一種多金屬磷酸鹽膠粘劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多金屬磷酸鹽膠粘劑，由以下重量份的原料制成：多金屬磷酸鹽膠體40?60份，去離子水40?60份，有機硅憎水劑1?2份，高分子乳液2?3份，無機填料粉體2?5份。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出了使用磷酸與多金屬氧化物/氫氧化物反應(yīng)制備多金屬磷酸鹽膠體的方法，并且對以此種膠體為基礎(chǔ)通過添加不同比例的有機硅憎水劑、高分子聚合物乳液以及活性無機填料等調(diào)配出了一種多金屬磷酸膠粘劑。這種膠粘劑由于體系呈酸性且金屬陽離子所對應(yīng)的氫氧化物在水中的溶解度較小，所以可以有效的切斷出現(xiàn)返堿的路徑，實現(xiàn)板材在應(yīng)用過程中不出現(xiàn)反堿的問題。
【專利說明】
一種多金屬磷酸鹽膠粘劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于粘接劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多金屬磷酸鹽膠粘劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)上，使用水玻璃作為粘接劑制備出的珍珠巖保溫板，由于其成本造價低、生產(chǎn) 工藝簡單、保溫效果好，并且具有獨特的防火保溫特性，成為替代有機保溫板的熱門產(chǎn)品。 對于以水玻璃為主粘接劑并對粘接劑體系進(jìn)行改進(jìn)的相關(guān)報道在最近已經(jīng)大量出現(xiàn)，但是 由于水玻璃這種材料自身具有高濃度Na離子，高濃度Na離子會使起膠粘作用的Si-0-Si鍵 出現(xiàn)可逆降解。伴隨著這個可逆降解的過程，在工程實際應(yīng)用過程中不可避免的產(chǎn)生兩個 極其嚴(yán)重的后果：1.耐候性差，板材在使用一段時間后材料力學(xué)強度出現(xiàn)較大的損失;2.出 現(xiàn)嚴(yán)重的返堿問題，Si-0-Si鍵在斷裂之后，相對穩(wěn)定的Na離子開始具有極大的迀移性而出 現(xiàn)外墻面的返堿現(xiàn)象，返堿現(xiàn)象的出現(xiàn)則會導(dǎo)致墻面的涂層出現(xiàn)斑駁甚至局部性脫落。
[0003] 清華大學(xué)鮑捷等人曾專門為建筑墻體返堿問題做過相關(guān)研究，并認(rèn)為返堿問題的 出現(xiàn)歸因為兩大步驟：1.墻體中的硅酸鈉與熟石灰作用生成硅酸鈣沉淀和氫氧化鈉;2.氫 氧化鈉在墻體表面吸收空氣中的C0 2而形成返堿物的主要成分堿式碳酸鈉和碳酸鈉。而水 玻璃的制備過程就是用高濃度氫氧化鈉與二氧化硅微粉化合而成的高堿度的Na2〇 · nSi〇2 膠體，體系自身的高堿度環(huán)境與高濃度Na離子的存在使得水玻璃這種膠粘劑具有了天然返 堿的屬性。因此，若要避免無機膠粘劑出現(xiàn)返堿現(xiàn)象則必須從原理上切斷出現(xiàn)返堿的路徑， 首先，整個膠粘劑體系應(yīng)該為中性或者酸性;其次，膠粘劑的陽離子不能為溶解度極高的堿 金屬離子。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是傳統(tǒng)的水玻璃粘接劑由于體系自身的高堿度環(huán)境與 高濃度Na離子的存在使得水玻璃這種膠粘劑具有了天然返堿的屬性，且耐候性差，板材在 使用一段時間后材料力學(xué)強度出現(xiàn)較大的損失，為解決上述問題，本發(fā)明提供一種多金屬 磷酸鹽膠粘劑及其制備方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是以下述方式實現(xiàn)的： 一種多金屬磷酸鹽膠粘劑，由以下重量份的原料制成：多金屬磷酸鹽膠體40-60份，去 離子水40-60份，有機硅憎水劑1-2份，高分子乳液2-3份，無機填料粉體2-5份。
[0006] 所述多金屬磷酸鹽膠體包括氫氧化鋁、Π A族金屬氧化物、過渡金屬氧化物、質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為80 %的磷酸溶液和去離子水;其中，氫氧化鋁、Π A族金屬氧化物和過渡金屬氧化物 的摩爾比為m:n2:n3 = (50-100): (0-50): (0-50)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的磷酸溶液中所含磷酸 的摩爾數(shù)為:ri4=3m+2n2+2n3，去離子水的質(zhì)量為多金屬磷酸鹽膠體總質(zhì)量的5 %-20 %。
[0007] 所述氫氧化鋁為純度大于95%的粉體。
[0008] 所述ΠΑ族金屬氧化物為Be0，Mg0，Ca0，Sr0和BaO中的至少一種，純度大于98%，粒 度小于800目。
[0009] 所述Π A族金屬氧化物為MgO和CaO中的至少一種。
[0010] 所述過渡金屬氧化物為FeO，CuO，ZnO，Cr2〇3，Μη02和Zr0 2中的至少一種，純度大于 98%，粒度小于800目。
[0011]所述有機硅憎水劑為甲基硅醇鈉，異丁基硅醇鈉或異辛基三乙氧基硅烷中的一 種。
[0012] 所述高分子乳液為苯丙乳液，JS乳液，乳化瀝青或改性丙烯酸乳液中的一種。
[0013] 所述無機填料粉體為白炭黑、超細(xì)高嶺土和超細(xì)膨潤土中的至少一種。
[0014]具體操作步驟為： a. 多金屬磷酸鹽膠體的制備:稱取氫氧化鋁、Π A族金屬氧化物和過渡金屬氧化物，混 合均勻后放入三口燒瓶內(nèi)；再稱取磷酸溶液，并將磷酸溶液緩慢加入三口燒瓶內(nèi)，邊加邊攪 拌;給三口燒瓶分別加裝溫度計、攪拌器和回流冷凝管，再將三口燒瓶放入80-100°C的恒溫 油浴中加熱攪拌，待反應(yīng)體系溫度穩(wěn)定以后開始計時，反應(yīng)20-40min后加入去離子水?dāng)嚢?均勻； b. 多金屬磷酸鹽膠粘劑的制備:稱取多金屬磷酸鹽膠體，加入去離子水，再加入稱量好 的有機硅憎水劑、高分子乳液和無機填料粉體，在攪拌機中混合均勻即可。
[0015] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出了使用磷酸與多金屬氧化物/氫氧化物反應(yīng)制備多 金屬磷酸鹽膠體的方法，并且對以此種膠體為基礎(chǔ)通過添加不同比例的有機硅憎水劑、高 分子聚合物乳液以及活性無機填料等調(diào)配出了一種多金屬磷酸膠粘劑。這種膠粘劑由于體 系呈酸性且金屬陽離子所對應(yīng)的氫氧化物在水中的溶解度較小，所以可以有效的切斷出現(xiàn) 返堿的路徑，實現(xiàn)板材在應(yīng)用過程中不出現(xiàn)反堿的問題。
【具體實施方式】
[0016] 實施例1: 一種多金屬磷酸鹽膠粘劑，由以下重量份的原料制成：多金屬磷酸鹽膠體40-60份，去 離子水40-60份，有機硅憎水劑1-2份，高分子乳液2-3份，無機填料粉體2-5份。
[0017] 所述多金屬磷酸鹽膠體包括氫氧化鋁、Π A族金屬氧化物、過渡金屬氧化物、質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為80 %的磷酸溶液和去離子水;其中，氫氧化鋁、Π A族金屬氧化物和過渡金屬氧化物 的摩爾比為m:n2:n3 = (50-100): (0-50): (0-50)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的磷酸溶液中所含磷酸 的摩爾數(shù)為:Π 4=3ηι+2η2+2η3，去離子水的質(zhì)量為多金屬磷酸鹽膠體總質(zhì)量的5 %-20 %。
[0018] 所述氫氧化鋁為純度大于95%的粉體。
[0019] 所述ΠΑ族金屬氧化物為Be0，Mg0，Ca0，Sr0和BaO中的至少一種，純度大于98%，粒 度小于800目。
[0020] 所述Π A族金屬氧化物為MgO和CaO中的至少一種。
[0021] 所述過渡金屬氧化物為FeO，CuO，ZnO，Cr2〇3，Μη02和Zr0 2中的至少一種，純度大于 98%，粒度小于800目。
[0022]所述有機硅憎水劑為甲基硅醇鈉，異丁基硅醇鈉或異辛基三乙氧基硅烷中的一 種。
[0023]所述高分子乳液為苯丙乳液，JS乳液，乳化瀝青或改性丙烯酸乳液中的一種。
[0024]所述無機填料粉體為白炭黑、超細(xì)高嶺土和超細(xì)膨潤土中的至少一種。
[0025]具體操作步驟為： a. 多金屬磷酸鹽膠體的制備:稱取氫氧化鋁、Π A族金屬氧化物和過渡金屬氧化物，混 合均勻后放入三口燒瓶內(nèi)；再稱取磷酸溶液，并將磷酸溶液緩慢加入三口燒瓶內(nèi)，邊加邊攪 拌;給三口燒瓶分別加裝溫度計、攪拌器和回流冷凝管，再將三口燒瓶放入80-100°C的恒溫 油浴中加熱攪拌，待反應(yīng)體系溫度穩(wěn)定以后開始計時，反應(yīng)20-40min后加入去離子水?dāng)嚢?均勻； b. 多金屬磷酸鹽膠粘劑的制備:稱取多金屬磷酸鹽膠體，加入去離子水，再加入稱量好 的有機硅憎水劑、高分子乳液和無機填料粉體，在攪拌機中混合均勻即可。
[0026] 實施例2: 一種多金屬磷酸鹽膠粘劑，由以下重量份的原料制成：多金屬磷酸鹽膠體40g，去離子 水40g，甲基娃醇鈉 lg，苯丙乳液2g，白炭黑2g。
[0027]所述多金屬磷酸鹽膠體包括以下摩爾份的原料制成:氫氧化鋁m = 50m〇l，Be0 n2 = lmol，F(xiàn)eO n3 = lmol，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的磷酸溶液中所含磷酸的摩爾數(shù)為:114 = 3111+2112+ 2n3 = 154mo 1，還包括去尚子水，去尚子水的質(zhì)量為多金屬磷酸鹽膠體總質(zhì)量的15%。
[0028]所述氫氧化鋁為純度大于95%的粉體。
[0029] BeO和FeO的純度大于98%，粒度小于800目。
[0030]具體操作步驟為： a. 多金屬磷酸鹽膠體的制備:稱取氫氧化鋁、BeO和FeO，混合均勻后放入三口燒瓶內(nèi)； 再稱取磷酸溶液，并將磷酸溶液緩慢加入三口燒瓶內(nèi)，邊加邊攪拌;給三口燒瓶分別加裝溫 度計、攪拌器和回流冷凝管，再將三口燒瓶放入90°C的恒溫油浴中加熱攪拌，待反應(yīng)體系溫 度穩(wěn)定以后開始計時，反應(yīng)30min后加入去離子水?dāng)嚢杈鶆颍?b. 多金屬磷酸鹽膠粘劑的制備:稱取多金屬磷酸鹽膠體，加入去離子水，再加入稱量好 的有機硅憎水劑、高分子乳液和無機填料粉體，在攪拌機中混合均勻即可。
[0031] 實施例3-65中多金屬磷酸鹽膠粘劑及各步驟工藝參數(shù)見表1-9,其中，氫氧化鋁為 純度大于95%的粉體，Π A族金屬氧化物和過渡金屬氧化物的純度大于98%，粒度小于800 目，其他同實施例2。
[0032] 實施例17-65中，有機硅憎水劑為甲基硅醇鈉，高分子乳液為苯丙乳液，無機填料 粉體為白炭黑。 表1實施例3-9中多金屬磷酸鹽膠粘劑及各步驟工藝參數(shù) 表2實施例10-16中多金屬磷酸鹽膠粘劑及各步驟工藝參數(shù) 表3實施例17-23中多金屬磷酸鹽膠粘劑及各步驟工藝參數(shù)
表4實施例24-30中多金屬磷酸鹽膠粘劑及各步驟工藝參數(shù)
表5實施例31-37中多金屬磷酸鹽膠粘劑及各步驟工藝參數(shù)
表6實施例38-44中多金屬磷酸鹽膠粘劑及各步驟工藝參數(shù)
表7實施例45-51中多金屬磷酸鹽膠粘劑及各步驟工藝參數(shù)
表8實施例52-58中多金屬磷酸鹽膠粘劑及各步驟工藝參數(shù)
表9實施例59-65中多金屬磷酸鹽膠粘劑及各步驟工藝參數(shù)
[0033] 實施例66: 一種使用多金屬磷酸膠粘劑制備的膨脹珍珠巖保溫板，由以下重量份的原料制成:膨 脹珍珠巖40g，多金屬磷酸鹽膠粘劑40g。
[0034] 所述多金屬磷酸鹽膠粘劑由以下重量份的原料制成:多金屬磷酸鹽膠體40g，去離 子水40g，甲基娃醇鈉 lg，苯丙乳液2g，白炭黑2g。
[0035] 所述多金屬磷酸鹽膠體包括以下摩爾份的原料制成:氫氧化錯ru = 50mol，Be0 Π2 = lmol，F(xiàn)eO n3 = lmol，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的磷酸溶液中所含磷酸的摩爾數(shù)為:114 = 3111+2112+ 2n3 = 154mo 1，還包括去尚子水，去尚子水的質(zhì)量為多金屬磷酸鹽膠體總質(zhì)量的15%。
[0036]所述氫氧化鋁為純度大于95%的粉體。
[0037] BeO和FeO的純度大于98%，粒度小于800目。
[0038]具體操作步驟為： (1) 多金屬磷酸鹽膠體的制備:稱取氫氧化鋁、BeO和FeO，混合均勻后放入三口燒瓶內(nèi)； 再稱取磷酸溶液，并將磷酸溶液緩慢加入三口燒瓶內(nèi)，邊加邊攪拌;給三口燒瓶分別加裝溫 度計、攪拌器和回流冷凝管，再將三口燒瓶放入90°C的恒溫油浴中加熱攪拌，待反應(yīng)體系溫 度穩(wěn)定以后開始計時，反應(yīng)30min后加入去離子水?dāng)嚢杈鶆颍?(2) 多金屬磷酸鹽膠粘劑的制備:稱取多金屬磷酸鹽膠體，加入去離子水，再加入稱量 好的有機硅憎水劑、高分子乳液和無機填料粉體，在攪拌機中混合均勻即可； (3) 稱量膨脹珍珠巖和多金屬磷酸鹽膠粘劑，把多金屬磷酸鹽膠粘劑倒入膨脹珍珠巖 中并攪拌均勻； (4) 把攪拌均勻的濕膨脹珍珠巖倒入電動壓力機的長方體模腔中，開啟電動液壓機，以 0.5mm/s的速率勻速施壓，壓縮比為2; (5) 經(jīng)過20s的保壓之后進(jìn)行脫模處理； (6) 濕的膨脹珍珠巖保溫板采用微波干燥爐在80 %的占空比下干燥lOmin; (7) 取出膨脹珍珠巖保溫板，在室溫條件下自然冷卻，膨脹珍珠巖保溫板性能測試的實 驗結(jié)果見表10。 表10膨脹珍珠巖保溫板的物理性能
[0039] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出了使用磷酸與多金屬氧化物/氫氧化物反應(yīng)制備多 金屬磷酸鹽膠體的方法，并且對以此種膠體為基礎(chǔ)通過添加不同比例的有機硅憎水劑、高 分子聚合物乳液以及活性無機填料等調(diào)配出了一種多金屬磷酸膠粘劑。這種膠粘劑由于體 系呈酸性且金屬陽離子所對應(yīng)的氫氧化物在水中的溶解度較小，所以可以有效的切斷出現(xiàn) 返堿的路徑，實現(xiàn)板材在應(yīng)用過程中不出現(xiàn)反堿的問題。
[0040] 需要說明的是，本專利中的重量份單位可以使用g、kg等等。
[0041] 以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說， 在不脫離本發(fā)明整體構(gòu)思前提下，還可以作出若干改變和改進(jìn)，這些也應(yīng)該視為本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種多金屬磷酸鹽膠粘劑，其特征在于：由以下重量份的原料制成：多金屬磷酸鹽膠 體40-60份，去離子水40-60份，有機硅憎水劑1-2份，高分子乳液2-3份，無機填料粉體2-5 份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多金屬磷酸鹽膠粘劑，其特征在于:所述多金屬磷酸鹽膠體包 括氫氧化鋁、Π A族金屬氧化物、過渡金屬氧化物、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的磷酸溶液和去離子水； 其中，氫氧化鋁、Π A族金屬氧化物和過渡金屬氧化物的摩爾比為m : n2: n3=( 50-100) : (0-50) : (0-50)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的磷酸溶液中所含磷酸的摩爾數(shù)為:n4=3m+2n2+2n3，去離子水 的質(zhì)量為多金屬磷酸鹽膠體總質(zhì)量的5%_20%。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多金屬磷酸鹽膠粘劑，其特征在于:所述氫氧化鋁為純度大于 95%的粉體。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多金屬磷酸鹽膠粘劑，其特征在于:所述ΠΑ族金屬氧化物為 BeO，MgO，CaO，SrO和BaO中的至少一種，純度大于98%，粒度小于800目。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多金屬磷酸鹽膠粘劑，其特征在于:所述Π A族金屬氧化物為 MgO和CaO中的至少一種。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多金屬磷酸鹽膠粘劑，其特征在于：所述過渡金屬氧化物為 FeO，CuO，ZnO，Cr2〇3，Μη02和Zr02中的至少一種，純度大于98%，粒度小于800目。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多金屬磷酸鹽膠粘劑，其特征在于:所述有機硅憎水劑為甲基 硅醇鈉，異丁基硅醇鈉或異辛基三乙氧基硅烷中的一種。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多金屬磷酸鹽膠粘劑，其特征在于:所述高分子乳液為苯丙乳 液，JS乳液，乳化瀝青或改性丙烯酸乳液中的一種。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多金屬磷酸鹽膠粘劑，其特征在于:所述無機填料粉體為白炭 黑、超細(xì)高嶺土和超細(xì)膨潤土中的至少一種。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多金屬磷酸鹽膠粘劑的制備方法，其特征在于：具體操作步 驟為： a. 多金屬磷酸鹽膠體的制備:稱取氫氧化鋁、ΠΑ族金屬氧化物和過渡金屬氧化物，混 合均勻后放入三口燒瓶內(nèi)；再稱取磷酸溶液，并將磷酸溶液緩慢加入三口燒瓶內(nèi)，邊加邊攪 拌;給三口燒瓶分別加裝溫度計、攪拌器和回流冷凝管，再將三口燒瓶放入80-100°C的恒溫 油浴中加熱攪拌，待反應(yīng)體系溫度穩(wěn)定以后開始計時，反應(yīng)20-40min后加入去離子水?dāng)嚢?均勻； b. 多金屬磷酸鹽膠粘劑的制備:稱取多金屬磷酸鹽膠體，加入去離子水，再加入稱量 好的有機硅憎水劑、高分子乳液和無機填料粉體，在攪拌機中混合均勻即可。
【文檔編號】C01B25/45GK106047182SQ201610395445
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】趙毅
【申請人】中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所