KR960012865B1 - 개선된 결합제 조성물, 그를 포함한 주형 성형 조성물 및 주물용 코어 및 주형의 제조방법 - Google Patents

개선된 결합제 조성물, 그를 포함한 주형 성형 조성물 및 주물용 코어 및 주형의 제조방법 Download PDF

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Abstract

요약없음

Description

개선된 결합제 조성물, 그를 포함한 주형 성형 조성물 및 주물용 코어 및 주형의 제조방법
본 발명은 결합제 조성물, 결합제 및 응집물질을 포함한 성형가능한 조성물 및 그들로부터 성형가능한 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 특별히 본 발명은 주형용 결합제 조성물, 결합제 조성물 및 응집물질을 포함한 성형가능한 조성물, 및 그들의제조방법을 포함한 그들로부터 제조된 주형을 위한 주물용 코어에 관한 것이다.
주물용 코어 및 주형을 위한 결합제 또는 결합제계는 잘 공지되어 있다. 주조 기술 분양에서, 금속 주조를 하기 위한 코어 또는 주형은 대개 모래와 같은 응집물질과 결합량의 결합제 또는 결합제계의 혼합물로부터 제조된다. 전형적으로, 응집물질 및 결합제를 혼합시킨 후, 결과로 생성된 혼합물을 래밍(ramming)시키고, 블로우잉(blouing)시키거나 그렇지 않으면 원하는 형태 또는 패턴으로 조형시킨 다음 ; 촉매 및/또는 열을 사용하여 고형의 경화된 상태로 경화시킨다.
주물용 주형 및 코어를 제조하는데 사용되는 수지 결합제는 종종 고온에서 경화되어 주물 공장에서 요구되는 빠른-경화사이클이 실현된다. 그러나, 최근 몇년동안, 저온에서 경화되는 수지 결합제가 개발되어 더 높은 에너지를 요구하고 종종 바람직하지 않은 발열(fume)이 생기는 고온 경화 조작이 필요하지 않게 되었다.
수지 결합제의 경화를 수행하기 위해 가열할 필요가 없는 일군의 방법은 코울드-박스(cold-box) 방법으로 불리운다. 그러한 방법에서, 결합제 성분을 모래와 같은 응집 물질상에 코우팅시키고, 재료를 원하는 형태의 박스내로 블로우잉시킨다. 주위 온도에서 성형된 수지 -코우팅된 재료에 기체상 촉매 도는 경화제를 통과시킴으로써 결합제를 경화시킨다.
그러한 하나의 코울드-박스 방법은 결합제로 페놀성 레졸 수지의 알칼리 수용액을 사용한다. 이 결합제는 성형된 수지-코우팅된 재료에 휘발성 에스테르를 통과시킴으로써 경화된다. 이 방법은 미합중국 특허 제4,468,359호(참고번호 32,720)에 상세히 기술되어 있다.
에스테르로 경화시키는 방법은 환경적인 관점에서 선행의 방법중 어떤 것보다 더 우수하다. 그러나 이 방법에 의해 제조된 코어의 인장강도는 다른 코울드-박스방법에 의해 제조된 것보다 약간 더 낮아지는 경향이 있다. 이전의 연구자들은 수지에 개질제를 첨가시켜, 에스테르 경화 방법을 사용하여 얻어지는 코어의 강도를 개선시키는 것을 추구해 왔다. 그러한 개질제는 캐톤 알콜 및 푸르푸릴 알콜과 같은 에테르알콜 및 글리콜 또는 디글리콜의 모노알킬에테르를 포함한다.(미합중국 특허 제4,780,489호).
이제, 우리는 에스테르로 경화되는 페놀성 결합제계와 함께 지금까지 사용되지 않던 특정의 페녹시 에탄올이, 그러한 계의 경화속도를 빠르게하여 더 높은 인장강도를 갖는 주형 및 코어를 생산함을 발견하였다. 그들이 코어박스로부터 제거되고 취급될 때 이 더 높은 인장강도는 코오의 파손을 감소시킨다. 더욱이, 그들은 부을때 발생되는 기체의 부피와 유기 방출을 적은 량으로 최소화시키는데 유용하다. 이것은 기체 관련 결함을 감소시킨다.
본 발명에 따라서, (a)수용액의 고체 함량은 약 40~75중량%이며, 페놀성 레졸의 알데히드 : 페놀 몰비율은 약 1.2 : 1~2.6 : 1이고 알카리 : 페놀 몰비율은 약 0.2 : 1 ~ 1.2 : 1인, 페놀성 레졸수지의 알카리 수용액 및 : (b) 알카리 수용액에 용해될 수 있고 일반식 :
Ar-O-CHR1-CHR2-OH
(여기서 Ar은 페닐 또는 하나 이상의 할로겐, 히드록시,알콕시 또는 알킬기로 치환된 페닐이고 R1및 R2는 같거나 서로 다를 수 있으며, 수소, 알킬 또는 알콕시임)을 갖는 페놀성 레졸 수지의 적어도 약 1중량%의 양으로 있는 첨가제로 구성된, 결합제 조성물이 제공된다.
더우기, 본 발명에 따라서, 과립형 내화 재료를 갖는 본 발명의 결합제 혼합물로 구성된 주형 성형 조성물 및 이 주형 성형 조성물을 사용하여 주물용 코어 및 주형을 제조하는 방법이 제공된다.
본 발명의 실행에 사용되는 페놀성 레졸 수지는 당 분야에 잘 알려진 방법에 의해 제조된다. 일반적으로, 그들은 알칼리 조건하에서, 과량의 물의 알데히드를 페놀과 반응시켜 제조된다.
수지를 제조함에 있어 다양한 페놀이 사용될 수 있으나 바람직한 페놀성 물질은 비치환 페놀이다. 마찬가지로 일반적으로 상요되는 임의의 알데히드가 수지를 제조하는데 사용될 수 있다.
바람직한 알데히드는 포름알데히드이다.
일반적으로 사용되는 임의의 염기성 촉매가 페놀성 레졸 수지를 제조하는데 사용될 수있다. 그러나, 생성물에 있어 바람직한 알카리는 KOH이다. 이 이유때문에 이 알카리는 수지 제조시에 사용될 수 있거나, 그의 제조에 이어 수지에 첨가될 수 있다. 수지의 알카리도 수지내의 페놀에 대한 KOH 몰 비율의 측면에서 표현된다. 그러나, 알카리가 제외되지는 않으며 단독으로 또는 KOH와 함께 사용될 것이다.
수지 용액내의 KOH : 페놀의 몰비율은 약 0.2 : 1~1.2 : 1이다. KOH : 페놀의 바람직한 몰비율은 약 0.4 : 1~0.9 : 1이다.
알데히드 : 페놀의 몰비율은 약 1.2 : 1~2.6 : 1이다. 알데히드 : 페놀의 바람직한 몰 범위는 약 1.5 : 1 ~ 2.2 : 1이다.
상기된 반대로, 본 발명의 결합제는 수용액이다. 수용액의 고체함량은 약 40~75중량%이다. 물 이외에, 용액은 또한 첨가제도 함유한다.
본 발명을 실행하는데 사용되는 첨가제는 일반식 :
Ar-O-CHR1-CHR2-OH
을 갖는 페녹시에탄올이다.
상기 식에 있어서, Ar은 페닐기 또는 하나 이상의 할로겐, 히드록시,알콕시 또는 알킬기로 치환된 페닐기이고, 상기 식내의 R1및 R2는 같거나 서로 다를 수 있고, 수소, 알킬 또는 알콕시를 나타낸다.
본 보기가 되는 첨가제는 페녹시에탄올, 1-페녹시-2-프로판올, 2-(4-브로모페녹시)에탄올 및 2-(4-클로로-페녹시)에탄올을 포함한다. 페녹시에탄올은 본 발명을 실행함에 있어 특히 유용한 첨가제이다.
첨가제는 페놀성 레졸수지의 적어도 약 1중량%의 양으로 사용된다. 비람직한 농도는 페놀성 레졸수지의 약 2~6중량%이나, 어떤 상황에서는 더 높은 농도가 유익할 수 있다. 첨가제는, 사용된 양이 페놀성 레졸의 알카리 수용액에 용해될 수 있는 것이어야 한다.
본 발명의 결합제는 주형성형 조성물을 제조하는데 유용하다. 그러한 조성물은 입상 내화 재료 및 내화재료의 약 0.5~8중량%인 알카리 결합제 수용액으로 구성된다. 성형 조성물에 사용되는 입상 내화 재료는 실리카사, 크로마이르사, 지르콘사 도는 올리빈시 및 그들의 혼합물과 같은, 주형 및 코어 제조를 위해 주조공업에 사용되는 임의의 내화 재료일 수 있다. 그러한 모래가 사용될 때, 결합제 용액은 모래의 약 1~약3 중량%의 양으로 존재하는 것이 바람직하다.
요소 및 오르가노실란과 같은 일반적으로 사용되는 다른 첨가제가 본 발명의 결합제 조성물에 임으로 사용될수 있다. 커플링제로 알려진 오르가노실란은 모래에 대한 결합제의 잡착력을 증가시킨다. 이 유형의 유용한 커플링제의 예에는 아미노실란, 에폭시실란, 머캅토실란, 히드록시실란, 및 우레이도실란이 있다.
본 발명의 결합제가 주물용 코어 및 주형을 제조하는데 사용될 때, 주물사와 같은 내화재료를 알카리 결합제 수용액과 완전히 혼합시킨다. 실제로 모든 모래입자가 결합제 용액으로 완전하고 균일하게 코우팅딜 때까지 혼합시킨다. 이어서 결합제로 코우팅된 내화재료를 통상적인 코울드-박스방법에 사용되는 것과 같은, 구멍을 낸 코어 또는 주형 박스내에 놓는다.
구멍을 낸 박스 내의 재료에 휘발성 애스테르를 통과시킴으로써 모래 및 수지의 혼합물을 경화시킨다. 혼합물을 가스 처리하는데 사용되는 바람직한 에스테르는 저급 알킬 포르메이트이다. 가장 바람직한 에스테르는 메틸포르메이트이다. 당 분야에 알려진대로, 그러한 에스테르는 대개 순수한 기체로 사용되지 않고, 불활성 캐리어 기체내의 증기 또는 에어로졸로 사용된다. 그러한 불활성 캐리어 기체는 경화 반응의 생성물성질에 해로운 영향을 미치거나 에스테르와 반응하지 않는 것들이다. 적합한 기체는 공기, 질소 또는 아르곤이다.
하기의 구체적인 실시예는 본 발명을 예증한다. 그들은 어떤 방식으로든 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 다른 명시가 없는 한, 모든 부와 백분율은 중량에 의한 것이다.
실시예 1
페놀 1,000부, 45% 수성 KOH 800부 및 물 800부의 혼합물에 50% 수성 포름알데히드 1,276부를 서서히 첨가시켜 레졸 수지를 제조했다. 첨가시키는 동안 그리고 두시간 더 혼합물의 온도를 80℃로 유지시켰다. 이어서 25℃에서 측정된 굴절율이 1,4912가 될 때가지 진공하 50℃에서 그것을 가열하여 혼합물로 부터 물을 제거시켰다. 25℃에서 측정된 점도가 160cps에 이를때까지 혼합물을 80℃에서 다시 가열하였다. 혼합물을 냉각시키고 감마-아미노프로필트리에톡시실란 16부와 혼합시켰다.
알칼리 페놀성 레졸 수지 용액에 다양한 양의 페녹시 에탄올을 첨가시켰다. 각 수지 시료를 호바르트(Hobart)혼합기 내에서 웨드론(Wedron) 530 모래 상에 코우팅 시켰다. 사용된 수지의 양은 모래의 1.75중량%였다. 이어서 표준 AFS(개뼈) 인장 코어를 만드는 코우팅된 모래를 시험하였다. 레드포드(Redford)연구실의 세개의 공동을 갖는 코울드 박스 기계 내로 평방 인치(psi) 80lbs 공기 압력에서 혼합물을 블루우잉 시켜 시험 코어를 제조했다.
메틸 포르메이트 대 공기 70 : 30 혼합물로 7초간 가스 처리하여 코어를 경화시켰다. 디트로이트(Detroit) 시험용기기 회사의 모델 CTS 인장시험기를 사용하여, 가스 처리후 1분, 30분, 1시간 및 24시간에 인장 강도를 측정했다. 임의의 페녹시에탄올을 함유하지 않은 결합제를 사용하여 제조된 코어상에서 비교 시험을 시행했다. 표Ⅰ에서 주어진 시험 결과는 본 발명의 페녹시-에탄올 첨가제를 사용하여 제조된 코어가 액체 첨가제 없이 제조된 것들에 비해 우수한 강도를 가짐을 보여준다. 그러한 향상된 강도는 결합제가 주조 조작에 사용될 때 코어 파손량을 감소시키는데 중요하다.
[표 Ⅰ]
다양한 양의 페녹시에탄올을 함유한 결합제를 사용하여 제조된 코어의 인장강도
Figure kpo00001
실시예 2
다양한 액체 첨가제를 수지의 4중량%량으로 일카리 페놀성 레졸 수지에 첨가시킨 것을 제외하고는 실시예 1의 일반적 공정을 따랐다. 첨가제를 함유하지 않은 수지를 사용하여 비교 시험을 시행했다. 표 Ⅱ에 주어진 결과는 페녹시 에탄올의 다양한 유도체 도 또한 본 발명의 조성물내의 유용한 첨가제임을 보여준다.
[표 Ⅱ]
다양한 첨가제를 함유한 결합제를 사용하여 제조된 코어의 인장강도
Figure kpo00002
실시예 3
액체 첨가제로 페놀성 레졸 수지의 4중량%의 페녹시에탄올을 사용하여 실시예 1의 일반적 공정을 반복시켰다. 첨가제로 페놀성 수지의 4중량%의 푸르푸릴 알콜 및 부틸카르비톨을 사용하여 비교시험을 시행했다. 표Ⅲ에서 주어진 결과는 이 목적을 위해 전에 사용된 첨가제에 비해 페녹시 에탄올이 우수함을 보여준다.
[표 Ⅲ]
다양한 첨가제를 함유한 결합제를 사용하여 제조된 코어의 인장강도
Figure kpo00003
Figure kpo00004
실시예 4
페놀 24.71부, 50% 수성 포름알데히드 9.45부 및 50% 수산화 나트륨 수용액 0.84부의 혼합물을 용기내에서 80℃로 가열하였다. 필요하다면 냉각시켜 온도를 80℃에서 10분간 유지시켰다. 이어서 필요하다면 냉각시켜 온도를 80~82℃로 유지시키면서 약25분간에 걸쳐 50% 수성포름알데히드 21.96부를 더 첨가하였다. 이어서 혼합물을 3시간 동안 80℃에서 유지시키고, 50℃로 냉각시키고 냉각으로 온도 60℃이하가 유지될 정도의 속도로 50% 수산화카륨 수용액 23.34부를 첨가시켰다. 이어서 물 4.65부를 첨가시키고 혼합물을 80℃로 가열시키고 25℃에 측정된 혼합물의 점도가 150cps가 될 때지 이온도에서 유지시켰다. 혼합물을 냉각시키고 감마-아미노프로필트리에톡시실란 0.36부를 첨가시켰다. 알칼리 페놀성 레졸 수지 용액을 다양한 양의 페녹시에탄올과 혼합시키고 결과로 생성된 수지 시료를 실시예 1에서 주어진 방법에 의한 시험코어를 제조하는데 사용했다. 임의로 페녹시에탄올을 함유하지 않고 푸르푸릴 알콜 및 부탈카르비틀을 함유한 결합제를 사용하여 제조된 코어상에서 비교시험을 시행했다. 표 Ⅳ에서 주어진 시험 결과는 페녹시에탄올이 이 첨가제를 함유한 결합제를 사용하여 제조된 코어의 인장강도를 증가시키는데 효과적임을 보여준다.
[표 Ⅳ]
다양한 첨가제를 함유한 결합제를 사용하여 제조된 코어의 인장강도
Figure kpo00005
그러므로 본 발명에 따라서, 상기된 목적, 목표 및 잇점을 충분히 만족시키는 주형용 결합제 조성물이 제공된 것이 명백하다.
본 발명이 그들의 구체적인 실시양태와 연결되어 기술되었지만, 앞선 설명에 비추어, 당업자에게 많은 대안, 수정 및 변형은 명백할 것이다. 따라서, 설명된 모든 그러한 대안, 수정 및 변형은 첨부된 청구범위에 정신과 넓은 영역내에 포함될 것이다.
본 발명의 실시양태의 예는 다음과 같다.
첫째, (a)수용액의 고체 함량은 약 40~75중량%이며, 페놀성 레졸의 알데히드 : 페놀 몰비율은 약 1.2 : 1~2.6 : 1이고 알카리 : 페놀 몰비율은 약 0.2 : 1 ~ 1.2 : 1인, 페놀성 레졸수지의 알카리 수용액 및 ; (b) 알카리 수용액에 용해될 수 있고 일반식
Ar-O-CHR1-CHR2-OH
(여기서 Ar은 페닐 또는 하나 이상의 할로겐, 히드록시,알콕시 또는 알킬기로 치환된 페닐이고 R1및 R2는 같거나 서로 다를 수 있으며, 수소, 알킬 또는 알콕시임)을 갖는, 페놀성 레졸 수지의 적어도 약 1중량%로 있는 첨가제로 구성된 결합제 조성물.
상기 결합제 조성물에 있어서, 첨가제가 페놀성 레졸 수지의 약 2~6중량%의 양으로 존재하는 것이 바람직하고, 첨가제가 페녹시에탄올인 것이 바람직하며, 알데히드 : 페놀 몰비율이 약 1.5 : 1 ~ 2.2 : 1인 것이 바람직하고, 알카리 수용액을 제조하는데 사용된 알카리가 수산화 칼륨, 수산화나트륨 및 그들의 혼합물로 구성된 군중에서 선택되는 것이 바람직하고, 이때 알키라 대 페놀의 몰비율이 약 0.4 : 1 ~ 0.9 : 1인 것이 바람직하며, 임의로 실란을 더 포함할 수 있다.
둘째, (a) 입상의 내화 재료 : (b) 수용액의 고체함량은 약 40~75중량%이며, 페놀성 레졸의 알데히드 : 페놀 몰비율은 약 1.2 : 1~2.6 : 1이고 알카리 : 페놀 몰비율은 약 0.2 : 1 ~ 1.2 : 1인, 내화성 재료의 약 0.5~8중량%인 페놀성 레졸 수지의 알카리 수용액 및 (c) 알카리 수용액에 용해될 수 있고 일반식:
Ar-O-CHR1-CHR2-OH
(여기서 Ar은 페닐 또는 하나 이상의 할로겐, 히드록시,알콕시 또는 알킬기로 치환된 페닐이고 R1및 R2는 같거나 사로 다를 수 있으며, 수소, 알킬 또는 알콕시임)을 갖는, 페놀성 레졸 수지의 적어도 약 1중량%의 양으로 있는 첨가제로 구성된, 결합제 조성물.
상기 주형성형 결합제 조성물에 있어서, 입상의 내화 재료는 실리카사, 크로마이트사, 지르콘사 도는 울리빈사 및 그들의 혼합물로 구성된 군중에서 선택되는 것이 바람직하고 이때, 페놀성 레졸 수지의 알카리 수용액이 모래의 약 모래의 약 1~약3중량%의양으로 존재하는 것이 바람직하며, 첨가제가 페놀성 레졸 수지의 약 2~6중량%의 양으로 존재하는 것이 바람직하고, 첨가제가 페녹시에탄올인 것이 바람직하고, 알카리 수용액을 제조하는데 사용된 알카리가 수산화칼슘, 수산화나트륨 및 그들의 혼합물로 구성된 군중에서 선택된 것이 바람직하며, 알카리 대 페놀의 몰비율이 약 0.4 : 1 ~ 0.9 : 1인 것이 바람직하며 임의로 실란을 더 포함할 수 있다.
셋째, (a) 입상의 내화 재료를 내화 재료이 약 0.5~8중량%인 제1항의 결합제와 혼합시키고 ; (b) 내화 재료와 결합제의 혼합물을 구멍을 낸 코어 또는 주형 박스내에 넣고 ; (c ) 코어 또는 주형 박스 내의 혼합물에 휘발성 에스테르로써 가스처리하는 것으로 구성되는 주물용 코어 및 주형의 제조방법.
상기 제조 방법에 있어서, 입상의 내화 재료가 실리카사, 크로마이트사, 지르콘사, 올리빈사 및 그들의 혼합물로 구성된 군중에서 선택되는 것이 바람직하고, 페놀성 레졸수지의 알카리 수용액이 모래의 약 모래의 약 1~약3중량%의 양으로 존재하는 것이 바람직하고, 첨가제가 페놀성 레졸 수지의 약 2~6중량%의 양으로 존재하는 것이 바람직하며, 첨가제가 페녹시 에탄올인 것이 바람직하고, 알카리 수용액을 제조하는데 사용된 알카리가 수산화칼슘, 수산화나트륨 및 그들의 혼합물로 구성된 군 중에서 선택된 것이 바람직하고 이때, 알카리대 페놀의 비율이 약 0.4 : 1 ~ 0.9 : 1인 것이 바람직하고, 내화재료 및 결합제의 혼합물이 임의로 실란을 더 포함할 수 있고, 휘발성 에스테르가 메킬포르메이트인 것이 바람직하다.

Claims (3)

  1. (a)수용액의 고체 함량은 40~75중량%이며, 페놀성 레졸의 알데히드 : 페놀 몰비율은 1.2 : 1~2.6 : 1이고 알카리 : 페놀 몰비율은 0.2 : 1 ~ 1.2 : 1인, 페놀성 레졸 수지 알카리 수용액 ; 및 (b) 알카리 수용액에 용해될 수 있고 일반식
    Ar-O-CHR1-CHR2-OH
    (여기서, Ar은 페놀 또는 하나 이상의 할로겐, 히드록시,알콕시 또는 알킬기로 치환된 페닐이고 R1및 R2는 같거나 서로 다를 수 있으며, 수소, 알킬 또는 알콕시임)을 가지는, 페놀성 레졸 수지의 1중량% 이상으로 있는 첨가제로 구성된 결합제 조성물.
  2. (a) 입상의 내화 재료 ; (b) 수용액의 고체함량은 약 40~75중량%이며, 페놀성 레졸의 알데히드 : 페놀 몰비율은 1.2 : 1~2.6 : 1이고 알카리 : 페놀 몰비율은 0.2 : 1 ~ 1.2 : 1인, 내화성 재료의 0.5~8중량%인 페놀성 레졸 수지의 알카리 수용액 ; 및 (c) 알카리 수용액에 용해될 수 있고 일반식:
    Ar-O-CHR1-CHR2-OH
    (여기서 Ar은 페놀 또는 하나 이상의 할로겐, 히드록시, 알콕시 또는 알킬기로 치환된 페닐이고 R1및 R2는 같거나 서로 다를 수 있으며 수소, 알킬 또는 알콕시임)을 갖는, 페놀성 레졸 수지의 1중량% 이상의 양으로 있는 첨가제로 구성된 주형 성형 조성물.
  3. (a) 입상의 내화 재료를 내회 재료의 0.5~8중량%인 제1항의 결합제와 혼합시키고 ; (b) 내화 재료와 결합제의 혼합물을 구멍을 낸 코어 또는 주형 박스내에 넣고 ; (c ) 코어 또는 주형 박스 내의 혼합물에 휘발성 에스테르로써 가스 처리하는 것으로 구성되는 주물용 코어 및 주형의 제조 방법.
KR1019900002326A 1989-03-24 1990-02-23 개선된 결합제 조성물, 그를 포함한 주형 성형 조성물 및 주물용 코어 및 주형의 제조방법 KR960012865B1 (ko)

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