주물사(Casting Sand)용 Phenol Binder의 환경 유해성 분석 및 무해화 방안 연구 = A Study on Environmental Hazard(NH3, CH2O) Analysis and Harmfulness Methods of Phenol Binder for Casting Sand

국문 초록 (Abstract)

주조 공정에 사용되는 폐놀계 바인더는 고온 열분해로 인해 포름알데히드, 암모니아와 유해물질을 발생시켜 악취와 인체 건강에 악영향을 끼친다고 보고되고 있다.
본 연구에서는 이러한 환경 문제를 파악하고자 페놀계 바인더의 열분해 성분을 TG/DTG 분석과 검지관법 분석으로 측정하였다. 분석 결과, 페놀계 바인더는 암유발 물질인 포름알데히드와 악취의 원인인 암모니아가 다량으로 발생됨을 확인하였다.
이의 해결 방안으로 Sodium Silicate 계의 무기바인더와 흡습성 개선을 위한 고분자(PVA) 및 첨가제를 적용한 Slurry Composite를 제조하였으며, Spray Drying 방법으로 원사를 코팅 후 경화·성형 특성과 기계적 성능을 페놀 RCS와 비교·검토하였다.
연구 결과, 페놀 RCS(Resin Coated Sand)와 유사한 물성과 포름알데히드, 암모니아 발생이 없는 무기바인더 제조가 가능함을 검증하였다. 본 연구 결과는 국제 환경 규제를 대응할 수 있는 친환경 무기 바인더 설계와 주조 현장에서의 적용성 검토를 위한 기초 자료로 사용될 것으로 기대한다.

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 ⅰ
• 용어정리 ⅱ
• 목 차 ⅲ
• 표 목 차 ⅵ
• 그림목차 ⅶ
• 제1장 서론 1
• 1.1. 연구의 배경(필요성) 1
• 1.1.1. Phenol 코팅 주물사의 문제점 1
• 1.1.2. 국내 법령 및 규제 사항 3
• 1.2. 산업의 특성 4
• 1.3. 산업의 성장성 및 기술 동향 6
• 1.3.1. 주조용 주물사 시장동향 6
• 1.3.2. 국내외 특허 분석 7
• 1.3.3. 기술과 시장 동향(국내) 7
• 1.3.4. 국외 기술 개발 동향 8
• 제2장 문헌 고찰 9
• 2.1. 페놀 수지의 구조 및 특성 9
• 2.1.1. Phenol 종류별 생성 반응 9
• 2.1.2. 노볼락 타입(Novolac-Type) 10
• 2.1.3. 레졸 타입(Resol-Type) 10
• 2.2. 노볼락-헥사민의 열분해 시스템 12
• 2.2.1. 헥사메틸렌테트라민 분해공정(1-step) 12
• 2.2.2. 노볼락과 포름알데히드의 가교반응(2-step) 13
• 2.2.3. Curing Reaction(3-step) 13
• 2.2.4. 포름알데히드, 암모니아 방출량 계산 13
• 2.3. 유해물질 저감 기술 동향 15
• 2.3.1. 바이오 기반 점결제 15
• 2.3.2. 고기능성 고분자 기반의 저유해성 결합제 16
• 2.3.3. 무기 바인더 기반 점결제(SiO2–Na2O 시스템) 16
• 제3장 바인더 종류별 발생 물질 18
• 3.1. Phenol RCS(Resin Coated Sand)의 유해 물질 18
• 3.1.1. BTEX(Benzen, Toluene, Ethyl-Benzen, Xylene) 18
• 3.1.2. 포름알데히드(CH2O) 18
• 3.1.3. 유리 페놀(Free Phenol) 18
• 3.1.4. 휘발성 유기화합물(VOCs) 19
• 3.2. 무기 바인더 시스템의 유해 물질 19
• 제4장 연구 내용 20
• 4.1. 원사(Natural Sand) 분석 20
• 4.2. 무기 바인더 슬러리 설계 24
• 4.3. Spray Drying 기반 건식코팅 공정 27
• 제5장 연구 결과 29
• 5.1. 시편 제작 29
• 5.2. 무기 바인더 함량별 물성비교 29
• 5.3. 무기 바인더 코팅 Sand 유해성 비교 32
• 제6장 결론 및 향후 연구 과제 35
• 6.1. 결론(Conclusion) 35
• 6.2. 향후 연구 과제 35
• 제7장 기대 효과와 활용 방안 36
• 7.1. 기대 효과 36
• 7.2. 활용 방안 37
• 제8장 참고문헌 38
• Abstract 40