RU2039765C1

RU2039765C1 - Process for preparing organosilicon binder

Info

Publication number: RU2039765C1
Authority: RU
Inventors: В.М. Копылов; В.Ф. Гаранин; А.В. Лоханкин; А.С. Муркина; С.И. Данилов; В.Г. Фирсов
Original assignee: Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1991-06-27
Publication date: 1995-07-20

Abstract

FIELD: manufacture of castings. SUBSTANCE: ethyl silicate is hydrolyzed in an organic solvent in the presence of mineral acid and 1-15 wt hexamethyl disiloxane. The binder vitality is 280-360 days, the bending strength of non-calcined envelope molds is 4.0-4.4 MPa and calcined envelope molds 7.2-9.0 MPa. EFFECT: more efficient preparation process. 1 tbl

Description

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. The invention relates to foundry, in particular to the production of organosilicon binders based on ethyl silicates, which are used in the manufacture of ceramic shell molds in the production of investment casting, non-stick and anti-corrosion coatings, ceramic materials, etc.

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.There are various methods for producing organosilicon binders by hydrolysis of ethyl silicate without organic solvents (aqueous hydrolysis) or using ethyl, isopropyl alcohols or a mixture of isopropyl alcohol and acetone as a solvent [1]
The disadvantage of these methods is that the resulting binders do not provide the necessary technological strength of the shell molds after calcination. In addition, the binders are not subject to long-term storage (no more than 20 days), as they quickly gain viscosity and gratify.

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.There is also known a method of producing a binder for the manufacture of ceramic forms by hydrolysis of ethyl silicate in an organic solvent in the presence of mineral acid and an alkyl (aryl) furfuryloxysiloxane oligomer [2]
The binder obtained by this method provides a ceramic strength of 2.0-5.5 MPa, but its survivability does not exceed 20 days, since there is a significant increase in viscosity up to the structuring of the binder, which is a drawback of this method.

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.The closest in technical essence to the invention is a method for producing an organosilicon binder, in which the hydrolysis of ethyl silicate is carried out in an organic solvent in the presence of polymethylsiloxane or polymethylphenylsiloxane resin, taken in an amount providing a ratio of SiO ₂ in ethyl silicate and SiO ₂ in the resin equal to (1: 1 ) - (5: 1) or (1: 1) - (7: 1), respectively, with a total SiO ₂ content in the binder of 12-26%, mineral acid is taken as a catalyst [3]
This method allows to provide increased strength uncalcined ceramic, but after calcination at a temperature of 950 ^C. softening occurs ceramics obtained by 40-60% and, in addition, the survivability of the binder is not more than 30 days (Samples gelatinized). These are the disadvantages of this method.

Целью изобретения является повышение стабильности связующего при хранении и прочности оболочковых форм на его основе после прокаливания. The aim of the invention is to increase the stability of the binder during storage and the strength of shell forms based on it after calcination.

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. This goal is achieved by the fact that in the method of producing an organosilicon binder by hydrolysis of ethyl silicate in an organic solvent in the presence of mineral acid and organosiloxane, hexamethyldisiloxane is used as organosiloxane in an amount of 1-15% by weight of ethyl silicate. The lower limit of the content of hexamethyldisiloxane of 1% by weight of ethyl silicate is due to the fact that with a decrease in the content of hexamethyldisiloxane, the effect of improving the properties of the forms and the binder does not occur. The upper limit of the amount of hexamethyldisiloxane 15% by weight of ethyl silicate is due to the fact that with its increase there is a decrease in the strength of ceramics in the cold (not calcined) state.

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.PRI me R 1. In a reactor equipped with a stirrer, load 150 kg of ethyl silicate-40. With stirring, a mixture of 0.54 kg of 35% HCl and 3.75 kg of absolute ethyl alcohol is introduced into the reactor. Then, 4.5 kg (3% by weight of ethyl silicate) of hexamethyldisiloxane was added to the resulting mixture, and the reaction mixture was kept under stirring for 2 hours. After that, a water-alcohol mixture consisting of 205 kg of absolute ethyl alcohol and 17 kg of water was introduced into the reactor. Stirring is continued for another 1 hour. 375 kg of an organosilicon binder containing 16% SiO _{2 is} obtained. Gel time 530 s. Vitality 340 days. Strength shell forms: not calcined 4.7 MPa; calcined at 900 ^{° C} for 2 h and cooled to room temperature, 9.5 MPa. Similarly, binders were obtained in examples 2-8. The technological properties of binders and the physicomechanical characteristics of shells of forms based on them are given in the table.

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).The binder according to the known method [3] was produced with a SiO ₂ content _of 16%
As ethyl silicate, tetraethoxysilane (TU 6-02-708-76), ethyl silicate-32 (TU 6-02-895-78), ethyl silicate-40 (GOST 26371-84), ethyl silicate-50 (TU 6-02 can be used) -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). Ethyl (GOST 18300-84), isopropyl (GOST 9805-84), alcohols or their mixture, acetone (GOST 2768-84), ether-aldehyde fraction (GOST 140-85) can be used as an organic solvent.

В качестве минеральной кислоты могут использоваться соляная, серная, хлорная и другие сильные минеральные кислоты. As a mineral acid, hydrochloric, sulfuric, perchloric and other strong mineral acids can be used.

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.The production of prototypes for determining the physicomechanical properties of the mold shells is carried out according to the following technology: the mass fraction of the organosilicon binder in the suspension is 34%; the mass fraction of powdered silica grade B (GOST 9077-82) 66% The suspension is prepared by mixing the liquid and solid phases in a paddle mixer NIIITavtoprom designs with a shaft rotation speed of 2000 rpm. Spraying the suspension on the samples is carried out with quartz sand grade 1KO315 (GOST 2138-84). In total, four layers are applied, each of which is dried according to the following regime: air drying 60 minutes, catalytic curing in wet ammonia vapors 15 minutes, weathering 20 minutes. The viscosity of the suspension for each layer is 50 s. Durability test of membranes forms MATI procedure in cold condition at 20 ^C and after calcination at 900 ^C. The time of calcination 2 h, cooling in the furnace. The gelation time of the binder is determined according to TU 6-02-1-585-88. Vitality is determined by measuring the relative viscosity of the binders during storage. Conventional viscosity is determined according to GOST 9070-74, nozzle diameter 4.0 mm.

Claims

METHOD FOR PRODUCING A SILICON-ORGANIC BINDER by hydrolysis of ethyl silicate in an organic solvent in the presence of mineral acid and organosiloxane, characterized in that, in order to increase the stability of the binder during storage and the strength of shell forms based on it after calcination, 15% hexoxameldisyl is used as organosiloxane ethyl silicate.