Оптимальные значения силикатного модуля жидкого стекла для получения водо- и атмосферостойких покрытий ка асбестоцементе —
Термографические исследования проводили с помощью дериватографа ОД- 103 в интервале температур от 20 до 950— 1000°С. Рентгенографический анализ выполняли при комнатной температуре на дифрактометре УРС 50 ИМ и при температурах 900—60ОС в высокотемпературной рентгеновской камере ГПВТ-1500, установленной на дифрактометре ДРОН-2,0.
На основании проведенного изучения оказалось возможным разделить исследованные стекла на две группы: низко- модульные— с 2,5 и высокомодульные — с 2,75. Качественное различно- между стеклами этих групп проявляются уже при их отверждении на воздухе при комнатной температуре. Низкомодульные стекла настолько гигроскопичны, что остаются в вязком состоянии даже при высушивании в течение нескольких недель, до тех пор веха часть калия не свяжется углекислым газом воздуха в КНСОз. Остаточная влажность при высушивании этих стекол в зависимости от модуля колеблется в пределах 25—42%. Высокомодульные стекла достаточно быстро высыхают на воздухе до твердого, хрупкого состояния, три котором они легко растираются в порошок.
При термографическом анализе низкомодульных стекол у них наблюдается эндотермический эффект с максимумом при 140—160°С, сопровождающийся интенсивной потерей массы, и экзотермический с максимумом при 660— 740°С. Нагревание от 300°С до температуры плавления мало изменяет массу образцов, что свидетельствует об их почти полном обезвоживании при 200— 300°С.
Ренгенографический фазовый анализ показал, что отвержденные при комнатной температуре низкомодульные стекла аморфны. При старении на воздухе они частично кристаллизуются с образованием KHSi03 и КНСОз. Нагревание отвержденных стекол с т = 0,5—2,5 приводит к образованию в них кристаллического K2S1O3. Первые признаки кристаллизации появляются при 300— 400°С. а интенсивной она становится при 650—700°С. Максимальное количесто кристаллической фазы образуется при 800—820°С, при дальнейшем повышении температуры количество ее начинает уменьшаться и при 950°С образны платно].
Полученные результаты свидетельствуют о том, что нагревание калиевых растворимых стекол с силикатным модулем от 0,5 до 2,5 вплоть до температуры плавления не приводит к необратимым превращениям в их структуре и при охлаждении па воздухе они благодаря своей высокой гигроскопичности возвращаются в исходное состояние. Необратимые изменения в этих стеклах возникают только в результате карбонизации при их хранении в отвержденном состоянии на открытом воздухе. Связывание части калия в КНС03 приводит к повышению силикатного модуля этих стекол, и при достаточно длительном хранении в отвержденном состоянии они могут перейти в группу высокомодульных стекол.
Термографическим анализом высоко- модульных стекол («1 = 2,75—4,3) установлено наличие низкотемпературного эндотермического эффекта с максимумом при 160°С, осложненного дополнительным эндотермическим эффектом при 200°С, и аналогичного эффекта с максимумом при 460°С, также осложненного слабым эндотермическим эффектом при 440°С. Все эти эффекты сопровождаются потерей массы. Это четко фиксируется на кривых потери массы.
Как свидетельствует рентгенографический фазовый анализ, все высокомодульные стекла, отвержденные при комнатной температуре, являются аморфными. при нагревании они начинают кристаллизоваться при температуре 150°С (т=2,75—3,7) или 200— 250°С (4—4,3). При 420—450°С образовавшиеся кристаллические фазы разлагаются с выделением входящей в их состав воды. Дальнейшее нагревание до 800°С всех высокомодульных стекол не приводит к образованию в них каких-либо кристаллических фаз. Нагретые до 800СС и охлажденные до комнатной температуры высокомодульные стекла при повторном нагревании остаются аморфными во всем диапазоне температур. Следовательно, в отличие от низкомодульных стекол в них при нагревании происходят необратимые изменения и удаленная вода уже не может поглощаться из воздуха.
Наиболее благоприятными параметрами для образования кристаллических фаз в высокомодульных стеклах являются температуры в области 200— 300 С п модуль -41 = 2,75—3,5. А в стеклах с т — 4—4,3 кристаллизация весьма незначительна при любых температурах.
Рентгенографическое исследование образующихся яри нагревании высокомодульных стекол кристаллических фаз позволило выявить, что во всех этих стеклах вначале кристаллизуется фаза, аналогичная ранее установленному гидросилнкату калия (ГСК)1. При повышении температуры на 100—15(У С выше температуры начала кристаллизации ГСК он постепенно переходит в другую, более высокотемпературную кристаллическую фазу, которая разлагается при температуре на 50СС выше температуры разложения ГСК. Эта более высокотемпературная фаза по рентгеновским порошковым данным уверенно идентифицируется как KHSi205 (И) Образование этой фазы и ранее полученного гидросиликата калия в стеклах с одинаковым химическим составом и взаимопревращение этих фаз при изменении температуры позволяет по-новому подойти к расшифровке состава ГСК.
Высказанное ранее мнение1 о том, что ГСК имеет состав K2H2S13O8 (K20-3Si02-H20), базировалось на пересчете данных валового химичеокого анализа закристаллизованного образца с 71 = 3, исходя из неподтвержденного предположения о его полной кристаллизации.
В свете имеющихся новых показателей можно считать, что гидросиликатом кальция, вероятнее всего, является KHS12O5 (I), а различия между данными, полученными в настоящем исследовании, и опубликованной рентгенограммой вызваны несовершенством методики анализа и аппаратуры, применявшихся в начале 60-х годов.
В результате проведенных исследований установлено, что растворимые калиевые стекла с силикатным модулем менее 2,75 не пригодны для использования в качестве основы силикатных покрытий на асбестоцементе из-за высокой гигроскопичности, а также из-за того, что необратимые превращения в них при нагревании вплоть до температуры плавления отсутствуют.
Стекла с модулем от 2,75 и выше при нагревании до 150—160°С необратимо теряют воду и частично кристаллизуются с образованием плохо растворимого KHSi205, что позволяет использовать их в качестве связующего при получении водостойких силикатных покрытий. Верхний предел содержания Si02 в этих стеклах лимитируется только технологичностью их применения, поскольку с повышением силикатного модуля стекла возрастает его вязкость.
Можно предположить, что образование водостойких и атмосферостойких покрытии, получаемых при нагревании окрасочных композиций на основе калиевого жидкого стекла с силикатным •модулем не ниже 2,75, обусловлено тем, что при 150—20(ГС из растворимого стекла необратимо удаляется слабо- связаиная вода, часть Si02 связывается в плохо растворимом KHSi205, а оставшаяся аморфной часть Si02 также необратимо полимеризуется в пространственный анионный каркас, удаление из которого в процессе эксплуатации покрытия не приводит к существенному изменению его структуры.