WO2019164022A1 - 주조용 무기바인더 조성물 및 이를 이용한 중자 - Google Patents

주조용 무기바인더 조성물 및 이를 이용한 중자 Download PDF

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WO2019164022A1
WO2019164022A1 PCT/KR2018/002091 KR2018002091W WO2019164022A1 WO 2019164022 A1 WO2019164022 A1 WO 2019164022A1 KR 2018002091 W KR2018002091 W KR 2018002091W WO 2019164022 A1 WO2019164022 A1 WO 2019164022A1
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inorganic binder
casting
present
core
strength
Prior art date
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PCT/KR2018/002091
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박정욱
김우천
김우형
강민호
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주식회사 디알레보텍
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/18—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
    • B22C9/061—Materials which make up the mould

Definitions

  • the present invention relates to an inorganic binder composition for casting and a core using the same, more specifically, water glass 75 to 95% by weight, NaOH 1.0 to 7.0% by weight, LiOH 0.5 to 3.0% by weight, isooctyl alcohol (Isooctyl alcohol) 0.01 to 0.1 wt% and disaccharides 2.0 to 10.0 wt% as an active ingredient, and by including the above configuration exhibits excellent instant strength, maximum strength and hygroscopic strength compared to the conventional casting inorganic binder, improved flowability and adhesion function
  • the present invention relates to an inorganic binder composition for casting and a core using the same, which can be applied to a high temperature and high humidity climate.
  • Casting means pouring the liquid into the mold by pouring the liquid material into the mold and then hardening it to make a shape.
  • the mold is mostly made of sand, and it is 'binder' that is added to harden the sand in powder form.
  • the binder which serves as an adhesive, enables the sand to be hardly formed into a desired shape and generally uses an organic binder around the world.
  • the inorganic binder which has been developed until recently, has poor moisture resistance due to the hygroscopicity peculiar to water glass, and causes problems such as swelling due to moisture, a decrease in strength, and elution.
  • the biggest problem is that it is almost impossible to use in high temperature and humid climate, which is a characteristic of summer in Korea, and in the case of the inorganic binder, since the liquid is based on the water glass, the sintering problem of sand remaining on the metal surface occurs.
  • Korean Patent No. 10-1527909 discloses that an inorganic binder composition for casting including water glass, nano silica, Li-based water resistant additives, organosilicon compounds, and anti-settling additives can complement the strength and water resistance of sand molds and cores. Although disclosed, the strength of the core is not significantly improved compared to the conventional German A company, there is a problem that is not suitable for application to high temperature and humidity climate of Korea.
  • the present inventors exhibit excellent instant strength, maximum strength and moisture absorption strength, improved flowability and sintering function, and development of an inorganic binder composition for casting, which is applicable to high temperature and high humidity climate, and the development of cores using the same. Recognizing this urgent need, the present invention has been completed.
  • another object of the present invention is to provide an environmentally friendly core using the inorganic binder composition that does not generate harmful gases and harmful substances such as polyphenol, benzene, formaldehyde, and the like generated in large quantities using a conventional organic binder.
  • the present invention exhibits excellent instant strength, maximum strength and hygroscopic strength, improves fluidity and sintering function, and provides an inorganic binder composition for casting and cores using the same, applicable to high temperature and high humidity climates.
  • the present invention provides an excellent inorganic binder composition for casting exhibiting excellent immediate strength, maximum strength and hygroscopic strength, and improved flowability and sintering function.
  • the present invention is 75 to 95% by weight of water, 1.0 to 7.0% by weight of NaOH, 0.5 to 3.0% by weight of LiOH, 0.01 to 0.1% by weight of isooctyl alcohol and It provides an inorganic binder composition for casting, characterized in that it comprises 2.0 to 10.0% by weight disaccharide as an active ingredient.
  • the disaccharide is at least one selected from the group consisting of sugar, maltose or lactose.
  • the inorganic binder composition is characterized in that it further comprises 0.1 to 1.0% by weight of surfactant and 3.0 to 15.0% by weight of water.
  • the surfactant is characterized in that it comprises sodium benzenesulfonate (sodium benzensulfonate) derivative.
  • the present invention provides the core characterized in that it is prepared using the inorganic binder composition.
  • the casting inorganic binder composition is as described above.
  • the inorganic binder for casting of the present invention can improve the instantaneous strength, the maximum strength and the hygroscopic strength when manufacturing the sand core, can improve the fluidity and the adsorption function, and exhibits the effect that can be applied to high temperature and high humidity climate.
  • the casting inorganic binder of the present invention may produce environmentally friendly sand cores without generating harmful gases and harmful substances such as polyphenol, benzene, and formaldehyde generated by using a conventional organic binder.
  • Example 1 is a graph showing the strength performance according to the NaOH content using the core prepared using the inorganic binder of Example 1 and Comparative Example 1.
  • Figure 2 is a graph showing the strength performance according to LiOH content using the core prepared using the inorganic binder of Example 1 and Comparative Example 2.
  • Example 3 is a graph showing the flow performance according to the content of isooctyl alcohol (Isooctyl alcohol) using the middle prepared using the inorganic binder of Example 1 and Comparative Example 3.
  • Figure 4 is a view showing the burning performance according to the disaccharide content using the core prepared using the inorganic binder of Example 1 and Comparative Example 4.
  • the present invention provides an excellent inorganic binder composition for casting exhibiting excellent immediate strength, maximum strength and hygroscopic strength, and improved flowability and sintering function.
  • the present invention is 75 to 95% by weight of water, 1.0 to 7.0% by weight of NaOH, 0.5 to 3.0% by weight of LiOH, 0.01 to 0.1% by weight of isooctyl alcohol and It provides an inorganic binder composition for casting, characterized in that it comprises 2.0 to 10.0% by weight disaccharide as an active ingredient.
  • water glass' means that sodium silicate (liquid) obtained by melting silicon dioxide and alkali is prepared in a concentrated aqueous solution.
  • the water glass may include 75 to 95% by weight relative to the total weight% of the inorganic binder for casting.
  • the content of the water glass forming the inorganic binder when included in less than 75% by weight, the content of the water glass forming the inorganic binder is included in a small amount may collapse the form of the inorganic binder, when containing more than 95% by weight of the other Since the content of the constituents is reduced, and the moisture resistance is reduced due to the specific hygroscopicity of the water glass, which causes a problem in that it cannot act as an inorganic binder, the water glass is 75 to 95% by weight relative to the total weight% of the inorganic binder for casting. Most preferably included.
  • the NaOH may include 1.0 to 7.0% by weight relative to the total weight% of the inorganic binder for casting.
  • the NaOH has an excellent effect of maintaining the instant strength and maximum strength of the inorganic binder.
  • the curing rate it is possible to reduce the cycle time of the production of the core and to significantly reduce the defects of the product due to the core collapse in the casting process that occurs when the maximum strength is weak.
  • the NaOH when included in excess of 7.0% by weight, the content of the water glass forming the form of the inorganic binder is reduced so that the structure of the inorganic binder may collapse, thereby reducing chemical durability and moisture resistance. Since the NaOH may be included in an amount of 1.0 wt% to 7.0 wt% based on the total weight% of the casting inorganic binder.
  • the LiOH may include 0.5 to 3.0% by weight relative to the total weight% of the inorganic binder for casting.
  • the LiOH has an excellent effect of maintaining the instant strength and the moisture absorption strength of the inorganic binder.
  • the inorganic binder can enhance chemical durability under moisture absorption conditions, and can also significantly improve moisture resistance.
  • the LiOH when the LiOH is included in more than 3.0% by weight, the physical properties of the inorganic binder may be lowered, the LiOH is preferably included in 0.5 to 3.0% by weight relative to the total weight of the inorganic binder for casting. .
  • the isooctyl alcohol may comprise 0.01 to 0.1% by weight relative to the total weight% of the inorganic binder for casting.
  • the isooctyl alcohol has the effect of improving the fluidity of the inorganic binder. This has the effect of increasing the filling of the core.
  • the isooctyl alcohol when included in an amount less than 0.01% by weight, the isooctyl alcohol is not properly mixed in the inorganic binder, so that an excellent effect on fluidity does not appear. Since the separation between the isooctyl alcohol and the inorganic binder is difficult to form the inorganic binder itself, it is preferable that the isooctyl alcohol is included in 0.01 to 0.1% by weight relative to the total weight% of the casting inorganic binder. .
  • 'disaccharide' refers to a carbohydrate consisting of two monosaccharide molecules.
  • the disaccharide may comprise 2.0 to 10.0% by weight relative to the total weight% of the inorganic binder for casting.
  • the disaccharide may be one or more selected from the group consisting of sugar, maltose or lactose, preferably sugar.
  • the inorganic binder when included in less than 2.0% by weight, there is a problem that does not solve the problem of sintering due to lack of hot properties and heat resistance in the inorganic binder, the inorganic binder when included in excess of 10.0% by weight
  • the production cost of the present invention may increase economic cost to the manufacturer, and the content of the inorganic binder may be reduced because the content of the water glass forming the inorganic binder may be reduced, so that the disaccharide is the total weight of the inorganic binder for casting. It is preferably included from 2.0 to 10.0% by weight.
  • the inorganic binder composition may further include 0.1 to 1.0 wt% of surfactant and 3.0 to 15.0 wt% of water.
  • the surfactant may preferably be a sodium benzensulfonate derivative.
  • the surfactant has the effect of lowering the surface tension of the inorganic binder, minimizing the generation of pin holes, and uniform distribution of pore sizes.
  • the surfactant may comprise 0.1 to 1.0% by weight relative to the total weight% of the inorganic binder for casting.
  • the surfactant when included in less than 0.1% by weight it is difficult to form pores uniformly, when containing more than 1.0% by weight excessively many pores are formed may reduce the mechanical properties of the inorganic binder Since the problem may occur, the surfactant is preferably included in 0.1 to 1.0% by weight relative to the total weight% of the inorganic binder for casting.
  • the water may include 3.0 to 15.0% by weight relative to the total weight% of the inorganic binder for casting, but this is not limited to the elements that can be appropriately changed in manufacturing the inorganic binder.
  • the water may be distilled water, purified water, ionized water or deep water, but this is not limited to the elements that can be appropriately changed in the production of the inorganic binder.
  • the present invention provides a core manufactured by using the casting inorganic binder composition.
  • the core manufactured by using the inorganic binder composition for casting exhibits the effect of not generating harmful gases and harmful substances such as polyphenol, benzene, formaldehyde, etc., which are generated in a large amount by the use of a conventional organic binder.
  • the casting inorganic binder composition is as described above.
  • the reagents and solvents mentioned below were purchased from Sigma-Aldrich Korea, unless otherwise noted, and the strength test was measured with a Heungjin Precision HJ-0505 strength tester and dehumidification using a Zeotech TH-DG-400 thermo-hygrostat. The following experiment was conducted.
  • the strength change of the core was measured by a three-point bending test according to KS L 3314: 2012, and the results are shown in FIG. 1.
  • the strength is about 2 times compared to the core manufactured using the inorganic binder of Comparative Example 1 containing no NaOH. You can see the improvement. It is determined that the curing rate is controlled by including NaOH, thereby improving the chemical durability and moisture resistance of the core produced by the inorganic binder of Example 1.
  • the physical properties of the inorganic binder is enhanced by including LiOH to improve chemical durability and moisture resistance of the core.
  • Example 3 After preparing the core using the inorganic binders prepared in Example 1 and Comparative Example 3, the fluidity was measured for each core, and the results are shown in FIG. 3.
  • Example 2 Referring to Table 1, the maximum strength of Example 2 according to the present invention is 475 N / cm 2 It can be seen that significantly improved compared to the maximum strength of 185 N / cm 2 of Comparative Example 5, the moisture absorption strength also In the case of Example 2 according to the invention there was almost no change to 434 N / cm 2 after 3 hours and 415 N / cm 2 after 6 hours, 75 N / after 3 hours, the moisture absorption strength of Comparative Example 5 When the cm 2 and 6 hours have elapsed it can be seen that significantly improved compared to 57 N / cm 2 .
  • the core using the inorganic binder according to the present invention exhibits more excellent maximum strength and hygroscopic strength than the core using the inorganic binder according to Comparative Example 5 which is the prior art.

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Abstract

본 발명은 주조용 무기바인더 조성물 및 이를 이용한 중자에 관한 것으로, 보다 구체적으로 물유리 75 내지 95 중량%, NaOH 1.0 내지 7.0 중량%, LiOH 0.5 내지 3.0 중량%, 아이소옥틸 알코올(Isooctyl alcohol) 0.01 내지 0.1 중량% 및 이당류 1.0 내지 10.0 중량%를 유효성분으로 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 상기 주조용 무기바인더는 모래 중자 제조 시 즉시강도, 최대강도 및 흡습강도를 향상시킬 수 있으며, 유동성 및 소착 기능을 개선시킬 수 있는 효과를 나타낸다. 또한, 본 발명의 상기 주조용 무기바인더는 종래의 유기바인더의 사용으로 발생하는 폴리페놀, 벤젠, 포름알데히드 등의 유해 가스가 다량 발생하게 되며, 이렇게 발생한 유해 가스 및 유해물질이 발생하지 않아 친환경적인 모래 중자를 제조할 수 있다.

Description

주조용 무기바인더 조성물 및 이를 이용한 중자
본 발명은 주조용 무기바인더 조성물 및 이를 이용한 중자에 관한 것으로, 보다 구체적으로 물유리 75 내지 95 중량%, NaOH 1.0 내지 7.0 중량%, LiOH 0.5 내지 3.0 중량%, 아이소옥틸 알코올(Isooctyl alcohol) 0.01 내지 0.1 중량% 및 이당류 2.0 내지 10.0 중량%를 유효성분으로 포함하고, 상기 구성을 포함함으로 인해 종래의 주조용 무기바인더와 비교하여 우수한 즉시강도, 최대강도 및 흡습강도를 나타내며, 유동성 및 소착 기능이 개선되고, 고온 다습한 기후에 적용이 가능한 주조용 무기바인더 조성물 및 이를 이용한 중자에 관한 것이다.
제조 산업에서 가장 중요한 것은 바로 주조(casting)이다. 주조란, 액체 상태의 재료를 형틀에 부은 후 굳혀서 모양을 만드는 방법으로 쇳물을 형틀에 붓는 것을 의미한다. 이때, 형틀은 대부분 모래를 사용해 만들게 되는데, 가루 형태의 모래를 단단하게 만들기 위해 첨가되는 것이 바로 ‘바인더(binder)’이다.
바인더란, 접착제의 역할을 수행하는 것으로, 모래를 원하는 모양으로 단단하게 성형할 수 있도록 하며 전 세계적으로 일반적으로는 유기바인더를 사용하고 있다.
그러나, 유기바인더를 사용할 경우 유기바인더에서 생성되는 유해물질이 세계적으로 문제가 되고 있다. 구체적으로, 유기바인더를 섞어 만든 형틀에 쇳물을 붓게 되면 유리페놀, 벤젠, 포름알데히드 등의 유해 가스가 다량 발생하게 되며, 이렇게 발생한 유해 가스는 작업자의 건강에도 안 좋을 뿐만 아니라 쇳물이 응고될 때 기포가 발생되어 제품에 영향을 주게 되며, 나아가 제조되는 제품의 강도를 떨어뜨리는 등 제품 불량을 초래하게 된다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 최근 무기바인더에 대한 관심이 집중되고 있다. 다만, 최근까지 개발되고 있는 무기바인더의 경우, 물유리 특유의 흡습성으로 인해 내습성이 취약하고 수분에 의한 팽윤, 강도 저하, 용출 등의 문제가 발생하고 있다. 또한, 가장 큰 문제점으로 우리나라의 하절기 기후 특성인 고온 다습한 기후에서는 사용이 거의 불가능하며, 무기바인더의 경우 액상인 물유리를 기반으로 하기 때문에 모래가 금속 표면에 잔류하는 소착 문제가 발생한다는 것이다.
한국등록특허 제10-1527909호는 물유리, 나노 실리카, Li계 내수성 첨가제, 유기규소화합물 및 소착방지 첨가제를 포함하는 주조용 무기 바인더 조성물이 모래 주형 및 중자의 강도 및 내수성을 보완할 수 있음에 대하여 개시하고 있으나, 종래의 독일 A사와 비교하여 중자의 강도가 크게 향상되지 않았으며, 한국의 고온 다습한 기후에 적용하기에 적합하지 않은 문제가 있다.
따라서, 전술한 문제점을 보완하기 위해 본 발명가들은 우수한 즉시강도, 최대강도 및 흡습강도를 나타내며, 유동성 및 소착 기능이 개선되고, 고온 다습한 기후에 적용 가능한 주조용 무기바인더 조성물 및 이를 이용한 중자의 개발이 시급하다 인식하여, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 우수한 즉시강도, 최대강도 및 흡습강도를 나타내며, 유동성 및 소착 기능이 개선되고, 고온 다급한 기후에 적용이 가능한 주조용 무기바인더 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 종래의 유기바인더의 사용으로 다량 발생하는 폴리페놀, 벤젠, 포름알데히드 등의 유해 가스 및 유해물질을 발생시키지 않는 상기 무기바인더 조성물을 이용한 친환경적인 중자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 우수한 즉시강도, 최대강도 및 흡습강도를 나타내며, 유동성 및 소착 기능이 개선되고, 고온 다습한 기후에 적용 가능한 주조용 무기바인더 조성물 및 이를 이용한 중자를 제공한다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 우수한 즉시강도, 최대강도 및 흡습강도를 나타내며, 유동성 및 소착 기능이 개선된 주조용 무기바인더 조성물을 제공한다.
구체적으로 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 본 발명은 물유리 75 내지 95 중량%, NaOH 1.0 내지 7.0 중량%, LiOH 0.5 내지 3.0 중량%, 아이소옥틸 알코올(Isooctyl alcohol) 0.01 내지 0.1 중량% 및 이당류 2.0 내지 10.0 중량%를 유효성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 주조용 무기바인더 조성물을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 이당류는 설탕, 맥아당 또는 유당으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 무기바인더 조성물은 계면활성제 0.1 내지 1.0 중량% 및 물 3.0 내지 15.0 중량%를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 계면활성제는 벤젠술폰산 나트륨(sodium benzensulfonate) 유도체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 무기바인더 조성물을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 중자를 제공한다.
상기 주조용 무기바인더 조성물은 앞서 기재한 바와 같다.
본 발명의 주조용 무기바인더 조성물 및 이를 이용한 중자에서 언급된 모든 사항을 서로 모순되지 않는 한 동일하게 적용된다.
본 발명의 상기 주조용 무기바인더는 모래 중자 제조 시 즉시강도, 최대강도 및 흡습강도를 향상시킬 수 있으며, 유동성 및 소착 기능을 개선시킬 수 있고, 고온 다습한 기후에 적용이 가능하다는 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명의 상기 주조용 무기바인더는 종래의 유기바인더의 사용으로 발생하는 폴리페놀, 벤젠, 포름알데히드 등의 유해 가스 및 유해물질을 발생시키지 않아 친환경적인 모래 중자를 제조할 수 있다.
도 1은 실시예 1 및 비교예 1의 무기바인더를 이용하여 제조된 중자를 사용하여 NaOH 함량에 따른 강도 성능을 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 1 및 비교예 2의 무기바인더를 이용하여 제조된 중자를 사용하여 LiOH 함량에 따른 강도 성능을 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 3의 무기바인더를 이용하여 제조된 중자를 사용하여 아이소옥틸 알코올(Isooctyl alcohol) 함량에 따른 유동 성능을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 4의 무기바인더를 이용하여 제조된 중자를 사용하여 이당류 함량에 따른 소착 성능을 나타낸 도면이다.
본 발명은 우수한 즉시강도, 최대강도 및 흡습강도를 나타내며, 유동성 및 소착 기능이 개선된 주조용 무기바인더 조성물을 제공한다.
구체적으로 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 본 발명은 물유리 75 내지 95 중량%, NaOH 1.0 내지 7.0 중량%, LiOH 0.5 내지 3.0 중량%, 아이소옥틸 알코올(Isooctyl alcohol) 0.01 내지 0.1 중량% 및 이당류 2.0 내지 10.0 중량%를 유효성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 주조용 무기바인더 조성물을 제공한다.
본 발명에 사용된 용어, 상기 ‘물유리(water glass)’는 이산화규소와 알칼리를 융해하여 수득된 규산나트륨(액상)을 진한 수용액으로 제조된 것을 의미한다.
본 발명에 있어서, 상기 물유리는 상기 주조용 무기바인더 총 중량% 대비 75 내지 95 중량%를 포함 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 물유리를 75 중량% 미만으로 포함할 경우 상기 무기바인더를 형성하는 물유리의 함량이 소량 포함되어 상기 무기바인더의 형태가 붕괴될 수 있으며, 95 중량% 초과하여 포함할 경우 상기 다른 구성성분의 함량이 적어지게 되고, 상기 물유리 특유의 흡습성으로 인해 내습성이 감소되어 무기바인더로서 작용할 수 없는 문제가 발생하게 되므로, 상기 물유리는 상기 주조용 무기바인더 총 중량% 대비 75 내지 95 중량%로 포함되는 것이 가장 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 NaOH는 상기 주조용 무기바인더 총 중량% 대비 1.0 내지 7.0 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 NaOH는 무기바인더의 즉시강도 및 최대강도를 유지시켜 주는 우수한 효과를 갖는다. 이로 인해, 경화 속도를 제어함으로써 중자 제조의 사이클 시간(cycle time)을 감소시킬 수 있고, 최대강도가 약할 때 발생하는 주조 공정에서의 중자 붕괴로 인한 제품의 불량을 현저히 감소시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 NaOH를 7.0 중량% 초과하여 포함할 경우 상기 무기바인더의 형태를 형성하는 물유리의 함량이 적어져 무기바인더의 구조가 붕괴될 수 있으며, 이로 인해 화학적 내구성 및 내습성을 저하시킬 수 있으므로, 상기 NaOH는 상기 주조용 무기바인더 총 중량% 대비 1.0 내지 7.0 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 LiOH는 상기 주조용 무기바인더 총 중량% 대비 0.5 내지 3.0 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 LiOH는 무기바인더의 즉시강도 및 흡습강도를 유지시켜 주는 우수한 효과를 갖는다. 이로 인해, 흡습 조건에서 상기 무기바인더는 화학적 내구성을 강화시킬 수 있고, 내습성 또한 현저히 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 LiOH를 3.0 중량% 초과하여 포함할 경우 상기 무기바인더의 물성이 저하될 수 있으므로, 상기 LiOH는 상기 주조용 무기바인더 총 중량% 대비 0.5 내지 3.0 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 아이소옥틸 알코올(Isooctyl alcohol)은 상기 주조용 무기바인더 총 중량% 대비 0.01 내지 0.1 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 아이소옥틸 알코올은 상기 무기바인더의 유동성을 향상시켜 주는 효과를 갖는다. 이로 인해 중자의 충진성을 높여주는 효과를 나타낸다.
본 발명에 있어서, 상기 아이소옥틸 알코올을 0.01 중량% 미만으로 포함할 경우 상기 무기바인더에 상기 아이소옥틸 알코올이 적절히 혼합되지 않아 유동성에 대한 우수한 효과가 나타나지 않으며, 0.1 중량% 초과하여 포함할 경우 상기 아이소옥틸 알코올와 상기 무기바인더 사이 층분리가 발생하게 되어 무기바인더 형성 자체에 어려움이 있으므로, 상기 아이소옥틸 알코올은 상기 주조용 무기바인더 총 중량% 대비 0.01 내지 0.1 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용된 용어, 상기 ‘이당류(disaccharide)’는 단당류 분자 두 개로 이루어진 탄수화물을 의미한다.
본 발명에 있어서, 상기 이당류는 상기 주조용 무기바인더 총 중량% 대비 2.0 내지 10.0 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이당류는 설탕, 맥아당 또는 유당으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는 설탕일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 이당류를 2.0 중량% 미만으로 포함할 경우 상기 무기바인더 내에 열간 성질 및 내열성이 부족하여 소착 문제가 해결되지 않는 문제가 발생할 수 있으며, 10.0 중량% 초과하여 포함할 경우 상기 무기바인더의 생산비용이 증가하여 제조사에 경제적 부담을 줄 수 있으며, 상기 무기바인더를 형성하는 물유리의 함량이 적게 포함되어 상기 무기바인더의 형태가 붕괴될 수 있으므로, 상기 이당류는 상기 주조용 무기바인더 총 중량% 대비 2.0 내지 10.0 중량%를 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 무기바인더 조성물은 계면활성제 0.1 내지 1.0 중량% 및 물 3.0 내지 15.0 중량%를 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 계면활성제의 경우 바람직하게는 벤젠술폰산 나트륨(sodium benzensulfonate) 유도체일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 계면활성제는 상기 무기바인더의 표면장력을 낮추고 핀 홀 발생을 최소화하며, 기공 크기의 분포도를 균일하게 하는 효과를 갖는다.
본 발명에 있어서, 상기 계면활성제는 상기 주조용 무기바인더 총 중량% 대비 0.1 내지 1.0 중량%로 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 계면활성제가 0.1 중량% 미만으로 포함할 경우 기공이 균일하게 형성되기 어려우며, 1.0 중량% 초과하여 포함할 경우 과도하게 많은 기공이 형성되어 상기 무기바인더의 기계적 물성이 저하될 수 있는 문제점이 발생할 수 있으므로, 상기 계면활성제는 상기 주조용 무기바인더 총 중량% 대비 0.1 내지 1.0 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 물은 상기 주조용 무기바인더 총 중량% 대비 3.0 내지 15.0 중량%로 포함할 수 있으나, 이는 상기 무기바인더를 제조함에 있어서 적절히 변경 가능한 요소로, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 상기 물은 증류수, 정제수, 이온수 또는 심층수를 사용할 수 있으나, 이는 상기 무기바인더를 제조함에 있어서 적절히 변경 가능한 요소로, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 주조용 무기바인더 조성물을 이용하여 제조되는 중자를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 주조용 무기바인더 조성물을 이용하여 제조되는 중자는 종래의 유기바인더의 사용으로 다량 발생하는 폴리페놀, 벤젠, 포름알데히드 등의 유해 가스 및 유해물질을 발생시키지 않는 효과를 나타낸다.
상기 주조용 무기바인더 조성물은 앞서 기재한 바와 같다.
본 발명의 주조용 무기바인더 조성물 및 이를 이용한 중자에서 언급된 모든 사항을 서로 모순되지 않는 한 동일하게 적용된다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하세 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하에서 언급된 시약 및 용매는 특별한 언급이 없는 한 Sigma-Aldrich Korea로부터 구입한 것이며, 강도 시험은 흥진정밀 HJ-0505 강도 시험기로 측정하였고, 제습은 제이오텍 TH-DG-400 항온항습기를 사용하여 하기 실험을 실시하였다.
실시예 1. 본 발명의 무기바인더
물유리 80 g, NaOH 5 g, LiOH 1.8 g, 아이소옥틸 알코올(Isooctyl alcohol) 0.05 g, 이당류로서 설탕 5.45 g, 벤젠술폰산 나트륨(sodium benzensulfonate) 유도체를 포함하는 계면활성제 0.7 g 및 물 7 g을 상온에서 스페츌러(Spatula)를 이용하여 골고루 혼합하여 본 발명에 따른 주조용 무기 바인더를 합성하였다.
실시예 2. 본 발명의 무기바인더
물유리 85 g, NaOH 3 g, LiOH 2 g, 아이소옥틸 알코올(Isooctyl alcohol) 0.1 g, 이당류로서 설탕 5 g, 벤젠술폰산 나트륨(sodium benzensulfonate) 유도체를 포함하는 계면활성제 0.9 g 및 물 4 g을 상온에서 스페츌러(Spatula)를 이용하여 골고루 혼합하여 본 발명에 따른 주조용 무기 바인더를 합성하였다.
비교예 1. NaOH가 포함되지 않은 무기바인더
물유리 85 g, LiOH 1.8 g, 아이소옥틸 알코올(Isooctyl alcohol) 0.05 g, 이당류로서 설탕 5.45 g, 벤젠술폰산 나트륨 유도체를 포함하는 계면활성제 0.7 g 및 물 7 g을 상온에서 스페츌러(Spatula)를 이용하여 골고루 혼합하여 NaOH가 포함되지 않은 주조용 무기 바인더를 합성하였다.
비교예 2. LiOH가 포함되지 않은 무기바인더
물유리 81.8 g, NaOH 5 g, 아이소옥틸 알코올(Isooctyl alcohol) 0.05 g, 이당류로서 설탕 5.45 g, 벤젠술폰산 나트륨 유도체를 포함하는 계면활성제 0.7 g 및 물 7 g을 상온에서 스페츌러(Spatula)를 이용하여 골고루 혼합하여 LiOH가 포함되지 않은 주조용 무기 바인더를 합성하였다.
비교예 3. 아이소옥틸 알코올이 포함되지 않은 무기바인더
물유리 80.05 g, NaOH 5 g, LiOH 1.8 g, 이당류로서 설탕 5.45 g, 벤젠술폰산 나트륨 유도체를 포함하는 계면활성제 0.7 g 및 물 7 g을 상온에서 스페츌러(Spatula)를 이용하여 골고루 혼합하여 아이소옥틸 알코올이 포함되지 않은 주조용 무기 바인더를 합성하였다.
비교예 4. 이당류가 포함되지 않은 무기바인더
물유리 85.45 g, NaOH 5 g, LiOH 1.8 g, 아이소옥틸 알코올(Isooctyl alcohol) 0.05 g, 벤젠술폰산 나트륨 유도체를 포함하는 계면활성제 0.7 g 및 물 7 g을 상온에서 스페츌러(Spatula)를 이용하여 골고루 혼합하여 이당류가 포함되지 않은 주조용 무기 바인더를 합성하였다.
비교예 5. 한국등록특허 제10-1527909호에 따른 무기바인더
물유리 65 g, 나노 실리카 20 g, Li계 내수성 첨가제로서 리튬카보네이드 5 g, 유기규소화합물로서 메틸트리에톡시실란 5 g 및 소착방지제로서 단당류인 포도당 5 g을 상온에서 스페츌러(Spatula)를 이용하여 골고루 혼합하여 한국등록특허 제10-1527909호에 따른 주조용 무기 바인더를 합성하였다.
실험예 1. NaOH 함량에 따른 강도 성능 평가
상기 실시예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 무기바인더를 사용하여 중자를 제조한 후, 각각의 중자에 대해 강도변화를 측정하였다.
중자의 강도변화 측정은, KS L 3314:2012에 준하여 삼점 굽힘 시험을 실시하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.
도 1을 참조하면, NaOH를 포함하는 실시예 1의 무기바인더를 사용하여 제조된 중자의 경우 NaOH를 포함하지 않는 비교예 1의 무기바인더를 사용하여 제조된 중자와 비교하여, 강도가 약 2배 가량 향상된 것을 확인할 수 있다. 이는 NaOH를 포함함으로서 경화 속도를 제어하여, 상기 실시예 1의 무기바인더로 제조된 중자의 화학적 내구성 및 내습성을 향상시킨 것으로 판단된다.
실험예 2. LiOH 함량에 따른 강도 성능 평가
상기 실시예 1 및 비교예 2에 의해 제조된 무기바인더를 사용하여 중자를 제조한 후, 각각의 중자에 대해 강도변화를 측정하였다.
중자의 강도변화 측정은, KS L 3314:2012에 준하여 삼점 굽힘 시험을 실시하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2를 참조하면, LiOH를 포함하는 실시예 1의 무기바인더를 사용하여 제조된 중자의 경우 LiOH를 포함하지 않는 비교예 2의 무기바인더를 사용하여 제조된 중자와 비교하여, 흡습 조건에서 중자의 강도가 약 2배 가량 향상된 것을 확인할 수 있다.
이는 LiOH를 포함함으로서 상기 무기바인더의 물성이 강화되어 상기 중자의 화학적 내구성 및 내습성을 향상시킨 것으로 판단된다.
실험예 3. 아이소옥틸 알코올 함량에 따른 유동 성능 평가
상기 실시예 1 및 비교예 3에 의해 제조된 무기바인더를 사용하여 중자를 제조한 후, 각각의 중자에 대해 유동성을 측정하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3을 참조하면, 아이소옥틸 알코올을 포함하는 실시예 1의 무기바인더를 사용하여 제조된 중자의 경우 아이소옥틸 알코올을 포함하지 않는 비교예 3의 무기바인더를 사용하여 제조된 중자와 비교하여, 현저히 향상된 유동성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이는 아이소옥틸 알코올을 포함함으로서 상기 중자의 충진성을 향상시킨 것으로 판단된다.
실험예 4. 이당류 함량에 따른 소착 성능 평가
상기 실시예 1 및 비교예 4에 의해 제조된 무기바인더를 사용하여 중자를 제조한 후, 각각의 중자에 대해 소착 성능을 측정하였고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4를 참조하면, 이당류를 포함하는 실시예 1의 무기바인더를 사용하여 제조된 중자의 경우 이당류를 포함하지 않는 비교예 4의 무기바인더를 사용하여 제조된 중자와 비교하여, 육안으로 확인이 가능할 정도로 현저히 향상된 소착 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이는 첨가된 이당류가 용탕과 접촉 시 탄화되면서 주물 표면에 표면에너지를 낮추어 소착을 막는 역할을 하는 것으로 판단된다.
실험예 5. 실시예 2 및 비교예 5에 따른 강도 성능 평가
상기 실시예 2 및 비교예 5에 의해 제조된 무기바인더를 사용하여 중자를 제조한 후, 각각의 중자에 대해 강도변화를 측정하였다.
중자의 강도변화 측정은, KS L 3314:2012에 준하여 삼점 굽힘 시험을 실시하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure PCTKR2018002091-appb-I000001
표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 2의 최대강도는 475 N/cm2로 상기 비교예 5의 최대강도인 185 N/cm2와 비교하여 현저히 향상된 것을 확인할 수 있으며, 흡습강도 또한 본 발명에 따른 실시예 2의 경우 3시간 경과 시 434 N/cm2 및 6시간 경과 시 415 N/cm2로 거의 변화가 나타나지 않았으며, 상기 비교예 5의 흡습강도인 3시간 경과 시 75 N/cm2 및 6시간 경과 시 57 N/cm2과 비교하여 현저히 향상된 것을 확인할 수 있다.
상기 결과로부터, 본 발명에 따른 무기바인더를 이용한 중자가 종래 기술인 상기 비교예 5에 따른 무기바인더를 이용한 중자와 비교하여 보다 우수한 최대강도 및 흡습강도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
이상 설명으로부터, 본 발명에 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

Claims (6)

  1. 물유리, NaOH, LiOH, 아이소옥틸 알코올(Isooctyl alcohol) 및 이당류를 유효성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 주조용 무기바인더 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 물유리를 75 내지 95 중량%, 상기 NaOH를 1.0 내지 7.0 중량%, 상기 LiOH를 0.5 내지 3.0 중량%, 상기 아이소옥틸 알코올을 0.01 내지 0.1 중량% 및 상기 이당류를 2.0 내지 10.0 중량%를 유효성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 주조용 무기바인더 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이당류는 설탕, 맥아당 또는 유당으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 무기바인더 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무기바인더 조성물은 계면활성제 0.1 내지 1.0 중량% 및 물 3.0 내지 15.0 중량%를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 주조용 무기바인더 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 계면활성제는 벤젠술폰산 나트륨(sodium benzensulfonate) 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 주조용 무기바인더 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 무기바인더 조성물을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 중자.
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