разное

Некоторые закономерности синтеза пеностекла

В результате выполненных нами термодинамических рас­четов наиболее вероятных реакций газообразования и данных экспериментального исследования кинетики процессов газо - и пенообразования в смесях с углеродсодержащими газообра - зователями разработана схема последовательности протека­ния физико-химических процессов, фазовых превращений и структурных изменений в спеках и пеностекле, основанная на химической и энергетической концепциях. Показано, что при разработке моделей процесса пенообразования должны учи­тываться химическая и генетическая взаимосвязь и взаимо­обусловленность между составом, промежуточными продукта­ми реакций и новыми фазами, возникающими на различных этапах синтеза пеностекла.

Согласно схеме последовательности протекания процессов, при синтезе пеностекла в модельных смесях стекло — углерод газообразная фаза, вызывающая вспенивание, образуется при взаимодействии углерода с сульфатной серой (S03: С=2,5 : 1), а также химически связанной воды стекла или водяных паров, содержащихся в атмосфере печи. В процессе пенообразования участвуют также продукты побочных реакций (H2S, SO2, CO:i, Н2О, S), образующиеся при восстановлении сульфата натрия. Активность процесса газообразования и скорость вспенивания можно стимулировать повышением окислительно-восстанови­тельного потенциала системы, определяемого исходной кон­центрацией реагирующих веществ (SO3, А&20з, Sb203, С, Но, Н20), удельной поверхностью дисперсной системы (5СТ : 5 ^1,7) и температурой.

Газообразные продукты взаимодействия углерода с кисло­родом воздуха практически не участвуют в процессе пенообра­зования.

Генетическая взаимосвязь между неорганической состав­ляющей углеродсодержащих газообразователей (антрацита, кокса) и кристаллической фазой пеностекла указывает на большое химическое сродство этих продуктов, что позволяет рассматривать ее как стимулятор кристаллизации. Таким обра­зом, склонность пеностекла к кристаллизации определяется способностью к кристаллизации исходного стекла и содержа­нием в газообразователе веществ, способствующих зарожде­нию кристаллов, скорость роста которых в гетерогенных си­стемах с большой поверхностью раздела фаз очень велика. Поэтому для получения пеностекла с замкнутыми ячейками и без существенных нарушений структуры следует применять наиболее чистые газообразователи — активные газовые сажи или коллоидный углерод.

Степень влияния свойств стекла на кинетику процессов га - зо - и пенообразования в направлении снижения значимости характеризуется следующим рядом: температура максимума вспенивания пеностекла-»-температурная зависимость вязкости исходного стекла—^-величина градиента изменения вязкости в области температур начала и завершення процесса всценива - ния->-кристаллизационная способность-»-химическая устойчи­вость—^содержание в стекле окислительных компонентов.

Синтез новых видов пеностекла может успешно решаться при комплексном использовании математических моделей основных процессов с последующей оптимизацией переменных в системах состав—свойства или режим — свойства путем анализа полученных моделей исследуемых процессов и ком­промиссного их решения для выбранных свойств. Примеры ре­шения таких задач приведены в параграфах 3 и 4, где фактор­ный эксперимент в системах состав — сзойства и режим — свойства, разработанных нами для синтеза влагозащитного пеностекла, проведен по матрицам дробных линейных планов.

Математические методы планирования эксперимента, rfo данным предварительной информации, позволяют аналитиче­ски ранжировать входящие и выходящие параметры исследуе­мой системы, а также інаряду с качественной дать и количе­ственную ее оценку. Описание технологических параметров по­лучения пеностекла или его свойств интерполяционными уравнениями, выражающими взаимосвязь и взаимообусловлен­ность входящих и выходящих переменных, позволяет получить дополнительную информацию о ходе исследуемого процесса, которую нельзя установить при исследовании его прямыми ме­тодами анализа и субъективной оценке результатов.

Естественно, что при оценке закономерностей изменения за­висимостей свойств пеностекла от состава большое значение имеют теоретические исследования и прямые методы экспери­мента. Они дополняют предложенные нами методы синтеза пеностекла с заданными свойствами, облегчают постановку и формулировку задач исследования. В рассматриваемом ва­рианте большая информация была получена в результате тер­модинамического анализа предполагаемых реакций между компонентами пенообразующей смеси, количественного и ка­чественного анализа газообразных продуктов и твердого остат­ка, образующихся в ходе окислительно-восстановительных ре­акций, протекающих в различных условиях.