Классификация растворимых стёкол

Введение

Стекло является наиболее широко используемым материалом в повседневной жизни, строительстве и на транспорте благодаря его уникальным качествам: прозрачности, твердости, химической стойкости к активным химическим веществам и относительной дешевизне производства. Без этого невозможно производить оптические устройства, телевизоры, космические корабли и т. д. Несмотря на успехи в создании новых материалов для широкого спектра применений, неорганические стекла после камня, бетона и металла прочно занимают одно из главных мест среди используемых на практике.

С древних времен человек знал натуральное стекло (янтарь, стекло вулканического происхождения), и он научился изготавливать стекло несколько тысяч лет назад. Производство стекла улучшалось на протяжении веков, но долгое время этот процесс определял искусство мастеров, опыт которых передавался из поколения в поколение. В настоящее время наряду с ручным трудом в стекловарении используются механизированные методы формования изделий из стекла, которые обеспечивают массовое производство. В народном хозяйстве приблизительно можно выделить следующие основные области применения стекла: строительная промышленность, производство стеклянной тары, стеклянных приборов, химической посуды; вакуумная промышленность, использование стекла в качестве декоративного материала, оптическая промышленность и приборостроение.
Более половины всего выплавляемого стекла перерабатывается в листы для остекления зданий. Изделия из стеклопластика (стекловата, маты, жгуты и т. д.), используемые в качестве тепло- и звукоизоляции, широко используются в строительстве. Они не гниют и не формуются, имеют низкую насыпную плотность, огнестойкость и виброустойчивость.
1 КлассификацияСледующие классы стекол различаются по типу неорганических соединений: элементарные, металлические, оксидные, галогенидные, халькогенидные, сульфатные, нитратные, карбонатные, фосфатные и др.
Краткое описание этих очков следующее.
Элементарные стекла могут образовывать лишь небольшое количество элементов - сера (S), селен (Se), мышьяк (As), фосфор (P), углерод (C). Стекловидная сера и селен могут быть получены быстрым переохлаждением расплава; мышьяк - сублимацией в вакууме; фосфор - при нагревании под давлением более 100 МПа; углерод - в результате длительного пиролиза органических смол. Стеклоуглерод с уникальными свойствами обретает промышленное значение - он способен оставаться в твердом состоянии до 3700 ° C, имеет низкую плотность 1500 кг / м3, обладает высокой прочностью, электропроводностью и химической стойкостью.
Галогенидные стекла получены на основе стеклообразующего компонента BeF2. Многокомпонентные композиции фторберилатных стекол также содержат фториды алюминия, кальция, магния, стронция и бария. Фтороберилатные стекла находят практическое применение благодаря их высокой стойкости к жесткому излучению, включая рентгеновские и γ-лучи, агрессивные среды - фтор, фтористый водород.
Халькогенидные стекла получают в бескислородных системах, таких как Ge-As-X, Ge-Sb-X, Ge-P-X, где X-S, Se, Te. Они прозрачны в инфракрасной области спектра, обладают полупроводниковой проводимостью электронного типа и обладают внутренним фотоэлектрическим эффектом. Очки используются в телевизионных высокочувствительных камерах, в компьютерах в качестве переключателей или элементов запоминающих устройств.
Оксидное стекло. Наибольшее значение в проектировании и строительстве имеют оксидные стекла, которые представляют собой обширный класс соединений. Оксиды SiO2, GeO2, B2O3, As2O3 наиболее легко образуют стекла. Большая группа оксидов - TeO2, TiO2, CeO2, MoO3, WO3, BiO3, Al2O3, Ga2O3, V2O3 - образует стекла при легировании другими оксидами или смесями оксидов. Например, стекла легко образуются в системах CaO - Al2O3 - B2O3; CaO - Al2O3; P2O5 - V2O5; MemOn - P2O5 - V2O5.
В зависимости от основных стеклообразующих компонентов (стеклообразующих агентов) различают оксидные стекла:
силикат - SiO2;
алюмосиликат - Al2O3, SiO2;
боросиликат - B2O3, SiO2;
бороалюмосиликат - B2O3, Al2O3, SiO2;
алюмофосфат - Al2O3, P2O5;
бороалюмофосфат - B2O3, Al2O3, P2O3;
алюмосиликофосфат - Al2O3, SiO2, P2O5;
фосфорванадат - P2O5, V2O5;
силикотитанат - SiO2, TiO2;
силико-цирконат - SiO2, ZrO2.
Индустриальные стеклянные композиции обычно содержат по меньшей мере 5 компонентов, а специальные и оптические стекла могут содержать более 10 компонентов.
Однокомпонентное кварцевое стекло на основе диоксида кремния SiO2, широко используемое в технике и быту, наиболее простое по составу.
Двухкомпонентные - бинарные щелочно-силикатные стекла состава Me2O-nSiO2, где Me-Na, K; n = 2 ... 4, так называемые растворимые (жидкие) стекла, имеют большое промышленное значение, широко используются в строительстве для кислотостойкого цемента, а также для реставрационных работ. Так, растворимый силикат натрия производится российскими заводами по ГОСТ Р50418-92.
Многокомпонентные оксидные стекла. Основу промышленных стекол - оконных, архитектурных, строительных, качественных, автомобильных, контейнерных и др. - составляют композиции тройной системы Na2O (K2O) -CaO-SiO2, с массовым содержанием (%): SiO2 - 60 .. 80, CaO - 0 ... 10, Na 2 O - 10 ... 25.
2 Производство и свойстваСама технология выглядит просто, но требует повышенного внимания и точности. При изготовлении жидкого стекла существует много проблем, которые могут быть решены только крупными химическими предприятиями.
Первым шагом является измельчение кварца до состояния песка. Смешивается с содой, калием и сульфатом калия или натрия.
Вся смесь сплавляется в монолит при температуре выше 1200 ° С, после чего она плавится при температуре 170 ° С в автоклаве. Важно отметить, что на последнем этапе давление должно быть не более 0,8 МПа, в противном случае конечный результат совершенно не подходит.
Для изготовления может использоваться совершенно разное оборудование, но принцип для всех одинаков.

Монолитные блоки из смеси поступают на конвейер и доставляются в автоклав - закрытый сосуд для нагрева, где смесь плавится и смешивается. После этого весь материал доставляется дальше по конвейеру до следующих этапов производства.
Используя специальную обработку сырья, содержащего кремнезем с высокой концентрацией гидроксида натрия или путем сплавления кварцевого песка с содой, жидкое стекло получают в автоклаве.
Этот материал как таковой представляет собой агрессивно насыщенный водно-щелочной раствор силикатов натрия и калия. Этот тип стекла из калия / натрия имеет совершенно другой химический состав, в отличие от обычного стекла. Благодаря этому он способен растворяться в воде, особенно при воздействии давления или высоких температур.
Цвет жидкости колеблется между прозрачным, бесцветным и бледно-коричневым. Жидкое стекло в водном растворе содержит следующие вещества: модифицированные добавки, коллоидную, кремниевую кислоту, оксид натрия и диоксид кремния.
Жидкое стекло растворимо в воде, вследствие гидролиза этот раствор имеет щелочную реакцию. В зависимости от концентрации водных растворов значение рН составляет 10-13. Плотность и вязкость растворов жидкого стекла зависят от концентрации раствора, температуры и соотношения кремниевой кислоты и щелочи. Натриевое жидкое стекло (силикатный блок) разжижается при температуре 590 ... 670 ° С. Отвержденная пленка жидкого стекла растворима в воде. Регидролиз уменьшается за счет реакции с ионами металлов (образуются нерастворимые силикаты) или путем нейтрализации кислотой (образуется нерастворимый силикагель). В химической реакции жидкого стекла с амфотерными металлическими крошками, оксидами, алюминатами, цинкатами и свинцами основного металла в смеси с силиконовым гелем образуются нерастворимые силикаты. Затвердевшая пленка 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, спирта и мочевины), а органическая коллоидная система и раствор силиката коагулируют с жидкими искусственными смолистыми дисперсиями. Растворы спиртов, альдегидов, кетонов, аммиака и солевых растворов дают эффект «высаливания» [2].

Заключение

Есть много областей применения жидкого стекла. Он, в частности, используется для изготовления кислотостойкого и водостойкого цемента и бетона, для пропитки тканей, приготовления огнеупорных красок и покрытий для дерева (антипиренов), укрепления мягких грунтов, в качестве клей для склеивания целлюлозных материалов, изготовления электродов, очистки растительного и машинного масла и т. д.
В сочетании со спиртом и тончайшим песком они используются для создания «керамических» форм или оболочек, в которые металлические изделия отливаются после прокаливания до 1000 ° C.
Жидкое стекло используется в буровых растворах, образуя нерастворимые соединения (так называемая «силикатизация» поверхности).

Список использованной литературы

1. Айлер P. Химия кремнезема. В 2 т. М.: Мир, 1982.
2. Григорьев П.Н., Матвеев М.А. Растворимое стекло (получение, свойства и применение) – М., 1956
3. Кудрявцев П.Г., Вольхин В.В. Золь-гель процессы и некоторые его технологические приложения, Золь-гель процессы получения неорганических материалов, тез. докл. семинара, Пермь, 1991, с.3-5.
4. Christophlienk P. Glastechn. Ber., 1985, 85, N 11, S. 308.
5. Porter M.R. Handbook of Surfactants. Blackie, Glasgow (UK), 1994. 9. Figovsky O.L., и др. Успехи применения нанотехнологий в строительных материалах, Nanobuild, v.3, 2012, p.6-21.