水玻璃的硬化机理是什么?

水玻璃的硬化过程是由液体水玻璃向水玻璃凝胶(甚至脱水水玻璃凝胶)转化的过程。实现这个转化过程的途径是:物理转化,化学转化和化学、物理转化。

物理转化过程(称为物理硬化)是水玻璃不断失水浓缩的过程,随着这一过程的进行,水玻璃逐步转化成粘稠液体、胶状体、凝胶(甚至脱水水玻璃凝胶)。加热硬化水玻璃砂工艺就是物理转化过程,失水发生由液态到固态的转变。凡是能去除钠水玻璃中水分的方法,如加热烘干、吹热空气或干燥的压缩空气、真空脱水、微波照射以及加入产生放热反应的化合物等都可使钠水玻璃硬化。

化学反应形成新的产物。钠水玻璃在pH值大于10时很稳定,加入适量酸性或具有潜在酸性的物质时,其pH值降低,稳定性下降,使水解和缩聚过程加速进行。

图4-3为pH值对钠水玻璃胶凝时间的影响曲线,曲线呈“N”形,即著名的“N曲线”。胶凝速度最快的pH值,亦即曲线的最低点在6.8～7.1之间；钠水玻璃稳定性最好、胶凝速度非常慢的pH值,也就是曲线的最高点,在3.2～3.9之间和10以上。(https://www.daowen.com)

化学、物理转化过程(称为化学硬化)是水玻璃与固化剂进行一定程度的化学反应,伴随着反应过程的进行,一方面,水玻璃的模数由低到高发生变化,另一方面,伴随着化学反应产生一定的物理效应,如热效应、含水结晶物的吸水效应、CO₂的脱水效应等。这两个方面共同促成液体水玻璃向水玻璃凝胶转化。CO₂硬化水玻璃砂工艺、有机酯自硬水玻璃砂工艺等,都属于这一类型。

图4-3 钠水玻璃胶凝时间和溶液pH值的关系(以乙酸为催化剂)

注:t的单位是min。