Systems. Methods. Technologies 3(35) 2017

Системы Методы Технологии . С . А . Белых и др . Структурообразование жидкостекольных … 2017 № 3 (35) с . 80-86 81 Для получения огнезащитных покрытий на древе - сине с требуемыми свойствами необходимо установить механизм структурообразования при обычных и высо - котемпературных режимах твердения . Целью настоящей работы являются физико - химические исследования процессов структурообразо - вания жидкостекольной композиции для защиты дре - весины от возгорания . Авторами разработаны огнезащитные композиции для защиты древесины от возгорания , содержащие в качестве связующего натриевое жидкое стекло с по - верхностно - активной пенообразующей добавкой ПО -2, а в качестве наполнителя — черные сланцы [4–5]. До - казана возможность использования жидкого стекла из микрокремнезема для устройства огнезащитного по - крытия древесины [7–13]. Разработанные жидкосте - кольные композиции согласно ГОСТ 16363-98 обеспе - чивают 1- ю группу огнезащитной эффективности . Для установления механизма синтеза новообразо - ваний в жидкостекольных композициях с черными сланцами и добавкой ПО -2 при повышении температу - ры использовались рентгенофазовый , синхронный тер - мический анализы , а также электронная микроскопия . Рентгенофазовый анализ проводился на дифрактометре Shimadzu XRD-700, электронная микроскопия — на сканирующем электронном микроскопе JEOL JIB Z- 4500 в научных лабораториях технопарка Иркутского национального исследовательского технического уни - верситета . Для проведения синхронного термического анализа использовался комплекс фирмы NETZSCH Gerätebau. Образцы нагревались от 20 до 1 000 ° С со скоростью 10 ° С в мин в потоке воздуха (70 мл в мин ) и аргона (20 мл в мин ). Аргон — защитный газ , препят - ствующий оседанию продуктов термического разложе - ния в весовой части прибора . Термические исследова - ния проводились в корундовых тиглях с низкими бор - тиками для дифференциальной сканирующей калори - метрии ( ДСК ). Экспериментальная часть . Для проведения иссле - дований использовались натриевые жидкие стекла с вязкостью 25–30 на В 3-4, полученные из микрокремне - зема , а также из силикат - глыбы по ГОСТ 13078-81 ( табл . 1). Таблица 1 Основные характеристики натриевого жидкого стекла Вид жидкого стекла Силикатный модуль Плотность , кг / м 3 Основные химические окислы , % по массе ( без воды ) SiO 2 Na 2 O Из микрокремнезема 3,0 1,25 74,10 25,20 Из силикат - глыбы 2,9 1,36 74,18 25,46 В качестве наполнителя для жидкостекольных ком - позиций использовались черные сланцы — дисперсные побочные продукты переработки золотодобывающих предприятий Бодайбо ( Иркутская область ). Средний размер частиц черных сланцев 0,01 мм . Химический состав черных сланцев представлен в табл . 2, их осо - бенностью является присутствие в пробах вкрапленных выделений пирита (0,63–2,3 масс . %). Таблица 2 Химический состав черных сланцев , усредненный по пробам ( масс . %) SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 FeO CaO MgO K 2 O Na 2 O CO 2 59,1 16,55 2,75 4,6 1,83 3,15 2,6 1,45 2,6 Образцы для физико - химических исследований из жидкостекольных композиций твердели на воздухе , а затем подвергались температурному воздействия до 1 000 ° С в процессе термического анализа . Установлено , что на воздухе в жидком стекле про - исходят следующие реакции : ≡ SiOH+OH- ↔≡ SiO-+H 2 O; ≡ SiOH + ≡ SiO- ↔ ≡ Si— О —Si ≡ + OH-. В результате полимеризации по второй реакции формируются отрицательно заряженные коллоидные частицы , имеющие преимущественно сферическое строение , не вступающие между собой во взаимодей - ствие [14] . При структурообразовании жидкостекольной ком - позиции на воздухе происходят одновременно два фи - зико - химических процесса : – испарение воды . При этом повышается концен - трация свободного коллоидного кремнезема , происхо - дят его коагуляция и уплотнение ; – карбонизация Na(OH), находящейся в жидком стекле , которая препятствует выпадению в осадок кремнекислоты . Происходит выделение кремнекисло - ты в коллоидный раствор по реакции : NaO · nSiO 2 +CO 2 =Na 2 CO 3 +nSiO 2 Для ускорения процесса структурообразования жидкостекольных композиций предлагается повысить силикатный модуль . Это можно сделать путем введе - ния кварцсодержащих наполнителей , в том числе по - бочных продуктов промышленных предприятий [6, 15] . Авторами предложено введение в жидкое стекло тон - кодисперсного наполнителя — черных сланцев с со - держанием SiO 2 — 59,1 %. Щелочь жидкого стекла растворяет SiO 2 с поверхности наполнителя , способст - вуя переходу в раствор частичек SiO 2 , соответствую -