주조공정 중 주형제조 시 점결제로 사용되는 silicate계 바인더의 주요원료 중 하나인 물유리와 첨가제(Si, 알칼리 금속)의 혼합특성을 살펴보았다. 물유리와 첨가제 그리고 비율에 따라 제조된 혼합물은 FT-IR분석을 통해 분자결합구조를 살펴보았으며, 점도측정으로 분자구조와의 상관관계를 비교하였다. 물유리에 Si 소스의 제공은 물질 내 Si 망상결합을 촉진시켜 점도는 증가하였고, 알칼리 금속을 첨가하였을 경우에 물유리의 Si 망상결합을 억제하여 점도가 낮아졌다. 물유리와 리튬실리케이트(lithium silicate, LS)의 혼합물의 점도는 LS의 함량이 20 wt% 이하에서는 LS의 함량이 증가할수록 증가하였지만, 20 wt%를 초과할 경우 점차 낮아졌다. 물유리에 KOH를 첨가함으로써 점도를 낮출 수 있었으며, 콜로이달 실리카(colloidal silica, CS) 또는 potassium methyl siliconate (PMS)와의 혼합을 효과적으로 이용하는 데 이용할 수 있다.
주조공정 중 주형제조 시 점결제로 사용되는 silicate계 바인더의 주요원료 중 하나인 물유리와 첨가제(Si, 알칼리 금속)의 혼합특성을 살펴보았다. 물유리와 첨가제 그리고 비율에 따라 제조된 혼합물은 FT-IR분석을 통해 분자결합구조를 살펴보았으며, 점도측정으로 분자구조와의 상관관계를 비교하였다. 물유리에 Si 소스의 제공은 물질 내 Si 망상결합을 촉진시켜 점도는 증가하였고, 알칼리 금속을 첨가하였을 경우에 물유리의 Si 망상결합을 억제하여 점도가 낮아졌다. 물유리와 리튬 실리케이트(lithium silicate, LS)의 혼합물의 점도는 LS의 함량이 20 wt% 이하에서는 LS의 함량이 증가할수록 증가하였지만, 20 wt%를 초과할 경우 점차 낮아졌다. 물유리에 KOH를 첨가함으로써 점도를 낮출 수 있었으며, 콜로이달 실리카(colloidal silica, CS) 또는 potassium methyl siliconate (PMS)와의 혼합을 효과적으로 이용하는 데 이용할 수 있다.
In this study, the mixing characteristics of water glass and additives (Si, alkali metal), which are one of the main raw materials of silicate based binder used in the production of molds during casting process, were examined. Molecular structures of water glass, additives and mixtures were analyzed...
In this study, the mixing characteristics of water glass and additives (Si, alkali metal), which are one of the main raw materials of silicate based binder used in the production of molds during casting process, were examined. Molecular structures of water glass, additives and mixtures were analyzed FT-IR and viscosity measurements and their correlation were compared. The addition of Si source to the water glass accelerated the Si networking in the material and increased the viscosity. When the alkali metal was added, the viscosity of the water glass decreased by suppressing the Si networking of the water glass. Viscosities of the water glass and lithium silicate (LS) mixtures increased when the content of LS was less than 20 wt% and gradually decreased when the content was more than 20 wt%. By adding KOH to the water glass, the viscosity could be lowered and it could be used effectively to mix with colloidal silica (CS) or potassium methyl siliconate (PMS).
In this study, the mixing characteristics of water glass and additives (Si, alkali metal), which are one of the main raw materials of silicate based binder used in the production of molds during casting process, were examined. Molecular structures of water glass, additives and mixtures were analyzed FT-IR and viscosity measurements and their correlation were compared. The addition of Si source to the water glass accelerated the Si networking in the material and increased the viscosity. When the alkali metal was added, the viscosity of the water glass decreased by suppressing the Si networking of the water glass. Viscosities of the water glass and lithium silicate (LS) mixtures increased when the content of LS was less than 20 wt% and gradually decreased when the content was more than 20 wt%. By adding KOH to the water glass, the viscosity could be lowered and it could be used effectively to mix with colloidal silica (CS) or potassium methyl siliconate (PMS).
본 연구에서는 silicate계 바인더 특히 물유리의 흡습성 문제 개선과 바인더와 주물사간 유동성 및 가사시간 등 주조성 향상을 위해 물유리와 Si 제공이 가능한 다양한 물질과 KOH의 혼합에 따른 특성변화를 살펴보고자 하였다. 물유리와 혼합 대상물질 각각의 FT-IR분석과 함께 일정성분비로 혼합한 혼합물의 IR spectrum을 측정하여 작용기의 변화를 확인하고자 하였으며, 혼합물의 점도변화를 관찰함으로써 향후 원료배합 시 혼합특성과 주물사와의 혼합특성 등의 예측에 활용코자 하였다.
제안 방법
본 연구에서는 silicate계 바인더 특히 물유리의 흡습성 문제 개선과 바인더와 주물사간 유동성 및 가사시간 등 주조성 향상을 위해 물유리와 Si 제공이 가능한 다양한 물질과 KOH의 혼합에 따른 특성변화를 살펴보고자 하였다. 물유리와 혼합 대상물질 각각의 FT-IR분석과 함께 일정성분비로 혼합한 혼합물의 IR spectrum을 측정하여 작용기의 변화를 확인하고자 하였으며, 혼합물의 점도변화를 관찰함으로써 향후 원료배합 시 혼합특성과 주물사와의 혼합특성 등의 예측에 활용코자 하였다.
중자용 무기바인더의 주요 원료로 사용가능한 물유리와 그 첨가제로 사용될 수 있는 LS, CS, PMS 및 KOH를 다양한 비율로 배합하여 혼합물의 점도와 FT-IR 분석을 실시하였으며, 조사한 결과는 다음과 같다.
성능/효과
(1) 물유리와 LS, CS 그리고 PMS의 개별물질에 대한 FT-IR 분석결과, 물유리와 LS는 silicate 용액으로 대체로 유사한 흡수밴드를 가지며 Li+과 Na+ 이온의 내부 interaction에 따른 흡수밴드 차이를 보였으며, CS는 SiO2가 콜로이드 상태로 분산된 용액로 SiO2의 고유 흡수밴드만 존재함을 확인하였다. PMS에서는 주요 작용기인 Si-CH2, Si-C의 흡수밴드를 확인할 수 있었으며, Si-O(H) 또는 Si-O(K)로 예측되는 다양한 흡수밴드가 관찰되었다.
(2) 물유리에 일정비율로 LS를 혼합한 시료의 점도측정결과 20 wt% 미만의 LS 혼합 시에는 점도가 증가하였으나 20 wt% 이상일 경우 점도는 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 물유리에 KOH를 첨가할 경우 첨가량이 증가할수록 점도는 낮아지는 것을 확인하였다.
(3) 물유리에 CS와 PMS를 단순 혼합할 경우 서로 다른 이유로 혼합이 이루어지지 않았으나, KOH를 첨가함으로써 원활한 혼합을 유도할 수 있었다. 이를 통해 silicate계 바인더의 주조성 향상을 위한 다양한 특성부여 방안이 확보될 수 있을 것으로 판단된다.
후속연구
(3) 물유리에 CS와 PMS를 단순 혼합할 경우 서로 다른 이유로 혼합이 이루어지지 않았으나, KOH를 첨가함으로써 원활한 혼합을 유도할 수 있었다. 이를 통해 silicate계 바인더의 주조성 향상을 위한 다양한 특성부여 방안이 확보될 수 있을 것으로 판단된다.
물유리 중 Na+ 이온이 결합을 관여하는 흡수밴드는 O-Si-O 결합 중 인접 이온(H+, Na+)에 따라 다르게 나타나지만, 전체 이온비율에 비해 K+의 양이 크지 않고, 전체적으로 수화된 상태로 (H)O-Si-O(K) 또는 (K)O-Si-O(K)와 같은 흡수밴드는 관찰하기가 어려웠다. 하지만 비교적 소량의 첨가량으로도 물유리의 점도를 큰 폭으로 변화시킬 수 있었고, 향후 주조용 바인더로 활용 시 유동성 조절제로 활용할 여지가 있음이 확인되었다. ;
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
물유리를 만드는 방법은 무엇인가?
물유리는 보통 규사와 가성소다(또는 소다회)를 반응시켜 제조하는데, 실리카(SiO2)와 알칼리 금속산화물(M2O, M은 Na, K, Li)이 결합된 알칼리 실리케이트의 한 종류이다[7]. 국내에 시판 중인 물유리는 보통 Na2O⋅nSiO2⋅xH2O의 형태로 판매되고 있으며, 나트륨 이외에 칼륨이나 리튬으로 제조된 칼륨 실리케이트, 리튬 실리케이트도 판매되고 있다.
Salt 바인더는 무엇으로 구성되어 있는가?
주물사용 무기바인더로 가장 많이 연구되고 있는 바인더로는 수용성 염화합물로 구성된 salt 바인더[3,4]와 알칼리 실리케이트 수용액이 주성분인 silicate 바인더[5,6]가 있다. Salt 바인더는 다양한 염류(salts)와 물 그리고 기타 첨가제로 구성되어 있다. 이 바인더가 주물사와 혼합되면 습윤성을 가지는 혼련사가 되는데, 이 혼련사를 특정 모양의형틀에 넣어 고온에서 탈수시키면 바인더의 결정화가 진행되어 주조가 가능한 강도를 가지는 주형이 된다.
혼련사를 이용해 주조를 진행했을 때 생기는 문제점은 무엇인가?
이 바인더가 주물사와 혼합되면 습윤성을 가지는 혼련사가 되는데, 이 혼련사를 특정 모양의형틀에 넣어 고온에서 탈수시키면 바인더의 결정화가 진행되어 주조가 가능한 강도를 가지는 주형이 된다. 하지만 이 공정으로 발생되는 폐주물사의 경제적 재생이 어렵다는 단점이 있다. 특히 황산마그네슘을 주원료로 하는 salt 바인더는 습도조절 문제로 규산염 기반의 원료물질로 대체되고 있다.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.