Анализ вспенивающей активности различных видов порообразователей при синтезе пеностекла

Abstract

Актуальность исследования обусловлена решающим влиянием различных порообразующих веществ на формирование качественных и количественных характеристик пористой структуры пеностекла. Цель: исследование вспенивающей активности различных типов порообразователей при синтезе пеностекла и изучение физико-химических процессов, происходящих при термической обработке шихт с использованием данных видов порообразователей. Объекты: образцы пеностекла, где основным сырьем выбран бой бесцветного тарного стекла марки БТ-1, а актуальными порообразующими веществами - кальцит (мел), углерод (антрацит), глицерин. Методы: cинтез по порошковой технологии, обжиг в температурном интервале 800-900 °С с выдержкой 20 минут. Результаты. Выделены основные типы порообразующих веществ - углеродные (углерод в различных формах, органические соединения) и карбонатные (карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов). Проведен синтез образцов пеностекла на основе выбранных порообразователей. Показано, что и антрацит, и мел в грубозернистой форме позволяют получить пористую структуру с плотностью ниже 300 кг/м3. Повышение температуры и количества порообразователя ведет для обоих составов к снижению плотности за счет уменьшения вязкости стекломассы и увеличения давления газов в порах. Структура образцов обоих составов обладает неравномерностью, что указывает на влияние размера частиц порообразователя на пористость. Объяснены различия в цвете образцов на основе различных порообразователей, связанные с различиями в физико-химических процессах взаимодействия порообразователя со стекломассой. При термической обработке образцов с использованием глицерина пористая структура отсутствует полностью, а плотность образцов превышает 1400 кг/м3, что соответствует плотно спеченному материалу и объясняется слишком быстрым его выгоранием до того, как шихта превратилась в плотный спек, способный удержать порообразующие газы.

The relevance of the research is explained by the decisive influence of various foaming agents on formation of qualitative and quantitative characteristics of the porous structure of foam glass. The main aim of the research is to study the foaming activity of various types of foaming agents in the synthesis of foam glass and to identify the physical-chemical processes that occur during the heat treatment of the mixture using these types of foaming agents. Objects: foam glass samples, where the main raw material was the cullet of colorless container glass of the BT-1 brand, and the relevant foaming agents were: calcite (chalk), carbon (anthracite), glycerol. Methods: the synthesis using powder technology; firing in the temperature range of 800-900 °C with an exposure time of 20 minutes. Results. The most relevant foaming agents: carbon (carbon in various forms, organic compounds) and carbonate (carbonates of alkali and alkaline earth metal) were identified. The synthesis of foam glass samples based on the selected foaming agents was carried out. Both anthracite and chalk in coarse-grained form make it possible to obtain a porous structure with a density below 300 kg/m3. An increase in temperature and the amount of foaming agent leads to decrease in density for both compositions by reducing the viscosity of the glass melt and increasing the pressure of the gases in the pores. The structure of the samples of both compositions is uneven, which indicates the influence of the foaming agent particle size on the porosity. The differences in the color of the samples based on various foaming agents were explained. They are associated with differences in the physicochemical processes of interaction of the foaming agent with the molten glass. In the heat treatment of samples using glycerol, the porous structure is completely absent, and the density of the samples exceeds 1400 kg/m3, which corresponds to densely sintered material, which is explained by its fast burnout before the batch turns into a dense sinter capable of holding foaming gases.