Получение жидкого стекла. Определение и технические характеристики жидкого стекла
Получение жидкого стекла. Определение и технические характеристики жидкого стекла
Жидкое стекло – это особый материал, изобретенный немецкими химиками еще в XIX веке. Если говорить простым языком, это продукт химической реакции, возникающей между кремниевой кислотой и различными силикатами щелочных металлов – натрия, калия и лития. Со временем стало понятно, что наиболее распространенным станет именно натриевый состав, так как его свойства и стоимость удовлетворяют большинство потребителей. Калиевое жидкое стекло стоит дороже, так как технология его производства более затратная, однако и эффект от применения лучше. Вариант производства жидкого стекла из лития практически не получил распространения.
Итак, после реакции взаимодействия кремниевой кислоты с силикатом натрия или калия получается вязкая, прозрачная, иногда с белесым или зеленоватым оттенком масса. На открытом воздухе эта масса быстро застывает с образованием стеклоподобного полимера, формулу которого вы легко сможете найти в Википедии. К характеристикам данного полимера можно отнести:
- гидрофобность – застывший материал не пропускает влагу;
- растворимость – незастывшая масса легко растворяется в чистой воде;
- клейкость – масса обладает высокой адгезией к самым разным поверхностям;
- защита от грибка и плесени – силикаты отличаются отличными дезинфицирующими качествами;
- термостойкость – застывшая субстанция не боится высоких температур и открытого пламени;
- прочность – масса достаточно прочна на сжатие;
- антистатичность – получающаяся пленка не накапливает статическое электричество;
- термоизоляционные качества – полимер плохо передает тепло.
Выяснив все перечисленные особенности и характеристики, люди быстро поняли, что данный материал имеет большое будущее в строительстве , производстве и других областях человеческой деятельности. С тех пор приступили к массовому производству жидкого стекла и изучению путей его практического применения. Сначала для этого использовали стеклоплавильные печи, однако со временем производство переместилось в автоклавные камеры, где под высоким давлением удается добиться более высокого класса и качеств получаемого продукта.
Добавление жидкого стекла в цементный растворВажно! В сети гуляет множество рецептов производства жидкого стекла в домашних условиях. Мы рассмотрели некоторые из них и пришли к выводу, что сделать что-то сравнимое по качеству и затратам с заводским материалом, изготовленным в соответствие с ГОСТ, у вас все равно не получится.
Твердение жидкого стекла. Общие сведения
Бетоны на жидком стекле могут быть легкими (средняя плотность до 2000 кг/м3) и тяжелыми (средняя плотность свыше 2000 кг/м3). Они приготавливаются на основе жидкостекольного связующего , минерального наполнителя и различных заполнителей.
В качестве жидкостекольного вяжущего применяют растворимое стекло, представляющее собой натриевый (Na20×nSi02) или калиевый (K20×nSi02) силикаты , где n = 2,5 — 4 — модуль стекла. Растворимое стекло получают из смеси кварцевого песка с содой (Na2С03) или сульфатом натрия (Na2S04) — для натриевого жидкого стекла, или с поташом (К2С03) — для калиевого.
В стекловаренных печах получают расплавленную стекломассу, которую из печи для быстрого охлаждения выгружают в вагонетки. При этом образуются стекловатые куски, которые принято называть «силикат-глыбой». Растворение силикат-глыбы производят водяным паром в автоклаве при давления 0,5-0,6 МПа и температуре около +150 °С.
Кроме того, в твердении жидкого стекла принимает участие и углекислота воздуха . Углекислота нейтрализует едкую натриевую или калиевую щелочь, которая образуется в растворе при гидролизе и способствует коагуляции кремнекислоты, а также более быстрому затвердеванию жидкого стекла. При этом происходит выделение и высыхание (довольно медленно) аморфного кремнезема.
Однако глубина проникания углекислоты воздуха сравнительно невелика и положительное ее действие наблюдается только на поверхности. Поэтому для хранения используют обычные пластиковые канистры . Образующаяся стекловидная пленка на поверхности жидкого стекла предотвращает дальнейшее стеклование вглубь консистенции на длительное время.
Твердение растворимого стекла существенно ускоряется при повышении температуры , а также при введении веществ, ускоряющих гидролиз и выпадение геля кремниевой кислоты (катализаторов, например, кремнефтористого натрия Na2SiF6).
Натриевое жидкое стекло используют для изготовления кислотоупорных, жароупорных и огнеупорных бетонов, огнезащитных обмазок и силикатизации грунтов. Калиевое жидкое стекло применяют для приготовления силикатных красок, мастик и кислотоупорных растворов и бетонов.
Получение жидкого стекла в лаборатории. Жидкое стекло
Жидкое стекло также широко известно как силикатный клей ( торговое название ).
Впервые жидкое стекло получил в 1818 году немецкий химик и минералог Иоганн Непомук фон Фукс действием щелочей на кремниевую кислоту .
В настоящее время жидкое стекло получают обработкой в автоклаве кремнезёмсодержащего сырья концентрированными растворами едкого натра или сплавлением кварцевого песка с содой . Известны также способы получения жидкого стекла, основанные на прямом растворении кремнистого сырья ( опоки , трепелы , диатомиты и другие) в растворах щелочей при атмосферном давлении и относительно невысокой температуре (температура кипения раствора щелочи).
Характеристикой химического состава жидкого стекла является силикатный модуль. Модуль показывает отношение содержащегося в жидком стекле оксида кремния к оксиду натрия или калия и характеризует выход кремнезёма в раствор. По величине силикатного модуля о качестве жидкого стекла не судят, но в некоторых технологических прописях присутствуют указания к использованию конкретного модуля, когда конечный продукт напрямую зависит от количественного соотношения данных оксидов.
Жидкое стекло растворимо в воде, вследствие гидролиза этот раствор имеет щелочную реакцию. В зависимости от концентрации водных растворов значение рН равно 10-13. Плотность и вязкость растворов жидкого стекла зависят от концентрации раствора, температуры и соотношения кремнекислоты к щелочи. Натриевое жидкое стекло (силикатная глыба) разжижается при температуре 590…670 °C. Отвердевшая плёнка жидкого стекла растворима в воде. Регидролиз снижается при реакции с ионами металлов (образуются нерастворимые силикаты ), или при нейтрализации кислотой (образуется нерастворимый гель кремнекислоты ). При химической реакции жидкого стекла с амфотерной металлической крошкой , базовыми оксидами металлов , алюминатами , цинкатами и плюмбатами образуются труднорастворимые силикаты в смеси с кремниевым гелем. Отвердевшая плёнка под воздействием влаги и углекислого газа воздуха теряет свои свойства и образуется белый осадок щелочного карбоната.
Растворы жидкого стекла несовместимы с органическими веществами (кроме сахара , алкоголя и мочевины ), с жидкими искусственными смолистыми дисперсиями происходит коагуляция как органической коллоидной системы, так и силикатного раствора. Растворы спиртов, альдегидов, кетонов, аммиака и солевые растворы производят эффект «высаливания».
Областей применения жидкого стекла очень много. Его, в частности, применяют для изготовления кислотоупорного и гидроупорного цемента и бетона, для пропитывания тканей, приготовления огнеупорных красок и покрытий по дереву ( антипирены ), укрепления слабых грунтов , в качестве клея для склеивания целлюлозных материалов, в производстве электродов , при очистке растительного и машинного масла и др.
В сочетании со спиртом и самым мелким песком используют для создания «керамических» или оболочковых форм , в которые после прокаливания до 1000 °C отливают металлические изделия.
Жидкое стекло используется в буровых растворах , образуя нерастворимые соединения (так называемая «силикатизация» поверхности).