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影响水玻璃“老化”的因素有哪些?如何消除水玻璃“老化”?

发布时间: 2020-03-16 10:22:02

新闻来源: 湖南新材料科技有限公司

    新制备的水玻璃是一种真溶液。但是在存放过程中,水玻璃中硅酸要进行缩聚,将从真溶液逐步缩聚成大分子的硅酸溶液,最后成为硅酸凝胶。因此,水玻璃实际上是一种由不同聚合度的聚硅酸组成的非均相混合物,易受其模数、浓度、温度、电解质含量和存放时间的影响。
   水玻璃在存放过程中分子产生缩聚,形成凝胶,其粘结强度随着贮存时间的延长而逐渐降低,这一现象称为水玻璃“老化”。
   “老化”现象可由下述两组试验数据来说明:高模数水玻璃(M=2.89,ρ=1.44g/cm3)贮放20、60、120、180、240天后,吹CO2硬化的水玻璃砂干拉强度相应下降9.9%、14%、23.5%、36.8%和40%;低模数水玻璃(M=2.44,ρ=1.41g/cm3)贮放7、30、60和90天后,干拉强度分别下降4.5%、5%、7.3%和11%。
   水玻璃存放时间对酯硬化水玻璃自硬砂初期强度影响不大,但对后期强度影响明显,据测定,对于高模数水玻璃下降60%左右,对于低模数水玻璃下降15~20%。残留强度也随存放时间的延长而降低。

  水玻璃在存放过程中聚硅酸的缩聚反应和解聚反应同时进行着,分子量发生了歧化,最终生成单正硅酸和胶粒并存的多重分散体系,也就是在水玻璃的老化过程中,聚硅酸的聚合度发生了歧化,单正硅酸和高聚硅酸的含量均随存放时间的延长而增多。水玻璃在存放中缩聚、解聚反应的结果,使粘结强度下降了,即产生“老化”现象。

  影响水玻璃“老化”的因素主要有:存放时间、水玻璃的模数和浓度。存放时间越长,模数越高,浓度越大,则“老化”越严重。
  对久存的水玻璃可以采用多种方法的改性处理,以消除“老化”,使水玻璃恢复到新鲜水玻璃的性能:
   1、物理改性
   水玻璃老化是缓慢释放能量的自发过程,用物理改性处理“老化”的水玻璃就是用磁场、超声波、高频或加热等办法,向水玻璃体系提供能量,促使高聚合的聚硅酸胶粒重新解聚,促使聚硅酸的分子量重新均匀化,从而消除了老化现象,这就是物理改性的机理。例如,用磁场处理后,水玻璃砂的强度提高了20~30%,减少水玻璃加入量30~40%,节约CO2,改善溃散性,有较好的经济效益。
   物理改性的缺点是不持久,处理后再贮放,粘结强度又会下降,故适用于铸造厂处理后尽快使用。尤其是M>2.6的水玻璃,硅酸分子浓度大,经过物理改性解聚后又会较快地缩聚,最好是处理后立即使用。
   2、化学改性
   化学改性是往水玻璃中加入少量化合物,这些化合物均含有羧基、酰胺基、羰基、羟基、醚基、氨基等极性基团,通过氢键或静电将其吸附在硅酸分子或胶粒表面,改变其表面位能和溶剂化能力,提高聚硅酸稳定性,从而阻止“老化”进行。
   例如往水玻璃中加入聚丙烯酰胺、改性淀粉、聚磷酸盐等,可取得较好的效果。
   往普通水玻璃甚至改性水玻璃中掺入有机物可以起到多种作用,如:改变水玻璃的粘流性质;改善水玻璃混和料的造型性能;提高粘结强度,使水玻璃的绝对加入量减少;提高硅酸凝胶的可塑性;降低残留强度,使水玻璃砂更适用于铸铁和有色合金。
   3、物理—化学改性
   物理改性适宜于已“老化”的水玻璃,改性后立即使用。化学改性适宜于处理新鲜水玻璃,改性后的水玻璃可较长时间的存放。物理改性与化学改性结合起来,能使水玻璃具有持久的改性效果,例如在高压釜中加聚丙烯酰胺来改性“老化”的水玻璃效果很好,其中利用高压釜的压力和搅拌是属于物理改性,加聚丙烯酰胺是化学改性。
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