Полисиликаты натрия
Связующие вещества, состоящие из силиката щелочного металла и золя коллоидного кремнезема и имеющие отношение Si02 : Na20 10 : 1, предлагаются для изготовления водонепроницаемых огнестойких смесей для покрытий, несмотря на то что такие смеси имеют короткий срок хранения [88].
Примерно в 1950 г. в поисковых работах, выполняемых с целью получения концентрированных стабилизированных щелочью золей кремнезема, было обнаружено, что, чем меньше размер частиц, тем большее количество щелочи и более низкое отношение Si02 : Na20 требуется для стабилизации системы. Однако в области отношений примерно от 4 : 1 до 25 : 1 составы с пониженной концентрацией натрия оказывались, как правило, нестабильными и в конце концов превращались в гель. Когда раствор силиката натрия с отношением 3,25 добавлялся к концентрированному золю кремнезема, с тем чтобы понизить отношение Si02 : Na20, например, от 100 : 1 до 5:1, то немедленно образовывался гель. Тем не менее Айлер [89] обнаружил, что при старении или нагревании подобной смеси получалась вновь устойчивая жидкость. Таким образом, растворы с отношениями от 4,2 : 1 до 6:1 при содержании в них 10—30 % Si02 могли быть приготовлены из исходных золей, содержащих вначале частицы с типичными размерами 5—25 нм. Однако более продолжительное нагревание вызывает дестабилизацию такой смеси, и снова начинает появляться нерастворимый кристаллический полисиликат или гель. Полисиликатный раствор представляет собой светлую прозрачную жидкость с низкой вязкостью, в которой примерно половина кремнезема присутствует в виде растворимого или ионного силиката, о чем свидетельствует его способность вступать в реакцию с молибдатным реактивом. Таким образом, значительная часть кремнезема, вводимая в виде коллоидных частиц, в таком состоянии и осталась, но благодаря идущему в условиях равновесия процессу частичной деполимеризации размер подобных частиц уменьшается.
Своеобразие такого полисиликатного раствора проявляется в том, что когда раствор смешивается с равной массой золя кремнезема, содержащего коллоидные частицы размером 7 нм, и золя, содержащего коллоидные частицы размером 100 нм, та образовавшаяся смесь после ее осаждения в виде пленки на стеклянной подложке и высушивания при 150°С превращается в прозрачное, твердое, прочно сцепленное с поверхностью стекла водостойкое покрытие. Пространства между частицами диаметром 100 нм заполняются частицами размером 7 нм, а между последними располагаются еще меньшие по размеру коллоидные частицы полисиликата. В свою очередь оставшиеся пустоты молекулярного размера заполняются растворимыми ионными разновидностями силиката. Когда пленка высыхает, на развитой поверхности кремнезема образуется слой адсорбированного натрия, никакого растворимого кремнезема не остается и пленка оказывается непроницаемой.
Вместо золя, имевшего уже предварительно сформированные частицы, Окэн [90] предложил использовать раствор кремневой кислоты с низкой молекулярной массой. Временно стабилизированные жидкости могли быть получены в этом случае в интервале отношений Si02 : Na20 от 4 : 1 до 6 : 1, как и в случаях композиций, предложенных Айлером. Кроме того, были получены составы с отношениями в интервале от 8 : 1 до 40 : 1.
Недавно были приготовлены составы с отношениями Si02 : Na20, превышающими 4:1. Их готовили нагреванием порошка аморфного кремнезема, имевшего силикатное отношение 3,22, до температуры несколько выше 100°С, чтобы вызвать набухание. Частично высушенную массу нагревали затем до 315°С, после чего она могла быть растворена с образованием полисиликатного раствора [91]. Очевидно, что при более высокой температуре происходит частичное растворение слипшихся частиц порошка кремнезема и их дезагрегация. По-видимому, используемый аморфный порошок должен состоять из частиц кремнезема тех же размеров, что и частицы золей, употребляемых в упоминавшихся ранее процессах. . Согласно патенту ФРГ [92], если использовать порошок кремневой кислоты, получаемый в виде отходов от производства A1F3, то он настолько легко слипается, что может быть диспергирован только щелочью. В результате получается раствор с отношением Si02 : Na20 4,3 : 1 и содержанием 13,7 % Si02.