Силикатный клей

Потребность связывания веществ, деталей и предметов для получения новых изделий вызвала появление растворов, названных клеями. Клеевые средства делятся на специальные и универсальные. Специальные клеи используют для склеивания однородных, универсальные — разнородных материалов.

К последним относят силикатный клей. Раствор используют более чем в 25 сферах промышленной деятельности. Основные сведения об этом виде клея и его применении собраны в этой статье.

Состав

В понятие «клей силикатный» вкладывают название веществ с примерно одинаковыми качествами, но разного состава. Рассмотрим, что такое силикатный клей в общем случае.

Клей выглядит как гель прозрачного, зеленоватого или коричневатого цвета, обязательным веществом в составе которой являются соли кремниевой кислоты.

Дополнительно в состав входят оксиды щелочных металлов – или натрия, или калия, или лития. Поэтому существуют три основных вида клея: натриевый, калиевый и литиевый. Каждый из них создаёт клеевую массу, обладающую сходными, но присущими каждому в отдельности, свойствами.

Дома, в школе и офисе принято название этой массы канцелярский или конторский клей. В промышленности — силикатный клей жидкое стекло.

Клеящие свойства жидкого стекла прямо пропорциональны силикатному модулю – отношению количества кремниевого сырья к количеству щелочного компонента. Область значений силикатного модуля 2,0 – 4,0.

Химическая формула жидкого стекла Na₂O+SiO₂.

Технологии производства

В промышленном изготовлении жидкого стекла применяют два вида технологических решений – сухой и мокрый.

Сухая технология

Используют три способа получения готового продукта в зависимости от основного исходного сырья: песок, кремниевое сырьё или стеклобой.

На основе песка. При добавлении в песок технической соды получают натриевое, а с поташом – калиевое жидкое стекло. Содержание процесса — при температуре около 1300 °C происходит запекание смеси, которая при охлаждении превращается в камнеподобные глыбы силиката.

Как выглядит охлаждённая натриевая смесь после запекания, видно на фото 1.

В дальнейшем глыбы размалываются в порошок и упаковываются в бумажные мешки.

Другой вариант — производится растворение размельчённых глыб в горячей воде под давлением для получения жидкой суспензии. Жидкое стекло заливают в пластиковые канистры или в металлические бочки.

На основе кремниевого сырья. Сырьё измельчают, добавляют в него щелочной элемент (оксиды или натрия, или калия, или лития). Полученную шихту перемешивают в стационарном или вращающемся автоклаве при температуре около 1000 °C под давлением 3 – 4 атмосферы до получения силикатных глыб. Глыбы являются основным материалом для получения порошка или готового жидкого стекла.

На основе стеклобоя. Сырьё измельчают, очищают от примесей, добавляют щелочной ингредиент и расплавляют шихту. После охлаждения расплав приобретает вид силикатной глыбы, из которой получают порошок, гранулы или водную дисперсию. Из порошка и гранул жидкое стекло можно изготовить на месте применения.

Мокрая технология

Преимуществом этого вида технологии является прямое получение жидкого стекла без предварительного создания силикатной глыбы.

Суть технологии составляет растворение сырья, содержащего кремний, растворами щелочных веществ. К сырью относят природный кремнезём, чаще всего инфузорит или диатомит, в аморфном состоянии – в виде порошка. К кремнезёму добавляют щелочной раствор натрия, калия или лития концентрированный, что ускоряет реакцию растворения.

Время, необходимое для получения жидкого стекла зависит от размеров крупинок порошка, температуры и давления при растворении. При удельном весе щелочного раствора 1,2 под давлением три атмосферы при температуре около 100 °C жидкое стекло из инфузорита было получено за три часа с силикатным модулем около 3,0.

Области применения

Из общего количества жидкого стекла, производимого в России, 90% приходится на натриевое, 8% — на калиевое жидкое стекло.

В быту

Канцелярский или конторский клей используется для склеивания бумаги, приклеивания её к непористым поверхностям. Применяется также для ремонта стеклянных и фарфоровых изделий. Заклеивает свежие срезы, предотвращая развитие поражения дерева.

Стиральные порошки, мыло, средства для мойки посуды – всё это производят с применением натриевого жидкого стекла.

Используемые в быту краски для работ на открытом воздухе, для защиты сильно нагреваемых поверхностей создаются на основе калиевого варианта. Этот же клей используют при обработке деревянных и других поверхностей для создания защитной плёнки. Плёнка не трескается, выдерживает нагревание и охлаждение, атмосферные осадки.

Порядок обработки силикатным клеем кузова автомобиля показан в видео.

В строительстве

Наиболее широко в строительной отрасли применяют натриевое жидкое стекло. Его цена в три раза меньше цены других видов.

Обработка жидким стеклом придаёт фундаменту будущего дома повышенную прочность.

Высокая адгезия и проникающая способность используют при заделке трещин в фундаменте, при этом фундамент становится монолитным.  Наглядно такие работы показаны в видео.

Вещество используют для добавления в цемент при устройстве стенок печей, обеспечивая их огнеупорность. При добавлении силикатного клея в цемент или бетон существенно повышают их прочностные качества и стойкость к атмосферным воздействиям.

С помощью жидкого стекла прямо на объекте строительства или ремонта готовятся грунтовочные растворы, пропитки для потолков и стен, антисептики, гидроизоляционные и огнеупорные смеси.

Другие сферы

В соответствии с ГОСТ 13078-81 жидкое натриевое стекло применяют в бумажной промышленности для создания картонной тары. В текстильной промышленности пропитка материалов этим веществом позволяет создавать негорючую защитную одежду.

В литейном производстве силикатный клей используют для изготовления форм и стержней для разовых отливок. Пример, как делать форму для отливки в домашних условиях приведён в видео.

Применяемые в сварке электроды изготавливают с применением калиевого жидкого стекла

При добыче руды, разделении нефти и воды, очистке канализационных стоков используют хорошее прилипание силикатного клея к любым материалам. В этих случаях жидкое стекло применяют в качестве реагента флотации.

Современной сферой применения силикатного клея стала космическая.

Литиевое жидкое стекло используют при создании терморегулируемых поверхностей космических аппаратов.

Достоинства силикатного клея

Применение клея в перечисленных сферах обусловлено его положительными качествами. К ним относят:

• Дешевизна исходных компонентов для производства жидкой формы.
• Простота хранения при низких температурах – после замерзания и размораживания не теряет своих свойств.
• Высокая степень адгезии практически с любыми материалами, определяемая величиной силикатного модуля.
• Способность образовывать прочную гидроизоляционную плёнку со сроком эксплуатации до пяти лет. Плёнка защищает от воздействия кислот, перегрева. Сама не горюча.
• Появление при высыхании нерастворимой клеевой прослойки, обладающей антисептическими и антистатическими свойствами.
• При высыхании отсутствуют деформационные сдвиги, что сохраняет форму и крепость склеенных материалов.

Недостатки

Помимо большого числа достоинств клею присущи и недостатки, которые учитывают

При планировании использования учитывают и недостатки жидкого стекла. Некоторые из них связаны с достоинствами клеящей массы:

• Клей непригоден для обработки пористых материалов, таких как кирпич. Из-за высокой проникаемости суспензия заполняет все поры и при высыхании разрывает кирпич изнутри. Это ограничивает применение суспензии в строительстве.
• Малое время работы с растворами, в состав которых входит силикатный клей — быстрое затвердевание требует навыков и опыта строителей.
• Для гидроизоляции нужны другие компоненты, к которым материал используется как дополнение.

Виды и марки

По предназначению силикатный клей используется в быту и в промышленном производстве. В быту этот клей называют канцелярским (реже — конторским). В государственных стандартах принято название – жидкое стекло (натриевое, натриево-калиевое, калиевое, калиево-натриевое или литиевое).

Клей канцелярский в магазинах представляют свыше десяти производителей. Основными марками являются BRAUBERG, Attaché, Berlingo, ОфисМаг, Экспоприбор. Эти марки выпускаются многими странами по единому рецепту.

Основу суспензии всех марок составляет силикат натрия. Как правило, клей для бытовых нужд представляет собой достаточно густой гель прозрачного цвета. Каждый бренд использует свой вид упаковки.

Жидкое стекло изготавливают стекольные предприятия в качестве дополнительной, а некоторые — в качестве основной продукции. Эти заводы располагаются в местах, богатых необходимыми для производства полезными ископаемыми — кремнезёмами и щелочными металлами.

В промышленных нуждах жидкое стекло выпускают в виде порошка, гранул или водной суспензии. Порошок — вещество белого цвета. Гранулы и суспензия могут иметь оттенки серого, жёлтого или зеленоватого цвета, в зависимости от применённой щёлочи.

Фасовка формы упаковок

При любом способе производства готовый силикатный клей — состав дисперсный, коллоидный раствор. На воздухе клей быстро высыхает, поэтому хранится только в упакованном виде.

Канцелярский клей расфасовывают в небольшие гибкие пластиковые тубы или баночки. Как правило, для облегчения использования каждая упаковка имеет крышку с дозатором подачи клеевой массы.

Зарубежные и российские производители в качестве дозатора используют шарик, при нажатии на который клей поступает на склеиваемую поверхность. Дозатор обеспечивает равномерную подачу клея, без пачканья рук. Это очень удобно в школе, а также в домашних условиях, где клеем пользуются дети.

Жидкое стекло производственного назначения пакуется в зависимости от агрегатного состояния.

Порошок и гранулы упаковывают в плотные бумажные мешки весом 25 или 50 кг в каждом.

Суспензия заливается в 250-литровые металлические бочки, металлические банки или в жёсткие пластиковые канистры объёма от 0,5 до 6 литров. Большие объёмы перевозятся в автомобильных или железнодорожных цистернах.

Технические характеристики

Технические характеристики жидкого стекла определяются ГОСТами. Основными являются: внешний вид, массовая доля двуокиси кремния, окиси щелочного металла, силикатный модуль. Определяются ограничения для окисей железа, алюминия, серы, кальция. Массовые доли приводятся в процентах к общему количеству суспензии.

Нормой внешнего вида суспензии является густая жидкость плотностью 1,3…1,5 г/см³. Количество воды находится в пределах 50–70%. Не допускаются механические примеси или включения, которые видны простым глазом. Цвет жидкости жёлтый или серый.

Доля кремния зависит от предназначения жидкого стекла, находится в пределах от 23 до 37%. Щелочные доли: натрия — 8,7–13,8%; калия и лития — 20–26%.

Объём окисей всех других видов не должен превышать 1%.

Силикатный модуль также зависит от целей подготовки жидкого стекла. Например, ГОСТ 13078-81 определяет 13 сфер применения натриевого жидкого стекла. В зависимости от того, где будет использоваться суспензия, значение модуля находится в пределах 2,3–3,6. Максимальное значение модуль имеет для жидкого стекла, предназначаемого для бумажной промышленности.

 Инструкция по применению

Порядок использования жидкого стекла в промышленности определяется технологиями соответствующих производств. Правила определяют применяемые для каждого продукта дозы и состав суспензии, а также меры безопасности при работе с нею.

На каждой упаковке клея приведена инструкция по его применению. К бытовым делам относят склеивание бумаги, деревянных, стеклянных и металлических поверхностей, а также покрытие различных поверхностей, ремонт предметов одежды и обуви. При этом рекомендуют следующие правила работы.

1. Подготовить необходимый для работы инвентарь — банки с клеем, кисти, щётки, валики и т. п. Очистить от посторонних предметов место для расположения склеиваемых, защищаемых или ремонтируемых предметов.
2. Приготовить необходимое для обработки больших поверхностей количество жидкого стекла из сухих ингредиентов.
3. Произвести очистку мест склеивания и ремонта от грязи и жировых отложений. Если предстоит склеивание деревянных и металлических поверхностей, мелкие дефекты устранить наждачным полотном.
4.  При склеивании нанести на обе поверхности тонкий слой клея, приложить их обработанными сторонами и прижать. Выждать время, необходимое для кристаллизации клея, после чего склеенные детали можно использовать по назначению.
5. Для защиты поверхности от вредного воздействия её тщательно очистить. Деревянную поверхность загрунтовать клеевой грунтовкой. После высыхания грунтовки наносить клей тонкими слоями (5–6 слоёв). Каждый следующий слой наносить после высыхания предыдущего. Нанесение клеевого состава производить кистью или с помощью пульверизатора.
6. Перед нанесением защиты на корпус автомобиля поверхность очистить от грязи, отполировать и обезжирить соответствующими реактивами. Нанести от 3 до 10 слоёв силикатного клея. Время высыхания клеевой защиты на кузове – 8–10 часов. На этот период не допустить попадания пыли на кузов.
7. При работе следить, чтобы клей не попадал на открытые участки кожи или в глаза. Если это произошло — смыть клей водой, не допуская высыхания.

При использовании сухих компонентов клей готовят в количествах, необходимых для проведения работы. Излишки быстро загустеют и во многих случаях их придётся выбросить. Даже при невысоких ценах на силикатные клеи это экономически невыгодно.

Порядок применения и меры безопасности приведены здесь.

Чем разбавить

Силикатный клей — это водный раствор различной плотности. Поэтому основным способом разбавления суспензии является добавление воды. Соотношение воды и клея для разных целей показано в ролике.

Загустевший раствор разжижают добавлением горячей очищенной воды с постоянным размешиванием до получения однородной среды. Количество воды зависит от требуемой густоты клея. Чем гуще раствор, тем выше его клеящие свойства. Более жидкую суспензию легче равномерно нанести на поверхность склеиваемых или защищаемых поверхностей.

Засохший на теле клей растворяют и смывают тёплой водой. Для удаления засохшего клея с одежды его замачивают на 0,5 – 1 час в тёплом растворе соды.

Со стеклянной поверхности удалить высохший клей не удастся никогда, из-за однородности химического состава.

Как сделать силикатный клей самому

Когда рассматривался вопрос силикатный клей что это такое, было отмечено два этапа промышленного создания этой суспензии:

• сплавление исходного сырья для получения силикатного сырья — глыб;
• получение жидкой фракции клея растворением измельчённых глыб в щёлочи

Первый этап осуществляется только на промышленном оборудовании в условиях высокой температуры и давления. В домашних условиях повторить этот процесс невозможно.

На втором этапе происходит соединение силиката с щелочным окислом натрия или калия (реже — лития). Когда есть готовые силикатные полимеры, то конторский клей можно сделать и в домашних условиях.

При самостоятельном изготовлении клея в качестве силикатной основы берут силикагель, а в качестве щёлочи — соду или гидроксид калия. Эти ингредиенты клеевого состава покупают в магазинах.

Химическая реакция соединения основы и щёлочи происходит в присутствии воды при подогреве и интенсивном размешивании.

Наглядно процесс приготовления калиевого жидкого стекла показан на

В видео рассказано, как самому изготовить силикатный клей — калиевое жидкое стекло.

Знание состава, преимуществ и недостатков позволяет использовать силикатныйклей для детского творчества. Клей позволяет создавать даже художественные произведения, поражающие своеобразием. Без использования жидкого стекла не могут обойтись многие отрасли промышленности.

Порядок приготовления натриевого жидкого стекла приведён здесь.