Способ получения литиевого жидкого стекла
Изобретение относится к способам получения жидкого литиевого стекла, используемого для создания терморегулируемых покрытий космических аппаратов нового поколения, а также в составах композиционных материалов, при изготовлении силикатных пленок, антибликовых покрытий. Способ осуществляют введением в предварительно нагретый водный раствор гидроксида лития кремниевой кислоты, содержащей 65-80 мас.% диоксида кремния, с последующим перемешиванием реакционной смеси при повышенной температуре и фильтрационной очисткой продукта реакции, при этом к 5,5-9,7%-ному водному раствору гидроксида лития, предварительно нагретому до 35-45°С, при постоянном повышении температуры реакционной массы со скоростью 1-3°С/мин при перемешивании добавляют порошкообразную кремниевую кислоту со скоростью 6,0-22,0 г/мин, после чего реакционную массу перемешивают при температуре 60-80°С до полного растворения кремниевой кислоты и раствор фильтруют при температуре 50-80°С при разрежении 0,2-0,5 атм. Покрытия, получаемые на основе такого литиевого стекла, обладают повышенной адгезией к подложкам, а также повышенной долговечностью, трещиностойкостью и стойкостью к факторам космического пространства. 5 пр., 1 табл.
Изобретение относится к способам получения жидких стекол, в частности высокомодульного литиевого стекла, используемого для создания терморегулирующих покрытий космических аппаратов нового поколения, а также в составах композиционных материалов, при изготовлении силикатных пленок, антибликовых покрытий.
Литиевым жидким стеклом (ЛЖС) называют прозрачные силикатные растворы силиката лития с модулями более 1,5, которые, согласно известным представлениям, рассматриваются как полимерные соединения, состоящие из катионов лития и полимерных силикат-анионов невысокой степени полимеризации. Жидкое литиевое стекло, так же как натриевое и калиевое жидкие стекла, сохраняет признаки истинного раствора: гомогенность, постоянство концентрации, термодинамическую устойчивость (Корнеев В.И., Данилов В.В. Жидкое и растворимое стекло. СПб: Стройиздат, 1996, 216 с.).
Известно получение литиевого жидкого стекла, основанное на ионном обмене ионов щелочных металлов (натрия, калия) на ионы лития, осуществляемом при взаимодействии силикатов щелочных металлов с литийсодержащим соединением, например, гидроксидом лития (US 3392039, С01В 33/32, 1968; SU 833496, С01В 33/32, 1981). Основным общим недостатком этих известных способов, с технологической точки зрения, является использование сильно разбавленных растворов, которые затем необходимо концентрировать, что приводит к большой длительности и трудоемкости процессов, и делает их практически неприменимыми в промышленных условиях.
Литиевое жидкое стекло получают также растворением аморфного тонкодисперсного диоксида кремния в растворе гидроксида лития (US 3579597, С01В 33/32, 1971; US 3180747, С01В 33/32, 1965). Однако, при получении литиевых жидких стекол данными способами, также как и в вышерассмотренных способах, получаются сильно разбавленные и низкомодульные растворы.
Для получения литиевого жидкого стекла применим также метод, включающий реакцию взаимодействия алкоксисиланов с соединениями лития. Эту реакцию в известных способах обычно проводят при высоких температурах, например, при температуре кипения смеси алкоксисиланов с гидроксидом лития (US 4120938, С01В 33/32, 1978), причем в качестве тетраалкоксисиланов чаще всего используют тетраэтоксисилан, а в качестве литиевых соединений используют как гидроксид лития, так и его соли, например ацетат лития (KR 20090089642, С01В 33/32, 2009). Однако проведение процесса при высоких температурах приводит к повышенной энергоемкости процесса, а также к сложности его аппаратурного оформления.
Еще один известный метод синтеза, к которому относится и рассматриваемое новое изобретение, включает реакцию взаимодействия кремниевой кислоты с гидроксидом лития (JP 59-69417, С01В 33/32, 1984; SU 1498709, С01В 33/32, 1989).
По последнему цитируемому способу (SU 1498709) литиевое жидкое стекло получают взаимодействием гидроксида лития и кремниевой кислоты, содержащей 15-80 мас.% диоксида кремния, и при молярном соотношении диоксида кремния к оксиду лития и к воде в исходных продуктах, равном 1:(0,22-1):(11,7-25,7), причем кремниевую кислоту вводят при перемешивании со скоростью 5-20 кг/ч в предварительно подогретый до 40-60°С раствор гидроксида лития и перемешивание осуществляют при той же температуре в течение 1-4 часов, а затем раствор фильтруют через фторопластовую пластину (SU 1498709, С01В 33/32, 1989). Известным способом получают прозрачный раствор силиката лития с содержанием диоксида кремния 11,25-21,85 мас.%, оксида лития 1,78-9,87 мас.% и силикатным модулем (молярным соотношением диоксида кремния к оксиду лития), равным 1,01-4,53. Данный способ, как наиболее близкий по технической сущности новому способу, выбран в качестве способа-прототипа. Однако получаемые по способу-прототипу ЛЖС не могут быть использованы для создания терморегулирующих покрытий (ТРП), поскольку они по своим качественным показателям не соответствуют требованиям, предъявляемым к ТРП.
Для получения высокомодульных литиевых жидких стекол, которые могут быть использованы как связующие для получения терморегулирующих покрытий, предлагается новый способ получения литиевого жидкого стекла, который осуществляют введением порошкообразной кремниевой кислоты, содержащей 65-80 мас.% диоксида кремния, в 5,5-9,7%-ный водный раствор гидроксида лития, предварительно нагретый до температуры 35-45°С, причем процесс проводится при постоянном повышении температуры реакционной массы со скоростью 1-3°С/мин, а кремниевая кислота вводится в раствор гидроксида лития со скоростью, равной 6,0-22,0 г/мин, после чего реакционная масса перемешивается при температуре 60-80°С до полного растворения кремниевой кислоты и затем подвергается горячему фильтрованию при температуре раствора 50-80°С при разрежении 0,2-0,5 атм.
Новое изобретение отличается от способа-прототипа как количественным соотношением реагентов, так и режимами осуществления процесса, а именно температурно-временными режимами на всех стадиях процесса, количественными признаками способа, контролируемой скоростью введения кремневой кислоты и контролируемой скоростью подъема температуры, а также режимом стадии фильтрации.
В новом способе, как и в способе-прототипе, в качестве исходных реагентов используют кремниевую кислоту с содержанием диоксида кремния 65-80% и гидроксид лития и кремниевую кислоту добавляют к раствору гидроксида лития.
Интервал концентрации 65-80% SiO2 определяется фактическим содержанием SiO2 в используемом реактивном сырье промышленного производства. Концентрация ОН– менее 5.5% приводит к образованию сильно разбавленных растворов, а максимальная концентрация 9,7% соответствует насыщенному раствору.
Кремниевая кислота в новом способе, как и в способе-прототипе, добавляется к гидроксиду лития с контролируемой скоростью введения, только в прототипе эта величина составляет 5-20 кг/час, или 83-333 г/мин, а в новом способе эта величина составляет 6,0-22,0 г/мин. При скорости загрузки менее 6,0 г/мин значительно замедляется процесс, а при скорости более 22,0 г/мин ухудшается качество конечного продукта. Существенным признаком способа является скорость подъема температуры нагревания реакционной массы, выбранной в интервале 1-3°С, определяющей максимально высокое качество продукта. В совокупности с контролируемым подъемом температуры в процессе загрузки кремниевой кислоты указанные факторы приводят к получению растворов силиката лития, отличающихся повышенной клейкостью.
При предварительном нагреве раствора гидроксида лития ниже 35°С практически не происходит гидратации гранул кремниевой кислоты, выше 45°С – образовываются короткие силикат-анионы. При температуре синтеза ниже 60°С процесс протекает медленно, при температуре выше 80°С происходит сильный гидролиз реакционной массы с образованием хлопьев.
Условия горячего фильтрования растворов ЛЖС при температуре 50-80°С и разрежении 0,2-0,5 атм, выбранные экспериментально, позволяют значительно интенсифицировать процесс фильтрации.
Сопоставление качества покрытий на основе ЛЖС, полученного по способу-прототипу, с новым способом показали, что адгезия к подложкам из стекла, металлическим сплавам и полимерным материалам составляет в первом случае 3-4 балла и 1-3 балла соответственно. Эти данные, с одной стороны, говорят о техническом преимуществе ЛЖС, полученных новым способом, а с другой стороны, подтверждают наличие технического эффекта при использовании нового способа. Пигментно-наполненные покрытия, в частности терморегулирующие покрытия (ТРП) космических аппаратов, изготовленные с применением ЛЖС, полученных по заявляемому способу, по сравнению с ранее разработанными композициями на основе калиевых, натриевых и литиевых стекол, полученных по способу-прототипу, обладают не только более высокой адгезией к металлическим сплавам и высокой водостойкостью, но и отличаются повышенными долговечностью, трещиностойкостью, и стойкостью к факторам космического пространства, что является одним из наиболее важных показателей для ТРП на космических аппаратах длительных сроков эксплуатации.
Как показали дополнительные исследования, уникальные свойства получаемого продукта могут быть объяснены образованием более высокомолекулярных силикат-анионов, чем в калиевых, натриевых и литиевых жидких стеклах, полученных по способу-прототипу, и более близки по структуре к глобулам концентрированных силикатных золей. Образованию таких глобул способствует гидратация кремниевой кислоты при медленном введении ее в реакционную массу при контролируемом режиме повышения температуры. Гидратация в области относительно низких температур первоначально введенных порций кремниевой кислоты способствует росту силикат-анионов за счет новых порций кремниевой кислоты уже на стадии загрузки и позволяет в дальнейшем повысить температуру синтеза до 80°С, что также способствует образованию более длинных и разветвленных силикат-анионов. Такие силикат-анионы более эффективно структурируют покрытия в процессе высушивания.
Испытаниями было показано, что в ТРП на основе литиевых жидких стекол, полученных по новому способу, преобладает диффузионная составляющая поглощения солнечного излучения, создающая антибликовый эффект, в результате чего повышается суммарный коэффициент поглощения в соответствии с формулой:
Rотр=Rзерк+Rдиф
Все рассмотренные признаки нового способа в комплексе влияют на эффективность процесса, обеспечивая интенсивное осуществление процесса (в течение 0,5-2,5 часов), и, кроме того, данным способом получают продукт высокого качества, отвечающий требованиям, предъявляемым к продуктам, применяемым в высокотехнологичных областях техники и непосредственно для создания ТРП для космических аппаратов нового поколения.
Важнейшими показателями качества ТРП являются стойкость к протонному излучению, повышенная электропроводность, обеспечивающая отекание электростатических зарядов с поверхности космического аппарата и низкое газовыделение.
В таблице сопоставлены вышеперечисленные основные показатели ТРП, полученные на различных применяющихся в настоящее время связующих, показывающие однозначное и существенное преимущество литиевых силикатных связующих, полученных по новому способу. Основные показатели литиевого жидкого стекла, полученного по способу-прототипу, сопоставимы с показателями ТРП, полученными на калиевых жидких стеклах, приведенных в последнем столбце таблицы.
| Таблица | ||||||
| Показатели | Связующие | |||||
| Фторлон Ф-32Л | Акриловая смола АС | Лак КО-08 | Лак КО-116 | ЛЖС* | КЖС, ЛЖС1 | |
| Изменение коэффициента поглощения солнечной энергии при воздействии протонного излучения As | 5,0 | 3,2 | 0,08 | 1,0 | 0,041 | 0,06-0,07 |
| 0,065 | ||||||
| 0,052 | ||||||
| 0,052 | ||||||
| 0,055 | ||||||
| Удельное объемное сопротивление, R, Oм·м | 1012-1013 | 108-1010 | 1011-1012 | 1011-1012 | 3·105 | 106-107 |
| 8·106 | ||||||
| 5·103 | ||||||
| Газовыделение по ГОСТ 50109-92: | 3,2 | 0,98 | 2-4 | 3-11 | 0,11-0,28 | 0,12-0,30 |
| Реальная потеря массы, мас.% | 1,02 | 0,10 | 0,6-0,8 | 2,4-9,1 | 0,02-0,08 | 0,02-0,09 |
| Легколетучие конденсирующиеся вещества, мас.% | ||||||
| Примечания | ||||||
| 1) ЛЖС* – полученное по новому способу; | ||||||
| 2) ЛЖС1 – полученное по способу-прототипу; | ||||||
| 3) Нормы по ГОСТ 50109-92 мас.%, не более: | ||||||
| – Реальная потеря массы – 1,0; | ||||||
| – Легколетучие конденсирующиеся вещества – 0,1. |
Следует отметить также, что композиции для нанесения ТРП не содержат органических растворителей, являются нетоксичными. Использование воды в качестве растворителя улучшает санитарно-гигиенические условия при нанесении ТРП и не влияет на оптические свойства элементов оптических систем космических аппаратов. Ниже изобретение иллюстрируется примерами, которые никак не ограничивают возможность осуществления данного процесса при других параметрах, но находящихся в рамках заявляемого объема притязания.
Пример 1
В полипропиленовый реакционный сосуд заливают 361 г раствора гидроксида лития с концентрацией 5,50% и нагревают раствор на водяной бане при перемешивании до 35°С. Загрузку 137,5 г водной порошкообразной кремневой кислоты, содержащей 72,5% диоксида кремния, ведут при перемешивании со скоростью введения 14 г/мин при одновременном подъеме температуры от 35 до 45°С со скоростью 1°С/мин. Далее, продолжая перемешивание реакционной массы, повышают температуру с той же скоростью до 60°С. Время перемешивания составляет 2,5 часа от момента начала загрузки до полного растворения кремниевой кислоты. Раствор фильтруют на нутч-фильтре через слой бельтинга и фторопластовую пластину при 50°С при разрежении 0,5 атм. После фильтрования получают прозрачный раствор с содержанием 17,41% диоксида кремния, 2,16% оксида лития, плотностью 1,162 г/см3 модулем 3,9.
Пример 2
Проводят аналогично примеру 1, а именно заливают 164,7 г раствора гидроксида лития с концентрацией 9,7% и нагревают раствор до 45°С. Загрузку 69,6 г водной порошкообразной кремниевой кислоты, содержащей 65% диоксида кремния, ведут при скорости загрузки 6,0 г/мин, при скорости нагревания 2°С до температуры 80°С. Процесс перемешивания при 80°С (от момента начала загрузки) продолжают 2 часа. Фильтрование ведут, как в примере 1, но при температуре 80°С и разрежении 0,4 атм. Горячее фильтрование ведут, как в примере 1, при 80°С при разрежении 0,2 атм. получают прозрачный раствор с содержанием 15,3% диоксида кремния и 2,9% оксида лития, плотностью 1,153 г/см3 и модулем 2,7.
Пример 3
Проводят аналогично примеру 1, а именно заливают 491 г раствора гидроксида лития с концентрацией 6,4% и нагревают раствор до 45°С. Загрузку 162,9 г водной порошкообразной кремниевой кислоты, содержащей 75% диоксида кремния, ведут при перемешивании со скоростью введения кремниевой кислоты 22,0 г/мин при одновременном подъеме температуры до 60°С со скоростью 3,0°С/мин. Время процесса, включая загрузку, составляет 2,5 часа. Раствор фильтруют, как в примере 1, при температуре 50°С и разрежении 0,3 атм. После фильтрования получают прозрачный продукт с содержанием диоксида кремния 20,90%, оксида лития 2,87%, плотностью 1,203 г/см3 и модулем 3,6.
Пример 4
Аналогично примеру 1 заливают 625 г раствора гидроксида лития с концентрацией 7,11% и нагревают раствор на водяной бане до 45°С. Загрузку 174,9 г водной порошкообразной кремниевой кислоты, содержащей 80% диоксида кремния, ведут при скорости подачи кремниевой кислоты, равной 12,8 г/мин, при одновременной подъеме температуры до 80°С со скоростью 2,3°С. Процесс синтеза от момента начала загрузки продолжается 30 мин. Раствор фильтруют, как в примере 1, при температуре 80°С и разрежении 0,2 атм. После фильтрования получают прозрачный продукт с содержанием диоксида кремния 20,6% и оксида лития 3,43%, плотностью 1,204 г/см3 и модулем 3,0.
Пример 5(альтернативный)
Проводят аналогично примеру 1, а именно заливают 164,7 г раствора гидроксида лития с концентрацией 9,7% и нагревают раствор до 80°С. Загрузку 69,6 г водной порошкообразной кремниевой кислоты, содержащей 65% диоксида кремния, ведут при скорости загрузки 6,03 г/мин, при температуре 80°С. Процесс перемешивания при 80°С (от момента начала загрузки) продолжают 2 часа. Фильтрование ведут, как в примере 1, но при температуре 80°С и разрежении 0,2 атм. Получают мутный продукт, содержащий большой избыток нерастворенной кремниевой кислоты. После фильтрования получают полупрозрачный раствор с содержанием 15,2% диоксида кремния и 2,7% оксида лития, плотностью 1,153 г/см3 и модулем 2,7.
Способ получения литиевого жидкого стекла введением в предварительно нагретый водный раствор гидроксида лития кремниевой кислоты, содержащей 65-80 мас.% диоксида кремния, с последующим перемешиванием реакционной смеси при повышенной температуре и фильтрационной очисткой продукта реакции, отличающийся тем, что к 5,5-9,7%-ному водному раствору гидроксида лития, предварительно нагретому до 35-45°С, при постоянном повышении температуры реакционной массы со скоростью 1-3°С/мин при перемешивании добавляют порошкообразную кремниевую кислоту со скоростью 6,0-22,0 г/мин, после чего реакционную массу перемешивают при температуре 60-80°С до полного растворения кремниевой кислоты и раствор фильтруют при температуре 50-80°С при разрежении 0,2-0,5 атм.
www.findpatent.ru
framat.ru – Жидкое стекло
Жидкое стекло
Наше предприятие приступило к выпуску высокочистых жидких стекол:
– натриевое жидкое стекло,
– калиевое жидкое стекло,
– литиевое жидкое стекло,
– смеси жидких стекол (Na – K, K – Na, Na – K – Li жидкие стекла).
|
Жидкое стекло |
Силикатный модуль |
Плотность, г/см3 |
Массовая доля SiO2, % |
Массовая доля Na2O,% |
Массовая доля K2O,% |
Массовая доля Li2O,% |
Вязкость, мПас |
|
Натриевое жидкое стекло |
от 1 до 4,0 |
от 1,1 до 1,5 |
от 20 до 36 |
от 6 до 14 |
– |
– |
до 2500 |
|
Калиевое жидкое стекло |
от 1 до 4,0 |
от 1,1 до 1,5 |
от 18 до 28 |
– |
от 3,5 до 12 |
– |
до 2500 |
|
Натрий – калиевое жидкое стекло |
от 1 до 4,0 |
от 1,1 до 1,5 |
от 18 до 32 |
от 6,2 до 10 |
от 3,5 до 5 |
– |
до 2500 |
|
Калий – натриевое жидкое стекло |
от 1 до 4,0 |
от 1,1 до 1,5 |
от 18 до 30 |
от 3,0 до 4,5 |
от 7,0 до 10 |
– |
до 2500 |
|
Натрий – калий – литиевое жидкое стекло. |
от 1 до 4,0 |
от 1,1 до 1,5 |
от 18 до 34 |
от 6,2 до 10 |
от 3,5 до 5 |
от 0,5 до 0,85 |
до 2500 |
Выпускаем натриевые, калиевые, литиевые жидкие стекла, а также их смеси с силикатными модулями от 1 до 3.6. При этом выпускаемая продукция по химическому составу и физическим свойствам может производиться по существующим ГОСТ и ТУ, а также индивидуально, по требованиям конкретного потребителя. Благодаря использованию химически чистого сырья, получаемые нами жидкие стекла содержат малое количество примесей и имеют высокую прозрачность.
Свойства жидких стекол
Наличие у нас исследовательской лаборатории позволяет производить небольшие опытно-промышленные партии, соответствующие требованием заказчика, а также дает возможность клиенту оптимизировать свойства жидкого стекла под конкретный технологический процесс.
Цена договорная и зависит от объема и типа жидкого стекла.
www.framat.ru
Как клей и не только
Жидкий клей на основе окиси кремния используется повсеместно. Водно-щелочной раствор на основе силикатов калия и натрия обладают рядом замечательных свойств. Литиевое стекло используется довольно редко.
Свойства жидкого стекла
Несколько видов жидкого стекла:
- натриевое стекло – это вязкая жидкость, отличается высоким прилипанием (адгезией) к разным материалам, имеет высокую текучесть и проникающую способность. Обладает прочностью к деформации;
- калиевое стекло имеет рыхлую структуру, обладает свойствами гигроскопичности, устойчиво к перегреву, легко проникает в поры материалов;
- литиевое стекло производят в небольших количествах, применяют для термозащиты в обжиговых печах.
Основные свойства силикатного клея:
- гидрофобизатор – водоотталкивающее действие, нулевое поглощение влаги;
- великолепный антистатик, на поверхности, покрытой жидким стеклом, не возникает статическое электричество;
- щелочная реакция не дает возможности развиваться микроорганизмам, используют в качестве антисептика;
- выдерживает высокую температуру, применяют для предотвращения распространения огня;
- быстрое отвердение на воздухе.
Преимущества перед другими материалами:
- растворы отлично заполняют любое пространство, куда могут стечь, поэтому используются для защиты деревянных конструкций, а также в бетонных сооружениях, где нужно отсечь влагу;
- доступная цена при низком расходе;
- высокая продолжительность использования;
- работы могут выполняться при высокой влажности помещений.
В строительстве жидкое стекло используют для строительства гидроизолированных сооружений. Разработаны нормативы смешивания компонентов для получения растворов по назначению (табл.).
Таблица
Состав растворов для гидроизоляционных работ
Гидроизолирующие свойства используют при наружной обработке деревянных сооружения. Дома из оцилиндрованного бревна или профилированного бруса покрывают тонким слоем жидкого натриевого стекла. Поверхность древесины после такой обработки невосприимчива к атмосферной влаге (рис. 1). 
Рис. 1 Вид стены из оцилиндрованного бревна, обработанного силикатным клеем
При строительстве бассейнов применяют сложные растворы, в которых полную гидроизоляцию обеспечивает жидкое стекло. Оно надежно перекрывает фильтрацию воды в порах.
Антисептические свойства используют при подготовке помещений перед отделкой. Например, перед оклейкой обоями выполняют обработку жидким раствором силикатного клея. Имеющаяся на стенах плесень исчезает. 
Рис. 2 Антисептическая обработка стен перед оклейкой обоями
При строительстве печей возникает необходимость защиты от перегрева. В растворах для наружного и внутреннего оштукатуривания применяют жидкое стекло. 
Рис. 3 Оштукатуривание печи раствором с силикатным клеем
Канцелярский клей совместно с другими компонентами применяют:
- для фиксации линолеума, а также при установке плиток ПВХ;
- для приготовления защитных замазок при монтаже стальных труб;
- для обработки хлопчатобумажных тканей с целью понижения их возгорания;
- при обработке спилов в садах используют особенность стечь в микропоры и защитить срез от загнивания;
- для придания идеально блестящего вида, так как силикатный клей, имея плотную и гладкую структуру на поверхности, придает вид полированной поверхности.
Для замешивания строительных растворов с жидким стеклом используют миксеры с электродрелью или перфоратором. Работу выполняют в определенной последовательности:
- В ведро наливают воду в требуемом количестве.
- Насыпают порцию цемента согласно рецептуре раствора.
- Тщательно перемешивают до полного растворения цемента.
- Вливают жидкое стекло, соблюдая осторожность.
- Добавляют просеянный песок, ориентируясь на данные табл.
Смесь готова к употреблению. Ее следует наносить мастерком и растирать на поверхности терками. Финишная обработка производится влажными губками или тряпками.
Внимание! Растворы с жидкими силикатами имеют сильную щелочную реакцию. При проведении работ следует защищать органы дыхания, лицо и руки. У некоторых людей возможна аллергия на этот материал.
Видео: ЖИДКОЕ СТЕКЛО и БЕТОН. Нюансы правильной работы
accorel.ru
Укрепление слабой стяжки грунтовкой, жидким стеклом и силикатными пропитками. > %
Причины, почему стяжка получатся слабой, разные:
- Не соблюдение пропорций воды и цемента.
- Старый цемент (с комками).
- Повышенное содержание глины в песке.
- Неправильная подготовка и уход после укладки, когда возникают условия быстрого обезвоживания.
Но если такое случилось, то с этим что-то нужно делать – потому, что при дальнейшей отделке, возможны сложности.
Оставить без изменений, тоже нельзя. На таком полу постоянно образуется пыль. Слабый слой легко разрушается ногами.
Первый способ. Укрепление грунтовкой.
Первое, к чему приходит большинство – укрепить грунтовкой. Вариант реальный, доступный и у всех на слуху. Но редко дает результат:
Короткий комментарий по ролику.
Если судить по тесту гвоздем, то стяжка вполне пригодна для облицовки плиткой внутри помещения. Есть примеры более плачевного состояния основания, которое пытались укрепить с помощью грунтовки:
По какой причине плитка отскочила от стяжки?
Рыхлую стяжку пытались укрепить грунтовкой. Но грунтовка, грунтовке рознь. Судя по цвету и образовавшейся пленке, был использован грунт-концентрат в ударной пропорции. Или грунтовали несколько раз, с полным высыханием каждого слоя (как написано на канистре). Это дало пленку на поверхности. За нее закрепился плитка с клеем. Но под пленкой остался прежний слабый слой. По нему и оторвалась плитка.
Как вариант, нужна грунтовка глубоко проникновения и лить ее ведрами за один прием. Чтобы закрепить слабый слой на большую глубину. У грунтовки глубокого проникновения (по версии изготовителей) более мелкие частицы и поэтому, могут проникать глубже, не создавая на поверхности пленку.
Укрепление стяжки грунтовкой как рекомендованная технология, встретить трудно. Это творчество народных масс. Есть, еще, похожее решение – укрепление с помощью жидкого стекла.
Укрепление цементной стяжки с помощью силикатов (жидкого стекла).
Идея использовать для ремонта слабых поверхностей жидкое стекло появилась не на пустом месте. Жидкое стекло в строительстве давно:
- Добавки в бетоны и растворы для ускорения схватывания (1-15% к массе цемента).
- Изготовление огнеупорных красок, шпаклёвок и замазок с добавлением наполнителей (тальк, мраморная пыль, мелкий песок).
- Гидроизоляция бетонных и деревянных конструкций.
- Борьба с грибком и плесенью.
- В металлургии свод печей выкладывают из шамотного кирпича на связующем из силиката натрия.
Существует три основных вида (в зависимости от состава) жидкого стекла: калиевое, натриевое и литиевое. У них разные свойства, что дает разные преимущества и разную цену.
Более распространено натриевое. Им и пытаются укреплять стяжки в гаражах и подвалах:
С этим способом можно экспериментировать. Полезно иметь при этом, хоть какой-то чужой опыт.
Ниже собраны наиболее интересные детали использования жидкого стекла. Качественным материалом для выводов это назвать трудно. Но все же:
Можно было бы всю эту суету с жидким стекло назвать колхозом и забыть, если бы не такая деталь, как рекомендации по укреплению рыхлых стяжек силикатами у многих производителей смесей. Одна из них от “MAPEY”:
Важные моменты в ролике:
- Пропитка по вязкости более похожа на грунтовку, чем на жидкое стекло в банках, которым пытаются укреплять полы в гаражах.
- Пропитку необходимо наносить непрерывно, не давая верхнему слой образовывать корочку.
- Расход может быть значительным, и 3-4 литра на метр.
Понятно, что укрепляющая грунтовка «Prosfas» состоит не из одного только силиката. Поэтому и цена ее отличается от цены на жидкое стекло. Если сравнить стоимость укрепление рыхлой стяжки силикатом от “MAPEY” и обыкновенным жидким стеклом, взяв в расчет его расход и аналогичный расход жидкого стекла, то расхождение будет значительным:
Prosfas и жидкое стекло.
Но Mapei не единственная компания, кто готовит пропитки для бетонов и стяжек.
На этой проблеме создана целая индустрия. На простой химической реакции (Ca(OH)2 преобразуется в C-S-H) между силикатом в пропитке и гидроксидом кальция в бетоне, построены миллионные бизнесы. Состав пропиток не оглашается, кроме названия одного из силикатов, на основе которого она и создана.
Подобно разным видам жидкого стекла созданы и различные укрепляющие пропитки на основе калия, натрия, магния и лития. Важное различие между ними – размер молекулы. От этого зависит насколько глубоко силикат сможет пропитать стяжку:
Пропитки на основе силикатов натрия.
Натриевые пропитки.
Здесь подобраны примеры натриевых пропиток. Это не все. Могут появляться новые, дешевле и эффективнее. Некоторые сокращают производство и уходят с рынка:
- Ашфорд Формула – Бренд Ashford Formula. Производитель Curecrete Chemical Co (США). Страна производитель может быть и другая.
- Lithurin.
- Даймонд Хард (Diamond Hard). Продукт американского химического концерна «EUCLID CHEMICAL».
- Ликви- Хард от W.R.Meadows (США). Производитель может быть – Чехия.
Все пропитки схожи по способу нанесения:
Наносят так, чтобы вся поверхность оставалась мокрой в течение 30-60 мин. Без луж и просыхания на отдельных участках. Этого добиваются с помощью мягкой метелки, перераспределяя жидкость по стяжке. Излишки перемещают на соседние участки и удаляют водным пылесосом.
Некоторые пропитки разводятся водой (Lithurin I). У некоторых есть особенности – Ашфорд Формула не эффективна на бетоне марки ниже М 300 и на цементно-песчаных стяжках:
Укрепляющие пропитки на основе лития.
По утверждению – American Concrete Institute (ам. института бетона ACI) пропитки на основе лития имеют ряд преимуществ:
- Увеличивает прочность бетона более чем на 45% (у натрия – 37%).
- Уплотняет бетон и завершает химическую реакцию в течение 7-14 дней (эксплуатация через 2 часа). У натрия – 6-12 месяцев.
- Нет необходимости в промывке ее водой.
- Проникает на 1-5 мм, образуя химическую реакцию с верхним слоем.
Пропитки на основе лития.
ULTRALIT HARD (1)
Если верить ценам и расходу (на 20 квадратов – 1 один литр), то пропитка одного квадрата бетонной поверхности стоит 0,05 $. Страна производитель – Чехия (технология, скорее всего, США).
Налажен выпуск трех разновидностей Ultralit Hard Standart, Ultralit Hard Premium, Ultralit Hard Extra.
Mapecrete LI Hardener (2)
Жидкое средство на основе лития для новых и старых бетонных полов от MAPEI.
5.8 $ – пропитка одного квадратного метра, при расходе 0,4 кг/м2 (реальную цену можно узнать только в момент покупки).
«Concria Super Hard» и «Concria Hard» (5)
Страна производитель США. Исходя из расхода 1 литр на 10-20м2, получаем затраты на один квадратный метр: 1,2-2.2 $. C2 Hard можно использовать на полах, которые уже были обработаны другими силикатными пропитками и поверхность которых начала пылить и отслаиваться.
Кроме этих двух пропиток для укрепления налажен выпуск других, для окрашивания, придания глянца ….
SPEKTRIN LITHIUM (4) – производство Швеция /Украина. Литиумная пропитка для бетона и камня(мрамор). Глубина проникновения- около 7 мм. Повышение прочности до 16%. Снижение водопоглощения в 3,3 раза. Пропитка может применяться в пищевой и фармацевтической промышленности. Затраты (стоимость пропитки) на 1 квадратный метр -1.5 $. Используется для внутренних и наружных работ на прочном и плотном бетоне (М 300 и выше):
Первые пропитки на американском рынке появились около 50 лет назад. Поиск новых составов не прекращается. Конкуренция растет. Не имея опыта, трудно разобраться в особенностях каждой и правдивости заявленных свойств. Настораживает указание в некоторых тех картах укрепляющих пропиток: «Не наносите на пыльные, крошащиеся и непрочные основания». К еще большей путанице приводят маркетинговые войны:
Хорошее предупреждение было помещено перед покупкой одной из пропиток:
Как выход – нужна тестовая площадка 1.5м x 1.5м. Если разные поверхности, то для каждого типа поверхности – отдельная площадка. Сделав все по инструкции, дать высохнуть в течение 3-7 дней. Потом делать вывод по расходу, затратам, полученной и ожидаемой прочности поверхности.
101ohibka.ru
способ получения литиевого жидкого стекла – патент РФ 2448043
Изобретение относится к способам получения жидкого литиевого стекла, используемого для создания терморегулируемых покрытий космических аппаратов нового поколения, а также в составах композиционных материалов, при изготовлении силикатных пленок, антибликовых покрытий. Способ осуществляют введением в предварительно нагретый водный раствор гидроксида лития кремниевой кислоты, содержащей 65-80 мас.% диоксида кремния, с последующим перемешиванием реакционной смеси при повышенной температуре и фильтрационной очисткой продукта реакции, при этом к 5,5-9,7%-ному водному раствору гидроксида лития, предварительно нагретому до 35-45°С, при постоянном повышении температуры реакционной массы со скоростью 1-3°С/мин при перемешивании добавляют порошкообразную кремниевую кислоту со скоростью 6,0-22,0 г/мин, после чего реакционную массу перемешивают при температуре 60-80°С до полного растворения кремниевой кислоты и раствор фильтруют при температуре 50-80°С при разрежении 0,2-0,5 атм. Покрытия, получаемые на основе такого литиевого стекла, обладают повышенной адгезией к подложкам, а также повышенной долговечностью, трещиностойкостью и стойкостью к факторам космического пространства. 5 пр., 1 табл.
Изобретение относится к способам получения жидких стекол, в частности высокомодульного литиевого стекла, используемого для создания терморегулирующих покрытий космических аппаратов нового поколения, а также в составах композиционных материалов, при изготовлении силикатных пленок, антибликовых покрытий.
Литиевым жидким стеклом (ЛЖС) называют прозрачные силикатные растворы силиката лития с модулями более 1,5, которые, согласно известным представлениям, рассматриваются как полимерные соединения, состоящие из катионов лития и полимерных силикат-анионов невысокой степени полимеризации. Жидкое литиевое стекло, так же как натриевое и калиевое жидкие стекла, сохраняет признаки истинного раствора: гомогенность, постоянство концентрации, термодинамическую устойчивость (Корнеев В.И., Данилов В.В. Жидкое и растворимое стекло. СПб: Стройиздат, 1996, 216 с.).
Известно получение литиевого жидкого стекла, основанное на ионном обмене ионов щелочных металлов (натрия, калия) на ионы лития, осуществляемом при взаимодействии силикатов щелочных металлов с литийсодержащим соединением, например, гидроксидом лития (US 3392039, С01В 33/32, 1968; SU 833496, С01В 33/32, 1981). Основным общим недостатком этих известных способов, с технологической точки зрения, является использование сильно разбавленных растворов, которые затем необходимо концентрировать, что приводит к большой длительности и трудоемкости процессов, и делает их практически неприменимыми в промышленных условиях.
Литиевое жидкое стекло получают также растворением аморфного тонкодисперсного диоксида кремния в растворе гидроксида лития (US 3579597, С01В 33/32, 1971; US 3180747, С01В 33/32, 1965). Однако, при получении литиевых жидких стекол данными способами, также как и в вышерассмотренных способах, получаются сильно разбавленные и низкомодульные растворы.
Для получения литиевого жидкого стекла применим также метод, включающий реакцию взаимодействия алкоксисиланов с соединениями лития. Эту реакцию в известных способах обычно проводят при высоких температурах, например, при температуре кипения смеси алкоксисиланов с гидроксидом лития (US 4120938, С01В 33/32, 1978), причем в качестве тетраалкоксисиланов чаще всего используют тетраэтоксисилан, а в качестве литиевых соединений используют как гидроксид лития, так и его соли, например ацетат лития (KR 20090089642, С01В 33/32, 2009). Однако проведение процесса при высоких температурах приводит к повышенной энергоемкости процесса, а также к сложности его аппаратурного оформления.
Еще один известный метод синтеза, к которому относится и рассматриваемое новое изобретение, включает реакцию взаимодействия кремниевой кислоты с гидроксидом лития (JP 59-69417, С01В 33/32, 1984; SU 1498709, С01В 33/32, 1989).
По последнему цитируемому способу (SU 1498709) литиевое жидкое стекло получают взаимодействием гидроксида лития и кремниевой кислоты, содержащей 15-80 мас.% диоксида кремния, и при молярном соотношении диоксида кремния к оксиду лития и к воде в исходных продуктах, равном 1:(0,22-1):(11,7-25,7), причем кремниевую кислоту вводят при перемешивании со скоростью 5-20 кг/ч в предварительно подогретый до 40-60°С раствор гидроксида лития и перемешивание осуществляют при той же температуре в течение 1-4 часов, а затем раствор фильтруют через фторопластовую пластину (SU 1498709, С01В 33/32, 1989). Известным способом получают прозрачный раствор силиката лития с содержанием диоксида кремния 11,25-21,85 мас.%, оксида лития 1,78-9,87 мас.% и силикатным модулем (молярным соотношением диоксида кремния к оксиду лития), равным 1,01-4,53. Данный способ, как наиболее близкий по технической сущности новому способу, выбран в качестве способа-прототипа. Однако получаемые по способу-прототипу ЛЖС не могут быть использованы для создания терморегулирующих покрытий (ТРП), поскольку они по своим качественным показателям не соответствуют требованиям, предъявляемым к ТРП.
Для получения высокомодульных литиевых жидких стекол, которые могут быть использованы как связующие для получения терморегулирующих покрытий, предлагается новый способ получения литиевого жидкого стекла, который осуществляют введением порошкообразной кремниевой кислоты, содержащей 65-80 мас.% диоксида кремния, в 5,5-9,7%-ный водный раствор гидроксида лития, предварительно нагретый до температуры 35-45°С, причем процесс проводится при постоянном повышении температуры реакционной массы со скоростью 1-3°С/мин, а кремниевая кислота вводится в раствор гидроксида лития со скоростью, равной 6,0-22,0 г/мин, после чего реакционная масса перемешивается при температуре 60-80°С до полного растворения кремниевой кислоты и затем подвергается горячему фильтрованию при температуре раствора 50-80°С при разрежении 0,2-0,5 атм.
Новое изобретение отличается от способа-прототипа как количественным соотношением реагентов, так и режимами осуществления процесса, а именно температурно-временными режимами на всех стадиях процесса, количественными признаками способа, контролируемой скоростью введения кремневой кислоты и контролируемой скоростью подъема температуры, а также режимом стадии фильтрации.
В новом способе, как и в способе-прототипе, в качестве исходных реагентов используют кремниевую кислоту с содержанием диоксида кремния 65-80% и гидроксид лития и кремниевую кислоту добавляют к раствору гидроксида лития.
Интервал концентрации 65-80% SiO2 определяется фактическим содержанием SiO 2 в используемом реактивном сырье промышленного производства. Концентрация ОН– менее 5.5% приводит к образованию сильно разбавленных растворов, а максимальная концентрация 9,7% соответствует насыщенному раствору.
Кремниевая кислота в новом способе, как и в способе-прототипе, добавляется к гидроксиду лития с контролируемой скоростью введения, только в прототипе эта величина составляет 5-20 кг/час, или 83-333 г/мин, а в новом способе эта величина составляет 6,0-22,0 г/мин. При скорости загрузки менее 6,0 г/мин значительно замедляется процесс, а при скорости более 22,0 г/мин ухудшается качество конечного продукта. Существенным признаком способа является скорость подъема температуры нагревания реакционной массы, выбранной в интервале 1-3°С, определяющей максимально высокое качество продукта. В совокупности с контролируемым подъемом температуры в процессе загрузки кремниевой кислоты указанные факторы приводят к получению растворов силиката лития, отличающихся повышенной клейкостью.
При предварительном нагреве раствора гидроксида лития ниже 35°С практически не происходит гидратации гранул кремниевой кислоты, выше 45°С – образовываются короткие силикат-анионы. При температуре синтеза ниже 60°С процесс протекает медленно, при температуре выше 80°С происходит сильный гидролиз реакционной массы с образованием хлопьев.
Условия горячего фильтрования растворов ЛЖС при температуре 50-80°С и разрежении 0,2-0,5 атм, выбранные экспериментально, позволяют значительно интенсифицировать процесс фильтрации.
Сопоставление качества покрытий на основе ЛЖС, полученного по способу-прототипу, с новым способом показали, что адгезия к подложкам из стекла, металлическим сплавам и полимерным материалам составляет в первом случае 3-4 балла и 1-3 балла соответственно. Эти данные, с одной стороны, говорят о техническом преимуществе ЛЖС, полученных новым способом, а с другой стороны, подтверждают наличие технического эффекта при использовании нового способа. Пигментно-наполненные покрытия, в частности терморегулирующие покрытия (ТРП) космических аппаратов, изготовленные с применением ЛЖС, полученных по заявляемому способу, по сравнению с ранее разработанными композициями на основе калиевых, натриевых и литиевых стекол, полученных по способу-прототипу, обладают не только более высокой адгезией к металлическим сплавам и высокой водостойкостью, но и отличаются повышенными долговечностью, трещиностойкостью, и стойкостью к факторам космического пространства, что является одним из наиболее важных показателей для ТРП на космических аппаратах длительных сроков эксплуатации.
Как показали дополнительные исследования, уникальные свойства получаемого продукта могут быть объяснены образованием более высокомолекулярных силикат-анионов, чем в калиевых, натриевых и литиевых жидких стеклах, полученных по способу-прототипу, и более близки по структуре к глобулам концентрированных силикатных золей. Образованию таких глобул способствует гидратация кремниевой кислоты при медленном введении ее в реакционную массу при контролируемом режиме повышения температуры. Гидратация в области относительно низких температур первоначально введенных порций кремниевой кислоты способствует росту силикат-анионов за счет новых порций кремниевой кислоты уже на стадии загрузки и позволяет в дальнейшем повысить температуру синтеза до 80°С, что также способствует образованию более длинных и разветвленных силикат-анионов. Такие силикат-анионы более эффективно структурируют покрытия в процессе высушивания.
Испытаниями было показано, что в ТРП на основе литиевых жидких стекол, полученных по новому способу, преобладает диффузионная составляющая поглощения солнечного излучения, создающая антибликовый эффект, в результате чего повышается суммарный коэффициент поглощения в соответствии с формулой:
Rотр=R зерк+Rдиф
Все рассмотренные признаки нового способа в комплексе влияют на эффективность процесса, обеспечивая интенсивное осуществление процесса (в течение 0,5-2,5 часов), и, кроме того, данным способом получают продукт высокого качества, отвечающий требованиям, предъявляемым к продуктам, применяемым в высокотехнологичных областях техники и непосредственно для создания ТРП для космических аппаратов нового поколения.
Важнейшими показателями качества ТРП являются стойкость к протонному излучению, повышенная электропроводность, обеспечивающая отекание электростатических зарядов с поверхности космического аппарата и низкое газовыделение.
В таблице сопоставлены вышеперечисленные основные показатели ТРП, полученные на различных применяющихся в настоящее время связующих, показывающие однозначное и существенное преимущество литиевых силикатных связующих, полученных по новому способу. Основные показатели литиевого жидкого стекла, полученного по способу-прототипу, сопоставимы с показателями ТРП, полученными на калиевых жидких стеклах, приведенных в последнем столбце таблицы.
| Таблица | ||||||
| Показатели | Связующие | |||||
| Фторлон Ф-32Л | Акриловая смола АС | Лак КО-08 | Лак КО-116 | ЛЖС* | КЖС, ЛЖС 1 | |
| Изменение коэффициента поглощения солнечной энергии при воздействии протонного излучения As | 5,0 | 3,2 | 0,08 | 1,0 | 0,041 | 0,06-0,07 |
| 0,065 | ||||||
| 0,052 | ||||||
| 0,052 | ||||||
| 0,055 | ||||||
| Удельное объемное сопротивление, R, Oм·м | 1012-1013 | 108-1010 | 1011-1012 | 1011-1012 | 3·105 | 106-107 |
| 8·106 | ||||||
| 5·103 | ||||||
| Газовыделение по ГОСТ 50109-92: | 3,2 | 0,98 | 2-4 | 3-11 | 0,11-0,28 | 0,12-0,30 |
| Реальная потеря массы, мас.% | 1,02 | 0,10 | 0,6-0,8 | 2,4-9,1 | 0,02-0,08 | 0,02-0,09 |
| Легколетучие конденсирующиеся вещества, мас.% | ||||||
| Примечания | ||||||
| 1) ЛЖС* – полученное по новому способу; | ||||||
| 2) ЛЖС1 – полученное по способу-прототипу; | ||||||
| 3) Нормы по ГОСТ 50109-92 мас.%, не более: | ||||||
| – Реальная потеря массы – 1,0; | ||||||
| – Легколетучие конденсирующиеся вещества – 0,1. |
Следует отметить также, что композиции для нанесения ТРП не содержат органических растворителей, являются нетоксичными. Использование воды в качестве растворителя улучшает санитарно-гигиенические условия при нанесении ТРП и не влияет на оптические свойства элементов оптических систем космических аппаратов. Ниже изобретение иллюстрируется примерами, которые никак не ограничивают возможность осуществления данного процесса при других параметрах, но находящихся в рамках заявляемого объема притязания.
Пример 1
В полипропиленовый реакционный сосуд заливают 361 г раствора гидроксида лития с концентрацией 5,50% и нагревают раствор на водяной бане при перемешивании до 35°С. Загрузку 137,5 г водной порошкообразной кремневой кислоты, содержащей 72,5% диоксида кремния, ведут при перемешивании со скоростью введения 14 г/мин при одновременном подъеме температуры от 35 до 45°С со скоростью 1°С/мин. Далее, продолжая перемешивание реакционной массы, повышают температуру с той же скоростью до 60°С. Время перемешивания составляет 2,5 часа от момента начала загрузки до полного растворения кремниевой кислоты. Раствор фильтруют на нутч-фильтре через слой бельтинга и фторопластовую пластину при 50°С при разрежении 0,5 атм. После фильтрования получают прозрачный раствор с содержанием 17,41% диоксида кремния, 2,16% оксида лития, плотностью 1,162 г/см3 модулем 3,9.
Пример 2
Проводят аналогично примеру 1, а именно заливают 164,7 г раствора гидроксида лития с концентрацией 9,7% и нагревают раствор до 45°С. Загрузку 69,6 г водной порошкообразной кремниевой кислоты, содержащей 65% диоксида кремния, ведут при скорости загрузки 6,0 г/мин, при скорости нагревания 2°С до температуры 80°С. Процесс перемешивания при 80°С (от момента начала загрузки) продолжают 2 часа. Фильтрование ведут, как в примере 1, но при температуре 80°С и разрежении 0,4 атм. Горячее фильтрование ведут, как в примере 1, при 80°С при разрежении 0,2 атм. получают прозрачный раствор с содержанием 15,3% диоксида кремния и 2,9% оксида лития, плотностью 1,153 г/см3 и модулем 2,7.
Пример 3
Проводят аналогично примеру 1, а именно заливают 491 г раствора гидроксида лития с концентрацией 6,4% и нагревают раствор до 45°С. Загрузку 162,9 г водной порошкообразной кремниевой кислоты, содержащей 75% диоксида кремния, ведут при перемешивании со скоростью введения кремниевой кислоты 22,0 г/мин при одновременном подъеме температуры до 60°С со скоростью 3,0°С/мин. Время процесса, включая загрузку, составляет 2,5 часа. Раствор фильтруют, как в примере 1, при температуре 50°С и разрежении 0,3 атм. После фильтрования получают прозрачный продукт с содержанием диоксида кремния 20,90%, оксида лития 2,87%, плотностью 1,203 г/см3 и модулем 3,6.
Пример 4
Аналогично примеру 1 заливают 625 г раствора гидроксида лития с концентрацией 7,11% и нагревают раствор на водяной бане до 45°С. Загрузку 174,9 г водной порошкообразной кремниевой кислоты, содержащей 80% диоксида кремния, ведут при скорости подачи кремниевой кислоты, равной 12,8 г/мин, при одновременной подъеме температуры до 80°С со скоростью 2,3°С. Процесс синтеза от момента начала загрузки продолжается 30 мин. Раствор фильтруют, как в примере 1, при температуре 80°С и разрежении 0,2 атм. После фильтрования получают прозрачный продукт с содержанием диоксида кремния 20,6% и оксида лития 3,43%, плотностью 1,204 г/см3 и модулем 3,0.
Пример 5(альтернативный)
Проводят аналогично примеру 1, а именно заливают 164,7 г раствора гидроксида лития с концентрацией 9,7% и нагревают раствор до 80°С. Загрузку 69,6 г водной порошкообразной кремниевой кислоты, содержащей 65% диоксида кремния, ведут при скорости загрузки 6,03 г/мин, при температуре 80°С. Процесс перемешивания при 80°С (от момента начала загрузки) продолжают 2 часа. Фильтрование ведут, как в примере 1, но при температуре 80°С и разрежении 0,2 атм. Получают мутный продукт, содержащий большой избыток нерастворенной кремниевой кислоты. После фильтрования получают полупрозрачный раствор с содержанием 15,2% диоксида кремния и 2,7% оксида лития, плотностью 1,153 г/см3 и модулем 2,7.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ получения литиевого жидкого стекла введением в предварительно нагретый водный раствор гидроксида лития кремниевой кислоты, содержащей 65-80 мас.% диоксида кремния, с последующим перемешиванием реакционной смеси при повышенной температуре и фильтрационной очисткой продукта реакции, отличающийся тем, что к 5,5-9,7%-ному водному раствору гидроксида лития, предварительно нагретому до 35-45°С, при постоянном повышении температуры реакционной массы со скоростью 1-3°С/мин при перемешивании добавляют порошкообразную кремниевую кислоту со скоростью 6,0-22,0 г/мин, после чего реакционную массу перемешивают при температуре 60-80°С до полного растворения кремниевой кислоты и раствор фильтруют при температуре 50-80°С при разрежении 0,2-0,5 атм.
www.freepatent.ru
Жидкое стекло для автомобиля
В данный момент существует множество разных полировальных технологий, которые позволяют добиться невероятного блеска покрытия автомобиля, или же восстановления потерянного глянца. Использование техники нанесения жидкого стекла для авто на его поверхность позволяет добиться не просто зеркального блеска, но и даст автомобилю прекрасную защиту.
Японские разработчики и новаторы никогда не перестанут удивлять мир. Порядка пяти лет назад они представили миру потрясающую новинку, с которой можно придать своему железному коню просто шикарный вид – жидкое стекло для авто.
Стоит отметить один интересный факт, что разработка жидкого стекла велась в промышленных целях, но сегодня широко применяется и в качестве дополнительного защитного средства лакокрасочного покрытия автомобиля. Жидкое стекло, нанесенное на автомобиль, защищает его покрытие от разного рода загрязнений и легких механических повреждений.
Сфера применения жидкого стекла
Кроме использования жидкого стекла для авто при восстановлении лакокрасочного покрытия, его применение достаточно широко распространено во многих отраслях:
- Его применяют в машиностроении – с его помощью изготавливают литейную смесь.
- В бумажной промышленности – изготовление целлюлозы.
- В строительной отрасли – изготовление кислотоупорного бетона и цемента.
- В химической – добавка в моющие и чистящие средства, а также добавление в лакокрасочные материалы, для придания блеска поверхностям.
Кроме этого, оно служит отличным средством гидроизоляции, не пропуская ни воду, ни воздух. Естественно, что в чистом виде жидкого стекла для авто не существует – японские производители на его основе выпустили специальный полироль, который и применяется, чтобы восстановить потерянный блеск.
Виды жидкого стекла
На данный момент существует три вида жидкого стекла. Именно на их основе изготавливается жидкое стекло для авто, используемое в качестве полироля.
- Калиевое – на основе калия, имеет существенное отличие в связи со своей рыхлостью и свойством повышенной гигроскопичности.
- Натриевое – на основе натрия, обладает отличными огнезащитными свойствами.
- Литиевое – самое редкое на сегодня жидкое стекло, выпускается в малых количествах, применяется как терморегулятор для покрытия.
Все три вида жидкого стекла можно заключить в одну группу монощелочных составов. Кроме этого, есть еще комбинированные и комплексные. В России большую часть производства жидкого стекла занимает выпуск натриевых составов.
Многих интересует вопрос – как работает жидкое стекло для авто, придавая ему столь яркий зеркальный блеск. Как известно, обычный полироль создает невидимую пленку на поверхности автомобиля, тем самым придавая ему дополнительный блеск и защиту от повреждений.
Жидкое стекло тоже создает пленку, но…
- Во-первых, в несколько раз прочнее, чем у обычной полироли.
- Во-вторых, состав полироли на жидком стекле при обработке заполняет все микротрещины и дефекты на поверхности авто, тем самым восстанавливая структуру покрытия и дополнительно придавая зеркальный блеск, который продержится на авто более шести месяцев.
Покрытие автомобиля слоем жидкого стекла обладает еще одним немаловажным свойством – оно эффективно работает по защите автомобиля от агрессивного воздействия реагентов и соли, которыми обработаны дороги в зимний период.
Особенности использования жидкого стекла для авто:
- Мойка автомобиля с химическими моющими средствами значительно снижает прочность слоя жидкого стекла, поэтому мыть авто лучше просто водой, без щеток и тряпок.
- Стекло по определению не обладает высокими пластичными свойствами и при столкновении с препятствием существует большая вероятность того, что покрытие просто расколется. Плюс ко всему, учитывая наши суровые зимы, присутствует вероятность растрескивания слоя.
- При покрытии автомобиля жидким стеклом обязательное условие – соблюдение технологии нанесения. Если она будет нарушена, то сложно гарантировать результат.
Плюсы и минусы
Естественно, что у жидкого стекла намного больше плюсов, но и минусы тоже присутствуют.
Плюсы:
- Яркий зеркальный блеск;
- Защита от повреждений;
- Приемлемая стоимость;
- При соблюдении правил нанесения – долговечность;
- Отличные водо-и грязеотталкивающие характеристики;
- Термоустойчивость.
Минусы:
- Жидкое стекло быстро кристаллизуется, поэтому все работы по нанесению должен выполнять профессионал.
- Работа по нанесению достаточно кропотливая, поэтому требует колоссального терпения. Опять же, лучше обратиться к мастерам, имеющим опыт таких работ.
Следует отметить, что цена самого состава жидкого стекла для автомобиля приемлема, а стоимость работы профессионалов по нанесению состава на автомобиль уже кусается. При этом многие собственники автомобилей отмечают, что эффект того стоит — от шести до восьми месяцев после нанесения автомобиль будет радовать глаза всем окружающим своим ярким блеском.
Источник
Понравился наш сайт? Присоединяйтесь или подпишитесь (на почту будут приходить уведомления о новых темах) на наш канал в МирТесен!
zabarankoi.mirtesen.ru
Способ получения литиевого жидкого стекла
Изобретение относится к способам получения жидкого литиевого стекла, используемого для создания терморегулируемых покрытий космических аппаратов нового поколения, а также в составах композиционных материалов, при изготовлении силикатных пленок, антибликовых покрытий. Способ осуществляют введением в предварительно нагретый водный раствор гидроксида лития кремниевой кислоты, содержащей 65-80 мас.% диоксида кремния, с последующим перемешиванием реакционной смеси при повышенной температуре и фильтрационной очисткой продукта реакции, при этом к 5,5-9,7%-ному водному раствору гидроксида лития, предварительно нагретому до 35-45°С, при постоянном повышении температуры реакционной массы со скоростью 1-3°С/мин при перемешивании добавляют порошкообразную кремниевую кислоту со скоростью 6,0-22,0 г/мин, после чего реакционную массу перемешивают при температуре 60-80°С до полного растворения кремниевой кислоты и раствор фильтруют при температуре 50-80°С при разрежении 0,2-0,5 атм. Покрытия, получаемые на основе такого литиевого стекла, обладают повышенной адгезией к подложкам, а также повышенной долговечностью, трещиностойкостью и стойкостью к факторам космического пространства. 5 пр., 1 табл.
Изобретение относится к способам получения жидких стекол, в частности высокомодульного литиевого стекла, используемого для создания терморегулирующих покрытий космических аппаратов нового поколения, а также в составах композиционных материалов, при изготовлении силикатных пленок, антибликовых покрытий.
Литиевым жидким стеклом (ЛЖС) называют прозрачные силикатные растворы силиката лития с модулями более 1,5, которые, согласно известным представлениям, рассматриваются как полимерные соединения, состоящие из катионов лития и полимерных силикат-анионов невысокой степени полимеризации. Жидкое литиевое стекло, так же как натриевое и калиевое жидкие стекла, сохраняет признаки истинного раствора: гомогенность, постоянство концентрации, термодинамическую устойчивость (Корнеев В.И., Данилов В.В. Жидкое и растворимое стекло. СПб: Стройиздат, 1996, 216 с.).
Известно получение литиевого жидкого стекла, основанное на ионном обмене ионов щелочных металлов (натрия, калия) на ионы лития, осуществляемом при взаимодействии силикатов щелочных металлов с литийсодержащим соединением, например, гидроксидом лития (US 3392039, С01В 33/32, 1968; SU 833496, С01В 33/32, 1981). Основным общим недостатком этих известных способов, с технологической точки зрения, является использование сильно разбавленных растворов, которые затем необходимо концентрировать, что приводит к большой длительности и трудоемкости процессов, и делает их практически неприменимыми в промышленных условиях.
Литиевое жидкое стекло получают также растворением аморфного тонкодисперсного диоксида кремния в растворе гидроксида лития (US 3579597, С01В 33/32, 1971; US 3180747, С01В 33/32, 1965). Однако, при получении литиевых жидких стекол данными способами, также как и в вышерассмотренных способах, получаются сильно разбавленные и низкомодульные растворы.
Для получения литиевого жидкого стекла применим также метод, включающий реакцию взаимодействия алкоксисиланов с соединениями лития. Эту реакцию в известных способах обычно проводят при высоких температурах, например, при температуре кипения смеси алкоксисиланов с гидроксидом лития (US 4120938, С01В 33/32, 1978), причем в качестве тетраалкоксисиланов чаще всего используют тетраэтоксисилан, а в качестве литиевых соединений используют как гидроксид лития, так и его соли, например ацетат лития (KR 20090089642, С01В 33/32, 2009). Однако проведение процесса при высоких температурах приводит к повышенной энергоемкости процесса, а также к сложности его аппаратурного оформления.
Еще один известный метод синтеза, к которому относится и рассматриваемое новое изобретение, включает реакцию взаимодействия кремниевой кислоты с гидроксидом лития (JP 59-69417, С01В 33/32, 1984; SU 1498709, С01В 33/32, 1989).
По последнему цитируемому способу (SU 1498709) литиевое жидкое стекло получают взаимодействием гидроксида лития и кремниевой кислоты, содержащей 15-80 мас.% диоксида кремния, и при молярном соотношении диоксида кремния к оксиду лития и к воде в исходных продуктах, равном 1:(0,22-1):(11,7-25,7), причем кремниевую кислоту вводят при перемешивании со скоростью 5-20 кг/ч в предварительно подогретый до 40-60°С раствор гидроксида лития и перемешивание осуществляют при той же температуре в течение 1-4 часов, а затем раствор фильтруют через фторопластовую пластину (SU 1498709, С01В 33/32, 1989). Известным способом получают прозрачный раствор силиката лития с содержанием диоксида кремния 11,25-21,85 мас.%, оксида лития 1,78-9,87 мас.% и силикатным модулем (молярным соотношением диоксида кремния к оксиду лития), равным 1,01-4,53. Данный способ, как наиболее близкий по технической сущности новому способу, выбран в качестве способа-прототипа. Однако получаемые по способу-прототипу ЛЖС не могут быть использованы для создания терморегулирующих покрытий (ТРП), поскольку они по своим качественным показателям не соответствуют требованиям, предъявляемым к ТРП.
Для получения высокомодульных литиевых жидких стекол, которые могут быть использованы как связующие для получения терморегулирующих покрытий, предлагается новый способ получения литиевого жидкого стекла, который осуществляют введением порошкообразной кремниевой кислоты, содержащей 65-80 мас.% диоксида кремния, в 5,5-9,7%-ный водный раствор гидроксида лития, предварительно нагретый до температуры 35-45°С, причем процесс проводится при постоянном повышении температуры реакционной массы со скоростью 1-3°С/мин, а кремниевая кислота вводится в раствор гидроксида лития со скоростью, равной 6,0-22,0 г/мин, после чего реакционная масса перемешивается при температуре 60-80°С до полного растворения кремниевой кислоты и затем подвергается горячему фильтрованию при температуре раствора 50-80°С при разрежении 0,2-0,5 атм.
Новое изобретение отличается от способа-прототипа как количественным соотношением реагентов, так и режимами осуществления процесса, а именно температурно-временными режимами на всех стадиях процесса, количественными признаками способа, контролируемой скоростью введения кремневой кислоты и контролируемой скоростью подъема температуры, а также режимом стадии фильтрации.
В новом способе, как и в способе-прототипе, в качестве исходных реагентов используют кремниевую кислоту с содержанием диоксида кремния 65-80% и гидроксид лития и кремниевую кислоту добавляют к раствору гидроксида лития.
Интервал концентрации 65-80% SiO2 определяется фактическим содержанием SiO2 в используемом реактивном сырье промышленного производства. Концентрация ОН– менее 5.5% приводит к образованию сильно разбавленных растворов, а максимальная концентрация 9,7% соответствует насыщенному раствору.
Кремниевая кислота в новом способе, как и в способе-прототипе, добавляется к гидроксиду лития с контролируемой скоростью введения, только в прототипе эта величина составляет 5-20 кг/час, или 83-333 г/мин, а в новом способе эта величина составляет 6,0-22,0 г/мин. При скорости загрузки менее 6,0 г/мин значительно замедляется процесс, а при скорости более 22,0 г/мин ухудшается качество конечного продукта. Существенным признаком способа является скорость подъема температуры нагревания реакционной массы, выбранной в интервале 1-3°С, определяющей максимально высокое качество продукта. В совокупности с контролируемым подъемом температуры в процессе загрузки кремниевой кислоты указанные факторы приводят к получению растворов силиката лития, отличающихся повышенной клейкостью.
При предварительном нагреве раствора гидроксида лития ниже 35°С практически не происходит гидратации гранул кремниевой кислоты, выше 45°С – образовываются короткие силикат-анионы. При температуре синтеза ниже 60°С процесс протекает медленно, при температуре выше 80°С происходит сильный гидролиз реакционной массы с образованием хлопьев.
Условия горячего фильтрования растворов ЛЖС при температуре 50-80°С и разрежении 0,2-0,5 атм, выбранные экспериментально, позволяют значительно интенсифицировать процесс фильтрации.
Сопоставление качества покрытий на основе ЛЖС, полученного по способу-прототипу, с новым способом показали, что адгезия к подложкам из стекла, металлическим сплавам и полимерным материалам составляет в первом случае 3-4 балла и 1-3 балла соответственно. Эти данные, с одной стороны, говорят о техническом преимуществе ЛЖС, полученных новым способом, а с другой стороны, подтверждают наличие технического эффекта при использовании нового способа. Пигментно-наполненные покрытия, в частности терморегулирующие покрытия (ТРП) космических аппаратов, изготовленные с применением ЛЖС, полученных по заявляемому способу, по сравнению с ранее разработанными композициями на основе калиевых, натриевых и литиевых стекол, полученных по способу-прототипу, обладают не только более высокой адгезией к металлическим сплавам и высокой водостойкостью, но и отличаются повышенными долговечностью, трещиностойкостью, и стойкостью к факторам космического пространства, что является одним из наиболее важных показателей для ТРП на космических аппаратах длительных сроков эксплуатации.
Как показали дополнительные исследования, уникальные свойства получаемого продукта могут быть объяснены образованием более высокомолекулярных силикат-анионов, чем в калиевых, натриевых и литиевых жидких стеклах, полученных по способу-прототипу, и более близки по структуре к глобулам концентрированных силикатных золей. Образованию таких глобул способствует гидратация кремниевой кислоты при медленном введении ее в реакционную массу при контролируемом режиме повышения температуры. Гидратация в области относительно низких температур первоначально введенных порций кремниевой кислоты способствует росту силикат-анионов за счет новых порций кремниевой кислоты уже на стадии загрузки и позволяет в дальнейшем повысить температуру синтеза до 80°С, что также способствует образованию более длинных и разветвленных силикат-анионов. Такие силикат-анионы более эффективно структурируют покрытия в процессе высушивания.
Испытаниями было показано, что в ТРП на основе литиевых жидких стекол, полученных по новому способу, преобладает диффузионная составляющая поглощения солнечного излучения, создающая антибликовый эффект, в результате чего повышается суммарный коэффициент поглощения в соответствии с формулой:
Rотр=Rзерк+Rдиф
Все рассмотренные признаки нового способа в комплексе влияют на эффективность процесса, обеспечивая интенсивное осуществление процесса (в течение 0,5-2,5 часов), и, кроме того, данным способом получают продукт высокого качества, отвечающий требованиям, предъявляемым к продуктам, применяемым в высокотехнологичных областях техники и непосредственно для создания ТРП для космических аппаратов нового поколения.
Важнейшими показателями качества ТРП являются стойкость к протонному излучению, повышенная электропроводность, обеспечивающая отекание электростатических зарядов с поверхности космического аппарата и низкое газовыделение.
В таблице сопоставлены вышеперечисленные основные показатели ТРП, полученные на различных применяющихся в настоящее время связующих, показывающие однозначное и существенное преимущество литиевых силикатных связующих, полученных по новому способу. Основные показатели литиевого жидкого стекла, полученного по способу-прототипу, сопоставимы с показателями ТРП, полученными на калиевых жидких стеклах, приведенных в последнем столбце таблицы.
| Таблица | ||||||
| Показатели | Связующие | |||||
| Фторлон Ф-32Л | Акриловая смола АС | Лак КО-08 | Лак КО-116 | ЛЖС* | КЖС, ЛЖС1 | |
| Изменение коэффициента поглощения солнечной энергии при воздействии протонного излучения As | 5,0 | 3,2 | 0,08 | 1,0 | 0,041 | 0,06-0,07 |
| 0,065 | ||||||
| 0,052 | ||||||
| 0,052 | ||||||
| 0,055 | ||||||
| Удельное объемное сопротивление, R, Oм·м | 1012-1013 | 108-1010 | 1011-1012 | 1011-1012 | 3·105 | 106-107 |
| 8·106 | ||||||
| 5·103 | ||||||
| Газовыделение по ГОСТ 50109-92: | 3,2 | 0,98 | 2-4 | 3-11 | 0,11-0,28 | 0,12-0,30 |
| Реальная потеря массы, мас.% | 1,02 | 0,10 | 0,6-0,8 | 2,4-9,1 | 0,02-0,08 | 0,02-0,09 |
| Легколетучие конденсирующиеся вещества, мас.% | ||||||
| Примечания | ||||||
| 1) ЛЖС* – полученное по новому способу; | ||||||
| 2) ЛЖС1 – полученное по способу-прототипу; | ||||||
| 3) Нормы по ГОСТ 50109-92 мас.%, не более: | ||||||
| – Реальная потеря массы – 1,0; | ||||||
| – Легколетучие конденсирующиеся вещества – 0,1. | ||||||
Следует отметить также, что композиции для нанесения ТРП не содержат органических растворителей, являются нетоксичными. Использование воды в качестве растворителя улучшает санитарно-гигиенические условия при нанесении ТРП и не влияет на оптические свойства элементов оптических систем космических аппаратов. Ниже изобретение иллюстрируется примерами, которые никак не ограничивают возможность осуществления данного процесса при других параметрах, но находящихся в рамках заявляемого объема притязания.
Пример 1
В полипропиленовый реакционный сосуд заливают 361 г раствора гидроксида лития с концентрацией 5,50% и нагревают раствор на водяной бане при перемешивании до 35°С. Загрузку 137,5 г водной порошкообразной кремневой кислоты, содержащей 72,5% диоксида кремния, ведут при перемешивании со скоростью введения 14 г/мин при одновременном подъеме температуры от 35 до 45°С со скоростью 1°С/мин. Далее, продолжая перемешивание реакционной массы, повышают температуру с той же скоростью до 60°С. Время перемешивания составляет 2,5 часа от момента начала загрузки до полного растворения кремниевой кислоты. Раствор фильтруют на нутч-фильтре через слой бельтинга и фторопластовую пластину при 50°С при разрежении 0,5 атм. После фильтрования получают прозрачный раствор с содержанием 17,41% диоксида кремния, 2,16% оксида лития, плотностью 1,162 г/см3 модулем 3,9.
Пример 2
Проводят аналогично примеру 1, а именно заливают 164,7 г раствора гидроксида лития с концентрацией 9,7% и нагревают раствор до 45°С. Загрузку 69,6 г водной порошкообразной кремниевой кислоты, содержащей 65% диоксида кремния, ведут при скорости загрузки 6,0 г/мин, при скорости нагревания 2°С до температуры 80°С. Процесс перемешивания при 80°С (от момента начала загрузки) продолжают 2 часа. Фильтрование ведут, как в примере 1, но при температуре 80°С и разрежении 0,4 атм. Горячее фильтрование ведут, как в примере 1, при 80°С при разрежении 0,2 атм. получают прозрачный раствор с содержанием 15,3% диоксида кремния и 2,9% оксида лития, плотностью 1,153 г/см3 и модулем 2,7.
Пример 3
Проводят аналогично примеру 1, а именно заливают 491 г раствора гидроксида лития с концентрацией 6,4% и нагревают раствор до 45°С. Загрузку 162,9 г водной порошкообразной кремниевой кислоты, содержащей 75% диоксида кремния, ведут при перемешивании со скоростью введения кремниевой кислоты 22,0 г/мин при одновременном подъеме температуры до 60°С со скоростью 3,0°С/мин. Время процесса, включая загрузку, составляет 2,5 часа. Раствор фильтруют, как в примере 1, при температуре 50°С и разрежении 0,3 атм. После фильтрования получают прозрачный продукт с содержанием диоксида кремния 20,90%, оксида лития 2,87%, плотностью 1,203 г/см3 и модулем 3,6.
Пример 4
Аналогично примеру 1 заливают 625 г раствора гидроксида лития с концентрацией 7,11% и нагревают раствор на водяной бане до 45°С. Загрузку 174,9 г водной порошкообразной кремниевой кислоты, содержащей 80% диоксида кремния, ведут при скорости подачи кремниевой кислоты, равной 12,8 г/мин, при одновременной подъеме температуры до 80°С со скоростью 2,3°С. Процесс синтеза от момента начала загрузки продолжается 30 мин. Раствор фильтруют, как в примере 1, при температуре 80°С и разрежении 0,2 атм. После фильтрования получают прозрачный продукт с содержанием диоксида кремния 20,6% и оксида лития 3,43%, плотностью 1,204 г/см3 и модулем 3,0.
Пример 5(альтернативный)
Проводят аналогично примеру 1, а именно заливают 164,7 г раствора гидроксида лития с концентрацией 9,7% и нагревают раствор до 80°С. Загрузку 69,6 г водной порошкообразной кремниевой кислоты, содержащей 65% диоксида кремния, ведут при скорости загрузки 6,03 г/мин, при температуре 80°С. Процесс перемешивания при 80°С (от момента начала загрузки) продолжают 2 часа. Фильтрование ведут, как в примере 1, но при температуре 80°С и разрежении 0,2 атм. Получают мутный продукт, содержащий большой избыток нерастворенной кремниевой кислоты. После фильтрования получают полупрозрачный раствор с содержанием 15,2% диоксида кремния и 2,7% оксида лития, плотностью 1,153 г/см3 и модулем 2,7.
bankpatentov.ru