Nguyên lý hòa trộn thủy tinh lỏng với keo silic

Một phần của tài liệu nghiên cứu khuôn gốm trên cơ sở vật liệu trong nước (Trang 47)

Dung dịch thủy tinh lỏng có mô đun lớn hơn 4 và tổng hạt rắn trong dung dịch lớn hơn 10% là không thể đạt được bằng cách hòa tan kim loại kiềm và silicát theo tỷ lệ mong muốn vào nước, kể cả dưới điều kiện áp suất. Nhìn chung, quá trình nâng mô đun cho thủy tinh lỏng đều dựa trên 2 yếu tố chính: tăng hàm lượng SiO2 hoặc giảm hàm lượng Na2O trong dung dịch silicate kiềm. Thủy tinh lỏng có mô đun lớn hơn 4 có thể đạt được bằng cách bổ sung một lượng nhỏ axit formic, axit acetic, ammonium clorua và ammonium sulfat để trung hòa Na2O tạo thành muối kiềm làm tăng tỷ lệ giữa SiO2:Na2O [70, 86, 92]. Phương pháp này làm tăng độ nhớt của dung dịch lên rất cao đồng thời làm giảm thời gian đông kết của dung dịch, thậm chí dung dịch có thể đông kết ngay khi phản ứng trung hòa giữa axít và Na2O kết thúc. Ngoài ra còn có phương pháp khác để nâng mô đun của thủy tinh lỏng là phương pháp thẩm tách và phương pháp trao đổi cation, Na2O trong dung dịch chuyển thành NaOH và được loại bỏ khỏi dung dịch và làm tăng mô đun của thủy tinh lỏng [62, 67 - 69]. Tuy nhiên phương pháp này khá phức tạp và cũng làm giảm thời gian đông kết của dung dịch.

Để đạt được thủy tinh lỏng mô đun cao mà không làm tăng độ nhớt, tăng khả năng tạo gel, giảm thời gian đông kết thì biện pháp nâng mô đun thủy tinh lỏng bằng cách tăng hàm lượng SiO2 được quan tâm sử dụng nhiều hơn. Đây là một biện pháp khá đơn giản bằng cách bổ sung trực tiếp keo silic vào thủy tinh lỏng, chi tiết của phương pháp được trình bày trong phát minh của Mỹ [84]. Phương pháp này có thể nâng mô đun thủy tinh lỏng lên tới 10, tuy nhiên phổ biến sử dụng để nâng mô đun thủy tinh lỏng trong khoảng từ 4 – 6 do nâng mô đun càng cao thì lượng keo silic bổ sung vào càng nhiều và như vậy làm tăng giá thành cho thủy tinh lỏng mô đun cao [45], hiện nay phương pháp này đang được áp dụng khá phổ biến trên thế giới.

Keo silic phân tán vào trong thủy tinh lỏng là sự khử polyme bằng thủy tinh lỏng để tạo ra dạng chất lỏng đồng nhất, sau khi cho keo silic và nước bổ sung vào thủy tinh lỏng, hỗn hợp được khuấy đảo liên tục ở khoảng nhiệt độ từ 40 – 100oC từ 5 – 45 phút tùy theo nhiệt độ. Như được phân tích ở trên, quá trình polyme hóa của thủy tinh lỏng là quá trình thuận nghịch, khi cho keo silic vào thủy tinh lỏng sẽ xảy ra hiện tượng kết tủa ngay lập tức. Nước bổ sung thêm vào kết hợp với khuấy đảo ở nhiệt độ cao sẽ tạo điều kiện cho quá trình nghịch xảy ra (khử polyme) để làm tan kết tủa và tạo ra môi trường đồng nhất, ổn định cho thủy tinh lỏng mô đun cao. Nhiệt độ càng cao thì thời gian khuấy đảo càng ngắn do trong quá trình khuấy

đảo có sự lớn lên của kích thước các hạt rắn trong dung dịch thủy tinh lỏng và làm tăng sự sa lắng và giảm độ ổn định trong thủy tinh lỏng. Quá trình tinh thể hóa polysilicate kiềm diễn ra do sự quá nhiệt và là nguyên nhân dẫn tới sự tạo gel và làm mất cân bằng trong dung dịch thủy tinh lỏng. Có một yếu tố nữa ảnh hưởng tới thời gian khuấy đảo, đó là kích thước của hạt keo silic bổ sung vào thủy tinh lỏng. Kích thước hạt keo càng nhỏ thì thời gian khuấy đảo và thời gian nung nóng càng ngắn để đạt được sự ổn định cho dung dịch (sự ổn định của dung dịch ở đây ta có thể hiểu là khả năng chống lại sự sa lắng, phân lớp trong dung dịch thủy tinh lỏng có mô đun cao).

Một phần của tài liệu nghiên cứu khuôn gốm trên cơ sở vật liệu trong nước (Trang 47)