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水溶性硅酸盐的结构

作者:广州沃纳氟    来源:沃纳氟    发布时间:2020-09-22 10:16    浏览量:

  探索世界的奥秘,大的方向我们可以向太空的星辰大海前进,小的方向我们则可以在事物的微观世界内观察。下文沃纳氟(Worner)主要带大家来观察硅酸盐的微观世界,了解它的结构及反应方程式,详情如下。

  水溶性碱金属硅酸盐中含有多种不同结构。通过不同物理化学方法分析发现,这些不同结构的基本结构单元是硅氧正四面体,如下图所示。

  

 

  硅氧正四面体通过不同的组合形成阴离子的单体、二聚体、三聚体以及支链、环状结构,甚至三维网络结构,如下图所示。

  

 

  在不同碱性条件下,碱金属硅酸盐中氧原子可能以未离解的硅醇(Si-OH)基团或负离子(Si-O-)的形式存在,其平衡离子为带正电荷的碱金属阳离子(M+)根据浓度、碱性等不同,单体、低聚物和聚合物形式的硅酸盐基团在溶液中的分布不是固定的,而是处于动态平衡中。碱金属硅酸盐的溶液中存在两个重要的可逆平衡反应。

  一是酸碱平衡反应,见方程式:

  

 

  二是缩聚离解平衡反应,见方程式:

  

 

  上述化学平衡反应(也是聚合反应)受到溶液的pH值、电解质(盐)的浓度、温度等因素的影响,因此这些因素也影响硅酸盐涂料的贮存稳定性和施工固化过程。

  当pH值降低时,单硅酸根离子按下式反应:

  

 

  在高pH值(≥11)时,主要以H2Si42-和H3SiO4-形式存在;当pH值降至弱碱性或中性时,主要以H3SiO4-和H4SO4形式存在,缩聚反应按下式反生:

  

 

  两个硅醇基反生缩合反应,单硅酸根离子形成二聚体,二聚体还可继续与单硅酸根离子或二聚体通过硅醇基缩合成三聚体和四聚体,聚合反应继续进行,直到最后形成凝胶网络结构。

  这些硅酸盐的低聚物在碱性条件下带负电荷的,由于电荷排斥力而保持稳定。电解盐的加入可屏蔽表面电荷,降低系统的稳定性,特别是高价阳离子可引起涂料的快速固化:

  

 

  碱金属硅酸盐同多价阳离子,如Ca2+,也可以是Mg2+或Fe3+和Al3+等,发生不可逆反应生成不溶性硅酸盐。硅酸盐无机涂料施工时可与基材中的Ca2+反应,生成不溶性的硅酸钙。根据阿仑尼乌斯方程,温度升高化学反应速度加快,碱金属硅酸盐的聚合反应速度也随着温度升高而升高,固化速度加快。

  这些化学反应除了影响碱金属硅酸盐溶液的物理化学性能(如流变性、稳定性等)外,还影响其施工应用中的固化机理。也正是因为这些反应,碱金属硅酸盐可以理解为无机高分子聚合物,可以作为粘结剂应用在涂料中。

  参考文献:

  [1]《无机硅酸盐涂料用粘结剂及其固化机理》徐凯斌

  有关于水溶性硅酸盐的结构,相关详情沃纳氟(Worner)就讲解到这里了,希望一篇文章能对大家有所帮助。沃纳氟材料(广州)有限公司专业从事氟化物和无机盐类产品的生产与销售,有着健全的质量管理体系及环境管理体系,一直以来坚持为广大客户提供质优价廉的产品及一流的售后服务,有需要的朋友可联系沃纳氟,我们诚心为您服务。

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