Способы гидролиза этилсиликата

Из известных способов гидролиза этилсиликата распространение получили четыре.

● При однофазном способе в гидролизатор наливают растворитель, воду, соляную кислоту¹⁸ и перемешивают их 1—2 мин. Далее, постоянно перемешивая, добавляют этилсиликат. О начале реакции гидролиза свидетельствует повышение температуры раствора. При этом чем больше концентрация НС1, SiO₂, Н₂О в растворе, тем быстрее значительно повышается температура. Если она превысит 40—45°С, гидролизер с раствором необходимо охладить. Когда температура достигнет максимума и начнет снижаться, перемешивание можно прекратить, а если продолжать, то до охлаждения раствора до комнатной температуры.

• Совмещенный способ заключается в совмещении гидролиза с приготовлением суспензии. Для этого в высокоскоростной смеситель (ω ~ 2800 об/мин) наливают рассчитанное количество растворителя, подкисленной воды и этилсиликата, добавляют пылевидный материал (маршалит) в количестве 65—75% от массы суспензии. Между размером частиц (d_ч) мелкодисперсной фракции и величиной шероховатости (R_a) поверхностного слоя отливки существует определённая зависимость (см. рис. 235):

при d_ч > 0,2 мм R_a = 221,7 + 86,4 In d_ч (r = 0,98);

при d_ч < 0,2 мм R_a =91,84 + 29,55 In d_ч (r = 0,984).

Полученную суспензию перемешивают 40-60 мин при непрерывном охлаждении гидролизера.

• Двухфазный способ отличается от предыдущих тем, что в гидролизатор вливают 10—15% растворителя от требуемого его количества и ориентировочно 25% этилсиликата. Полученный раствор перемешивают и в него добавляют в два — три приема 25% подкисленной воды, не допуская нагрева раствора выше 50°С. Когда температура достигает максимума и начинает снижаться, добавляют следующие порции этилсиликата и подкисленной воды. Полученный вязкий раствор немедленно разбавляют растворителем и выдерживают не менее 24 ч.

• Гидролиз без органических растворителей отличается тем, что в бак гидролиза-тора вливают расчётное количество подкисленной воды, засыпают возможно большее количество мелкодисперсной огнеупорной фракции и включают быстроходную мешалку на 0,5—1,0 мин, далее вливают ЭТС и перемешивают 45-60 мин, не допуская подъема температуры выше 27-30°С. Необходимое количество воды рассчитывают из условия содержания диоксида кремния в растворе 14—16%. Соляную кислоту добавляют в количестве 0,6-0,8% от массы жидких составляющих. Так как в растворе много воды, суспензия недостаточно смачивает восковые модели и, соответственно, плохо передает все тонкости гравюры. В этом случае, для лучшего смачивания модели необходимо обезжирить.

Приводя достаточно подробное описание свойств растворов ЭТС и процесса его гидролиза, авторы преследовали цель показать сложность управления литейными процессами даже на начальной стадии изготовления отливки. Этим объясняется тот факт, что схожие отливки, например, колокола, вновь изготовленные для храма «Христа Спасителя» в нескольких литейных мастерских, различаются по виду и звучанию.

___________

¹⁴ Гель — коллоидные системы с более или менее жесткими пространственными структурами. В отличии от них золь — ультрамикрогетерогенные системы.

¹⁵ Поликонденсацией называется реакция образования полимера, при которой соединение мономеров сопровождается выделением некоторых простых низкомолекулярных веществ, обычно воды, аммиака и др.

¹⁶Этилсиликат и растворы на его основе не содержат SiO₂ в чистом виде — кремний и кислород находятся в соединениях. При анализах удобнее подсчитывать содержание SiO₂, так как он является компонентом, связуюшим и определяющим физико-механические свойства керамической оболочки.

¹⁷ Зависимость прочности прокаленной оболочки от содержания SiO₂ может быть описана уравнением σ = -3,01 + 0,425 (%SiO₂) — 0,11 (%SiO₂)², МПа. Из уравнения и экспериментальных данных следует, что оптимальное количество кремнезема в растворе для получения максимальной прочности составляет 18—19%.

¹⁸ Порядок перемешивания имеет очень большое значение. Так, при введении ЭТС в подкисленный водно-спиртовый или водно-ацетоновый растворитель гидролизованный раствор получается менее вязким и на 40—50% прочнее, чем при смешивании в обратной порядке.

Первоисточник:

МИР ХУДОЖЕСТВЕННОГО ЛИТЬЯ. ИСТОРИЯ ТЕХНОЛОГИИ. Бех Н.И., Васильев В.А., Гини Э.Ч., Петриченко А.М. УРСС. М., 1997