Оптимальні значення силікатного модуля рідкого скла для отримання водо- та атмосферостійких
Термографічні дослідження проводили за допомогою дериватографа ОД-103 в інтервалі температур від 20 до 950-1000°С. Рентгенографічний аналіз виконували при кімнатній температурі на дифрактометрі УРС 50 ІМ і при температурах 900-60ОС високотемпературної рентгенівської камери ГПВТ-1500, встановленої на дифрактометрі ДРОН-2,0.
На підставі проведеного вивчення виявилося можливим розділити досліджене скло на дві групи: низькомодульне - з 2,5 і високомодульне - з 2,75. Якісне різно-між склом цих груп проявляються вже при їх затвердінні на повітрі при кімнатній температурі. Низькомодульне скло настільки гігроскопічне, що залишається у в'язкому стані навіть при висушуванні протягом декількох тижнів, доти віха частина калію не зв'яжеться вуглекислим газом повітря в КНСОз. Залишкова вологість при висушуванні цього скла залежно від модуля коливається в межах 25-42%. Високомодульне скло досить швидко висихає на повітрі до твердого, тендітного стану, три якому вони легко розтираються в порошок.
При термографічному аналізі низькомодульного скла у них спостерігається ендотермічний ефект з максимумом при 140-160°С, що супроводжується інтенсивною втратою маси, і екзотермічний з максимумом при 660-740°С. Нагрівання від 300 ° С до температури плавлення мало змінює масу зразків, що свідчить про їх майже повне зневоднення при 200 - 300 ° С.
Ренгенографічний фазовий аналіз показав, що затверджені при кімнатній температурі низькомодульне скло аморфне. При старінні повітря вони частково кристалізуються з утворенням KHSi03 і КНСОз. Нагрівання затверділого скла з т =0,5-2,5 призводить до утворення в них кристалічного K2S1O3. Перші ознаки кристалізації з'являються при 300 - 400 ° С. а інтенсивною вона стає за 650—700°С. Максимальна кількість кристалічної фази утворюється при 800-820 ° С, при подальшому підвищенні температури кількість її починає зменшуватися і при 950 ° С образні платно].
Отримані результати свідчать про те, що нагрівання калієвого розчинного скла з силікатним модулем від 0,5 до 2,5 аж до температури плавлення не призводить до незворотних перетворень у їх структурі і при охолодженні на повітрі вони завдяки своїй високій гігроскопічності повертаються у вихідний стан. Необоротні зміни у цих стеклах виникають тільки в результаті карбонізації при їх зберіганні у затвердженому стані на відкритому повітрі. Зв'язування частини калію в КНС03 призводить до підвищення силікатного модуля цього скла, і при досить тривалому зберіганні в затвердженому стані вони можуть перейти в групу високомодульного скла.
Термографічним аналізом високомодульного скла («1 = 2,75—4,3) встановлено наявність низькотемпературного ендотермічного ефекту з максимумом при 160°С, ускладненого додатковим ендотермічним ефектом при 200°С, та аналогічного ефекту з максимумом при 460°С, також ускладненого слабким ендотермічним ефектом за 440°С. Усі ці ефекти супроводжуються втратою маси. Це чітко фіксується на криві втрати маси.
Як свідчить рентгенографічний фазовий аналіз, всі високомодульні скла, затверділі при кімнатній температурі, є аморфними. при нагріванні вони починають кристалізуватися при температурі 150 ° С (т = 2,75-3,7) або 200 - 250 ° С (4-4,3). При 420-450 ° С кристалічні фази, що утворилися, розкладаються з виділенням води, що входить до їх складу. Подальшенагрівання до 800°З усіх високомодульних стекол не призводить до утворення в них будь-яких кристалічних фаз. Нагріті до 800СС і охолоджені до кімнатної температури високомодульне скло при повторному нагріванні залишаються аморфними у всьому діапазоні температур. Отже, на відміну від низькомодульного скла в них при нагріванні відбуваються незворотні зміни і віддалена вода вже не може поглинатися з повітря.
Найбільш сприятливими параметрами для утворення кристалічних фаз у високомодульних скла є температури в області 200-300 С п модуль -41 = 2,75-3,5. А в стеклах з т - 4-4,3 кристалізація дуже незначна за будь-яких температур.
Рентгенографічне дослідження ярі, що утворюються, нагріванні високомодульного скла кристалічних фаз дозволило виявити, що у всіх цих стеклах спочатку кристалізується фаза, аналогічна раніше встановленому гідросилнкату калію (ГСК)1. При підвищенні температури на 100-15 (У вище температури початку кристалізації ГСК він поступово переходить в іншу, більш високотемпературну кристалічну фазу, яка розкладається при температурі на 50СС вище температури розкладання ГСК. Ця більш високотемпературна фаза за рентгенівськими порошковими даними впевнено ідентифікується як KHSi205 ( І) Утворення цієї фази та раніше отриманого гідросилікату калію в стеклах з однаковим хімічним складом та взаємоперетворення цих фаз при зміні температури дозволяє по-новому підійти до розшифрування складу ГСК.
Висловлене раніше мнение1 про те, що ГСК має склад K2H2S13O8 (K20-3Si02-H20), базувалося на перерахунку даних валового хімічеокого аналізу закристалізованого зразка з 71 = 3, виходячи з непідтвердженого припущення про його повну кристалізацію.
В результаті проведенихдосліджень встановлено, що розчинне калієве скло з силікатним модулем менше 2,75 не придатне для використання в якості основи силікатних покриттів на азбестоцементі через високу гігроскопічність, а також через те, що незворотні перетворення в них при нагріванні аж до температури плавлення відсутні .
Скло з модулем від 2,75 і вище при нагріванні до 150-160°С незворотно втрачають воду і частково кристалізуються з утворенням погано розчинного KHSi205, що дозволяє використовувати їх як сполучний при отриманні водостійких силікатних покриттів. Верхня межа вмісту Si02 у цих стеклах лімітується лише технологічністю їх застосування, оскільки з підвищенням силікатного модуля скла зростає його в'язкість.
Можна припустити, що утворення водостійких і атмосферостійких покритті, одержуваних при нагріванні фарбувальних композицій на основі калієвого рідкого скла з силікатним модулем не нижче 2,75, обумовлено тим, що при 150-20(ГС з розчинного скла необоротно видаляється слабо-зв'язкова вода, частина Si02 зв'язується в погано розчинному KHSi205, а аморфна частина Si02, що залишилася, також незворотно полімеризується в просторовий аніонний каркас, видалення з якого в процесі експлуатації покриття не призводить до істотної зміни його структури.