BE515005A

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Publication number: BE515005A
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Description

PERFECTIONNEMENTS RELATIFS AU SILICATE D'ETHYLE.

La présente invention est relative à une nouvelle forme de silicate d'éthyle qui possède un intérêt particulier pour la 'confection des produits réfractaires, spécialement pour le moulage de précision ainsi que pour d'au- tres applications.

L'usage du silicate d'éthyle comme agent liant pour la confec- tion de produits réfractaires et spécialement pour la confection de moules destinés au moulage de précision est maintenant un procédé courant. Ainsi/ on parvient à produire une masse réfractaire de bonne qualité en mélangeant un agrégat réfractaire avec un silicate d'éthyle aqueux ou plus souvent hydroalcoolique auquel on ajoute un agent hydrolysant. On obtient ainsi une pâte ou un mélange auquel on donne la forme voulue, brique ou pièce quelcon- que, en utilisant le cas échéant un modèle ou le procédé en cire perdue.

Après gélification du silicate d'éthyle et prise de la pièce moulée, on cuit celle-ci à haute température de manière à transformer le gel en silice, Celle-ci cimente les grains de l'agrégat réfractaire de sorte que l'on a fi- nalement un produit solide.

L'agent hydrolysant utilisé peut être un acide tel que l'acide chlorhydrique (voir COGAN et SETTERSTEROM, Ind. Eng. Chemo 39 (1947) 1364) ou une base organique.

Dans ce qui précède, on pe précise pas la nature du silicate d'éthyle utilisé. Cependant il existe de nombreuses formes chimiques du si- licate d'éthyle. Il y a notamment l'orthosilicate de tétraéthyle dont la for- mule-est
Si (OC2H5)4 et les silicates d'éthyle partiellement condensés. Le silicate d'éthyle est généralement préparé par réaction du tétrachlorure de silicium avec l'alcool éthylique. La composition du produit obtenu dépend de la quantité d'eau pré-

sente au moment de la réaction. Ainsi, en prenant de l'alcool absolu et en opérant en l'absence d'eau, le produit obtenu est l'orthosilicate de tétraéthyle. Au contraire, si une certaine quantité d'eau est présente, on obtient des produits condensés qui résultent probablement de l'hydrolyse partielle de l'orthosilicate qui s'est formé en premier lieu.

Le produit de condensation le plus simple possède la structure (C2H50)3-Si-O-Si-(OC2H5)3 D'autres silicates condensés contiennent plusieurs liaisons siloxanes du type -Si-O-Si-O-Si-.

Remarquons que la teneur en silice d'un silicate d'éthyle aug- mente quand la condensation est plus forte. On possède ainsi un moyen facile pour identifier les silicates d'éthyle. L'orthosilicate d'éthyle a une teneur corresponsant à 28,8% de SiO2; les silicates d'éthyle condensés ont des teneurs plus élevées. Le silicate d'éthyle avec 40% SiO2 est un produit commercial connu. L'expérience a montré qu'il est difficile de préparer des silicates d'éthyle avec des teneurs en SiO2 plus élevées.

Ainsi, des essais de préparation ( par exemple en augmentant la quantité d'eau présente au moment de la réaction du tétrachlorure de silicium avec l'alcool éthylique) ont eu pour résultat la précipitation d'un produit si- licié au lieu de la formation d'un silicate d'éthyle liquide d'un degré de condensation plus élevé.

La présente invention a pour objet une nouvelle forme de sili- cate d'éthyle à savoir un silicate d'éthyle ayant une teneur en Sio2 supérieure à 50%. Elle a aussi pour objet la préparation de tels produits.

En appliquant ces méthodes de préparation, il a été possible de préparer un silicate d'éthyle contenant 55% de SiO2 ou plus sous forme liquide et physiquement homogène. Ce silicate est particulièrement utilisé pour la confection de pièces réfractaires et spécialement pour le moulage de précision.

Selon la présente invention, le silicate d'éthyle est obtenu en estérifiant le tétrachlorure de silicium avec de l'alcool éthylique hydra- té contenant une petite proportion d'eau (moins de 11% en poids et de pré- férence 8% en poids) mais en prenant une quantité suffisante pour intro- duire la quantité d'eau nécessaire pour amener la condensation du silicate d'éthyle au degré voulu. Il y a lieu de remarquer que pour obtenir un si- licate d'éthyle ayant une teneur en SiO2 voulue, l'introduction d'une quan- titué d'eau correspondante est indispensable, en appliquant les procédés usuels, il se produit une précipitation dès que l'on dépasse la quantité d'eau qui est nécessaire pour obtenir un silicate contenant 40% de SiO2.

Si l'eau est introduite sous forme d'alcool éthylique ayant une faible teneur en eau, comme il vient d'être décrit, on-obtient un produit à hau- te teneur en SiO2 sans qu'il y ait une précipitation. Il est évident qu' il faut employer un excès notable d'alcool par rapport à la quantité né- cessaire pour la réaction avec le tétrachlorure de silicium.

On fait"passer un courant d'air dans le produit pour éliminer l'acide chlorhydrique formé ainsi que l'excès d'alcool, De plus, le pro- duit contient non seulement des molécules de silicates d'éthyle condensé mais aussi une certaine proportion d'orthosilicate de tétraéthyle qui n'a pas réagi. Le courant d'air enlève la plus grande partie de cet or- thosilicate et des silicates d'éthyle peu condensés qui se trouvent dans le produit. Il résulte de ne fait une variante pratique pour réaliser la présente invention, variante qui consiste à employer une quantité d'eau inférieure à celle qui est nécessaire pour former un silicate ayant la teneur en silice voulue et à éliminer au moins une partie des silicates d'é- thyle les plus volatils par insufflation d'air, de manière à produire un silicate ayant la teneur en silice voulue.

Suivant la présente invention, il a été possible de produire un silicate d'éthyle ayant une teneur en SiO2 atteignant 60%. Cependant, un produit semblable a une viscosité fort élevée et il a tendance à se so-

lidifier après un certain temps. Avec une teneur en SiO2 plus élevée que-
60%, le silicate d'éthyle devient rapidement solide. Au côntraire, un si- licate d'éthyle préparé selon la méthode indiquée et contenant environ 55% de SiO2 est tout à fait liquide et se conserve sans altération apparente pendant au moins cinq mois..

Une autre méthode de préparation de silicate d'éthyle à haute teneur en SiO2 consiste à traiter un silicate d'éthyle à teneur inférieure de préférence un silicate ayant une teneur de 40% SiO2, avec une quantité suffisante d'un alcool hydraté ayant une faible teneur en eau. Ce traite- ment permet d'introduire la quantité d'eau nécessaire pour'amener la conden- sation du silicate d'éthyle au point voulu. Il suffit généralement de lais- ser ,agir les réactifs en présence d'un agent hydrolysant, comme par exemple l'acide chlorhydrique.

Dans ce'cas il peut être également intéressant d'éliminer la partie des silicates les plus volatils qui se trouvent dans le produit.

Cependant si on prend comme matière première un silicate déthyle commer- cial contenant 40% SiO2, cette élimination de silicates d'éthyle volatils peut ne pas être nécessaire.

L'invention est décrite dans les exemples suivants dans les- quels l'alcool éthylique utilisé est un alcool industriel dénaturé au moyen d'alcool méthylique. Cest une forme convenable d'alcool commercial.

Exemple l,
Dans un appareil de réaction plongeant dans un bain d'eau chauf- fée à 55 C environ, muni d'un réfrigérant à reflux et d'un agitateur, on fait couler avec des débits égaux, 2550 g de tétrachlorure de silicium et
3500 g d'alcool industriel dénaturé au moyen d'alcool méthylique et conte- nant environ 8% d'eau en poids, ce qui correspond à un peu plus d'environ 5,5$' en volume, La vitesse d'introduction est aussi grande que possible en évitant cependant un départ trop exagéré d'acide chlorhydrique parce que le gaz entraîne des quantités appréciables de réactifs liquides. Quand tout le tétrachlorure de silicium est introduit, on continue l'addition de l'alcool à la même vitesse jusqu'à la fin.

Après l'addition des réactifs, on fait passer un vigoureux courant d'air froid dans le mélange de réaction maintenu à 55 C. Une cer- taine quantité deau est introduite de cette façon par l'humidité de l'air
Le passage du courant d'air dure environ 4 heures, après quoi la concen- tration d'acide chlorhydrique dans le produit est réduite à environ 0,007% en poids et une proportion importante de silicates d'éthyle volatils est éliminée.

Le produit est un liquide mobile jaune et opaque ayant une teneur d'environ 55% SiO2 et une densité de' 1,25 à 26 C. L'opacité peut être enlevée par filtration.' Exemple 2.

Dans un appareil de réaction tel que décrit dans l'exemple 1, on fait couler simultanément et avec des débits égaux 170 g de tétrachloru- re de silicium et 275 d'alcool industriel dénaturé identique à celui de l' exemple 1. On opère comme il est décrit dans l'exemple 1. On fait passer de l'air pendant environ 4-heures, après quoi la concentration de l'acide chlorhydrique se trouvant dans le produit est réduite à moins de 0,01% en poids.

Le produit est un liquide visqueux, jaune et opaque ayant une teneur en SiO2 d'environ 60%.

Exemple ?,
138 g de silicate d'éthyle commercial ayant une teneur nomina- le de 40% SiO2 environ mais contenant réellement un peu plus de 43% SiO2 sont dissous dans 100 g d'alcool industriel dénaturé identique à celui de l'exem- ple l; on y ajouta deux gouttes d'acide chlorhydrique concentré. On laisse

le mélange pendant une nuit et l'alcool est ensuite éliminé par distilla- tion sous vide.

Il reste 107 g de silicate d'éthyle liquide dont la teneur en SiO2 a été trouvée égale à 56% environ.

Claims

R é s u m é - R e v e n d i c a t i o n s 50 et 60%. 1. Silicate d'éthyle ayant une teneur en SiO2 comprise entre 2. Procédé de préparation de silicate d'éthyle selon 1 , ca- ractérisé en ce que le tétrachlorure de silicium est estérifié au moyen d' un alcool éthylique hydraté ayant une faible teneur en eau, le dit alcool étant employé en quantité telle que l'eau introduite soit suffisante pour amener la condensation du silice d'éthyle au point voulu.

3. Procédé de préparation de silicate d'éthyle selon 1 , carac- térisé en ce qu'un silicate d'éthyle ayant une teneur inférieure en Si02 est traité avec un alcool éthylique hydraté ayant une faible teneur en eau) le dit alcool étant Employé en quantité telle que l'eau introduite soit suf- fisante pour amener la condensation du silicate d'éthyle au point voulu.

4. Procédé selon 3 , caractérisé en ce que le silicate d'éthyle traité a une teneur en SiO2 égale à 40% environ.

5. Procédé de préparation de silicate d'éthyle ayant une teneur en SiO2 comprise entre 50 et 60% selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 , caractérisé en ce que l'on introduit à l'aide d'alcool hydraté une quantité d'eau inférieure à celle qui est nécessaire pour former un silicate ayant la teneur en silice voulue et à éliminer une partie au moins des sili- cates d'éthyle volatils se trouvant dans le produit par un courant d'air.

6. Procédé selon 2 à 5 , caractérisé en ce que l'alcool éthyli- que hydraté contient moinsdde 11% d'eau en poids.

7. Procédé de confection de pièces réfractaires, caractérisé en ce que l'on emploie comme agent liant un silicate d'éthyle ayant une teneur en SiO2 comprise entre 50 et 60% obtenu selon l'une quelconque des revendications 2 a 6 .

9. Procédé de confection de moules réfractaires pour le moulage de précision, caractérisé en ce que l'on emploie comme agent liant un sili- cate d'éthyle ayant une teneur en SiO2 comprise entre 50 et 60% obtenu se- lon l'une quelconque des revendications 2 à 6 .