Растворимое и жидкое стекло

Стеклообразные щелочные силикаты

Расплавы щелочных силикатов натрия и калия склонны к стек - лообразованию. Границы стеклообразования в этих системах весьма обширны и составляют, по данным различных исследо­вателей, для натриево-силикатной системы от 0 до 52% Na20, для калиево-силикатной системы от 0 до 54,5% К2О, т. е. теоретически натриевая силикат-глыба существует при силикатном модуле ">0,9, а калиевая —При модуле п>1,3. Расчетный массовый,

Таблица 2. Химический состав силикат-глыбр (расчетный)

Модуль Si О, R.0

К — силикат-глыба

Na — снлнкат-глыба

КгО

Si02

Na20

Si02

Мол. % | масс. %

Мол. %

Масс. %

МОл. %

Масс. %

Мол. %

Масс. %

61 51 44

41,6 39,5

38.5

37.6

36.7 35,9

35.0 34,3 33,6 32,9 . 32,2 31,5 30,9 29,5

28.1

Мольный химический состав и значения модулей для калиевой и натриевой силикат-глыбы представлены в табл. 2.

Строение (структура) щелочных силикатных стекол трактуется в [8] исходя из разрыва структурной сетки кварцевого стекла щелочными катионами.

Основными свойствами силикатных расплавов и стекол, опре­деляющими особенности технологии силикат-глыбы и ее примене­ния для производства жидкого стекла, являются вязкость при различных температурах щелочных силикатных расплавов, их поверхностное натяжение, изменение химического состава сили­катных расплавов при высоких температурах, а также такие свой­ства стекла (силикат-глыбы), как плотность, показатель свето­преломления и кинетика растворения в воде. Приведенные ниже (в п. 2.2) свойства силикатных расплавов и стекол в основном яв­ляются значениями, полученными при обобщении данных рабо­ты [9].

Вязкость силикатного расплава — важнейшее технологическое свойство, обуславливающее скорость течения реакций стекло - образования, ход осветления стекломассы, способ выработки стекла. Знание температурной зависимости вязкости стекломассы необходимо'для обеспечения режима варки и выработки стекло­массы. Так, провар и осветление стекломассы осуществляют, как правило, при вязкости «10 Па-с, выработку — при яїЮ2 Па-с. Изменение вязкости г) натрий-силикатных расплавов при измене­нии силикатного модуля в пределах «=1—4 (изотермы вязкости) приведено на рис. 6.

1,0 1,5 2,0

2,2

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8 2,9

3.0

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5 3,75 4,0

50 40 33 31

29 28,6 27,8 27,0

26.3

25.6 25,0

24.4 23,8 23,2

22.7 22,2 21,0 20,0

50 60 67 69 71

71,4 72,2 73,0

73.7 74,4 75.0 75,6

76.2

76.8

77.3 77,8 79,0 80,0

39 49 56

58.4

60.5 61,5 62,4

63.3 64,1

65.0

65.7

66.4

67.1

67.8

68.5 69,1 70,5

71.9

50 40 33 31 29 28,6 27,8 27,0

26.3

25.6 25,0

24.4 23,8 23,2

22.7 22,2 21,0 20,0

50.7

40.8 34 32 30

29.2 28,4

27.7 27,0

26.3 25,6 25,0

24.4

23.8 23,3 22,8 21,6

20.5

50 60 67 69 71

71,4 72,2 73,0

73.7 74,4 75,0 76,6

76.2

76.8

77.3 77,8 79,0 80,0

49,8

59.2 66 68 70 70,8

71.6

72.3 73,0

73.7

74.4 75,0

75.6 76,2

76.7 77,2

78.4

79.5

16 J

Для определения температурной зависимости вязкости стекол системе Na20—Si02 выведена эмпирическая зависимость [10], сраженная уравнением lgri — А + 'а/Т2, где А и — коэффици­енты, зависящие от химического состава натриево-силикатного расплава (рис. 7, а и б). Изменение вязкости г от температуры стекла состава дисиликата натрия (Na20-2Si02) рассчитано по данным [9] в широком интервале температур от 800 до 1360 °С (рис. 8). Изотермы вязкости силикатных расплавов в системе j(20—Si02 приведены на рис. 9.

Температура размягчения натриевых силикатных стекол при увеличении модуля от 2,07 до 3,87 возрастает с 590 до 665 °С, а тем­пература растекания — от 760 до 870 °С. Для калиевых силикат­ных стекол с модулем в пределах 3,3—3,9 температура размягче­ния составляет 690—740 °С, а температура растекания — 890— 910 °С [11].

Поверхностное натяжение, его абсолютное значение, проявля­ется на различных стадиях технологического процесса варки стекла: на стадии стеклообразования, при осветлении стекло­массы, на стадии ее выработки. Поверхностное натяжение а про­мышленных стекол в зависимости от состава меняется в пределах 0,155—0,470 Н/м. Поверхностное натяжение мало зависит от тем­пературы. Температурный коэффициент изменения поверхностного натяжения Да/Д/ для щелочно-силикатных стекол имеет отрица­тельное значение. При повышении температуры на 100 °С поверх­ностное натяжение щелочно-силикатных стекол снижается на 2— 4% от первоначального [8].

Зависимость поверхностного натяжения а (Н/м) от состава на­триево-силикатного расплава, по данным А. А. Аппена [12], в ин­тервале температур 1130—1270 °С приведена на рис. 10. Эта за­висимость носит характер обратной пропорциональности-во всем исследованном интервале составов. Изотермы изменения поверх­ностного натяжения силикатно-натриевого стекла при изменении значения силикатного модуля в пределах п= 1—4, по данным [13], приведены для двух значений температур расплава на рис. 11. Для этих изотерм характерно минимальное значение величины поверхностного натяжения в области силикатного модуля п=3.

Изменение химического состава щелочно-силикатных распла­вов при высоких температурах связано с преимущественным ис­парением (возгонкой) щелочных оксидов, в результате чего рас­плав переходит в область с более высоким содержанием кремне­зема. Такое испарение щелочных оксидов зафиксировано для любых температур расплавов, однако оно приобретает большее значение при температурах расплава свыше 1200 °С, и особенно при увеличении щелочности (снижение модуля силикатного рас­плава). Калиевые щелочно-силикатные расплавы характеризуют­ся большей потерей щелочи, чем соответствующие по составу натриевые. Зависимость потери щелочи от времени выдержки при 1400 °С и от силикатного модуля расплава дана на рис. 12 [13].

2 Заказ 23 17

Стеклообразные щелочные силикаты

Стеклообразные щелочные силикаты

Р. гМ1

2,55 2,50

Рис. 13

Стеклообразные щелочные силикаты

Рис. 14

Стеклообразные щелочные силикаты

Рис. 6. Изотермы вязкости стекол системы NasO—Si02 Рис. 7. Зависимость коэффициентов А (а) и а' (б) от состава стекол в системе

Na20—Si02 [10] Рис. 8. Вязкость г) стандартного стекла состава Na20-2Si02

20 40 60 NatO} масс. %

4(1

Рнс. 9. Изотермы вязкости стекол системы К2О—Si02

Рис. 10. Зависимость поверхностного натяжения а от состава натрнево-силнкатного

Расплава

Рнс. П. Изотермы изменения поверхностного натяжения силикатно-натриевого

Стекла

Рис. 12. Зависимость общей потери щелочи от модуля расплава и времени выдержки У—п= 1,04; 2—2,04; 3—п = 3,40; 4—п=4,65

Рис. 13. Изменение плотности q щелочно-силикатных стекол в зависимости от значения силикатного модуля п 1 — натриевое стекло; 2 — калиевое стекло

Рис. 14. Зависимость плотности натриево-силикатных расплавов от состава при

Высоких температурах

Рнс. 15. Изменение показателя светопреломления N натриево-силикатного (кри­вая 1) и калиево-силикатного стекла (кривая 2) в зависимости от силикатного

Модуля п

Плотность щелочно-силикатных стекол (силикат-глыбы) ув? личивается по мере повышения концентрации иона-модификатор? Na+, К+ (уменьшения значения модуля силикат-глыбы). Это вышение плотности связано с заполнением полостей в простра^ ственном каркасе Si02. Минимальная плотность характерна д^ кварцевого стекла (2,203 г/см3). Значения плотности стекла прц увеличении силикатного модуля п от 1 до 3 показаны на график рис. 13, составленном по усредненным значениям, приведенныщ в [9] (при комнатной температуре). Плотность увеличивается oj 2,203 для чистого кварцевого стекла до 2,566 для стекла, отве­чающего составу метасиликата натрия (я= 1), причем на кривой зависимости плотности от состава не обнаруживаются характер, ные точки, отвечающие образованию соединений по диаграмме состояния Na20—SiO>. Однако на кривой зависимости удельного объема стекла от состава обнаруживается перегиб, соответствую­Щий составу с модулем п = 2 (Na20-2Si02) и характеризующий определенное изменение структуры стекла в этой области. Для калиево-силикатных стекол аналогичный перегиб обнаруживается в области составов, соответствующих тетрасидикату калия.

Плотность натриево-силикатных расплавов при высоких темпе­ратурах (1200 и 1300 °С) в зависимости от их состава приведена на рис. 14. Характерный перелом обеих приведенных изотерм плотности приходится на состав, соответствующий составу мета­силиката натрия (Na20-Si02).

Показатель светопреломления является важной физико-хими­ческой константой и определяется составом и строением стекла. Для стекол в бинарной системе М20—Si02 определение показа-? теля светопреломления может служить вполне надежным спосо-_ бом установления фактического состава стекла. Определяют показатель светопреломления с помощью иммерсионных жидкое-' тей (с известным yV) на оптическом микроскопе. Для силикат - глыбы показатель светопреломления по мере повышения модуля (уменьшения щелочности) снижается в пределах значений, при­веденных на рис. 15 (по данным [9]).

Стеклообразные щелочные силикаты

Промышленное, стекла

'МдО

ХРег03+Щ

СаО

I 2 J t§ Содержание примесного оксида, мол. %

Рис. 16. Влияние примесных оксидов на относительную скорость раство­рения натриево-силикатного стекла (ордината — отношение скорости растворения к скорости растворения чистого стекла ЫагО-ЗВЮг)

Водостойкость щелочных силикатных стекол — весьма услов-/ Понятие,1 поскольку конечной целью синтеза таких стекол' нвлЯЮТся не сами стекла, а продукты их растворения в воде— Жидкие стекла, и их низкая водостойкость служит технологиче­ской гарантией полного растворения и образования доброкаче­ственных щелочных силикатных растворов. Сведения о раствори­мости в щелочных силикатных системах приведены в п. 2.3 при оассмотрении соответствующих гидросиликатных систем. Основ­ные факторы, влияющие на кинетику растворения щелочного сили­Катного стекла в воде, — это величина силикатного модуля и при­Сутствие в стекле примесных ионов металлов.

При снижении силикатного модуля скорость растворения щелочного силикатного стекла увеличивается. Присутствие при­месных оксидов снижает скорость растворения силикатного стек­ла. На рис. 16 приведено, поданным [ 13], относительное снижение скорости растворения натриево-силикатного стекла, содержащего примесные оксиды, по сравнению со скоростью растворения чис­того стекла состава Na20-3Si02.

Растворимое и жидкое стекло

Отверждение жидкого стекла соединениями кальция и других двухвалентных металлов

Взаимодействие растворов силикатов с соединениями кальция занимает важное место в практической химии и заслуживает отдельного анализа. Чтобы разобраться в огромном количестве известных из практики фактов, подытожим общехимические све­дения, характеризующие их …

Лакокрасочные материалы и покрытия

В общем виде под силикатными красками следует понима1 суспензию наполнителей, отвердителей (силикатизаторов) и пиг­ментов в водных растворах водорастворимых силикатов, в част­ности жидких стекол. Применение жидкого стекла в качестве пленкообразователя для …

Золи

Наиболее высокомодульными щелочными силикатами являют­ся стабилизированные кремнезоли. Это дисперсные системы с низ­кой вязкостью и клейкостью. Раствор с содержанием Si02 более 10% при размерах частиц до 7 нм прозрачен, выше 50 …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.