 |
6.3.3.Расчет состава гидролиза
|
|
|
|
Операции гидролиза предшествует расчет количества материалов, необходимых для получения связующего раствора и суспензии. В зависимости от количества и состава гидролизуемого этилсиликата, а также типа получаемого гидролизованного раствора, определяют необходимое количество воды, соляной кислоты и разбавителя.
Часто связующее готовят с применением в качестве разбавителей органических растворителей (спирта, ацетона и др. ), хорошо растворяющих в себе и воду, и этилсиликат, обеспечивая равномерное протекание процесса гидролиза.
Разработаны также методы получения гидролизованных растворов, в которых разбавителем является вода. При расчете количества воды для гидролиза по этоксильным группам. содержащимся в гидролизуемом этил-силикате, может быть использована формула МАТИ— РПЗ:
где Хн2о — количество воды, вводимое для гидролиза, кг; т — масса гидролизуемого этилсиликата, кг; а — содержание этоксильных групп в гидролизуемом ЭТС, % (мас. доля); 18 — молекулярная масса воды; 45 — суммарная масса атомов, образующих этоксильную группу; М — эмпирический коэффициент, показывающий количество молей воды, приходящееся на одну этоксильную группу.
Значение М (табл. 17) выбирают в каждом конкретном случае с учетом содержания этоксильных групп в гидролизуемом этилсиликате, типа получаемого гидролизованного раствора и метода сушки оболочки.
Количество соляной кислоты определяют из расчета, чтобы в готовом связующем растворе содержание хлористого водорода составляло ~ 0, 3% (мас. доля).
Таблица 19.
Рекомендуемые значения коэффициента М
| Способ сушки | Значение коэффициента М при содержании в ЭТС этоксильных групп, % (по массе)
| |||
| 60-65 | Свыше 65 | |||
| С применением паров влажного аммиака: при активном воздействии влажного аммиака на форму | 0, 2-0, 3 | 0, 3-0, 4 | ||
| При малой концентрации аммиака в сушильной камере | 0, 4-0, 5 | 0, 5-0, 6 | ||
| На воздухе без аммиачного отверждения При регулируемой атмосфере и активном воздухообмене | 0, 5-0, 6 | 0, 6-0, 7 | ||
| При нерегулируемой атмосфере в сушильной камере | 0, 7-0, 8 | 0, 8-1, 0 | ||
При определении необходимого количества разбавителя учитывают, что после введения его в гидролизуемый этилсиликат вместе с расчетным количеством воды содержание SiO2 в полученном гидролизованном растворе должно быть оптимальным. Обычно при использовании ЭТС-32 готовят гидролизованные растворы, содержащие 16—20% SiO2, а в случае применения ЭТС-40 концентрация SiO2 в связующем может быть снижена до 10— 16%. При решении вопроса об оптимальном содержании диоксида кремния в связующем учитывают необходимость получения достаточно прочных оболочек при экономном расходовании дорогостоящего этилсиликата.
Определение количества компонентов для получения связующих растворов на 1 кг ЭТС можно проводить также по номограмме Я. И. Шкленника. Исходные данные — способ сушки, необходимая прочность оболочки, фактический состав ЭТС (по паспорту или результатам анализа), содержание SiO2
Рис. 15. Номограмма для определения состава
этилсиликатного связующего
Для определения количества воды на оси абсцисс (рис. 15) находят точку, соответствующую содержанию SiO2 в этилсиликате, например 39, 5%, и из нее проводят перпендикуляр до пересечения с заштрихованными областями. Из точки выбранной области (принятый режим сушки) проводят горизонтальную линию влево до пересечения с ординатой, на которой указан диапазон необходимого объема воды. Например, для отверждения в сухом воздухе объем воды составит 0, 26 — 0, 31 л на 1 кг этилсиликата, во влажном воздухе — 0, 18 — 0, 21 л, в воздушно-аммиачной среде -0, 07 - 0, 1 л.
|
|
|
Количество растворителя, в данном случае ацетона, выбирают в зависимости от заданного содержания SiO2 в готовом связующем. Для этого из точек пересечения перпендикуляра с линиями соответствующего содержания SiO2 в растворе проводят горизонтальную линию до пересечения с ординатой, на которой указано содержание ацетона» В данном случае для получения в связующем растворе 10% SiO2 необходимо взять 3 кг, или 3, 75 л, ацетона, 12% — 2, 15 кг, 14% — 1, 7 кг, 16% — 1, 3 кг и для 18% — 1 кг.
Содержание катализатора (соляной кислоты) не зависит от остальных компонентов и составляет в среднем 0, 3% массы связующего при использовании ЭТС-40 и 0, 2% — при ЭТС-32.
Таблица 20
Примерный состав гидролиза
| Компоненты | Плотность, кг/см3 | Массовая доля | Объемная доля | ||
| кг | % | см3 | % | ||
| Этилсиликат | 39, 8 | 0, 942 | 33, 7 | ||
| Ацетон | 1, 3 | 51, 7 | 1, 645 | 58, 8 | |
| Вода | 0, 195 | 7, 8 | 0, 195 | ||
| Соляная кислота | 0, 017 | 0, 7 | 0, 015 | 0, 5 | |
| Всего | 2, 512 | 2, 798 | |||
Допустим, применяемая соляная кислота содержит 30% HCI с плотностью 1, 149 кг/м3 (см. табл. 4. 10). Тогда необходимо ввести в связующее НС1 в объеме
Состав выбранного связующего приведен в табл. 20.
Определив необходимое содержание растворителя — ацетона, этилового и особенно изопропилового спирта, следует учесть содержание в нем воды и скорректировать его объем для гидролиза этилсиликата.
Добавки при производстве гидролиза
Ортофосфорная кислота применяется для связывания вредных примесей, имеющихся в пылевидном огнеупорном наполнителе, с целью перевода их в металлофосфаты, являющиеся дополнительным связующим материалом.
Рекомендуется использовать термическую ортофосфорную кислоту (ГОСТ 10678—76Е).
Серную кислоту применяют для нейтрализации вредного действия металлического железа, присутствующего в пылевидном огнеупорном материале при получении его шаровым помолом металлическими шарами. Присутствие металлического железа в суспензии значительно сокращает ее живучесть.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) являются непременным компонентом всех этилсиликатных связующих на водной основе. Использование ПАВ эффективно в системах с развитой поверхностью раздела. К ним относятся суспензии для литья по выплавляемым моделям, когда поверхность раздела существует между связующим и наполнителем, между несмешивающимися компонентами связующего — этилсиликатом и водой, между связующим и воскообразным материалом.
|
|
|
ПАВ используются для:
- смачивания суспензией модели;
- стабилизации эмульсии этилсиликата в воде;
- пластифицирования (разжижения) суспензии;
- предотвращения оседания наполнителя суспензии;
- полного разделения воды и модельной массы при выплавлении моделей водой;
в суспензиях с ацетоном для замедления его испарения.
Для ЭТС-40 используются ПАВ анионоактивные — сульфанол, ДНС, ДС-РАС, Авироль;
для ЭТС-32 — ОП-4, ОП-7, ОП-10, ДС-10, ДТ-7.
Для предотвращения замешивания воды в модельный состав добавляют Контакт Петрова, ОП-4, ОП-7, ОП-10.
Содержание ПАВ зависит от состава суспензий и подбирается эмпирически. Обычно оно не превышает 0, 1% массы суспензии. Основной критерий — качественное смачивание модели.
ПАВ регламентированы ТУ и ГОСТами (табл. 4. 14). Более подробно о ПАВ изложено в [66].
|
|
|
