Способ приготовления этилсиликатного связующего

 

Изобретение относится к литейному про изводству, в частности к изготовлению отливок точным лигьем, и может быть использовано для получения этилсиликатного связующего. Цель изобретения - повышение качества связующего, стабилизация его характеристик и повышение качества форм и стержней . Способ включает гидролиз этилсиликата, в процессе которого осуществляют непрерывное измерение удельного сопротивления гидрол изуемого этилсиликата, и при достижении соотношения его к удельному сопротивлению исходного этилсиликата (0,6-1,6) для этилсиликага-40 и (0,3-0,7) 10 для этилсиликата-32 вводят разбавитель. 1 ил , 2 табл.

СО!ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧFСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„5Ц „„175248О А1 (51)5 В 22 С 1 /16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ю . ° °, „ у",ю. °

К ДВТОРСКО!"У!У г ВИ,Ц!. ПЛЬСТВУ.(21) 4760914/02 (22) 20.11.89 (46) 07.08.92. Бюл, М 29 (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского KQMc0MoJ18 (72) В.M,Àëåêñàíäðîâ, А,M,Êàðêàðèí, Б.А,Кулаков, А,А,Солодянкин, В,И.Швецов, В.А,Иоговский и Н,И,Анкудинов (56) Литье по выплавляемым моделям, / Под ред. Я,И,Шкленкина и В.А,Озерова. — M„

1984, с, 220.

Там же, с. 191 — 193.

{54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЭТИЛСИЛИКАТНОГО СВЯЗУЮЩЕГО

Изобретение относлтся к области литейного производства и может использоваться для контроля процесса приготовления этилсиликатных связующих, которые получают раздельным методом путем гидролиза этилсиликата-40 (ЭТС-40) или этилсиликата-32 (ЗТС-32) с последующим введением в высококонцентрированный гидролизат неорганического или органического разбавителя или их смеси, Этилсиликатные связующие, получение которых отличается отсутствием органического растворителя при гидролизе и сопровождается введением разбавителя, например, воды, .в определенный момент реакции, согласно известной классификации Я.И,Шкленника относятся к связующим растворам типа ВС-1. Их преимуществом по сравнению страд,иционными связующими, например типа ОРГ-3, приготовляемыми в среде органического растворителя, являют(57) Изобретение относится к литейному производству, в час ности к изготовлению отливок точным литьем, и может быть использовано для получения этилсиликатного связующего. Цель изобретения — повышение качества связующего, стабилизация его характеристик и повышение качества форм и стержней. Способ включает гидролиз этилсиликата, в процессе которого осуществляют непрерывное измерение удельного сопротивления гидролизуемого этилсиликата, и при достижении соотношения его к удельному сопротйвлению исходного этилслликата (0,6 — 1,6) 10 для этилсиликата-40 и (0,3-0,7) 10 для этилсиликата-32 вводят разбав|лтель. 1 ил., 2 табл.

1 ся сокрагцение времени приготовления и хранения до начала применения в суспензии, ф экономия дефицитного этилового спирта и уменьшение загрязнения производственных ей помещений токсичными парами растворителя, Особенностью приготовления связую- (Я щего типа ВС-1 раздельным методом является многостадийность процесса гидролиза фь. и его качество во многом определяется сво- ()!,") евременным введением разбавителя в гид- ) ролизат в процессе приготовления, В отсутствие взаимного растворителя гидролиз протекает вначале на поверхности раздела этилсиликат-вода, т.е, в отдельных частях обьема смеси. По мере замещения этоксильных групп этилсиликата гидро ксильными группами воды наряду с образованием поликремниевь!х кислот выделяется этиловый спирт, растворяющий как этилсиликат, так и воду. B определенный момент

1752480 протекание реакции переходит в гомогенную стадию, т.е, гидролиз начинает идти во всем обьеме смеси, При этом значительно возрастают скорость реакции и количество выделяющегося тепла, вызывающие резкое возрастание температуры смеси выше

50 C. Чтобы снизить скорость гидролиза и температуру смеси, приводящие в ряде случаев к свариванию продуктов реакции и выбросу геля на стенки гидролизера, на гомогенной стадии при достижении определенной степени гидролиза необходимо незамедительное ввел, ение в смесь разбавителя, например воды. Таким образом, время начала введения разбавителя в гидролизуемый этилсиликат является наиболее ответственным параметром, определяющимм качество и риготовлеrl èÿ связующего без органического растворителя. Преждевременный ввод разбавителя до перехода реакции гидролиза в гомогенную стадиЮ не позволяет вступить в реакцию всему этилсиликату, в запоздалое разбавление гидролизованного раствора приводит к ух -шению или даже полной потере техноло: ических свойств связующего, Для установления точного момента разбавления необходим экспресс-контроль протекания гидролиза этилсиликата.

Известен способ контроля качества гидролизованного этилсиликата-40 по ИК-спектру. Однако применение данного способа возможно только после приготовления связующего и требует использования дорогостоящих спектрофотометров, Контроль качества приготовления этилсиликатного связующего осуществл я ю" та кже посредством измерения температуры гидролизуемой смеси, Значительное повышение температуры перемешиваемой смеси указывает на качественное протекание реакции гидролиза этилсиликата, Вместе с тем, по значениям данного параметра нельзя с необходимой точностью установить время введения в гидролизуемый раствор разбавителя, поскольку температура зависит от качества и времени хранения исходного этилсиликата, количества воды и катализатора при гидролизе, скорости перемешивания, исходной температуры компонентов и ряда других фак1оров, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ

K0HTp0ëÿ этилсиликатного связующего "lo активности иОнов водорода pecTElop (ph) с помощью pH-MGTpoB. Контроль Основан на преобразовании ЭДС электродной системы в постоянный ток, пропорциональный измеряемой величине.

Приведенный известный способ контроля по значениям рН обладает следующими недостатками; не позволяет установить точное время начала разбавления гидроли5 зуемого этилсиликата, поскольку рН мало изменяется в ходе гидролиза и зависит, в основном, от количества вводимого катализатора; длительность установления показаний (3-10 мин) значений рН на приборе;

10 сложность подготовки рН-метров к работе, проверки и настройки при их эксплуатации; применение стеклянных электродов, легко выходящих из строя в перемешивающихся жидкостях.

15 Lierü изобретения — стабилизация и повышение качества этилсиликатного связующего. достижение оптимальных технологических свойств суспензии и максимальной прочности форм и стержней на нем за счет определения

20 точного времени начала введения разбавителя в гидролизуемый этилсиликат.

Поставленная цель достигается тем, что в способе экспресс-контроля ввода разбавителя и ри приготовлении зтилсиликатного связу25 ющ го, получаемого путем гидролиза этилсиликата с последующим введением разбавителя, включающем регистрацию электрических параметров раствора, контроль осуществляют посредством непрерывного

30 измерения удельного электросопротивления раствора в ходе реакции гидролиза, значения отношения которого к величине удельного электросопротивления исходного этилсиликата на момент введения разбавителя должны

35 находиться в пределах (0,6...1,б) 10 для связующего из этилсиликата-40 и (0,3.„0,7) .10 для связующего из этилсиликата-32.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что реакция гидролиза этилси40 ликата, т.е, замещение этоксильных групп гидроксильными группами воды, сопровождающаяся выделением поликремниевых кислот и этилового спирта, вызывает значительное уменьшение удельного электросоп45 ротивления гидролизуемой смеси (o rggp} по сравнению с удельным электросопротивлением исходного этилсиликата (p cx), поэтому по значениям р гидр можно осуществлять контроль хода гидролиза, а по величине

50 prf4r,p/p сх с высокой точностью определять момент введения разбавителя в гидролизат на гомогенной стадии реакции.

На чертеже приведена схема измерения удельного сопротивления, 55 Электросопротивление раствора измерялось с помощью пары никелевых датчиков 3, опущенных в раствор, на которые подавалось с прибора Б5-47 постоянное напряжение Е, равное 3 В. Показания ядр

1752480

20 снимали при помощи потенциометра КСП-4 путем регистрации падения напряжения на шунте 4, сопротивление R

Значения удельного электросопротивления раствора (ргидр, Ом см ) находим по формуле р гидр= — I ш(— U ")

S Е где S — площадь никелевых датчиков, $=4 см;

I — расстояние между датчиками, l--8 см;

R< — сопротивление шунта, R<>=-4,7 Ом;

Š— постоянное напря>кение, подаваемое на датчики, Е=З В;

U< — падение напряжения на шунте, В, Удельное электросопротивление исходных этилсиликатов измерялось перед приготовлением связующих растворов и составляло в пределах (4,2...6) 10 Ом. м

6 для ЭТС-40 и в пределах (9,8...11,2) 10

Ом,см для ЭТС-32. Предварительная градуировка шкалы прибора на значения /3 гидр и отношенияр гидр/р исх производилась исходя из величин падения напряжения на шунте UUl. достигаемых в процессе гидролиза этилсиликата.

Точное определение момента разбавления гидролизованного этилсиликата в пределах гомогенной стадии реакции производилось по отношению р гидр//> исх, оптимальные значения которого находили путем оценки качества и технологических свойств связующих, отличающихся временем разбавления, Показателями оценки качества приго/ товленных связующих служили смачивающая способность и живучесть суспензии на них, а также прочность форм в прокаленном и непрокаленном состояниях.

Смачивающую способность суспензии оценивали по известной методике, основанной на способности различных связующих к капиллярному проникновению в поры уплотненного мелкодисперсного наполнителя (смеси пылевидного кварца и песка) на разную высоту (Нлр, м). Чем меньше Нпр за равный промежуток времени, тем меньше смачивающая способность суспензии. Живучесть суспензии определяли по времени, в течение которого сохранялась ее технологическая. вязкость. Прочность форм оценивали испытанием при статическом изгибе однослойных образцов-пластин размером (40х20х5) 10 м как до, так и после их прокалки (500 С, 3 ч).

Связующие готовили как из ЭТС-40, так и ЭТС-32 без органического растворителя при гидролизе с последующим разбавлением гидролизата водой до содержания кремнезема 16 мас, /,. Воду при гидролизе

3ТС-40 вводили из расчета ее мольного отношения к этоксильным группам ЭТС-40, равного 0,35...0,8, При гидролизе ЭТС-32 воду вливали из расчета ее мольного отношения к мономеру-тетраэтоксисилану равного

2,4...3,2. Катализатор гидролиза концентрированная соляная кислота плотностью 1,18 г/см давалась с учетом концентрации хлорводорода в гидролизате, равной 0,20..0,30 мас, /.

Гидролиз проводили в лабораторной мешалке при скорости вращения крыльчатки п=1400 об/мин. Разбавление гидролизата осуществляли при различных значениях

/>гидр/ р исх. Суспензию готовили. при постоянном соотношении свежеприготовленных связующих и наполнителя, состоящем из смеси пылевидного кварца и кварцевого песка в соотношении 1:1 по массе, Наполнение суспензии составляло 3,5 кг на 1 л связующего раствора.

Значения отношения удельного электросопротивления гидролизованного ЭТС к его исходному удельному электросопротивлению, т,е, pг- др/р v,сх. при которых вводился разбавитель в гидролизат, и показатели оценки качества связующих из ЭТС-40 и

ЭТС-32 приведены соответственно в табл. 1 и 2, Полученные данные показывают, что стабильное и высокое качество, оптимальные технологические свойства суспензии и наибольшая прочность форм и стержней достигаются приготовлением связующего со временем введения разбавителя, соответствующем значениям отношения р гидр/О исх в пределах (0,6„,1,6) 10 при его получении из ЭТС-40 {табл, 1) и значениям этого отношения в пределах (0,3...0,7) 10- при получе4 нии из ЭТС-32 (табл, 2), При р гидр/р,хниже0,6 10 для ЭТС

40 и ниже 0,3 10 для ЭТС-32 (вар, 1, табл.

1 и 2) значительно снижаются живучесть суспензии и прочность формы вследствие того, что,гидролиз ЭТС практически проходит до конца и процессы поликонденсации и гелеобразования в связующем в отдельных случаях завершаются до начала приготовления суспензии.

Связующие, время разбавления которых соответствовало значениям р гидр//> исх выше

1,6 104для ЭТС-40и выше 0,7 10 для ЭТС32 (вар. б, табл. l и 2) отличались неоднородностью состава, присутствием этилсиликата, 1752480

Таблица1

Б ы сота ка и ил- Жи вч ге лярной про- суспенэ питки

Отношение

Ргидрфисх и ри воде разбаителя, х 10 4 наполнителя пр х10

35 1 2

27

27 .35

48

54

102

Таблица2

Живучесть суспензии ч апилдо пр пр

<и рте

0-3

О, О, 1, 1, 1, О., П р и м е ч а н и е:* ниже оптимальных значений отношения опдр/,х

** выше оптимальных значений отношения ядр/P ;x. не вступившего в реакцию гидролиза, обладали низкой смачивающей способностью и не обеспечивали достаточной прочности форм (табл, 1 и 2). .Таким образом, реализация предлагаемого способа экспресс-контроля ввода разбавителя при получении связующего, приготовляемого гидролизом ЭТС с последующим раэбавлением, позволяет обеспечить стабильность и повышение его качества, оптимальные технологические свойства суспенэии, достичь максимальной прочности форм и стержней. Укаэанный положительный эффект достигается за счет определения точного времени начала введения разбавителя при гидролизе ЭТС по значениям отношения удельного электросопротивления гидролиэованного ЭТС к его исходному удельному электросопротивлению, которые должны находиться в пределах (0,6...1,6) 10 для связующего иэ ЭТС-40 и (О 3...0,7).10 " для ЭТС-32.

Формула изобретения

Способ приготовления этилсиликатного

5 связующего, включающий гидролиз этилсиликата с последующим разбавлением, о т л ич а ю шийся тем, что, с. целью повышения качества связующего, стабилизации его !арактеристик и повышения прочности и каче10 ства форм и стержней путем определения оптимального времени введения разбавителя в гидролизат, в процессе гидролиза зтилсиликата осуществля1от непрерывное измерение удельного сопротивления гидро15 лиэуемого,этилсиликата, а разбавитель вводят по достижении отношения удельного сопротивления гидролизуемого этилсиликата к удельному сопротивлению исходного этилсиликата (0,6...1,6) 10- для этилсиликата-40 и

- 1

20 (0,3...0,7) 10 для этилсиликата-32.

1752480

Составитель В.Александров

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Т.Палий

Редактор О,Хрипта

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2719 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5