Растворимое и жидкое стекло - Корнеев В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Катионные поверхностно-активные вещества на основе четверочного аммония, обычно содержащие один из органических радикалов с очень длинной цепью, иногда добавляют к растворам жидкого стекла. При этом образуются силикаты четвертичного аммония, и система способна вспениваться при взбивании. Добавление отвердителей или гелеобразователей дает возможность получать легкие прочные пенные структуры.
Глава 3
ТВЕРДЕНИЕ ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫХ СИСТЕМ
Процессы, которые происходят при твердении, сложны. Многие десятилетия они являются предметом научного исследования, а также получают то или иное освещение в ходе многочисленных практических изысканий. Не претендуя на полноту, можно попытаться дать общее представление о твердении жидкого стекла как такового и в составе различных гомогенных и гетерогенных систем, наиболее широко встречающихся в практике.
Выполняя роль склеивающего или связующего материала, жидкостекольная система переходит из жидкого состояния в твердое разными способами. Вейл [13] разделяет их на три типа: 1) потеря влаги испарением при обычных температурах; 2) потеря влаги системой с последующим нагреванием выше 100 °С; 3) переход в твердое состояние путем введения специальных реагентов, которые называют отвердителями. Естественно, что эти три типа могут использоваться в сочетании.
Рассмотрим систему Н20—М20-пБЮг, имея в виду прежде всего растворы силиката натрия и специально оговаривая особенности других растворов силикатов.
3.1. Отверждение при обычных температурах за счет потери влаги
В растворах силикатов степень полимерности анионов, как известно, зависит прежде всего от двух факторов — силикатного Модуля и концентрации раствора. Каждый раствор имеет некото-Р°е распределение анионов по степени полимерности. На полимер-н°е распределение накладывается распределение анионов по заря-Дам, которое также характеризуется этими двумя факторами. ¦^ля высокощелочных систем с модулями ниже 1,5—2, видимо,
Заказ 23
97
96
можно полагать, что между всеми видами частиц в раствор существует равновесие и оно на практике легко достигает^ при невысоких разбавлениях, когда рН не падает ниже 11. Этц означает, что модуль и концентрация таких растворов однозначнс определяют их исходное состояние и результат твердения буде, функцией только процесса. Для растворов с более высокими мо. дулями, и особенно для полисиликатных растворов, положен^ меняется.
Процессы, происходящие в силикатном растворе, регулируют^ двумя обратимыми реакциями:
=8ЮН+ОН~^=5Ю~+Н20;
= 8ЮН +=5Ю_т*=51—О—51'=+ОН~.
Полимеры, образующиеся по реакции (б), имеют не линейно! строение, а преимущественно сферическое, и в ходе полимеризацш формируются как коллоидные частицы, заряженные отрицательно Поэтому они не вступают между собой во взаимодействие, если в созданы условия для коагуляции. Размеры коллоидных частиц, тем самым их концентрация, регулируются процессом внутреннее перегонки. Он заключается в том, что растворимость мальв частиц кремнезема в растворе зависит от размеров частицы и с уве личением размера растворимость понижается. В ходе внутренне! перегонки крупные частицы растут за счет растворения бола мелких. Для более крупных частиц растворимость не зависит о размера. Поэтому внутренняя перегонка на какой-то стадии за медляется и останавливается, приводя к некоторому распределе нию частиц по размерам, если процесс образования раствор; силиката начинался от мономерных частиц, что большей часты имеет место в научных исследованиях. Если раствор силикат: образовался растворением крупных полимерных форм кремнезем; то внутренняя перегонка может вообще не происходить ил развивается как вторичный процесс, и раствор получится с ины> полимерным распределением анионов, чем в первом случае. Внут ренняя перегонка, особенно на поздних стадиях, протекает дост" точно вяло, и состарившиеся и свежеприготовленные раствор* могут сильно отличаться друг от друга, хотя модуль и концентра ция растворов одинаковы. Резкое разбавление растворов или * ремена температуры также приводят подчас к неожиданны' эффектам, касающимся анионного состава.
Переходя к основному рассматриваемому вопросу — тверД( нию силикатного раствора, необходимо отметить, что для кони^ трированных силикатных растворов с высоким модулем исходНЬ1 анионный состав раствора не определяется однозначно его к"1 центрацией и модулем. Вид щелочного катиона, видимо, так* не безразличен для полимерного распределения анионов. По этС причине и результат твердения может оказаться неодинаковы для растворов, заданных только модулем и концентрацией
98
8ысокомодульном диапазоне. Наиболее заметно и явно выражено это обстоятельство в случае отверждения полисиликатных растворов и золей, отличающихся размером коллоидных частиц, т. е. сТепенью полимерности кремнезема.
Анализ-процесса твердения жидкостекольной системы начнем с растворов очень низкого модуля п<с0,5 и достаточно высокой концентрации, чтобы рН раствора был велик. Анионный состав такого раствора простейший: только ионы БЮ*-. При испарении концентрация этих ионов станет возрастать. Никакой полимеризации [прямая реакция (б)] практически не будет протекать ввиду отсутствия неионных форм типа БЮН. Рост концентрации продолжится до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие
