Растворимое стекло

Растворимое стекло (водяное стекло, растворимый силикат), в отличие от обыкновенного стекла (см.), есть соединение щелочи (натровой или калиевой) с кремнекислотой (без присутствия щелочноземельных или тяжелометалловых оснований). Различают калиевое и натровое растворимое стекло.

Состав натрового растворимого стекла колеблется от Na₂O.SiO₂ до Na₂О.4SiO₂—Na₂О.SiO₂ (или Na₂SiО₃)_, носит название метасиликата натрия (метакремнекислого натрия). Самое употребительное натровое растворимое стекло получается сплавлением соды с кремнеземом (чистым песком, измельченным кварцем) в горшковых или подовых пламенных печах; в зависимости от соотношения между содой и кремнеземом получают стекло того или иного состава от Na₂O.SiO₂ до Na₂O.4SiO₂. Реакцию образования растворимого стекла при плавке с содой можно изобразить так: Na₂СО₃+nSiO₂ =  Na₂O(SiO₂)n + CO₂, где n = 1, 2, 3, 4 и т. д. Вместо соды можно брать сульфат натрия в смеси с углем (древесным), например: 3Na₂SO₄ + 6SiO₂ + 5С = 3S  + 4СО₂ + CO + 3(Na₂O.2SiO₂), причем восстановленная сера сгорает в сернистый газ и удаляется из расплавленной массы вместе с углекислотой и окисью углерода. Растворимое  стекло можно получить также водным путем, растворением тонко измельченного SiО₂ в растворе едкого натра (NaOH). Вместо тонко измельченного SiO₂ можно брать природный кизельгур (трепел, см.); так, например, для 100 кг растворимого стекла необходимо брать 25 кг NaOH в 40° Б и, 25 кг кизельгура. В этом случае получают водный раствор растворимого стекла. Калиевое растворимое стекло получают сплавлением кремнезема с поташом; от соотношения между поташом и кремнеземом можно получить силикаты состава от K₂O.SiO₂ до 2К₂О.9SiO₂. Вот некоторые рецепты приготовления растворимого стекла: 1) для калиевого стекла берут смесь 45 частей кварцевого песка, 30 ч. поташа и 3 ч. угольного порошка и сплавляют 5-6 часов до тех пор, пока не прекратится выделение углекислоты. По окончании плавки, расплавленное стекло выливают из горшка или выпускают из ванны в каретку, дают охладиться, и тогда получается стекло в прозрачных сплошных массах. Для приготовления натрового растворимого стекла Фукс употреблял 45 ч. порошкообразного кварца, 25 ч. безводного углекислого натра (соды) и 3 ч. древесно-угольного порошка.

Как показывает самое название «растворимое стекло», оно растворимо в воде. В настоящее время полученный сплав, по измельчении его в порошок, растворяют в закрытых железных дигесторах под давлением, впуская пар. Растворы стекла поступают в продажу большей частью в 31—32° Б, 38—40 и в 50° Б.

Состав технического растворимого стекла растворимого стекла в продаже различно и по составу, и по внешнему виду; оно поступает в торговлю или в кусках, или в порошке, или в виде крепких водных растворов. Куски растворимого стекла представляют аморфную, стекловидную, прозрачную или просвечивающую массу (часто с зеленоватым оттенком от некоторого небольшого содержания железа). Растворы бывают бесцветные или желтоватые, различного удельного веса, более или менее сиропообразные и клейкие. Большей частью  они приготовляются в 30—33° Б (удельный вес 1,26—1,295), реже в 38—40° Б (уд. в. 1,35—1,38) или 50° (уд. в. 1,53). Растворы последнего удельного веса носят название водяного стекла — двойного (duplex). Шерер-Кестнер нашел в одном твердом растворимом стекле 74,5% SiO₂ и 25,5 Na₂О (т. е. Na₂О.3,019 SiO₂). То же стекло по растворении в воде до удельного веса 1,16 потеряло часть кремнекислоты, и на 100 ч. растворенного вещества тогда оказалось 72,8—73,7 SiО₂ и 26,3—27,2 Na₂О. По сгущении раствора до удельного веса 1,53, выделилась еще кремневая кислота, и растворенное вещество тогда содержало 70,5—71,1 SiO₂ и 28,9—29,5 Na₂О. Достоинство жидкого стекла точнее всего определяется анализом, но не по удельному весу, как это обыкновенно принято. Вредными примесями в растворимом стекле считаются сернистые щелочи (если оно готовится из сульфата натрия вместо соды) и избыток щелочи. При слишком большом содержании щелочи происходит выветривание стекла (под влиянием углекислоты атмосферы), да и самая щелочь делает стекло слишком едким.

Применение растворимого стекла. Растворимое  стекло применяется: 1) для мытья тканей, белья и рук вместо мыла, но в чистом виде оно, по опытам Вагнера, оказалось негодным, потому что сообщало ткани твердость и жесткость; во всяком случае, мыло действовало лучше. Часто растворимого стекла примешивают к мылу для удешевления последнего (дешевые сорта мыла); 2) для уменьшения горючести дерева и тканей: облекая горючее вещество, оно прерывает сообщение с воздухом, отчего горючее вещество подвергается при действии огня только сухой перегонке, т. е. способно обугливаться, а не гореть; 3) для приготовления минеральных замазок; например, отмученный мел и раствор стекла в 33°Б; 4) для приготовления искусственных камней и защиты общественных памятников от разрушающего действия атмосферы; 5) для стенной живописи (стереохромия, введенная Фуксом); 6) для штукатурки стен без стенной живописи, при дальнейшей полировке стен (под мрамор); 7) для приготовления шлакового цемента без обжига и добавки клинкера (портланд-цементного). Способ профессоров Орлова и Терещенко: доменные шлаки, обычно идущие в отвал, с содержанием 48—51% СаО, измельченные после сухой грануляции, смешиваются с некоторым количеством окиси кальция (4—5%), сульфата натрия и твердого водяного стекла в порошке и без всякого обжига в измельченном виде поступают в продажу. При растворении с водой они дают цементный раствор, не уступающий в прочности портланд-цементу; 8) для подготовки шоссейных дорог, поливанием измельченного известняка в виде наложенного слоя или доменного шлака — раствором водяного стекла (последний способ предложен Орловым).

Литература: Любавин, «Техническая химия», II т.; Gmelin, «Handbuch der anorgan. Chemie», 8 Aufl., Natrium, стр. 861—882; Н. Meyer, «Das Wasserglas, seine Eigenschaften, Fabrikation und Verwendung», Braunschweig, 1925.

Е. Орлов.