专利名称：作为水玻璃固化促进剂的碳酸亚烷基酯的制作方法
技术领域：
本发明涉及胶粘混合物的固化。更具体地，本发明涉及含有硅酸钠的胶粘体系的固化以及可用于该体系内的固化速率促进剂。
背景技术：
已知碳酸亚烷基酯如碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯和碳酸亚丁酯(下文分别称为EC、PC和BC)强化含水硅酸钠如水玻璃在用于制造各种模塑制品的铸造用砂粘合剂时的固化速率。所述固化强化程度取决于所应用的碳酸亚烷基酯的类型。例如，对于前述碳酸亚烷基酯所观察到的强化顺序为EC＞PC＞BC，即对于等摩尔基准来说，与碳酸亚丙酯或碳酸亚丁酯相比，碳酸亚乙酯使给定体系更快固化。替代的碳酸亚烷基酯的反应活性的这一差别使其被优先用于制备在宽范围内具有不同固化强化程度的EC和PC或PC和BC的混合物。按这种方式，铸造工业可以很容易地获得专用于特定过程或环境条件的提供理想工作时间的粘合剂配方。
但是，在铸造应用中使用碳酸酯混合物的缺点与它们的凝固点有关。尽管PC和BC的凝固点低于-40℃，而EC却在低于36℃下凝固。由于这一原因，如果希望快速固化，则使用富含EC的EC或EC/PC混合物是有问题的。
本发明提供可商购的碳酸亚烷基酯的新型混合物，该混合物能够快速固化水玻璃，同时其自身在足够低的温度下凝固，从而能够应用。
发明内容
碳酸甘油酯具有如下结构
本发明的一种实施方案涉及使含有水溶性硅酸盐的水溶液固化的方法，该方法通过向所述水溶液中加入含有碳酸亚烷基酯的液体催化剂混合物进行，其中所述碳酸亚烷基酯选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯和碳酸亚丁酯以及它们的混合物，其中改进之处在于在所述液体催化剂混合物中包括有效量的碳酸甘油酯，从而使所述液体催化剂混合物的凝固点低于约15℃，并且优选低于约0℃。
具体实施例方式
与使用含有EC的硅酸钠固化促进剂相关的源于EC凝固点相对较高的问题由于本发明而得到缓解，即PC与另一称为碳酸甘油酯(下文称为“GC”)的碳酸亚烷基酯的混合物可加速硅酸钠的固化至纯碳酸亚乙酯所能达到的大约相同的程度。但是，与EC不同，GC不会不利地在高于-40℃下凝固。因此，本发明提供GC和PC的混合物，该混合物提供很宽范围内的工业固化时间，同时与现有技术的固化促进剂相比，在更宽的温度范围内保持为液体状态。
已知碳酸亚烷基酯与胺的反应活性顺序为EC＞PC＞BC。因此，现有技术教导了碳酸酯与胺的反应活性随连到碳酸酯环上的取代基的尺寸而下降，从而在假定其分子结构情况下，基于取代基尺寸，本领域技术人员很自然地预期GC应具有位于PC和BC之间的相对反应活性。但是，如本申请的数据所示，在催化硅酸钠固化的情况下，GC的反应活性实际上非常接近EC。已经发现本发明的含有GC的固化促进剂混合物固化硅酸钠与EC同样快，如本申请给出的数据所示。基于GC与其它化学物质如胺之间反应的反应速率，这一结果是出乎意料的。
通过测量加入硅酸钠之后混合物最初显示可视胶凝信号所需要的时间，确定在碳酸亚烷基酯存在下的硅酸钠固化速率。在所有情况下，均是将硅酸钠水溶液加入到装有所需要的碳酸亚烷基酯或碳酸亚烷基酯混合物的玻璃瓶中。然后用金属刮刀剧烈搅动所形成的混合物，并记录所述混合物由半透明液体变为不透明凝胶所需要的时间。对于本申请的每一个实施例而言，硅酸钠溶液与碳酸酯的重量比均保持为9∶1(10wt％的碳酸酯)。
另外测试了具有不同二氧化硅(SiO2)与氧化钠(Na2O)比值的硅酸钠混合物。所测试的不同硅酸钠溶液的相关性能在下表I中给出表I
*标号1-PQ公司，N透明*标号2-Fisher科技产品，工业级*标号3-PQ公司，RUTM，10％用水稀释*标号4-PQ公司，STARSO下表II给出了前述每种硅酸钠溶液在EC、PC、BC、GC及它们的混合物存在时的胶凝时间(秒)。所述数据以X-Y形式给出，其中X和Y分别表示胶凝开始和达到完全胶凝状态时所需要的时间。应注意胶凝开始通常伴随着混合物粘度和浊度的骤增，而据认为在刮刀搅动作用下停止流动的混合物是胶凝混合物。混合物完全硬化所需要的时间并不测量。所有数值均为两次测试的平均值。
表II
*与大多数混合物不同，含有GC的配方的胶凝并不伴随着粘度的骤增。相反，胶凝在较宽的时间范围内发生。
**含有大量GC的配方最初是不相容的，其导致比预期达到胶凝状态的混合时间更长的时间。
***与大多数混合物不同，所有含有标号4硅酸钠的配方的胶凝均伴随着轻微到中度的放热。
由表II的数据可以得出如下结论，由于所加入的碳酸亚烷基酯的存在，固化强化的一般顺序是EC≅GC>PC>BC]]>。另外可以得出如下结论，固化速率在很大程度上取决于SiO2/Na2O比值，并且随着该比值而增大。如果希望快速固化，则需要SiO2/Na2O比值大于2.4。通常，除标号4以外，在所有情况下，GC/PC混合物表现均优于类似的EC/PC混合物，所述标号4的SiO2/Na2O比值低得多，难以促进快速固化。另外，EC/GC混合物表现亦优于类似的EC/PC混合物。这些结果在
图1中以图线示出。
权利要求
1.一种使含有水溶性硅酸盐的水溶液固化的方法，该方法包括使具有通式SiO2/M2O的硅酸盐的水溶液与液体催化剂混合物接触，其中M选自Li、Na、K和NR4，其中每一个R独立地为氢或C1-C10烃基，所述液体催化剂混合物含有碳酸甘油酯和至少一种选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯和碳酸亚丁酯的其它碳酸亚烷基酯。
2.权利要求1的方法，其中所述硅酸盐水溶液含有10-90％水，基于所述硅酸盐水溶液总重量计。
3.权利要求1的方法，其中所述液体催化剂混合物以基于所述液体催化剂混合物和所述硅酸盐水溶液的组合总重量计约1-30wt％之间的任意量存在。
4.权利要求3的方法，其中比值SiO2/M2O是4∶1至1∶4范围内的任意比值。
5.权利要求4的方法，其中所述至少一种其它碳酸亚烷基酯包括碳酸亚乙酯，其中M是钠，并且其中所述液体催化剂混合物的凝固点低于约15℃。
6.权利要求1的方法，其中所述水溶液与基于硅酸盐溶液总量计约1-30wt％的液体催化剂混合物接触。
7.权利要求6的方法，其中所述水溶液中硅的存在量为基于所述水溶液总重量计约20-80wt％之间的任意量。
8.权利要求6的方法，其中所述水溶液中硅的存在量为基于所述水溶液总重量计约40-60wt％之间的任意量。
9.权利要求6的方法，其中所述液体催化剂混合物中碳酸甘油酯的存在量为基于所述液体催化剂混合物总重量计约5-95wt％之间的任意量。
10.权利要求6的方法，其中所述液体催化剂混合物中碳酸甘油酯的存在量为基于所述液体催化剂混合物总重量计约20-40wt％之间的任意量。
11.权利要求6的方法，其中所述液体催化剂混合物含有碳酸甘油酯和碳酸亚乙酯，其中所述液体催化剂混合物中碳酸亚乙酯的存在量为基于所述液体催化剂混合物总重量计约5-95wt％之间的任意量。
12.权利要求6的方法，其中所述液体催化剂混合物含有碳酸甘油酯和碳酸亚乙酯，其中所述液体催化剂混合物中碳酸亚乙酯的存在量为基于所述液体催化剂混合物总重量计约60-80wt％之间的任意量。
13.权利要求6的方法，其中所述液体催化剂混合物含有碳酸甘油酯和碳酸亚丙酯，其中所述液体催化剂混合物中碳酸亚丙酯的存在量为基于所述液体催化剂混合物总重量计约5-95wt％之间的任意量。
14.权利要求6的方法，其中所述液体催化剂混合物含有碳酸甘油酯和碳酸亚丙酯，其中所述液体催化剂混合物中碳酸亚丙酯的存在量为基于所述液体催化剂混合物总重量计约60-90wt％之间的任意量。
15.权利要求6的方法，其中所述液体催化剂混合物含有碳酸甘油酯和碳酸亚丁酯，其中所述液体催化剂混合物中碳酸亚丁酯的存在量为基于所述液体催化剂混合物总重量计约60-90wt％之间的任意量。
16.权利要求1的方法，其中所述硅酸盐以约50-500克硅/升之间的任意浓度存在于所述水溶液中。
17.一种使含有水溶性硅酸盐的水溶液固化的方法，该方法通过向所述水溶液中加入含有碳酸亚烷基酯的液体催化剂混合物进行，其中所述碳酸亚烷基酯选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯和碳酸亚丁酯以及它们的混合物，其中改进之处在于在所述液体催化剂混合物中包含有效量的碳酸甘油酯，从而使所述液体催化剂混合物的凝固点低于约15℃。
全文摘要
本申请所提供的是用于固化胶粘混合物的催化剂，该催化剂包含与碳酸甘油酯组合的一种或多种碳酸亚烷基酯。通过使用本发明的催化剂，含有硅酸钠的胶粘混合物可以在低温下固化，这是因为本发明的催化剂在低温下可以很好地起作用，即使其含有碳酸亚乙酯也是如此，所述碳酸亚乙酯是熔点为36℃的材料，其一般被排除用作硅酸盐的固化促进剂。
文档编号C04B12/04GK1874972SQ200480032281
公开日2006年12月6日 申请日期2004年11月2日 优先权日2003年11月3日
发明者J·H·克莱门茨, K·达拉加斯, H·P·克莱因 申请人:胡茨曼石油化学公司