改性水玻璃粘结剂的分析与应用
水玻璃在建筑材料中的应用
水玻璃在建筑材料中的应用I. 引言- 介绍水玻璃的基本概念和历史- 阐述本篇论文的研究目的和意义II. 水玻璃的性质与制备方法- 描述水玻璃的化学组成、物理特性和机械性能- 介绍水玻璃的制备方法与工艺流程III. 水玻璃在建筑材料中的应用- 详细阐述水玻璃在建筑材料中的应用领域和方式- 分析水玻璃在建筑材料中的优点和局限性IV. 水玻璃的应用案例分析- 基于实际工程实例，描述水玻璃在建筑材料中的应用效果和影响- 分析不同应用领域和场景下的使用方法和实践经验V. 水玻璃应用的发展趋势及展望- 探讨建筑材料行业的发展趋势和前景，并分析水玻璃在其中的角色和发展方向- 提出水玻璃应用的未来趋势和研究方向VI. 结论- 总结论文的重点和核心内容- 展望水玻璃在建筑材料领域的应用前景，强调研究的意义和价值。
第一章引言建筑材料作为建筑行业的重要组成部分，不仅影响到建筑物的外观和功能，也关乎到其结构的牢固程度和使用寿命。
有机、无机及混合型材料在建筑材料领域中得到广泛应用。
而水玻璃作为一种具有广泛用途的无机材料，其特殊的化学性质和物理性能不但能够满足建筑材料在力学、耐久等方面的要求，还能够廉价、方便地进行制备和加工，因此在建筑材料领域应用越来越广泛。
本文旨在探讨水玻璃在建筑材料中的应用，为建筑材料领域的相关研究提供一定的参考借鉴。
第二章水玻璃的性质与制备方法2.1 水玻璃的化学组成和物理性质水玻璃，又称硅酸钠或硅酸钾，是一种无机胶体化合物，由一种碱金属离子（如钠离子或钾离子）和硅酸根离子（如SiO2^-2）构成。
水玻璃的化学式通常为Na2SiO3或K2SiO3，其分子式为(Na,K)2O · mSiO2 · nH2O或K2O · mSiO2 · nH2O。
水玻璃具有一系列重要的化学和物理性质，如高硬度、高强度、低膨胀系数、抗压强度高等等，这些特点使得水玻璃在建筑材料领域中得到广泛应用。
改性水玻璃——精选推荐
改性水玻璃水玻璃为硅酸钠液体状态，南方多称水玻璃，北方多称泡花碱。
硅酸钠俗称水玻璃，液体硅酸钠为无色、略带色的透明或半透明粘稠状液体。
固体硅酸钠为无色、略带色的透明或半透明玻璃块状体。
形态分为液体、固体、水淬三种。
理论上称这类物质为“胶体”。
普通硅酸钠为略带浅蓝色块状或颗粒状固体，高温高压溶解后是略带色的透明或半透明粘稠液体。
分子式[编辑本段]Na2O·mSiO2石英砂和碱的配合比例即SiO2和Na2O的摩尔比决定着硅酸钠的模数M，模数即显示硅酸钠的组成，又影响硅酸钠的物理、化学性质，因此不同模数的硅酸钠有着不同的用处。
广泛应用于普通铸造、精密铸造、造纸、陶瓷、粘土、选矿、高龄土、洗涤等众多领域。
技术指标[编辑本段]液体硅酸钠的技术指标指标名称技术指标二氧化硅（%）≥26.0 ≥29.2 ≥25.7氧化钠（%）≥8.2 ≥12.8 ≥10.2波美度 39.0-41.0 50.0-52.0 44.0-46.0水不溶物（%）≤0.38 ≤0.36 ≤0.38铁（%）≤0.09 ≤0.08 ≤0.09模数 3.1-3.4 2.2-2.5 2.6-2.9固体硅酸钠的技术指标指标名称技术指标模数（M） 3.1~3.4 2.6~2.9 2.2~2.5可溶固体（%）≥99 ≥99 ≥99铁(%) 0.12 0.12 0.10用途[编辑本段]水玻璃的用途非常广泛，几乎遍及国民经济的各个部门。
在化工系统被用来制造硅胶、白炭黑、沸石分子筛、偏硅酸钠、硅溶胶、层硅及速溶粉状泡花碱、硅酸钾钠等各种硅酸盐类产品，是硅化合物的基本原料。
在经济发达国家，以硅酸钠为原料的深加工系列产品已发展到50余种，有些已应用于高、精、尖科技领域；在轻工业中是洗衣粉、肥皂等洗涤剂中不可缺少的原料，也是水质软化剂、助沉剂；在纺织工业中用于助染、漂白和浆纱；在机械行业中广泛用于铸造、砂轮制造和金属防腐剂等；在建筑行业中用于制造快干水泥、耐酸水泥防水油、土壤固化剂、耐火材料等；在农业方面可制造硅素肥料；另外用作石油催化裂化的硅铝催化剂、肥皂的填料、瓦楞纸的胶粘剂、金属防腐剂、水软化剂、洗涤剂助剂、耐火材料和陶瓷原料、纺织品的漂、染和浆料、矿山选矿、防水、堵漏、木材防火、食品防腐以及制胶粘剂等……。
超细粉末改性水玻璃粘结剂试验研究
超细粉末改性⽔玻璃粘结剂试验研究华中科技⼤学硕⼠学位论⽂超细粉末改性⽔玻璃粘结剂试验研究姓名：汪华⽅申请学位级别：硕⼠专业：材料加⼯⼯程指导教师：樊⾃⽥20050303摘要建设环保型社会⽇益成为⼤众的共识，⼯业⽣产中污染环境的⾏业都⾯临着技术改⾰，铸造的“脏、乱、差”⼀直困扰着⼈们，铸造业改⾰的重点是⽆污染的砂型粘结剂的研制。
⽔玻璃砂，因⽆⾊、⽆味、⽆毒，在混砂、造型、浇注和落砂过程中没有刺激性⽓体和有毒⽓体产⽣，⽽成为了实现绿⾊铸造的⾸选。
但制约⽔玻璃砂发展的溃散性差、旧砂回收困难等问题，让⼤量的⽔玻璃旧砂被抛弃⽽污染了环境，使⽔玻璃砂⼯艺成为环境保护的双刃剑。
以纳⽶技术为主体的超细材料技术的发展为⽔玻璃砂技术的发展带来了新的希望。
本⽂结合超细粉末材料在⾼分⼦材料改性上的应⽤，提出了采⽤超细蒙托⽯粉、超细云母粉改性⽔玻璃粘结剂的构想。
通过进⾏⼀系列的单因⼦试验，研究超细蒙托⽯粉、超细云母粉、⼭梨醇和脱⽔硼砂等对⽔玻璃砂性能的影响，发现超细云母粉可以明显提⾼⽔玻璃的粘结强度、降低⽔玻璃的残留强度，⼭梨醇配合超细云母改性⽔玻璃可提⾼⽔玻璃砂的粘结强度、改善其溃散性，脱⽔硼砂配合超细云母粉改性⽔玻璃可提⾼⽔玻璃砂的抗潮性能。
采⽤超细云母粉、⼭梨醇、脱⽔硼砂三种物质进⾏正交试验，得到了改性配⽅⽔玻璃的较佳⽅案。
最后，通过SEM分析解释了超细云母粉改性⽔玻璃粘结剂成功的原因。
研究结果表明：超细云母粉在加⼊量为 1.5％时得到的改性⽔玻璃效果最好，此时⽔玻璃砂的常温强度⽐普通⽔玻璃的强度提⾼了约21％，⽽残留强度则降低了约34.5％；⼭梨醇配合超细云母粉改性⽔玻璃，可以在超细云母粉改性的基础上让⽔玻璃粘结剂的性能再提⾼⼀步，采⽤ 1.5％的超细云母粉和1％的⼭梨醇来改性⽔玻璃，能⽔玻璃砂的粘结强度提⾼约32.6％，同时残留强度降低约38.2％；经过脱⽔处理的硼砂可以加快⽔玻璃砂硬化的速度，同时改善了超细云母粉在⽔玻璃中的分散效果，提⾼⽔玻璃砂的抗吸湿性，但是过多的脱⽔硼砂的加⼊会影响⽔玻璃砂的溃散性。
水玻璃粘结剂改性技术的现状及发展趋势
ｓｄｕ ｉｃｔ ｉｔｅ ｉ ｐｒｍ ｔｒｏｃｎｒｌ ｒｐ￣ｅ ｆｈ ｏ ｉ ｉｃｔ ｓｎ ， ｎ ｅｍ ｄ ｌｓ ｄｕｔ ｇｉ ｔｅｍ ｉ ｏ ｉ ｓｉ ｅ ｓ ｈ ｎ ａａ ｅｅ ｔ ｏｔ ｏ ｅ ｉｓ ｅｓｄｕ ｓｉａ ａ ｄ ａｄｔ ｏｕｕ ｊｓｎ ａ ｍ ｌａ ｍａ ｏｐ ｏｔ ｍ ｌ ｅ ｈ ａ ｉａｄｎｎ ｐｅ ｎ ｈ ａｄ ｓｅ ｇ ｆ ｒｂｉｇｈｒｅｅ ． ｎ ｆ ｈ ｒｃｓｅ ｅｌ ｅｔｅ ｅｎ ｄｕｔ ｈ ａｄ ｈｒｅ ｉ ｓｅｄａｄｔｅｓｎ ｔ ｎｔ ａ ｅ ｅ ａｄｎ ｄ Ｏ ｅｏ ｅｐｏｅｓｓｔ ｒａｉ ｏ ｇ ｒ ｈ ｔ ｎ ｔ ｏ ｚ ｈ
括为提高纯净度 （ 降低杂质含量 ）减少 老化现象 （ 、 加入抗老化物质 ）提高水玻璃砂的强度 、 、 溃散性 、 抗湿性 、 操作性等 。
水玻璃 的模数是水玻璃砂性能的主要性能控制指标 ，调整水玻璃 的模数是调整水玻璃砂硬化速度和强度的主要手段 。 普通干法再生砂能实现循环使用的关键技术之一是采用模数为 １ ． ． ２０的超低模数的水玻璃 。目前 ， ６ 水玻璃砂 的抗湿性 问题 、 干法再生砂循环使用后溃散性快速恶化 问题 、 酯硬化水玻璃砂 厚大砂 型的硬透性 问题等还有待进一步解决 ， 这些 问题的深入研究及其实用技术的开发是水玻璃粘结剂改性技术 的发展方 向。 关键词 ： 酯硬化水玻璃砂 ； 改性水玻璃粘结剂 ； 溃散性 ； 抗湿性 ； 硬透性 中图分类号 ：Ｇ ２ ＋ Ｔ ２ １１ ． 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ３ ８４ （０ ７ ０ — ０ ６ ０ １０ — ３ ５ ２０ ）４ ０７ — ５
ｔ ｅ ｒ ａ ｅ ａ ｉ ｇ ｄ ｇ ｅ ｙ ａ ｄ ｎ ｇｎ ｅ ｉ ａ ｔ ｍａｅ ａ ｓ ｏ ｉ ｒ ｖ ｏ ｐ ｃ ａ ｐ ｏ ｅｔｅ ｕ ｈ ａ ｏ ｉ ｃ ｅ ｓ ｈ ｏ ｄ ｃ ｅ ｓ ｇｎ ｅ ｒ ｅ ｂ ｄ ｉ ｇ ａ ｉｇ ｒ ｓ ｔ ｎ ｔ ｒ ｌ，ｔ ｍｐ ｏ ｅ ｓ ｍｅ ｓ ｅ ｉ ｌ ｒ ｐ ｒ ｓ ｓ ｃ ｓ ｔ ｎ ｒ ａ ｅ ｔ ｅ ｓ ｉ ｉ ｂ ｎ ｉ ｇ ｓｒｎ ｔ ，ｔ ｍｐ ｏ ｅ ｃ ｌ ｐ ｉ ｉ ｔ，ｍｏｓｕ ｅ ｒ ｓｓａ ｃ ｓ ｗｅｌ ａ ｈ ｏ ｋ ｂ ｌ ｙ ｎ Ｏ ｏ ．Ｔ ｅ ｍｏ ｕ ｕ ｆ ｔ ｅ ｏ ｄｎ ｔｅ ｇｈ ｏ ｉ ｒｖ ｏ ｌ ｓ ｌ ｙ ａ ｂｉ ｉ ｒ － ｅ ｉｔｎ ｅ ａ ｌ ｓ ｔ ｅ ｗ ｒ ａ ｉ ｔ ，ａ ｄ Ｓ ｎ ｈ ｄ ｌ ｓ ｏ ｈ ｔ ｉ
焦炭粉冷固成型用粘结剂_改性水玻璃的研制_胡慧萍
第 7期
化 学 世 界
resi st ance of f orm er pellet s a re bet t er t ha n that of the lat t ers. Key words: so dium si li cat e; mo dif y; adhesiv e; coke po wder
1 实验部分 1. 1 主要原料及仪器
焦炭粉 ,中南工业大学矿物系提供 ,过 5 mm筛 ,得 -5 mm 焦炭粉 ,烘干至恒重 ,备用 ; 水玻璃 ,长沙水玻璃厂生产 ,模数为 3. 3,波 美度为 40 Be; 聚丙烯酰胺 ,进口分装 , 平均 相对分子质量为 300万 ; 水溶性苯酚 -甲醛树 脂 ,参照文献 [2 ]制备 ; 树脂 A,自制 ,其制法如 下: 往 带有搅拌器、回 流冷凝管等的三 颈瓶 中 ,加入 110 g 对苯二酚 ( 1 mo l) , 89 g 37% 甲醛溶液 (约 1. 1 mol )以及适量的催化剂— 碱 ,于 85～ 95℃下反应约 0. 5 h ,即制得水溶 性树脂 A; 腐植酸钠和高岭土 ,工业品 ,分别 由中南工业大学矿物系和化学系提供 ; 葡萄 糖 ,化学纯 ,东北制药厂制 ; N a HCO3, Al Cl3 , 分析纯 ,天津耀华化工厂制。
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焦炭是炼铁工业的主要燃料 ,但焦炭易 碎 ,有大量廉价的焦炭粉存在。而炼铁燃料中 焦炭粉的含量高 ,势必影响炼铁时炉内的透 气性 ,因此有必要对焦炭粉进行造块。目前只 能用压团法对焦炭粉进行冷固成型 ,其中技 术关键是成型粘结剂的研制。 常用的粘结剂 有 [1 ]: 无机粘结剂 ,如: 消石灰 ,波特兰水泥与 膨润土 ,只使焦炭粉球团的生球强度达到使 用要求 ,干球强度达不到使用要求;工业废 料 ,如: 亚硫酸纸浆废液 ,其中含有硫 ,对炼铁 造成危害 ,一般不用 ; 纯有机粘结剂 ,价格昂 贵。 水玻璃资源丰富 ,价格低廉 ,我们将其用 于焦炭粉的冷固成型时发现: 当其用量低时 , 生球和干球强度达不到使用要求 ,当其用量 高时 ,则生球和干球强度均能满足使用要求。 但是 ,如果焦炭粉球团中水玻璃含量过高 ,势 必导致该球团的成本增加以及焦炭粉球团的 灰份过高。因此有必要对水玻璃进行改性。本 文利用聚丙烯酰胺 ,葡萄糖 ,高岭土 , AlCl3, 腐植酸钠 ,水溶性苯酚 -甲醛树脂和自制的水 溶性树脂 A(简称为树脂 A)等对水玻璃改性 的影响。 结果表明 ,树脂 A使焦炭粉冷固成 型的球团的生球和干球强度明显提高 ,并确 定了其较佳配方 ,初步探讨了பைடு நூலகம்性机理 ,而这 方面的工作未见文献报道。
水玻璃的工程用途
水玻璃的工程用途1. 防火涂料：水玻璃作为一种优质的防火涂料，被广泛应用于建筑工程中。
其优异的防火性能使其成为建筑物外墙、内墙、天花板和地板等部位的理想涂料材料。
水玻璃能够形成一层坚固的保护膜，有效地抑制火势蔓延，保护建筑物和人员安全。
2. 土壤固化剂：水玻璃在土壤工程中被广泛应用于土壤固化。
通过与土壤中的细颗粒结合形成坚固的胶结体，提高土壤的稳定性和承载能力。
水玻璃作为一种环保、经济、高效的土壤固化剂，被用于道路基层、机场跑道等工程中，显著提高了工程质量和使用寿命。
3. 防水材料：水玻璃在防水工程中具有出色表现。
其渗透性强，在渗透到建筑物表面后能够与表面材料发生化学反应形成胶凝体，有效地提高了建筑物表面材料的防水性能。
水玻璃防水材料广泛应用于地下室、地下管道、水池等工程中，可有效阻止地下水的渗透，保护建筑物结构的完整性。
4. 耐酸碱材料：由于水玻璃具有良好的耐酸碱性能，因此在化工、石化等行业中被广泛应用。
它可以作为耐酸碱涂料、耐腐蚀涂层等材料，用于保护设备和管道免受腐蚀的损害。
此外，水玻璃还可以作为一种优质的胶结材料，用于制造耐酸碱砖、耐酸碱地板等。
5. 膨胀剂：在建筑工程中，水玻璃被广泛应用于混凝土和灰浆中作为一种优质的膨胀剂。
通过与混凝土中的氢氧化钙反应产生氢氧化钙胶凝物，并释放大量气体，在混凝土内形成微细孔隙结构。
这种孔隙结构能够有效改善混凝土的抗渗性、抗冻性和耐久性，提高混凝土的工程质量。
6. 粘结剂：水玻璃作为一种优质的粘结剂，广泛应用于建筑工程中。
它可以用于粘结砖、瓷砖、玻璃和金属等材料，形成坚固而耐久的粘结层。
水玻璃作为一种环保材料，无毒无害，对人体健康无害，并且具有优异的耐候性和抗老化性能。
7. 硬化剂：水玻璃在建筑工程中还可以作为一种硬化剂使用。
通过与混凝土中的游离氢氧化钙反应形成硬质胶凝体，提高混凝土的硬度和强度。
水玻璃硬化剂广泛应用于地坪、地面修复等工程中，能够显著提高地面的耐磨性、抗压强度和使用寿命。
改性水玻璃研制环保型无机胶黏剂
改性水玻璃研制环保型无机胶黏剂作者：覃运覃欣来源：《世界家苑·学术》2018年第08期摘要：在我国木材工业中，“三醛”胶使用量较大，木材复合板中甲醛释放量严重超标，给人们的身体健康带来了很大的危害。
随着环境污染问题的凸显、化工原料价格的攀升和节能减排的迫切要求，寻求新的生产原料及其新工艺技术成为木材工业用胶黏剂行业发展必然趋势。
在重视环境保护的当今世界，无疑是不能满足人们的需要的，这就要求木材胶黏剂必须向低毒、无毒方向发展。
本文以水玻璃为原料在磷酸改性作用下与偏高岭土及木屑混合，采用适当工艺过程制备出了胶合板。
考察了水玻璃模数，水玻璃、偏高岭土与木屑之间配比的主要影响因素，在60℃下养护24h，脱模，得出胶合板，通过测定其抗压强度、抗弯强度、耐水性，对无机胶黏剂进行评价。
研究表明：当水玻璃模数为1.6模，木屑添加量为20%，胶合板的性能较为理想。
关键词：改性水玻璃；偏高岭土；木屑；抗折强度；抗压强度；耐水性1 实验部分1.1仪器和原料原料：高岭土、偏高岭土、水玻璃、木屑、磷酸、氢氧化钠、去离子水。
仪器：万能压力试验机DNS100，电子数显卡尺PJ-D4100，电热恒温干燥箱202型，马弗炉CQ-G53。
2 结果分析与讨论2.1 组分含量完全相同，不同模数水玻璃对胶合板性能的影响（1）当酸改性水玻璃模数不同，酸改性水玻璃、偏高岭土和木屑含量相同时对胶合板性能的影响。
水玻璃的模数不同，碱激发作用效果也不同。
实验选择了模数分别为1.6、1.7、1.8的水玻璃作为碱激发剂进行实验。
当酸改性水玻璃模数分别为1.8、1.7，酸改性水玻璃、偏高岭土和木屑含量完全相同，分別为：60g、25g、13g时，酸改性水玻璃与胶合板抗折强度、抗压强度与耐水性的关系如下：图1为硅酸钠水玻璃模数对样品性能的影响，随模数的升高，即碱度的降低，胶合板的抗折强度、抗压强度、耐水性都有小幅度的增加。
一般认为液体水玻璃模数为1.2～1.4M时具有较好的激发效果1-4]，随着水玻璃模数的降低，含水量会升高，降低了无机胶黏剂的粘性，使胶合板的强度降低了。
水玻璃有机酯自硬砂工艺简介
目录第一部分水玻璃基础水玻璃有机酯自硬砂工艺简介 (1)关于水玻璃的几个基本概念 (1)第二部分改性水玻璃改性水玻璃自硬砂的主要性能参数 (3)酯硬化水玻璃硬化机理 (4)影响水玻璃自硬砂硬化特性的主要因素 (5)改性水玻璃自硬砂的材料 (6)改性水玻璃和有机酯固化剂的使用方法 (7)混砂、造型注意事项 (8)常见问题诊断及解决方案 (9)第三部分再生砂水玻璃再生砂的特性 (11)再生砂工艺要点 (11)再生砂水玻璃材料及工艺 (12)常见问题诊断及解决方案 (13)关于水玻璃残留Na2O (14)第一部分水玻璃基础一、水玻璃有机脂自硬砂工艺简介改性水玻璃有机酯自硬砂工艺是一种先进的造型工艺，它克服了传统水玻璃砂加入量高、溃散性差、旧砂回用率低等缺点，是一种符合二十一世纪可持续发展的绿色环保工艺。
我公司顺应时代发展潮流，契合铸造厂家的实际需要，发展和完善了这一重要而先进的生产技术。
水玻璃作为一种铸造粘结剂，引进中国铸造车间已有几十年的历史，其应用工艺也从早期的二氧化碳硬化，发展到固化剂硬化。
二氧化碳硬化法硬化速度快，但硬化过程中稳定性欠佳，常使型砂过吹，厚大砂芯内部难以硬透，导致铸件产生较多的缺陷。
粉状硬化剂硬化法虽然比二氧化碳法有了较大进步，但由于水玻璃容量高达8%以上，浇铸后型砂残留强度高，溃散性差，这使其应用受到限制。
液体硬化剂的使用，由于其水玻璃加入量少、溃散性好、工艺简单等特点，至今已发展成为一种有强大生命力的新型砂型。
它具有以下的工艺特点：1）水玻璃加入量低而砂型强度高。
改性水玻璃的加入量为砂重的2.2~3.0%，型砂抗压强度达2.0~3.6MPa。
2）型砂综合工艺性能好。
冬季硬透性好，硬化性能可调性好。
通过调整水玻璃和固化剂的种类及加入量，容易适应外界环境、铸件生产要求的变化，可完全满足不同工厂造型制芯的工艺要求，能建成生产线大批量生产。
3）可实现水玻璃砂的干法再生回用，回用率≥80%，可以消除水玻璃砂废砂和废水对生态环境的污染。
水玻璃的固化机理及其耐水性的提高途径_康永
２０１１ 年第 ５ 期（第 １７６ 期）
佛 山 陶 瓷 45
周围。 胶核所吸附的 SiO32-和部分 Na+形成吸附层，而另 有部分 Na+离子扩散到吸附层外，形成扩散层，这样使胶 粒带负电。 因此硅酸钠水玻璃溶液中胶粒结构可用式 （2）表示。
｛［（SiO2）m·nSiO22-2（n-x）H+］2x-｝ 2xM+（M 为 Na+、K+等）
Na2O·nSiO2+（2n+1）H2O→2NaOH+nSi（OH）4
（3）
-2nH2O
nSi（OH）4→［Si（OH）4］n
→ Si O Si
O
O
Si O Si
硅酸胶凝聚合化学反应通过三个同时发生的过程产生： （1） 单分子和双分子硅酸聚合形成低聚体； （2） 分子间硅氧基团的聚合导致环的闭合和最终粒 子形成； （3） 单个粒子的聚合形成长链。 通过对相应文献的参考研究， 归纳出水玻璃的固化
途径主要有以下几种： 3.1 加热硬化
水玻璃的加热硬化系物理脱水硬化过程， 水玻璃脱 水后为脱水硅酸凝胶。 常温下水玻璃溶胶中的水分蒸发， 水玻璃中的硅酸阴离子聚集成膜，Na+ 无规则地分布在涂 膜中。 水玻璃凝胶中存在较多的 Si-OH 键，遇水易溶，则 固化物破坏。 当温度升高时（80℃时）水分子重排并对相 邻 硅 醇 基 之 间 的 缩 合 起 催 化 作 用 ， 进 一 步 加 热 至 120~ 130℃以上，残存的水分子促使硅醇基的缩合，而且 Si-OH 键之间相互脱水缔合，形成 Si-O-Si 键，这是耐水性极好 的三维结构的固化体系。 Na+ 和 H+处于三维结构膜的封 闭状态中，遇水不溶；固化温度升至 200℃以上，即可得到 耐水性极好的固化体系。 加热条件下的固化反应式如式 （3）所示。
液相法改性水玻璃的生产与应用
液相法改性水玻璃的生产与应用作者：马丽娜来源：《科学与财富》2019年第22期摘要：介绍了水玻璃的老化现象以及阻止老化的方法，提出了液相法改性水玻璃生产的工艺原理，该产品在现场应用中取得了比较好的效果，改性水玻璃无论从产品的生产工艺，还是使用性能，特别是环保角度考虑，具有较好的推广价值。
关键词：液相法；改性水玻璃；生产；应用水玻璃作为一种造型用粘结剂，广泛地应用于型砂生产中，在生产和使用过程中都无刺激性和有害气体产生，对生产工人的身体健康有利，同树脂相比，水玻璃的成本低，但由于水玻璃的老化现象及普通水玻璃的粘结力低，在型砂的生产中水玻璃的加入量高，型砂的溃散性差，铸件的出砂清理困难，随着绿色环保和清洁生产要求的提出，以及树脂使用过程中出现的质量问题，加上生产成本、环境保护等方面的压力，采取有效措施对水玻璃进行物理或化学改性，提高水玻璃的粘结力，从而降低型砂中水玻璃的加入量，使型砂的溃散性得到改善，使水玻璃的旧砂回用得以实现，该水玻璃应用于酯硬化法和CO2硬化法生产铸钢件取得了比较好的效果。
1、水玻璃改性的方法及作用机理1.1、水玻璃的老化及改性的必要水玻璃在贮放过程中，模数和密度基本保持不变，但粘度不断下降，表面张力持续提高，凝胶速度加快，粘结强度不断下降，这是水玻璃中自发进行聚合反应，缓慢释放能量，这称作老化。
老化现象对水玻璃的使用性能有很大害处，模数越高，老化越严重，使高模数水玻璃的应用困难，由于粘度降低，为保证型砂强度，须多加水玻璃，导致型砂溃散性差。
1.2、水玻璃的化学改性化学改性是往水玻璃中加一种或数种其他物质，阻缓老化，减少因老化而损失的粘结强度。
改性剂必须满足四项要求：具有与硅羟基形成氢键的能力、具有表面活性、活性随聚合度而生高、分子折叠后可将每平方纳米8-10个硅羟基覆盖住。
化学改性既能提高型砂的常温强度，又能降低残留强度。
化学改性花费不多但增强效果显著，减少了水玻璃的加入量，具有极大的经济效益。
水玻璃材料改性、硬化机理及应用前景
水玻璃材料改性、硬化机理及应用前景作者：王坤康永艾江来源：《佛山陶瓷》2016年第05期摘要：水玻璃复合材料是一种利废、节能、低污染的高绿色度材料，在国家提倡“节能减排”的形势下，研究和应用水玻璃环境友好型材料必然会有良好的市场效益。
本文叙述了水玻璃的特性、改性方法、硬化机理、应用领域以及制备方法，具有广阔的市场应用前景。
关键词：水玻璃；复合材料；硬化机理；应用领域1 引言水玻璃是碱激发工业废渣胶凝材料中的一种重要原料，而碱激发工业废渣胶凝材料是一种具有极大开发价值和应用前景的环境友好型胶凝材料[1， 2]。
随着我国工业现代化的进程加速，各种工业产生大量的钢渣、矿渣、粉煤灰等工业废渣对环境的影响极其严重，因此对工业废渣的再利用研究具有重要的地位。
水玻璃材料的研发将是一个全新的方向，预期成为一种节能、低成本、环境友好型的高性能材料，为实现我国材料行业的可持续发展奠定基础。
2 水玻璃简介硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，南方多称水玻璃，北方多称泡花碱。
硅酸钠形态分为液体、固体、水淬三种，水玻璃可分为硅酸钠水玻璃、硅酸钾水玻璃、硅酸锂水玻璃、硅酸盐季铵水玻璃和钾钠硅酸盐水玻璃等，最常用的是硅酸钠水玻璃Na2O·nSiO2，还有硅酸钾K2O·nSiO2。
通常把水玻璃组成中的二氧化硅和氧化钠（或氧化钾）的克分子摩尔数之比，称为模数M。
硅酸钠在以水为分散剂的体系中为无色、浅色的透明或半透明粘稠状液体；固体硅酸钠为无色、浅色的透明或半透明玻璃块状体。
水玻璃在空气中的凝结固化与石灰非常相似，主要通过碳化和脱水结晶固结两个过程来实现。
随着碳化反应的进行硅胶含量增加，自由水分蒸发和硅胶脱水成固体SiO2而凝结硬化，由于空气中CO2浓度低，故碳化反应及整个凝结固化过程十分缓慢。
3 水玻璃的特性3.1 黏结力和强度较高水玻璃硬化后的主要成份是硅凝胶固体，比先前的表面积大，因而具有较高的黏结力。
水玻璃自身质量、配合料性能及施工养护对强度有显著影响。
水玻璃粘结剂模数的测量
水玻璃粘结剂价格低廉，来源充足，同时无色、无味、无毒，在环保要求日益严格的今天，水玻璃粘结剂可以实现绿色铸造生产，很多工厂都在采用水玻璃粘结剂生产线，应用非常广泛。
衡量水玻璃粘结剂性能的技术指标有很多，模数是其中最重要的一个[1~2]。
1、水玻璃粘结剂的模数的定义水玻璃粘结剂的一个重要参数就是模数（modulus），它是水玻璃中SiO2和Na2O的摩尔比值，一般用m表示为：m＝n(SiO2)/n(Na2O) (1)式（1）中，n（SiO2）表示水玻璃中SiO2的物质的量，n（Na2O）表示水玻璃中Na2O的物质的量。
模数对水玻璃粘结剂的粘度、固化速度和粘结强度提高率都有影响。
2、水玻璃模数测定的理论依据水玻璃的模数虽然是一个很重要的参数，但很多工厂往往很难准确的测定这个重要的参数，导致很多工艺特别是型砂固化工艺不尽如人意，同时对旧砂的回收也有很大的影响。
水玻璃模数测定一般采用以下理论：用标准的盐酸溶液滴定总碱度，盐酸与水玻璃生成硅酸（PH ≈4）,正好在甲基红的变色范围内（PH=3.1～4.4），测出所耗的盐酸可知Na2O的含量，再在已测出Na2O含量的溶液中加NaF，反应所产生的HCl用NaOH滴定，用返滴法测出NaOH的量就可知道SiO2的物质的量，再用n(SiO2)/n(Na2O)即可测定其模数。
试验中为消除NaF的碱性影响，要做空白试验。
在不加入待测试样的情况下，按所选用的测定方法，以同样条件、同样试剂进行分析，降低器皿和引入的试剂所引入的系统误差，这种方法叫空白试验。
化学反应如下：Na2O•m SiO2+2HCl+(m-2)H2O=2NaCl+m H2SiO3n(Na2O)=0.5×M1V1H2SiO3+6NaF+H2O=Na2SiF6+4NaOH NaOH+HCl=NaCl+H2O即 SiO2～ 4HCln(SiO2)=0.25×M2(V2-V3－V4)这样模数的计算表达式为：m= n(SiO2)/n(Na2O)=0.5×M2(V2-V3-V4)/ M1V1=0.5×(V2-V3-V4)/ V1 (2)(试验设计中，选定M1=M2，可以简化结果)式中M1是标准盐酸的浓度，M2是标准氢氧化钠的浓度，V1是第一次消耗的盐酸标准溶液的体积，V2是第二次消耗的盐酸标准溶液的体积，V3是第三次消耗氢氧化钠标准溶液的体积，V4是空白试验消耗的标准盐酸的体积。
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8. 5
水玻璃的老化过程是水玻璃内部能量缓慢释放 的过程 。那么消除水玻璃的老化就必须向老化的水 玻璃体系中输入能量 。表 1 的资料显示几种不同的 物理改性方法消除老化的情况 。对于模数为 3. 5 的 水玻璃 ,物理改性的作用不大 。
状态
老化 物理改性
存放 1 天 存放 60 天 存放 120 天
热压釜 磁场处理 超声振荡
图 4 水玻璃砂强度与存放时间的关系
1 - 磁化后的水玻璃砂 2 - 未磁化的水玻璃砂
2. 2 水玻璃的化学改性[9] 水玻璃的化学改性是往水玻璃中添加一种或数
种其他物质 ,藉以阻缓水玻璃的老化 ,减少因老化而 损失的粘结强度 。改性剂与助粘结剂的主要区别在 于 :作为改性剂的添加剂是微量的 。如聚丙烯酰胺 , 只要添加 0. 2 % (质量分数) ,则助粘结剂的添加量 可以是水玻璃质量分数的几倍或十几倍 。它们的区 别在于添加物的分子结构是否与硅酸分子链相匹 配 。适宜用作水玻璃化学改性剂的化合物 ,必须满 足以下四项要求 :具有与硅羟基形成氢键的能力 ;具 有一定的表面活性 ;在可溶范围内 ,活性随聚合度而 增高 ;分子折叠后可将每平方纳米内 8～10 个硅基 覆盖住 。
表 1 水玻璃试样老化和改性后的组成变化[2]
测定项目
模数/ m
1. 8
2. 5
3. 0
3. 5
正硅酸质量分数/ %
1. 8
2. 5
3. 0
3. 5
高聚硅酸质量分数/ %
31. 2
22. 0
13. 0
8. 4
14. 2
26. 0
39. 2
51. 0
21. 7
17. 3
14. 5
12. 5
17. 3
图 1 水玻璃中多硅酸动态平衡图
水玻璃老化的机理是聚硅酸的聚合度发生歧 化 ,缩聚反应和解聚反应同时并举 。环四硅酸和立 方八硅酸的含量减少 。而多聚硅酸和单正硅酸的含 量相应地增高 。聚硅酸分子链外仅包围着很薄的溶 剂化水膜 ,并不能完全阻止链间碰撞而发生缩聚反 应 ,在碱性催化下 ,发生缩聚反应 :
刚制成的模数大于 2 的水玻璃在 15min 后 ,发现粘 度不断下降 ,表面张力持续增高 ,凝胶化速度加快 ,并 且粘结强度也不断下降 。经实验发现水玻璃粘结剂内 部已不断有胶粒生成 。水玻璃中硅酸自发进行聚合反 应并缓慢释放能量 ,粘结强度下降 30 %～35 %。[1]
文献[ 1 ]认为 ,水玻璃是许多聚硅酸氢钠的混合 溶液 ,它们处于动态平衡中 ,如图 1 所示 。
5
孙 敏等 :改性水玻璃粘结剂的分析与应用
图 3 不同模数 、流速 、磁感应强度磁化 改性的水玻璃砂强度提高率
水玻璃粘结剂磁化后应该尽快使用 ,放置一段时 间后会有强度衰退现象[8] 。水玻璃砂强度与存放时 间的关系 ,如图 4 所示。磁化处理后的水玻璃处于高 能量激活状态 ,为不稳定状态 ,必然向低能态转变。 磁化过程是外界提供能量将高分子链状硅酸分子打 散的均匀化过程 。衰退过程正好与此相反 。试验结 果表明 ,水玻璃磁化改性效果在 24h 后基本消失。
Abstract :This paper introduces the cause of the easy aging of sodium silicate binder and the harm of its aging to the sand nature ,and puts forward the methods and effects of sodium silicate binder modifying. Key words :sodium silicate binder ;aging ;modified ;intensity
磁场处理最适用于中模数水玻璃 (m = 2. 35～ 2. 6) 。处理方法可用永磁磁场 ,也可用电磁场在输 送管道上进行处理 ,必要时经过多次循环 。由图 3 可以 看出 A1 、B2 、CI 为磁场处理最佳工艺参数 ,即对 A1 (模数 m = 2. 7) 的水玻璃应选中速 B2 (140cm/ s) 、 低磁 感 应 强 度 C1 ( 0. 3T) 为 最 佳 。对 A2 ( 模 数 m = 2. 5) 的水玻璃应选中速 B2 (140cm/ s) 、高磁感应 强度C3 (0. 75T) 为最佳 。而对 A3 (模数 m = 2. 3) 的 水 玻 璃 应 选 低 速 B3 ( 70cm/ s ) 、高 磁 感 应 强 度 C3 (0. 75T) 为最佳 。磁化改性对高模数水玻璃效果 显著 ,对低模数水玻璃欠佳 。
图 2 水玻璃砂性能与超声处理时间的关系 (原砂 100 % + 水玻璃 8 % + 水 5 %)
超声改性使得水玻璃砂初始强度及干强度提高 有两方面原因 :
一是超声处理可使水玻璃缩聚的聚硅酸胶粒解 聚 ,消除了水玻璃的老化现象 ;二是超声处理可以活 化水玻璃砂粒的接触表面 ,降低水玻璃粘结剂的表 面张力 ,因而使型砂混合均匀性增加 。 2. 1. 2 磁场处理[4～7 ]
3. 55
0. 13
改性水玻璃
6. 0
0. 38
6. 05
0. 43
3. 5
0. 41
1. 37
3. 25
普通水玻璃
6. 0
0. 20
2. 63
—
注 :1. C02 吹气时间为 20s ,流量 2. 5m/ h ;测试环境温度 16 ℃, 相对湿度 81 %。 2.σ0 —即时强度 σ, 24 —24h 存放强度 ,σ800 06 - 12 作者简介 :孙敏 (1954 - ) ,男 ,辽宁省海城人 ,副教授 ,主要从事材料成型方面的教学和研究工作 。
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孙 敏等 :改性水玻璃粘结剂的分析与应用
1. 2. 1 粘结强度降低 水玻璃老化使水玻璃砂混合料可使用时间缩短
20 %～30 % ,粘结强度下降 30 %～40 %[2] ,迫使型砂 配比中水玻璃加入量增加 ,导致型砂的溃散性和旧 砂回用性恶化 。所以铸造生产中要尽可能使用新鲜 水玻璃 ,对已经老化的水玻璃应通过改性后再使用 。 1. 2. 2 限制了高模数水玻璃的应用
改性剂加入水玻璃中 ,使硬化后的水玻璃胶粒 细化或直接起增强作用 ,并有利于改善溃散性 。因 此改性剂在水玻璃粘结剂中能起以下作用 。
6
2. 2. 1 屏蔽作用 (阻缓老化) 即在水玻璃固化时 ,限制硅酸凝胶胶粒的长大 。
可通过在凝胶胶粒表面形成高分子保护层来达到 。 高分子改性剂靠氢键或静电引力吸附在胶粒的表 面 ,改变其表面位能和溶剂化能力 ,使水玻璃固化时 获得细小的凝胶胶粒 ,从而提高水玻璃的粘结强度 。 当然 ,这种起屏蔽作用的高分子 ,最好其本身也能被 CO2 气体硬化或引起胶凝 。但改性剂无法直接用醋 酸或有机酯 ,因为加入它们会使水玻璃胶凝 。 2. 2. 2 粘结桥作用
高温下水玻璃中 Na20 和砂粒表面的 Si02 会生 成硅酸钠 ,牢牢地把砂粒和砂粒固结在一起 ,所以溃 散性差 。提高模数 ,Na20 含量降低 ,就可改善溃散
性 。但高模数水玻璃的老化比较严重 ,强度会更低 。 因此 ,高模数水玻璃的应用受到“老化”的制约 。 2 水玻璃粘结剂改性的方法与应用 2. 1 水玻璃的物理改性
14. 5
26. 3
39. 3
51. 2
2. 1. 1 超声处理 超声改性对于模数 m < 3 的水玻璃砂效果较显
著 ,将上述老化 3 个月的水玻璃 ,进行超声改性 ,改 性处理时间分别为 5min 、10min 和 15min ,则干压强 度 分 别 提 高 到 平 均 值 3. 89MPa 、3. 97MPa 和 4. 03MPa ; 强 度 恢 复 率 分 别 为 31. 8 %、37. 2 % 和 37. 5 %。[3]超声处理时间为 60min 为最佳 ,抗压强度 提高最为明显 。见图 2 。
表 2 为丙烯酸改性的改性水玻璃砂和普通水玻 璃粘结剂砂的强度对比 。对 CO2 水玻璃粘结剂进行 了化学改性 ,可看出改性水玻璃砂的强度提高是非 常明显的 ,且溃散性得到了很大的改善 。
表 2 改性水玻璃砂和普通水玻璃砂的强度对比
加入量质 水玻璃种类
量分数/ %
σ0
σ2
σ800
3. 5
0. 58
因此 ,水玻璃的化学改性既能提高型砂的常温 强度 ,又能降低残留强度 ,使型砂具有好的综合性 能 。水玻璃的化学改性 ,花费不多但效果显著 ,还可 减少水玻璃的加入量 ,具有极大的经济效益 。
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张建林 :变频调速系统在风机中的应用
在一个变频器之内的功率单元 ,具有完全相同 的结构 ,可以互换 。每一个功率单元由移相变压器 的一组副边供电 ,通过三相全桥整流器将交流输入 变为直流 ,并将能量储存在电容器组中 。电容器组 可根据单元电压选择并联或串联 。电子控制部件接 收主控系统发送的 PWM 信号并通过控制 IGBT 的工 作状态 ,输出 PWM 电压波形 。监控电路实时监控 IGBT 和直流母线的状态 ,并将 IGBT 的状态反馈回 主控系统 。在某一个功率单元电路 ,若出现重故障 时 ,主控系统将接通该功率单元的旁通回路 ,使该功 率单元进入旁通状态 ,而整个变频器可以继续工作 。 当故障消失之后 ,变频器将退出旁通并自动恢复到 原工作状态 。