СОВМЕСТНОЕ ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК КРАХМАЛА И ЖИДКОГО СТЕКЛА НА СТРУКТУРООБРАЗОАНИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ.


В.Ю.Копосова, Е.А.Калашникова

Студенты ЭУИС I-6

Научный руководитель-проф. М.В.Фомина

СОВМЕСТНОЕ ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК КРАХМАЛА И ЖИДКОГО СТЕКЛА НА СТРУКТУРООБРАЗОАНИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ.

 

В настоящее время всё большее распространение во всех сферах нашей жизни принимает использование материалов, полученных путем соединения двух и более компонентов, т.е. композиционных материалов.

Композиционные материалы, представляют собой металлические или неметаллические матрицы (основы) с заданным распределением в них упрочнителей (волокон дисперсных частиц и др.); По разновидности  структуры композиционные материалы делятся на волокнистые, дисперсноупрочненные материалыУспешное применение композиционных материалов нашли в самолетостроение, судостроении, сельском хозяйстве, строительной отрасли, медицине и других сфер. Выбор и назначение композиционных материалов во многом определяются условиями нагружения и температурой эксплуатации конструкций и технологическими возможностями. Наиболее доступны и освоены полимерные композиционные материалы.

В настоящее время в строительстве резко возросла потребность в экологически чистых, высокоэффективных негорючих теплоизоляционных материалах. Этим требованиям отвечают неорганические композиционные материалы с развитой макроструктурой, на основе микрогетерогенных силикатов и оксидов — пеносиликат, пеностекло, пенобетон, газобетон.Пористые теплоизолирующие изделия на основе жидкого стекла имеют огромную палитру материалов, главным структурообразующим компонентом которых могут быть продукты термического или химического вспучивания гидратированных щелочных силикатов.

Современный рынок теплоизолирующих материалов является структурой с быстро изменяющимся ассортиментом. Огромным спросом пользуется высококачественная изоляция, представляющая собой не только большими теплоизоляционными характеристиками, но и какими-либо дополнительными свойствами. Для примера можно рассмотреть биостойкое пеностекло, обладающее очень малым водопоглощением и высокими прочностными свойствами, низкой теплопроводностью, негорючее и экологически безопасно. Структура пеностекла, состоящая из замкнутых стеклянных ячеек, обеспечивает неизменность его показателей в течение длительного периода использования.

Несмотря на положительные характеристики, пеностекло не нашло широкого применения из-за огромной цены за счет высоких энерго- и трудоемких технологий изготовления.

Альтернативой пеностеклу могут стать пеносиликаты на базе разных композиционных систем, изначально включающих твердую и жидкую фазы, а в итоге по аналогии с пеностеклом, имеющим структуру прочность которой предопределяется дисперсностью  и гранулометрическим составом твердой фазы.

Вяжущим в этих композициях выбрано жидкое натриевое стекло. Согласно литературным данным, получение высокопористых материалов с использованием жидкого стекла объясняется большой дисперсностью натрий-силикатных в его составе, что дает возможность создавать во вспененной массе после отверждения межпоровые перегородки различной ширины. Поэтому для увеличения прочности готовых изделий при изготовлении лабораторных образцов промышленное жидкое стекло было подкорректировано дополнительным введением  порошкообразного кремнезема в виде сухого стела.

Растворимым стеклом называется технический продукт в виде бесцветного (прозрачного) стеклообразного сплава зеленоватого или желтоватого цвета с разными промежуточными оттенками, сложенного из щелочных силикатов. Жидкое стекло представляет собой коллоидный водный раствор силиката натрия или калия, имеющий плотность 1,3-1,5 г/см в кубе при содержании воы в размере 50-70%.

 

Расширение области применения жидкостекольных композиций сдерживается такими недостатками материала, как высокая пористость и невысокая морозостойкость. Оптимизация этих свойств предполагает установление закономерностей фазообразования и структурирования в ходе твердения вяжущей системы на основе жидкого стекла.

Вопросы механизма химического отверждения жидкого стекла, формирования микроструктуры вспученного материала и влияния на его характеристики состава сырьевой смеси и добавок, разных по химическому воздействию на протекающие в силикатной системе при нагревании процессы, остаются дискуссионными в настоящее время. Ясно, что термическая поризация достаточно трудоемка и протекает за счет не только температуры, но и положительного роста энтропии во время увеличения объема системы, сопровождающегося возрастанием суммарной поверхности пористой структуры и т д.

Важнейшей предпосылкой для получения вспученного материала с оптимальными характеристиками свойств и их достаточной воспроизводимостью является соблюдение принципа соответствия скоростей испарения влаги и формирования новых твердосиликатных структур. Любые изменения в принципе соответствия, ведут за собой изменение свойств этих образований.

Главной движущей силой термического вспучивания силикатных систем является увеличение давления паров воды в объеме материала. Поризация определяется количеством и видом влаги, находящейся в системе, изменением химического состава и свойств силикатной массы при переходе из ее пиропластического в твердое состояние, а также изменением проницаемости поверхностной пленочной структуры при нагревании. При формировании пористой структуры из не модифицированного или модифицированного жидкого стекла с максимальной однородностью пор в объеме вспученного материала наибольший вклад вносит связанная конституционная вода, которая начинает удаляться от объема силикатной массы при температуре 250-300 градусов.

Интенсивное удаление избытка свободной и адсорбированной влаги на начальной стадии приводит в основном к образованию крупных, сквозных пор и раковин.

Многократными исследованиями, которые позже были подтверждены опытным путем, было установлено, что при введении жидкого стекла вспененный раствор теплоизолирующего материала, на поверхности последнего образуется пленка, которая способствует улучшению адгезионных свойств материала, повышает его химическую и трещиноустойчивость.

Следует отметить, что различного рода силикаты, наполняющие материал (волпастонит, диопсид, тремолит) не взаимодействуя с жидким стеклом, сохраняют свою структуру теплоизоляционных материалах и выполняют армирующую роль, что способствует увеличению его механической прочности. Гармоничное сочетание пористости и прочности получается там, где наполнителями служат цеолит  вместе с пироксиновыми и амфиболовыми силикатами. Наглядным примером этому могут служить изделия из ненополистирольной пены.

Настоящее изобретение относится к огнестойкому полистиролу, в частности к огнестойким полистирольным пенам.

Полистирольные пены сочетают в себе удачную комбинацию свойств, необходимых при строительстве и монтаже жилых домов, например:

весьма низкая проницаемость по отношению к воде;

весьма высокая устойчивость по отношению к воде;

весьма высокие термоизолирующие свойства, постоянные в течение всего срока службы (более 40 лет);

исключительно высокая звукоизоляция;

высокая конструкционная прочность при минимальной массе или плотности.

Полистирол сам по себе является горючим веществом, и высокая огнестойкость полистирольных пен достигается благодаря использованию специфических огнестойких добавок к полимеру или объединению частей полистирольной пены с другими конструкционными материалами. В продуктах такого типа и их комбинациях полистирольные пены завоевали высокую репутацию как безопасные и весьма эффективные конструкционные/изолирующие материалы.

Огнестойкость полистирольной пене придают с помощью вспучивающейся оболочки или глиносиликатной массы типа жидкого стекла.

Повышение механической прочности и эластичности адсорбционных слоёв обуславливается использованием пенообразователей с активной гидратацией, что приводит к образованию «частокола» из молекул пенообразователя, связывая их в прочные соединения.

Для сохранения устойчивости пен требуется повышения вязкости пенообразующего состава.

 

Введение в «пеноконцентрат» органических веществ, способных образовывать коллоидные или полуколлоидные растворы, в десятки раз повышает структурную вязкость пены. В качестве стабилизаторов в основном используют мыла, желатин, костный клей, крахмал, жидкое стекло, глицерин, продукты производства целлюлозы. Коллоидные частицы, образующие адсорбционный слой пузырьков, выполняют барьерные функции в диффузионном переносе воздуха в пене. Кроме того, адсорбированные на поверхности твердых частиц молекулы стабилизатора образуют двусторонние коллоидные пленки, что значительно увеличивает адгезионные свойства пеноматериала.

Таким образом, многочисленные опыты доказали, что использование жидкого стекла и крахмала при производстве вспененных композиционных материалов обеспечивает получение более прочных материалов. Это повышает эксплуатационные (долговечность) качества и показатель химической стойкости материала. Получаемые материалы отлично формируются, великолепно работают в агрессивных средах и условиях повышенной влажности, препятствуя проникновению воды и агрессивной среды внутрь материала, являются отличными диэлектриками и звуко и теплоизоляторами, что имеет очень большое значение в современном строительстве. А так же, к достоинствам предложенной разработки стоит отнести дешевизну первичных компонентов, низкие затраты энергии, утилизацию твердых отходов производства. При этом полученные композиционные материалы благодаря действию химически активной добавки CaO, обладают более высокой водостойкостью.

Ссылки:

  1. Научно-технический и производственный журнал «Строительные Материалы». Апрель 2012.

«Формирование пористой структуры силикатных теплоизоляционных материалов».

  1. Корнеев В.И. Производство и применение растворимого стекла. Жидкое стекло.

3.Малявский Н.И. Щелочно-силикатные утеплители. Свойства и химические основы производства. ///Российский химический журнал.2003

4.Извесие вузов. Строительство. 2011. Д.Ю. Денисов. «к вопросу использования жидкостекольных композиций в производстве теплоизоляционных материалов.

5.Вестник. ТГАСУ № 2, 2013. «Водостойкие безавтоклавные силикатные строительные материалы на основе песка, жидкостекольных композиций и шламов водоотчистки»

6.Калиниченко, А.В. Справочник инженера КИПиА / А.В. Калиниченко –М.: Инфра Инженерия, 2008

  1. Приволжский научный журнал, 2013, №3. «Свойства матричных и клеевых композиций каркасных бетонов, модифицированных полиакрилнитриловой фиброй и жидким натриевым стеклом».
  2. http://www.findpatent.ru/patent/245/2458078.html

9.http://www.dissercat.com/content/razrabotka-termostoikikh-kompozitsionnykh-materialov-na-osnove-karbida-kremniya

10.http://www.findpatent.ru/patent/247/2470042.html

Рейтинг: 0

Автор публикации

0
не в сети 2 года

Копосова Вероника

Комментарии: 0Публикации: 6Регистрация: 08-03-2016

Оставьте комментарий


Яндекс.Метрика
Авторизация
*
*


Регистрация
*
*
*

Генерация пароля