玻璃制品的化學(xué)穩(wěn)定性

玻璃制品的化學(xué)穩(wěn)定性

玻璃樣品通常受到水、酸、堿、鹽、氣體和其他化學(xué)試劑溶液的影響。玻璃抵抗這些侵蝕的能力越高,玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性就越好。玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性本身是一個極其復(fù)雜的問題,對化學(xué)穩(wěn)定性的研究,常常受到實驗條件和實驗方法的制約。本文在研究Na2O—CaO—SiO2、Na2O—TiO2—SiO2系統(tǒng)玻璃混合堿效應(yīng)的基礎(chǔ)上,著重研究了應(yīng)用混合堿效應(yīng)改進玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性問題。本實驗室所用Na2O、CaO、SiO2、TiO2、K2O等原料均為試劑級。所有組成的玻璃均在鉑坩堝中熔融,熔化溫度為1400℃,澄清時間為6h~8h,退火后加工成直徑為0.45mm~0.55mm的粉末。1實驗1：na2o-cao-sio2系統(tǒng)的玻璃這一系統(tǒng)的玻璃,原料便宜,成型容易,是當(dāng)今產(chǎn)量最多的玻璃。因此,研究該系統(tǒng)玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性具有重要的意義。1.1玻璃的耐水性只有適當(dāng)?shù)腃aO/SiO2比才能得到較高化學(xué)穩(wěn)定性的玻璃,在Na2O—CaO—SiO2玻璃系統(tǒng)中,Na2O的含量一般控制在14%,當(dāng)CaO的含量分別為5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%時,測試玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。測定方法如下:一是將粉末試樣與煮沸的軟化水反應(yīng)2h,測定其耐水性1;二是將粉末試樣與0.01N的HCl反應(yīng)2h,測定其耐酸性;三是將粉末試樣與2N的NaOH反應(yīng)2h,測定其耐堿性。測定結(jié)果見表1。從表1可以看出,當(dāng)CaO/SiO2比值為0.132時,玻璃的耐水性最高;當(dāng)CaO/SiO2比值為0.211時,玻璃的耐酸性最高;當(dāng)CaO/SiO2比值為0.303時,玻璃的耐堿性最高。由此選擇了14Na2O—12CaO—74SiO2系統(tǒng)玻璃研究其K2O/Na2O問題。1.2ko/na2o比對玻璃耐水性、耐酸性的影響在14Na2O—12CaO—74SiO2系統(tǒng)玻璃中,以2%的K2O逐步取代Na2O。按上述實驗方法測定其耐水性、耐酸性、耐堿性,結(jié)果見表2。從表2可以看出,當(dāng)K2O/Na2O比值為1.33時,玻璃的耐水性、耐酸性達到最高,且是單堿玻璃的4.8倍;當(dāng)K2O/Na2O比值為2.5時,玻璃的耐堿性最高,且是單堿玻璃的2.7倍。2實驗2：na2o-ti8-sio2系統(tǒng)的玻璃這一系統(tǒng)玻璃與Na2O—CaO—SiO2系統(tǒng)玻璃相比,TiO2也參與了玻璃骨架的形成,在單堿玻璃中,化學(xué)穩(wěn)定性也較高。2.1玻璃的耐水性只有適當(dāng)?shù)腡iO2/SiO2比才能得到較高化學(xué)穩(wěn)定性的玻璃,且TiO2的存在可以擴大玻璃的形成區(qū)域,所以,該系統(tǒng)玻璃中Na2O的含量定為20%。測定方法如下:一是將粉末試樣與軟化水反應(yīng)2h,測定其耐水性;二是將粉末試樣與0.01N的HCl反應(yīng)2h,測定其耐酸性;三是將粉末試樣與2N的NaOH反應(yīng)2h,測定其耐堿性。測定結(jié)果見表3。從表3可以看出,當(dāng)TiO2/SiO2比值為0.23時,玻璃的耐水性最高;當(dāng)TiO2/SiO2比值為0.33時,玻璃的耐酸性最高;當(dāng)TiO2/SiO2比值為0.45時,玻璃的耐堿性最高。由此選擇20Na2O—23TiO2—57SiO2系統(tǒng)玻璃研究其K2O/Na2O問題。2.2玻璃的耐水性、耐酸、耐堿性綜合測定2o/na2o在20Na2O—23TiO2—57SiO2系統(tǒng)玻璃中,以3%的K2O逐步取代其中的Na2O。按上述方法測定其耐水性、耐酸性、耐堿性。測定結(jié)果見表4。從表4可以看出,當(dāng)K2O/Na2O比值為1.5時,玻璃的耐水性、耐堿性最高,且是單堿玻璃的5倍;當(dāng)K2O/Na2O比值為3時,玻璃的耐酸性達到最高,且是單堿玻璃的5.8倍。3討論和結(jié)論3.1混合堿效果對玻璃化學(xué)穩(wěn)定性的影響(1)ko部分取代na2o系統(tǒng)玻璃的耐水性Na2O—TiO2—SiO2系統(tǒng)玻璃的耐水性大于Na2O—CaO—SiO2系統(tǒng)玻璃的耐水性,用K2O部分取代Na2O后,玻璃的耐水性提高至5倍和4.8倍。(2)ko部分取代na2o系統(tǒng)玻璃Na2O—TiO2—SiO2系統(tǒng)玻璃的耐酸性大于Na2O—CaO—SiO2系統(tǒng)玻璃的耐酸性,用K2O部分取代Na2O后,玻璃的耐酸性提高至5.8倍和5倍。(3)ko部分取代na2o系統(tǒng)玻璃的耐堿性Na2O—TiO2—SiO2系統(tǒng)玻璃的耐堿性大于Na2O—CaO—SiO2系統(tǒng)玻璃的耐堿性,用K2O部分取代Na2O后,玻璃的耐堿性提高至5倍和2.7倍。3.2堿離子的擴散規(guī)律在玻璃總堿含量不變的前提下,用一種堿取代另一種堿后,玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性得到了大幅度提高,其原因就是堿離子遷移受到了限制。單堿玻璃中的Na+離子之間的排斥力大于Na+和K+離子之間排斥力,混合堿中堿離子與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合力大于單堿玻璃,使混合堿玻璃中堿離子的擴散活化能增大。同時,大離子K+取代小離子Na+后,Na+離子流下的小空穴,使K+離子的遷移受阻。玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性則取決于堿離子的遷移。由此可知,混合堿效應(yīng)可以大幅度提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。3.3玻璃的組成分析由于玻璃化學(xué)穩(wěn)定性本身的復(fù)雜性,應(yīng)用混合