чем обеспечена химическая стойкость стекла

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Химическая стойкость стекла характеризуется его устойчивостью к действию воды, растворов солей, кислот и других агрессивных сред. [4]

Химическая стойкость стекол зависит от образующих их компонентов: оксиды SiO. BiO), A O), CaO, MgO, ZnO обеспечивают высокую стойкость, а оксиды Li. Na O, K ] O, BaO, PbO, наоборот, способствуют химической неустойчивости стекла. [5]

Химическая стойкость стекол зависит от образующих их компонентов: бдислы Si02i 2rOZi Ъ0г, Ь Оь. [6]

Химическая стойкость стекла также зависит от его состава. Стекло является химически стойким материалом. Стеклянную тару часто используют для химических реактивов. Однако нз стекло в большей или меньшей степени действуют кислоты, щелочи и вода. [7]

Химическая стойкость стекол существенно изменяется в зависимости от их состава: с усложнением состава стекла и при увеличении содержания в нем Si02, Zr02, ТЮ2, В20з ( до 12 %), АЬОз, СаО, MgO, ZnO или при частичной замене в составе стекла Na20 на К. [8]

Химическая стойкость стекол зависит от химического состава, температуры и давления. [9]

Химическая стойкость стекол зависит от химического состава, температуры и давления. [11]

Химическая стойкость стекол существенно изменяется в зависимости от их состава: с усложнением состава стекла и при увеличении содержания в нем SiCK Zr02, ТЮ2, В20з ( до 12 %), АЬОз, СаО, MgO, ZnO или при частичной замене в составе стекла NaaO на К. [12]

Химическая стойкость стекол зависит от образующих их компонентов: SiO2, Zr02, TiO2, В2О3, А12ОЭ, CaO, MgO, ZnO обеспечивают высокую химическую стойкость, a Li2O, Na2O, К2О, ВаО и РЬО, наоборот, способствуют химической коррозии стекла. Механическая прочность и термостойкость стекла могут быть повышены путем закалки и термохимического упрочнения. [13]

Химическая стойкость стекла сильно зависит от его состава. С повышением содержания в стекле щелочных окислов понижается химическая стойкость. Введенные в щелочно-силикатные стекла окислы бария, кальция, свинца, магния, цинка повышают химическую стойкость стекла. [15]

Источник

Химическая стойкость

Три свойства сочетающиеся в стекле делают его уникальным твердым материалом, который практически нечем заменить.

Химической устойчивостью стекла называется его способность противостоять разрушающему действию воды, влаги и газов атмосферы, растворов солей и различных химических реагентов.

Стекло по сравнению с другими материалами отличается высокой химической устойчивостью, которая зависит от его химического состава и природы действующего реагента и от способа обработки стекла. Химическая стойкость силикатного стекла — одно из самых уникальных его свойств.

На этом свойстве основано их широчайшее применение: для изготовления предметов быта, оконных стёкол, стёкол для транспорта, стеклоблоков и многих других строительных материалов, предметов медицинского, лабораторного, научно-исследовательского назначения, и во многих других областях.

Химическая стойкость стекла высокая: разрушающе действуют на него только горячие щелочи и плавиковая и фосфорная кислоты. Это объясняется химическим составом стекла, его высокой плотностью и способностью при действии водных растворов образовывать на поверхности защитный слой, богатый кремнеземом.

По характеру действия на стекло реагенты можно разделить на две группы. 1) вода, атмосферная влага, растворы кислот (кроме плавиковой и фосфорной), нейтральные или кислые растворы солей, т.е. реагенты с рН, равным 7 и ниже.

Кислоты, за исключением плавиковой и фосфорной, практически не действуют на стекло.

При действии воды происходит гидролиз стекла, в результате которого некоторое количество щелочи и других растворимых компонентов переходит в воду.

Природа химической устойчивости и сущность процессов, происходящих при разрушении стекла, подробно изучены И.В.Гребенщиковым. Он установил, что силикаты, находящиеся на поверхности стекла, вступая во взаимодействие с водой или влагой воздуха, гидролизуются, образуя щелочь и гель кремниевой кислоты. Щелочь вымывается с поверхности стекла (вымываются ионы Na+ и Са+), а гель кремниевой кислоты остается и образуется химически стойкая пленка, обогащенная Si0₂. Кремниевая кислота замедляет процесс дальнейшего разрушения стекла. От толщины слоя защитной пленки и его плотности зависит скорость диффузии через этот слой молекул воды. Процесс разрушения стекла резко замедляется при толщине защитной кремнеземистой пленки более 50 нм.

По отношению к действию воды стекла делят на пять гидролитических классов.

III – твердые аппаратные; натрий-кальций-силикатные, калий-свинцово-силикатные

Большинство силикатных стекол, выпускаемых промышленностью, относятся к границе классов II и III или к началу класса III.

Калиево-натриевые стекла химически более устойчивы, чем чисто натриевые или чисто калиевые (эффект двух щелочей).

Химическая устойчивость силикатных стекол к действию реагентов первой группы существенно зависит от их химического состава, в основном от содержания в стекле кремнезема и щелочных оксидов.

Наибольшей химической стойкостью по отношению к воде и кислым агрессивным средам обладает кварцевое стекло, но по отношению к щелочам оно тоже малоустойчиво, как и другие стекла.

Силикаты щелочноземельных металлов более химически устойчивы, чем силикаты щелочных металлов.

Цинксодержащие стекла отличаются высокой химической устойчивостью, а свинецсодержащие стекла – низкой.

. Разрушение стекла возможно не только при его прямом смачивании, но и при неудовлетворительных условиях упаковки, хранения и транспортировки. Условия, способствующие конденсации влаги на поверхности стекла, являются неблагоприятными и приводят к его разрушению.

. Нет таких стекол, которые бы совсем не реагировали с водой и щелочами.

2) реагенты с рН среды выше 7, т.е. растворы щелочей, карбонатов и других компонентов. По механизму воздействия к этой группе относятся также плавиковая и фосфорная кислоты. Реагенты второй группы разрушают непосредственно кремне-кислородный каркас стекла. В результате полностью удаляются поверхностные слои, причем скорость разрушения остается постоянной, а глубина разрушения пропорциональна времени действия раствора.

. Щелочеустойчивость стекол мало зависит от их состава.
Химическая устойчивость стекол к реагентам второй группы значительно ниже, чем к реагентам первой группы.

При длительном воздействии щелочей (реагентов 2 ой группы) на стекло происходит его выщелачивание, изменение состава, вида (поверхность стекла становится матовой) и свойств (ухудшается прозрачность и т.д.).

Сила воздействия гидроксидов щелочных металлов при одинаковой нормальности уменьшается в ряду (HF) – NаОН – КОН – LiОН – NН4ОН. Растворы карбонатов натрия и калия также оказывают сильное разрушающее действие на стекло. Плавиковая кислота обладает наибольшим разрушающим воздействием на стекло. При воздействии на стекло плавиковой кислоты разрушение стекла сопровождается образованием летучих фтористых соединений кремния.

Однако химическая устойчивость стекла зависит и от его обработки.

Так, она повышается после выдувания стекла из стекломассы, а также после отжига в печах, атмосфера которых содержит сернистый ангидрид. Это объясняется тем, что при высокой температуре между соединениями щелочных металлов, входящими в состав стекла, и газами, содержащимися в окружающей стекло атмосфере, протекает реакция, причем лишь на поверхности стекла. Этот процесс условно называется обесщелачиванием поверхности стекла.

Для специальных целей выпускают химически-стойкое стекло, а также стекло, стойкое к тем или иным видам агрессивных воздействий.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Чем обеспечена химическая стойкость стекла

СТЕКЛО И ИЗДЕЛИЯ ИЗ НЕГО

Методы определения химической стойкости. Общие требования

Glass and glass products. Methods for determination of chemical resistance. General requirements

Дата введения 2019-03-01

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом «Институт стекла», Техническим комитетом по стандартизации ТК 41 «Стекло»

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 25 сентября 2017 г. N 103-П)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Минэкономики Республики Армения

Госстандарт Республики Беларусь

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 марта 2018 г. N 150-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 10134.0-2017 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 марта 2019 г.

ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 10, 2019 год

Поправка внесена изготовителем базы данных

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие требования к методам определения химической стойкости к воздействию: дистиллированной воды при температуре 98°С (водостойкость), растворам соляной кислоты (кислотостойкость) и щелочей (щелочестойкость), и распространяется на листовое стекло и изделия из него.

Настоящий стандарт не распространяется на оптическое, кварцевое, электровакуумное стекло, стеклянную тару, медицинское стекло, а также другие виды стекол, для которых установлены иные методы определения водостойкости, кислотостойкости и щелочестойкости.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 12.0.004-2015 Система стандартов безопасности труда. Организация обучения безопасности труда. Общие положения

ГОСТ 12.1.004-91 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.1.019-79 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты

На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 12.1.019-2009.

ГОСТ 12.4.009-83 Система стандартов безопасности труда. Пожарная техника для защиты объектов. Основные виды. Размещение и обслуживание

ГОСТ 1770-74 (ИСО 1042-83, ИСО 4788-80) Посуда мерная лабораторная стеклянная. Цилиндры, мензурки, колбы, пробирки. Общие технические условия

ГОСТ 3118-77 Реактивы. Кислота соляная. Технические условия

ГОСТ 3956-76 Силикагель технический. Технические условия

ГОСТ 4919.1-2016 Реактивы и особо чистые вещества. Методы приготовления растворов индикаторов

ГОСТ 4919.2-2016 Реактивы и особо чистые вещества. Методы приготовления буферных растворов

ГОСТ 6613-86 Сетки проволочные тканые с квадратными ячейками. Технические условия

ГОСТ 6709-72 Вода дистиллированная. Технические условия

ГОСТ 9147-80 Посуда и оборудование лабораторные фарфоровые. Технические условия

ГОСТ 17299-78 Спирт этиловый технический. Технические условия

ГОСТ 23932-90 Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Общие технические условия

ГОСТ 24104-2001 Весы лабораторные. Общие технические требования

На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 53228-2008.

ГОСТ 25336-82 Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Типы, основные параметры и размеры

ГОСТ 29169-91 (ИСО 648-77) Посуда лабораторная стеклянная. Пипетки с одной отметкой

ГОСТ 29227-91 (ИСО 835-1-81) Посуда лабораторная стеклянная. Пипетки градуированные. Часть 1. Общие требования

ГОСТ 29251-91 (ИСО 385-1-84) Посуда лабораторная стеклянная. Бюретки. Часть 1. Общие требования

ГОСТ 29252-91 (ИСО 385-2-84) Посуда лабораторная стеклянная. Бюретки. Часть 2. Бюретки без установленного времени ожидания

ГОСТ 29253-91 (ИСО 385-3-84) Посуда лабораторная стеклянная. Бюретки. Часть 3. Бюретки с временем ожидания 30 с

ГОСТ 32539-2013 Стекло и изделия из него. Термины и определения

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 32539, а также следующий термин с соответствующим определением:

3.1 химическая стойкость стекла: Способность поверхности стекла противостоять разрушающему воздействию воды, растворов кислот, щелочей, а также растворов различных химических реагентов. В зависимости от вида воздействующего реагента на стекло различают водостойкость, кислотостойкость и щелочестойкость стекла.

4 Общие требования

4.1 Подготовка пробы к проведению испытания

4.1.1 Отбор и подготовку проб к определению химической стойкости проводят по нормативной документации на конкретный вид стекла. Для подготовки пробы к проведению испытания отбирают отожженный или упрочненный образец стекла. Поступивший на испытание образец стекла тщательно очищают от механических и любых других видов загрязнений, обмывают дистиллированной водой по ГОСТ 6709, протирают этиловым спиртом по ГОСТ 17299.

4.1.2 Для приготовления пробы образец стекла разбивают на куски размером от 10 до 30 мм. При этом используют защитные очки и соблюдают правила безопасности при работе со стеклом.

На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 12.4.013-97.

4.1.3 Для приготовления измельченного стекла из пробы отбирают куски стекла общей массой не менее 100 г. Отобранные куски измельчают в ступке по ГОСТ 9147 (ступка 5, пестик 3) ударом молотка по пестику. Допускается использовать ступку и пестик, изготовленные из других износостойких материалов (мрамор, гранит и т.д.). После каждого удара раздробленную пробу просеивают в течение 30 с через набор сит по ГОСТ 6613. Крупную часть, оставшуюся на ситах с номинальным размером стороны ячеек 1,000 и 0,500 мм, вновь измельчают в ступке до тех пор, пока не будет приготовлено от 8 до 10 г пробы. Пробу просеивают через сито с номинальным размером стороны ячейки 0,315 мм в течение 5 мин, освобождают от частиц железа магнитом и помещают в емкость для взвешивания.

4.1.4 При проведении испытания не допускается использовать образцы стекла с различными видами покрытий.

4.2 Требования к применяемой посуде, аппаратуре, материалам и реактивам

4.2.1 Для приготовления растворов и при проведении испытаний применяют дистиллированную воду по ГОСТ 6709, если в нормативной документации на метод определения не предусмотрено использование другой воды.

4.2.2 При приготовлении растворов и проведении испытания после каждого добавления реактива раствор перемешивают. Перемешивание проводят в течение нескольких секунд до полного растворения реактива при отсутствии указания о времени перемешивания.

4.2.4 При проведении испытаний применяют чистую посуду.

4.2.6 Для фильтрования применяют бумажные фильтры (беззольные).

4.2.7 Для проведения испытаний применяют:

— лабораторные стеклянные посуду и оборудование по ГОСТ 25336;

— лабораторные фарфоровые посуду и оборудование по ГОСТ 9147;

— цилиндры, мензурки, колбы и пробирки по ГОСТ 1770;

Источник

Химические свойства стекла

Химическая стойкость. Химической стойкостью называется способность стекла противостоять разрушающему действию воды, растворов солей, влаги и газов атмосферы.

Стойкость стекла к действию щелочей называется щелочестойкостью, к действию кислот — кислотостойкостью. С увеличением в стекле содержания щелочей оксидов (Na₂O или K₂O) химическая стойкость стекла снижается. Введение в состав стекла оксидов цинка, циркония, магния, бария способствует повышению химической стойкости стекла.

Химическую стойкость стекла определяют по разности массы образца до и после испытания. Для испытания приготовляют порошок из стекла или массивный образец стекла, взвешивают его и затем кипятят в агрессивной среде, чаще всего в растворах NaOH, Na₂CO₃, HCl и дистиллированной воде. После опыта образец высушивают и взвешивают на аналитических весах. Потеря в массе стекла и характеризует его химическую стойкость. Химическую стойкость определяют также титрованием кислотой (HCl) раствора, в котором было обработано испытуемое стекло. В этом случае химическая стойкость характеризуется количеством кислоты, затраченной на титрование: чем больше израсходовано кислоты на титрование, тем меньше химическая стойкость стекла.

Щелочестойкость оконного стекла определяют попотере массы с 1 дм 2 пластины стекла при обработке ее в кипящем однонормальном растворе углекислого натрия в течение 3 ч. Потеря при этом не должна превышать 38 мг с 1 дм 2 поверхности.

В зависимости от способности стекол противостоять разрушающему действию воды и других агрессивных растворов их подразделяют на гидролитические классы, которые определяются количеством HCl, пошедшим на титрование.

Наибольшую химическую стойкость имеет кварцевое стекло, оно относится к I гидролитическому классу, химико-лабораторные стекла, как правило, ко II. Большинство промышленных стекол принадлежит к самому обширному — III гидролитическому классу, а наиболее устойчивые из них — оконное и полированное — к первой половине этого класса.

Химическая стойкость силикатных стекол в основном зависит от химического состава и определяется содержанием в них кремнезема. SiO₂ значительно увеличивает химическую стойкость стекла, щелочные же окислы, как правило, понижают ее. Другие компоненты стекла ведут себя по-разному по отношению к различным реагентам. Поэтому при подборе химических составов стекол руководствуются тем, в каких условиях они будут использоваться.

Источник

Чем обеспечена химическая стойкость стекла

Зависимость предела прочности на изгиб листового
стекла от состояния его поверхности

Поверхность стекла

Предел прочности на изгиб, Н/м 2

Протертая наждачной бумагой

Полированная без предварительной шлифовки

Полированная с последующей воздушной закалкой

Травленная в 20%-й плавиковой кислоте при глубине снятого слоя 100 мкм

Механические свойства оптических стекол

Модуль упругости (Юнга)

Относительная твердость по сошлифовыванию

Примечание. Относительная твердость по сошлифовыванию, приведенная в таблице, характеризуется отношением объема сошлифованного оптического стекла марки К-8 к объему сошлифованного при тех же условиях стекла другой марки.

Способность стекла противостоять разрушающему действию агрессивных сред — кислот, щелочей, влаги, газов атмосферы, растворов солей и различных химических реагентов. Стекло по сравнению с другими материалами отличается высокой химической стойкостью, которая зависит от его химического состава и природы действующего реагента.

По характеру действия на стекло реагенты можно разделить на две группы. К первой группе относятся вода, атмосферная влага, растворы кислот (кроме плавиковой и фосфорной), нейтральные или кислые растворы солей (с рН = 7 и ниже). Ко второй группе относятся растворы щелочей, карбонатов и других компонентов (с рН среды выше 7). По механизму воздействия к этой группе относятся также плавиковая и фосфорная кислоты.

При взаимодействии воды с поверхностью стекла протекают процессы гидратации и гидролиза. Щелочные катионы вымываются с поверхности стекла и переходят в раствор, а на поверхности стекла образуется пленка геля кремниевой кислоты, которая выполняет защитную роль, препятствуя диффузии воды в глубь массы стекла.

Реагенты второй группы, растворяют кремнезем (сетку стекла) и не позволяют образовываться защитному слою, разрушают стекло с постоянной скоростью.

Влияние температуры В области до 100 ° С разрушение стекла любым реактивом ускоряется в 1,5–2 раза на каждые 10 ° С повышения температуры. При повышении температуры за 100 °С разрушение происходит все сильнее, так как меняется его характер. Устойчивыми лишь оказываются стекла с повышенным содержанием циркония.

Влияние термического прошлого (закалки и отжига) стекла одинаково сказывается на разрушении стекол реагентами обеих групп; закаленные стекла разрушаются в 2 раза сильнее, чем хорошо отожженные. Исключение составляет группа щелочно-боросиликатных стекол, которое уменьшает свою устойчивость при отжиге вследствие специфических свойств стекла.

Состояние поверхности имеет существенное значение при разрушении стекол реагентами 1-й группы. Самой низкой устойчивость будет обладать поверхность свежего разлома.

В зависимости от водостойкости стекла делят на пять гидролитических классов: I — не изменяемые водой; II — устойчивые; III — твердые аппаратные; IV — мягкие аппаратные; V — неудовлетворительные. Большинство промышленных стекол принадлежит к самому большому — III гидролитическому классу, водомерные, термо- и химически стойкие стекла — к I и II классам. С повышением температуры реагента химическая стойкость стекла понижается.

Наиболее безошибочно о пригодности стекла к эксплуатации можно судить, испытав его в условиях, максимально приближающихся к условиям службы, и придав поверхности образцов состояние, характерное для поверхности самого изделия из стекла.

Все методы испытания условно разделили на две группы:

I — методы для оценки изменения поверхности стекла;

I I — методы, основанные на измерении количеств вещества, отдаваемых стеклом в действующий реактив.

Методы определения химической устойчивости представлены в соответствующей таблице.

Методы оценки химической устойчивости стекла

Проводимые исследования

Методы ГОСТов и примечания

Определение потерь вещества в массе при навеске зерен стекла определенной фракции в результате обработки водой, кислотой, щелочью (в этом случае применяются образцы правильной геометрической формы) при 100 °C при определенном времени воздействия

Составляет основу ГОСТов: 10134–82, распространяющегося на промышленные стекла и стеклокристаллические материалы;

21400–85, распространяющегося на специальные химико-лабораторные стекла;

ГОСТ 19810–85 определяет щелочестойкость стекол медицинского назначения

I и II
одновременно

Определение сухого остатка фильтрата (мг на 100 мл) воздействующего реагента (метод DGG стандарта ФРГ)

Определение толщины слоя гелеобразной кремниевой кислоты — продукта взаимодействия стекла с кислотой либо водой по изменению интерференционной окраски полированной поверхности, либо определение времени появления интерференционной окраски, принятой в качестве стандартной

Составляет основу определения устойчивости к пятнающим реагентам оптических стекол по ГОСТ 13917–92

Профило-графичес-кий

Измерение средней толщины «разрушенного» слоя при воздействии воды, кислот на малоустойчивые силикатные и несиликатные стекла

К промышленному использованию допускаются стекла, разрушающиеся при 25 °C в течение 180 мин на глубину не более 6 мкм

Определение поглощения и рассеивания света продуктами разрушения, образовавшимися на поверхности стекла под воздействием реагента

Применяется для оценки разрушения листового и оптического стекла (метод Симпсона, 1967)

I и II
одно-временно

Кондукто-метричес-кий

Определение изменения поверхностной электропроводности стекла, вызываемого действием реагента, например влажной атмосферой при определенной температуре.

Определение изменения удельной электропроводности реагента (воды, кислоты) в процессе его взаимодействия со стеклом

Для практического применения допустимы стекла, дающие прирост удельной электропроводности воды при 25 ° C и 30-минутном контакте с реактивом не более 15 · 10 7 См ∙ см –1

I и II
одно-временно

Изменение активности поверхности стекла, приобретенной за счет поглощения из воздействующего реагента радиоактивных элементов.

Определение изменения активности воздействующего реагента, вызываемого переходом в реагент из стекла радиоактивного изотопа

Определение количеств веществ, перешедших из порошка стекла в действующий реагент, прямым титрованием с индикатором. Наиболее часто применяется для определения количества щелочей, перешедших в реагент

Ускоренный метод ГИС: основан на определении количества
мл 0,01 н. HCl, использованной на титрование 50 мл Н₂О, воздействовавшей на 2 г стекла за 1 час (d_зерна = 0,44–0,7 мм) при 100 °С.

Методы Капплера Тернера, стандарты DGG, принятые в Германии.
Методы — ГОСТ 19809–85 «Определение водостойкости стекол медицинского назначения».
Индикатор — метилрот

Потенциометрический

Измерение отклонения относительно начального рН-реагента после его воздействия на стекло в течение определенного времени при определенной температуре

В основе ГОСТ 10782–67 для определения химической устойчивости сосудов для хранения крови и ГОСТ 18122–72 для ампул лекарственных препаратов

Химическая стойкость стекол во влажной атмосфере (налетоопасность)

Группы
налетоопасности

Общая характеристика стекол

Стекла хорошей стойкости

Стекла средней стойкости

Налетоопасные, нестойкие стекла

Примечание. Группы налетоопасности, приводимые в таблице, характеризуются временем образования на поверхности образца капельного гигроскопического налета (видимого под микроскопом при увеличении в 80 раз) в атмосфере с влажностью 85 % при 50 °С. Этот метод применяется обычно для характеристики стойкости оптических стекол.

Химическая стойкость стекол к слабокислым растворам (пятнаемость)

Источник