(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水ガラス４０〜７０重量部、ナノシリカ５〜３５重量部、Ｌｉ系耐水性添加剤０．１〜１０重量部、有機ケイ素化合物０．１〜１０重量部、及び焼着防止添加剤１〜１０重量部を含み、
前記Ｌｉ系耐水性添加剤は、リチウムカーボネート、リチウムシリケート、リチウムヒドロキシド、リチウムスルフェート、リチウムブロミド、及びリチウムアセテートの中から選択される一種以上であり、
前記焼着防止添加剤は、単糖類、多糖類、及び二糖類の中から選択される一種以上である
ことを特徴とする、鋳造用無機バインダー組成物。
【請求項２】
前記水ガラスは、ＳｉＯ２２５〜３６重量％、Ｎａ２Ｏ７〜１５重量％を含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の鋳造用無機バインダー組成物。
【請求項３】
前記有機ケイ素化合物は、メチルトリエトキシシラン、ソジウムメチルシリコネート、メチルトリメトキシシラン、ポタシウムメチルシリコネート、ブチルトリメトキシシラン、及びビニルトリメトキシシランの中から選択される一種以上であることを特徴とする、請求項１に記載の鋳造用無機バインダー組成物。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無機バインダー組成物を用いて製造される中子。
【請求項５】
請求項４に記載の中子を含んで製造される鋳型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造用無機バインダー組成物に関するもので、詳しくは、無機バインダー組成物であって、水ガラスにナノシリカ、Ｌｉ系耐水性添加剤、有機ケイ素化合物、及び焼着防止添加剤を含んで高温・多湿な気候にも適合であるように強度及び耐水性を補完するばかりか、焼着を改善した環境に優しい鋳造用無機バインダー組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
韓国において、鋳物鋳造産業は、造船、自動車部品、産業機械、工作機械など、あらゆる産業に大いに貢献してきた。鋳物鋳造産業は、国家の産業発展になくてはならない重要な基幹産業であるが、近年において、鋳物鋳造産業を取り巻く環境問題、副資材のコスト変動、政策、人力不足など、その周辺環境はあまりよくない。何よりも環境問題は、鋳物鋳造産業が解決しなければならない第一課題に設定されている。現在、鋳造産業の現場では、金属の溶解、中子製造、鋳造工程で発生する環境汚染物質の排出を遮断するために、鋳造現場の環境汚染を改善しているものの、Ｍｕｓｋｌｅ法、京都議定書などにより、地球温暖化ガスの排出に関する規制がかかっているため、根本的に汚染物質の排出を中断できる方法と、エネルギー低減及び作業環境の改善、製造現場でのグリーンテクノロジー応用方法が強く求められている。
【０００３】
すなわち、有機バインダーを多年間幅広く大量生産方式から小型製品及び多形状中子造形に至るまで使用してきたが、前記有機バインダーは、中子造形の際に有毒な蒸気が発生し、鋳型及び型の解体の際にベンゼンのようなＶＯＣ物質及び二酸化炭素が発生して環境に悪影響を及ぼす。また、焼結過程で多量の熱エネルギーを必要とし、成形体内に灰分や炭素の残留などの問題によって砂再生が難しいという問題があるため、環境問題を解決し中子の生産性を向上させるために環境に優しい鋳造用無機バインダーが開発されつつある。
【０００４】
無機バインダーは、低温で硬化が可能で有害物質が用いられないために作業環境が良好であり、中子製造及び鋳造工程におけるガスの発生量が少ないので、鋳造の欠陥が減少するのみならず、それに関する環境汚染防止施設の設置を必要としないため、生産コストが低減されるという効果がある。
【０００５】
そこで、韓国公開特許１０−２０１１−０１０６３７２号公報は、砂を水酸化ナトリウム、テトラエチルシリケートと混合して鋳物のための砂鋳型及びコアを作るための無機バインダーとして使用しようとする技術を公開している。また、韓国登録特許１０−１０２７０３０号公報では、水酸化ナトリウム溶液及び固体物質の含有量が７０％であるアルカリケイ酸塩剤、非晶質球形二酸化ケイ素の物質が含まれた懸濁液を使用しようとする技術を公開しており、欧州登録特許第１０５７５５４号公報は、アルキルシリケート、アルキルシリケート低重合体を含む両側部結合剤システムを使用して鋳型モールドとコア生産のための技術を公開している。
【０００６】
ところが、前記無機バインダーは、水ガラスを主原料として各種の添加剤を添加して開発されたものであって、環境に優しく、成形性、流動性の特性は改善されたが、水ガラス特有の吸湿性によって耐水性に弱く、水分による膨潤、強度低下、溶出などの問題点を表し、韓国の夏季の気候の特性である高温多湿な気候での使用は不可能である。
【０００７】
また、前記鋳造用無機バインダーは、水ガラス［ｘＳｉＯ２−ｙＮａ２Ｏ］を基盤とした液状からなっており、熱間性質及び耐熱性が不足して鋳型及び型の解体の際に砂が金属表面に残留する焼着問題が発生する。
【０００８】
そこで、韓国公開特許１０−２０１３−０１０２９８２号公報は、球状の酸化鉄を添加して焼着を防止しようとする技術を公開している。また、韓国登録特許１０−１０２７０３０号公報は、液状に分散されたＳｉＯ２を別に投入することで、中子の強度を高めて焼着を防止しようとする技術を公開している。
【０００９】
前記のように、粒子状の焼着防止添加剤を投入して焼着を防止する技術は、環境に優しい無機バインダーの常用化に大いに寄与してきたが、生産性の側面で追加工程が加えられるという点と、添加剤の管理及びバインダーの保管安全性の問題から、実際の産業現場での使用は忌避されている。
【００１０】
従って、本発明者は、前記のような点に着目して案出されたもので、無機バインダー組成物として、水ガラスにナノシリカ、Ｌｉ系耐水性添加剤、有機ケイ素化合物、及び焼着防止添加剤を含んで流動性が良好で、高温・多湿な気候にも適合するように強度及び耐水性を補完するばかりか、焼着が改善された常用可能な環境に優しい鋳造用無機バインダー組成物を開発し、本発明を完成した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明は、鋳造用無機バインダーを提供することをその解決課題とする。
【００１２】
また、本発明は、前記鋳造用無機バインダー組成物を用いて製造される中子を提供することをその解決課題とする。
【００１３】
また、本発明は、前記中子を含んで製造される鋳型を提供することをその解決課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記本発明の課題を解決するための本発明の一側面によると、水ガラス４０〜７０重量部、ナノシリカ５〜３５重量部、Ｌｉ系耐水性添加剤０．１〜１０重量部、有機ケイ素化合物０．１〜１０重量部、及び焼着防止添加剤１〜１０重量部を含むことを特徴とする鋳造用無機バインダー組成物を提供する。
【００１５】
また、前記本発明の課題を解決するための本発明の他の側面によると、前記無機バインダー組成物を用いて製造される中子を提供する。
【００１６】
また、前記本発明の課題を解決するための本発明のさらに他の側面によると、前記中子を含んで製造される鋳型を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
前記本発明の鋳造用無機バインダーは、砂鋳型及び中子の作製の際に混練砂の流動性を保ちながらＳｉ含有量を高めて強度及び耐水性を補完して作業効率性を向上させて無機バインダーの常用化が可能であるようにする。
【００１８】
また、無機バインダーを使用することによって、環境に優しく砂鋳型及び中子を作製することができる。
【００１９】
また、前記本発明の鋳造用無機バインダーを使用することによって、鋳物作製の際に溶湯と鋳型との間の表面エネルギーを低下させ溶湯の高温による糖類の炭化作用によって焼着を防止する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例によって製造された水溶性溶液に溶解された無機バインダーの写真を示したものである。
【図２】２０１３年基準ウルサン（韓国）の季節別の温湿度分布度を示したグラフである。
【図３】本発明の一実施例によって焼着防止添加剤を含まない無機バインダーで製造された中子の写真を示したものである。
【図４】本発明の一実施例によって単糖類の焼着防止添加剤を含む無機バインダーで製造された中子の写真を示したものである。
【図５】本発明の一実施例によって多糖類の焼着防止添加剤を含む無機バインダーで製造された中子の写真を示したものである。
【図６】本発明の一実施例によってＬｉ系耐水性添加剤が混合された無機バインダーで製造された中子の強度を示したグラフである。
【図７】本発明の一実施例によってナノシリカが混合された無機バインダーで製造された中子の強度を示したグラフである。
【図８】本発明の一実施例によって有機ケイ素化合物で混合された無機バインダーで製造した中子の強度を示したグラフである。
【図９】本発明の一実施例によってＬｉ系耐水性添加剤、ナノシリカ、有機ケイ素化合物、及び焼着防止添加剤が全て混合された無機バインダーで製造された中子の強度を示したグラフである。
【図１０】本発明の一実施例によってＬｉ系耐水性添加剤、ナノシリカ、有機ケイ素化合物、及び焼着防止添加剤が全て混合された無機バインダーで製造された中子の耐水性を示したグラフである。
【図１１】本発明の一実施例によって製造された中子と既存の常用化無機バインダーによって製造された中子の特性を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、鋳造用無機バインダー組成物に関するもので、詳しくは、無機バインダー組成物であって、水ガラスにナノシリカ、Ｌｉ系耐水性添加剤、有機ケイ素化合物、及び焼着防止添加剤を含んで高温・多湿な気候にも適するように強度及び耐水性を補完するばかりか、焼着を改善した環境に優しい鋳造用無機バインダー組成物に関するものである。
【００２２】
以下、本発明についてより詳しく説明する。
一側面において本発明は、水ガラス４０〜７０重量部、ナノシリカ５〜３５重量部、Ｌｉ系耐水性添加剤０．１〜１０重量部、有機ケイ素化合物０．１〜１０重量部、及び焼着防止添加剤１〜１０重量部を含むことを特徴とする鋳造用無機バインダー組成物に関する。
【００２３】
詳しくは、前記水ガラスはＳｉＯ２２５〜３６重量％、Ｎａ２Ｏ７〜１５重量％を含んでなることを特徴とする。
【００２４】
具体的に、前記ナノシリカは、５〜２０ナノメートルサイズの粒子及び構造を有する二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）粒子であって、微細な気孔が粒子表面と平行にできているか、あるいは気孔の方向が不規則であるため、外部物質が内部へ容易に接近できないという性質がある。また、水ガラスと合成の際には、Ｓｉの含有量を高めて強度を向上させるばかりか、ナノシリカ粒子の構造によってバインダー組成物の耐水性及び撥水性を向上させることができる。このとき、前記ナノシリカは、３５重量部より多く含まれる場合は、無機バインダーの流動性を低下させ、過量のシリカ粒子によって硬化が阻害されるといった問題点があるので、好ましくは５〜３５重量部の量で含むようにする。
【００２５】
本発明において、前記Ｌｉ系耐水性添加剤は、リチウムカーボネート、リチウムシリケート、リチウムヒドロキシド、リチウムスルフェート、リチウムブロミド、及びリチウムアセテートの中から選択される一種以上であるものであって、前記Ｌｉ系耐水性添加剤は、ＳｉＯ２の濃度が水ガラスのように高く、モル比が８に近い場合であっても、室温で安定しており、粘度が低いという特徴を有する。また、前記Ｌｉ系耐水性添加剤は、水ガラス中のＮａイオンと混合アルカリ効果を奏することによって、完成された無機バインダーの化学的耐久性を強化させると共に、耐水性を向上させることができる。この際、前記Ｌｉ系耐水性添加剤は、１０重量部より多く含まれる場合、無機バインダーの網目構造が崩れることによって、却って化学的耐久性及び耐水性を低下させるようになるので、前記Ｌｉ系耐水性添加剤は、本発明の無機バインダーに０．１〜１０重量部の量で含むことが好ましい。
【００２６】
本発明において、前記有機ケイ素化合物は、同一分子中に有機材料と化学結合する有機官能基、及び無機材料と反応できる加水分解基を有しており、有機材料及び無機材料を結合させる機能を果たすことができる。これによって、本発明の無機バインダー組成物の機械的強度及び耐水性を向上させて品質を改良するため、疎水性を与える役割を果たす。好ましくは、前記有機ケイ素化合物は、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ソジウムメチルシリコネート、メチルトリメトキシシラン、ポタシウムメチルシリコネート、ブチルトリメトキシシラン、及びビニルトリメトキシシランの中から選択される一種以上であることを特徴とする。より好ましくは、前記有機ケイ素化合物は、本発明の無機バインダーに０．１〜１０重量部の量で含まれる。これは、前記有機ケイ素化合物が１０重量部より多く含まれる場合に、無機バインダーのコスト上昇と共に、最終完成した無機バインダー組成物の物性が却って低下され兼ねないためである。
【００２７】
本発明において、焼着防止添加剤は、単糖類、多糖類、及び二糖類の中から選択される一種以上であることを特徴とする。好ましくは、前記単糖類は、ブドウ糖、フルクトース、マンノース、ガラクトース、グルコース、及びリボースの中から選択される一種以上であるもので、前記多糖類は、スターチ、グリコーゲン、セルロース、キチン、及びペクチンの中から選択される一種以上であるものであり、前記二糖類は、麦芽糖、砂糖、乳糖、マルトース、及びラクトースの中から選択される一種以上である。
【００２８】
また、本発明において、前記無機バインダー組成物は、無機添加剤または硬化剤をさらに含んで無機バインダーの強度、柔軟性及び硬度をさらに向上させることができる。この際、前記硬化剤としては、ソジウムヒドロキシド、ソジウムカーボネート、ポタシウムヒドロキシド、ポタシウムカーボネート、ソジウムホスフェート、ジソジウムホスフェート、トリソジウムホスフェート、及びソジウムスルフェートの中から選択される一種以上であることが好ましい。また、前記硬化剤の添加量が過多な場合、無機バインダーの水との親和力を高めて無機バインダーの耐水性を低下させるため、前記無機バインダー組成物の全重量に対して、前記硬化剤は、０．１〜５．０重量部の量で含まれることがより好ましい。
【００２９】
このように本発明は、水ガラスに、添加剤としてナノシリカ、Ｌｉ系耐水性添加剤、有機ケイ素化合物、及び糖類を含むことでバインダー組成間の結合力を高めてバインダーの強度と、バインダー組成物の耐水性及び撥水性を向上させながらも、水との結合力を高めて水溶性の溶液上に完全に溶解できるという特性がある。関連して、図１は、本発明の一実施例によって製造された水溶性溶液に溶解された無機バインダーの写真を示したもので、これを参照すると、本発明によるバインダー組成物の優れた溶解性を確認することができる。これによって、本発明のバインダー組成物による中子製造の際に水溶液上に完全に溶解することによって、中子の製造の際に砂との結合力を向上させながら強度及び耐水性が優秀で焼着が防止される中子及び鋳型を製造することができる。
【００３０】
特に、本発明は、夏季の高い温度及び湿度でも耐水性及び強度を満足することができ、温度３０〜４０℃、相対湿度６０〜７０％（絶対湿度２０〜３０ｇ／ｍ３）で３時間耐湿した後、初期強度に対して６０％以上の強度を有することができることを特徴とする。
【００３１】
図２は、２０１３年基準ウルサン（韓国）の季節別の温湿度分布度を示したものであって、これを参照すると、他社の無機バインダーで製造された中子及び鋳型の場合、絶対湿度１５ｇ／ｍ３以上で全て崩壊するが、本発明の無機バインダーを用いて製造された中子及び鋳型は、絶対湿度３０ｇ／ｍ３でもハンドリング強度を保つことを確認することができる。
【００３２】
これによって、本発明は、３８℃、相対湿度６５％（絶対湿度３０ｇ／ｍ３）で３時間耐湿した後、初期強度に対して６０％以上の強度を示すことがより好ましい。
【００３３】
他の側面において本発明は、前記鋳造用無機バインダー組成物を用いて製造される中子を提供する。
【００３４】
さらに他の側面において本発明は、前記中子を含んで製造される鋳型を提供する。
【００３５】
前記鋳造用無機バインダー組成物が水ガラスにＬｉ系耐水性添加剤、ナノシリカ、有機ケイ素化合物、及び焼着防止添加剤を全て含むことによって、これを用いて製造された前記中子及び鋳型は、強度、流動性、耐水性、脱砂及び焼着が改善された特徴を示す。
【００３６】
以下、本発明について実施例を挙げて詳しく説明するが、これによって、本発明の権利範囲が限定されるものではない。
【００３７】
＜実施例１＞無機バインダーを構成する水ガラスの製造
無機バインダー内のＳｉ含有量が上昇する場合、硬化時の硬度、強度が上昇する効果があるが、樹脂の性質である粘度、柔軟性、無機バインダー固形分、作業性などが低下するため、ガラスのような性質を有することになり、Ｎａ含有量が増加する場合、水に対する溶解度増加により無機バインダーの特性には良好であるが、乾燥時の耐水性低下、強度及び硬度の低下など、物理的な特性に劣る。
【００３８】
そこで、本実施例では、前記のような物性を顧みて水ガラスを製造し、ＸＲＦ分析を通じてその成分を分析し、下記の表１に示した。
【００３９】
【表１】
0006465976.tif 000002
【００４０】
＜実施例２＞添加剤混合による無機バインダーの吸湿性の変化
＜実施例２−１＞Ｌｉ系耐水性添加剤の混合
前記実施例１で製造された水ガラスにＬｉ系耐水性添加剤を投入して無機バインダーを合成した後、吸湿性評価を行った。一定量の試料（０．０５ｇ）を乾燥させた後、重さを測定し、その後、蒸留水２０ｍｌを添加して浸漬させた後、４８時間後残存する無機バインダーの量（％）を観察することで無機バインダーの耐水性の変化を確認した。実験結果は下記の表２に示した。
【００４１】
【表２】
0006465976.tif 000003
【００４２】
＜実施例２−２＞ナノシリカの混合
前記実施例１で製造された水ガラスにナノシリカを投入して無機バインダーを合成した後、前記実施例２−１と同じ方法で吸湿性の評価を行った。これによる結果は下記の表３に示した。
【００４３】
【表３】
0006465976.tif 000004
【００４４】
＜実施例２−３＞有機ケイ素化合物の混合
前記実施例１で製造された水ガラスに有機ケイ素化合物を投入して無機バインダーを合成した後、前記実施例２−１と同じ方法で吸湿性評価を行った。これによる結果は下記の表４に示した。
【００４５】
【表４】
0006465976.tif 000005
【００４６】
前記実施例２は、添加剤の混合による無機バインダーの吸湿性を評価したものである。
【００４７】
前記実施例２−１は、水ガラスにＬｉ系耐水性添加剤を投入して無機バインダーを合成したものであって、表２を参照すると、Ｌｉ系耐水性添加剤の含有量が高いほど、バインダーの残存率及び粘度が増加することを確認できるため、Ｌｉ系耐水性添加剤の含有量が増加するほど、耐水性が向上し粘度が増加することが分かる。
【００４８】
また、前記実施例２−２は、水ガラスにナノシリカを投入して無機バインダーを合成したものであって、前記表３を参照すると、無機バインダーを構成するケイ素の含有量が増加することにつれてバインダー残存率及び粘度が増加することを確認できるため、ナノシリカの含有量が増加するほど、耐水性が向上し粘度が増加することが分かる。
【００４９】
また、前記実施例２−３は、水ガラスに有機ケイ素化合物を投入して無機バインダーを合成したものであって、前記表４を参照すると、有機ケイ素化合物の含有量変化によるバインダー残存率の変化が少ないことにより、有機ケイ素化合物は、無機バインダーの耐水性改善には大きく寄与しないことが分かる。その反面、有機ケイ素化合物の含有量が増加するほど粘度が低くなることを確認することができた。
【００５０】
＜実施例３＞無機バインダーの焼着改善の評価
＜実施例３−１＞焼着防止添加剤が含まれていない無機バインダー
前記実施例１で製造された水ガラスにＬｉ系耐水性添加剤、ナノシリカ及び有機ケイ素化合物を添加・合成して無機バインダーを製造した。前記製造された無機バインダーをＡＳＦ５５ベトナム砂を使用して中子を製造し、砂量に対して１〜４％の前記バインダーを混合し、１７５ｘ２２．４ｘ２２．４ｍｍ（ＬｘＷｘＨ）の長方形状の試験中子を製造した。その後、低圧鋳造を通じて焼着の可否を確認した。その結果を図３に示した。
【００５１】
前記図３を参照すると、前記バインダーは、水ガラスを基盤とした液状からなっており、熱間性質及び耐熱性が不足して砂が金属表面に残留する焼着問題が発生することを確認することができた。
【００５２】
＜実施例３−２＞焼着防止添加剤を含む無機バインダー
前記実施例３−１で製造されたバインダーを焼着防止添加剤である１〜１０％の単糖類または多糖類と合成した後、前記実施例３−１と同じ方法で試片を製造し、低圧鋳造を通じて焼着試験を進めた。その結果は、下記の図４及び図５に示した。
【００５３】
前記図４は、単糖類を添加した場合であり、図５は、多糖類を添加した場合であって、これを参照すると、多糖類、及び単糖類を含む焼着防止添加剤を使用した無機バインダーの場合、焼着が発生しないことを確認することができた。これは、添加された多糖類、及び単糖類が溶湯と接触したとき炭化しながら鋳物表面の表面エネルギーを低めて焼着を防ぐ役割をするものと判断される。
【００５４】
＜実施例４＞無機バインダーを用いて作製された中子の強度変化
前記実施例２−１乃至実施例２−３で製造された無機バインダーを使用して中子を製造した後、それぞれの中子に対して強度の変化を測定した。すなわち、前記実施例２−１乃至実施例２−３は、Ｌｉ系耐水性添加剤、ナノシリカ及び有機ケイ素化合物をそれぞれ添加して製造した無機バインダーであって、これによって製造された試料１乃至試料１２のそれぞれに対して中子を製造した。
【００５５】
また、焼着防止添加剤に前記実施例２−１乃至実施例２−３によって製造された試料１乃至試料１２をＬｉ系耐水性添加剤、ナノシリカ、有機ケイ素化合物が全て含まれるように投入し前記焼着防止添加剤と混合することで、Ｌｉ系耐水性添加剤、ナノシリカ、有機ケイ素化合物、及び焼着防止添加剤が全て含まれた無機バインダーを製造し、これを用いて中子を製造し強度の変化を測定した。
【００５６】
中子の製造及び強度変化の測定は、鋳物使用ミキサー機（ＹＯＵＮＧＪＩＮ  ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ  ＣＯ．，ＬＴＤ）にＡＦＳ  ５５ベトナム砂の砂量に対して１〜４％の前記それぞれの無機バインダーを混合して混練砂を用意し、前記用意した混練砂を鋳物用試験中子機（ＹＯＵＮＧＪＩＮ  ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ  ＣＯ．，ＬＴＤ）を使用して１７５ｘ２２．４ｘ２２．４ｍｍ（ＬｘＷｘＨ）の長方形状の試験中子を製造してＫＳ  Ａ  ５３０４に準じて圧縮強度試験を行った。
【００５７】
＜実施例４−１＞Ｌｉ系耐水性添加剤の含有量による中子の強度測定
前記実施例２−１のＬｉ系耐水性添加剤の含有量を異なるようにして合成した無機バインダー試料１乃至試料４を使用して中子を製造した。前記試料それぞれに対して製造された中子をＣｏｒｅ１乃至Ｃｏｒｅ４とラベリングし、それぞれの中子に対して強度を測定して図６に示した。
【００５８】
図６を参照すると、Ｌｉ系耐水性添加剤によって中子の強度が増加することによって、Ｃｏｒｅ２ではｃｏｒｅ１に比べて３倍向上した中子の強度を確認することができる。その反面、Ｃｏｒｅ３ではＬｉ系耐水性添加剤の含有量がＣｏｒｅ２に比べてより増加したが、中子の強度はＣｏｒｅ２に比べて低下することを確認することができた。これは、前記実施例２−１で確認できるようにＬｉ系耐水性添加剤の含有量が増加することによって無機バインダーの粘度が増加して砂流動性が低下することによって中子の充填性が劣るためであると判断される。
【００５９】
＜実施例４−２＞ナノシリカの含有量による中子の強度測定
前記実施例２−２のナノシリカの含有量を異なるようにして合成した無機バインダー試料５乃至試料８を使用して中子を製造した。前記試料それぞれに対して製造された中子をＣｏｒｅ５乃至Ｃｏｒｅ８とラベリングし、それぞれの中子に対して強度を測定して図７に示した。
【００６０】
図７を参照すると、ナノシリカの含有量増加は、中子の強度を向上させるが、前記ナノシリカ含有量が一定量以上に増加すると、かえって強度が低下することを確認することができた。これは、前記実施例２−２で確認できるように、ナノシリカの含有量が増加することによって粘度が増加し、過量のシリカ粒子が存在することで無機バインダーの硬化を妨げるためであると判断される。また、過量のナノシリカは、無機バインダーの合成過程で充分反応しないと判断される。
【００６１】
＜実施例４−３＞有機ケイ素化合物の含有量による中子の強度測定
前記実施例２−３の有機ケイ素化合物の含有量を異なるようにして合成した無機バインダー試料９乃至試料１２を使用して中子を製造した。前記試料それぞれに対して製造された中子をＣｏｒｅ９乃至Ｃｏｒｅ１２とラベリングし、それぞれの中子に対して強度を測定して図８に示した。
【００６２】
図８を参照すると、有機ケイ素化合物の含有量は、中子強度に大きな影響を及ぼさないことが示されたが、前記実施例２−３の表４で確認できるように、有機ケイ素化合物の含有量が増加するほど粘度が低下するため、中子の成形に必要な流動性を有した中子を製造するためには、前記有機ケイ素化合物の適切な混合が必要であると判断される。
【００６３】
＜実施例４−４＞Ｌｉ系耐水性添加剤、ナノシリカ、有機ケイ素化合物、及び焼着防止添加剤を含むか否かによる中子の強度測定
焼着防止添加剤に前記実施例２−１乃至実施例２−３によって製造された試料１乃至試料１２をＬｉ系耐水性添加剤、ナノシリカ、有機ケイ素化合物が全て含まれるように投入し、前記焼着防止添加剤と混合することで、Ｌｉ系耐水性添加剤、ナノシリカ、有機ケイ素化合物、及び焼着防止添加剤が全て含まれた無機バインダーを製造し、これを用いて中子を製造した。
【００６４】
前記製造された中子は、Ｃｏｒｅ１３乃至Ｃｏｒｅ１６とラベリングし、それぞれの中子の組成及び強度に対する結果は、下記の表５と図９に示した。
【００６５】
【表５】
0006465976.tif 000006
【００６６】
前記表５及び図９を参照すると、従来の常用化して使用されている無機バインダー（ドイツＡ社）より前記添加剤を投入して製造された無機バインダーの強度値が大きく示されることを確認することができた。これは、前記添加剤が相互補完されて中子の強度を向上させるものと判断される。
【００６７】
＜実施例５＞無機バインダーを用いて作製された中子の耐水性の変化
前記実施例４−４で作製された中子であるＣｏｒｅ１３乃至ｃｏｒｅ１６を恒温恒湿器内の湿度が３８℃、６５％で３０ｇ／ｍ３の絶対湿度を有する条件で３時間放置した後、中子それぞれの強度を測定して中子の耐水性を確認した。その結果を図１０に示した。
【００６８】
図１０を参照すると、従来、常用化して使用されている無機バインダー（ドイツＡ社）は、耐水性に弱く３０ｇ／ｍ３の絶対湿度で３時間放置したとき、自重による崩壊及び強度の低下によって使用が不可能な状態になることを確認することができた。その反面、Ｌｉ系耐水性添加剤、ナノシリカ、有機ケイ素化合物、及び焼着防止添加剤を全て含む無機バインダーで製造された中子は、吸湿試験の際に従来に常用化して使用されている無機バインダー（ドイツＡ社）より高い強度を示しており、自重による中子崩壊を示さなかった。
【００６９】
特に、Ｃｏｒｅ１４とＣｏｒｅ１６の場合、優れた耐水性を示した。
【００７０】
＜実施例６＞無機バインダーを用いて作製された中子の特性の評価
前記実施例４−４で製造した中子であるＣｏｒｅ１６と既存のドイツＡ社の製品で製造した中子に対してその特性を比較評価し、表６及び図１１に示した。
【００７１】
【表６】
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【００７２】
前記表６及び図１１を参照すると、Ｌｉ系耐水性添加剤、ナノシリカ、有機ケイ素化合物、及び焼着防止添加剤が全て含まれた無機バインダーを用いて製造された中子であるＣｏｒｅ１６の場合、既存のドイツＡ社と比較して全般的に改善された物理的特性を示すことを確認することができた。
【００７３】
すなわち、前記本発明の無機バインダーによって製造された中子であるＣｏｒｅ１６の場合、既存のドイツＡ社と比較して強度において６０．４Ｎ／ｃｍ２が増加した２３３．３Ｎ／ｃｍ２と優れた強度を示すばかりか、流動性と焼着及び脱砂において改善された物理的特性を示すことを確認することができた。
【００７４】
特に、前記本発明の無機バインダーによって製造された中子であるＣｏｒｅ１６の場合、耐水性において絶対湿度３０ｇ／ｍ３の条件で３時間を放置した後にも優れた強度を示すばかりか、自重による中子崩壊が示されていないが、ドイツＡ社の場合には前記同一条件で１時間放置することに限って優れた強度を示すことを確認できたため、本発明の無機バインダーによって製造された中子の場合、既存のドイツＡ社より耐水性が著しく改善されたことを確認することができた。
【００７５】
前記結果を参照すると、本発明の鋳造用無機バインダーは、水ガラスにＬｉ系耐水性添加剤、ナノシリカ、有機ケイ素化合物、及び焼着防止添加剤を全て含むことで、流動性を保ちながらも強度及び耐水性を改善し焼着を防止して脱砂が容易であることによって、作業効率を向上させるのはもちろん、常用化が可能であろうと判断される。
【００７６】
また、前記本発明の無機バインダーを使用することで、全般的に強度、流動性、耐水性、脱砂、焼着が改善された環境に優しい鋳型及び中子を作製することができると判断される。
【００７７】
以上のように、本発明は、限定された実施例によって説明されたが、本発明は、これによって限定されるものではなく、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術思想と添付の特許請求の範囲の均等範囲内で様々な修正及び変形ができるのは当然である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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