Эфир кремниевой кислоты
Кислотные эфиры Кремниевые (KSE) являются сложными эфирами из кремниевых кислот . Сложные эфиры ортокремниевой кислоты общей формулы (Si (OR) 4 ) имеют практическое значение . Эти соединения образуются при реакции тетрагалогенидов кремния (например, тетрахлорида кремния ) со спиртами , такими как. Б. метанол и этанол . Сложный эфир кремниевой кислоты с этанолом называется тетраэтилортосиликатом . Эфиры кремниевой кислоты имеют тенденцию к гидролизу , образуется ортокремниевая кислота, которая в результате реакции конденсации (дегидратации) превращается в поликремневую кислоту, из которой в конечном итоге образуется аморфный диоксид кремния :
- Si (OC 2 H 5 ) 4 + 4 H 2 O → SiO 2 • n H 2 O + 4 C 2 H 5 OH
Сохранение природного камня
Основная статья: Сохранение камня
Сложные эфиры кремниевой кислоты используются в защите зданий для укрепления и сохранения природного камня и гипса, поскольку они образуются во время гидролиза, например Б. В результате влажности образуется диоксид кремния (SiO 2 ), тончайшие трещины и щели в камне с пленкой силикагеля ( силицификация ).
Исторический
Запатентованные в Австрии примерно в 1900 году, сложные эфиры кремниевой кислоты впервые были использованы в Англии примерно в 1920 году для укрепления камня. Однако с этими приложениями нельзя было определить успех с точки зрения консолидации. Сложные эфиры кремниевой кислоты были снова обнаружены в Чехословакии в начале 1960-х годов, а их разработка в Германии в основном была инициирована Wacker-Chemie . Первый каменный объект, обработанный в Германии, - это песчаная бухта замка в Бургштайнфурте (Вестфалия).
Метод сохранения
Помимо тетраметилортосиликатов, которые сегодня больше не используются из-за их токсичности и которые отщепляют метанол , используются только тетраэтилортосиликаты, отщепляющие менее опасный этанол . Упрочняющий эффект эфира кремниевой кислоты основан на образовании мостиковых, содержащих воду, аморфных гелей SiO 2 в поровом пространстве породы. Одновременно образовавшийся этанол испаряется в атмосферу. Выделившийся из пропилсиликатена пропанол испаряется хуже, чем этанол.
Отверждение сложного эфира кремниевой кислоты происходит в золь-гель-процессе в два этапа: на первом этапе происходит гидролиз , на втором этапе происходит окончательное гелеобразование посредством процессов конденсации и полимеризации. Во время гидролиза в присутствии воды этанол отщепляется и образуется нестабильная ортокремниевая кислота, из которой путем отщепления воды образуется аморфный водосодержащий гель SiO 2 .
На практике гидролиз необходимо ускорять путем добавления катализаторов . В дополнение к кислотному и щелочному катализу, который использовался в прошлом , при котором кислоту или основание нужно было добавлять в CFE непосредственно перед использованием , в настоящее время он обычно катализируется металлоорганическими соединениями ( дилауратом дибутилолова ). Металлоорганические соединения катализируют гидролиз медленнее, чем кислотные или щелочные катализаторы, поэтому ошибок в применении можно избежать. Катализируемый щелочью гидролиз продолжает играть роль в восстановлении при связывании с быстро гидролизованным KSE. При дальнейшем гелеобразовании процессы конденсации в структурах HO-Si приводят к образованию неупорядоченных тетраэдрических сеток SiO 2 с отщеплением H 2 O.
Непрерывная конденсация свободных групп ОН в силикагеле приводит к сокращению объема и, следовательно, к напряжениям . Если силы сцепления в геле превышены, образуется многоугольная характерная система трещин. Развитие этой системы трещин приводит к образованию вторичной пористости в системе пор обработанных камней, что может повлиять на гигричность камня . Из-за того, что гидрофобные этильные группы не полностью прореагировали во время гелеобразования, обработанные каменные поверхности проявляют первоначальную гидрофобность, которая может сохраняться в течение нескольких лет. Гидролиз CFE инициируется адгезивной водой на минеральных поверхностях. Поэтому для успешного уплотнения необходимо определенное количество сорбционной влаги, но без капиллярной конденсации. На практике обычно рекомендуется кондиционировать укрепляемые камни при относительной влажности около 65 процентов.
Доступные на рынке сложные эфиры кремниевой кислоты от разных производителей различаются по содержанию твердых веществ или скорости осаждения геля, содержанию растворителей и возможным добавкам гидрофобных веществ и выбираются индивидуально в зависимости от области применения.
Целью является дальнейшая разработка сложного эфира кремниевой кислоты для уменьшения охрупчивания затвердевшего каменного материала и предотвращения образования комков на обработанных поверхностях.
критика
Некоторые защитники памятников предостерегают от чрезмерного окремнения природного камня, поскольку усиление верхних слоев в связи с эффектом гидрофобизации, когда фасад нагревается солнечным излучением и циклами замораживания-оттаивания, может привести к образованию отслоений и корок и, возможно, накоплению соли. В результате из-за напряжений, вызванных атмосферным воздействием, между затвердевшими слоями и более мягким материалом под ними может образоваться разделительный шов.
Чтобы предотвратить это, необходимо точно дозировать количество добавляемого упрочняющего агента и принять соответствующие меры, чтобы проникнуть как можно глубже в материал.
Индивидуальные доказательства
- ^ Полемика по сохранению из природного камня Конрада Фишера, доступ в феврале 2016 года