Жидкое стекло: виды, свойства, сферы применения

Строительный рынок представлен огромным количеством практичных и эффективных материалов, которые применяются при проведении строительно-ремонтных работ. Одним из них является жидкое стекло, которое благодаря уникальной вязкой структуре и высоким эксплуатационным характеристикам используется для обустройства надежной гидроизоляции различных типов поверхностей.

Что такое жидкое стекло? Оно представляет собой водный щелочной продукт, созданный на основе силикатов натрия и калия. Существует другое название стекла – силикатный клей. Технология изготовления материала предусматривает плавление натриевых и калиевых солей при воздействии высокой температуры.

Разновидности жидкого стекла

Впервые жидкое стекло было изобретено немецким минерологом в начале 19-го века, с тех пор его первоначальный состав остается практически неизменным.

С использованием современных технологий производятся следующие типы стекла:

• Натриевое стекло. Вязкий раствор на основе натриевых солей, обладает повышенной прочностью и адгезией с минералами различной структуры. Он устойчив к возгоранию, перегреву и деформациям.
• Калиевое стекло. Продукт, разработанный на основе калиевых солей, обладает рыхлой структурой и высокой гигроскопичностью. Подобная поверхность исключает появление бликов, устойчива к перегреву и повреждениям.
• Литиевое стекло. Раствор, который производится в ограниченных количествах, благодаря своей структуре обеспечивает термическую защиту любому основанию.

Все разновидности стекла относятся к категории монощелочных продуктов. Кроме того, существуют растворы комбинированного и комплексного типа импортного производства.

Свойства и преимущества материала

Внешне жидкое стекло напоминает тягучую резиновую массу, которая после затвердения создает прочную водонепроницаемую основу.

Выделяют основные свойства жидкого стекла:

• водоотталкивающее – предотвращает проникновение воды;
• антисептическое – защищает от образования опасных микроорганизмов и грибка;
• антистатическое – препятствует образованию электростатического разряда;
• огнеупорное – защищает от возгорания и негативного воздействия кислотосодержащих компонентов;
• отвердевающее – обеспечивает повышенную прочность и износостойкость обработанного основания.

Подобные характеристики выявляют ряд существенных преимуществ материала:

• быстрое заполнение мелких щелей и пор, защита деревянных и бетонных оснований;
• создание прочной влагозащитной пленки;
• невысокая стоимость и экономный расход материала;
• длительный срок службы;
• возможность проведения работ в помещениях с высоким уровнем влажности.

Использование жидкого стекла предусматривает соблюдение специальных правил:

• Стекло не применяется для гидрозащиты оснований из кирпича.
• Для повышения прочности стеклянной пленки необходимо использовать дополнительные варианты гидроизоляции.
• Быстрое затвердевание материала требует опыта и навыков работы с ним.
• До начала работ поверхность тщательно очищается от мусора и пыли. После чего обрабатывается грунтовкой глубокого проникновения. Далее выполняется грунтовка жидким стеклом с равномерным распределением по всей рабочей зоне.

Области использования жидкого стекла

Материал нашел свое применение во многих сферах человеческой деятельности – в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и быту.

Использование ЖС в строительстве

Благодаря высокой адгезии стекло все чаще используется в строительной сфере:

• Для гидроизоляции подвалов, чердаков и фундаментов. Оно защищает бетон от повышенной влажности, ультрафиолетового излучения и возгорания.
• Для гидроизоляции колодцев, скважин и бассейнов. В местах прямого контакта бетонной поверхности с водой материал обеспечивает надежную защиту от разрушения и деформации. Раствор наносится тонким слоем в несколько этапов на внутреннюю часть стен гидросооружений.
• Для кладки отопительного оборудования – каминов и печей. Раствор готовится с добавлением огнеупорного цемента и песка.
• Для производства декоративных материалов – замазок, гидрофобизаторов, красящих и клеевых составов.
• Для изготовления антисептических составов, применяемых при обработке бетонных и деревянных оснований.
• Для изготовления защитных растворов, используемых при обработке соединительных стыков в канализационных и водопроводных трубах.
• Для производства прочных красок для дерева, устойчивых к воздействию влаги и высоких температур.

Гидроизоляционное стекло используется и как самостоятельный материал, и в качестве добавок при изготовлении пропиток и смесей.

Применение жидкого стекла в быту

Для чего нужно использовать ЖС в бытовой сфере? Универсальный материал, который применяется для следующего:

• выполнение ремонтных работ – монтаж ПВХ-плитки, пластиковых панелей, линолеума;
• производство герметизирующих составов для труб из металла;
• повышение огнеупорных характеристик различных тканей;
• сельскохозяйственные и садоводческие работы – обработка поврежденных стволов деревьев;
• реставрационные работы – восстановление стеклянных, пластиковых, деревянных и фарфоровых поверхностей;
• производство наливных трехмерных полов;
• реставрация автомобильных кузовов;
• декоративная отделка помещений при использовании потолков подвесного типа, зеркальной и керамической плитки, витражей и панно;
• очистка кухонной посуды и утвари.

Приготовление растворов на основе жидкого стекла

Грунтовочный раствор

Из жидкого стекла можно приготовить грунтовочную смесь для обработки оснований различного типа. Для этого соблюдаются следующие пропорции:

• 2 части цемента;
• 2 части стекла.

Определившись с тем, что такое стекло в жидкой форме, можно рассмотреть варианты приготовления наиболее востребованных растворов на его основе.

В цемент добавляется требуемое количество воды, затем вводится стекло. Ингредиенты перемешиваются строительным миксером до получения тягучей смеси. Сколько сохнет готовая смесь? Продолжительность отвердения – 35 минут, поэтому обработка поверхностей начинается после приготовления смеси. Для нанесения используется мягкая кисть или валик.

Гидроизоляционное средство

Чтобы защитить поверхность от повышенной влаги, образования плесени и грибка, рекомендуется приготовить гидроизоляционную смесь. Для этого используется равное количество ингредиентов:

• 3 части песка;
• 3 части портландцемента;
• 3 части стекла.

Ингредиенты необходимо разбавить с водой для получения густой смеси. Готовый раствор подходит для изоляции гидросооружений.

Огнеупорное средство

Этот раствор обеспечит защиту поверхностей от возгорания. Готовится в следующих пропорциях:

• 1 часть цемента;
• 3 части песка;
• 20 % стекла от общего объема раствора;
• вода.

Вначале замешивается цементно-песчаная смесь на воде, затем вводится стекло. Готовый раствор применяется для каминной и печной кладки.

Антисептический раствор

Антисептики на основе стекла предотвращают образование бактерий, грибка и плесени на бетонных, каменных и деревянных основаниях. Раствор готовится следующим образом:

• 1 часть стекла;
• 1 часть воды.

Для нанесения готового средства на поверхность используется мягкий валик.

Пропитывающее средство

Пропитка для обработки стеновых, потолочных и напольных поверхностей готовится следующим образом:

• 450 г стекла;
• 1 литр воды.

Как использовать готовый раствор? Обработка поверхностей осуществляется в несколько слоев, при этом каждый последующий наносится после полного высыхания предыдущего.

Рекомендации по использованию жидкого стекла

Как пользоваться жидким стеклом при гидроизоляции поверхностей? Пошаговая инструкция предусматривает соблюдение следующих этапов:

• Поверхность тщательно очищается от имеющихся загрязнений.
• При помощи кисти или валика наносится грунтовочная смесь.
• Спустя полчаса добавляется второй слой грунтовки. При этом важно соблюдать равномерное распределение смеси на поверхности.
• Готовится защитный раствор на основе цементно-песчаной смеси и жидкого стекла.
• При помощи шпателя раствор наносится на поверхность тонким слоем.

Материал имеет продолжительный срок эксплуатации в условиях низких температур, поэтому допускается хранение в зимний период на открытом воздухе.

Благодаря высокой эффективности подобный материал имеет широкий диапазон использования. Так растворимое стекло на калиевой основе применяется для изоляции фундаментов, тогда как на натриевой – для защиты бетонных строений, гидросооружений, в садоводстве и бытовой сфере.

Имея представление о том, как сделать жидкое стекло и защитные составы на его основе, можно решить вопросы с гидроизоляцией поверхностей различных типов.

Жидкое стекло. Состав и свойства. Применение и особенности

Жидкое стекло – название водного раствора силиката калия или натрия, который широко используется в строительной сфере в качестве гидроизоляции или клеящего состава. Свое название материал получил благодаря внешнему сходству после высыхания со стеклом. Он также прозрачный, но при разбивании не распадается на режущие осколки.

Получение жидкого стекла осуществляется методом переплавки кварцевого песка с добавлением соды, сульфата натрия и угля. Данная технология очень напоминает производство обычного стекла. Существует две разновидности жидкого стекла в зависимости от химического состава: силикат натрия и силикат калия. Оба материала до момента застывания имеют прозрачную пастообразную консистенцию. Иногда они имеют зеленый или желтый оттенок.

Материал продается в различной таре. Это может быть банка на 200-400 мл, пластиковое ведро или большая бочка, объемом 200 л. Это позволяет его покупать как для промышленного применения, так и бытовых целей.

Стекло полученное на калиевой основе нашло применение в направлении производства лакокрасочных материалов, в частности силикатных красок. Оно увеличивает их химическую устойчивость, обеспечивает гладкость, высокую адгезию к поверхности, долговечность.

Жидкое стекло на натриевой основе в основном добавляется в строительные растворы, в частности бетон. Оно способствует увеличению их прочности. Стекло наделяет растворы антисептическими качествами. В них не развиваются микроорганизмы. Это очень важно во влажных помещениях.

Свойства жидкого стекла

Материал имеет широкий перечень важных качеств, позволяющих его использовать в строительной и других сферах.

В первую очередь к ним относится:

• Влагонепроницаемость.
• Глубокое заполнение пор.
• Антисептичность.
• Электростатичность.
• Термоизоляционность.

Материал может применяться в качестве влагозащитной пропитки для строительных материалов, что увеличивает срок их службы. При этом важно отметить несовместимость жидкого стекла с кирпичом. Стекло обладает антисептическими свойствами. Оно позволяет уничтожить бактерии, грибки, плесень. Стекло убивает их при нанесении сверху, и в дальнейшем препятствует повторному появлению. В связи с этим его часто изначально добавляют прямо в состав строительного раствора.

Материал является огнестойким. Обработанная им поверхность меньше склонна к воспламенению. Жидким стеклом пропитывают гаражные шторы. Это исключает их возгорания от попадания искр и окалины, к примеру, образуемых при работе электросварки. Обработанная им поверхность становится электростатичной.

Срок службы покрытия из жидкого стекла составляет не менее 5 лет. Уровень эффективности материала напрямую зависит от количества слоев его нанесения.  Жидкое стекло отличается от большинства аналогов более низкой стоимостью, поэтому существенно превосходит их по популярности. Однозначно оно не превосходит другие узкоспециализированные материалы, но обладает достаточными качествами для успешного применения в том или ином направлении.

Наличие запаса жидкого стекла позволяет его израсходовать в самых разных ситуациях, начиная от гидроизоляции, и заканчивая склеиванием древесины, керамики или даже изготовление предметов декора. Это один из самых универсальных строительных материалов.

Где применяется жидкое стекло

Материал выпускается в емкостях различного объема, в разной концентрации, что определяет сферы его применения. Стекло способно вступать в химическую реакцию с жидкими, твердыми и газообразными веществами. Оно увеличивает их клейкость и вязкость.

Примером универсальности материала может послужить обычный силикатный канцелярский клей. Он является слабой концентрацией жидкого стекла. Материал используется в самых разнообразных сферах, поэтому производится промышленностью в огромном количестве.

В основном его применяют в направлениях:

• Строительства.
• Производства красок.
• Изготовления клеев.
• Декорировании.

Использование в строительстве

Данная сфера применения жидкого стекла наиболее широкая. В основном материал ценится за качественную гидроизоляцию. Для этого его разбавляют водой в пропорции минимум 1:2. При такой консистенции он получается достаточно жидким для качественного проникновения в поры минеральной или древесной поверхности. Раствор глубоко впитывается внутрь, создавая поверхностную пленку, связанную с верхними слоями покрытого объекта. Раствором жидкого стекла обрабатывают фундаменты, чаши бассейнов, подвалы и прочие сооружения.

Жидкое стекло в огромном количестве используется промышленностью для производства стройматериалов. К примеру, он добавляется в затирку для заделки межплиточных швов. На его основе делают клей для линолеума и инженерной доски. Жидким стеклом восстанавливают старые ржавые коммуникации, в частности водонапорные башни. В этом случае он просто наливается изнутри резервуара. Состав растекается по ржавым стенкам, которые используются им в качестве формы. После застывания получается емкость с двумя стенками, внутренняя из которых является устойчивой к коррозии и чистой.

Применение жидкого стекла для гидроизоляции должно осуществляться с точным следованием концентрации растворения. К примеру, его разбавление 1:4 позволит получить на поверхность гладкую оболочку. Она эффективно отталкивает влагу, но является плохим основанием для окрашивания. Если же покраска необходима, то гидроизоляция проводится раствором 1:8. В таком случае он проникает глубоко в поры. В результате основание получается шероховатым, поскольку слегка проступает. Малая концентрация раствора исключает образование застывших наплывов материала, которые достаточно сложно убираются.

Для улучшения защитных качеств при обработке стен, полов, потолков и фасадов лучше наносить слабую концентрацию жидкого стекла, но большое количество раз. Это позволит связать поверхность изнутри, полностью перекрыв проникновение влаги в поры. При этом она укрепляется, становится более устойчивой к разрушению. Способ нанесения раствора значения не имеет. Можно использовать кисть, валик, пульверизатор.

В случае же использования материала для гидроизоляции бассейна, его лучше наносить толстым слоем, а не множеством тонких. В таком случае создается более износостойкое покрытие, адаптированное до постоянного нахождения в водной среде. Кроме этого чаша бассейна, пропитанная жидким стеклом, в покраске не нуждается.

Добавление жидкого стекла в строительные растворы обеспечивает их лучшую устойчивость к влажной среде. Его включают в состав бетона, особенно при заливке фундаментов в районах с высоким уровнем грунтовых вод. Жидкое стекло нередко добавляют в цементные штукатурки, особенно используемые для отделки влажных помещений. Также оно увеличивает устойчивость фасадных штукатурок.

Бетон или штукатурка с жидким стеклом в составе, при условии его достаточной концентрации, не могут поражаться грибком и плесенью. Попадая на такую поверхность, их споры просто погибают.

Использование в качестве клея

Жидкое стекло обладает мощными склеивающими качествами. Его можно применять для соединения ДСП, ДВП, керамики, фанеры. Однако нужно отметить, что для этих целей лучше подходят узкоспециализированные клеящие составы. Зачастую они держат крепче и сохнут быстрее. Но любой специализированный клей под конкретный материал стоит дороже жидкого стекла. В связи с этим если требуется соединение среднего качества, то силикатный клей вполне приемлем.

Клеящие качества позволяют использовать пропитку жидким стеклом не только для гидроизоляции, но и укрепления верхнего рыхлого слоя поверхности. Им можно пропитывать бетонную стяжку для предотвращения образования на ее поверхности пыли по мере истирания. Частицы стяжки, пропитанные клеем, держатся между собой крепче, поэтому пыль образовывается в меньших количествах.

Жидкое стекло применяется для заклеивания сучков на живой древесине. Оно более эффективно, чем садовый вар. После спила ветки силикатный клей наносится на срез. Застыв, он препятствует проникновению влаги, воздуха. Он исключается испарение сока из ствола. Кроме этого пленка образованная жидким стеклом исключает развитие гнили. Она является надежной защитой от проникновения насекомых.

Бытовое применение

Свойства, которыми обладает материал, позволяют его использовать в быту. К примеру, им пропитывают ткани, для обеспечения их огнеупорности. Конечно, речь не идет об одежде, а о чехлах, театральных шторах и т.д. Вещество может даже использоваться для чистки посуды. К примеру, рекомендуют кипятить старые сковородки в растворе жидкого стекла приготовленного в пропорции 1:25. Правда длительность такого кипячения составляет 2 часа. Подобная обработка позволяет убрать копоть и жир, вернув сковороде абсолютную чистоту. От кипячения нагар размягчается и в дальнейшем просто стирается губкой.

Жидкое стекло используется в дизайне для изготовления наливных декоративных полов. Его применение обходится в разы дешевле, чем использование эпоксидных составов. Хотя нужно отметить, что последние в этом качестве более стойкие. Из жидкого стекла делают самодельные витражи. После застывания оно напоминает обычное стекло. Добавляя в состав колоранты можно менять его оттенок. Застыв, оно останется прозрачным.

Похожие темы:

• Стекловолокно. Виды и применение. Производство и особенности

Исследователи сообщают о новом состоянии вещества, описанном как «жидкое стекло»

Положение и ориентация эллипсоидальных частиц в кластерах жидкого стекла. Предоставлено: Исследовательские группы профессора Андреаса Цумбуша и профессора Матиаса Фукса.

Открытие жидкого стекла проливает свет на старую научную проблему стеклования: междисциплинарная группа исследователей из Университета Констанца открыла новое состояние вещества, жидкое стекло, с ранее неизвестными структурными элементами — новый взгляд на природу стекло и его переходы.

Хотя стекло — действительно вездесущий материал, 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 разных систем, 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 добавили еще один уровень сложности стеклянная 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 .

Коллоидные суспензии представляют собой смеси или жидкости, содержащие твердые частицы, размер которых составляет микрометр (одна миллионная часть метра) или более, что больше, чем атомы или молекулы, и поэтому хорошо подходят 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 говорит: «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 похожей 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

На самом деле исследователи наблюдали два конкурирующих стеклования — обычное фазовое превращение и неравновесное фазовое превращение — взаимодействующих друг с другом. «Это невероятно интересно с теоретической точки зрения», — говорит Маттиас Фукс, профессор теории мягких конденсированных сред Констанцского университета и другой старший автор статьи. «Наши эксперименты предоставляют доказательства взаимосвязи между критическими флуктуациями и «стеклянной остановкой», 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.

Дополнительная информация:
Йорг Роллер и др. Наблюдение за жидким стеклом в суспензиях эллипсоидальных коллоидов, Труды Национальной академии наук (2021). DOI: 10.1073/pnas.2018072118

Предоставлено
Констанцский университет

Цитата :
Исследователи сообщают о новом состоянии вещества, описанном как «жидкое стекло» (2021, 5 января)
получено 16 апреля 2023 г.
с https://phys.org/news/2021-01-state-liquid-glass.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Жидкое стекло: новое состояние вещества

Тренды
/
Химия и физика
/
Жидкое стекло: новое состояние вещества

Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences сообщает об открытии нового состояния вещества: жидкого стекла. Химики и физики Университета Констанца, стоящие за исследованием, говорят, что это новое состояние материи показывает ранее неизвестные структурные элементы.

Стекла уникальны по своим химическим свойствам, потому что, в отличие от других материалов, они не следуют обычным схемам кристаллизации при переходе из жидкостей в твердые тела. В очках молекулы «замораживаются» на месте перед кристаллизацией, по сути, переходя в метастабильное физическое состояние, которое ученые до сих пор не до конца понимают. Дилемма превращения стекла в жидкость и наоборот известна как стеклование.

В этом недавнем исследовании группа Konstanz под руководством профессоров химии и физики Андреаса Цумбуша и Матиаса Фукса разработала модельную систему суспензий эллипсоидальных коллоидов. Хотя использование коллоидных суспензий является обычным явлением для изучения стеклования, в большинстве суспензий использовались сферические коллоиды. Команда Цумбуша решила спроектировать и разработать эллипсоидные коллоиды, чтобы взглянуть на стеклование под новым углом — каламбур.

«Из-за своей четкой формы наши частицы имеют ориентацию — в отличие от сферических частиц — что приводит к совершенно новым и ранее не изученным видам сложного поведения», — объясняет Цумбуш.

Их эксперименты с эллипсоидальными коллоидами выявили непредвиденное состояние материи – жидкое стекло.