Lepidla na bázi silikvatu sodného

Silikáty jsou soli kyselin křemičitých. Křemičitany sodné se nazývají rozpustná skla a jejich vodné roztoky se nazývají „tekuté sklo“, protože jsou rozpustné ve vodě a v pevném stavu se vyznačují amorfním skelným stavem. Jejich empirický vzorec je Na₂Si0₃. Křemičitany sodné, levné anorganické materiály, jsou bezbarvé pevné látky.

Tekuté sodné sklo se vyrábí podle mezistátní normy GOST 13078-2021 „Tekuté sodné sklo. Technické podmínky“.

Při použití jako lepidla mají tekuté silikáty:
● výrazně nízké náklady;
● všestrannost a
● snadné použití.
Používají se především pro lepení porézních podkladů, jako je papír a lepenka, kde je vyžadováno levné lepidlo s rychlým zpracováním.

Mezi další aplikace lepidel na bázi křemičitanu sodného patří:
● lepení dřeva,
● kovová fólie nebo sklo na porézní povrchy,
● lepení sklolaminátové izolace, stejně jako
● výroba odlévacích forem a brusných kotoučů.

Sodné křemičitany lze díky své anorganické povaze použít jako průmyslové cementy s mimořádně vysokou odolností vůči teplotám a chemikáliím.

Lepidla na bázi křemičitanu sodného se obvykle dodávají jako viskózní vodný roztok. Adhezivní spoj se vytváří díky:

1. odpařování vody a/nebo
2. chemická reakce.

Křemičitany sodné lze také použít jako nenákladnou modifikační přísadu v jiných lepidlech na vodní bázi.

Lepidla na bázi „tekutého skla“ mají mírnou lepivost, proto je nutné lepené plochy přitlačit, dokud spoj nezaschne. Naštěstí roztoky křemičitanu sodného rychle schnou.

Přestože je suchý lepicí spoj obecně odolný vůči vysokým teplotám a chemikáliím, je křehký a poněkud citlivý na vodu. Proto se musíte ujistit, že lepený spoj je zcela suchý a během procesu sušení nebyl vystaven vodě nebo vlhkosti.

Voděodolnost lepidla lze zlepšit reakcí silikátů sodných s různými kyselými sloučeninami nebo sloučeninami těžkých kovů. Přídavek cukru, glycerinu a dalších látek pomáhá udržet vlhkost ve fólii, zvyšuje její pružnost, lepivost a odolnost proti nárazu. Kaolinový jíl se často přidává ke zvýšení viskozity lepidel na bázi tekutého skla a zabránění jejich přílišnému pronikání do porézních podkladů.

Hlavní výhody lepidel na bázi křemičitanu sodného jsou:
● relativně nízké náklady,
● odolnost proti hoření a
● Vhodné pro rychlou aplikaci vodou ředitelných nátěrů na mnoho porézních povrchů.

Křemičitany sodné se vyrábějí ze snadno dostupných, levných surovin, a proto jsou levné ve srovnání s většinou lepidel na bázi syntetických organických polymerů.

Lepidla na bázi křemičitanu sodného jsou také odolná vůči extrémně vysokým teplotám. Některé z nich snesou teploty až 1100°C. Díky své anorganické povaze jsou ohnivzdorné a odolné proti houbám a plísním.

Ve stavebnictví se často používají lepidla na bázi křemičitanu sodného.

Podívejme se hlouběji na výrobu křemičitanů sodných a také na jejich klíčové vlastnosti, aplikace a bezpečnostní problémy.

Křemičitany sodné: výrobní proces a typy „tekutého skla“

Křemičitany sodné se vyrábějí buď ve formě kapalných vodných roztoků nebo ve formě prášků, které se používají v suchých lepicích směsích.

Vyrábějí se smícháním různých poměrů písku nebo oxidu křemičitého (SiO₂) a uhličitan sodný (Na₂CO3) nebo oxid sodný (Na₂O) a následné slinování součástí při teplotě 1118 °C. Výsledný křemičitan sodný se pak rozpustí ve vodě nebo rozemele na prášek.

Hrudky křemičitanu sodného

Změnou poměru SiO₂ do Na₂O a hmotnostním podílu netěkavých látek je možné získat roztoky lepidel na bázi křemičitanu sodného s různými vlastnostmi pro specifické průmyslové aplikace.

poměr SiO₂ do Na₂O se obvykle pohybuje od 1,6 do 3,3, nazývané silikátový modul. A netěkavý obsah se obvykle pohybuje v rozmezí 25 až 65 %. Níže uvedená tabulka uvádí charakteristiky různých druhů komerčně dostupného křemičitanu sodného a také jejich běžné použití.

Typické vlastnosti kapalných silikátů sodných

Viskozita „tekutého skla“ se může lišit od velmi tekutých až po relativně husté produkty s malou tekutostí. Pro lepidla se zpravidla používají roztoky křemičitanu sodného s vyšším modulem silikátu (2,8-3,3). Roztoky by měly být skladovány při pokojové teplotě, aby se zabránilo zamrznutí a aby byla zajištěna lepší schopnost smáčení na substrátech.

Křemičitany draselné (SiO směsi₂/K₂O) mají vlastnosti podobné křemičitanům sodným. Křemičitany draselné však mají také specifické vlastnosti (například mají vyšší elektrický odpor), díky nimž jsou pro určité aplikace vhodnější. Silikáty draselné se nepoužívají tak široce jako lepidla na bázi křemičitanu sodného, ​​protože jsou dražší.

Mechanismus tuhnutí a tvorby adhezivních vazeb „tekutého skla“

Kapalné roztoky křemičitanu sodného vytvářejí adhezní spoje ztrátou vody a/nebo mechanismem chemického tuhnutí.

K dehydrataci „tekutých skel“ dochází buď odpařováním nebo sorpcí přes porézní substráty.

Chemické vytvrzování se často používá ke zlepšení vlastností hotového adhezivního filmu, jako je časný vývoj pevnosti, odolnost proti vlhkosti a pevnost spoje.

Sodné „tekuté sklo“ má střední lepivost ve srovnání s mnoha organickými lepidly. Jak se voda odpařuje, kapalné křemičitany jsou stále lepkavější a viskóznější. Obvykle se pouze malé množství vody (několik hmotnostních procent) musí odpařit, než lepidlo vyvine dobrou pevnost. Proto se lepidla na bázi křemičitanu sodného často používají tam, kde je požadováno rychlé tuhnutí.

Při podobné hodnotě viskozity jsou křemičité systémy (s vyšším SiO₂/Na₂O) – s vysokým silikátovým modulem – schnou rychleji na vzduchu než systémy s nižším silikátovým modulem. Avšak „tekutá skla“ s nižším silikátovým modulem mají zpravidla větší lepivost a vyšší smáčivost.

Pro snížení množství vody v „tekutém skle“ může být nutné zahřátí pro sušení nebo ošetření chemickými tvrdidly, aby se dosáhlo praktických aplikačních rychlostí. Protože lepidla s nízkým obsahem křemičitanu sodného mají tendenci zadržovat více vody, jejich vysušené filmy jsou obecně méně křehké než jejich protějšky.

pH kapalných lepidel na bázi křemičitanu sodného je poměrně konstantní, protože zůstává prakticky nezměněno, pokud obsah pevných látek v roztoku křemičitanu sodného překročí 10 %. U lepidel bude hodnota pH kolísat mezi přibližně 11 – 13.

Pro aplikace, kde je vyžadována odolnost proti vodě, se doporučuje tepelné vytvrzování nebo chemická reakce s křemičitany sodnými. Po dehydrataci tepelným vytvrzením má film křemičitanu sodného středně dobrou odolnost proti vlhkosti. Tepelné vytvrzování musí být prováděno po etapách, aby se zabránilo tvorbě páry uvnitř lepicí fólie. Typicky se teplota postupně zvyšuje na 100-105 °C, aby se pomalu odstranila voda a vytvořila se viskozita. Poté dojde ke konečnému vytvrzení vrstvy lepidla při teplotě 150-200°C.

Chemické reakce zajišťují maximální vodotěsnost a voděodolnost. Křemičitany sodné mohou reagovat s kyselými sloučeninami nebo sloučeninami těžkých kovů za vzniku pevných, nerozpustných vazeb. Tyto sloučeniny se obvykle přidávají přímo do kapalného roztoku křemičitanu sodného před aplikací (tj. systém je dvousložkový). Lze je však aplikovat i na podklad jako základní nátěr nebo předúpravu před lepením, případně je lze aplikovat na hotový lepený spoj pro následnou úpravu.

Odolnost adhezivní vrstvy proti vlhkosti lze například výrazně zvýšit aplikací vhodných hliníkových solí na substráty, jako je papír, před lepením.

Voděodolnost lepidel na bázi roztoku křemičitanu sodného lze také zlepšit přidáním jemných prášků, jako je oxid zinečnatý nebo amorfní uhličitan vápenatý. Tyto přísady budou pomalu reagovat s křemičitanem a vytvoří nerozpustnou hmotu. Kombinace křemičitanu s kyselými materiály, jako je síran hlinitý, neutralizuje alkalický křemičitan, což způsobí gelovatění a tvorbu silné polymerizované formy oxidu křemičitého. Různé chemické mechanismy tuhnutí jsou stručně popsány v tabulce níže.

Výhody silikátových lepidel

Hlavními faktory použití lepidel na bázi křemičitanu sodného jsou jejich dostupnost v hotové formě, obecná snadná aplikace, relativně rychlé tuhnutí, stabilní vlastnosti a absence těkavých emisí. Jsou to také zcela anorganické (nehořlavé) materiály. Tvoří pevné spoje, jsou tuhé a v mnoha případech žáruvzdorné a voděodolné. Výhody, nevýhody a typické aplikace lepidel na bázi křemičitanu sodného jsou uvedeny v tabulce níže.

Rychlé vlastnosti tuhnutí, dosažené pouze s malou ztrátou vody, kapalných křemičitanů je činí ideálními pro aplikace vyžadující vysoké rychlosti stroje. Tato vlastnost je zvláště cenná u zvlňovacích strojů, které jsou úspěšně provozovány při rychlostech až 2,5 m/s pomocí silikátového lepidla.

Po dehydrataci do skleněného stavu jsou rozpustné křemičitany sodné odolné vůči působení vody; Dlouhodobé vystavení vysoké vlhkosti nebo vodnému roztoku je však zničí, pokud nejsou chemicky vytvrzeny, jak je popsáno výše. Při normální relativní vlhkosti však může silikátová směs obsahovat až 20-50 % vody. S klesajícím obsahem vody jsou lepicí spoje pevnější.

Dosáhněte pružnosti lepeného spoje přidáním přísad a pryží

Lepidla na bázi křemičitanu sodného, ​​dokonce i v hydratované formě, mají nízký stupeň flexibility. Mírného stupně flexibility lze však dosáhnout přidáním změkčovadel do roztoku křemičitanu. Cukr, glycerin a sorbitol zajišťují zadržování vody a tím poněkud zvyšují elasticitu. Obvykle se používají v koncentracích 1 až 5 % hmotnostních. Tyto přísady také snižují viskozitu, ale zároveň zlepšují lepivost. Škroby a dextriny, stejně jako disperze přírodních nebo syntetických kaučuků, se také používají jako přísady pro zvýšení pružnosti lepidel na bázi křemičitanu sodného.

Úloha adhezivní síly při lepení silikátu k podkladu

Smyková pevnost lepidel na bázi křemičitanu sodného je dostatečná pro použití v mnoha oblastech. Někdy se do lepicí kompozice přidávají plniva ve formě chloridu sodného, ​​jílu nebo mastku:

● k regulaci viskozity;
● ke snížení penetrační síly a
● snížit náklady na materiál.

Navíc u tenkých volných filmů byla zaznamenána vyšší adhezní síla. Kohezní pevnost lepidla na bázi křemičitanu sodného je často vyšší než přilnavost k podkladům (např. karton, dřevo atd.).

Udržujte tepelnou odolnost „tekutého skla“ přidáním jílu a organických plniv

Teplota tání křemičitanů sodných je 1088 °C. Odolnosti vůči ještě vyšším teplotám lze dosáhnout přidáním jílu nebo jiných anorganických plniv do formulace. Tyto sloučeniny křemičitanu sodného poskytují výjimečnou tepelnou odolnost vůči nátěrům kovů nebo skla. „Tekuté sklo“ je dobrým pojivem pro žáruvzdorný cement.

Lepidla na bázi křemičitanu sodného: složení a oblasti použití

Sodná silikátová lepidla fungují nejúčinněji na čistých, hydrofilních površích: jsou schopna lepit mnoho porézních substrátů, jako je papír, dřevo a cement, a dokonce i mnoho neporézních substrátů, jako jsou kovy a sklo.

Při lepení na kovové povrchy musí silikátová lepidla podklad dobře smáčet. K tomuto účelu se do roztoku křemičitanu sodného často přidává povrchově aktivní látka. Používají se do 2 % hmotnostních látek, jako je sulfonovaný ricinový olej, mastné kyseliny, kalafunové mýdlo nebo naftalensulfonové kyseliny.

Typicky je limitujícím faktorem při spojování s kovem neohebnost silikátové sloučeniny a rozdíl v koeficientu tepelné roztažnosti mezi silikátem a kovovým substrátem. Ukázalo se, že tenké silikátové fólie jsou pro tyto aplikace vhodnější, protože jsou relativně pružnější než silné fólie.

Pro porézní podklady jsou ideální tekuté silikáty. Takové substráty mohou být také laminovány kovovými fóliemi za použití lepidel na bázi křemičitanu sodného.

Hlavní aplikací křemičitanu sodného při zpracování papíru je výroba trubek, tyčí a vláknitých bubnů. Dalším oblíbeným použitím lepidla na bázi křemičitanu sodného je těsnění vlnitých nádob pro přepravu nebo skladování.

Roztoky křemičitanu sodného se široce používají při výrobě mnoha typů cementu. Patří sem cementy:

● pro konstrukce odolné proti kyselinám,
● žáruvzdorné materiály a
● vázání tepelně izolačních materiálů.

Cementy s přídavkem křemičitanů sodných se používají pro vyzdívku a pokládku žáruvzdorných výrobků, výrobu licích forem a jader, pokládku cihel v sulfitovém vyhnívacím zařízení pro chemické zpracování dřevní hmoty a stavbu kyselinovzdorného zdiva. Cementy pro kamna, komíny, topeniště, koksové pece, zapalovací svíčky a pro lepení kovu na sklo a porcelán se často vyrábějí pomocí cementů s přidaným křemičitanem sodným.

Výhody silikátových lepidel

Hlavními faktory použití lepidel na bázi křemičitanu sodného jsou jejich dostupnost v hotové formě, obecná snadná aplikace, relativně rychlé tuhnutí, stabilní vlastnosti a absence těkavých emisí. Jsou to také zcela anorganické (nehořlavé) materiály. Tvoří pevné spoje, jsou tuhé a v mnoha případech žáruvzdorné a voděodolné. Výhody, nevýhody a typické aplikace lepidel na bázi křemičitanu sodného jsou uvedeny v tabulce níže.

Roztoky křemičitanu sodného se také používají jako impregnace kovových odlitků, které mají tendenci zanechávat mikroskopické dutiny a kapiláry na hranicích zrn. Jsou zvláště užitečné pro utěsnění poréznosti v pískových odlitcích. Tekuté sklo zůstává v této aplikaci oblíbené díky svým vynikajícím výkonnostním charakteristikám, nízké ceně a materiálovým vlastnostem souvisejícím s bezpečností a ochranou zdraví při práci.

Většina impregnačních tmelů na bázi křemičitanu sodného je modifikována přísadami pro zlepšení těsnicích vlastností. Mezi typické přísady patří:

● železný, měděný nebo hliníkový prášek
● kaolinový jíl;
● práškový grafit;
● práškový vermikulit;
● zahušťovadla.

Většina utěsňovacích procesů využívá vakuové zpracování k zajištění účinnosti utěsňování a zkrácení doby zpracování.

Použití křemičitanu sodného jako přísady do lepidel na bázi vodných disperzí

„Tekuté sodné sklo“ lze použít jako přísadu do mnoha lepidel na bázi vodních disperzí. Výhody přidání křemičitanu sodného do lepidel na vodní bázi:

● výrazné úspory nákladů;
● zvýšená požární odolnost;
● stabilnější kompozice;
● zvýšená pevnost spoje;
● zvýšená odolnost vůči teplu, světlu, oxidaci a mikroorganismům;
● obecně kompatibilní s alkalickými (pH nad 8,0) vodnými disperzemi.

Křemičitany sodné se také používají ke kontrole reologie a vlastností povlaku některých vodných systémů. Zpravidla jsou kompatibilní s následujícími polymerními materiály:

● Butadien-styren;
● Polystyren;
● Neopren;
● Polyvinylchlorid;
● Polyvinylacetát;
● kopolymer akrylonitrilu;
● Akrylový polymer a jeho kopolymery.

Informace o životním prostředí a bezpečnosti

Křemičitany sodné se vyrábějí ze dvou nejjednodušších prvků na světě – písku a alkálie. Lepidla na nich založená jsou tedy netoxická a nezávadná pro životní prostředí.

V závislosti na stupni zásaditosti (pH) mohou roztoky křemičitanu sodného při kontaktu způsobit podráždění nebo poleptání kůže a očí. Je nutné dodržovat pokyny dodavatele pro použití „tekutého skla“ a pokyny uvedené v bezpečnostním listu materiálu. Křemičitany sodné jsou anorganické látky, a proto bezpečné proti výbuchu a požáru.