Химическая устойчивость стекла

Способность стекла противостоять разрушающему действию различных реагентов называется химической устойчивостью. Химическая устойчивость стекол в значительной степени зависит от химической природы действующего реагента.

По характеру действия на стекло агрессивные среды можно разделить на две группы.

1. Реагенты, растворяющие щелочную составляющую стекла. К ним относятся вода (влажная атмосфера), растворы кислот, нейтральные и кислые растворы солей.

2. Реагенты, действующие на кислотную составляющую стекла (SiO₂). К ним относятся растворы гидроксидов, карбонатов, фосфатов, фтор, плавиковая кислота.

Особенность действия реагентов первой группы состоит в том, что они вызывают гидролиз щелочных силикатов. Например: Na₂SiO₂ + 2H₂O=2NaOH + SiO₂·H₂O.

В качестве продуктов реакции образуются гель кремневой кислоты и щелочь. Полученные щелочи карбонизируются углекислотой воздуха, стекло выщелачивается, а на поверхности образуется равномерный слой геля кремневой кислоты. Этот слой со временем утолщается и препятствует дальнейшему разрушению стекла.

Реагенты второй группы разрушают непосредственно кремнекислородный каркас стекла, в результате чего полностью удаляются поверхностные слои стекла, причем скорость стравливания постоянна, а глубина проникновения пропорциональна времени воздействия реагента. Никаких защитных пленок в этом случае не образуется.

Химический состав стекла оказывает большое влияние на химическую устойчивость. Увеличение содержания щелочных оксидов понижает химическую устойчивость к действию реагентов, как первой, так и второй группы.

Химическая устойчивость промышленных силикатных стекол к действию кислот повышается при введении оксидов бора, алюминия, кремния, титана, циркония.

Щелочеустойчивость промышленных стекол возрастает при введении оксидов бериллия, цинка, алюминия и особенно диоксида циркония. Вредное воздействие кроме щелочных оксидов оказывают также оксиды магния, бария, свинца и титана.

Мерой устойчивости стекла является количество щелочей или других компонентов, перешедших в раствор при кипячении в воде или растворах щелочей. Для оценки и сравнения химической устойчивости стекол существует шкала, получившая название гидролитические классы стойкости (табл.2)

Таблица 2

Гидролитическая классификация стекол

Класс	Описание стекол	Объем раствора 0,01 н. HCl, пошедший на титрование
I II III IV V	Неизменяемые водой Устойчивые Твердые аппаратные Мягкие аппаратные Неустойчивые	0-0,32 0,32-0,65 0,65-2,80 2,80-6,50 6,50 и выше

Большинство промышленных стекол относится к третьему гидролитическому классу. Химическая устойчивость изделий из стекла может быть значительна, повышена путем специальной обработки для защиты поверхности. В качестве защитных покрытий могут применяться прозрачные пленки кремнийорганических соединений, фториды магния, оксиды алюминия и цинка. Химическую устойчивость поверхности изделия можно также повысить обработкой растворами кислот или выдержкой в атмосфере кислых газов.