Full Text

Анализ научно-технической литературы убедительно свидетельствуют о перспективности нанотехнологий для повышения качества строительных материалов [1, 2]. Так, в работе [3] отмечается, что формование материалов из растворов с использованием золь-гель процессов получило интенсивное развитие в технологии керамики и неорганических композитов. О перспективности применения золя кремниевой кислоты в строительных материалах различного функционального назначения свидетельствуют также работы [4-6]. Золь кремниевой кислоты находит применение и при получении полисиликатных растворов, которые являются пленкообразователями для силикатных красок. Применение в качестве связующего полисиликатных растворов обеспечивает более высокие эксплуатационные свойства покрытий [7, 8]. Нами получены полисиликатные растворы путем взаимодействия стабилизированных растворов коллоидного кремнезема (золей) с водными растворами щелочных силикатов (жидкими стеклами). Использовали золь кремниевой кислоты Nanosil 20 и Nanosil 30, выпускаемые ПК «Промстеклоцентр». Характеристики кремнезоля приведены в таблице. Применяли натриевое жидкое стекло с модулем М = 2,78, калиевое жидкое стекло с модулем М = 3,29. Характеристики кремнезоля Silica powder characteristics Наименование показателей Nanosil 20 Nanosil 30 рН 9-10,8 9-10,6 Массовая концентрация диоксида кремний, г/л 220-237 329-362 Массовая концентрация оксида натрия, г/л 3-7 2,5-6,5 Силикатный модуль 50-90 55-100 Площадь удельной поверхности, м2/г 220-370 220-300 Для изучения структуры жидких стекол применяли молибдатный метод, основанный на различной скорости взаимодействия мономерных, олигомерных и полимерных кремнекислородных анионов (ККА) с молибденовой кислотой[1] [9, 10]. Растворы полисиликатов анализировали на содержание SiO2. По методике определения SiО2 с образованием желтого кремнемолибдатного комплекса снимали кинетическую кривую образования этого комплекса в состарившихся растворах полисиликатов за первые 30 мин реакции. С молибдатом кремнезем взаимодействует только в мономерной форме, поэтому полученная кинетическая кривая представляет суммарный результат взаимодействия молибдата с мономерным кремнеземом, бывшим в растворе и деполимеризовавшимся за время реакции. Результаты исследований приведены на рис. 1. Рис. 1. Изменение состава полисиликатных растворов с содержанием золя кремниевой кислоты Nanosil 20: 1 - калиевое жидкое стекло; 2 - калиевый полисиликатный раствор с содержанием золя в количестве 5 %; 3 - калиевый полисиликатный раствор с содержанием золя в количестве 10 %; 4 - калиевый полисиликатный раствор с содержанием золя в количестве 15 %; 5 - калиевый полисиликатный раствор с содержанием золя Nanosil 30 в количестве 15 %; 6 - натриевое жидкое стекло; 7 - натриевый полисиликатный раствор с содержанием золя в количестве 5 %; 8 - натриевый полисиликатный раствор с содержанием золя в количестве 10 %; 9 - натриевый полисиликатный раствор с содержанием золя в количестве 15 %; - общее содержание кремнезема, %; - содержание α-SiO2+β-SiO2, %; - содержание g-SiO2, % Fig. 1. Change in the composition of polisilicate solutions with the content of sol of silicic acid Nanosil 20: 1 - potassium liquid glass; 2 - potassium polysilicate solution with a sol content of 5 %; 3 - potassium polysilicate solution with 10 % sol content; 4 - potassium polysilicate solution with a sol content of 15 %; 5 - potassium polysilicate solution with the content of sol Nanosil 30 in an amount of 15 %; 6-sodium soda glass; 7 - sodium polysilicate solution with a sol content of 5 %; 8 - sodium polysilicate solution with 10 % sol content; 9 - sodium polysilicate solution with a sol content of 15 %; - Main content silica, %; - Content α-SiO2+β-SiO2, %; - Content g-SiO2, % При исследовании состояния кремниевой кислоты в полисиликатных растворах в зависимости от содержания золя установлено, что повышение содержания золя способствует увеличению доли высокополимерных фракций ККА. Так, при содержании золя Nanosil 20 в калиевом полисиликатном растворе в количестве 5 % содержание высокополимерных фракций возрастает до 7,1 %, а при содержании золя в количестве 15 % - до 19,95 %. Замена золя Nanosil 20 на Nanosil 30 способствует увеличению доли высокополимерных фракций до 22,01 %. Аналогичные закономерности характерны и для натриевого жидкого стекла. Зависимость содержания кремнезема α-SiO2 на ранних стадиях взаимодействия золя с жидким стеклом носит экстремальный характер (рис. 2, 3). Максимальное содержание α-SiO2 наблюдается спустя 60 мин в зависимости от вида жидкого стекла и количества введенного золя. Так, спустя 60 мин содержание кремнезема α-SiO2 в натриевом полисиликатном растворе составляет 18,54375 % при содержании 5 % золя Nanosil 20, а в калиевом полисиликатном растворе 6,971578 % при содержании 5 % золя. Рис. 2. Кинетика изменения содержания α-SiO2 в калиевом полисиликатном растворе: 1 - содержание золя Nanosil 20 10 %; 2 - содержание золя Nanosil 20 15 % Fig. 2. Kinetics of α-SiO2 content change in potassium polysilicate solution: 1 - Nanosil sol 20 content 10 10 %; 2 - content of sol Nanosil 20 15 % Рис. 3. Кинетика изменения содержания α-SiO2 в натриевом полисиликатном растворе: 1 - содержание золя Nanosil 20 5 %; 2 - содержание золя Nanosil 20 15 % Fig. 3. Kinetics of α-SiO2 content change in sodium polysilicate solution: 1 - Nanosil sol 20 content 5 5 %; 2 - content of sol Nanosil 20 15 % При смешивании калиевого жидкого стекла с золем образование α-SiO2 на начальном этапе протекает медленнее по сравнению с натриевым жидким стеклом, конечное их содержание спустя 360 мин ниже, чем для натриевого: 15,68463 % и 6,738839 % соответственно (при содержании золя в количестве 5 %). Установлено, что при смешивании жидкого стекла с золем кремниевой кислоты вследствие высокой щелочности среды (рН = 10,7…12,41) обеспечивается высокая скорость растворения коллоидных частиц SiO2. Образующийся низкополимерный кремнезем в растворе существует в виде остатков низкополимерных и олигомерных поликремниевых кислот. В результате щелочность снижается и стабилизируется в области значений рН = 10,3…11,4 в зависимости от содержания золя. По Айлеру, участие ионов ОН- в процессе деполимеризации коллоидного SiO2 отчасти компенсируется высвобождением гидроксид-ионов в реакции гидролиза и при конденсации остатков кремниевых кислот по мере их накопления в растворе [11]. В связи с этим скорость растворения частиц становится значительно ниже, однако процесс растворения постепенно продолжается. Для изучения структуры полисиликатных растворов применяли метод нарушения полного внутреннего отражения, который обеспечивает исследование образцов с высоким коэффициентом поглощения [12-14]. На рис. 4 представлен ИК-спектр МНПВО (многократного нарушения полного внутреннего отражения) калиевого жидкого стекла и калиевого полисиликатного раствора в спектральном диапазоне 750-4350 см-1. Рис. 4. ИК-спектры калиевого жидкого стекла (1) и калиевого полисиликатного раствора (2) с содержанием золя Nanosil 30 в количестве 15 % Fig. 4. IR spectra of potassium liquid glass (1) and potassium polysilicate solution (2) with a Nanosil 30 sol content of 15 % Из рис. 4 видно, что исследуемый калиевый полисиликатный раствор имеет ряд характерных полос поглощения, которые в спектральном диапазоне 1000-1250 см-1 отвечают колебаниями Si-O-Si-связей. Углубление полосы 1095 см-1 соответствует колебаниям Si-О-Si. Сдвиг полосы в область более высоких частот по сравнению с жидким стеклом (1082 см-1) свидетельствует о большей степени полимеризации. Отражения в области 980-880 см-1 (912 см-1, см на рис. 4) характеризуют валентные колебания Si-(OH)-гидроксилов. Анализ ИК-спектров показывает, что в составе полисиликатного раствора содержится вода. На это указывают широкие полосы отражения с максимумами в 3279 см-1 и полосы с максимумами 1630 см-1, которые соответствуют валентным и деформационным колебаниям молекул воды. На основе полисиликатного раствора разработана рецептура состава, предназначенного для отделки наружных фасадов и внутренних стен зданий [15]. Вязкость красочных составов составляет 17-20 с по ВЗ-4, степень высыхания до степени 5 - 70-90 мин, адгезия к растворной подложке - 1 балл, смываемость - не более 2 г/м2. Краска образует покрытие, характеризующееся ровной однородной матовой поверхностью. Стойкость к статическому действию воды при температуре 20 оС составляет не менее 24 ч. Таким образом, проанализирован состав полисиликатных растворов, полученных смешиванием жидкого стекла с золем кремниевой кислоты. Установлено, что полисиликатное связующее характеризуется увеличением доли высокополимерных фракций кремниевого аниона. Это обеспечивает повышение стойкости силикатных покрытий, изготовленных на основе композиций с использованием полисиликатных связующих веществ.

About the authors

V. I Loganina

Penza State University of Architecture and Construction

S. N Kislitsyna

Penza State University of Architecture and Construction

Y. B Mazhitov

Penza State University of Architecture and Construction

References

Statistics

Views

Abstract - 127

Refbacks

• There are currently no refbacks.