производство, состав и формула, характеристики по госту

Жидкое стекло хоть и известно стало не так давно, но уже сейчас его применение в быту настолько широко, что сложно найти ту среду производства, где оно не используется. Жидкое стекло может включаться в состав грунтовок, клея, красок, в качестве уплотнителя грунта или гидроизоляции различных водных сооружений.

Общая информация

Жидкое стекло бывает на основе калия, натрия и иногда лития, хотя последний компонент используется весьма редко. Калийный вид материала используется во множестве сфер и имеет прекрасные технические свойства. По сравнению с натриевым каустическим, обладает более рыхлой структурой, из-за чего швы бывают менее стабильны.

Обладая высокой пожаро- и взрывоустойчивостью, он придает им необходимую прочность.

Оба этих материала применяются едва ли не везде, но все же калийное в качестве одного из составляющих встречается реже. Это объясняется его дороговизной. Поэтому нередко калийное жидкое стекло заменяется каустическим натриевым.

Фото жидкого стекла

Состав

Основными составляющими жидкого стекла обычно являются:

• Серный ангидрит;
• Двуокись кремния;
• Окиси железа и алюминия;
• Силикатный модуль;
• Окись натрия;
• Окись кальция.

В обоих типах стекла две последних окиси будут встречаться, но в несколько меньших количествах. Так, в жидком натриевом стекле одноименной окиси содержится 9%, а кальция — лишь 0,2%.

При работе с жидким стеклом лучше всего использовать готовые смеси, предназначенные для выполнения конкретной задачи.

Технические параметры жидкого стекла

Стекло этого вида отвечает ГОСТ 13078-81. Сертификат соответствия является добровольной формой подтверждения качества и каждой компании, которая занимается производством этого материала, выдается после исследования этой продукции.

Некоторые строители задаются вопросом, вредно ли жидкое стекло и каким образом оно способно воздействовать на организм. Этот материал не излучает каких-либо вредных волн, поэтому его можно считать безопасным. Однако попадания его на участки тела, а уж тем более внутрь, следует избегать.

Скорость высыхания жидкого стекла будет зависеть от того, в составе какой смеси он используется. Так, в чистом виде он может подсохнуть за 10 минут. Если он добавляется в какую-либо смесь, то время его застывания составит несколько часов.

Основные характеристики жидкого калийного стекла:

1. Плотность — до 1,45 г/см3;
2. Срок (годности) хранения — 2 года;
3. Формула — Na2O3Si;
4. Вес удельный — 1,45;
5. Температура плавления — 1088С.

Химические эксперименты с жидким стеклом, показывающие его основные свойства:

Технология производства

Производство этого материала чрезвычайно сложное, поэтому этим могут заниматься лишь химические заводы. Так, изначально кварц потребуется искрошить в песок, после чего нужно смешать его с содой, поташом и сульфатом калия или же натрия.

После этого требуется сплавить весь материал в монолитную глыбу, для чего понадобится температура не меньше 1400С. Далее ее понадобиться растворить в автоклаве. На этот раз температура будет несколько ниже, порядка 170С, но длительность этой процедуры составить может около 6-7 часов. В данном случае важно так же поддерживать оптимальное давление на уровне 0,8 МПа.

Самостоятельно изготовить жидкое стекло в домашних условиях невозможно, поскольку обеспечить все условия, оптимальное давление и температуру самостоятельно невозможно. Для этого потребуется специальное оборудование и, конечно, профессиональные навыки.

Поскольку при большом объеме иногда могут возникнуть трудности с застыванием жидкого стекла в формах, рекомендуется использовать различные виды отвердителей. Сколько будет сохнуть жидкое стекло зависит от нескольких факторов. Так, хорошо воздействуют с ним калийные соли, борная кислота, диоксид титана, а так же некоторые другие типы.

На видео, как делают жидкое стекло (компьютерная симуляция):

Отзывы и оценки материала

Жидкое стекло имеет очень хорошие свойства, что подтверждено многочисленными отзывами тех, кто использовал материал. Его применяют для различных покрытий, дабы защитить поверхность от воздействия влаги. Обычно проблем с использованием его не возникает, если все было сделано по правилам.

Так, всегда рекомендуется использовать затвердитель, если объем материала, из которого предполагается производить, например, кирпичи, достаточно большой. Средняя стоимость тонны жидкого стекла составит порядка 14 тысяч.

Исходя из всей массы отзывов, представленных в интернете, можно выставить этому материалу следующие оценки:

• Цена — 5 баллов. Хотя калийный тип стекла и будет достаточно дорогим, однако его натриевый аналог обладает весьма хорошими свойствами в совокупности с доступной стоимостью;
• Внешний вид — 5 баллов. При покрытии им поверхностей не создает обычно никаких посторонних оттенков;
• Экологичность — 5 баллов. Никаких вредных посторонних примесей при создании его не используется;
• Простота изготовления — 3 балла. Самостоятельно сделать жидкое стекло невозможно, поскольку его изготавливают только на химических заводах;
• Практичность — 5 баллов. Применимо в широчайшем круге сфер;
• Трудоемкость при использовании — 5 баллов. Сложностей обычно при использовании не возникает вообще, либо они достаточно быстро устраняются.

Жидкое стекло хоть и известно стало не так давно, но уже сейчас его применение в быту настолько широко, что сложно найти ту среду производства, где оно не используется.

Жидкое стекло –добавка, улучшающая свойства строительных смесей

Формула жидкого стекла, изобретенного в далеком 1818 году, дошла до наших дней практически без изменений. Уже более двухсот лет этот проверенный временем материал активно используют во многих сферах нашей жизни. Каким же образом?

Как ни странно, «жидкое стекло» не имеет со стеклом ничего общего. Это название материал получил за внешний вид. Он представляет собой бесцветный или желтоватый гель, который после застывания становится прозрачным. По сути же это не что иное, как… канцелярский клей. Тот самый силикатный клей, который мы знаем по школьным урокам труда, и который можно купить в любом канцелярском магазине за смехотворно низкую цену. Казалось бы, в строительстве он совершенно бесполезен. Но его используют, и весьма активно. Как это возможно?

Жидкое стекло — это водный раствор силикатов натрия и калия. Жидкости такого рода отличаются прекрасной адгезией к любым пористым поверхностям. Застывая, они наглухо запечатывают поры материала, и такая защита не боится ни воды, ни ультрафиолета, ни резких перепадов температур. Это делает жидкое стекло отличной упрочняющей добавкой для бетона, кладочных смесей и проч.

Жидкое стекло стоит относительно недорого, и не требует большого расхода. С ним можно работать в условиях повышенной влажности

Но куда важнее то, что жидкое стекло обладает водоотталкивающими свойствами. Оно заметно продлевают жизнь отмосткам, бетонированным дорожкам, автомобильным площадкам, колодцам и даже бассейнам, эффективно защищая их от атмосферной и почвенной влаги.

Кроме того, жидкое стекло заметно сокращает период застывания раствора. Например, если добавить в цементно-песчаную смесь всего 2% силикатного клея, затвердевание начнется всего через 40 минут. Что, стоит отметить, может быть и плюсом, и минусом, ведь рабочего времени смеси может попросту не хватить. Именно поэтому присадки такого рода не используют при заливке фундамента. В этом случае преждевременно схватившийся бетон станет настоящей катастрофой.

Но даже в менее рискованных ситуациях нужна определенная осторожность. Перед началом работ с жидким стеклом следует подготовить все необходимое и тщательно продумать план действий, чтобы не суетиться в процессе и не терять драгоценные минуты.

При использовании жидкого стекла желательно замешивать столько смеси, сколько можно использовать за 20–25 минут работы

Но вернемся к бесспорным достоинствам. Жидкое стекло является эффективным антисептиком. Силикатные растворы убивают вредоносные микроорганизмы и предотвращают образование плесни. Именно поэтому их добавляют в грунт, которым обрабатывают бетонные стены перед поклейкой обоев или оштукатуриванием. А также применяют в садоводстве при подрезке деревьев и кустарников для защиты от вредителей. Используют его и в мебельной промышленности для защиты пиломатериала от биологического разрушения,

Еще одно полезное свойство жидкого стекла — неподверженность огню. Именно поэтому его применяют для повышения пожароустойчивости конструкций. И даже пропитывают ткани, чтобы сделать их негорючими.

Но и этим область применения не ограничивается. Жидкое стекло входит в состав смесей для наливных полов с эффектом 3D, а также замазок, которыми герметизируют металлические трубы при прокладке коммуникаций. Его используют для укладки линолеума и плитки ПВХ. Оно приносит пользу в автомобильной промышленности, так как хорошо защищает металл от коррозии.

Впрочем, разговор о жидком стекле был бы неполным, если бы мы не упомянули недостатки. Прежде всего, это ограниченный и довольно небольшой срок жизни — порядка 5-7 лет. И хотя производители уверяют, что силикатные препараты защищают от влаги раз и навсегда, лучше использовать их вкупе с другими гидроизолирующими материалами.

Для бетонного раствора с жидким стеклом рекомендуется использовать бетон не ниже М300

Также стоит отметить, что жидкое стекло «конфликтует» с обычным кирпичом, что приводит к взаимному разрушению этих материалов. И наконец, при добавлении в растворы и грунты (а в чистом виде этот препарат практически не используется) крайне важно соблюдать рецептуру. «Недолив» заметно снижает эффективность препарата, а «перелив» чреват образованием трещин.

В качестве примера приведем несколько распространенных формул. Если нужно загрунтовать бетонную стяжку, жидкое стекло разводят водой в пропорции 1:2. Антисептический раствор для дерева делают, размешивая одну часть стекла в одной части воды. Для создания гидроизолирующего раствора нужна одна часть портландцемента, одна часть песка и одна часть жидкого стекла. При этом специалисты советуют сначала засыпать сухие компоненты, и только после медленно заливать жидкость, перемешивая строительным миксером или дрелью с соответствующей насадкой. Тогда получится однородный и пластичный раствор.

И в завершении — практический совет. Работать с силикатными препаратами лучше всего в одежде, которую потом не жалко будет выбросить. Отстирать жидкое стекло практически невозможно.

Почему жидкое стекло должно быть новым состоянием материи

Как ни банально это может показаться, стекло — загадочный материал. Недавние исследования в Университете Констанца пришли к выводу, что жидкое стекло — это новое состояние вещества с необычными свойствами.

Что такое жидкое стекло?

Стекло производится из природных и сырьевых материалов, таких как кальцинированная сода, известняк и песок.

Вопреки распространенному мнению, стекло не является ни жидкостью (переохлажденной или иной), ни твердым телом. Стекло представляет собой аморфное твердое тело, существующее между твердым телом и жидкостью. Вот почему стекло можно выдувать, прессовать, отливать и формовать в различные формы.

Хотя стекло повсеместно используется в нашей повседневной жизни, оно также представляет собой серьезную научную загадку.

Жидкое стекло, с другой стороны, представляет собой прозрачный нетоксичный материал, который может покрывать практически любую поверхность, не создавая опасности. Покрытие является гибким и воздухопроницаемым, что делает его идеальным покрытием для большинства продуктов.

Технически называемый диоксидом кремния (SiO2), он состоит из почти чистого кремния, что придает ему высокую температуру плавления. Революционный продукт позволяет пользователям защищать промышленные и бытовые поверхности с помощью прочного, легко очищаемого и невидимого покрытия из жидкого стекла.

Проверить: Производство под высоким давлением улучшает качество стекла для оптоволоконных кабелей используя модель система коллоидных суспензий. Смесь содержит крупные твердые частицы, взвешенные в жидкости.

Обычно использовались сферические частицы, но команда использовала продолговатые частицы, чтобы лучше наблюдать, в каком направлении они будут указывать.

Исследователи проверили различные концентрации частиц в жидкости, отслеживая и наблюдая, как частицы будут вращаться в различных условиях.

В конце концов, данные свидетельствуют о том, что при более высокой концентрации частицы будут блокировать вращение друг друга, сохраняя при этом подвижность, образуя состояние жидкого стекла.

Андреас Замбуш, ведущий автор исследования, говорит: «При определенных плотностях частиц ориентационное движение прекращается».

Матиас Фукс, старший автор исследования, объясняет: «Это невероятно интересная точка зрения. Наши эксперименты предоставляют своего рода доказательства взаимодействия между критическими колебаниями и остановкой дыхания».

Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy наук Соединенных Штатов Америки поясняет, что в жидких стеклах ориентационные степени свободы заморожены, а поступательные движения свободны.

Данные, собранные в ходе исследования, дают представление о стекловании, тем самым раскрывая дополнительное состояние материи, которое научное сообщество искало в течение десятилетий.

ТАКЖЕ ЧИТАЙТЕ: Первый в мире петабайтный жесткий диск содержит стекло для большей емкости

Узнайте больше новостей и информации о волоконной оптике в Science Times.

© ScienceTimes.com, 2021 г. Все права защищены. Не воспроизводить без разрешения. Окно в мир науки времен.

Новое состояние материи, открытое учеными: жидкое стекло

Хотя стекло является поистине вездесущим материалом, который мы используем ежедневно, оно также представляет собой серьезную научную загадку. Вопреки тому, что можно было бы ожидать, истинная природа стекла остается загадкой, а научные исследования его химических и физических свойств все еще продолжаются. В химии и физике термин «стекло» сам по себе является изменчивым понятием: он включает в себя вещество, известное нам как оконное стекло, но может также относиться к ряду других материалов со свойствами, которые можно объяснить ссылкой на стеклоподобное поведение, в том числе , например, металлы, пластмассы, белки и даже биологические клетки.

Может показаться, что стекло совсем не твердое. Как правило, когда материал переходит из жидкого состояния в твердое, молекулы выстраиваются в линию, образуя кристаллический узор. В стекле такого не бывает. Вместо этого молекулы эффективно замораживаются на месте до того, как произойдет кристаллизация. Это странное и неупорядоченное состояние характерно для стекол в разных системах, и ученые все еще пытаются понять, как именно формируется это метастабильное состояние.

Новое состояние вещества: жидкое стекло

Исследования под руководством профессоров Андреаса Цумбуша (факультет химии) и Матиаса Фукса (факультет физики) из Констанцского университета только что усложнили стекло. загадка. Используя модельную систему, включающую суспензии специально изготовленных эллипсоидальных коллоидов, исследователи открыли новое состояние вещества — жидкое стекло, в котором отдельные частицы могут двигаться, но не могут вращаться — сложное поведение, которое ранее не наблюдалось в объемных стеклах. Результаты опубликованы в Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки (PNAS) .

Изображение положения и ориентации эллипсоидальных частиц в кластерах жидкого стекла. Авторы и права: Исследовательские группы профессора Андреаса Цумбуша и профессора Маттиаса Фукса

Коллоидные суспензии представляют собой смеси или жидкости, содержащие твердые частицы, которые размером в микрометр (одна миллионная часть метра) или более больше атомов или молекул и, следовательно, хорошо — подходит для исследования с помощью оптической микроскопии. Они популярны среди ученых, изучающих стеклование, потому что они демонстрируют многие явления, которые также происходят в других стеклообразующих материалах.

Индивидуальные эллипсоидные коллоиды

На сегодняшний день в большинстве экспериментов с коллоидными суспензиями использовались сферические коллоиды. Однако большинство природных и технических систем состоят из несферических частиц. Используя химию полимеров, группа под руководством Андреаса Цумбуша изготовила небольшие пластиковые частицы, вытянув и охладив их до тех пор, пока они не приобрели эллипсоидную форму, а затем поместила их в подходящий растворитель. «Из-за своей отличной формы наши частицы имеют ориентацию — в отличие от сферических частиц — что приводит к совершенно новым и ранее неизученным видам сложного поведения», — объясняет Цумбуш, профессор физической химии и старший автор исследования.

Затем исследователи изменили концентрации частиц в суспензиях и отследили как поступательное, так и вращательное движение частиц с помощью конфокальной микроскопии. Цумбуш продолжает: «При определенных плотностях частиц ориентационное движение замораживалось, тогда как поступательное движение сохранялось, что приводило к стеклообразным состояниям, в которых частицы группировались, образуя локальные структуры с аналогичной ориентацией». То, что исследователи назвали жидким стеклом, является результатом того, что эти кластеры взаимно препятствуют друг другу и опосредуют характерные дальние пространственные корреляции. Они предотвращают образование жидкого кристалла, который был бы глобально упорядоченным состоянием материи, ожидаемым с точки зрения термодинамики.

Два конкурирующих стеклования

То, что наблюдали исследователи, на самом деле было двумя конкурирующими стеклованиями — обычным фазовым превращением и неравновесным фазовым превращением — взаимодействующими друг с другом. «Это невероятно интересно с теоретической точки зрения», — комментирует Маттиас Фукс, профессор теории мягких конденсированных сред Констанцского университета и другой старший автор статьи. «Наши эксперименты предоставляют доказательства взаимосвязи между критическими колебаниями и остановкой остекления, за которыми научное сообщество следит уже довольно давно». Предсказание о жидком стекле оставалось теоретической гипотезой в течение двадцати лет.

Результаты также предполагают, что подобная динамика может иметь место в других стеклообразующих системах и, таким образом, может помочь пролить свет на поведение сложных систем и молекул, варьирующихся от очень маленьких (биологических) до очень больших (космологических). Это также потенциально влияет на разработку жидкокристаллических устройств.

Исследование было начато в рамках Центра совместных исследований (CRC) 1214 Университета Констанца «Анизотропные частицы как строительные блоки: адаптация формы, взаимодействия и структуры», который финансировался Немецким исследовательским фондом (DFG) с 2016 по 2020 год.

Ссылка: «Наблюдение за жидким стеклом в суспензиях эллипсоидальных коллоидов» Йорга Роллера, Алины Лаганапан, Янне-Мике Мейер, Маттиаса Фукса и Андреаса Цумбуша, 4 января 2021 г., Труды Национальной академии наук .
DOI: 10.1073/pnas.2018072118

Факты:

• Группа химиков и физиков из Университета Констанца открыла новое состояние вещества, жидкое стекло, с ранее неизвестными структурными элементами.