Растворимое и жидкое стекло - Корнеев В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Таблица 19. Границы совместимости растворов силикатов ЧА со спиртами и ацетоном (11]
Модуль Si02 Si02 в исходном растворе, % СНзОН С2Н5ОН изо-СзН/ОН (СНзЬСО
М20 Спирт, V /о Si02, /О Спирт, /о Si02, °/ /о Спирт, /о Si02, /о Ацетон, /о SiC>2, о/ /О
6,5 50 37 31 28 40 23 43 23 43
6,5 30 50 15 44 16 37 18 37 18
6,5 15 60 50 54 6 54 6 44 8
9,0 40 39 24 25 29 21 31 21 31
Рис. 41. Потери массы силиката ЧА (Si02/NR4= 12,5) в зависимости от температуры и времени сушки Числа у кривых — время сушки в минутах [11]
Рис. 42. Время гелеобразования раствора силиката ЧА (Si02/NR4= 12,5) при
различных рН [11] !
рН раствора создан добавлением H2S04 Числами у кривых обозначен % Si02 в растворе
или ацетона. Подобная стабильность дисперсной системы по отношению к замене части воды органическим растворителем характерна также для растворов силикатов лития, хотя в исходном состоянии в них органическая компонента отсутствует.
Безусловно, высокая стабильность полисиликатных растворов отчасти связана с геометрическими размерами катионов в роли противоионов, составляющих внешнюю обкладку двойного электрического слоя. Среди ионов щелочных металлов радиус гидра-тированного катиона лития наибольший. Однако в ассоциативных процессах коагуляции кремнезема или гелеобразования большую роль играют поляризационные свойства коллоидных частиц вкупе с гидратными слоями и плотной частью двойного электрического слоя.
Различные виды гидратации положительных и отрицательных частиц в растворах полисиликатов ЧА резко изменяют поляризационные свойства дисперсной фазы и обусловливают ее высокую устойчивость к ассоциативным процессам. Известно [22], что для ионов четвертичного аммония характерна сильная гидрофобная гидратация, приводящая уже у ТБА к образованию клатратных структур и частиц, в противоположность положительной гидратации кремнезема. В целом это сочетание обусловливает низкую поляризуемость дисперсных частиц и тем самым высокую стабильность системы.
По отношению к нагреванию стабильность растворов силикатов ЧА определяется термической устойчивостью органических катио-нов. Начало их медленной термической диссоциации относится к температуре 70—80 °С. Термогравиметрический анализ продукте воздушной сушки растворов силикатов ТБА и ТЭА дает температуру разложения 180—190 °С, куда относятся основные потери
95
94
массы. На рис. 41 приведены кривые термического разложения силиката четвертичного аммония с силикатным модулем 30 в зави. симости от температуры и времени термической обработки.
В отношении протолитических реакций отличие растворов силикатов ЧА от растворов силикатов щелочных металлов невели ко. Стабильность растворов силикатов ЧА в зависимости от р}\ среды (рис. 42) носит такой же характер, как у растворов силика-тов щелочных металлов. В кислой области максимум устойчивости около 2, а минимум — при pH, равном 6,5—7. При высоких рЦ растворы силикатов ЧА устойчивы неограниченно. Если сравнить концентрации кремнезема в растворах силикатов ЧА и щелочных металлов, имеющих при одном и том же pH среды одинаковое вре-мя гелеобразования, то у силикатов ЧА концентрация существенно выше. По нашим измерениям, при одинаковом силикатном модуле и концентрации кремнезема растворы полисиликатов ЧА имеют pH несколько более высокий, чем соответствующие растворы полиси ликатов щелочных металлов. Это указывает на неодинаковость распределения основания между раствором и коллоидными частицами или, что то же, на более глубокий гидролиз силикатов ЧА
В табл. 20 по данным [11] приведены коммерческие рас творы силикатов четвертичного аммония, выпускаемые промыш ленностью за рубежом. В таблице прежде всего обращают на себя внимание высокие модули и концентрации SЮг в сочетании с низкой вязкостью жидких стекол — показатели, не достижимые для натриевых или калиевых систем. По объему производства СЧА не могут сравниться с натриевыми силикатами, но заняли уже проч ное место в общей номенклатуре жидких стекол. Хотя стоимость СЧА выше натриевых силикатов, использование СЧА дает возможность создавать новые ценные композиционные материалы или существенно совершенствовать качество известных композиций.
Таблица 20. Характеристики коммерческих растворов СЧА
SiOs
(NR4)20'"
SiQg
/о
1,2 10,8 18,0 22,4 30,0
0,37 2,80 5,50 7,00 9,00
Содержание, % Плотность, dil г/см3 Вязкость прн 20°С, Па - с рн
Si02 NR,
10 54,5 1,24 1,07 > 13
30 21,5 1,23 0,02 11,5
30 11,0 1,26 0,02 11,2
45 12,9 1,41 0,06 11,1
45 10,0 1,40 0,06 11,0
Применение растворов силикатов ЧА в подавляющем большинстве случаев основано на использовании кремнеземной составляющей. Роль органического основания главным образом вспомогательная: обеспечить те или иные технологические свойства используемой системы или направить в нужную сторону процесс твердения. Следует отметить, что силикаты органических оснований — продукты нестойкие. Например, во влажном воздухе в прК'
сутствии С02 они гидролизуются с образованием кремнезема и растворимого в воде карбоната ЧА. Ионы четвертичного аммония замещаются в силикатах ионами металлов (кроме щелочных) при 8заимодействии с растворимыми солями этих металлов.
