Файл: Сычев, М. М. Неорганические клеи.pdf

При нагревании из связки выделяется высокодисперсная двуокись циркония. Это дает основание рекомендовать такие связки в качестве заменителей органических связок при фор­ мовании высокоогнеупорных и огнеупорных изделий. Введение связки улучшило спекаемость и привело к уменьшению пори­ стости изделий вдвое, по сравнению с пористостью изделий на поливиниловом спирте.

Такая связка может быть использована для грануляции сор­ бентов на основе Zr02 и солей циркония. Поскольку при на­ гревании происходит переход к двуокиси циркония, которая, как многие неорганические полимеры, является хрупким поли­ мером, то данная связка могла бы представить интерес для связывания волокнистых материалов (например, асбеста).

Растворы оксинитратов алюминия используют при получе­ нии литейных форм из электрокорунда. При прокаливании на зернах наполнителя образуется пленка активной АЬОз, которая и связывает зерна наполнителя в монолит. Известно примене­ ние оксихлорида алюминия для склеивания стеклянных пла­ стин [110].

Растворы нитратов используют в качестве связки при полу­ чении стекловидных силикатных покрытий. Кремнезем в рас­ творах нитратов размалывают в мельнице, а образующиеся сус­ пензии используют для нанесения на изделие покрытия, кото­ рое затем обжигают при относительно низких температурах

[111, П 2 ].

126

Иногда для этих целей применяют раствор Са(ЫОз)г в ме­ тиловом спирте, который при прокаливании (1000°С) образует СаО — связующее. При изготовлении форм применяют также высокообожженную или плавленую СаО.

КЛЕИ НА ОСНОВЕ СИЛИКАТОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ

Клеи на основе жидкого стекла

Среди растворов щелочных силикатов наибольшее распро­ странение в промышленности в качестве неорганического клея получил раствор силиката натрия — жидкое стекло.

Растворы жидкого стекла рассматривают как истинные рас­ творы неорганических полимеров, которые содержат гидрати­ рованные мономер-катионы щелочных металлов и полимерные кремнекислородные анионы невысокой степени полимеризации [113, с. 67]. В щелочных растворах одномолярных метасилика­ тов 23,3% SiC>2 присутствует в виде полисиликатных структур [5]. Таким образом, в этих растворах существуют мономерные катионы и ассоциаты по аниону. Наличие полярных групп обеспечивает растворам этих солей высокую вязкость (за счет водородных связей), а при отвердевании — возможность конден­ сации: при отвердевании масс на основе жидкого стекла, в ко­ нечном итоге, образуется полимерное соединение — гель крем­ невой кислоты, природа и свойства которого изучались в рабо­ тах [12 гл. I; 114— 120].

Активными компонентами при отвердевании вяжущих си­ стем на основе водорастворимых силикатов натрия или калия могут быть кроме кремневой кислоты (силикогидрата) гидраты силикатов или силикаты натрия или калия. Особенностью та­ ких систем является конденсированный характер кремневой кислоты в исходных и конечных продуктах.

Уже отмечалось, что общим для связок является высокая вязкость, пересыщенность, что обусловливает метастабильность. Она проявляется в процессах старения (самопроизвольные кон­ денсационные процессы), в легкости нарушения равновесия различными факторами (химические реагенты, температура). Отвердевание связки на основе растворимого стекла протекает по следующим схемам.

1. При повышении температуры: раствор ПагБЮз-»-испаре­ ние воды, коагуляция, поликонденсация — Si— ОН + О Н— Si—

с образованием более высокой степени конденсации.

127

2. При изменении pH среды, например, идут процессы [121,

гл. II]:

Возможна и такая реакция [121, гл. II]:

Na20 • « S i0 2 + С 0 2 + mH20 = Na2C 0 3 + /гЭЮ2 • mH20

Некоторые специалисты считают, что основой отвердевания связки является гидролиз силиката натрия:

2NaOH + 2С 02 =*=>: 2NaHC03

В результате образования бикарбоната натрия щелочность раствора понижается и равновесие гидролиза сдвигается впра­ во. То же самое происходит при введении наполнителей, на­ пример, S i0 2, А120 з , Fe20 3, которые изменяют pH локально на контакте раствор — зерно, и происходит образование поверхно­ стных соединений.

3. При воздействии на раствор твердых отвердителей, на­ пример:

поверхностные соединения (ОН-группы в целлюлозе+Ка25Ю 3 — »- Na—О—Ц, где Ц — остаток целлюлозы)

Таким образом, отвердевание связки растворимого стекла связано с превращением ее в дисперсную систему, твердая фаза которой в момент выделения обладает вяжущими свойствами.

Неорганические клеи на основе жидкого стекла находят при­ менение во многих отраслях народного хозяйства. В зависимо­ сти от характера компонентов в связке могут происходить раз­ личные химические превращения, обеспечивающие отвердевание по той или другой схеме.

На основе жидкого стекла изготавливают специальную кис­ лотоупорную замазку. Для этого измельченный кварцевый пе­ сок и кремнефторид натрия (ускоритель твердения) затворяют (замешивают) на водном растворе силиката натрия. Пластич­

личеством вводимого кремнефторида натрия (4, 8 и 14%), а также природой раствора силиката (силиката натрия в первых двух типах цемента и силиката калия — в третьем).

128

Следует отметить, что наполнителями в кислотоупорной за­

точки зрения химической стойкости и высокой прочности за­ мазки, колеблется от 2,8 до 3,1. Для достижения нужной водостойкости кремнефторид натрия в соответствии со стехио­ метрическим отношением вводят в зависимости от содержания, модуля и концентрации жидкого стекла. Можно вводить в

замазку также до 5% силикагеля.

Отвердевание замазки сопровождается образованием геля ортокремневой кислоты, выделяющегося в результате посте­ пенного гидролиза силиката натрия, причем без ускоряющих добавок процесс протекает довольно медленно. Его можно ин­ тенсифицировать кремнефторидом натрия:

Таким образом, в результате гидролиза кремнефторида сни­ жается величина pH, что приводит к выделению геля кремневой кислоты. Отвердевание цемента происходит при положительной температуре на воздухе.

Кислотоупорная замазка необходима в химической промыш­ ленности для склеивания отдельных химически стойких изделий при работе в агрессивных средах, при защите корпусов хими­ ческой аппаратуры (футеровка), для приготовления кислото­ упорных бетонов. Следует отметить удобство использования такой замазки для защиты от коррозий газоходов при транспор­ тировке агрессивных газов, а также для защиты от кислот лю­ бых поверхностей. Замазку нельзя использовать в условиях действия щелочей, фтористо- и кремнефтористоводородных кис­ лот, водяного пара и кипящей воды. Указанную замазку ис­ пользуют также в металлургической и металлообрабатывающей промышленности.

В табл. 44 приведены требования к'кислотоупорной замазке по ГОСТ 5050—68.

Одной из важных областей использования жидкого стекла является добавление его в формовочные смеси, затвердевание которых происходит при обдувании отлитой формы или стерж­ ня углекислым газом или вследствие взаимодействия жидкого стекла с отвердителем. Физико-химические процессы, происхо­

в формовочных смесях обусловлена, в основном, наличием геля кремневой кислоты [148, гл. II]. Были изучены прочностные свой­ ства и кинетика затвердевания формовочных смесей как при их нагревании, так и при продувании через них углекислого газа. Исследования показали, что структура и свойства продуктов отвердевания различны при действии этих факторов. При на­ гревании жидкостекольной смеси прочность достигается бла­ годаря выделению пленки силиката натрия. При продувании же углекислого газа также образуется гель кремневой кислоты, но в этом случае затвердевание происходит значительно бы­ стрее. В табл. 45 приведены некоторые свойства смесей с жид­ ким стеклом, обработанных различными методами.

При изготовлении формовочных смесей с жидким стеклом в качестве наполнителя применяют пески, хромомагнезит, хроми­ стый железняк и другие материалы. Жидкое стекло может быть с разным модулем, в зависимости от условий «работы» формы. Марка А (модуль 2,0—2,3) наиболее длительно сохраняет пла­ стичные свойства смеси. Марку В (М = 2,61—3,00) применяют в тех случаях, когда форма отвердевает на воздухе, а также при ускорении процесса отвердевания углекислым газом. В дру-

130