Производство черных и цветных металлов
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
В°ктивные вещества (ПАВ) ДС-РАС, сульфанол вводят в растворы при гидролизе ЭТС без органических растворителей (0,05-0,1 мас.%), с целью понижения междуфазной энергии (ЭТС и воды), а также улучшения смачивания суспензией поверхности моделей.
Гидролиз этилсиликата
В качестве исходного материала для приготовления связующего оболочковых форм широко применяют этилсиликат. ЭТС - смесь этиловых эфиров ортокремневой кислоты - жидкость с температурой кипения 438 К, плотностью 980-1050 кг/м3. В состоянии поставки ЭТС представляет собой смесь эфиров с различной молекулярной массой, например смесь моноэфира (С2Н5О)4Si, содержащего 28,8 % SiO2, диэфира (C2H5O)6Si2O, содержащего 35,1 % SiO2, триэфира (С2Н5O)8Si3O2, содержащего 39,7 % SiO2, и так далее (тетра, пентаэфиры).
Химический состав ЭТС в разных партиях может отличаться, поэтому каждая партия должна иметь сертификат, в котором указывается общее содержание этоксильных групп, SiO2, примесей и т. д.
Цель гидролиза состоит в придании ЭТС связующих свойств.
Сущность реакции гидролиза состоит в том, что в процессе химической реакции этоксильные группы (С2Н5О) замещаются на гидроксильные ОН. В результате реакции гидролиза получают коллоидные растворы кремнекислот (золи), из которых при сушке и прокаливании форм выделяется собственно связующее SСЦО2, соединяющее зерна огнеупорной основы суспензии.
Гидролиз - реакция между ЭТС и водой. Трудность ее проведения состоит в том, что ЭТС и вода взаимно не растворяются. Поэтому, как правило,- при реакции гидролиза ЭТС применяют органические растворители - спирты, ацетон, которые растворяют и ЭТС, и воду. Растворители удаляются при сушке и прокаливании форм.
Реакция гидролиза может осуществляться любым количеством воды. При гидролизе этоксильные группы (С2Н5О) замещаются (частично или полностью) гидроксилами (ОН). Например, при гидролизе моноэфира небольшим, количеством воды
Если на одну этоксильную группу приходится 0,5 моля воды, то
Это количество воды принято iитать стехиометрической нормой. Одновременно с гидролизом в растворе протекает реакция поликонденсации
В результате образуются соединения характеризующиеся продольными связями в цепи
где R - этоксильная группа
В присутствии катализаторов, например НС1, могут образовываться и поперечные связи, соединяющие ионы через кислород в сетчатые структуры.
При наличии таких структур прочность связующего повышается, увеличивается и прочность формы. В итоге структура связующего имеет вид неорганического полимера. Эти растворы обладают свойствами истинных растворов. Гидролизованный раствор содержит более 18 % SiО2, его вязкость не изменяется при хранении; пленка раствора сохнет на воздухе медленно и обратимо.
При гидролизе большим количеством воды образуются различные кремниевые кислоты
Кремниевые кислоты неустойчивы и образуют золи, однако одновременно в растворах протекают реакции поликонденсации. Поэтому такие растворы представляют собой смесь коллоидных и истинных растворов. Гидролизованный раствор содержит 14-18% SiO2. При хранении таких растворов их вязкость повышается, оболочки высыхают и твердеют на воздухе более длительное время; для завершения процессов гидролиза и поликонденсации необходима сушка во влажном воздухе. При гидролизе ЭТС с большим избытком воды, например
Появляются кремниевые кислоты, которые конденсируются и образуют крупные мицеллы. Гидролизованный раствор содержит 10-12 % SiO2. Растворы имеют свойства коллоидных растворов. При хранении их вязкость быстро повышается, происходит желатинизация. Пленки высыхают на воздухе, образуя сетку трещин; прочность оболочки получается невысокой. Таким образом, в зависимости от количества воды при гидролизе получают различные по составу, физико-химическим и технологическим свойствам связующие растворы, от которых зависят свойства оболочковых форм и условия их сушки.
Скорость реакции гидролиза невелика, для повышения этой скорости раствор интенсивно перемешивают. Реакция гидролиза - экзотермическая (идет с выделением теплоты). Поэтому cocуды и аппараты, в которых ведут гидролиз, - гидролизеры - охлаждают проточной водой. Кинетика изменения температуры раствора показана на рис. 38, а.
Типы связующих растворов этилсиликата.
При приготовлении суспензии используют три, типичных варианта гидролиза ЭТС, когда количество воды в 2 раза меньше стехиометрической нормы, в 1,1 - 1,4 раза больше и значительно больше.
Соответственно при гидролизе получают растворы трех различных типов: при малом количестве воды - истинный (гомогенный), при среднем - смешанный, при большом - коллоидный раствор кремнекислот (табл).
Растворы 1 типа - истинные (гомогенные), создающие пленки связующего, которые высыхают на воздухе медленно и обратимо, т. е. способны набухать при нанесении следующего слоя суспензии. Раствор легко гидролизуется влажным аммиаком с образованием геля кремнекислоты. При этом твердение оболочки необратимо. Оболочки имеют высокую прочность.
Растворы II типа - смесь гомогенных и коллоидных растворов - создают оболочки, которые упрочняются и высыхают более длительное время, чем при гидролизе большим количеством воды. Для сушки требуется повышенная влажность воздуха, чтобы процессы гидролиза и поликонденсации были завершены. Растворы III типа (коллоидные) позволяют сушить оболочки в сухом воздухе за 2-4 ч. Стойкость гидролизованного р