本发明涉及粘结剂技术领域，具体涉及一种耐高温粘结剂及其制备方法和耐高温材料。
背景技术：
随着科技和时代的不断进步和发展，粘结剂作为一种重要的化工产品广泛的应用于各个不同的领域。近年来由于航空航天、船舶、锅炉等行业的持续不断的发展，对粘结剂耐高温性、耐久性和环保等性能提出了越来越高的要求。
目前，关于中低温粘结剂已经有较为成熟和完善的体系，大规模地应用在传热/散热管道、空气预热等相关领域。而应用于航空航天、锅炉等高温领域的粘结剂通常无法长时间的对填充料和基体提供有效粘结。磷酸盐粘结剂作为一种绿色环保的铸造无机粘结剂，它具有溃散性好，无色、无味、无毒的特点，能够明显减少对环境的污染，且其物理、化学性能等都能很好的满足铸造生产要求，可用于灰铸铁件、球磨铸铁和铸钢件，但传统的磷酸盐粘结剂通常需要配合含六价铬的钝化剂一起使用，钝化剂对金属基材表面进行钝化，在金属基材表面形成一层很薄的钝化膜，起到一定的保护作用，同时防止磷酸盐粘结剂对金属基材进行腐蚀，但由于六价铬离子具有强迁移能力，是世界卫生组织认定的强致癌物质，因而将含六价铬的钝化剂配合磷酸盐粘结剂使用，会对工作人员带来危害，处理不妥当还会造成极大的环境重金属污染危害。因此，迫切需要寻找开发一种能在高温下长时间保持良好的粘结性能且符合环保要求的粘结剂。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供一种耐高温粘结剂及其制备方法和耐高温材料。该粘结剂的耐高温性强，可在高温下长时间保持良好的粘结性，且安全可靠。
本发明所采用的技术方案是：一种耐高温粘结剂，包括如下重量百分数计的原料组分：20～80％磷酸盐粘结剂、3～30％有机碱、1～10％醇类化合物和10～50％水。
优选地，所述有机碱选自脂肪胺类化合物和醇胺类化合物。通过采用醇胺类化合物与脂肪胺类化合物配合，与磷酸盐粘结剂的网络节点反应，可防止有机碱过度反应，影响磷酸盐粘结剂的耐温性能，同时可调节磷酸盐粘结剂ph值。进一步优选地，所述脂肪胺类化合物与所述醇胺类化合物的质量比为(0.5～2):1。
优选地，所述脂肪胺类化合物为脂肪族二胺化合物，具体可选自乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺中的至少一种。
所述醇胺类化合物优选一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺中的至少一种。
所述磷酸盐粘结剂优选磷酸二氢铝、磷酸二氢镁和磷酸二氢锌中的至少一种。进一步优选地，所述磷酸盐粘结剂的固含量为45～55％，ph值为2～5。
优选地，所述醇类化合物选自乙醇、丙醇、丁醇、二乙醇、丙二醇和丙三醇中的至少一种。
以上耐高温粘结剂可直接用于材料之间的粘合，也可适用于各种耐高温材料中，包括耐高温金属防护涂料、高温窑炉修补料、耐火材料等，粘结剂的添加量可以为耐高温材料总重量的5～50％。具体地，该耐高温粘结剂可用于各类耐高温材料表面防护涂层的涂料，如用于热轧金属材料的高温涂料和高温防氧化涂料、阻燃涂料，该粘结剂一般在常温下使用，可随工件的升温起粘结作用，制成涂料可起防护作用；另外，该耐高温粘结剂也可用于高温窑炉填补料中，如粘结剂与填补料组分如刚玉、石英、耐火黏土等耐火骨料混合配置成整体构筑材料、修补用材料、砌筑材料、接缝材料等不定形耐火浆料，与基体耐火材料有很好的结合性能。
本发明还提供了一种上述耐高温粘结剂的制备方法，包括以下步骤：
s1、将磷酸盐粘结剂加入反应釜中，边搅拌边加热至100～120℃；
s2、将有机碱溶于水，与步骤s1处理后的磷酸盐粘结剂混合；而后将混合所得溶液的温度降至60～70℃，加入醇类化合物混合。
以上制备方法中，通过严格控制原料的添加顺序和温度参数，以保证制备过程反应朝着预定方向进行以制备目标产品，产率高，且产品粘结剂性能优异。
优选地，步骤s2中，所述有机碱选自脂肪胺类化合物和醇胺类化合物；步骤s2具体包括先将有机碱中的脂肪胺类化合物溶于水，再与步骤s1处理后的磷酸盐粘结剂混合；而后将混合所得溶液的温度降至60～70℃，加入醇类化合物混合；再加入有机碱中的醇胺类化合物，混合。由于有机碱中的醇胺类化合物中同时含羟基和氨基，可作为连接桥梁，与磷酸盐粘结剂的网络节点反应，且由于脂肪胺类化合物与磷酸盐粘结剂的网络节点的反应是相对较慢的反应，当磷酸盐粘结剂中引入过多的短碳链，会影响磷酸盐粘结剂的耐温性能，而醇胺类化合物与磷酸盐粘结的反应相对较快，与磷酸盐粘结剂反应后，阻断脂肪胺类化合物的继续反应，从而防止有机碱过度反应，影响磷酸盐粘结剂的耐温性能；同时，其可调节磷酸盐粘结剂ph值，其后加入可更好地发挥其效果性能，且醇胺类化合物通常在常温下添加。
本发明的有益技术效果是：本发明提供一种耐高温粘结剂及其制备方法和耐高温材料，该耐高温粘结剂以磷酸盐粘结剂作为粘结基体，粘结基体自身相互的交联作用，可形成立体三维和/或平面二维的无序结合，使制备的粘结剂在高温状态下拥有更稳定的状态；而有机碱的加入，在磷酸盐粘结剂无序的网络节点中引入了短碳链，有效改善磷酸盐粘结剂的吸湿性，同时可调节粘结剂的ph值，使粘结剂的ph值呈弱酸性或中性；醇类化合物能够较好地帮助有机碱溶解且均匀分散于磷酸盐粘结剂中，不至于结团结块，使其更好的溶解，可减少水的加入量，若应用于制备涂层时，有助于涂层于基材上的润湿性能，使其能够很好的铺展开，挥发时可带走涂层中的部分水分，提高与基体表面的粘附性，利于形成均匀致密、抗热性能好的耐高温涂层。通过采用以上特定配比的原料组分，所得的产品粘结剂在常温常压下呈乳白色粘稠状，且能够常温固化，粘结性和耐高温性能优异，在高温下长时间内具有良好粘结性，可应用于金属或非金属基材；由于粘结剂的ph值呈弱酸性或中性，应用于金属基材且不与基材反应，无需再添加铬酐等致癌物质作为钝化剂，极大程度上减少了磷酸盐体系粘结剂对环境的污染破坏以及对相关工作人员身体健康的影响，工业成本低，人为可控性良好，易于推广。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种耐高温粘结剂，其制备方法包括以下步骤：
1)按如下重量份取各原料组分：水40份、磷酸二氢铝40份、乙二胺5份、丙二胺2份、己二胺3份、乙醇4份、丙二醇3份、二乙醇胺3份；
2)将磷酸二氢铝加入反应釜中，边搅拌边加热至120℃；
3)将乙二胺、丙二胺、己二胺溶于水中，并缓慢滴加入反应釜中与釜中物料混合，添加完毕后持续搅拌30min；
4)降低温度至65℃，缓慢滴加乙醇、丙二醇至溶液固体完全溶解；
5)常温状态下加入二乙醇胺，持续搅拌60min，即得产品耐高温粘结剂。
实施例2
一种耐高温粘结剂，其制备方法包括以下步骤：
1)按如下重量份取各原料组分：水54份、磷酸二氢铝25份、丁二胺4份、己二胺3份、乙醇6份、丙三醇2份、一乙醇胺6份；
2)将磷酸二氢铝加入反应釜中，边搅拌边加热至120℃；
3)将丁二胺、己二胺溶于水中，并缓慢滴加入反应釜中与釜中物料混合，添加完毕后持续搅拌30min；
4)降低温度至65℃，缓慢滴加乙醇、丙三醇至溶液固体完全溶解；
5)常温状态下加入一乙醇胺，持续搅拌60min，即得产品耐高温粘结剂。
实施例3
一种耐高温粘结剂，其制备方法包括以下步骤：
1)按如下重量份取各原料组分：水16份、磷酸二氢铝55份、乙二胺12份、戊二胺4份、乙醇4份、二乙醇1份、二乙醇胺8份；
2)将磷酸二氢铝加入反应釜中，边搅拌边加热至100℃；
3)将乙二胺、戊二胺溶于水中，并缓慢滴加入反应釜中与釜中物料混合，添加完毕后持续搅拌30min；
4)降低温度至60℃，缓慢滴加乙醇、二乙醇至溶液固体完全溶解；
5)常温状态下加入二乙醇胺，持续搅拌60min，即得产品耐高温粘结剂。
实施例4
一种耐高温粘结剂，其制备方法包括以下步骤：
1)按如下重量份取各原料组分：水30份、磷酸二氢铝45份、己二胺12份、丙醇6份、丙二醇3份、三乙醇胺4份；
2)将磷酸二氢铝加入反应釜中，边搅拌边加热至120℃；
3)将己二胺溶于水中，并缓慢滴加入反应釜中与釜中物料混合，添加完毕后持续搅拌30min；
4)降低温度至65℃，缓慢滴加丙醇、丙二醇至溶液固体完全溶解；
5)常温状态下加入三乙醇胺，持续搅拌60min，即得产品耐高温粘结剂。
实施例5
一种耐高温粘结剂，其制备方法包括以下步骤：
1)按如下重量份取各原料组分：水10份、磷酸二氢铝40份、磷酸二氢镁25份、乙二胺5份、己二胺12份、丁醇4份、一乙醇胺2份、二乙醇胺2份；
2)将磷酸二氢铝、磷酸二氢镁加入反应釜中，边搅拌边加热至120℃；
3)将乙二胺、己二胺溶于水中，并缓慢滴加入反应釜中与釜中物料混合，添加完毕后持续搅拌30min；
4)降低温度至65℃，缓慢滴加丁醇至溶液固体完全溶解；
5)常温状态下加入一乙醇胺、二乙醇胺，持续搅拌60min，即得产品耐高温粘结剂。
实施例6
一种耐高温粘结剂，其制备方法包括以下步骤：
1)按如下重量份取各原料组分：水45份、磷酸二氢铝21份、磷酸二氢镁7份、磷酸二氢锌6份、丙二胺3份、己二胺10份、二乙醇3份、二乙醇胺5份；
2)将磷酸二氢铝、磷酸二氢镁、磷酸二氢锌加入反应釜中，边搅拌边加热至110℃；
3)将丙二胺、己二胺溶于水中，并缓慢滴加入反应釜中与釜中物料混合，添加完毕后持续搅拌30min；
4)降低温度至70℃，缓慢滴加二乙醇至溶液固体完全溶解；
5)常温状态下加入二乙醇胺，持续搅拌60min，即得产品耐高温粘结剂。
实施例7
一种耐高温粘结剂，其制备方法包括以下步骤：
1)按如下重量份取各原料组分：水33份、磷酸二氢铝35份、磷酸二氢锌15份、丁二胺15份、乙醇2份、一乙醇胺3份；
2)将磷酸二氢铝、磷酸二氢锌加入反应釜中，边搅拌边加热至110℃；
3)将丁二胺和一乙醇胺溶于水，并缓慢滴加入反应釜中与釜中物料混合，添加完毕后持续搅拌30min；
4)降低温度至65℃，缓慢滴加乙醇至溶液固体完全溶解。
实施例8
一种耐高温粘结剂，其制备方法包括以下步骤：
1)按如下重量份取各原料组分：水30份、磷酸二氢铝35份、磷酸二氢镁22份、丙二胺10份、丁二胺5份、丙二醇8份；
2)将磷酸二氢铝、磷酸二氢镁加入反应釜中，边搅拌边加热至120℃；
3)将丙二胺和丁二胺溶于水，并缓慢滴加入反应釜中与釜中物料混合，添加完毕后持续搅拌30min；
4)降低温度至65℃，缓慢滴加丙二醇至溶液固体完全溶解。
对比例1
一种粘结剂，其制备方法包括以下步骤：
1)按如下重量份取各原料组分：水27份、磷酸二氢铝25份、磷酸二氢锌20份、丙二胺7份、己二胺8份、二乙醇胺13份；
2)将磷酸二氢铝、磷酸二氢锌加入反应釜中，边搅拌边加热至120℃；
3)将丙二胺和己二胺溶于水，并缓慢滴加入反应釜中与釜中物料混合，添加完毕后持续搅拌30min；
4)常温状态下加入二乙醇胺，持续搅拌60min，即得产品粘结剂。
分别检测以各实施例1～8和对比例1所制得耐高温粘结剂的性能指标，所得结果如下表1所示。
表1各实施例所制得耐高温粘结剂的性能指标
由上表1可知，以上实施例1～8所制得的粘结剂ph偏弱酸性或中性，具有优异的粘结性和耐高温性，其中，实施例1-7中粘结剂相比于实施例8的粘结剂，通过采用醇胺类化合物与脂肪胺类化合物配合，粘结剂具有更优的耐高温性能，且粘结剂ph值更偏向中性，更适用于金属基材。而对比例1中粘结剂的制备过程未添加醇类化合物，所制得的粘结剂与基底的附着力及耐高温性明显下降。以上实施例1～8中耐高温粘结剂可应用于金属或非金属基材，具体可直接用于材料之间的粘合，也可以用于制备各种耐高温材料，应用于金属基材时不会与基材反应，无需再添加铬酐等致癌物质作为钝化剂，极大程度上减少了磷酸盐体系粘结剂对环境的污染破坏以及对相关工作人员身体健康的影响，工业成本低，人为可控性良好，易于推广。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所述权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。