Выбор отвердителя для жидкого стекла
|
Как показывает опыт, кинетика гелеобразования растворов гидросиликатов натрия (жидкого стекла) сильно зависит от последовательности операций изменения pH и введения электролита. Так, скорость поликонденсации кремниевой кислоты имеет экстремальный характер в зависимости от pH среды: минимальная скорость поликонденсации наблюдается при pH = 2,2, что соответствует изоэлектрической точке кремниевой кислоты. При увеличении pH скорость поликонденсации линейно возрастает до pH = 5, затем ускорение поликонденсации уменьшается, наибольшая скорость поликонденсации кремниевой кислоты наблюдается при pH = 9. Далее увеличение pH приводит к снижению указанного показателя, что объясняет растворение кремниевой кислоты в щелочах. Поэтому следует стремиться к использованию модификаторов, дающих при гидролизе нейтральную или слабокислую реакцию. В слабокислой среде конденсация кремниевой кислоты происходит при высоких концентрациях электролита. Однако применение рекомендованных литературой отвердителей имеет существенный недостаток — образующиеся соединения (гель кремниевой кислоты, силикат и фторид натрия) растворимы или набухают в воде. Однако возможно образование нерастворимых силикатов при использовании других отвердителей. К таким отвердителям целесообразно сформулировать следующие требования: 1) соли-отвердители должны быть растворимы в воде; 2) продукты отверждения должны быть нерастворимы; 3) образующаяся соль натрия не должна подвергаться гидролизу и быть малорастворимой в воде. Известно, что высокими радиационно-защитными свойствами обладают барий и свинец. При использовании растворимых солей этих катионов образуются нерастворимые силикаты бария и свинца. Экспериментально установлено, что для отверждения жидкого стекла важно учитывать растворимость соли-отвердителя: при использовании хорошо растворимых солей высокая скорость взаимодействия смеси имеет малую жизнеспособность, а при малорастворимых — процессы естественного высыхания доминируют над химическим взаимодействием. Эффективность применения отвердителя оценивали по критерию  где kисх — коэффициент относительной растворимости отвердителя; kпр — коэффициент относительной растворимости продуктов реакции; kпр и kисх рассчитывали согласно приведенным формулам. Применение соединения целесообразно при кэф→max (табл. 11).  где PNaxAny — растворимость образующейся соли натрия; PNaF — растворимость фторида натрия (менее растворимой соли натрия).  где Pотв — растворимость соли-отвердителя; PNa2SiF6 — растворимость традиционно используемого кремнефтористого натрия; m — поправочный коэффициент.  Из табл. 11 следует, что в зависимости от значения n предлагаемые отвердители по эффективности целесообразно расположить:  Анализ результатов расчетов показывает, что максимальное значение kэф соответствует BaCl2 и превосходит предыдущее значение более чем в 2,3 раза. Из соединений свинца целесообразно использовать хлорид свинца. Взаимодействие между компонентами происходит согласно реакциям:   Согласно расчетам, приведенным в табл. 12, при использовании выбранных отвердителей объемное содержание кремниевой кислоты снижается с 36,5 до 10,4...26,0 %, количество водонерастворимых соединений возрастает до 10,4...29,7 % по объему. Применение предлагаемых отвердителей (по сравнению с Na2SiF6) позволяет понизить в 1,7 раза концентрацию водорастворимой соли натрия. Снижение содержания водорастворимого компонента NaCl положительно влияет на физико-механические свойства за счет уменьшения пористости, возникающей вследствие вымывания соединения из объема изделия при эксплуатации. Кроме того, из табл. 12 следует, что при использовании хлорида бария процесс отверждения предпочтительно проводить по химическим реакциям уравнений (4), (7) и (9).  |
