하나임을 특징으로하는 제조방법.
  22. 제13항에 있어서, 건성유가 피마자유와 유동유의 혼합물임을 특징으로 하는 제조방법.
  23. 제22항에 있어서, 건성유가 유동유 1중량부에 대하여 3-4중량부의 피마자유를 함유함을 특징으로 하는 제조방법.
  24. 제13항에 있어서, 추가 성분이 약 25℃에서 가드너 홀드 기포 점도계 스케일로 E-M 범위내의 점도를 가짐을 특징으로 하는 제조방법.
  25. 제24항에 있어서, 추가 성분이 약 25℃에서 가드너 홀드 기포 점도계 스케일로 E-M범위내의 점도를 가짐을 특징으로 하는 제조방법.
  26. 제13항에 있어서, 추가 성분이 지방족 용매 또는 방향족 용매에 용해하는 부분교차 결합된 수지의 건성유로 이루어짐을 특징으로 하는 제조방법.
  27. 제26항에 있어서, 추가 성분이 마이너랄 스피리트에 용해하는 부분 교차 결합된 수지와 건성유로 이루어짐을 특징으로 하는 제조방법.
KR8200489A 1981-02-05 1982-02-05 주물용 결합제 조성물과 이를 이용한 성형물 제조방법. KR890001608B1 (ko)

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