Як по-іншому називається рідке скло

З чого і як роблять скло

Зі скла роблять вікна, пляшки та склянки, це знають усі. Однак без цього матеріалу просто неможливо уявити сучасну науку: хімію, фізику, біологію, медицину, астрономію, оптику тощо. Як його отримують і чи сильно змінився процес виробництва скла за сотні років? Пояснюємо простими словами.

З чого роблять скло

Скло - це тверда аморфна речовина, зазвичай прозора або напівпрозора, а також тверда і крихка [1]. «Аморфне» означає, що за своєю атомною структурою та механічними властивостями цей матеріал має властивості надв'язкої рідини та твердого тіла.

Скло можна зробити лише з трьох інгредієнтів. Вони згадуються, наприклад, у словнику В.І. Даля: «сплав піску (кремнистого) із поташом; хім. кремнекислий натр, іноді калій, свинцевий окис» [2]. Іншими словами, найпростіший спосіб отримання скла - з розплавленого річкового піску (SiO2), соди (Na2CO3) та вапняку (CaCO3) [3].

Пісок (Діоксид кремнію) складається з дрібних кристалів, які при нагріванні плавляться до рідкого стану. Проте температура плавлення піску становить +1700 °З. Навіть спеціальна вогнетривка цегла не може витримати подібної температури.
Сода (оксид натрію) входить до складу більшості вікон та посуду, вона дозволяє знизити температуру плавлення піску до прийнятного значення: +1700 до +850. +900 °C. Однак такі стекла з двох компонентів можуть розчинятися у воді. Для того, щоб вийшли звичні всім вікно або склянку, потрібен третій інгредієнт.
Вапняк (оксид кальцію) робить скло більш хімічно стійким, нерозчинним.У Стародавньому Єгипті використовували щебінь морських раковин, а Середньовіччя склодуви додавали золу дерев. Першими здогадалися засипати у скляну масу крейд у Богемії лише XVII столітті [4].

Також до складу скла можуть додавати інші інгредієнти залежно від його призначення. Наприклад, щоб лінзи та інші деталі наукових приладів були ідеально прозорі, пісок чи кварц має бути яскраво-білим. Жовтий пісок містить домішки, які передаються і склу. Щоб позбутися їх, як освітлювачі застосовують хлорид натрію, сульфат і нітрат амонію [1]. Однак іноді в сировину для краси спеціально додають різні речовини, що фарбують. Наприклад, оксид міді надає синьо-зелений відтінок, а оксид заліза - жовтувато-зелений. У кольорових судинах краще зберігається пиво, вино та інші чутливі до світла рідини [4].

Як роблять скло

Хоча скла можна отримати різними методами, переважна кількість проводиться шляхом плавлення шихти за високих температур. Це досить простий процес, що включає чотири стадії.

Плавка. Кварцовий пісок із содою та вапном доводять до рідкого стану в печі. Виходить «рідке скло». Також до суміші можуть додати інші компоненти (наприклад, оксиди магнію або алюмінію), щоб зробити матеріал міцнішим і змінити його колір.
Формування. Необхідно постійно заважати суміш, щоб із неї зникли всі бульбашки. Після цього настає час надати виробу потрібної форми. Колись для цього просто виливали суміш у форму та остуджували. У наші дні технології значно просунулися вперед і рідке скло виливають у ванну з розплавленим оловом.Поки скляна суміш дуже в'язка, вона не поєднується з оловом, а розтікається по ньому тонкою стрічкою.
Охолодження. Скло остигає і твердне при обдуві холодним повітрям. Після перевірки якості матеріалу його розрізають на аркуші потрібного розміру.
Покриття. На останньому етапі на виріб наносять різноманітні покриття, щоб, наприклад, покращити захист від сонячних променів або добитися антивідблиску ефекту.

Історія створення скла

Історія створення скла налічує тисячоліття розвитку та технологічних проривів і сягає корінням у 3500 роки до н.е., коли майстри в Давньому Єгипті, Сирії, Фінікії, Китаї почали виробляти скляні предмети: намисто, сережки, амулети, печатки. Якщо вірити Плінію Старшому, скло вперше одержали у гирлі річки Белус, де прибережний пісок містить і кварц, і вапняк [5].

Сам термін "скло" з'явився в Стародавньому Римі, де технологія виробництва скла досягла нових висот [6]. Винайдена в І ст. до зв. е. склодувна трубка спростила створення доступних предметів домашнього вжитку, наприклад посуду.

На початку XVII століття італійський монах Антоніо Нері залишив нащадкам першу наукову працю зі склоробства, зберігши секрети освітлення та фарбування матеріалу. У середні віки технологія скла продовжила розвиватися в Європі, особливо в Італії. Так, острів Мурано у Венеції став центром виробництва скла. Муранське скло (Венеція) прославилося по всьому світу завдяки своїй якості та унікальному дизайну. А майстри у Західній Європі епохи готики досягли неймовірних результатів у виготовленні вітражів.

У Росії її перший скляний завод запрацював у 1635 року. Свій внесок у формування сучасного підходу до виробництва скла зробив Михайло Ломоносов.У XVIII столітті вчений розробив технологію виготовлення кольорового прозорого та непрозорого скла, що використовується, зокрема, для мозаїк. За легендою, Ломоносов, обідаючи одного разу в Івана Шувалова (переможець Єлизавети Петрівни, меценат. - РБК Life), був у каптані з великими скляними гудзиками, а хтось із гостей необережно помітив, що вони давно вже не в моді. Ломоносов відповідав, що, не слід моді, воліє їх металевим і всяким іншим і завжди носитиме їх з поваги до скла — і став перераховувати, де з успіхом застосовують скло і яка від нього користь. Відомий меценат Іван Шувалов просив свого гостя описати все у віршах. Так виник відомий твір Ломоносова «Про користь скла» [7]. У 1753 році Ломоносов створив Усть-Рудицьку фабрику з виробництва кольорового скла та смальти.

У ХІХ столітті промислова революція призвела до автоматизації процесу виробництва скла. Це зробило матеріал доступним масового виробництва.

У наші дні технології виробництва скла продовжують удосконалюватись, включаючи розробку нових видів скла з різними властивостями, такими як термічна ізоляція, стійкість до подряпин та прозорість. Скло широко використовується в архітектурі (вікна, фасади будівель), автомобільній промисловості, електроніці (екрани та оптичні компоненти), медицині (лабораторні проби та медичне обладнання) та багатьох інших галузях.

Особливості рідкого скла

Вперше рідке скло у лабораторних умовах було отримано при взаємодії кремнієвої кислоти H2SiO3 з гідроксидами лужних металів (лугами). Найчастіше для одержання рідкого скла використовують луги на основі калію (КОН) або натрію (NaOH).В результаті реакції на виході виходить середня сіль метасилікат калію (К2SiO3) або натрію метасилікат (Na2SiO3) і вода (Н2О). У сухому вигляді силікат калію та силікат натрію – кристали білого кольору, добре розчинні у холодній воді.

Рідке скло - це сукупність хімічних елементів, що утворюють захисну плівку на поверхні, що наноситься.

Насичений колоїдний розчин силікатів лужних металів з формулами Na2O(SiO2)n або K2O(SiO2)n – основа рідкого скла, яке виробляє компанія Сканворд.

У побуті та торгівлі рідке скло відоме під іншим ім'ям – силікатний клей. Доступність сировини, простота отримання, дешевизна та унікальні властивості дозволили рідкому склу знайти застосування у багатьох галузях промисловості, будівництва, побуту.

У сучасному виробництві для отримання великих обсягів кінцевого продукту використовують спеціальні герметичні реактори з високою температурою та тиском. Як вихідна сировина служать діоксид кремнію і луг або кварцовий пісок з содою. Про консистенцію рідкого скла говорить його назва. Це в'язка напівпрозора рідина з відтінками кольору від жовтого до темно-зеленого.

Правильно сформована захисна плівка з рідкого скла здатна продовжити термін служби будь-якого виробу.

В'язкість розчину залежить від концентрації розчину. Зменшенням маси води в розчині силікатний клей легко переводиться в твердий, сухий стан. Така форма скла популярна у споживачів, зручна для транспортування товару. Перед застосуванням вихідний розчин рідкого скла одержують шляхом додавання до твердої субстанції потрібної кількості води.

Основна властивість рідкого скла, що забезпечило йому широке застосування в усьому світі - це здатність склеювати різні матеріали. На повітрі рідке скло згодом розкладається, тому його краще тримати у герметичній тарі.

Переваги та недоліки рідкого скла

Плюси

Однією з головних переваг є висока проникаюча здатність або адгезія по відношенню до багатьох органічних і неорганічних матеріалів. Звідси випливає здатність склеювати різні поверхні, заповнювати тріщини та пори.
Клейовий розчин наноситься рівним шаром, утворюючи гладку поверхню, тонку вологостійку плівку.
Для досягнення позитивного результату не потрібно багато матеріалу, рідке скло – економна витрата.
Низька вартість та доступність забезпечують додаткову вигоду.
Відмінні антисептичні властивості. Застосовується для просочення дерев'яних конструкцій, тим самим захищає деревину від багатьох мікроорганізмів та шкідників.
Має антистатичні властивості. Знімає з поверхонь надмірну статичну напругу.
Має високу вогнестійкість. При нанесенні на матеріали надає їм здатність чинити опір дії високих температур.
Порівняно великий термін експлуатації до 5 років.
Екологічна безпека, обумовлена нейтральним складом, відсутністю шкідливих здоров'я виділень.

Мінуси

Крихкість у твердому стані, низька ударна міцність.
Використання для гідроізоляції тільки щільних матеріалів: бетону, дерева. Пористі матеріали типу цеглини при затвердінні в них рідкого скла можуть зруйнуватися.
Швидке затвердіння, необхідність працювати швидко з невеликими обсягами розчину.
Є проблеми з отриманням якісного фарбування чи лакування поверхні.

Види рідкого скла

За присутністю силікату певного лужного металу розрізняють три різновиди рідкого скла.

Калієве – через пухку поверхню має підвищену гігроскопічність. Найчастіше використовується при виробництві вогнетривких та силікатних фарб, забезпечуючи їх стійкість до пошкоджуючих факторів. Хороші антисептичні властивості дозволяють використовувати як добавку проти плісняви та грибка. Сприяє створенню поверхні антивідблиску.
Натрієве - має посилену міцність, високу проникаючу здатність, термостійку. Пріоритетне використання як клейових складів. Покриття, що створюється, витримує вплив кислот, що деформують зусиль.
Літієве – на основі гідроксиду літію. Високі адгезійні властивості, якісне термостійке покриття. Сфери застосування обмежені. Поверхневі шари не утворюють тріщин і добре захищають від атмосферних впливів. Застосовується для створення матових поверхонь.

Натрієве

Відомо як силікатний клей на основі силікату натрію. Прозора в'язка рідина. При твердінні утворює шар з високими водовідштовхувальними властивостями. Широко застосовується як гідроізолюючі покриття, експлуатаційні якості яких перевірені тривалим часом.

Використовується у будівництві, металургії, автомобільній галузі, побуті. При нанесенні на поверхню повільно твердне, утворюючи міцний шар захисний.

Одержують плавленням при температурі 1400 градусів кварцового піску та соди Na2CO3 (сульфату натрію). У промисловому виробництві натрієве скло спочатку отримують у твердому стані у вигляді шматків зеленого кольору.Для отримання рідкого розчину силікат-брили розчиняють у воді.

Отриманий продукт повинен відповідати ГОСТ 13078 81 та нижчепереліченим характеристикам:

Випускається у тарі різної ємності, що дозволяє не купувати зайвий розчин.

Захищає матеріали від шкідливих мікроорганізмів. Знімає статичну напругу. Оброблені поверхні менше зношуються. Чи не реагує на дії кислот, високих температур. Застосовується як вогнетривкий захисний склад.

Нанесення тонким шаром забезпечує економну витрату. Застосовується для покриття бетонних та дерев'яних поверхонь. Через пористість цегли та загрозу її руйнування не наноситься на цегляні та інші подібні матеріали. Гідроізоляційний шар кладеться на очищену від пилу та сміття, попередньо прогрунтовану поверхню.

Особливість рідкого скла полягає в тому, що воно проникає у структурні елементи лаку, роблячи склад міцним та захищаючи від пошкоджень.

Калієве

Отримують методом, аналогічним одержанню натрієвого розчину. Кінцевий продукт має ті ж властивості, що і натрієвий побратим. На відміну від останнього має гігроскопічні властивості. Застиглий шар утворює матову поверхню. Входить до складу силікатних та вогнетривких фарб, значно посилюючи їх експлуатаційні якості.

Щільність – 1,5-1,3 г/см3. Силікатний модуль натрієвого скла – 2,0 -3,5, у калійного скла – 3,5-4,5. Вищий модуль скла свідчить про кращі якісні показники калієвого продукту. Натрієве скло дешевше. Загальною властивістю калієвого та натрієвого скла є розчинність у воді. Термін зберігання розчину силікату калію – 12 місяців.

Літієве

Прозорий розчин із модулем скла більше 1,5, випускається невеликими партіями. Створювався як захисний терморегульований матеріал для космічних апаратів.

Літійове рідке скло має масу переваг, основне з них - це довговічність.

Виходить шляхом взаємодії водного розчину гідроксиду літію та кремнієвої кислоти при підвищеній температурі. Літієве скло відрізняється великим коефіцієнтом адгезії, тривалим терміном служби, стійкістю до тріщин.

Області застосування рідкого скла

Будівництво

Для гідроізоляції фундаментів, стін підвалів, цоколів будинків. Розчин силікату натрію наноситься широким пензлем у два шари. Перед нанесенням другого покриття перший повинен обов'язково висохнути.
При виробництві товарного бетону. Для надання вологостійкості бетонним конструкціям при виготовленні бетонної суміші додається рідке скло.
Для гідроізоляції чаш басейнів, дахів та покрівель будинків та різних споруд Розчин рідкого скла заповнює всі тріщини та пори в бетоні, застигає та не пропускає воду.
Для скріплення цементної підлоги у виробничих приміщеннях.
Для антисептичного просочування дерев'яних конструкцій та захисту їх від високої температури та вогню.
Добавка до цементних розчинів для прискорення схоплювання.
Замість герметика, для закладення з'єднань трубної арматури.
Розчини з додаванням вогнетривкого цементу для кладки печей та камінів.
Влаштування стяжок та наливних підлог.
Обробка лотків та колодязів для прокладання труб опалення.
Виробництво миючих засобів, антисептичних складів.

У побуті

Добавка для покращення властивостей силікатних та вогнетривких фарб.
Склеювання листів ДВП або ДСП під час ремонту приміщень.
Чищення кухонного посуду від нагару.
Склеювання різних матеріалів: паперу, картону, тканин, порцеляни, дерева.
Захисне покриття для зрізів гілок та стволів при обрізанні садових дерев.
Вогнезахисне просочування тканин.
Ремонтні роботи: укладання керамічної плитки у ванній, лінолеуму, килимових покриттів.

У творчості та дизайні

Рідке скло затребуване у творчості архітекторів та художників, які займаються дизайном кімнат та приміщень. За допомогою силікатних клейових складів реставратори відновлюють твори мистецтва, цінні вироби з порцеляни, скла, дерева.

В автомобільній сфері для влаштування захисного покриття та полірування кузова автомашини.

У ливарному виробництві для виготовлення швидковисихаючих формувальних сумішей.
Для виготовлення електродів.
Для обробки ПВХ-покриттів та лінолеуму.
У хімічному виробництві та художньому оздобленні та декоруванні застосовується тільки калієве рідке скло.

До недоліків застосування рідкого скла можна віднести неможливість якісного фарбування поверхонь із присутністю силікатів лужних металів.

Як зробити рідке скло в домашніх умовах своїми руками?

У торговій мережі продається готове рідке скло різної фасування за порівняно недорогою вартістю. Готувати склад власними силами немає особливої потреби. Існують рецепти приготування розчинів скла будинку самостійно.

Перший спосіб

У вогнетривку ємність насипають чистий домішок без пісок, потім додають карбонат натрію (кальциновану соду) в пропорції відповідно 1: 4.
Суміш ретельно перемішують та нагрівають до повного розчинення складових частин.
Наступне додавання – вода.Отриманий продукт водний розчин силікату натрію.

Другий спосіб

400 гр. гідроксиду натрію (луги);
600 гр. силікогеля (використовується для котячих туалетів);
500мл води.

У ємність із водою додають луг, помішуючи довгою мішалкою. Тара має бути з нержавіючої сталі або кераміки.

Для виготовлення рідкого скла своїми руками знадобиться луг, вода та силікагель.

Потім поступово частинами додають селікогель. Для повного розчинення поступово нагрівають суміш, але не кип'ятять. В результаті на виході одержують густий прозорий розчин рідкого скла. Його можна розбавити водою до потрібної концентрації.

Третій спосіб – склад для полірування кузова автомобіля

Парафінову свічку натерти дрібною стружкою та змішати у чашці з розчинником White Spirit у співвідношенні 2-3 частини розчинника на 1 частину парафіну. Отриманий розчин рідкого скла за допомогою м'якої серветки розтерти на поверхні, що полірується.

Важлива умова! При приготуванні домашнього рідкого скла потрібно дотримуватись певних заходів безпеки. Захищати очі, відкриті частини тіла. Можуть виникнути складнощі з отриманням необхідної високої температури.

Пропорції складів із вмістом рідкого скла

Для ґрунтування основ

Застосовуються розчини, що складаються з двох частин цементу та двох частин рідкого скла. У цемент додається необхідна кількість води та рідке скло. Все змішується будівельним міксером.

Для гідроізоляції

Цемент, пісок та рідке скло змішуються в рівних частинах. Потім суміш розбавляють водою до потрібної густини.

Вогнетривкий

Для кладки печей та камінів:

одну частину цементу 3 частини піску;
одну п'яту частину скла від загального обсягу розчину;
вода у потрібній кількості.

У рідкий цементно-піщаний розчин вводиться рідке скло і одержаний склад використовується для зв'язування елементів кладки.

Антисептичний

Для приготування знезаражувальних сумішей для бетонних, дерев'яних та кам'яних поверхонь на одну частину рідкого скла беруть одну частину води.

Перед нанесенням рідкого скла, поверхня піддається повній зачистці та дезінфекції.

Ремонтний, фарбувальний

Для просочення підлогових та стельових покриттів на один літр води додають 450 г силікату натрію.

Укладання на поверхні

Рідке скло наноситься на поверхні, що обробляються широкими кистями, валиками або шпателями. Поверхня, що обробляється, добре очищається і попередньо грунтується, при необхідності двічі. Склади укладаються в кілька шарів, при цьому, перш ніж наноситься наступний шар, дають добре висохнути попередньому.

Для гідроізоляції фундаментів та стін розчин намазується широким пензлем або валиком у 2-3 шари. Кожна наступна смуга частково захоплює попередню. Перший шар сохне перед накладанням другого щонайменше 30 хвилин. Останнім етапом виконується шар захисної штукатурки.

Ґрунтувальні склади наносяться валиками, а в місцях стиків стін та стель плоскими кистями. Рідке скло кладеться рівним тонким шаром, що забезпечує рівномірне висихання.

Як вибрати якісний товар?

При купівлі товару краще не купувати дешеві склади. Через низьку якість вони можуть принести більше шкоди, ніж користі. Слід купувати розчин у тарі із потрібним обсягом. Перед придбанням не заважає уважно прочитати та засвоїти інформацію на упаковці: ім'я та адресу виробника, склад, термін придатності, спосіб та умови застосування рідкого скла.

При можливості варто візуально перевірити однорідність та прозорість розчину, відсутність осаду, домішок. Основною гарантією вибору якісного продукту є купівля рідкого скла у перевірених часом виробників.