ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО СТЕКЛА И ШЛАКОСИТАЛЛОВ

ХИМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ

Стекло способно изменяться («выветриваться») под воздействием атмосферы, влаги или химических реаген­тов. Химическая устойчивость (или стойкость) стекла зависит от его свойств (а следовательно, от состава), природы реагентов и условий, при которых они действу­ют на стекло.

При взаимодействии стекла с влагой и кислотами происходит гидролиз растворимых силикатов, щелочных металлов с образованием гидрооксидов и геля кремне­кислота

Ј2Si03 + Н20 ; 2ROH + Si02 (гель).

Гидраты оксидов щелочных металлов далее реагиру­ют с углекислотой воздуха

2ROH + С02 J R2C03 + Н20.

Продукты реакции, в свою очередь, растворяются в действующей на отекло влаге и образуют щелочной рас­твор. Если поверхность изделия открыта и свободно омывается водой, то щелочной раствор с нее стекает. Вследствие этого поверхностный слой стекла обедняется щелочами — выщелачивается. На нем создается пленка из геля кремнекислоты, которая со временем утолщается и уплотняется, защищая стекло от дальнейшего гидро­лиза. В этих условиях выщелачивание стекла постепен­но замедляется.

При длительном воздействии щелочных растворов на поверхность стекла (например, когда стекло, упакован­ное в ящики, проложено сырой стружкой), щелочи сна­чала растворяют защитную кремнеземную пленку, а за­тем вступают во взаимодействие с самим стеклом. Сна­чала на поверхности появляются белые пятна, затем более глубокие повреждения. Образующийся налет про­дуктов растворения отслаивается в виде чешуек. Кон­тактирующие стекла с разрушенной поверхностью могут склеиться и образовать монолит.

На боратных или фосфатных стеклах не образуется защитной кремнеземной пленки, поэтому под действием тех или иных реагентов они постепенно растворяются.

Стекло тем более химически устойчиво, чем меньше в нем содержится щелочных компонентов, образующих легкогидролизующиеся щелочные силикаты. Больше всего подвержены гидролизу калиевые силикаты, мень­ше всего — литиевые. Однако смешанные натрий-кали - евые стекла более устойчивы, чем чисто натриевые.

Влияние отдельных компонентов на химическую устойчивость стекла определяется не только их приро­дой и количеством, но и основным составом стекла. Имеет также значение природа взаимозаменяющих£я компонентов. Химическую устойчивость стекла нельзя рассчитать по правилу слагаемости. Для силикатных стекол она увеличивается при замене щелочных компо­нентов двухвалентными щелочноземельными оксидами, а также при введении в состав стекол оксидов трех - и четырехвалентных металлов. Поэтому многокомпонент­ные силикатные стекла устойчивее двухкомпонентных. Наиболее устойчивы к действию воды силикаты цинка, бериллия и кальция. Менее устойчивы силикаты магния и стронция, легко растворяются силикаты бария и свинца.

Силикаты циркония, алюмосиликаты, а также боро- силикаты, содержащие не более 12 % В20з, обладают высокой устойчивостью.

К действию кислот устойчивы стекла с низким содержанием щелочных и умеренным содержанием ще­лочноземельных оксидов. Особенно стойки стекла, содер­жащие А1203, Ti02HZr02. Труднее всего увеличить устой­чивость силикатных стекол к действию щелочей, особен­но концентрированных. В этом случае вредно присут­ствие в стеклах щелочных оксидов, а также ВаО, MgO, РЬО и Ті02; повышает щвлочеустойчивость стекол вве­дение в них А1203 н особенно Zr02. Силикаты циркония обладают большой устойчивостью к любым реагентам (воде, кислотам и щелочам).

Разрушение стекла химическими реагентами значи­тельно усиливается при повышении их температуры. С повышением температуры реагентов на 1 °С разруше­ние стекла ускоряется в 1,15—1,3 раза и протекает тем интенсивнее, чем выше начальная температура реаген­тов. Особенно активно воздействуют на стекло перегре­тая вода при температуре выше 100 °С и водяные пары.

Химическая устойчивость стекла резко понижается с увеличением удельной поверхности изделий: тонкие стеклянные нити или стеклянный порошок разрушаются химическими реагентами во много раз быстрее, чем мас­сивное стекло. Химическая устойчивость зависит от со­стояния поверхности стекла; она выше у изделий с огнеполированной поверхностью, чем у механически об­работанных стекол того же состава, на поверхности которых имеются микротрещины.

Для предохранения стекол от разрушения необходи­мо соблюдать определенные правила их упаковки и хра­нения, что особенно важно для листового стекла. Меж­ду плоскими листами, упакованными в ящики, остаются тонкие зазоры, которые, подобно капиллярам, втягива­ют и задерживают влагу. Такое же действие оказывают и помещенные между листами прокладки из гигроско­пической бумаги. Поэтому листовое стекло необходимо упаковывать холодным с применением хорошо просу­шенной стружки и хранить в сухих закрытых складах. Продукцию, предназначенную для длительных морских перевозок, упаковывают в водонепроницаемую бумагу (гудронированную или парафинированную). В послед­нее время стекла защищают от воздействия влаги гид­рофобными покрытиями (например, кремнийорганичес - кими). Химическую устойчивость изделий повышают также путем обработки их поверхности кислыми га­зами (С02 или S02) или слабыми растворами кис­лот.

Условия испытания химической устойчивости стекол должны в той или иной степени соответствовать условиям их эксплуатации, устойчивость стекол различных составов к действию воды прове­ряют кипячением в ней порошков, приготовленных из испытуемых стекол; ее оценивают количеством щелочей или других растворимых компонентов стекла, перешедших в раствор (с единицы поверхно­сти порошка). По результатам испытаний стекла условно делят на пять (I—V) гидростатических классов — от неизменяемых водой (I) до нестойких (V). Самый обширный класс — III, к нему относится ■ большинство промышленных стекол.