一种多金属磷酸盐胶粘剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种多金属磷酸盐胶粘剂，由以下重量份的原料制成：多金属磷酸盐胶体40?60份，去离子水40?60份，有机硅憎水剂1?2份，高分子乳液2?3份，无机填料粉体2?5份。相对于现有技术，本发明提出了使用磷酸与多金属氧化物/氢氧化物反应制备多金属磷酸盐胶体的方法，并且对以此种胶体为基础通过添加不同比例的有机硅憎水剂、高分子聚合物乳液以及活性无机填料等调配出了一种多金属磷酸胶粘剂。这种胶粘剂由于体系呈酸性且金属阳离子所对应的氢氧化物在水中的溶解度较小，所以可以有效的切断出现返碱的路径，实现板材在应用过程中不出现反碱的问题。
【专利说明】
一种多金属磷酸盐胶粘剂及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于粘接剂技术领域，具体涉及一种多金属磷酸盐胶粘剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 传统上，使用水玻璃作为粘接剂制备出的珍珠岩保温板，由于其成本造价低、生产 工艺简单、保温效果好，并且具有独特的防火保温特性，成为替代有机保温板的热门产品。 对于以水玻璃为主粘接剂并对粘接剂体系进行改进的相关报道在最近已经大量出现，但是 由于水玻璃这种材料自身具有高浓度Na离子，高浓度Na离子会使起胶粘作用的Si-0-Si键 出现可逆降解。伴随着这个可逆降解的过程，在工程实际应用过程中不可避免的产生两个 极其严重的后果：1.耐候性差，板材在使用一段时间后材料力学强度出现较大的损失;2.出 现严重的返碱问题，Si-0-Si键在断裂之后，相对稳定的Na离子开始具有极大的迀移性而出 现外墙面的返碱现象，返碱现象的出现则会导致墙面的涂层出现斑驳甚至局部性脱落。
[0003] 清华大学鲍捷等人曾专门为建筑墙体返碱问题做过相关研究，并认为返碱问题的 出现归因为两大步骤：1.墙体中的硅酸钠与熟石灰作用生成硅酸钙沉淀和氢氧化钠;2.氢 氧化钠在墙体表面吸收空气中的C0 2而形成返碱物的主要成分碱式碳酸钠和碳酸钠。而水 玻璃的制备过程就是用高浓度氢氧化钠与二氧化硅微粉化合而成的高碱度的Na2〇 · nSi〇2 胶体，体系自身的高碱度环境与高浓度Na离子的存在使得水玻璃这种胶粘剂具有了天然返 碱的属性。因此，若要避免无机胶粘剂出现返碱现象则必须从原理上切断出现返碱的路径， 首先，整个胶粘剂体系应该为中性或者酸性;其次，胶粘剂的阳离子不能为溶解度极高的碱 金属离子。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是传统的水玻璃粘接剂由于体系自身的高碱度环境与 高浓度Na离子的存在使得水玻璃这种胶粘剂具有了天然返碱的属性，且耐候性差，板材在 使用一段时间后材料力学强度出现较大的损失，为解决上述问题，本发明提供一种多金属 磷酸盐胶粘剂及其制备方法。
[0005] 本发明的目的是以下述方式实现的： 一种多金属磷酸盐胶粘剂，由以下重量份的原料制成：多金属磷酸盐胶体40-60份，去 离子水40-60份，有机硅憎水剂1-2份，高分子乳液2-3份，无机填料粉体2-5份。
[0006] 所述多金属磷酸盐胶体包括氢氧化铝、Π A族金属氧化物、过渡金属氧化物、质量 分数为80 %的磷酸溶液和去离子水;其中，氢氧化铝、Π A族金属氧化物和过渡金属氧化物 的摩尔比为m:n2:n3 = (50-100): (0-50): (0-50)，质量分数为80%的磷酸溶液中所含磷酸 的摩尔数为:ri4=3m+2n2+2n3，去离子水的质量为多金属磷酸盐胶体总质量的5 %-20 %。
[0007] 所述氢氧化铝为纯度大于95%的粉体。
[0008] 所述ΠΑ族金属氧化物为Be0，Mg0，Ca0，Sr0和BaO中的至少一种，纯度大于98%，粒 度小于800目。
[0009] 所述Π A族金属氧化物为MgO和CaO中的至少一种。
[0010] 所述过渡金属氧化物为FeO，CuO，ZnO，Cr2〇3，Μη02和Zr0 2中的至少一种，纯度大于 98%，粒度小于800目。
[0011]所述有机硅憎水剂为甲基硅醇钠，异丁基硅醇钠或异辛基三乙氧基硅烷中的一 种。
[0012] 所述高分子乳液为苯丙乳液，JS乳液，乳化沥青或改性丙烯酸乳液中的一种。
[0013] 所述无机填料粉体为白炭黑、超细高岭土和超细膨润土中的至少一种。
[0014]具体操作步骤为： a. 多金属磷酸盐胶体的制备:称取氢氧化铝、Π A族金属氧化物和过渡金属氧化物，混 合均匀后放入三口烧瓶内；再称取磷酸溶液，并将磷酸溶液缓慢加入三口烧瓶内，边加边搅 拌;给三口烧瓶分别加装温度计、搅拌器和回流冷凝管，再将三口烧瓶放入80-100°C的恒温 油浴中加热搅拌，待反应体系温度稳定以后开始计时，反应20-40min后加入去离子水搅拌 均匀； b. 多金属磷酸盐胶粘剂的制备:称取多金属磷酸盐胶体，加入去离子水，再加入称量好 的有机硅憎水剂、高分子乳液和无机填料粉体，在搅拌机中混合均匀即可。
[0015] 相对于现有技术，本发明提出了使用磷酸与多金属氧化物/氢氧化物反应制备多 金属磷酸盐胶体的方法，并且对以此种胶体为基础通过添加不同比例的有机硅憎水剂、高 分子聚合物乳液以及活性无机填料等调配出了一种多金属磷酸胶粘剂。这种胶粘剂由于体 系呈酸性且金属阳离子所对应的氢氧化物在水中的溶解度较小，所以可以有效的切断出现 返碱的路径，实现板材在应用过程中不出现反碱的问题。
【具体实施方式】
[0016] 实施例1: 一种多金属磷酸盐胶粘剂，由以下重量份的原料制成：多金属磷酸盐胶体40-60份，去 离子水40-60份，有机硅憎水剂1-2份，高分子乳液2-3份，无机填料粉体2-5份。
[0017] 所述多金属磷酸盐胶体包括氢氧化铝、Π A族金属氧化物、过渡金属氧化物、质量 分数为80 %的磷酸溶液和去离子水;其中，氢氧化铝、Π A族金属氧化物和过渡金属氧化物 的摩尔比为m:n2:n3 = (50-100): (0-50): (0-50)，质量分数为80%的磷酸溶液中所含磷酸 的摩尔数为:Π 4=3ηι+2η2+2η3，去离子水的质量为多金属磷酸盐胶体总质量的5 %-20 %。
[0018] 所述氢氧化铝为纯度大于95%的粉体。
[0019] 所述ΠΑ族金属氧化物为Be0，Mg0，Ca0，Sr0和BaO中的至少一种，纯度大于98%，粒 度小于800目。
[0020] 所述Π A族金属氧化物为MgO和CaO中的至少一种。
[0021] 所述过渡金属氧化物为FeO，CuO，ZnO，Cr2〇3，Μη02和Zr0 2中的至少一种，纯度大于 98%，粒度小于800目。
[0022]所述有机硅憎水剂为甲基硅醇钠，异丁基硅醇钠或异辛基三乙氧基硅烷中的一 种。
[0023]所述高分子乳液为苯丙乳液，JS乳液，乳化沥青或改性丙烯酸乳液中的一种。
[0024]所述无机填料粉体为白炭黑、超细高岭土和超细膨润土中的至少一种。
[0025]具体操作步骤为： a. 多金属磷酸盐胶体的制备:称取氢氧化铝、Π A族金属氧化物和过渡金属氧化物，混 合均匀后放入三口烧瓶内；再称取磷酸溶液，并将磷酸溶液缓慢加入三口烧瓶内，边加边搅 拌;给三口烧瓶分别加装温度计、搅拌器和回流冷凝管，再将三口烧瓶放入80-100°C的恒温 油浴中加热搅拌，待反应体系温度稳定以后开始计时，反应20-40min后加入去离子水搅拌 均匀； b. 多金属磷酸盐胶粘剂的制备:称取多金属磷酸盐胶体，加入去离子水，再加入称量好 的有机硅憎水剂、高分子乳液和无机填料粉体，在搅拌机中混合均匀即可。
[0026] 实施例2: 一种多金属磷酸盐胶粘剂，由以下重量份的原料制成：多金属磷酸盐胶体40g，去离子 水40g，甲基娃醇钠 lg，苯丙乳液2g，白炭黑2g。
[0027]所述多金属磷酸盐胶体包括以下摩尔份的原料制成:氢氧化铝m = 50m〇l，Be0 n2 = lmol，FeO n3 = lmol，质量分数为80%的磷酸溶液中所含磷酸的摩尔数为:114 = 3111+2112+ 2n3 = 154mo 1，还包括去尚子水，去尚子水的质量为多金属磷酸盐胶体总质量的15%。
[0028]所述氢氧化铝为纯度大于95%的粉体。
[0029] BeO和FeO的纯度大于98%，粒度小于800目。
[0030]具体操作步骤为： a. 多金属磷酸盐胶体的制备:称取氢氧化铝、BeO和FeO，混合均匀后放入三口烧瓶内； 再称取磷酸溶液，并将磷酸溶液缓慢加入三口烧瓶内，边加边搅拌;给三口烧瓶分别加装温 度计、搅拌器和回流冷凝管，再将三口烧瓶放入90°C的恒温油浴中加热搅拌，待反应体系温 度稳定以后开始计时，反应30min后加入去离子水搅拌均匀； b. 多金属磷酸盐胶粘剂的制备:称取多金属磷酸盐胶体，加入去离子水，再加入称量好 的有机硅憎水剂、高分子乳液和无机填料粉体，在搅拌机中混合均匀即可。
[0031] 实施例3-65中多金属磷酸盐胶粘剂及各步骤工艺参数见表1-9,其中，氢氧化铝为 纯度大于95%的粉体，Π A族金属氧化物和过渡金属氧化物的纯度大于98%，粒度小于800 目，其他同实施例2。
[0032] 实施例17-65中，有机硅憎水剂为甲基硅醇钠，高分子乳液为苯丙乳液，无机填料 粉体为白炭黑。 表1实施例3-9中多金属磷酸盐胶粘剂及各步骤工艺参数 表2实施例10-16中多金属磷酸盐胶粘剂及各步骤工艺参数 表3实施例17-23中多金属磷酸盐胶粘剂及各步骤工艺参数
表4实施例24-30中多金属磷酸盐胶粘剂及各步骤工艺参数
表5实施例31-37中多金属磷酸盐胶粘剂及各步骤工艺参数
表6实施例38-44中多金属磷酸盐胶粘剂及各步骤工艺参数
表7实施例45-51中多金属磷酸盐胶粘剂及各步骤工艺参数
表8实施例52-58中多金属磷酸盐胶粘剂及各步骤工艺参数
表9实施例59-65中多金属磷酸盐胶粘剂及各步骤工艺参数
[0033] 实施例66: 一种使用多金属磷酸胶粘剂制备的膨胀珍珠岩保温板，由以下重量份的原料制成:膨 胀珍珠岩40g，多金属磷酸盐胶粘剂40g。
[0034] 所述多金属磷酸盐胶粘剂由以下重量份的原料制成:多金属磷酸盐胶体40g，去离 子水40g，甲基娃醇钠 lg，苯丙乳液2g，白炭黑2g。
[0035] 所述多金属磷酸盐胶体包括以下摩尔份的原料制成:氢氧化错ru = 50mol，Be0 Π2 = lmol，FeO n3 = lmol，质量分数为80%的磷酸溶液中所含磷酸的摩尔数为:114 = 3111+2112+ 2n3 = 154mo 1，还包括去尚子水，去尚子水的质量为多金属磷酸盐胶体总质量的15%。
[0036]所述氢氧化铝为纯度大于95%的粉体。
[0037] BeO和FeO的纯度大于98%，粒度小于800目。
[0038]具体操作步骤为： (1) 多金属磷酸盐胶体的制备:称取氢氧化铝、BeO和FeO，混合均匀后放入三口烧瓶内； 再称取磷酸溶液，并将磷酸溶液缓慢加入三口烧瓶内，边加边搅拌;给三口烧瓶分别加装温 度计、搅拌器和回流冷凝管，再将三口烧瓶放入90°C的恒温油浴中加热搅拌，待反应体系温 度稳定以后开始计时，反应30min后加入去离子水搅拌均匀； (2) 多金属磷酸盐胶粘剂的制备:称取多金属磷酸盐胶体，加入去离子水，再加入称量 好的有机硅憎水剂、高分子乳液和无机填料粉体，在搅拌机中混合均匀即可； (3) 称量膨胀珍珠岩和多金属磷酸盐胶粘剂，把多金属磷酸盐胶粘剂倒入膨胀珍珠岩 中并搅拌均匀； (4) 把搅拌均匀的湿膨胀珍珠岩倒入电动压力机的长方体模腔中，开启电动液压机，以 0.5mm/s的速率匀速施压，压缩比为2; (5) 经过20s的保压之后进行脱模处理； (6) 湿的膨胀珍珠岩保温板采用微波干燥炉在80 %的占空比下干燥lOmin; (7) 取出膨胀珍珠岩保温板，在室温条件下自然冷却，膨胀珍珠岩保温板性能测试的实 验结果见表10。 表10膨胀珍珠岩保温板的物理性能
[0039] 相对于现有技术，本发明提出了使用磷酸与多金属氧化物/氢氧化物反应制备多 金属磷酸盐胶体的方法，并且对以此种胶体为基础通过添加不同比例的有机硅憎水剂、高 分子聚合物乳液以及活性无机填料等调配出了一种多金属磷酸胶粘剂。这种胶粘剂由于体 系呈酸性且金属阳离子所对应的氢氧化物在水中的溶解度较小，所以可以有效的切断出现 返碱的路径，实现板材在应用过程中不出现反碱的问题。
[0040] 需要说明的是，本专利中的重量份单位可以使用g、kg等等。
[0041] 以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说， 在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的 保护范围。
【主权项】
1. 一种多金属磷酸盐胶粘剂，其特征在于：由以下重量份的原料制成：多金属磷酸盐胶 体40-60份，去离子水40-60份，有机硅憎水剂1-2份，高分子乳液2-3份，无机填料粉体2-5 份。2. 根据权利要求1所述的多金属磷酸盐胶粘剂，其特征在于:所述多金属磷酸盐胶体包 括氢氧化铝、Π A族金属氧化物、过渡金属氧化物、质量分数为80%的磷酸溶液和去离子水； 其中，氢氧化铝、Π A族金属氧化物和过渡金属氧化物的摩尔比为m : n2: n3=( 50-100) : (0-50) : (0-50)，质量分数为80%的磷酸溶液中所含磷酸的摩尔数为:n4=3m+2n2+2n3，去离子水 的质量为多金属磷酸盐胶体总质量的5%_20%。3. 根据权利要求2所述的多金属磷酸盐胶粘剂，其特征在于:所述氢氧化铝为纯度大于 95%的粉体。4. 根据权利要求2所述的多金属磷酸盐胶粘剂，其特征在于:所述ΠΑ族金属氧化物为 BeO，MgO，CaO，SrO和BaO中的至少一种，纯度大于98%，粒度小于800目。5. 根据权利要求4所述的多金属磷酸盐胶粘剂，其特征在于:所述Π A族金属氧化物为 MgO和CaO中的至少一种。6. 根据权利要求2所述的多金属磷酸盐胶粘剂，其特征在于：所述过渡金属氧化物为 FeO，CuO，ZnO，Cr2〇3，Μη02和Zr02中的至少一种，纯度大于98%，粒度小于800目。7. 根据权利要求1所述的多金属磷酸盐胶粘剂，其特征在于:所述有机硅憎水剂为甲基 硅醇钠，异丁基硅醇钠或异辛基三乙氧基硅烷中的一种。8. 根据权利要求1所述的多金属磷酸盐胶粘剂，其特征在于:所述高分子乳液为苯丙乳 液，JS乳液，乳化沥青或改性丙烯酸乳液中的一种。9. 根据权利要求1所述的多金属磷酸盐胶粘剂，其特征在于:所述无机填料粉体为白炭 黑、超细高岭土和超细膨润土中的至少一种。10. 根据权利要求1所述的多金属磷酸盐胶粘剂的制备方法，其特征在于：具体操作步 骤为： a. 多金属磷酸盐胶体的制备:称取氢氧化铝、ΠΑ族金属氧化物和过渡金属氧化物，混 合均匀后放入三口烧瓶内；再称取磷酸溶液，并将磷酸溶液缓慢加入三口烧瓶内，边加边搅 拌;给三口烧瓶分别加装温度计、搅拌器和回流冷凝管，再将三口烧瓶放入80-100°C的恒温 油浴中加热搅拌，待反应体系温度稳定以后开始计时，反应20-40min后加入去离子水搅拌 均匀； b. 多金属磷酸盐胶粘剂的制备:称取多金属磷酸盐胶体，加入去离子水，再加入称量 好的有机硅憎水剂、高分子乳液和无机填料粉体，在搅拌机中混合均匀即可。
【文档编号】C01B25/45GK106047182SQ201610395445
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】赵毅
【申请人】中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所