水玻璃的固化機(jī)理及其耐水性的提高途徑

水玻璃的固化機(jī)理及其耐水性的提高途徑引言水玻璃是一種性能良好的膠凝劑，是多種聚硅酸鹽的簡(jiǎn)單溶液，但是各個(gè)聚硅酸的聚合度和分子構(gòu)造及其含量均無法測(cè)用量較少。水玻璃的固化特性SiO2和Na2O值，用m表示)、密度(水玻璃溶液中含有的Na2O?mSiO2百分質(zhì)量，用C表示)和客鹽濃度。以鈉水玻璃為例，假設(shè)模數(shù)小于2、濃度＜40%時(shí)是(聚)硅酸鈉的真溶液，濃度提高時(shí)則析出多種硅酸和膠體溶液并存體系，即不會(huì)生成“水玻璃”；假設(shè)模數(shù)≥4、濃度＞32%，則根本上已硅溶膠化，不再含有真溶液，也不宜稱作水玻璃。假設(shè)體系內(nèi)還含其他鹽類(稱作客鹽)且濃度＞0.1mol/L0.1mol/L時(shí)，ξ電位被迫降到臨界值時(shí)，也會(huì)轉(zhuǎn)變成凝膠而趨向固化。反響可簡(jiǎn)要地歸納為反響式〔1〕。而NaOHNa+和n個(gè)SiO32-；同2n個(gè)Na2(n-x)個(gè)Na+離子被吸附在SiO32-四周。膠核所吸附的SiO32-和局部Na+這樣使膠粒帶負(fù)電。因此硅酸鈉水玻璃溶液中膠粒構(gòu)造可用式〔2〕表示。水玻璃不同途徑的固化機(jī)理水玻璃的粘結(jié)強(qiáng)度是指水玻璃硬化后具有的強(qiáng)度。水玻璃〔如隨后通過水玻璃的膠凝過程建立起粘結(jié)強(qiáng)度2硅酸膠分散合化學(xué)反響通過三個(gè)同時(shí)發(fā)生的過程產(chǎn)生：〔1〕單分子和雙分子硅酸聚合形成低聚體；〔2〕〔3〕單個(gè)粒子的聚合形成長(zhǎng)鏈。有以下幾種：加熱硬化水玻璃的加熱硬化系物理脫水硬化過程，水玻璃脫水后為酸陰離子聚攏成膜，Na+存在較多的Si-OH時(shí)水分子重排并對(duì)相鄰硅醇基之間的縮合起催化作用，而且Si-OH鍵之間相互脫水締合，形成Si-O-Si性極好的三維構(gòu)造的固化體系。Na+和H+處于三維構(gòu)造膜的封閉狀態(tài)中，遇水不溶；固化溫度升至200℃以上，即可得到耐水性極好的固化體系。加熱條件下的固化反響式如式〔3〕所示。微波硬化承受微波硬化水玻璃砂，具有強(qiáng)度高、硬化速度快、水玻同時(shí)大幅度提高了水玻璃的粘結(jié)效率，在滿足使用強(qiáng)度的前提高的難題。氣體硬化CO2璃在CO2個(gè)過程來實(shí)現(xiàn)。隨著碳化反響的進(jìn)展，硅膠含量增加，即在CO2CO2過程，自由水分蒸發(fā)和硅膠脫水成固體SiO2而分散硬化，產(chǎn)來源于水玻璃的脫水[5]。醇和酯的硬化有機(jī)酯在堿性水溶液中發(fā)生水解，生成有機(jī)酸或醇；其次階段，形成的醋酸鈉和乙二醇都有猛烈的吸取結(jié)晶水或溶劑化水的未反響水玻璃的脫水[5]。糖醇)、己六醇(山梨醇)和氫化麥芽糖等。添加多元醇也可以提30%左右。首先是這些多元醇吸附在硅酸膠粒外表上，阻礙后者增大。膠粒愈細(xì)，硅酸凝膠單位體積這種轉(zhuǎn)變明顯有利于水玻璃的粘結(jié)強(qiáng)度和其他性質(zhì)[6]。有機(jī)高分子的硬化在水玻璃中參加少量的聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇70%酰胺基水解成羧酸基(高分子的立體阻礙效應(yīng))，所起改性作用的實(shí)際是丙烯酸與丙烯酰胺共聚物[7]。金屬或金屬氧化物硬化粉末金屬或金屬氧化物硬化劑的共同特點(diǎn)是顆粒細(xì)、比外表產(chǎn)生粘結(jié)力；此外還伴隨化學(xué)反響的作用[8]。如硅鐵粉和水玻NaOH，溶液顯弱堿性。與此同時(shí)，由于鋅分子與鐵分子的存在，在弱堿性的環(huán)境下，發(fā)生了置換與縮聚反響，生成硅酸鋅和硅酸鐵。同鋼鐵的作用[9]。無機(jī)酸硬化SiO32-，硅Na2(H2SiO4)和的離子只有H2SiO42-和H3SiO4-，二者在溶液中隨著硫酸的參加，逐步與H+結(jié)合，如反響式〔4〕~〔6〕所示。在堿性溶液和近中性溶液中，原硅酸和負(fù)一價(jià)的原硅酸離子間進(jìn)展氧聯(lián)反應(yīng)，生成硅酸二聚體，如反響式〔7〕所示。H3SiO4-作用生成三聚體、四聚體等多點(diǎn)。圖36，此時(shí)硅酸分子和正一價(jià)硅凝膠過程中，粒子進(jìn)一步長(zhǎng)大，當(dāng)溶膠中SiO2粒子的含量超過肯定Si-O-Si的剛性[10]。硬化劑硬化水玻璃與固化劑發(fā)生膠凝固化作用才能與松散的沙粒結(jié)成固結(jié)層，從而到達(dá)固沙的目的。硬化劑有：氯化銨、結(jié)晶氯化鋁、聚合氯化鋁和氯化鎂等。氯化銨硬化劑粘度小，對(duì)涂層滲透速度快，化學(xué)硬化反響氣體。強(qiáng)度高，硬化反響不產(chǎn)生有害氣體。體系強(qiáng)度高，硬化反響不產(chǎn)生有害氣體。鋁硬化劑。提高水玻璃耐水性的途徑即基體中的Na+與OH-吸取水分并且侵蝕基體，導(dǎo)致硅氧鍵斷裂吸取水分的Na+與OHOH-和Na+Na+的親水性要比OH-強(qiáng)的多，所Na+的存在及其數(shù)量的多寡。通過這一Na+，但水玻璃凝膠中無法避開Na+的存在，因此解決水玻璃凝膠抗吸濕性的方法主要有以下兩種。取代親水的Na+Na+和OH