Растворимое и жидкое стекло - Корнеев В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Равновесная сушка, т. е. высушивание жидкого стекла до постоянного веса при каждой температуре, и вопросы кинетики сушки описаны в разд. 4.3.
При дальнейшем нагревании обезвоженного силиката, как отмечает Вейл [13], стекло увеличивается в объеме при температуре ниже ликвидуса градусов на 300 и это приводит к частичной потере прочности. Затем прочность начинает существенно возрастать за счет анионной полимеризации и уплотнения всей системы при непосредственном возникновении безводных стекольных связей. Водостойкость системы на этом этапе заметно возрастает. Вблизи 1000 °С начинают протекать реакции между силикатом и теми или иными наполнителями, если силикат находится в составе Жаростойкого бетона, и после достаточной выдержки при этой температуре система приобретает свою эксплуатационную прочность и жаростойкость максимум до 1600 °С (в зависимости от наполнителя) с началом размягчения под нагрузкой 0,2 МПа при 5той температуре [57].
Высокотемпературные фазовые превращения безводных натриевых и калиевых стекол можно увидеть по диаграммам в разд. 2-1 и 2.2.
104
105
При распылительной сушке натриевого жидкого стекла для получения легкорастворимых порошков температуру воздуха мож.. но повышать до 300 °С, сокращая соответственно время сушки, Для калиевого жидкого стекла такое повышение недопустимо из-за образования нерастворимых форм силиката калия. Силикаты лития при потере гидратной влаги в районе 150—200 °С начинают превращаться в формы, нерастворимые в воде, и материал быстро приобретает водостойкость.
Силикаты четвертичных аммонийных оснований при нагревании начинают разлагаться и теряют не только воду, но и органическую составляющую. На рис. 41 приведены кинетические данные этого процесса при различных температурах. Видно, что нагревание до 300 °С приводит к потере подавляющей части органики. Гидрат тетраметиламмония разлагается с образованием триме-тиламина и метилового спирта
(CH3),NOH^(CH3)3N+CH3OH.
Более сложные тетраалкилы аммония термически диссоциируют по схеме
R3(R'-CH2-CH2)NOH+R3N + H20+R'-CH=CH2.
Силикат при этом превращается в частично гидратированный кремнезем, система становится полностью нерастворима в воде, но сохраняет влагопроницаемость. Переход от силиката четвертичного аммония к кремнезему не нарушает целостность пленок и покрытий и используется в практических целях.
Особую область использования растворимых стекол образуют технологии, в которых получение жидкого стекла и его отверждение совмещаются в одном непрерывном процессе [57]. Такая технология включает совместный сухой помол растворимого стекла, части наполнителя и отвердителя. Затворяя по месту использования такую смесь водой и получая требуемые композиции, при повышенной температуре, подчас изменяющейся по заданному графику, проводят операции образования жидкого стекла и отверждения всей композиции. Когда растворимым стеклом являются гидратированные порошки силикатов калия или натрия, растворяющиеся при обычной температуре за несколько минут, то такая технология в физико-химическом отношении мало отличается от обычного процесса использования жидкого стекла в соответствующей композиции.
Другое дело, когда используют безводные растворимые стекла. Большей частью применяют не очень высокомодульные порошки с повышенной щелочностью. Они растворяются лучше, и с применением автоклава, т. е. при температуре выше 100 °С, растворение продолжается десятки минут, часы и может вообще не завершаться полностью. Образовавшееся в системе жидкое стекло
вСтупает во взаимодействие с не очень активным отвердителем, которым может быть и собственно наполнитель; система приобретает начальную прочность, и в дальнейшем, повышая температуру по заданному графику, проводят полное отверждение.
Использование более щелочных растворимых стекол, повышен-ная температура и необходимое давление пара позволяют связывать карбонатные породы, прежде всего известняки, магнезит, доломиты, достигая прочности на сжатие несколько десятков МПа. Подобная технология была опробована также с алюмосиликатами, некоторыми кремнеземсодержащими породами и целым рядом наполнителей, практически не взаимодействующих с жидким стеклом при обычной температуре [57]. Основная трудность применения безводного растворимого стекла в виде порошков заключается в отработке температурного режима, который бы позволил в достаточной степени растворить стекольный порошок и затем при более высокой температуре и давлении пара провести реакцию с наполнителем.
3.3. Отверждение жидкого стекла реагентами
Это наиболее часто встречающийся способ перевода жидкого стекла в твердое состояние. Способ отличается большим.разнообразием, что позволяет удовлетворять самые различные требования по кинетике процесса — от практически мгновенного осаждения до весьма малой скорости, растягивающей процесс на сутки и более. Помимо регулирования скорости, введение отвердителей часто играет и другую роль: сообщение вяжущей системе необходимых технологических параметров или придание требуемых свойств затвердевшей системе. Этими свойствами могут быть прочность, эластичность, пластические свойства, влаго- или газопроницаемость или непроницаемость, водостойкость, кислотостой-кость, жаростойкость и т. д.
