Коэффициент объемного вспенивания возрастает как с повышением температуры, так и с увеличением продолжительности процесса (табл. 18), при этом интенсивность вспенивания смесей, содержащих окислителя переменной валентности, выше, чем для сульфатсодержащей смеси. Следует отметить резкий запах сероводорода у всех образцов пеностекла, полученных из сульфатсодержащих смесей, что указывает на возможность протекания реакций восстановления сульфата непосредственно газовыми восстановителями (реакции (4.23) и (4.24)).

Термографическое исследование было проведено для смесей с концентрацией углерода 0; 0,1 и 0,3% (рис. 4.15). Максимальная величина потерь массы на кривых ТГ соответствует температуре 840 °С. Удаление остаточной влаги, прочно адсорбированной на поверхности тонкодисперсного стеклопорошка, сопровождается поглощением тепла. Этот процесс наиболее интенсивно протекает в интервале температур 270—540 °С и ему соответствуют потери массы на кривых ТГ (рис. 4.15, кривые 1', 4', 7'), которые фиксируются вплоть до температуры начала размягчения стекла. При температуре начала размягчения стекла потери массы несколько выше — 0,20—0,32% (рис. 4.15, кривые 2', 3', 5', 6', 8', 9'). Их можно, очевидно, отнести к удалению не только влаги, но и газов, так как окислительно-восстановительный процесс при пенообразовании начинается уже в твердой фазе [50].

Далее при нагреве смесей до температуры вспенивания потери массы соответственно возрастают. Процесс протекает с выделением тепла, так как на кривых ДТА в этом интервале температур (727—863 °С) наблюдается экзотермический эффект. Интенсивность его изменяется в зависимости от количества углерода в смесях.

Таким образом, можно полагать, что с повышением содержания углерода в пенообразующих смесях в интервале температур вспенивания интенсифицируются экзотермические реакции. Возможно, что интенсивно протекает одна из основных реакций восстановления сульфата натрия, которая сопровождается выделением тепла которая в силу местных перегревов смеси способствует формированию неоднородной структуры с ячейками различной величины и формы.

Na₂S0₄ + 4СО = Na₂S + 4С0₂ + Q, (4.35)

Характерно, что в Sb₂0₃ и SОз-содержащих смесях экзотермические эффекты имеют максимум при более низкой температуре (760— 770°С), чем в смеси, содержащей As₂0₃ (828 °С). Это позволяет вести спекание последней смеси быстрее, не опасаясь получения неоднородностей в спеке, которые приводят к нарушению в пеностекле равномерной структуры. Согласно кривым ТГ (рис. 4.15, кривые 1'—9'), в температурном интервале вспенивания наибольшие потери массы характерны для смесей, содержащих As₂0₃, а наименьшие — для смесей, содержащих S0₃.

Анализ газообразной фазы также подтверждает наличие в ней С0 + С0₂ в пределах 27—50% [50], причем повышение их концентрации связано с присутствием в момент вспенивания водяных паров, что свидетельствует о положительном влиянии их на скорость вспенивания, хотя и повышение концентрации Н₂0 не всегда способствует улучшению структуры пеностекла [50, 61, 235, 236, 238, 264, 281].

Итак, полученные данные позволяют заключить, что окислы мышьяка и сурьмы, содержащиеся в исходном стекле, интенсифицируют окисление углерода в пенообразующей смеси. Количество выделяющихся при этом газов возрастает, и в силу этого процесс вспенивания активизируется. При этом формируется более мелкодисперсная ячеистая структура.

Увеличение объема газовой фазы при вспенивании объясняется, очевидно, тем, что в исходных стеклах при неполном их осветлении (как и в рассматриваемом случае) сохраняются соединения мышьяка и сурьмы в высшей степени их окисления, которые при нагревании пенообразующих смесей взаимодействуют с углеродом. Так, в случае арсенатов кальция и натрия, образование которых предполагается при введении в стекло Аs₂0₃ [282, 283], возможны реакции:

Наиболее благоприятные условия для получения однородного спека и, следовательно, равномерной структуры пеностекла по объему блока обнаружены для стекол, содержащих 0,2% Аs₂О_з. Поэтому необходимо обеспечивать минимальную концентрацию углерода в смесях, содержащих активные окислители.

Комплексное исследование окислительно-восстановительных процессов в пенообразующих смесях на основе различных стекол и газовой сажи позволяет сформулировать следующие основные выводы.

Процесс термообработки пенообразующих смесей сопровождается незначительным образованием газовой фазы до начала их спекания, что можно объяснить достижением вспениваемой массой вязкости, обеспечивающей капсуляцию частиц газообразователя, и образованием на ее поверхности газонепроницаемой пленки к началу реакций взаимодействия стекла с газообразователем. Более раннее спекание смеси и начало выделения газообразных продуктов отмечены для смесей с более высокой дисперсностью стекла.