Основные характеристики жидкого стекла

Структура

В растворах жидкого стекла имеются в наличии силикаты со спектром от мономерного ортосиликата до высокомерных форм. Средний показатель полимеризации зависит от соотношения кремнекислоты и щелочи, а также от концентрации силикатного раствора. С повышением соотношения возрастает полимеризация кремнекислотных анионов и вискозность раствора, соответственно, повышается.

рН-значение

Хотя термины «нейтральный» и «щелочной» широкоупотребительны в описании жидкого стекла, однако, все растворы жидкого стекла реагируют на щелочь. рН-значение стандартных растворов лежит между показателями 11 и 13.

Разбавление водой в соотношении от 1:10 до 1:100 изменяют рН-значение раствора жидкого стекла лишь незначительно: 1%-ный раствор имеет рН-значение между 10 и 12.

Плотность

Плотность растворов жидкого стекла измеряется, обычно, аэрометром, который имеет градированную шкалу (кг/м³). При частом измерении плотности имеет смысл использовать пробор измерения плотности по принципу колебаний. Требующееся количество жидкого стекла (около 0,7см³) и время достижения температурной константы у этих приборов крайне незначительно.

Плотность зависит от концентрации раствора, темературы и соотношения кремнекислоты к щелочи. На практике измерение проводится при температуре отклоняющейся от 20°С. В этих случаях значение плотности корректируется следующим образом. Если температура раствора выше 20°С, то значение должно повышаться приблизительно на 0,28 кг/м³ на каждый градус температурной разницы. Если же температура ниже 20°, то значение соответствующим образом понижается.

Вискозность

Вискозность является одной из наиболее важных характеристик жидкого стекла, поскольку играет большую роль в его производстве и применении. Вискозность определяется многими факторами. Важнейшие из них: соотношение кремнекислоты и щелочи, концентрация и температура. Вискозность увеличивается по мере возрастания показателя концентрации и соотношения кремнекислоты и щелочи и уменьшается при возрастании температуры.

Добавка растворимых солей к растворам жидкого стекла вызывает общее повышение вискозности. Смеси натриевых и калиевых растворов жидкого стекла имеют более высокую вискозность, чем в отдельности.

Вискозиметр. Элементарный метод измерения вискозности базируется на определении скорости падения стального шарика в раствор жидкого стекла. Вискозность легко расчитывается в mРахs. Измерителем скорости падения служит вискозиметр, принцип действия которого состоит в скатывании стального шарика через стеклянную трубку в раствор жидкого стекла. Все приведенные значения вискозности определены с использованием такого вискозиметра.

Вискозиметры Брукфильда, Штромера или Хаака удобнее в эксплуатации, легче чистятся и обладают высокой точностью в определении результатов измерений.

Термичность

Чтобы определить показатель вискозности жидкого стекла в стадии перекачки и обработки и сильно зависящий от температуры, емкости для жидкого стекла часто прогреваются. При расчете снабжающей массы тепла за основу взят показатель специфичной теплоты раствора жидкого стекла.

Жидкое стекло натриевое 37/40: соотношение массы 3,35 с=3,0 КДж/кгхК. Жидкое стекло натриевое 48/50: соотношение массы 2,75 с=2,5 КДж/кгхК.

Точка варки

Жидкое стекло и порошкообразное стекло используется как вяжущее вещество в шихте при высоких температурах. Поскольку порошкообразный продукт в зависимости от вида и соотношения кремнекислоты и щелочи разжижается при различных температурах, то выбор определенного сорта жидкого стекла зависит от требуемой температурной постоянной.

Натриевое жидкое стекло (силикатную глыбу) разжижают между 590° и 670° и варят при температурном промежутке от 760° до 870°С.

Сушка

Сушка растворов жидкого стекла происходит как при обычных температурах, так и повышенных. Затем процесс высыхания все более и более замедляется и, в конце концов, протекает еле заметно, хотя высушенная субстанция все еще содержит заметное количество воды. Последняя стадия осуществляется при температуре 350-400°. Скорость сушки и остаток воды растворов жидкого стекла при заданной температуре зависит от соотношения кремнекислоты и щелочи. Чем выше это соотношение, тем быстрее происходит сушка и тем меньше остаток воды в просушенном жидком стекле.

Отвердение

Состояние жидкого стекла при температуре ниже 0° зависит от его концентрации и соотношения кремнекислоты и щелочи. Натриевое жидкое стекло с соотношением 2,0 и содержанием твердого вещества 54% сохраняет свой обычный вид и при температуре – 10° и при разогревании вновь приобретает свои прежние качества.

Натриевое жидкое стекло с соотношением 3,3 и содержанием твердого вещества 35%, напротив, мутнеет уже при -2° вследствие кристаллизации. Это приводит к тому, что на поверхность поднимаются кристаллы. После их таяния на основе предыдущего выделения из воды (льда) появляются образования, которые уже не подлежат устранению.

Химическое состояние

Отвердевшая пленка жидкого стекла регидротизируется под влиянием влажности и полностью растворяется в воде. Поэтому соединения с жидким стеклом после разогревания нестабильны и растворяются. Устойчивости можно достигнуть благодаря химической модификации, например, через реакцию с более обогащенными ионами металла, которые образуют нерастворимые силикаты, или через нейтрализацию щелочи кислотой, из-за чего кремнекислота выделяется из жидкого стекла как нерастворимый гель. Подобно свободным кислотам действуют кислые соли и соединения, которые образуют в процессе гидролиза кислоты.

Устойчивости можно добиться и через химическую реакцию жидкого стекла с амфотерной металлической крошкой, базовыми оксидами металлов, алюминатами, цинкатами и плюмбатами. В результате этих реакций образуется большинство труднорастворимы силикатов в смеси с кремниевым гелем. Подобные реакции     возможны с порошкообразным наполнителем и пигментами.

Отвердевшая пленка поглощает влагу и диоксид угля из воздуха, теряет свои стеклообразующие характеристики и прозрачность, что ведет к образованию белого осадка щелочного карбоната. Калиевое жидкое стекло имеет меньшую предрасположенность к образованию осадка чем натриевое.

Растворы жидкого стекла несовместимы с большинством органических веществ. Исключением являются сахар, алкоголь и мочевина.

При смешении растворов жидкого стекла с жидкими искусственными смолистыми дисперсиями происходит коагуляция как органической коллоидной системы, так и силикатного раствора. Алкоголь, альдегиды и кетоны, как и аммониак, и солевые растворы производят эффект «высаливания».