СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКОГО СВЯЗУЮЩЕГО Российский патент 1995 года по МПК C08G77/06 B22C1/20 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к получению кремнийорганических связующих на основе этилсиликатов, которые используются при изготовлении керамических оболочковых форм в производстве литья по выплавляемым моделям, противопригарных и антикоррозионных покрытий, керамических масс и т.п.

Известны различные способы получения кремнийорганических связующих путем гидролиза этилсиликата без органических растворителей (водный гидролиз) или с использованием в качестве растворителя этилового, изопропилового спиртов или смеси изопропилового спирта и ацетона [1]
Недостатком указанных способов является то, что получаемые связующие не обеспечивают необходимую технологическую прочность оболочковых форм после прокаливания. Кроме того, связующие не подлежат длительному хранению (не более 20 сут), так как быстро набирают вязкость и огеливаются.

Известен также способ получения связующего для изготовления керамических форм гидролизом этилсиликата в среде органического растворителя в присутствии минеральной кислоты и алкил (арил) фурфурилоксисилоксанового олигомера [2]
Полученное этим способом связующее обеспечивает прочность керамики 2,0-5,5 МПа, но живучесть его не превышает 20 сут, так как происходит значительное возрастание вязкости вплоть до структурирования связующего, что является недостатком указанного способа.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ получения кремнийорганического связующего, по которому гидролиз этилсиликата проводят в среде органического растворителя в присутствии полиметилсилоксановой или полиметилфенилсилоксановой смолы, взятой в количестве, обеспечивающем соотношение SiO₂ в этилсиликате и SiO₂ в смоле, равное (1:1)-(5:1) или (1:1)-(7:1) соответственно при общем содержании SiO₂ в связующем 12-26% в качестве катализатора берут минеральную кислоту [3]
Этот способ позволяет обеспечивать повышение прочности непрокаленной керамики, однако после прокалки при температуре 950^оС происходит разупрочнение полученной керамики на 40-60% и, кроме того, живучесть связующего не превышает 30 сут (образцы гелируют). Это является недостатками данного способа.

Целью изобретения является повышение стабильности связующего при хранении и прочности оболочковых форм на его основе после прокаливания.

Указанная цель достигается тем, что в способе получения кремнийорганического связующего гидролизом этилсиликата в среде органического растворителя в присутствии минеральной кислоты и органосилоксана, в качестве органосилоксана используют гексаметилдисилоксан в количестве 1-15% от массы этилсиликата. Нижний предел содержания гексаметилдисилоксана 1% от массы этилсиликата обусловлен тем, что при снижении содержания гексаметилдисилоксана эффекта улучшения свойств форм и связующего не происходит. Верхний предел количества гексаметилдисилоксана 15% от массы этилсиликата обусловлен тем, что при его увеличении происходит снижение прочности керамики в холодном (не прокаленном) состоянии.

П р и м е р 1. В реактор, снабженный мешалкой, загружают 150 кг этилсиликата-40. При перемешивании в реактор вводят смесь 0,54 кг 35%-ной HCl и 3,75 кг абсолютированного этилового спирта. Затем к полученной смеси добавляют 4,5 кг (3% от массы этилсиликата) гексаметилдисилоксана и выдерживают реакционную смесь при перемешивании в течение 2 ч. После этого в реактор вводят водно-спиртовую смесь, состоящую из 205 кг абсолютированного этилового спирта и 17 кг воды. Перемешивание продолжают в течение еще 1 ч. Получают 375 кг кремнийорганического связующего, содержащего 16% SiO₂. Время гелеобразования 530 с. Живучесть 340 сут. Прочность оболочек форм: не прокаленных 4,7 МПа; прокаленных при 900^оС в течение 2 ч и охлажденных до комнатной температуры 9,5 МПа. Аналогично были получены связующие в примерах 2-8. Технологические свойства связующих и физико-механические характеристики оболочек форм на их основе приведены в таблице.

Связующее по известному способу [3] наработано с содержанием SiO₂ 16%
В качестве этилсиликата могут быть использованы тетраэтоксисилан (ТУ 6-02-708-76), этилсиликат-32 (ТУ 6-02-895-78), этилсиликат-40 (ГОСТ 26371-84), этилсиликат-50 (ТУ 6-02-1339-86).

В качестве органического растворителя могут использоваться этиловый (ГОСТ 18300-84), изопропиловый (ГОСТ 9805-84), спирты или их смесь, ацетон (ГОСТ 2768-84), эфироальдегидная фракция (ГОСТ 140-85).

В качестве минеральной кислоты могут использоваться соляная, серная, хлорная и другие сильные минеральные кислоты.

Изготовление опытных образцов для определения физико-механических свойств оболочек форм осуществляют по следующей технологии: массовая доля кремнийорганического связующего в суспензии составляет 34% массовая доля пылевидного кварца марки Б (ГОСТ 9077-82) 66% Суспензию готовят путем перемешивания жидкой и твердой фазы в лопастном смесителе конструкции НИИТавтопром с частотой вращения вала 2000 об/мин. Обсыпку суспензии на образцах проводят кварцевым песком марки 1КО315 (ГОСТ 2138-84). Всего наносят четыре слоя, каждый из которых сушат по следующему режиму: воздушная сушка 60 мин, каталитическое отверждение в парах влажного аммиака 15 мин, выветривание 20 мин. Вязкость суспензии для каждого слоя составляет 50 с. Прочность оболочек форм испытывают по методике МАТИ в холодном состоянии при 20^оС и после прокалки при 900^оС, время прокаливания 2 ч, охлаждение с печью. Время гелеобразования связующего определяют по ТУ 6-02-1-585-88. Живучесть определяют путем измерения условной вязкости связующих при их хранении. Условную вязкость определяют по ГОСТ 9070-74, диаметр сопла 4,0 мм.

Использование: керамические оболочковые формы в производстве литья по выплавляемым моделям, противопригарные и антикоррозионные покрытия, керамические массы и т.п. Сущность: гидролиз этилсиликата в среде органического растворителя в присутствии минеральной кислоты и 1 15% от массы этилсиликата гексаметилдисилоксана. Живучесть связующего 280 360 сут, прочность оболочковых форм на изгиб 4,0 4,4 МПа не прокаленных и 7,2 9,0 МПа прокаленных. 1 табл.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКОГО СВЯЗУЮЩЕГО гидролизом этилсиликата в среде органического растворителя в присутствии минеральной кислоты и органосилоксана, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности связующего при хранении и прочности оболочковых форм на его основе после прокаливания, в качестве органосилоксана используют гексаметилдисилоксан в количестве 1 15% массы этилсиликата.